Способ определения йода Российский патент 2023 года по МПК G01N27/44 

Изобретение относится к аналитической химии и может использоваться при контроле содержания йода в воде, почве, растениях, пище, фармацевтических препаратах. В частности, определение йода может быть использовано в пищевой отрасли, например, для контроля содержания йода в морской капусте.

Из существующего уровня техники известен способ прямого титрования раствора аналита нитратом серебра в присутствии эозината натрия, как индикатора (способ Фаянса). Анализ основан на индикации розового окрашивания присутствующих в растворе мицелл [AgI^-]*Ag⁺ c адсорбированными ионами индикатора [Сыроватский И.П., Гончиков Ю.А. Использование методов осаждения для количественного анализа лекарственных средств / Иркутск, ИГМУ, 2017, С. 25-26].

Недостатком данного технического решения является необходимость строгого соблюдения рН раствора (уксуснокислая среда), а посторонние ионы снижают чувствительность адсорбционного индикатора.

Известен способ обратного титрования (способ Фольгарда) с использованием двух титрованных растворов, а именно, нитрата серебра и тиоцианата аммония в присутствии железоаммонийных квасцов в качестве индикатора [Сыроватский И.П., Гончиков Ю.А. Использование методов осаждения для количественного анализа лекарственных средств / Иркутск, ИГМУ, 2017, С. 24].

Недостатками способа обратного титрования являются необходимость приготовления и расхода двух титрованных растворов, причем дорогостоящий титрант (нитрат серебра) используется в избытке, т. е. непроизводительно.

В качестве ближайшего аналога (прототипа), известен способ прямого титрования йода нитратом серебра в присутствии других галогенидов (способ Кольтгофа). Титрование аналита осуществляется в присутствии йодкрахмального индикатора в кислой среде до исчезновения синего окрашивания [Титриметрические методы количественного определения лекарств, С.2, https://portal.tpu.ru/SHARED/b/BELYANIN/pcmi/pcmi/Lecture9-10.doc ].

К недостаткам прототипа относится необходимость использования дополнительного раствора йодата калия, введение которого обеспечивает безвозвратное образование не титруемых трех моль йода из одного моль вводимого раствора йодата калия и пяти моль йодид-ионов титруемого аналита, т.е. требует изъятия из титруемого раствора неучитываемых пяти моль йодида калия на каждый моль вводимого йодата калия:

KIO₃ + 5KI + 3H₂SO₄ → 3I₂ + 3K₂SO₄ + 3Н₂O.

Присутствие образующегося молекулярного йода обеспечивает синее окрашивание системы (I₂ + KI + крахмал).

По мере титрования из раствора осаждаются йодиды, связываемые нитратом серебра:

KI + AgNO₃ → Agl↓ + KNO₃

В точке эквивалентности происходит обесцвечивание раствора, т. к. йодиды полностью исчезают из раствора.

Кроме того, недостатком прототипа является необходимость приготовления, создания особых условий хранения и использования дополнительного раствора йодата калия, введение которого обеспечивает образование неучтенного молекулярного йода. Особыми условиями хранения раствора йодата калия служит потребность в таре из темного стекла и затемненное место хранения, т.к. раствор этого сильного окислителя разлагается на свету [«Вольтамперометрическое определение йода в пищевых продуктах». Методические указания. МУК 4.1.1187-03 (Утверждены главным государственным санитарным врачом РФ 26.01.2003 г.), п. 7.1.4].

Задачей, на которую направлено заявляемое решение, является обеспечение присутствия I₂ в системе (I₂ + KI + крахмал) электролизом аналита по реакции:

2I^- - 2e^- = I₂

Поставленная задача решается тем, что через пробу аналита в течение нескольких секунд (до появления синего окрашивания анализируемого раствора) пропускается постоянный ток для осуществления электролиза по приведенной выше схеме реакции.

Техническим результатом является упрощение процесса анализа, ускорение этой процедуры и повышение точности анализа, благодаря созданию аналитической системы I₂ + KI + крахмал за счет кратковременного электролиза с исключением использования дополнительного реактива йодата калия KIO₃.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в табл.

Виды
технического
результата и их размерность Показатели фактические или расчётные Объяснение, за счёт чего (отличительный признак и/или их
совокупность) стало возможным
улучшение показателей предложенного объекта по сравнению с прототипом прототипа заявляемого объекта Определение йода в растворе Для генерации молекулярного йода дополнительно вводится в систему раствор йодата калия.
Приготовление и создание особых условий его хранения. Для генерации молекулярного йода через пробу аналита в течение нескольких секунд (до появления синего окрашивания анализируемого раствора) пропускается постоянный ток В прототипе готовится, хранится и используется дополнительный раствор йодата калия, введение которого обеспечивает безвозвратное образование не титруемых трех моль йода из одного моль вводимого раствора йодата калия и пяти моль йодид-ионов титруемого аналита, т.е. происходит изъятие из титруемого раствора неучитываемых пяти моль йодида калия на каждый моль вводимого йодата калия:
KIO₃ + 5KI + 3H₂SO₄ → 3I₂+ 3K₂SO₄ + 3Н₂O.
Присутствие образующегося молекулярного йода обеспечивает синее окрашивание системы (I₂ + KI + крахмал).
В предлагаемом способе упрощение процесса анализа, ускорение этой процедуры и повышение точности анализа осуществляется благодаря созданию аналитической системы (I₂ + KI + крахмал) за счет кратковременного электролиза с исключением использования дополнительного реактива йодата калия KIO₃, а значит, его приготовления и особых условий хранения.

Возможность осуществления изобретения показана примерами.

Для осуществления экспериментов использовали:

- анализируемые растворы, приготовленные минерализацией 20 г объектов исследования, содержащих микроколичества йода при тампературе 550-600 ℃ в муфельной печи [Табаторович А.Н., Резниченко И.Ю. Технология и оценка качества пастилы, обогащенной йодом // Техника и технология пищевых производств, 2016, Т.40, №1, С. 61-66] с последующим растворением золы;

- титрант нитрат серебра 0,05 М;

- 1% раствор крахмала;

- разведенную серную кислоту (1 : 10) для создания слабокислой среды;

- электролизер с угольными электродами.

Пример 1. Определение содержания йода в морской капусте.

Проба морской капусты массой 20 г, озоленная в муфельной печи, растворялась водой и помещалась в мерную колбу на 50 мл. Аликвота в 2 мл помещалась в колбу для титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды, 2 мл раствора крахмала, несколько капель раствора серной кислоты и подвергалась электролизу при напряжении 1,7 В и катодной плотности тока 2 А/дм² на несколько секунд (до появления синего окрашивания раствора) на угольных электродах. Титрование аликвоты осуществлялось раствором нитрата серебра до исчезновения синего окрашивания. Присутствие других галогенов не мешает определению содержания йода, т.к. растворимость йодида серебра из всех галогенидов серебра минимальна (ПР_AgI = 1,5*10^-16, ПР_AgBr = 4,4*10^-13, ПР_AgCl = 1,8*10^-10).

Найдено: содержание йода в морской капусте 247 мг/100 г продукта при нормативе 300 мг/100 г [http://frs24.ru/st/soderzhanie-joda-v-produktah/#1].

Пример 2. Определение содержания йода в салате листовом.

Проба листового салата массой 20 г, озоленная в муфельной печи, растворялась водой и помещалась в мерную колбу на 50 мл. Аликвота в 2 мл помещалась в колбу для титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды, 2 мл раствора крахмала, несколько капель раствора серной кислоты и подвергалась электролизу при напряжении 1,7 В и катодной плотности тока 2 А/дм² на несколько секунд (до появления синего окрашивания раствора) на угольных электродах. Титрование аликвоты осуществлялось раствором нитрата серебра до исчезновения синего окрашивания.

Найдено: содержание йода в салате листовом 7,8 мг/100 г продукта при нормативе 8 мг/100 г [http://frs24.ru/st/soderzhanie-joda-v-produktah/#1].

Пример 3. Определение содержания йода в картофеле.

Образец картофеля массой 20 г, озоленный в муфельной печи, растворялся водой и помещался в мерную колбу на 50 мл. Аликвота в 2 мл переносилась в колбу для титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды, 2 мл раствора крахмала, несколько капель раствора серной кислоты и подвергалась электролизу при напряжении 1,7 В и катодной плотности тока 2 А/дм² на несколько секунд (до появления синего окрашивания раствора) на угольных электродах. Титрование аликвоты осуществлялось раствором нитрата серебра до исчезновения синего окрашивания.

Найдено: содержание йода в картофеле 5,3 мг/100 г продукта при нормативе 5 мг/100 г [http://frs24.ru/st/soderzhanie-joda-v-produktah/#1].

Изобретение относится к области аналитической химии. Раскрыт способ определения йода прямым титрованием аликвоты с иодид-ионами нитратом серебра в присутствии крахмала и серной кислоты до исчезновения синего окрашивания, при этом перед анализом водный раствор аналита подвергается электролизу для генерации молекул йода при постоянной силе тока до появления синего окрашивания, при этом анализ проводится без использования йодата калия. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса анализа, а также повышение точности анализа. 1 табл., 3 пр.

Способ определения йода прямым титрованием аликвоты с иодид-ионами нитратом серебра в присутствии крахмала и серной кислоты до исчезновения синего окрашивания, отличающийся тем, что перед анализом водный раствор аналита подвергается электролизу для генерации молекул йода при постоянной силе тока до появления синего окрашивания, при этом анализ проводится без использования йодата калия.