Спосіб флуоресцентного визначення фториду у розчині

Реферат: Спосіб флуоресцентного визначення фториду у розчині належить до галузі аналітичної хімії і може бути використаний в фармацевтичній та харчовій промисловості. Спосіб включає вимірювання ступеню збільшення інтенсивності люмінесценції металокомплексу цирконію (IV) з морином та фторидом в спиртовому розчині. Винахід дозволяє підвищити в 50 разів чутливість визначення фториду. UA 107168 C2 (12) UA 107168 C2 UA 107168 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований винахід належить до аналітичної хімії та стосується способу флуоресцентного визначення фториду при його вмісті 0,001-0,04 ммоль/л, що може бути використано в фармацевтичній та харчовій промисловості при аналізі води, водних розчинів, чайних напоїв та фторвмісних фармпрепаратів. Запропонований потенціометричний спосіб визначення фториду із використанням фторчутливого мікроелектроду. Межа виявлення становить 0,01 мкМ [1]. Недоліками способу є незадовільна точність і низька вибірковість, зокрема щодо іонів металів Al(ІІІ), Fe(III), Mg(II) і Cа(ІІ). Це обмежує застосування способу для аналізу чайних напоїв через відносно високий вміст перерахованих йонів у питній воді, що використовується для їх приготування. Іншими аналогами є спектрофотометричні способи, в основу яких покладено конкурентну реакцію, що супроводжується руйнуванням у присутності фториду забарвлених комплексів Аl(ІII), Ce(ІІІ), Lа(ІІІ), Тh(IV), Zr(IV) і О-вмісними органічними реагентами різних класів [2]. Їх недоліками є невисока чутливість та незадовільна вибірковість. Ліпшими метрологічними характеристиками, зокрема вищою чутливістю та вибірковістю характеризуються способи з використанням як аналітичної форми різнолігандних комплексів Се(IIІ) і Lа(ІІІ) з фторидом та алізаринкомплексоном [3]. Застосування цих методик для аналізу чаїв обмежене через забарвлення самих зразків. Сторонній вплив матриці може бути частково усунений шляхом попереднього розбавлення напою. Втім, це супроводжується відповідним зниженням чутливості способу. Найбільш близьким за технічною суттю є флуоресцентний спосіб визначення 0,05-0,70 ммоль/л фториду, що включає вимірювання ступеню збільшення інтенсивності люмінесценції при 554 нм метал-індикаторного різнолігандного комплексу, що утворюється у метанолі, при взаємодії Al(ІІІ) з 5-гідроксифлавоном у присутності фториду (λзб 363 нм), який приймається за ‾ 2‾ ‾ ‾ прототип [4]. Визначенню не заважають 100-кратні кількості аніонів Сl , SO4 , NO3 , І , Вr . Недоліками способу є недостатні чутливість та екологічна безпечність, що зумовлена необхідністю використання метанолу як розчинника. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу люмінесцентного визначення фториду шляхом заміни індикаторної системи та розчинника, що дає можливість збільшити чутливість та покращити екобезпечність визначення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у способі визначення фториду як індикатор використовують різнолігандний комплекс, що утворюється при взаємодії цирконію (IV) з морином у присутності фториду, в 20-30 % за об'ємом етанольному розчині при концентрації хлоридної кислоти 0,02-0,20 моль/л. Вміст фториду визначають вимірюванням ступеню збільшення інтенсивності люмінесценції (Δl) при 480-540 нм (λзб 390-450 нм). Градуювальний графік, що використовують для визначення концентрації фториду, лінійний у діапазоні концентрацій 0,001-0,04 ммоль/л. Рівняння градуювального графіку має вигляд: ΔI510 = (3±2)+(7,0±0,1)СF- (мкМ). Використання способу, що заявляться, дає змогу підвищити чутливість визначення фториду у 50 разів порівняно із прототипом, та замінити екологічно небезпечний розчинник метанол на водно-етанольний (20-30 %) розчин. Визначенню не заважають іони (кратні кількості): Al(ІІІ) 22(1000), SO4 , Сu(II) (100), Nі(ІI), Zn(II), Co(II), Cr(IІІ) (10), NO 3 , Аc (5), Fе(ІІІ), Мn(ІІ), C2O4 , 233C4Н4O6 , C3H5O(COO)3 , PO4 (1). На думку авторів, застосування флуоресцентного способу для прямого детектування фториду, в основу якою поставлено вимірювання інтенсивності люмінесценції різнолігандного комплексу цирконію (IV) з морином і фторидом, у літературі не відомо. Винахід ілюструється наступними прикладами, які не обмежують обсяг правової охорони: Приклад 1 Побудова градуювального графіку для визначення фториду 3 -4 В хімічні пробірки ємністю 10,0 см вводять стандартний розчин фториду (1·10 моль/л) об'ємом 0,00; 0,05; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25; 1,50; 1,75; 2,00 мл, по 0,20 мл стандартного -4 розчину Zr(ІV) (5·10 моль/л) в 2,5 моль/л) HCl, перемішують та додають по 0,20 мл -5 стандартного розчину морину (5·10 моль/л), 1,0 мл етилового спирту і бідистильовану воду до загального об'єму розчину 5 мл. Розчини перемішують та залишають на 5 хв. Переносять у кварцову кювету з ℓ=10,0 мм і реєструють інтенсивність флуоресценції при λ фл=510 нм (λзб=420 ‾ нм). Будують градуювальний графік у координатах "ΔІ, відн. од. - C(F ), мкмоль/л", де ΔІ різниця інтенсивностей люмінесценції розчинів у присутності фториду та за його відсутності. 2 Рівняння градуювального графіку має вигляд: ΔI510 = (3±2)+(7,0±0,1)СF- (мкМ) (R =0,998). Розрахована за 3σ-критерієм МВ (межа виявлення) фториду становить 0,9 ммоль/л. Діапазон лінійності градуювального графіку за оптимальних умов детектування становить 0,001-0,04 ммоль/л фториду. 1 UA 107168 C2 5 Приклади 2-5 Обґрунтування оптимальної концентрації компонентів індикаторної системи В хімічні пробірки вводять усі компоненти, як в прикладі 1, крім розчинів Zr(IV) і морину, які долають у кількостях, як вказано у табл. 1. Всі операції проводять, як в прикладі 1. Отримані діапазони лінійності градуювального графіку наведено у табл. 1. Таблиця 1 Результати впливу концентрації індикаторної системи на діапазон лінійності градуювального графіку λфл=510 нм, λзб=420 нм, ℓ=10,0 мм; С(НСl) 0,1 моль/л -6 Приклад № 2 3 4 5 10 15 С, 10 моль/л співвідношення Zr(IV): морин 10:1 Zr(IV) морин 0,4 0,04 0,8 0,08 1,6 0,16 20 2,0 Діапазон лінійності ГГ, мкмоль/л 1,0-2,0 1,0-6,0 1,0-20 1,0-40 Найширший діапазон лінійності градуювального графіку спостерігається при концентраціях компонентів індикаторної системи, як у прикладі 5. З огляду на це, як оптимальні були обрані такі концентрації компонентів індикаторної системи: C(Zr(IV))= -5 -6 2·10 моль/л та С(морин) = 2·10 моль/л. Приклади 6-10 Обґрунтування вибору довжини хвилі для реєстрації інтенсивності В хімічні пробірки вводять усі компоненти, як в прикладі 1, переносять у кварцову кювету з ℓ=10,0 мм і реєструють інтенсивність флуоресценції при λ фл, нм: 480; 495; 510; 525 або 540. З табл. 2 видно, що найбільша чутливість досягається при реєстрації інтенсивності люмінесценції при 510-525 нм. Таблиця 2 Параметри градуювального і рафіку для люмінесцентного визначення фториду при різних довжинах хвиль флуоресценції Приклад № 6 7 8 9 10 20 25 λ, нм 480 495 510 525 540 Рівняння ГГ (С, мкМ) ΔІ = (-1±9)+(83±4)С ΔІ = (2±4)+(134±2)С ΔІ = (3±2)+(156±1)С ΔІ = (4±2)+(123±2)С ΔІ = (2±3)+(71±1)С 2 R (n=8) 0,9816 0,9984 0,9996 0,9988 0,9973 MB (мкМ) 0,33 0,09 0,04 0,05 0,13 Як оптимально довжину хвилі люмінесценції обрали λ фл=510 нм, при якій спостерігається найкраща відтворюваність, максимальний тангенс кута нахилу градуювального графіку та мінімальна MB (межа виявлення) фториду. Приклади 11-13 Визначення фториду у стандартних розчинах В хімічні пробірки вводять усі компоненти, як в прикладі 1, крім розчину фториду, який додають у кількостях, як вказано у табл. 3. Всі операції проводять, як в прикладі 1. Концентрацію фториду в розчині визначають за градуювальним графіком. Результати визначення фториду в стандартних розчинах наведено в табл. 3. 2 UA 107168 C2 Таблиця 3 Результати люмінесцентного визначення вмісту фториду у стандартних розчинах (n=3, Р=0,95) Вміст фториду, мкмоль/л Введено Знайдено 4,0 4,0±0,2 10,0 10,0±0.4 30,0 30,0±0,3 Приклад № 11 12 13 5 10 sr 0,05 0,04 0,01 З табл. 3 видно, що дана методика характеризується задовільною точністю та відтворюваністю (відносне стандартне відхилення не перевищує 5 %). Приклади 14-18 Вплив сторонніх іонів на результати визначення фториду В хімічні пробірки вводять усі компоненти, як в прикладі 1, крім розчину фториду, який додають об'ємом 0,50 мл, та розчинів солей, концентрація яких варіюється в межах зазначених у табл. 4. Всі операції проводять, як в прикладі 1. Концентрацію фториду в розчині визначають за градуювальним графіком. Допустимим вважають такий вміст сторонніх іонів, при якому відносна похибка не перевищує 5 %. Результати дослідження заважаючого впливу сторонніх іонів наведено у табл. 4. Таблиця 4 Допустимі кількості заважаючих іонів при визначенні 10,0 мкмоль/л фториду у розчині Приклад № 2 14 15 16 17 18 15 20 25 30 35 Допустиме співвідношення ‾ F (1):X Досліджені іони 2 3 Мn(ІІ), Fe(III), C2O4 , С4H5O6 , C3H5O(COO)3 , 3РО4 NO3 , Ac Сr(III), Zn(ІІ), Со(II), Ni(II) 2Cu(II), SO4 Al(ІІІ) 1 5 10 100 1000 Приклад 19 Визначення фториду у чайному напої, приготованому з пакетованого чаю Lipton green tea Для визначення фториду за способом, наведеним у прикладі 1, заварюють один пакетик чаю Lipton green tea в 400 мл бідистильованої води впродовж 3 хв, напій охолоджують до кімнатної температури. З метою врахування "фонового" впливу матриці чайного напою визначення фториду в ньому проводять з використанням графічного методу добавок. В хімічні пробірки вводять усі компоненти, як в прикладі 1, крім розчину фториду, який додають об'ємом 0,00; 0,10; 0,25; 0,50 мл та розчину проби чайного напою, який додають об'ємом 0,05 мл. Всі операції проводять, як в прикладі 1. Будують градуювальник графік в координатах "ΔІ, відн. од. ‾ Сдобавки(F ), мкмоль/л", де ΔІ - різниця інтенсивностей люмінесценції розчинів в присутності фториду та за його відсутності. Вміст фториду в зразку чайного напою визначають ‾ екстраполяцією прямої на вісь абсцис (розраховують як C(F ), кмоль/л за умов, коли ΔІ, відн. од. = 0). В результаті визначення фториду в чайному напої, приготованому з пакетованого чаю Lipton green tea, отримали вміст фториду в напої 1,7±0,2 мг. Правильність розробленого способу перевіряли стандартним потенціометричним способом, отримали вміст фториду в напої 1±1 мг. Як свідчать, результати визначення, запропонований спосіб характеризується задовільними правильністю і відтворюваністю та може бути використаний для аналізу зразків такого типу. Практичне застосування способу, що заявляється, дозволяє збільшити чутливість визначення фториду в 50 разів (межа виявлення фториду становить 0,9 мкмоль/л замість 50 мкмоль/л за прототипом) та замінити екологічно небезпечний розчинник метанол на водноетанольний (20-30 %) розчин. Визначенню фториду запропонованим способом не заважають 2‾ іони (кратні кількості): Аl(III) (1000); SO4 ; Сu(II) (100), Ni(ІІ), Zn(IІ), Со(ІІ), Сr(III) (10); NO3 ; Ac-, (5); 223 3Fе(ІІІ), Мn(ІІ), C2O4 , С4Н4О6 , C3H5O(COO)3 , PO4 (1)). 3 UA 107168 C2 5 10 Джерела інформації 1. P. Venkateswarlu. L Singer, W.D. Armstrong. Determination of ionic (plus lonizable) fluoride in biological fluids *1: Procedure Based on Adsorption of Fluoride Ion on Calcium Phosphate// Analytical Biochemistry. - 1471. - Vol.42. № 2. - Р. 350. 2. Z. Murchenko, M. Balcerzak, Spektrofotometryczne metody w analizic nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998, Poland. 3. Sergio Martínez-Vargas. Paola Gómez-Tagle, Anatoly K. Yatsimirsky. Alizarin complexonelanthanide(III)-fluoride system: Revised speciation and the origin of the analytical signal // Inorganica Chimica Acta.-2011. - Vol.373, № 1. - P. 232. 4. R. Sai Sathish, A. Goutam Raju, G. Nageswara Rao. С. Janardhana, A fluorescentfluoride ion probe based on a self-organized ensemble of 5-hydroxyflavone - Al(III) complex // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.-2008. - Vol.69, № 1, - P. 285. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 1. Спосіб флуоресцентного визначення фториду у розчині, що включає вимірювання ступеню збільшення інтенсивності люмінесценції металокомплексу флуоресцентного індикатору у присутності фториду у водно-спиртовому розчині, який відрізняється тим, що як металокомплекс використовують комплекс цирконію (IV) з морином та фторидом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що реакцію проводять у 20-30 % за об'ємом етанольному розчині у присутності хлоридної кислоти концентрацією 0,02-0,20 моль/л. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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