Состав тест-россыпи для определения сульфит-ионов в водных растворах, воздушных средах и биологических объектах Российский патент 2023 года по МПК G01N21/78 G01N31/22 

Изобретение относится к области аналитической химии, агрохимии, почвоведения, экологии, сельского хозяйства, а именно к разработке различных составов для качественного и количественного определения сульфит-ионов. Предложенный состав обладает окислительными свойствами и, реагируя с разными восстановителями, приводит к образованию интенсивно окрашенных продуктов. Таким образом, за счет появления фиолетовой окраски тест-россыпи визуальным способом можно определять содержание не только диоксида серы в воздушных средах (при помощи градуировочной шкалы на индикаторной трубке), но и сульфитов в водных растворах, биологических объектах (при помощи цветовой шкалы или через приложение Litur, выдающее обозначение цвета в НЕХ-формате). Данная разработка может применяться для нахождения концентрации сульфит-ионов с низкими пределами обнаружения, также она способна упростить процедуру анализа, снизить время на приготовление состава и повысить его стабильность при хранении в различных температурных условиях.

Известен состав для определения диоксида серы индикаторными трубками в присутствии оксидов азота, встречающихся в промышленных выбросах. Пробу газа последовательно пропускают через два слоя, а именно сорбционный и индикаторный. В первом слое используют в качестве носителя силикагель, пропитанный спиртовым раствором антраниловый кислоты. Во втором слое - силикагель, обработанный в зависимости от измеряемых концентраций либо раствором с рН 2,4-2,8, содержащим йод и крахмал, либо раствором с рН 3,4-3,8, содержащим только йод. Длина изменившего окраску слоя показывает концентрацию диоксида серы. (Патент RU №2102745).

Недостатками данного состава являются ограниченность области применения, потребность в большом количестве химических реагентов и средств измерения в процессе его приготовления, высокие энергозатраты, зависимость предела обнаружения от рН пропитывающего раствора, невозможность определения содержания диоксида серы в пробе ниже 1 мг/м³, нестабильность при хранении за счет высокой гигроскопичности.

Известен способ приготовления индикаторной массы для определения содержания диоксида серы в рудничном воздухе и воздухе промышленных предприятий. В качестве носителя применяют силикагель, обработанный водным раствором крахмала и йода в йодистом калии. При этом данный раствор используется в смеси с водным раствором двухзамещенного фосфорнокислого натрия и лимонной кислоты с рН 3,4-3,8. Длина изменившей окраску индикаторной массы, снаряженной в индикаторную трубку, показывает концентрацию диоксида серы (а.с. SU №1113359).

Недостатками данного способа являются потребность в большом количестве средств измерения при приготовлении состава, необходимость подготовки пропитывающего раствора, представляющего собой сложную реактивную смесь, с определенным значением рН для создания оптимальной чувствительности индикаторной массы, а также нестабильность при хранении за счет высокой гигроскопичности и высокий предел обнаружения концентраций диоксида серы (1 мг/м³).

Известен состав для количественного определения диоксида серы в воздухе. Анализируемую пробу пропускают через поглотительный раствор трилона Б с концентрацией 2,5*10^-4-1,0*10^-2 моль/л, вводят фуксинформальдегидный реактив и фотометрируют (а.с. SU №1647396).

Недостатками данного состава являются потребность в большом количестве средств измерения при его приготовлении, ограниченный срок хранения реагента, а также невозможность проведения экспресс-анализа проб на месте отбора из-за того, что состав требует применения специального оборудования, для которого необходимо проводить калибровку перед началом работы, готовить градуировочные растворы и строить график для определения содержания диоксида серы.

Известен состав для количественного определения сернистого ангидрида в растворе, содержащем 2-3 мас. % синильной кислоты. Проба обрабатывается водным раствором смеси фуксина и малахитового зеленого, взятых в соотношении 3:1, при рН 3-7. Далее окрашенный раствор фотометрируют (а.с. SU №1755139).

Недостатками данного состава являются ограниченность области применения, потребность в большом количестве средств измерения при его приготовлении, использование токсичных химических веществ, контролирование рН обрабатывающего раствора для исключения погрешности измерения, а также сложность анализа проб, заключающаяся в том, что состав требует применения специального оборудования, для которого необходимо готовить градуировочные растворы, проводить калибровку перед началом работы и строить график для определения содержания диоксида серы.

Известен состав для определения диоксида серы и сульфит-ионов в воде, воздухе и других объектах окружающей среды. Анализируемую пробу подкисляют, выделившийся диоксид серы адсорбируют дистиллированной водой, размещенной на поверхности рН-стеклянного электрода с газовым зазором, заполненным инертным газом, и определяют концентрацию диоксида серы по величине потенциала рН-стеклянного электрода. С целью снижения предела обнаружения в анализируемую пробу вводят сульфат натрия до насыщения и 0,1-1,0 моль/л азотной кислоты (Патент СССР №1622813).

Недостатками данного состава являются необходимость приготовления растворов с ограниченным сроком хранения, невозможность проведения экспресс-анализа проб на месте отбора из-за того, что состав требует применения специальной установки, для которой необходимы вспомогательное оборудование, тщательный контроль за соблюдением всех условий и построение градуировочной характеристики путем приготовления стандартных растворов сульфита натрия.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению относится способ приготовления индикаторного порошка для определения сернистого ангидрида в воздухе. Анализируемую пробу просасывают через индикаторную трубку с определенным составом. Последний получают смешиванием в процессе гелирования кислого золя поликремниевой кислоты с бромкрезоловым зеленым. Длина окрашенного слоя показывает концентрацию диоксида серы в газовой пробе (а.с. SU №1797054).

При приготовлении состава для определения сульфит-ионов используют (мас. %) силикагель 89,30-89,10%, бромкрезоловый зеленый 0,70-0,80%, вода 10,0-10,1%.

Недостатками данного состава являются сложность и длительность его приготовления, высокие энергозатраты, необходимость соблюдения условий при химическом модифицировании и гелировании продукта, малая чувствительность (от 1,0 мг/м³), малый срок хранения препарата.

Проведя анализ существующего уровня техники, было выявлено, что технической проблемой в данной области является недостаточный ассортимент простых в использовании составов, позволяющих без предварительного приготовления растворов реагентов качественно и количественно определять наличие сульфит-ионов в биологических объектах, водных растворах и воздушных средах.

Ожидаемым техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение чувствительности и точности определения концентрации сульфит-ионов, при снижении энергозатрат за счет уменьшения температуры растворов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в состав тест-россыпи для определения сульфит-ионов в водных растворах, воздушных средах и биологических объектах, характеризующийся тем, что содержит смесь 4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1, костры льна, диоксида кремния, каолина, полилактида и формалина при следующем соотношении компонентов, мас. %:

4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден) метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1 0,2-1,0 формалин 0,02-0,1 диоксид кремния 6,0-8,0 каолин 2,0-6,0 полилактид 1,0-4,0 костра льна до 100.

Таким образом, состав аналитической россыпи включает 4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1, формалин, диоксид кремния, каолин, полилактид и костру льна (льна долгунца или льна масличного). Последняя содержится в количестве по массе до 100%, что соответствует 90,78-80,9% от общей массы, размером 0,10-0,25 мм, предварительно обработанная 20% раствором перекиси водорода.

Льняная костра образуется на льнозаводах после выделения волокна и семян, содержит до 85% целлюлозы, 10-15% лигнина, пентозанов, зольных элементов, является хорошим сорбентом.

Пример 1

Готовят смесь. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 15 г костры льна-долгунца или льна масличного, 0,99 г диоксида кремния, 0,33 г каолина, 0,17 г полилактида и вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 21°С в течение 20 минут. Далее готовят фуксинформальдегидный реактив. Растворяют 0,65 г фуксина основного специальной обработки (с маркой «для фуксинсернистой кислоты»), растирают в ступке и переносят в колбу, добавляют 22 см³ этилового спирта и после растворения навески разбавляют раствор 100 см³ дистиллированной воды, медленно при охлаждении добавляют 60 см³ концентрированной серной кислоты удельного веса 1,84 г/см³ и осторожно объем доводят дистиллированной водой до 1 дм³. 10 частей свежеприготовленного фуксина смешивают с 1 частью 2% раствора формалина. Затем через загруженную в термостатируемую колонку смесь сверху вниз пропускают фуксинформальдегидный реактив, 5 минут выдерживают раствор в колонке и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.

Смесь высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения сульфит-ионов.

Тест-россыпь, приготовленная по примеру 1, соответствует требованиям, предъявляемым к составу для качественного и количественного определения сульфит-ионов. Время для развития окраски составляет не более двух минут.

Пример 2

Готовят смесь. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г костры льна-долгунца или льна масличного, 0,99 г диоксида кремния, 0,74 г каолина, 0,49 г полилактида и вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 21°С в течение 20 минут. Далее готовят фуксинформальдегидный реактив. Растворяют 0,65 г фуксина основного специальной обработки (с маркой «для фуксинсернистой кислоты»), растирают в ступке и переносят в колбу, добавляют 22 см³ этилового спирта и после растворения навески разбавляют раствор 100 см³ дистиллированной воды, медленно при охлаждении добавляют 60 см³ концентрированной серной кислоты удельного веса 1,84 г/см³ и осторожно объем доводят дистиллированной водой до 1 дм³. 10 частей свежеприготовленного фуксина смешивают с 1 частью 3% раствора формалина. Затем через загруженную в термостатируемую колонку смесь сверху вниз пропускают фуксинформальдегидный реактив, 5 минут выдерживают раствор в колонке и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.

Смесь высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения сульфит-ионов.

Тест-россыпь, приготовленная по примеру 2, соответствует требованиям, предъявляемым к составу для качественного и количественного определения сульфит-ионов. Время для развития окраски составляет не более двух минут.

Пример 3

Готовят смесь. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 13 г костры льна-долгунца или льна масличного, 1,06 г диоксида кремния, 0,6 г каолина, 0,19 г полилактида и вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 21°С в течение 20 минут. Далее готовят фуксинформальдегидный реактив. Растворяют 0,65 г фуксина основного специальной обработки (с маркой «для фуксинсернистой кислоты»), растирают в ступке и переносят в колбу, добавляют 22 см³ этилового спирта и после растворения навески разбавляют раствор 100 см³ дистиллированной воды, медленно при охлаждении добавляют 60 см³ концентрированной серной кислоты удельного веса 1,84 г/см³ и осторожно объем доводят дистиллированной водой до 1 дм³. 10 частей свежеприготовленного фуксина смешивают с 1 частью 3% раствора формалина. Затем через загруженную в термостатируемую колонку смесь сверху вниз пропускают фуксинформальдегидный реактив, 5 минут выдерживают раствор в колонке и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.

Смесь высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения сульфит-ионов.

Тест-россыпь, приготовленная по примеру 3, полностью соответствует требованиям, предъявляемым к составу для качественного и количественного определения сульфит-ионов. При таком соотношении компонентов наблюдается оптимальная чувствительность порошка. Время для развития окраски составляет не более двух минут. Минимально определяемая концентрация равна 0,08 мг/л (мг/м³).

Пример 4

Готовят смесь. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 5 г костры льна-долгунца или льна масличного, 0,26 г диоксида кремния, 0,05 г каолина, 0,01 г полилактида и вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 21°С в течение 20 минут. Далее готовят фуксинформальдегидный реактив. Растворяют 0,65 г фуксина основного специальной обработки (с маркой «для фуксинсернистой кислоты»), растирают в ступке и переносят в колбу, добавляют 22 см³ этилового спирта и после растворения навески разбавляют раствор 100 см³ дистиллированной воды, медленно при охлаждении добавляют 60 см³ концентрированной серной кислоты удельного веса 1,84 г/см³ и осторожно объем доводят дистиллированной водой до 1 дм³. 10 частей свежеприготовленного фуксина смешивают с 1 частью 3% раствора формалина. Затем через загруженную в термостатируемую колонку смесь сверху вниз пропускают фуксинформальдегидный реактив, 5 минут выдерживают раствор в колонке и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.

Смесь высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения сульфит-ионов.

Тест-россыпь, приготовленная по примеру 4, не соответствует требованиям, предъявляемым к составу для качественного и количественного определения сульфит-ионов. При таком соотношении компонентов ухудшаются физико-механические свойства порошка, уменьшается чувствительность и точность измерения.

Пример 5

Готовят смесь. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 20 г костры льна-долгунца или льна масличного, 2,34 г диоксида кремния, 1,82 г каолина, 1,3 г полилактида и вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 21°С в течение 20 минут. Далее готовят фуксинформальдегидный реактив. Растворяют 0,65 г фуксина основного специальной обработки (с маркой «для фуксинсернистой кислоты»), растирают в ступке и переносят в колбу, добавляют 22 см³ этилового спирта и после растворения навески разбавляют раствор 100 см³ дистиллированной воды, медленно при охлаждении добавляют 60 см³ концентрированной серной кислоты удельного веса 1,84 г/см³ и осторожно объем доводят дистиллированной водой до 1 дм³. 10 частей свежеприготовленного фуксина смешивают с 1 частью 3% раствора формалина. Затем через загруженную в термостатируемую колонку смесь сверху вниз пропускают фуксинформальдегидный реактив, 5 минут выдерживают раствор в колонке и откачивают, снижая давление в нижней части колонки. Смесь высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения сульфит-ионов.

Тест-россыпь, приготовленная по примеру 5, не соответствует требованиям, предъявляемым к составу для качественного и количественного определения сульфит-ионов. При таком соотношении компонентов ухудшаются физико-механические свойства порошка, получаются заниженные результаты, возрастает погрешность измерения.

По сравнению с прототипом предложенное изобретение снижает время на приготовление смеси (в 3 раза), обеспечивает стабильность физико-химических показателей состава для последующего определения сульфит-ионов, возможность смешивания всех исходных компонентов в один состав, хранение состава при комнатной температуре 18-22°С в течение 1 года без потери свойств, снижение энергозатрат за счет уменьшения температуры растворов для приготовления смесей, а также позволяет проводить экспресс-анализ проб на месте отбора.

Изобретение относится к области аналитической химии, почвоведения и экологии. Предложен состав тест-россыпи для определения сульфит-ионов в водных растворах, воздушных средах и биологических объектах, характеризующийся тем, что содержит 4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1, формалин, диоксид кремния, каолин, полилактид и костру льна при следующем соотношении компонентов, мас. %: 4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1 - 0,2-1,0; формалин - 0,02-0,1; диоксид кремния - 6,0-8,0; каолин - 2,0-6,0; полилактид - 1,0-4,0; костра льна - до 100. Техническим результатом изобретения является изготовление состава, позволяющего проводить экспресс-анализ проб на месте отбора, а также сохранять стабильность и физико-химические характеристики в течение длительного времени при повышении чувствительности и точности определения концентрации сульфит-ионов. 5 пр.

Состав тест-россыпи для определения сульфит-ионов в водных растворах, воздушных средах и биологических объектах, характеризующийся тем, что содержит 4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]-2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1, формалин, диоксид кремния, каолин, полилактид и костру льна при следующем соотношении компонентов, мас. %:

4-[(4-аминофенил)(4-имино-2,5-циклогексадиен-1-илиден)метил]- 2-метиланилина гидрохлорид в мольном соотношении 1:1 0,2-1,0 Формалин 0,02-0,1 диоксид кремния 6,0-8,0 каолин 2,0-6,0 полилактид 1,0-4,0 костра льна до 100