Способ подготовки проб биологических материалов к анализу Советский патент 1992 года по МПК G01N1/28 G01N33/02 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа веществ и может быть использовано в сельском хозяйстве, биологии, медицине и других при определении микроэлементов в пищевом сырье, продуктах, комбикормах, растениях и других биологических материалах методом эмиссионной и абсорбционной атомной спектроскопии.

Известен способ подготовки проб биологических материалов к анализу, включающий разложение исследуемого материала путем смачивания минеральными кислотами, разбавления дистиллированной водой и обработки ультразвуком с частотой 15-35 кГц в течение 2-3 мин, декантирования полученной гетерогенной смеси в течение 25-30 мин и определение содержания микроэлементов (Си, Zn, Mn, Fe, Co) в водяной фазе.

Однако данный способ не обеспечивает полноту извлечения определяемых микроэлементов из анализируемого биологического материала, поскольку образец полностью не растворяется.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ мокрой минерализации сырья и пищевых продуктов для последующего определения в них меди, свинца, кадмия, цинка, олова, железа и мышьяка, включающий повторное кипячение с концентрированной азотной кислотой при упаривании, кипячение со смесью концентрированных азотной кислоты, серной кислоты и хлорной кислоты (или перекиси водорода) при упаривании и удалении остатков кислот.

Однако данный способ является длительным, в процессе многократного упаривания возможны потери летучих элементов, поэтому способ пригоден для определения ограниченного числа элементов. Кроме того, из-за многократного добавления реактивов и выпаривания большей части объема в раствор вносится неконтролируемое количество загрязнений, следовательно способ

Ч-Ё

XI

ел

CN

сл XI

имеет недостаточно высокую точность определения.

Цель изобретения - сокращение времени и повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовки проб биологических материалов, предусматривающему минерализацию исследуемой пробы путем ее кипячения в присутствии смеси концентрированных кислот, одной из которых является азотная кислота с последующим удалением паров воды и получением мине- рализата, в полученный минерализат вводят диметилформамид для растворения остатка пробы, кипячение исследуемой пробы осуществляют в течение 3-5 ч, причем кипячение ведут в закрытой системе с обратным охлаждением и жидкостным затвором, а удаление паров воды проводят путем отгонки. Кроме того, в полученный минерализат вводят диметилформамид при их объемном соотношении 1:(2-5).

Органические вещества при окислении разлагаются с выделением С02 и НаО, В предложенном варианте кислотной минерализации СОа проходит через жидкостной затвор. Водяной пар конденсируется в системе обратного охлаждения и воду удаляют из реакционной среды путем отгонки. Жидкостной затвор обеспечивает поддерживание давления насыщенных паров окислов азота над реакционной смесью Выполнение всех вышеизложенных условий обеспечивает поддержание высокой концентрации кислот в реакционной смеси, причем предотвращение быстрого улетучивания паров кмсл от уменьшает их расход, возможные улетучивающееся компоненты пробы собираются в конденсате или в наполнении жидкостного затвора (и могут впбследствии т акж е анализироваться как отдельно, так и добавляться к основной пробе). В ра створе, полученном по предложенному способу, можно определять Си, Pb, Cd, Zn, Sn, Fe, Sb, Mn, Co, Ca, Na, K, Mg и др. эле менты.

Время кипячения от 3 до 5 ч обеспечивает разложение высокомолекулярных органических веществ до растворимых в органических растворителях низкомолекулярных веществ и частично - разложение до СОа и НаО. При времени кислотной минерализации менее 3 ч часть органических веществ остается в нерастворимой форме При времени кислотной минерализации более 5 ч основная часть минеральных кислот прореагировала и реакция окисления заметно замедляется

Кислотную минерализацию можно прекращать при получении прозрачного кипящего минерализата Остаток пробы, выпадающий при охлаждении минерализзта, полностью растворяется в диметилформа- миде.

В известных способах требуется полное

разложение органических веществ, а в предложенном способе ДМФА выполняет роль растворителя органических и неорганических веществ (в том числе PbS04,

CaSO/j), при этом нет необходимости в удалении остатков минеральных кислот. При добавлении в минерализат ДМФА при объемном соотношении 1:(2-5) в большинстве случаев обеспечивается полное растворение остатка пробы При добавлении менее 2 ч ДМФА не обеспечивается полное растворение остатка Добавление более 5 ч ДМФА не мешает определению микроэлементов, однако приводит к снижению чувствительности определения из-за разведения пробы

Предложенная совокупность отличительных признаков обеспечивает ускорение подготовки пробы путем обеспечения полного растворения пробы при неполном озо- лении и повышение точности определения путем полного переноса микроэлементов в раствор и возможности точного контролирования количества примесей, вносимых

реактивами.

На чертеже представлена схема осуществления способа подготовки проб

Проба 1 с концентрированными кислотами помещается в коническую колбу 2, присоединяется в наклонном положении обратный холодильник 3 с резервуаром 4 и жидкостный затвор 5. Как правило, в начальной стадии нагрева (при помощи песчаной

бани 6) резервуар 4 находится в верхнем положении (D и при бурной реакции пробы с кислотами не имеются потерь из-за реализации обратного охлаждения Основное время кислотной минерализации (3-5 ч) проводят с резервуаром 4 в нижнем положении ft), что дополнительно обеспечивает удаление паров воды путем отгонки. Таким обра-- зом вода, которая образуется в процессе разложения органической пробы с кислотамиготгоняется в резервуар 4, кислота в колбе не теряет свою активность из-за разбавления и в течение 3-5 ч в данной закрытой системе без потерь достигается разложение органической пробы до такой

степени, что получается прозрачный кипящий кислотный минерализат При охлаждении колбы выпадает осадок (что говорит о частичном разложении органической пробы), который при последующем добавлении ДМФА полностью растворяется С этим

проба подготовлена (растворена) к анализу микроэлементов:

Пример 1. 2 г размельченного сена помещают в коническую колбу со шлифом. Добавляют 20 мл.конц. НМОз (о.с.ч.) и 10 мл конц. H2S04 (о.с.ч.). Колбу снабжают обратным холодильником. Пробу в конической колбе нагревают до кипения и кипятят в течение 3 ч. Органические вещества при окислении частично разлагаются с выделе- нием СОа и Н20. Возможные летучие компоненты улавливаются жидкостным затвором. Водяной пар конденсируется в обратном холодильнике. По истечении 3 ч кипящий минерализат становится прозрачным.

Колбу с минерализатом (объемом 17 мл) охлаждают до комнатной температуры (выпадает осадок остатка пробы) и в мерной колбе 50 мл пробу доводят до метки диметилформамидом. Осадок полностью растворяется.

Содержание элементов определяют методом атомной абсорбции или эмиссии в пламени или другим доступным чувствительным аналитическим методом.

Пример 2. Проба, аппаратура, реактивы и время кипячения как в примере 1. Минерализат (17 мл) доводят до 150 мл диметилформамидом. Раствор прозрачный, однако концентрация определяемых эле- ментов в 3 раза меньше (по сравнению с примером 1).

Пример 3. Проба, аппаратура и реактивы как в примере 1. Кипятят 2,5 ч. Горячий минерализат мутный (объемом 25 мл), при охлаждении выпадает осадок. Добавляют по порциям 175 мл ДМФА. Раствор остается мутным.

Пример 4. Проба, аппаратура и реактивы как в примере 1. Кипятят 5 ч, горя- чи й минерализат прозрачный (10 мл), при охлаждении выпадает осадок. Добавляют 15 мл ДМФА. Раствор мутный.

Пример 5. Проба, аппаратура и реактивы как в примере 1. Кипятят 6 ч, горя- .чий минерализат прозрачный (10 мл - в течение последнего часа кипячения объем практически не меняется). После охлаждения раствор мутный, следовательно одноразовой кислотной минерализацией невозможно полностью пробу перевести в растворимую форму. Диметилформамидом доводят остаток минерализата до 50 мл. Раствор прозрачный.

Пример 6. Юг мяса кипятят с 25 мл конц. НМОз и 15 мл конц. Н2$0 в течение 5 ч. Горячий минерализат прозрачный (17 мл), при охлаждении выпадает осадок. Доводят до метки 100 мл добавлением ДМФА. Раствор прозрачный.

Пример 7. 2 г комбикорма помещают в конической колбе со шлифом. Добавляют 20 мл. конц. НМОз и 5 мл конц. НСЮз. Аппаратура как в примере 1. Пробу кипятят Р течение 4 ч. Минерэлизат прозрачный (объем 1U мл). I юсле охлаждения раствор мутнеет. Диметилформамидом доводят минерэлмзат до объема 50 мл. Раствор прозрачный.

Пример 8. Творог 3 г помещают в коническую колбу. Аппаратура, реактивы как в примере 1. Пробу кипятят 5 ч. Минерализат прозрачный в объеме 13 мл. После охлаждения раствор мутнеет и выпадает осадок. Минерализат доводят диметилформамидом до объема 50 мл. Раствор прозрачный.

В таблице представлены сравнительные данные точности анализа пробы творога на содержание микроэлементов, приготовленной по известному и предлагаемому способу (содержание элементов определялось на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-3).

Как следует из представленных результатов анализов микроэлементов в растворе, приготовленном по способу прототипа (Епрот.), как правило, примерно на 10% ниже, чем данные в растворе, приготовленном по предлагаемому способу (ЕПредл ел.). Это свидетельствует о том, что в способе-прототипе имеется потери из-за проведения минерализации в открытой системе и с многократным числом операций. При этом воспроизводимость результатов значительно зависит от качества работы исследователя. Это исключено в предлагаемом способе и, следовательно, повышена точность анализов. Дополнительно информацию о величине потерь элементов по способу прототипа представляет также величина Ерезер , т.е., величина Содержания микроэлементов в отдистиллированной воде в резервуаре 4 по предлагаемому способу. Количество микроэлементов Еретер безвозвратно теряется при работе с открытой системой прототипа,а в предлагаемом способе учитывается (или отдистиллированная вода в конце нагрева прибавляется к растворенной пробе или математически прибавляется к результатам анализов).

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом способе обеспечивается повышение точности определения из-за устранения потерь определяемых элементов при упаривании и путем возможности точного определения количества загрязнений, вносимых реактивами.

Кроме того, предложенный способ подготовки проб биологических материалов к

анализу посравнению с прототипом является более быстрым Время подготовки пробы определяется главным образом длительностью кислотной минерализации и составляет 3-5 ч; время подготовки пробы по прототипу при точном проведении каждой из многочисленных операций составляет 15-20ч.

Формула изобретения 1.. Способ подготовки проб биологических материалов к анализу, предусматривающий минерализацию исследуемой пробы путем ее кипячения в присутствии смеси концентрированных кислот, одной из которых является азотная кислота с последующим удалением паров воды и получением минерализзта, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и повышения точности, в полученный минерализат

вводят диметилформамид для растворения остатка пробы, кипячение исследуемой пробы осуществляют в течение 3-5 ч, причем кипячение ведут в закрытой системе с обратным охлаждением и жидкостным затвором, а удаление паров воды проводят путем отгонки,

2. Способ по п 1, о т л. ичающийся тем, что в полученный минерализат вводят диметилформамид три их объемном соотношении 1:(2-5).

Использование: подготовка биологических материалов к исследованию. Сущность: минерализацию пробы проводят кипячением со смесью концентрированных минеральных кислот, содержащей азотную кислоту, в течение 3-5 ч в закрытой системе с обратным охлаждением и жидкостным затвором при удалении паров воды путем отгонки. В полученный минерализат добавляют диметилформамид для полного растворения остатка пробы, преимущественно при объемном соотношении 1:(2-5) 1 з.п.ф-лы, 1 ил , 1 табл.

V