Способ определения микроколичеств тяжелых металлов Советский патент 1993 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам оп- ределения микроколичеств тяжелых металлов в анализируемых образцах, а том числе в природных и сточных водах, почвах и т. д.. т.е. в объектах окружающей среды, а также в пищевых и сельскохозяйственных продуктах.

Целью изобретения является увеличение чувствительности определения ионов Tl(l) в области концентраций от 1 до 1х

i-n

х10 моль/л, Hg(l) от 5

Ю-5 до

1

моль/л, РЬ(И) от 1 до 1 10 9 моль/л и Cd(ll) от 1 до 5- 109 моль/л, т.е. возможность определять эти ионы в области

12

концентраций от 1 10 до 1 10 моль/л. Поставленная цель достигается путем электрохимического определения данных тяжелых металлов в указанном интервале концентраций с помощью ферментного электрода на основе иммобилизованной холинэстеразы, причем используется не инги- бирующее, а активирующее действие на иммобилизованную холинэстеразу микроколичеств ионов Tl(l), Нд(П). РЬ(И) и Cd(ll). что выражается в увеличении высоты катодного пика при потенциале -0,55 В по сравнению с контрольным опытом в отсутствие ионов тяжелых металлов. На вольт-амперог- раммах БТХИ на ферментном электроде наблюдается пик при потенциале -0,55 В относительно нас.к.э., причем высота его зависит от активности биосенсорной части ферментного электрода, которая, в свою очередь, зависит от присутствия в растворе ингибиторов или активаторов ХЭ. При введении в исследуемый раствор ионов ряда тяжелых металлов в области концентраций 1 моль/л для Т1(1). 5- моль/л для Hgfll), 1- моль/л для Pb(ll), 1 10-5 моль/л для Cd(ll) соответственно ток в пике при потенциале -0,55 В возрастает по сравнению с контрольным опытом в отсутствие ионов металлов, т.е. наблюдается активация иммобилизованной ХЭ (табл. 1). В этих условиях образуется, по-видимому, тройной фермент-металл-субстрат комплекс, в котором металлу приписывается роль мостика, связывающего фермент с субстратом и удерживающего таким образом субстрат около активного центра фермента. Указанные выше области концентраций являются оптимальными. В табл. 1 приводятся результаты, позволяющие обосновать оптимальный интервал определяемых концентраций. При более высоких концентрациях ионов тяжелых металлов имеет место их ингибирующее действие на иммобилизованную ХЭ (см. табл. 1), при этом наблюдается уменьшение высоты пика при потенциале -0,55 В, например, позиции 3. 4 в табл. 1 по сравнению с контрольным опытом (позиция 1 в табл. 1). При концентрациях ионов указанных металлов ниже оптимальных, они не влияют на каталитическую активность ХЭ, что приводит к отсутствию изменения высоты катодного тика при потенциале -0,55 В (см. табл. 1), например, позиции 14 и 15 для Cd(ll), 20 и 21 для Hg(ll) и т.д. В указанных оптимальных интервалах концентраций высота пика зависит от концентрации ионов тяжелых металлов в ячейке (см. табл. 1).

Способ определения осуществляется следующим образом.

Ферментный электрод погружают в исследуемый раствор, содержащий ионы определяемых металлов, выдерживают 15± ±2 мин, промывают водой и переносят в электролитическую ячейку с боратным буферным раствором и раствором субстрата- бутирилтиохолин иодида. Раствор

термостатируют при 25±0,2°С, продувают током водорода или аргона и регистрируют вольтамперограмму в интервале потенциалов от -0,1 до 0,8 В. Минимальный объем

анализируемого раствора 4-5 мл. Измеряют увеличение высоты катодного тика по сравнению с контрольным опытом в отсутствие ионов исследуемых металлов.

Существенными отличиями способа является использование активирующего действия на ИХЭ ионов таллии, свинца, ртути и кадмия в определенном интервале концентраций, что позволяет значительно повысить чувствительность определения.

Нижняя граница определяемых концентраций для таллия доставляет моль/л, для ртути 10 моль/л, для свинца 10 9 моль/л моль/л кадмия.

Изобретение осуществляется следующим образом,

П р и м е р 1. Построение градуировоч- ного графика для определения микроколичеств ионов ртути.

Ферментный электрод помещают в

стандартный раствор, содержащий ионы ртути (II) на 15±2 мин. Для этого к объему от 4,5 до 5 мл бидистиллированной воды приливают от 1 мкл (маленькие объемы отмеряли микрошприцем на 10 мкл) до 0,5 мл

стандартного раствора соли металла соот

ветствующей концентрации. Затем ферментный электрод промывают водой и помещают в электролитическую ячейку с нас. к. э., содержащую 0,5 мл стандартного

раствора БТХИ с концентрацией 0,006 г/мл и 4,5 мл боратного буферного раствора с рН 9,05. Удаляют кислород продуванием в течение 15 мин (время достижения равновесия реакции гидролиза должно быть постоянным во всех определениях) аргоном или электролитически генерированным водородом. Снимают вольтамперограммы в интервале потенциалов от -0,1 до -0,8 В при скорости наложения потенциала 1 В/с при

непрерывном режиме поляризации с треугольной разверткой потенциала. Измеряют высоту катодного пика при потенциале - 0,55 В. Строят градуировочную прямую, выражающую зависимость высоты катодного пика от отрицательного десятичного логарифма концентрации иона металла.

Определение неизвестной концентрации ртути (II).

Ферментный электрод помещают в исс- ледуемый раствор соли ртути (II) на 152 мин. Затем ферментный электрод промывают водой и помещают в электролитическую ячейку с нас. к. э., содержащую 0,5 мл стандартного раствора БТХИ с концентрацией

0.006 г/мл и 4,5 мл боратного буферного раствора с рН 9,05 Все дальнейшие операции проводят как описано выше. По высоте пика при потенциале -0,55 В и градуировоч- ному графику определяют концентрацию ионов ртути (II). Градуировочный график для определения микроколичеств ионов ртути (II) в области концентраций (1 ) моль/л описывается следующим уравнением: ,11±0,02M2.12±0.02). ,9988. В табл. 2 приведены результаты определения ртути (II) предлагаемым способом,

П р и м е р 2. Построение градуировоч- ного графика и определение неизвестной концентрации ионов тяжелых металлов (таллия).

Ферментный электрод помещают в стандартный раствор соли таллия (1) на 15 ± 2 мин. Все дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1.

Неизвестную концентрацию ионов таллия находят по аналогичному градуировоч- ному графику, который описывается уравнением: y(0,30±0,03M3,04±0,1U ,9981 в области концентраций от 1 -10 до 1 10 1 моль/л. Результаты определения ионов таллия (I) также представлены в табл. 2.

П р и м е р 3. Построение градуировоч- ного графика и определение неизвестной концентрации ионов свинца и кадмия.

Ферментный электрод помещают в стандартный раствор соли свинца (II) или кадмия (II) на 15±2 мин, затем промывают водой и помещают в электролитическую ячейку. Состав раствора в ячейке и все дальнейшие операции аналогично примеру 1. Неизвестную концентрацию ионов свинца (II) находят по градуировочному графику, ко- торый описывается уравнением: у(0,85± ±0,02)х-(1,43 ±0,2), ,9994 в области концентраций (1 10 -1 -10 ) моль/л. Градуировочный график для определения содержания ионов кадмия имеет следую- щий вид: у(0,68 ±0,07)х-(2,4 ±0,5). ,9896 в интервале(1 107-5 -109)моль/л. Результаты определения данных ионов металлов представлены в табл. 2.

Определение предлагаемым способом ионов Tl(l), Hg(ll), Pb(ll) и Cd(ll) возможно в присутствии следующих ионов. Bl(lll) до концентрации 1 -10 моль/л. Си(И)до концентрации 1 10 моль/л, NIII) до концентрации 2 моль/л, Zn(ll) и Fe(lll) до концентрации 1 моль/л, поскольку перечисленные металлы не оказывают активирующего действия на иммобилизованную холинзстеразу и не изменяют высоту катодного пика при потенциале -0,55 В. В их присутствии наблюдается пик, соответствующий исходной активности ХЭ.

В присутствии же ионов этих металлов в концентрациях вышеуказанных значений, они оказывают мешающее влияние вследствие ингибирования иммобилизованной хо- линэстераэы. Предлагаемый способ определения позволяет значительно снизить нижнюю границу определяемых содер- жаний ионов тяжелых металлов по сравннеию с известными способами определений до моль/л для TI (I), 10 моль/л до Hg(ll) и моль/л для Pb(ll) и Cd(ll).

Формула изобретения Способ определения микроколичеств тяжелых металлов, заключающийся в иммобилизации холинэстеразы в пленку из нитрата целлюлозы, использовании пленки в качестве сенсорной части ферментного датчика, выдерживании ферментного датчика в исследуемом растворе с последующей промывкой его водой, внесении в электрохимическую с раствором субстрата холинэстеразы бутирилтиохолин йодида, регистрации вольтамперограмм в интервале потенциалов от -0,1 до -0,8 В и измерении величины катодного пика при потенциале - 0,55 В,отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности определения ионов таллия, ртути, свинца и кадмия, электрод в исследуемом растворе выдерживают в течение (15 ±2) мин, а концентрацию ме таллов определяют по увеличению высоты пика, обусловленного активирующим действием ионов металлов на иммобилизованную холинэстеразу.

Таблица 1

Влияние ионов Tl(l), Hg(ll), Pb(ll) и Cd(lt) на активность иммобилизованной холинэстеразы

Использование: аналитическая химия, а именно способы определения микроколичеств тяжелых металлов в анализируемых образцах, в том числе в природных и сточных водах, почвах и т. д., а также пищевых продуктах. Сущность изобретения: электрохимически определяют тяжелые металлы с помощью ферментного электрода на основе иммобилизованной холинэстеразы, причем используют активирующее действие на иммобилизованную холинэстеразу микроколичеств ионов Tl(l), Hg(ll), Pb(ll), Cd(ll). Чувствительность определения составляет для талия 10 моль/л, для ртути 10 моль/л, для свинца 10 9 моль/л и для кадмия 510 моль/л. Время определения 30 мин. 2 табл.

Таблица 2 Результаты определения Tl(l). Hg(ll), Pb(ll) и Cd(ll), , ,95

1822971

10 Продолжение табл. 2