СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЛЕНА(IV) Российский патент 2015 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам определения селена(IV), и может быть использовано при его определении в фармацевтических препаратах, биологически активных добавках, питьевых и минеральных водах.

Известен способ спектрофотометрического определения селена(IV) с использованием органического реагента 3,3´-диаминобензидина гидрохлорида (J.M. Sankalia, R.C. Mashru, M.G. Sankalia. Spectroscopic determination of trace amounts of selenium(IV) in multivitamin with multimineral formulations using 3,3´-diaminobenzidine hydrochloride //Spectroscopy Letters. 2005, vol. 38, issue 1, pp. 61-76). Метод основан на образовании стабильного желтого комплекса пиазоселенола по реакции селена(IV) c реагентом в водном растворе, который затем экстрагировали толуолом и проводили измерение поглощения органического слоя при 434 нм. Содержание селена(IV) оценивали по градуировочной зависимости. Диапазон определяемых содержаний селена составил 1-7 мкг/мл с пределом обнаружения 0,1665 мкг/мл. Предлагаемый способ позволяет проводить определения селена(IV) в поливитаминных фармацевтических препаратах.

К недостаткам предлагаемого способа можно отнести трудоемкость процесса определения, которая состоит в необходимости включения стадии кипячения растворов перед экстракционным выделением окрашенного комплексного соединения, и использование токсичного органического растворителя.

В работе (M.S. El-Shahawi, A.M. Othman, A.S Bashammakh, M.V. El-Sonbati. Chemical equilibria and sequential extractive spectrophotometric determination of selenium(IV) and (VI) using the chromogenic reagent 4,4´-dichlorodithizone //Intern. J. Environ. Anal. Chem. 2006, vol. 86, no. 12, pp. 941-954) предложен экстракционно-спектрофотометрический способ определения селена с использованием хромогенного реагента 4,4´-дихлордитизона. Способ основан на количественном извлечении селена(IV) из водного раствора с диапазоном pH 0-2 органической фазой н-гексана с растворенным в ней реагентом. В результате взаимодействия селена(IV) с реагентом органический слой окрашивается в желто-красный цвет в результате образования комплекса состава [SeO(Cl₂HDz)₂] с максимумом поглощения при длине волны 416 нм. Содержание селена(IV) находят по градуировочной зависимости, линейность которой наблюдается в диапазоне концентраций 0,01-20 мкг/мл. Предложенный способ был применен для определения селена(IV) в водопроводной воде.

Предлагаемый способ является длительным и трудоемким вследствие необходимости отделения избытка свободного реагента от образовавшегося комплекса, экологически небезопасным и вредным для здоровья людей вследствие применения значительных количеств токсичного растворителя.

Необходимость использования токсичных растворителей в экстракционных спектрофотометрических методиках определения веществ ограничивает их применение в анализе. В настоящее время достаточно перспективными и активно развивающимися являются методы, основанные на определении элементов с органическими реагентами на твердой фазе. Как правило, их преимущество заключается в сочетании концентрирования и повышения избирательности и чувствительности по сравнению со спектрофотометрическими методами. Возможность проведения определения без использования токсичных растворителей обеспечивает экологическую безопасность анализа. В качестве носителей для проведения реакций на твердой фазе используют самые разнообразные материалы: силикагели, пенополиуретаны, бумаги, ионообменные смолы, ацетилцеллюлозные мембраны, поливинилхлоридные пленки и другие.

Наиболее часто в аналитических лабораториях используется метод молекулярной спектроскопии, основанный на измерении поглощения света, из-за его высокой способности к адаптации широкому кругу аналитических проблем. При разработке методик определения с использованием твердой фазы, основанных на измерении светопоглощения, в качестве носителей для иммобилизации реагентов используют различные прозрачные материалы.

Известен способ определения селена с использованием оптически прозрачной нафионовой мембраны [L.dlC Coo., I.Su Martinez. Nafion-based optical sensor for the determination of selenium in water samples //Talanta. 2004, vol. 64, pp. 1317-1322], который является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению. В предлагаемом способе в качестве реагента применяли вариаминовый синий, иммобилизованный в нафионовую мембрану. Способ основан на взаимодействии селенит-иона с иодидом калия в анализируемом растворе при рН=1,5 с образованием свободного иода, который в дальнейшем взаимодействует с иммобилизованным реагентом, и окраска мембраны изменяет цвет со светло-синего на темно-фиолетовый. Содержание селена находили по градуировочной зависимости, для построения которой проводили измерение поглощения мембраны при длине волны 655 нм. Диапазон определяемых содержаний составил 4,0-20 мг/л с пределом обнаружения 4,0 мг/л. Предлагаемый способ является селективным, был применен для определения содержания селена в пробах природных вод.

К существенным недостаткам предлагаемого способа можно отнести высокую длительность и трудоемкость подготовки мембраны к процессу иммобилизации реагента, а также длительность и самого процесса иммобилизации реагента в мембрану. Кроме того, способ характеризуется высоким пределом обнаружения.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, нетрудоемкого, чувствительного, экологически безопасного способа определения селена(IV) с низким пределом обнаружения и различными вариантами детектирования аналитического сигнала и оценки содержания определяемого элемента.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе определения селена(IV), включающем приготовление раствора селена(IV), извлечение селена(IV) из анализируемого раствора мембраной с иммобилизованным дитизоном или извлечение трииодид-иона мембраной при косвенном определении селена(IV), измерение аналитического сигнала и определение содержания селена, новым является то, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 610 и 370 нм или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания селена(IV) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем:

1) Находящийся в анализируемом растворе с pH~0 селен(IV) извлекается полиметакрилатной матрицей с иммобилизованным дитизоном. В матрице образуется соединение, окрашенное в желтый цвет.

Иммобилизацию дитизона в полиметакрилатную матрицу размером 6,0×8,0×0,6 мм проводили его сорбцией из раствора в статическом режиме. Для этого 25 мл раствора реагента в водном растворе NaOH перемешивали с матрицей в течение 10 мин, при этом происходило ее окрашивание в желто-оранжевый цвет вследствие того, что сорбированный дитизон в матрице находится в енольной форме и имеет максимум поглощения при длине волны 430 нм.

В исследуемый раствор, содержащий селен(IV), вносили полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным дитизоном, тщательно перемешивали в течение 60 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания селена(IV) в анализируемом растворе и его оценкой. При контакте с раствором селена полиметакрилатная матрица окрашивается в желто-зеленый цвет вследствие образования в матрице соединения селена с дитизоном желтого цвета и перехода непрореагировавшей части реагента в кето-форму, окрашенную в зеленый цвет. Спектры поглощения полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дитизоном после контакта с раствором селена(IV) имеют максимум поглощения при 420 нм, который может соответствовать как образовавшемуся соединению дитизона с селеном(IV) в полиметакрилатной матрице, так и енольной форме дитизона, и максимум поглощения при 610 нм, соответствующий кето-форме непрореагировавшего дитизона (рис 1).

2) Находящийся в анализируемом растворе селен(IV) взаимодействует с иодидами, присутствующими в избытке, с выделением свободного иода (1) в эквивалентных селену количествах с последующим образованием трииодид-иона (2), который извлекается из раствора полиметакрилатной матрицей. При этом матрица окрашивается в желтый цвет. Реакция селена(IV) с иодидами протекает в кислой среде.

SeO₃ ^2-+4I^ˉ+6H⁺→ Se⁰+2I₂+3H₂O (1) I₂+Iˉ → I^ˉ ₃ (2)

В исследуемый раствор, содержащий селен(IV), добавляли раствор иодида калия, вносили полиметакрилатную матрицу, тщательно перемешивали в течение 20 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания селена(IV) в анализируемом растворе и его оценкой. При контакте с анализируемым раствором полиметакрилатная матрица окрашивается в желтый цвет, на спектре поглощения появляется максимум поглощения при длине волны 370 нм, соответствующий поглощению сорбированного в матрицу трииодид-иона (рис. 2).

Ниже представлены примеры осуществления заявленного изобретения.

Пример 1. Измерение поглощения полиметакрилатной матрицы и определение содержания селена(IV) по градуировочному графику.

а) В 50 мл анализируемого раствора с содержанием селена (IV) 0,005-0,05 мг, среда 2,5 М HCl, помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дитизоном и перемешивали в течение 60 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 610 нм. Содержание селена(IV) находили по градуировочной зависимости, построенной в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид: А₆₁₀=1,5 - 1,3 с_Se (r=0,995), где с_Se - концентрация селена(IV), мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0,1 - 0,5 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s-критерию, равен 0,09 мг/л.

б) В 50 мл анализируемого раствора, содержащего 0,0025-0,025 мг селена(IV), 2 мл HCl_конц, 1 мл 24%-го раствора KI и 5 мл 25%-го ацетата натрия, введенного в анализируемый раствор через 3 мин после начала реакции, помещали пластинку полиметакрилатной матрицы, перемешивали в течение 20 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 370 нм. Содержание селена(IV) находили по градуировочной зависимости, построенной в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид: А₃₇₀=0,05+2,60 с_Se (r=0,995), где с_Se - концентрация селена(IV), мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0,05 - 0,40 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s-критерию, равен 0,07 мг/л.

Пример 2. Визуально-тестовое определение содержания селена(IV).

Для визуально-тестового определения селена(IV) получены цветовые шкалы путем сканирования образцов, полученных при построении градуировочных зависимостей. Визуальное тест-определение выполняли аналогично методикам (а, б), описанным в примере 1, с тем отличием, что после контакта с растворами селена(IV) поглощение полиметакрилатных матриц не измеряли, а проводили сравнение их окраски с цветовыми шкалами (рисунок 3) и полуколичественно определяли концентрацию элемента.

Пример 3. Определение содержания селена в витаминных фармацевтических препаратах и питьевой минеральной воде.

Подготовка препарата «Селен-актив» к анализу. Препарат имеет в своем составе органически связанный селен (селексен), поэтому для определения селена(IV) в указанном препарате предварительно проводили минерализацию пробы. Три таблетки препарата после предварительного перетирания помещали в фарфоровый тигель, приливали 5 мл воды и 15 мл смеси концентрированных HNO₃ и HClO₄ в соотношении 3:1 и выпаривали при 100-120ºС до 1-2 мл. Затем добавляли 10 мл смеси, состоящей из 30% раствора H₂O₂ и HNO_{3 конц} в соотношении 5:1, и нагревали еще в течение 2 часов. Далее приливали 5 мл HCl_конц и кипятили 30 минут для перевода селена(VI) в селен(IV). Чашку охлаждали, полученный раствор переносили в мерную колбу вместимостью 25 мл и разбавляли водой до метки. Для анализа отбирали 10 мл полученного раствора и поступали, как указано в примере 1.

Подготовка препаратов «Селмевит» и «Компливит» к анализу. Препараты содержат в своем составе селен в виде селенита натрия, поэтому при их подготовке к анализу предварительная минерализация проб не проводилась. Растворы препаратов готовили растворением шести таблеток «Селмевита» и трех таблеток «Компливита» в мерных колбах вместимостью 25 мл. Для анализа отбирали по 10 мл полученных растворов и поступали, как указано в примере 1.

Подготовка минеральных вод к анализу. Определение селена(IV) в минеральной воде проводили методом «введено-найдено». Для этого к 1 л минеральной воды прибавляли 0,01 мг Se(IV). Далее пробу концентрировали упариванием в 10 раз. Для анализа отбирали аликвотную часть в мерную колбу на 50 мл и поступали, как указано в примере 1.

В таблице 1 приведены результаты определения селена(IV) заявляемым способом в поливитаминных препаратах. Правильность разработанной методики оценивали по результатам определения добавок селена(IV) в пробе минеральной воды «Касмалинская» и витаминного препарата «Селмевит» (табл.2). Полученные результаты свидетельствуют о правильности и повторяемости предлагаемого способа определения селена(IV).

Таблица 1. Результаты определения селена(IV) в витаминных препаратах (n=4-5; P=0,95)

Препарат Содержание селена в объекте Найдено s_r «Селмевит» 25 мкг/табл (26,1±1,2) мкг/табл 0,04 «Компливит» 70 мкг/табл (67±4) мкг/табл 0,03 «Селен-актив» 50 мкг/табл (54±2) мкг/табл 0,03

Таблица 2. Проверка правильности определения селена(IV) методом добавок (n=3, P=0,95)

Объект Введено Найдено δ, % s_r Витаминный препарат «Селмевит» 10,0 мкг 10,2 мкг 1,8 0,14 Минеральная вода «Касмалинская» 0,010 мг 0,011 мг 10 0,22

δ, % - относительная погрешность результата анализа.

Преимуществом заявленного изобретения по сравнению с прототипом является существенное снижение предела обнаружения, различные способы измерения аналитического сигнала полиметакрилатной матрицы и оценки содержания селена(IV). Кроме того, значительным преимуществом заявляемого способа по сравнению с известными является простота выполнения определения селена(IV) и отсутствие необходимости применения токсичных растворителей и других вредных веществ.

Группа изобретений относится к области аналитической химии, а именно к методам определения селена(IV), и может быть использована при его определении в фармацевтических препаратах, биологически активных добавках, питьевых и минеральных водах. Способы определения селена(IV) с использованием полиметакрилатной матрицы включают приготовление раствора селена(IV), извлечение селена(IV) мембраной с иммобилизованным дитизоном или извлечение трииодид-ионов мембраной при косвенном определении селена(IV), последующее ее отделение от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания селена(IV). В случае применения полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дитизоном в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 610 нм, в случае извлечения трииодид-ионов мембраной при косвенном определении селена(IV) в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 370 нм, или используют визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания селена(IV) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом. Способы отличаются простотой, нетрудоемкостью, чувствительностью и экологической безопасностью. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр., 2 табл.

1. Способ определения селена(IV) с использованием полиметакрилатной матрицы, включающий приготовление раствора селена(IV), извлечение селена(IV) мембраной с иммобилизованным дитизоном, последующее ее отделение от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания селена(IV), отличающийся тем, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным дитизоном, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 610 нм или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания селена(IV) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.

2. Способ определения селена(IV) с использованием полиметакрилатной матрицы, включающий приготовление раствора селена(IV), добавление к нему избытка иодид-ионов, последующее извлечение образующихся в растворе трииодид-ионов мембраной при косвенном определении селена(IV), отделение мембраны от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания селена(IV), отличающийся тем, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 370 нм или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания селена(IV) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.