УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОКОЛИЧЕСТВ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1997 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к устройствам для экспресс-анализа веществ с помощью химических индикаторов на твердофазных носителях: реактивных индикаторных бумаг, тканей с ионообменными группами, волокнистых материалов, наполненных ионообменниками, мембранных материалов, и может быть использовано в лабораторной практике и полевых условиях для экспрессного определения неорганических ионов и органических веществ в окружающей среде на уровне предельно допустимых и опасных концентраций с повышенной точностью и при устранении мешающего влияния многих сопутствующих компонентов.

Известно устройство для определения микроколичество веществ [1, 2] с использованием реактивных бумаг [3] содержащее контрольную камеру, вставку с заборной трубкой и штыковым соединением, прикрепляющим реактивную бумагу к камере, отсасывающее приспособление в виде цилиндра с поршнем, гибкую диафрагму между контрольной камерой и отсасывающим приспособлением, служащую для поддержания равномерного вакуума. При этом порции анализируемого раствора поступают до тех пор, пока цвет реактивной бумаги не станет постоянным, цвет сравнивают с цветной стандартной шкалой, не вынимая реактивную бумагу из вставки. Основными недостатками данного устройства является то, что оно, не имея приспособления для извлечения реактивной бумаги из вставки бесконтактным с реакционной зоной способом, не обеспечивает последующего количественного измерения цвета и оптической плотности этой зоны, не устраняет мешающего влияния осадков, не позволяет увеличить диапазон вакуума камеры, что ограничивает улучшение характеристик по точности определения микроколичеств веществ.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для определения микроколичеств веществ на основе реактивной индикаторной бумаги (РИБ), содержащее корпус, к одному торцу которого присоединена вставка с заборной трубкой, к противоположному контрольная камера с отсасывающим приспособлением, причем внутри корпуса размещен подвижный шток с центральным каналом, а в боковой стенке корпуса на уровне места стыковки отверстий с коническими расширениями вставки и штока расположено сквозное окно [1] Основным недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает создания реакционной зоны на поверхности твердофазного индикатора в заданном положении со строго определенными параметрами, например зоны, эквидистантной ячейке кассеты тест-рефлектометра и защищенной от прорыва и влияния посторонних примесей, что не позволяет проводить экспрессное количественное определение микроколичеств веществ, а также вносит ошибку, обусловленную пропусканием исследуемого раствора мимо реакционной зоны.

Таким образом, каждое из известных устройств для определения микроколичеств веществ имеет свои преимущества и свою область применения. Однако ни одно из них не может обеспечить таких функциональных возможностей, как точная корректировка положения реактивной индикаторной полосы в устройстве, как количественный замер цветовых переходов и оптической плотности реакционной зоны твердофазного индикатора, и, следовательно, количественная корреляция определяемых веществ.

В основу изобретения положена задача создания устройства для определения микроколичеств веществ на основе твердофазных индикаторов, предпочтительно реактивных индикаторных бумаг, которое обеспечило бы осуществление полуколичественного и количественного экспрессного определения микроколичеств веществ (с предварительным и одновременным их концентрированием) при повышении точности, правильности и информативности последующего измерения оптической плотности и коэффициентов диффузного отражения цветовой реакционной зоны реактивной индикаторной бумаги на колориметре, отражательном фотометре, компараторе и других приборах.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается устройство для определения микроколичеств веществ, содержащее корпус, смонтированные в корпусе втулку с выполненным в ней осевым каналом и подвижный шток с выполненным в нем заборным каналом, соосным с осевым каналом втулки, выполнено в боковой стенке корпуса на уровне места соединения штока и втулки сквозное окно и отсасывающее приспособление, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на противоположной от отсасывающего приспособления стороне корпуса камерой для анализируемого раствора с выполненной на ее внутренней поверхности кольцевой проточкой для установки ультрафильтра и запорным вкладышем грибовидной формы с дренажными выемками и центральным каналом, соосным с заборным каналом, установленным в кольцевой проточке камеры для фиксации ультрафильтра, а в корпусе диаметрально противоположно сквозному окну выполнен ограничитель перемещения реактивной индикаторной бумаги.

В качестве ограничителя перемещения реактивной индикаторной бумаги используются перемычка, барьер, валик, сетка, защелка в окне корпуса, а также ниша (углубление) в стенке корпуса.

В качестве дренажных выемок используются бороздки, отверстия, пористые слои на поверхности запорного вкладыша, примыкающей к ультрафильтру, обеспечивающие отвод пропущенного через ультрафильтр раствора к центральному каналу.

В качестве отсасывающего приспособления используются шприц, перистальтический насос, груша, водоструйный насос, поршневой насос, причем отсасывающее приспособление совмещено с контрольной камерой для измерения количества пропущенного анализируемого раствора.

Корпус, шток, вставка, крышка выполнены из титана, алюминия, нержавеющей стали, пластмассы, например капролакса, полиамида, полистирола, полиэтилена, втулка, камера и запорный вкладыш из пластика, предпочтительно из фторопласта.

На фиг. 1 показано устройство в сборе, общий вид; на фиг. 2 продольный по оси разрез устройства; на фиг. 3 поперечный разрез корпуса устройства по окну на уровне места соединения штока и втулки, вид сверху; на фиг. 4 - поперечный разрез корпуса по окну на уровне места соединения штока и втулки, вид снизу; на фиг. 5 поперечный разрез стенки корпуса по окну, вид сверху; на фиг. 6 градуировочные графики зависимости оптической плотности P/L РИБ от концентрации тяжелых металлов.

Устройство для определения микроколичеств веществ содержит корпус 1, смонтированные в корпусе втулку 2 с выполненным в ней осевым каналом 3 и подвижный шток 4 с выполненным в нем заборным каналом 5, соосным с каналом втулки 2, выполненное в боковой стенке корпуса на уровне места соединения штока и втулки сквозное окно 6, и отсасывающее приспособление 7, причем устройство снабжено установленной на противоположной от отсасывающего приспособления стороне корпуса камерой 8 для анализируемого раствора с выполненной на ее внутренней поверхности кольцевой проточкой 9 для установки ультрафильтра 10 и запорным вкладышем 11 грибовидной формы с центральным каналом 12, соосным с заборным каналом 5, установленным в кольцевой проточке камеры для фиксации ультрафильтра, а в корпусе диаметрально противоположно сквозному окну выполнен ограничитель перемещения реактивной индикаторной бумаги в виде вертикальной перемычки-фиксатора 13 в отверстии 14. При этом на стержне штока 4 выполнена кольцевая проточка 15 и вмонтирована кольцевая прокладка 16 для предотвращения вращательного и обеспечения поступательного движения штока 4, а на торце штока выполнены кольцевые выступы 17 вокруг отверстия канала 5 для герметичного прижатия реактивной индикаторной бумаги.

Устройство содержит также крышку 18 с кольцевой винтовой резьбой 19, ограничительный винт 20, коническое расширение 21 в осевом канале втулки 2 и коническое расширение 22 в заборном канале штока, соединительную муфту для отсасывающего приспособления 23.

Примеры других форм ограничителя перемещения реактивной индикаторной бумаги поясняются на фиг. 5 (поперечный разрез стенки корпуса по окну, вид сверху), где А барьер 24 в отверстии 14 корпуса 1; Б ниша 25 в стенке корпуса 1; В валик 26 у отверстия 14 корпуса 1.

Устройство работает следующим образом. Вращением крышки 18 против часовой стрелки по винтовой нарезке 19 шток 4 отводится (через вращательно-поступательное движение кольцевой прокладки 16) поступательным движением вдоль кольцевой проточки 15 в крайнее верхнее положение, ограниченное винтом 20, перемещающимся в вертикальной прорези корпуса. При этом открывается щель шириной 10 мм в окне 6 между коническими расширениями 21 и 22 с отверстиями диаметром 6 мм. В эту щель в окне вводят полосу реактивной индикаторной бумаги шириной 9,8 ± 0,05 мм и длиной 4 ± 0,5 см перпендикулярно оси каналов и в упор к вертикальному ограничителю перемещения бумаги 13, направляющему расположение бумаги таким образом, чтобы она полностью закрывала конические расширение 21 втулки 2 и чтобы расстояние от границы реакционной зоны полосы бумаги диаметром 6 мм составляло до переднего края этой полосы 3,8 мм, а до боковых краев полосы 2 мм. Затем данную полосу зажимают путем вращения по часовой стрелке крышки 18, при котором шток 4 перемещается поступательным движением вплотную к втулке 2 с помещенной на ее верхней поверхности полосой бумаги. При этом щель закрывается и реактивная индикаторная бумага герметично зажимается между кольцевыми выступами торца штока 4 и верхней поверхностью втулки 2 на стыке конических расширений 21 и 22, соответственно, каналов втулки и штока.

Для отделения от анализируемого раствора осадков и активных реагентов используют ультрафильтры, для этого снимают камеру 8 с запорного вкладыша 11, в проточку 9 камеры вкладывают ультрафильтр (или несколько ультрафильтров) 10 и зажимают его запорным вкладышем 11 таким образом, чтобы ультрафильтр находился вплотную к дренажным выемкам и отверстию центрального канала 12, расположенных на круглой поверхности запорного вкладыша, выполняющего функции ультрафильтрационной воронки. В камеру 8 наливают анализируемый раствор, который пропускают последовательно через ультрафильтр и полосу реактивной индикаторной бумаги в контрольную камеру состыкованного с муфтой шприца 7, в которой измеряется количество пропущенного раствора. Снова открывают щель в окне 6, вынимают полосу и фиксируют цветовые переходы реакционной зоны места, через которое пропускали раствор, в виде круга диаметром 6 мм, сравнением со стандартной цветовой шкалой компаратора, затем вставляют полосу реактивной индикаторной бумаги в кассету оптического прибора, в которой имеется отверстие на ячейку светодиода, эквидистантное реакционной зоне реактивной индикаторной бумаги, проводят установленным способом измерение и результат считывают на электронном цифровом индикаторе (дисплее) на панели прибора.

В качестве оптического прибора использованы портативный индикатор ионов "ПИОНрефло", металлтест-рефлектометр БПХ-41П, рефлектометр-колориметр МУЛЬТИЭКОТЕСТ КНЖГ 414212.000, фотоэлектрический фотометр КФК-3.

Использование устройства поясняются следующим примерами количественного селективного определения предельно-допустимых и опасных концентраций токсичных тяжелых металлов по градуировочным графикам (см. фиг. 6).

Пример 1. Определение меди и цинка при совместном их присутствии.

Предварительно определяют в анализируемом растворе присутствие ионов меди с помощью индикаторной полосы РИБ-Медь-Тест по ТУ 400-СП"И" 18-3-89-91 при pH 5-6 или РИБ-Металл-Тест 11 для меди ТУ 400-СП"И"18-169-13-92 при pH 2 и предлагаемого устройства, при этих pH ионы цинка не дают цветной окраски с данной РИБ. Затем доводят pH раствора до 7-8 и определяют ионы цинка с помощью индикаторной полосы РИБ-Цинк-Тест по ТУ 400-СП"И" 18-4-90-91 и предлагаемого устройства, в которое вставлен ультрафильтр из бумаги-основы для экспресс-тестов марки 1 ТУ 13-7308001-721-85 с закрепленной на ней тиомочевиной, являющейся маскирующим агентом ионов меди, в массовом соотношении 100:1. Концентрацию ионов цинка определяют по кривой (см. фиг. 6) после измерения оптической плотности реакционной зоны РИБ, изменяющей цвет от желтого до красного, на металлтест-рефлектометре БПХ-41П с зеленым светодиодом 567 ± 15 нм. Точность ±8%
Пример 2. Определение кадмия в присутствии меди и цинка.

Определение кадмия в присутствии меди и цинка проводят с помощью индикаторной полосы РИБ-Кадмий-Тест по ТУ 400-СП"И" 18-2-88-91 и индикаторного устройства, в которое вставлены ультрафильтр для маскировки меди (как в примере 1) и ультрафильтр для маскировки цинка из бумаги-основы для экспресс-тестов марки 1 и гексацианоферрата калия (II) в соотношении 100:1. Цвет реакционной зоны меняется от желто-оранжевого до коричневого. Оптическая плотность измерена на металлтест-рефлектометре БПХ-41П с зеленым светодиодом 567 ± 15 нм (см. фиг. 6). Точность определения ±10
Пример 3. Определение свинца в водопроводной воде в присутствии меди и железа.

Водопроводную воду в количестве 100 см³ пропускают через сенсорный ультрафильтр ТУ 400-СП-"И" 18-9-95-91, вставленный в предлагаемое устройство. Раствор, из которого свинец сорбировался на фильтр и в котором остались медь и железо, полностью удаляют. Свинец десорбируется с сенсорного ультрафильтра с помощью 2 см³ 1-ной уксусной кислоты и для полного смыва свинца 1 см³ воды. В устройство вставляют ультрафильтр из бумаги-основы для экспресс-тестов марки 1, содержащий 20 мг ацетата натрия, очищенного от свинца дитизоном, а также индикаторную полосу РИБ-Металл-Тест для свинца ТУ 400-СП"И" 18-169-13-92 и пропускают 3 см³ сорбата со свинцом. Определение цветовых переходов реакционной зоны, изменяющей цвет от желтого до темно-зеленого, определяют по оптической плотности на "ПИОНрефло" с красным светодиодом 660 ± 15 нм (см. фиг. 6). Надежность определения 4 Количество определенного свинца в водопроводной воде на ул. Первомайская, д. 126, г. Москвы, лето 1992 г, с учетом коэффициента его концентрирования 100:3 составило 0,008 мг/дм³.

Пример 4. Определение кобальта в присутствии серебра и ртути.

Определение проводят, как в примере 1, с той разницей, что ультрафильтр содержит хлорид натрия, маскирующий серебро и ртуть, а индикаторная полоса РИБ МПБТФ-6-Ц /3/ дает с кобальтом черное окрашивание, при этом черный и фиолетовый цвет РИБ, характерный соответственно для комплексов с серебром и ртутью, не образуется в присутствии ионов хлорида. Точность определения кобальта с использованием фотометра "Глюкофорт" с красным светодиодом 660 ± 15 нм, ±2 (см. фиг. 6).

Использование: для экспресс-анализа веществ с помощью химических индикаторов на твердофазных носителях: реактивных индикаторных бумаг, тканей с ионообменными группами, волокнистых материалов, наполненных ионообменниками, мембранных материалов, для экспрессного определения неорганических ионов и органических веществ в окружающей среде на уровне предельно допустимых и опасных концентраций с повышенной точностью и при устранении мешающего влияния многих сопутствующих компонентов в лабораторной практике и полевых условиях. Сущность изобретения: устройство для определения микроколичеств веществ содержит корпус, смонтированные в корпусе втулку с выполненным в ней осевым каналом и подвижный шток с выполненным в нем запорным каналом, соосным с осевым каналом втулки, выполненное в боковой стенке корпуса на уровне места соединения штока и втулки сквозное окно и отсасывающее приспособление. Устройство снабжено установленной на противоположной от отсасывающего приспособления стороне корпуса камерой для анализируемого раствора с выполненной на ее внутренней поверхности кольцевой проточкой для установки ультрафильтра и с запорным вкладышем грибовидной формы с центральным клапаном, соосным с заборным каналом, установленным в кольцевой проточке камеры для фиксации ультрафильтра, а в корпусе диаметрально противоположно сквозному окну выполнен ограничитель перемещения реактивной индикаторной бумаги. 6 ил.

Устройство для определения микроколичеств веществ, содержащее корпус, смонтированные в корпусе втулку с выполненным в ней осевым каналом и подвижный шток с выполненным в нем заборным каналом, соосным с осевым каналом втулки, выполненное в боковой стенке корпуса на уровне места соединения штока и втулки сквозное окно и отсасывающее приспособление, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на противоположной от отсасывающего приспособления стороне корпуса камерой для анализируемого раствора с выполненной на ее внутренней поверхности кольцевой проточкой для установки ультрафильтра и запорным вкладышем грибовидной формы с центральным каналом, соосным с заборным каналом, установленным в кольцевой проточке камеры для фиксации ультрафильтра, а в корпусе диаметрально противоположно сквозному окну выполнен ограничитель перемещения реактивной индикаторной бумаги.