Способ определения кадмия в биологическом материале Российский патент 2023 года по МПК G01N33/48 B01D11/04 

Изобретение относится к экологии, биологии и токсикологической химии, а именно к способам количественного определения кадмия в биологическом материале и продуктах питания, может использоваться в практике экологических, химико-токсикологических лабораторий и санэпидстанций.

Известен способ определения кадмия в биологическом материале (крови) путем ее высушивания, обугливания и озоления, растворения пробы в соляной кислоте, переносом ее в делительную воронку, добавлением водного раствора иодида калия, доведением до рН близкому к 7 единицам, экстракцией кадмия смесью бензола с трибутилфосфатом, с последующим отбрасыванием водной фазы, прибавлением к органической фазе растворов бромида натрия, родамина С и серной кислоты, отделением экстракта с последующим его фотометрированием (Авторское свидетельство № 664924 A1 СССР, МПК C01G 11/00, B01D 11/04. Способ экстракционно-фотометрического определения кадмия : № 2328663 : заявл. 26.02.1976 : опубл. 30.05.1979 / П. П. Киш, И. С. Балог, П. Г. Мизун; заявитель УЖГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ. – EDN WUCXDT).

Недостатками данного способа является возможность экстракции только до 95% кадмия в пробе, зона линейности при фотометрировании составляет от 0,1 до 5 мкг/мл, что позволяет определять кадмий лишь в малом диапазоне содержания в пробе, а также сложность проведения анализа.

Наиболее близким способом определения кадмия в пищевых продуктах путем их минерализации, доведения до рН около 14 единиц в присутствии комплексообразователей, добавления глицерина и тартрата натрия-калия, последующей экстракцией кадмия и меди раствором диэтилдитиокарбамината натрия, отделением органического экстракта, промывания его дистиллированной водой, реэкстракцией кадмия раствором соляной кислоты с последующим его количественным определением в водной фазе экстракционно-фотометрическим способом с дипиридилом, путем доведением рН до 6,5 единиц, добавления раствора калия иодида, приготовленного на растворе ацетата натрия и добавления раствора дипиридила с раствором соли Мора, проводят экстракцию комплексов кадмия дважды по 5 мл дихлорэтана с последующим фотометрированием экстракта (Авторское свидетельство № 1278705 A1 СССР, МПК G01N 33/12. Способ определения концентрации кадмия в пищевых продуктах : № 3793912 : заявл. 14.08.1984 : опубл. 23.12.1986 / А. Н. Крылова, В. Н. Жуленко, М. А. Малярова; заявитель МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЯСНОЙ И МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. – EDN BMGZIY.).

Недостатками данного способа является трудоёмкость, возможность экстракции и реэкстракции кадмия только при его содержании менее 0,1 мг в пробе.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка нетрудоемкого, относительно быстрого способа определения кадмия в биологическом материале с широким диапазоном концентраций определения кадмия в пробе.

Технический результат достигается полной деструкцией биологического объекта при кислотной минерализации с последующей обработкой реактивами, устраняющими мешающие влияния катионов минерализата. Аликвоту минерализата переносят в полупрепаративную хроматографическую колонку 1,0 см х 20 см, заполненную катионитом КУ-2-8, и прибавляют 5 мл 0,002% раствора дитизона в хлороформе, элюат отбрасывают. Далее пропускают 1,0 мл 20% раствора сегнетовой соли, 1,0 мл 1% раствора диметилглиоксима и 5 мл 10% раствор аммиака. Элюируют кадмий порциями по 5 мл 20% раствора натрия гидроксида. К элюату прибаляют 2,5 мл раствора уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносят в мерную колбу на 25 мл и доводят до метки 20% раствором натрия гидроксида, фотометрируют с использованием спектрофотометра при длине волны 230-240 нм. Селективность достигается удалением мешающих влияний катионов и способность кадмия элюироваться сильнощелочными растворами. Зависимость наблюдается в повышении интенсивности светопоглощения комплексов кадмия с флюоресциином по сравнению с его натриевой солью (уранином).

Способ осуществляется следующим образом: навеску (точная навеска) биологического материала измельчают подходящим способом и количественно переносят в колбу Къельдаля. Окисляющую смесь, содержащую серную и азотную кислоты и воду очищенную в соотношении 1 к 1 к 1, добавляют в колбу в соотношении 0,75 к 1 по массе биоматериала и проводят минерализацию по необходимости добавляя смесь азотной кислоты с водой (1 к 1). Минерализацию ведут до получения прозрачного раствора. По завершению минерализации и полной деструкции органических веществ пробы проводят денитрацию прибавляя формалин по каплям до прекращения выделения бурого дыма. Минерализат переносят в мерную колбу соответствующего объема и доводят водой до метки. Далее количества реактивов указываются на 10,0 граммов исходного биологического материала. Аликвоту минерализата переносят полупрепаративную хроматографическую колонку 1,0см х 20 см, заполненную катионитом КУ-2-8, и прибавляют 5 мл 0,002% раствора дитизона в хлороформе, элюат отбрасывают. Далее пропускают 1,0 мл 20% раствора сегнетовой соли, 1,0 мл 1% раствора диметилглиоксима и 5мл 10% раствор аммиака. Элюируют кадмий порциями по 5 мл 20% раствора натрия гидроксида. К элюату прибаляют 2,5 мл раствора уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносят в мерную колбу на 25 мл и доводят до метки 20% раствором натрия гидроксида, фотометрируют с использованием спектрофотометра при длине волны 230-240 нм. Расчеты ведут по уравнению калибровочного графика с учетом взятых колб, пипеток, навески и разведений.

Пример 1. Определение кадмия в трупной печени

10,0 г печени измельчали до кусочков 0,5 см и обрабатывали 0,8 мл раствора кадмия хлорида, содержащего 1000 мкг/мл. Внесенное количество соответствует 1/50 половинной летальной дозы кадмия для лабораторного животного (субхроническое отравление). Модельную смесь настаивали в течение двух часов для образования связей кадмия с компонентами биоматрицы. Полученную модельную смесь переносили в колбу Къельдаля и прибавляли 7,5 мл окисляющей смеси. Минерализацию вели при слабом кипении модельной смеси, периодически прибавляя водный раствор азотной кислоты. После просветления минерализата прибавляли по каплям формалин до прекращения выделения бурого дыма. Минерализат перенесли количественно в мерную колбу на 100 мл и довели водой очищенной до метки. Аликвоту минерализата 2,0 мл перенесли полупрепаративную хроматографическую колонку 1,0см х 20 см, заполненную катионитом КУ-2-8, и прибавили 5 мл 0,002% раствора дитизона в хлороформе, элюат отбросили. Далее пропускали 1,0 мл 20% раствора сегнетовой соли, 1,0 мл 1% раствора диметилглиоксима и 5 мл 10% раствора аммиака. Элюировали кадмий двумя порциями по 5 мл 20% раствора натрия гидроксида. К элюату прибавляли 2,5 мл раствора уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносили в мерную колбу на 25 мл и доводили до метки 20% раствором натрия гидроксида. Пробы фотометрировали при 230-240 нм на спектрофотометре BioRad SmartSpecPlus (США), расчеты вели по уравнению калибровочной кривой, параллельно проводили контрольный опыт без внесения кадмия и вычитали его результат при расчетах (таблица 1).

Построение калибровочного графика.

Калибровочную кривую строили в диапазоне 0 – 25 мкг кадмия в 25 мл раствора. Стандартные растворы кадмия, содержащие 0; 5,0; 20,0; 25,0 мкг кадмия помещали в делительные воронки и уравнивали 20% раствором натрия гидроксида до 22,5 мл. Затем прибавляли раствор уранина с концентрацией 1,0 мг/мл 2,5 мл и хорошо встряхивали. Окрашенные растворы фотометрировали при 230-240 нм на спектрофотометре BioRad SmartSpecPlus (США). Полученные данные использовали для расчетов уравнения калибровочного графика. Уравнение имело вид:

А = 0,0319х + 0,0227,

где А – оптическая плотность, х – концентрация определяемого вещества в пробе.

Пример 2. Определения кадмия в ткани клубней картофеля

100,0 г картофеля измельчали на терке и обрабатывали 0,3 мл раствора кадмия хлорида, содержащего 10 мкг/мл. Внесенное количество соответствует ПДК кадмия в картофеле. Модельную смесь настаивали в течение двух часов для образования связей кадмия с компонентами биоматрицы. Полученную модельную смесь переносили в колбу Къельдаля, подсушивали и прибавляли 15 мл окисляющей смеси. Минерализацию вели при слабом кипении модельной смеси, периодически прибавляя водный раствор азотной кислоты. После просветления минерализата прибавляли по каплям формалин до прекращения выделения бурого дыма. Минерализат перенесли количественно в мерную колбу на 25 мл и довели водой очищенной до метки. 25 мл минерализата полупрепаративную хроматографическую колонку 1,0 см х 20 см, заполненную катионом КУ-2-8, и прибавили 5 мл 0,002% раствора дитизона в хлороформе. Далее элюировали последовательно 10,0 мл 20% раствора сегнетовой соли, 1,0 мл 1% раствора диметилглиоксима и 5,0 мл 10% раствор аммиака. Элюировали кадмий двумя порциями по 5 мл 20% раствора гидроксида натрия. К элюату прибавляли 2,5 мл раствора уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносили в мерную колбу на 25 мл и доводили до метки 20% раствором натрия гидроксида. Пробы фотометрировали при 230-240 нм на спектрофотометре BioRad SmartSpecPlus (США), расчеты вели по уравнению калибровочной кривой, параллельно проводили контрольный опыт без внесения кадмия и вычитали его результат при расчетах (таблица 2).

Построение калибровочного графика вели аналогично описанному в примере 1.

Таблица 1
Результаты определения кадмия в трупной печени (n = 5, P = 0,95) № Внесено, мкг в 10 г печени Найдено Метрологические характеристики мкг % 1. 800 784,2 98,02 Х ср = 97,75
S = 0,5786
S xср = 0,2588
ΔХ ср = 0,72 2. 800 774,8 96,85 3. 800 787,3 98,41 4. 800 781,0 97,63 5. 800 782,6 97,83

Таблица 2
Результаты определения кадмия в клубнях картофеля (n = 5, P = 0,95) № Внесено, мкг в 10 г печени Найдено Метрологические характеристики мкг % 1. 3,0 2,94 97,78 Х ср = 97,41
S = 0,6289
S xср = 0,2812
ΔХ ср = 0,80 2. 3,0 2,90 96,73 3. 3,0 2,95 98,30 4. 3,0 2,92 97,26 5. 3,0 2,91 97,00

Таблица 3
Сравнение предлагаемого и известного способа определения кадмия Показатель Предлагаемый способ Известный способ Пример 1 Пример 2 Процент определения кадмия, % 97,75 97,41 92 - 94 Затраты времени на 1 определение, час 0,25 0,3 1,0

Таким образом, предлагаемы способ в широком диапазоне концентраций кадмия в пробе, относительно быстро по сравнению с прототипом повышает процент определения кадмия в пробах на 4-6 %.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ определения кадмия в биологическом материале, включающий измельчение навески биологического материала и перенос в колбу Къельдаля; добавление в соотношении 0,75:1 по массе биоматериала окисляющей смеси, содержащей серную, азотную кислоты и воду очищенную в соотношении 1:1:1 для минерализации; аликвоту минерализата переносят в хроматографическую колонку с катионитом КУ-2-8, прибавляют 0,002% раствора дитизона в хлороформе, элюат отбрасывают, пропускают последовательно в заданном соотношении 20% раствор сегнетовой соли, 1% раствор диметилглиоксима, 10% раствор аммиака; элюируют кадмий 20% раствором натрия гидроксида; к элюату прибаляют раствор уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносят в мерную колбу на 25 мл и доводят до метки 20% раствором натрия гидроксида, фотометрируют при 230-240 нм; а расчеты проводят по заданному уравнению калибровочного графика. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов определения кадмия в биологическом материале в широком диапазоне концентраций кадмия. 3 табл., 2 пр.

Способ определения кадмия в биологическом материале, включающий измельчение навески биологического материала и перенос в колбу Къельдаля; затем добавляют в соотношении 0,75:1 по массе биоматериала окисляющую смесь, содержащую серную, азотную кислоты и воду очищенную в соотношении 1:1:1 и проводят минерализацию, по необходимости добавляя смесь азотной кислоты с водой в соотношении 1:1 до получения прозрачного раствора; затем добавляют формалин по каплям до прекращения выделения бурого дыма; аликвоту полученного минерализата в полупрепаративную хроматографическую колонку 1,0 см × 20 см, заполненную катионитом КУ-2-8, прибавляют 5 мл 0,002% раствора дитизона в хлороформе, элюат отбрасывают и пропускают последовательно 1,0 мл 20% раствора сегнетовой соли, 1,0 мл 1% раствора диметилглиоксима и 5 мл 10% раствор аммиака; затем элюируют кадмий порциями по 5 мл 20% раствора натрия гидроксида; к элюату прибаляют 2,5 мл раствора уранина с концентрацией 1 мг/мл, переносят в мерную колбу на 25 мл и доводят до метки 20% раствором натрия гидроксида, фотометрируют с использованием спектрофотометра при длине волны 230-240 нм; а расчеты проводят по уравнению калибровочного графика:

А = 0,0319х + 0,0227,

где А – оптическая плотность, х – концентрация определяемого вещества в пробе.