Спосіб виготовлення індикаторного паперу для сумарного напівкількісного визначення нітритів і нітратів у плодах і овочах та у водних розчинах

Реферат: Винахід належить до аналітичної хімії, а саме до тест-методів виявлення і напівкількісного визначення нітрит- і нітрат-іонів. Заявлено спосіб виготовлення індикаторного паперу для експресного сумарного напівкількісного визначення нітритів і нітратів у плодах і овочах та у водних розчинах, заснований на використанні екологічно безпечного реагенту - риванолу, який у кислому середовищі реагує з нітрит-іонами з утворенням забарвленого в червоний колір продукту реакції, при цьому для підвищення екологічної безпечності у складі індикаторної суміші, з якої виготовляють індикаторний напір, пропонується нове співвідношення реагентів із значно меншим вмістом солі мангану, а для збільшення строку дії - після сушіння індикаторного паперу нанесення на нього ацетонового розчину лимонної кислоти. UA 102951 C2 (12) UA 102951 C2 UA 102951 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до області аналітичної хімії, а саме до тест-методів виявлення і напівкількісного визначення нітрит- і нітрат-іонів. Рослини мають здатність поглинати із насиченого добривами ґрунту значно більше сполук азоту, ніж їм необхідно для розвитку. В результаті тільки частина нітратів синтезується в рослинні білки, а решта потрапляє в організм людини в чистому вигляді через плоди, коріння і листя овочів. Надалі нітрати утворюють різні хімічні сполуки, які в організмі людини і тварин легко переходять в солі азотистої кислоти - нітрити. В свою чергу, нітрити вступають в реакцію з гемоглобіном крові, позбавляючи червоні кров'яні тільця можливості насичувати клітини киснем. У результаті порушується обмін речовин, дестабілізується нервова система, слабшають захисні функції організму. Крім того, нітрати знижують вміст вітамінів в їжі. Регулярне їх надходження в організм людини навіть в невеликих дозах зменшує кількість йоду, а це призводить до збільшення щитовидної залози. Встановлено, що нітрити за певних умов перетворюються в канцерогенно небезпечні для організму речовини - нітрозаміни, які сприяють розвитку шкідливої кишкової мікрофлори, яка виділяє в організм людини токсини, що можуть призводити до виникнення пухлин в шлунково-кишковому тракті. З вищесказаного випливає актуальність експресного напівкількісного визначення сумарного вмісту нітритів і нітратів у плодоовочевій продукції. Всі широковідомі експрес-тести для визначення нітратів і нітритів засновані на використанні різних модифікацій методу Гріса. Так, в основу способу визначення нітратів за допомогою індикаторного паперу "Індам" (Рынков А.Л., Ходос А.В. Новый экологически безопасный полуколичественный экспресс-тест для определения нитратов в воде и продуктах питания // Химический анализ пищевых продуктов и загрязнений окружающей среды / Матер, семинара. М.: ЦРДЗ.-1992. - С. 5-7.) покладено взаємодію нітрат-іонів з індикаторною сумішшю, що нанесена на полімерну матрицю і містить цинк, винну та сульфанілову кислоти і 1-нафтиламін. Тестування полягає у візуальній оцінці забарвленого азопохідного, що утворюється у результаті діазотування сульфанілової кислоти нітрит-іонами та подальшої взаємодії утвореної солі діазонію з 1-нафтиламіном. Концентрацію нітратів та нітритів знаходять при компаруванні забарвленого продукту зі стандартною кольоровою шкалою. Оскільки 1-нафтиламін належить до канцерогенно небезпечних реагентів та легко окислюється на повітрі, то, як і інші тестові методи, що засновані на модифікації методу Гріса, цей спосіб має типові вади: високу канцерогенність компонентів, невеликий термін придатності і низьку точність аналізу. Відомий спосіб виготовлення індикаторного паперу для сумарного напівкількісного визначення нітратів у плодах і овочах (Авторское свидетельство SU № 1628697, G01N 31/22), заснований на використанні риванолу - екологічно безпечного реагенту, який в кислому середовищі реагує з нітрит-іонами з утворенням забарвленого продукту реакції. Спосіб включає нанесення на папір суспензії в желатиновому розчині індикаторного складу, що вміщує риванол, цинковий пил, сульфат марганцю (II), картопляний крохмаль при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Цинковий пил 1,25-2,50 Сульфат марганцю 22,5-23,5 Риванол 0,75-1,25 Крохмаль 12,5-25,0 Розчин желатину з масовою решта до часткою1,5-2,0 % 100; з послідовним сушінням паперу при 4-45 °C і обробкою ацетоновим розчином щавлевої кислоти з масовою часткою 10 %. До недоліків способу треба віднести недостатню швидкість тестування, короткий термін зберігання індикаторного паперу (6 місяців) та досить високу екологічну небезпечність індикаторної суміші за рахунок великого вмісту солі важкого металу - мангану, сполуки якого впливають на біохімічні та фізіологічні процеси у організмі людини. Як прототип за кількістю загальних ознак вибрано останній з наведених аналогів. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу виготовлення індикаторного паперу для сумарного напівкількісного визначення нітритів і нітратів у плодах і овочах та у деяких водних розчинах, який дозволяє підвищити експресність та екологічну безпечність проведення аналізу і збільшити термін зберігання індикаторного паперу без зниження його якості. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в способі виготовлення індикаторного паперу для сумарного напівкількісного визначення нітритів і нітратів у плодах і овочах та у деяких водних розчинах, який включає нанесення на папір суспензії в желатиновому розчині 1 UA 102951 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 індикаторного складу, що містить риванол, цинковий пил, сульфат марганцю (II), картопляний крохмаль, послідовне сушіння паперу при 40-45 °C та обробку ацетоновим розчином кислоти, який відрізняється тим, що індикаторний склад вміщує, г: цинковий пил 1,0-1 сульфат марганцю · (MnSO4 5H2О) 9,0-12,0 риванол 1,4-1,6 крохмаль картопляний 47,0-50,0, суспензію готують змішуванням індикаторного складу зі 100 мл розчину желатину з масовою часткою 1,5-2,0 %, а після сушіння папір обробляють ацетоновим розчином лимонної кислоти з масовою часткою 10 %. Риванол в кислому середовищі реагує з нітрит-іонами з утворенням забарвленого у червоний колір продукту реакції. Для відновлення нітрат-іонів в складі індикаторної суміші використовують суміш цинкового пилу з сульфатом марганцю як каталізатор. До складу індикатора також входить крохмаль як наповнювач і желатин як зв'язувальна і плівкоутворювальна речовина. Для створення необхідної кислотності і збільшення терміну зберігання тесту використовують лимонну кислоту у вигляді 10 % ацетонового розчину. У ході досліджень було визначено оптимальний вміст компонентів в індикаторній суміші із значно меншим вмістом солі мангану при наступному вмісті реагентів у індикаторній суміші (г): цинкового пилу 1,0-1,2, сульфату мангану (II) 9,0-12,0, риванолу - 1,4-1,6, крохмалю картопляного 47,0-50,0 (див. таблицю 1). При інших вмістах цинкового пилу в складі індикаторної суміші, зокрема при збільшенні вмісту вище 1,2 г, з'являється сіруватий відтінок суміші, внаслідок чого погіршується зовнішній вид індикаторного шару паперу, а зменшення його вмісту нижче ніж 1,0 г призводить до зниження чутливості тестування. Підвищення масового вмісту сульфату мангану вище 12 г не дає покращення якості індикаторного паперу, а зменшення його вмісту нижче 9,0 г підвищує час появи забарвлення при тестуванні. Зменшення вмісту риванолу нижче 1,4 г може призвести до уповільнення швидкості реакції і до зниження чутливості визначення, а підвищення його вмісту вище 1,6 г у суміші призводить до труднощів при визначенні високих концентрацій нітрат- та нітрит-іонів, оскільки порушується лінійність забарвлення шкали, і замість поглиблення червоного кольору індикаторної плями з'являється коричневе забарвлення. Зниження вмісту картопляного крохмалю нижче ніж 47 г не дозволяє створити необхідну густину індикаторної суміші для нанесення її на папір та просочування, збільшення його вмісту вище 51 г у подальшому може відобразитися на густині суспензії і погіршити її нанесення на папір. При перевірці впливу концентрації лимонної кислоти на якісні характеристики індикаторного паперу було показано, що при зниженні її масової частки у розчині нижче ніж 9,0 % чутливість виявлення нітратів знижується, а підвищення її вмісту у розчині вище 11,0 % не покращує характеристики індикаторного паперу. Розчин желатину при зниженні його концентрації нижче ніж 1,5 % дуже рідкий, і суспензія з індикаторною сумішшю недостатньо щільно насичує папір, а при підвищенні концентрації желатину вище 2,0 % суспензія на його основі швидко густішає і стає непридатною для нанесення на папір. У таблиці 1 наведено вплив концентрацій реагентів, що входять до складу індикаторної суміші, на якісні та кількісні характеристики індикаторного паперу, створеного за даним способом. В таблиці 2 наведено порівняльні характеристики прототипу і способу, який заявляється. Виготовлення індикаторної суміші та індикаторного паперу на її основі реалізують наступним чином. Змішують у ступці цинковий пил, сульфат марганцю, риванол і картопляний крохмаль. Суміш ретельно перемішують. Потім додають 100 мл розчину желатину з масовою часткою 1,5 % і знову перемішують. Отриману суспензію індикаторної суміші наносять на папір і сушать. Після повного висихання індикаторного шару, поверх нього наносять ацетоновий розчин лимонної кислоти з масовою часткою 10 % і висушують при кімнатній температурі у витяжній шафі. Аркуш індикаторного паперу розрізають на смужки довжиною 5-6 см і шириною 0,8-1,0 см. Приклад. Виготовлення індикаторної суміші та індикаторного паперу на її основі і проведення тестування за допомогою запропонованої тест-системи. Змішують у ступці 1,0 г цинкового пилу, 9,0 г сульфату марганцю, 1,5 г риванолу і 50 г картопляного крохмалю. Ретельно перемішують суміш. Потім додають 100 мл розчину желатину і масовою часткою 2 UA 102951 C2 5 10 15 1,5 % і знову перемішують. Отриману суспензію індикаторної суміші наносять на папір і сушать при температурі 40 °C. Після повного висихання індикаторного шару, поверх нього наносять ацетоновий розчин лимонної кислоти з масовою часткою 10 % і висушують при кімнатній температурі у витяжній шафі. Аркуш індикаторного паперу розрізають на смужки довжиною 5-6 см і шириною 0,8-1,0 см. Для проведення напівкількісного сумарного визначення нітритів і нітратів на смужку паперу наносять краплю соку рослини або розчину, що аналізується. При наявності нітратів протягом 12 хвилин жовте забарвлення індикатора починає змінюватися через жовто-оранжевий у червоний колір, інтенсивність якого залежить від вмісту нітратів. Через 5 хвилин забарвлення, що з'явилось на індикаторному папері, порівнюють зі шкалою. Шкалу попередньо було виготовлено шляхом нанесення на індикаторний папір стандартних розчинів з концентрацією 3 3 50, 100, 200, 400, 800 мг/дм нітрату або 1,5-25 мг нітрату у краплі об'ємом 0,03 дм . Таким чином, як видно з даних матеріалів заявки і таблиць 1 та 2, спосіб виготовлення індикаторного паперу для напівкількісного сумарного визначення нітрит- і нітрат-іонів, що заявляється, дозволяє не тільки підвищити експресність визначення (до 10-20 сек для розчинів 3 з концентрацією 400 мг/дм нітрату) і знизити рівень екологічної небезпеки (за рахунок зменшення токсичності реагентів), а ще і дає можливість значно збільшити термін його зберігання (до 1 року) без зниження чутливості тестування (C min=45 мкг/мл NO3ˉ). Таблиця 1 Вміст компонентів в індикаторній суміші, г Характеристики індикаторного паперу Час появи Сульзабарвлення Чутливість ЦинкоРива- Крох- Же- Лимонна фат для 400 до нітратів, Примітки вий пил нол маль латин кислота 3 мангану мг/дм3 мг/дм нітрату, с 1.,0 9,0 1,4 49 1,5 9 10-20 45 Індикаторний папір 1,1 10,5 1,5 50 1,75 10 10-20 45 чистого лимонножовтого кольору 1.,2 12,0 1,6 51 2,0 11 10-20 45 0,8 10,5 1,5 50 1,75 10 15-20 60 –«–«– Сіруватий відтінок 1,3 10,5 1,5 50 1,75 10 10-20 60 паперу 1,1 8,0 1,5 50 1,75 10 20-25 100 1,1 13,0 1,5 50 1,75 10 10-20 45 1,1 10,5 1,0 50 1,75 10 20-25 100 Ускладнено візуальне 1,1 10,5 1,7 50 1,75 10 10-20 100 оцінювання для концентрацій ≤100 3 мг/дм NO3ˉ 1,1 10,5 1,5 47 1,75 10 10-20 100 Крихкий 1,1 10,5 1,5 52 1,75 10 10-20 60 індикаторний папір 1,1 10,5 1,5 50 1,4 10 20-25 50 1,1 10,5 1,5 50 2,1 10 20-25 100 1,1 10,5 1,5 50 1,75 8 15-20 100 Зменшується строк зберігання 1,1 10,5 1,5 50 1,75 12 10-20 45 індикаторного паперу 20 3 UA 102951 C2 Таблиця 2 Показники для порівняння Спосіб, що заявляється Прототип Склад реагентів: Цинковий пил MnSO4·5H2О Риванол Крохмаль картопляний Розчин желатину 1,5-2,0 % Покриття ацетоновим розчином з мас. часткою 10 % Робочий діапазон тестування, NO3ˉ 3 іонів, мг/дм Час появи забарвлення при 3 тестуванні 400 мг/дм NO3ˉ, с % мас. 1,25-2,50 22,5-23,5 0,75-1,25 12,5 25,0 решта до 100 % г, 1,0-1,2 9,0-12,0 1,4-1,6 50,0-47,0 100 мл Щавлевої кислоти Лимонної кислоти 50-1000 50-1000 60-70 10-20 1 міс. - жовто-лимонний 3 міс. - жовто-лимонний Зміна забарвлення індикаторного 6 міс. - жовто-лимонний паперу при зберіганні 7 міс. - зелено-лимонний 12 міс.-зелений 14 міс.-зелений 1 міс.-45 3 міс.-45 Чутливість індикаторного паперу при 6 міс.-50 3 зберіганні до NO3ˉ іонів, мг/дм 7 міс.-200 12 міс. - не має 14 міс. - не має Термін зберігання, міс. 6 жовто-лимонний протягом року 45 45 45 45 45 45 12 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб виготовлення індикаторного паперу для сумарного напівкількісного визначення нітритів і нітратів у плодах і овочах та у водних розчинах, який включає нанесення на папір суспензії в желатиновому розчині індикаторного складу, що містить риванол, цинковий пил, МnSО4·5Н2O, картопляний крохмаль, послідовне сушіння паперу при 40-45 °C та обробку ацетоновим розчином кислоти, який відрізняється тим, що індикаторний склад містить, г: цинковий пил 1,0-1,2 МnSО4·5Н2O 9,0-12,0 риванол 1,4-1,6 крохмаль картопляний 47,0-50,0, при цьому суспензію готують змішуванням індикаторного складу зі 100 мл розчину желатину з масовою часткою 1,5-2,0 %, а після сушіння папір обробляють ацетоновим розчином лимонної кислоти з масовою часткою 10 %. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4