СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЙОДИД-ИОНА В МОЧЕ Российский патент 2008 года по МПК G01N33/84 

Изобретение относится к электрохимическим, в частности к ионометрическим методам анализа, и предназначено для определения йодид-иона в моче с помощью ионосслективных электродов. Изобретение может быть использовано в биохимических, клинических и санитарно-гигиенических исследованиях, в мероприятиях по диагностике, лечению и профилактике заболеваний человека, связанных с дефицитом и метаболизмом йода.

Известны способы определения йода в моче.

Кинетические способы [1, 2] основаны на каталитическом действии йода на реакцию восстановления церия (IV) мышьяком (III). Скорость уменьшения окраски раствора церия (IV) зависит от концентрации йода и измеряется спектрофотометрически. Подготовка к измерению заключается либо в обработке пробы окислительной смесью с NaClO₃ или с (NH₄)₂S₂O₈ при повышенной температуре [1], либо в стабилизации пробы путем выдерживания се в течение 2 недель в смеси с раствором тимола в изопропаноле и последующего центрифугирования [2].

Процедуры определения в способах [1, 2] сложны и трудоемки, требуют применения токсичных и малодоступных реактивов. Многостадийность пробоподготовки снижает надежность определения. В ряде случаев кинетические способы вообще не применимы, например, к анализу мочи, содержащей глюкозу (у больных сахарным диабетом) или другие восстановители.

Инверсионно-вольтамперометрический способ [3] основан на разбавлении пробы мочи в 100 раз, ультрафиолетовом облучении ее в присутствии пероксида водорода и нитрата калия и последующем измерении концентрации йода методом инверсионной вольтамперометрии на ртутно-пленочном электроде с серебряной подложкой. На электроде вначале осаждают йодид-ион в виде Hg₂I₂, затем проводят восстановление осадка при линейном изменении потенциала.

Для реализации способа [3] необходима малодоступная дорогостоящая аппаратура - вольтамперометрический анализатор с встроенной УФ-лампой. Измерение аналитического сигнала отличается сложностью и методическими тонкостями, требует высокой квалификации оператора.

Наиболее простыми и доступными для практического применения являются ионометрические методы, основанные на измерении мембранно-концентрационного потенциала йодидселективного электрода.

Нижний предел ионометрического определения йода выше, чем с помощью кинетических и вольтамперометрических способов. Однако это не следует считать недостатком, так как даже тяжелый дефицит йода характеризуется содержанием его в моче на уровне 20 мкг/л, надежно определяемым ионометрически.

В известных ионометрических способах [4, 5] концентрацию йодид-иона измеряют и рассчитывают по методу двойной стандартной добавки. Практика показывает, что результаты определения с использованием этого приема недостаточно надежны. Правильность определения в значительной степени зависит от выбора концентрации и объема добавок и от связанного с ним изменения величины потенциала электрода (ΔЕ, мВ). Эти показатели в свою очередь существенно зависят от концентрации определяемого иона и состава пробы, однако они в способах [4, 5] не регламентированы.

По технической сущности предлагаемый способ наиболее близок к ионометрическому способу [6], в котором пробу предварительно консервируют добавлением азида натрия, затем отделяют сопутствующие галогенид-ионы с помощью ионообменной хроматографии в вакууме (40-50 мм рт.ст.) и в относительно «чистом» элюате выполняют прямые потенциометрические измерения с йодидселективным электродом.

Способ [6] отличается трудоемкостью и многостадийностью не только этапа подготовки пробы, но и построения градировочного графика. Для реализации способа необходимо оборудование для хроматографирования в вакууме, а также специально обработанная анионообменная смола.

Целью изобретения является упрощение процедуры анализа, повышение точности определения, а также создание высокопроизводительного и мобильного способа определения йодид-иона в моче.

Предлагаемый способ включает следующие операции.

Аликвоту пробы мочи смешивают в соотношении 1:1 или 1:2 с буферным раствором, содержащим пероксид водорода, выдерживают в темноте при комнатной температуре (18-25°С) в течение не менее одних суток и измеряют эдс раствора относительно хлоридсеребряного электрода сравнения. Концентрацию йодид-иона находят по градуировочному графику. Градуировочные растворы готовят смешиванием стандартных растворов йодида калия с буферным раствором в соотношении 1:1 или 1:2.

Необходимость выдерживания проб мочи в присутствии буферного раствора до проведения измерений в течение не менее одних суток установлена экспериментально (фиг.1).

Измерения выполнены через 3 мин после погружения электродной пары в раствор. При этом в растворах, выдержанных сутки и более, потенциал устанавливается равновесным, а в остальных - дрейфует в сторону увеличения.

Существенно важно то, что равновесный потенциал и соответствующая ему концентрация йодид-иона сохраняют постоянное значение в течение длительного времени, не менее 20 суток.

Через сутки выдерживания изменяется внешний вид раствора пробы: он становится практически бесцветным, прозрачным и лишенным характерного для мочи запаха. Эти показатели сохраняются и через 20 суток.

Таким образом, в предлагаемом способе измеряется устойчивый равновесный потенциал йодидселективного электрода и автоматически решается задача консервации пробы, сохранения ее бактериальной стабильности в течение длительного времени.

Предлагаемый способ основан на том, что ионометрическое определение йодид-иона в моче проводят в экспериментально установленных условиях, при которых устраняется мешающее влияние как органических, так и неорганических компонентов пробы на мембрану электрода и стабилизируется определяемая ионная форма йода.

К рядовой пробе мочи добавляли буферный раствор с разной концентрацией пероксида водорода, таким путем одновременно варьируя величину рН в измеряемом растворе, и через сутки проводили измерения.

Результаты представлены на фиг.2.

Как видно, на фиг.2 имеется плато, где совпадают обе зависимости и потенциал сохраняется постоянным. Плато ограничено интервалом значений рН 6,8÷7,5 и интервалом концентраций пероксида водорода - 4,2÷8 мас.%.

Подобные зависимости получены и при анализе других проб мочи с использованием различных образцов йодидселективных электродов.

За границами плато при уменьшении рН (достигается увеличением концентрации Н₂O₂) возможно частичное окисление йодида вследствие возрастания окислительного потенциала буфера, что приводит к увеличению потенциала электрода, а при увеличении рН (достигается уменьшением концентрации Н₂O₂) возможно неполное устранение мешающих компонентов, например, ионов серы, в результате чего потенциал убывает.

На функцию йодидселективного электрода оказывают существенное мешающее влияние (в сторону уменьшения потенциала) ионы двух- и четырехвалентной серы, а также значительные количества бромид- и хлорид-ионов.

Установлено, что в буферном растворе с рН 6,8-7,5, содержащем от 4,2 до 8 мас.% Н₂O₂, окисляются и переходят в электродно-неактивную форму до 1 г/л сульфид-, 15 г/л сульфит- и 13 г/л тиосульфат-ионов без удаления их из анализируемого раствора пробы.

Мешающее влияние хлорида натрия - основного неорганического макрокомпонента мочи (его содержание в среднем составляет 7-10 г/л) - изучено экспериментально.

На фоне выбранного буферного раствора по методу изопотенциальной точки определен коэффициент селективности йодидного электрода к хлорид-иону. Найдено, что К_I-Cl=3,5·10^-7. Следовательно, избыток хлорид-иона по отношению к йодиду не должен превышать величины 2,9·10⁶. При нижнем пределе определения йодида 20 мкг/л реальный избыток хлорида составляет не более 1·10⁶, то есть в три раза ниже допустимого значения, что указывает на селективность отклика в присутствии избытка хлорид-иона.

Бромид-ион присутствует в моче в незначительном количестве по сравнению с Cl^--ионом и заведомо не влияет на мембрану йодидного электрода.

Установлено, что другой макрокомпонент мочи - мочевина на фоне буферного раствора с пероксидом водорода также не мешает определению йодида. Градуировочные графики в отсутствие и в присутствии 25 г/л мочевины (ее среднее содержание в моче составляет 15-25 г/л) совпадают.

В предлагаемом способе устраняется мешающее влияние не только мочевины, но и всех других органических компонентов, включая и бактериальные.

Для доказательства этого брали две аликвоты пробы: одну анализировали предлагаемым способом, а вторую - озоляли, как рекомендовано в [7], в щелочной среде при 480°С до получения зольного остатка белого цвета, выщелачивали и затем определяли концентрацию йодид-иона с помощью йодидселективного электрода. К части проб перед введением щелочи добавляли точное количество стандартного раствора КI. Результаты представлены в табл.1.

Таблица 1.Результаты определения йодид-иона в параллельных пробах мочи предлагаемым способом и после озоления№ п/пКонцентрация йодид-иона, мкг/лОпределена предлагаемым способомОзоление пробОпределена в пробе без добавкиВведеноНайдено152*52  256*52  36768  47980  512088  6100*112  7160162  817417681292242271816104056203211106964040121481484030132202144038142202144034151951874038 С_ср.=115С_ср.=116С_ср.=31С_ср.=30* Пробы, содержащие глюкозу.

Расчеты, произведенные по данным табл.1, показывают, что при сжигании (удалении) органической матрицы, содержащей также и глюкозу, относительное среднеквадратичное отклонение концентрации добавки от среднего значения (С_ср.=31 мкг/л) составляет 18,2%, а систематическая составляющая погрешности (d_r=-4%_отн) с вероятностью Р=0,95 не значима по критерию Стьюдента (t_экс=0,76<t_табл=1,86).

Следовательно, при озолении йод не теряется, результаты определения правильны, и поэтому сравнивать между собой результаты параллельных определений в законсервированных и озоленных пробах вполне правомочно.

Рассчитано, что среднеквадратическое отклонение средней концентрации йодид-иона, установленной предлагаемым способом (С_ср.=115 мкг/л), от средней концентрации в этих же, но озоленных пробах (С_ср.=116 мкг/л) составляет 8,9% отн. При этом систематическая составляющая погрешности (d_r=0,95) не значима по критерию Стьюдента (t_экс.=0,95<t_табл.=1,75).

Результаты статистической обработки данных свидетельствуют о правильности определения йодида предлагаемым способом и после озоления проб. Кроме того, полученная величина межметодической погрешности (8,9%) оказалась ниже, чем межсерийная ошибка, приведенная в прототипе (10,5-18%).

Таким образом, в буферном растворе с рН 6,8-7,5, содержащем 4,2-8 мас.% Н₂O₂, происходит консервирование пробы мочи на длительное время и устраняется мешающее влияние неорганических и всех органических компонентов без удаления их из анализируемого раствора пробы.

Пример конкретной реализации способа.

В пластмассовый сосуд для измерений вместимостью 30-50 мл помещают 10 мл мочи, добавляют 10 мл буферного раствора с рН 7,1, содержащего 7,5 мас.% Н₂O₂. Сосуд закрывают крышкой и выдерживают в темноте при комнатной температуре в течение одних суток. Затем в сосуд помещают измерительный и вспомогательный электроды и при перемешивании регистрируют установившееся значение потенциала. Концентрацию йодид-иона находят по градуировочному графику.

Оценка воспроизводимости и правильности определения йодид-иона предлагаемым способом представлена в табл.2.

Воспроизводимость оценивали по результатам 4 параллельных измерений в 12 пробах. Измерения выполнены в каждый из четырех последующих после консервации дней. Правильность оценивали по методу «введено-найдено», для чего к законсервированной пробе добавляли точное количество стандартного раствора КI.

Таблица 2.Оценка воспроизводимости и правильности определения йодид-иона в пробах мочи предлагаемым способом№ п/пКонцентрация йодид-иона в пробе, мкг/л (n=4)s_r, %Концентрация йодид-иона в добавке, мкг/лВведеноНайдено11176,0192021175,5192331865,7191741866,1191752104,8525061955,0636571955,1636381346,4636191346,59180101346,59187112055,29590121906,396120 С_ср.=167 С_ср.=58С_ср.=58

Как видно из табл.2, относительное среднеквадратическое отклонение (s_r) результатов определения предлагаемым способом от среднего значения (С_ср.=167 мкг/л) не превышает 6,5%, что в 1,6-2,8 раза ниже аналогично полученной межсерийной погрешности (10,5-18%) в прототипе.

Если рассчитать стандартное отклонение концентрации йодид-иона, найденной в добавке, от введенной концентрации, оно составит 14,5% отн., что примерно вдвое выше, чем для самой пробы, однако оно также находится в пределах межсерийной погрешности прототипа. Важно, что систематическая составляющая стандартного отклонения для добавки (d_r=-0,3%) не значима по критерию Стьюдента (t_экс.=0,07<t_табл.=1,78).

Следовательно, результаты определения концентрации йодид-иона предлагаемым способом являются правильными и более точными, чем в прототипе.

Таким образом, предлагаемый способ определения йодид-иона в моче отличается высокой селективностью и точностью, позволяет проводить анализ в присутствии органических и неорганических компонентов матрицы.

Отсутствие необходимости отделения мешающих компонентов существенно упрощает процедуру анализа и увеличивает его производительность.

Время, необходимое для консервации проб, является свободным и может быть использовано для подготовительной и любой другой работы.

С использованием одного комплекта оборудования возможно выполнение анализа в 100-120 законсервированных пробах в течение 6 часов.

Низкая стоимость и долговечность, удобство и простота в эксплуатации оборудования, необходимого для анализа, делают предлагаемый способ мобильным, позволяют использовать его как в стационарных, так и в полевых условиях, а возможность длительного хранения законсервированных проб - удобным для проведения широкомасштабных скрининговых и мониторинговых обследований населения.

Источники информации

1. Дедов И.И., Арбузова М.И., Ильин А.В. Микрометод определения йода в моче. // Методическое пособие. «Йодная лаборатория. Принципы организации работы». М., 2005. С.28-32.

2. Муштакова С.П., Кожина Л.Ф., Иванова Л.М., Мышкина А.К., Рытова О.А. Метод Кольтгофа-Сендела: определение «неорганического йода» в урине. // Ж. Аналит. химии. 1998. Т.53. С.214-217.

3. Иванова Е.Е, Толмачева Г.П. Экспресс-методика определения содержания йода в моче методом катодной инверсионный вольтамперометрии. // Anchem.ru «Интернет-журнал Мир Аналитической Химии». 2003. С.16-19.

4. Буйновский А..С., Безрукова С.А., Колпакова Н.А., Маслюк А.И., Карпов А.Б., Taxayop P.M. Способ определения йодид-ионов в моче. Патент РФ №2228533. // БИ. 2004. Т.13 (III ч.). С.535.

5. Николаев Б.А., Примакова Л.Н., Рахманько Е.М. Ионометрическое определение йодидов в моче. // Ж. Аналит. химии. 1996. Т.51. №10. С.1110-1112.

6. Abraham G.E., Tlechas J.D., Hakala J.C., Measurement of urinary iodide levels by ion-selective electrode: Improved sensitivity and specificity by chromatography on an ion-exchange resin. // The Original Internist, 11(4): 19-32, 2004.

7. Захарова Э.А., Пучигина В.М., Земан Л.П., Пикула Н.М. Методы измерений концентрации йодид-ионов в йодированных продуктах (напитки безалкогольные, воды питьевые и минеральные, хлеб, соль поваренная). ФР.1.31.2001.00214. // ООО «ВНПФ «ЮМХ». Томск.

Изобретение относится к электрохимическим, в частности, к ионометрическим методам анализа, и предназначено для определения йодид-иона в моче. Сущность способа: аликвоту пробы мочи смешивают с буферным раствором с рН 6,8-7,5, содержащим от 4,2 до 8 мас.% пероксида водорода, в соотношении 1:1 или 1:2, после чего выдерживают в темноте при комнатной температуре в течение не менее одних суток. Затем проводят измерение потенциала йодидселективного электрода непосредственно в растворе законсервированной пробы без отделения мешающих компонентов. Использование способа позволяет повысить точность определения йодид-ионов в моче, при высокопроизводительности и мобильности способа. Способ может быть использован в диагностике, лечении и профилактике заболеваний человека, связанных с дефицитом и метаболизмом йода для проведения широкомасштабных скрининговых и мониторинговых обследований населения. 2 ил., 2 табл.

Способ определения йодид-иона в моче, включающий предварительное консервирование пробы мочи в темноте при комнатной температуре и прямое измерение концентрации с помощью йодидселективного электрода, отличающийся тем, что аликвоту пробы мочи смешивают с буферным раствором с рН 6,8-7,5, содержащим от 4,2 до 8 мас.% пероксида водорода, в соотношении 1:1 или 1:2, выдерживают в течение не менее одних суток, затем проводят измерение электродного потенциала непосредственно в растворе законсервированной пробы без отделения мешающих компонентов.