Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у меді та імаго бджіл за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу

Реферат: Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у меді та імаго бджіл за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу включає відбір проб, підготовку проб до аналізу, висушування дослідного матеріалу, озолення проб, виміри та розрахунок концентрації з урахуванням інтенсивності флуоресцентного випромінювання, внесення внутрішнього стандарту у вигляді елемента галію. Наносять внутрішній стандарт у вигляді елемента галію на кремнію оксид, та проводять вимір інтенсивності флуоресцентного випромінювання в режимі "Кількісний аналіз". UA 72574 U (54) СПОСІБ КІЛЬКІСНОГО ВИЗНАЧЕННЯ НЕОРГАНІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У МЕДІ ТА ІМАГО БДЖІЛ ЗА ДОПОМОГОЮ РЕНТГЕН-ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ UA 72574 U UA 72574 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до токсикології, а саме до способів кількісного визначення неорганічних елементів у меді та імбаго бджіл за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу. Наявність у меді та імаго бджіл токсичних елементів відображає наявність їх у навколишньому середовищі того чи іншого регіону. Окрім того важкі метали (цинк, мідь, свинець) нормуються у меді відповідними документами в Україні. Існуючі методи контролювання неорганічних елементів в продукції бджільництва не в достатній мірі відповідають вимогам до спектра сполук, що повинні визначатися, є досить трудоємкими та енергозатратними. Для якісного та кількісного визначення неорганічних елементів використовується атомноабсорбційний спектральний аналіз [Лапенко Л.А., Виленский М.Г. Метод атомно-адсорбционной спектрофотометрии в фоновом мониторинге тяжелых металлов. // Мониторинг фонового загрязнения природной среды. / Под ред. Ю. Израиля, Ф.Я. Ровиского. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Вып. 3. - С. 216-223]. Недоліком цього способу є те, що з його допомогою можна визначити тільки один елемент у кожному досліді. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, який заявляється є Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у біологічних субстратах за допомогою рентгенфлуоресцентного аналізу [Деклараційний патент України на корисну модель № 42619, МПК G01N 23/00 (2009)]. За цим способом проводять відбір проб, підготовку проб до аналізу, висушування дослідного матеріалу, озолення проб, виміри та розрахунок концентрації з урахуванням інтенсивності флуоресцентного випромінювання Це рішення може бути прототипом. Недоліками цього способу є наступне: 1. Як матриці для калібрування приладу використовують кремнію діоксид, який містить певну кількість заліза, що може призвести до неточності у розрахунках за даним елементом. 2. При проведенні розрахунків використовується режим "Якісний аналіз" і розрахунок кількості імпульсів є трудоємким та тривалим за часом. 3. Даний спосіб не включає визначення неорганічних елементів у меді та тілах бджіл. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у меді та імаго бджіл за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу, що включає відбір проб, підготовку проб до аналізу, висушування дослідного матеріалу, озолення проб, виміри та розрахунок концентрації з урахуванням інтенсивності флуоресцентного випромінювання, внесення внутрішнього стандарту у вигляді елемента галію у концентрації 0,1-1,0 мг/г, шляхом нанесення внутрішнього стандарту у вигляді елемента галію на кремнію оксид, та проведення виміру інтенсивності флуоресцентного випромінювання в режимі "Кількісний аналіз", щоб забезпечити ефективність способу. Спосіб ґрунтується на використанні рентгенівської флуоресценції елементів з подальшим аналізом спектрів на приладі "Спектроскан-МАКС". При опроміненні зразка рентгенівськими променями проба, яка заздалегідь піддана сухій мінералізації, починає випромінювати (флуоресціювати) в рентгенівському діапазоні. Спектр цієї вторинної флуоресценції адекватно відображає елементний склад аналізованого зразка. Атом кожного елемента має характерні для нього спектральні лінії. Наявність у знятому спектрі певних характерних ліній свідчить про присутність відповідних елементів у пробі. За зміною кількості імпульсів по характерній лінії судять про концентрацію даного елемента. Глибина проникнення рентгенівського випромінювання в опромінюваний зразок (матрицю) залежить від його структури (матеріалу). Чим більший атомний номер матеріалу, тим на меншу глибину проникає збуджуюче випромінювання. Для важких матриць (сплави металів) ця глибина складає долі міліметра, для легких - декілька міліметрів. Цей шар називається корисним (з нього знімається інформація про елементний склад проби). При виході флуоресцентного випромінювання (вторинного) із зразка воно також поглинається матрицею. М'якші довгохвильові лінії поглинаються сильніше, ніж жорсткі (короткохвильові). Довжина хвилі флуоресцентного випромінювання збільшується із зменшенням атомного номера відповідного елемента. Спосіб забезпечує виконання вимірювань з відносною похибкою, що не перевищує 15 % при довірчій імовірності 0,95. Спосіб визначення неорганічних елементів за допомогою рентгенфлуоресцентного аналізу відрізняється від інших способів завдяки простоті, зручності, комп'ютерній обробці даних, широкому спектру та якості отриманих результатів. За спектром елементів спосіб дозволяє визначати одночасно декілька елементів (у діапазоні від Са до U), у тому числі ті, які мають важливе токсикологічне значення (Sr, Br, Se, Pb, Zn, Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Ca). Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб, який заявляється, відповідає критерію "новизна". 1 UA 72574 U 5 10 15 20 25 30 Спосіб виконується таким чином. Для підготовки проб меду до аналізу підбирають фарфорові тиглі, об'єм яких перевищує об'єм проби в 5 разів. Для аналізу хімічних елементів рентген-флуоресцентним способом відбирають середню пробу меду масою 25,00-30,00 г, а тіл бджіл 3,00-5,00 г, (з точністю зважування до 0,01 г). Потім проводять висушування меду: на першому етапі тигель разом з наважкою поміщають до сушильної шафи на 4 години за температури (130)°С, на другому етапі (після карамелізації проби) температуру поступово піднімають до 150 °C і висушують ще 4 години. Проби імаго бджіл можна не висушувати. Для проведення рентген-флуоресцентного аналізу досліджуваний матеріал має бути підданий спалюванню (озоленню до чорної або сірої золи). Потім тиглі поміщають до муфельної печі з регульованою і контрольованою системою нагріву. При спалюванні проб меду оптимальна кількість золи утворюється за температури 350-400 °C впродовж 4-6 годин, проб бджіл - 2 годин за такої ж температури. Внесення внутрішнього стандарту. Для внесення поправки на індивідуальні особливості інтенсивності флуоресценції кожної окремої матриці до кожної проби золи вносять внутрішній стандарт у вигляді порошку кремнію оксиду з нанесеним галієм. Масу внутрішнього стандарту, що вноситься, підбирають з урахуванням маси золи та концентрації елементу галію у стандарті та зважують з точністю до 0,01 г (зазвичай у озоленні проби меду і тіл бджіл вносять 0,020,06 мг внутрішнього стандарту - концентрація галію в якому становить 5 мг/г). Суміш золи і внутрішнього стандарту перемішують скляною паличкою і перетирають у ступці. Потім визначають масу золи у сумі з масою внесеного стандарту, шляхом зважування до 0,01 г. 3 Подрібнений матеріал переносять до скляних флаконів (об'ємом 10-20 см ), закривають пробками і зберігають до аналізу на приладі. Виміри проводять на приладі "Спектроскан-МАКС" відповідно до інструкції по застосуванню. Підготовані для дослідження зразки золи поміщають до кювети приладу та ущільнюють. Інтенсивність випромінювання того або іншого елементу в пробі залежить від якісного і кількісного складу кожної конкретної досліджуваної проби. Тому при кількісному розрахунку елементу цей недолік необхідно усувати шляхом введення до основної формули коефіцієнту (К1), який розраховують за інтенсивністю флуоресценції внутрішнього стандарту (галію) у кожній окремо досліджуваній пробі та інтенсивністю флуоресценції галію у стандарті на кремнію оксиді. Розрахунок коефіцієнта К1 проводять за формулою (1) K1  35 40 45 55 (1) де: A1 - кількість імпульс Ga в конкретній досліджуваній пробі; CmGa - концентрація Ga у стандартній калібрувальній матриці на кремнію оксиді, виміряна на приладі (1 мг/г); Mз  ст - маса золи, яка отримана після спалювання досліджуваного матеріалу в сукупності з масою внесеного внутрішнього стандарту на кремнію оксиді, г; A 2 - кількість імпульс Ga у стандартній калібрувальній матриці на кремнію оксиді, з концентрацією 1 мг/г; Ga - концентрація галію на кремнію оксиді у внутрішньому стандарті (5 мг/г). МСт - наважка внутрішнього стандарту, внесеного до проби (г); Розрахунок кількості елемента, що визначається у пробі, проводять відповідно до формули 2: Х 50 A1 CmGa  Mз  ст , A 2  Ga  МСт Іпр  Мз  ст  1000 , Іст  М  К1 (2) де: Х - кількість елемента в досліджуваній пробі, мг/кг натуральної ваги; Іпр - кількість імпульсів елемента в досліджуваній пробі; Мз  ст - маса золи, яка отримана після спалювання досліджуваного матеріалу в сукупності з масою внесеного внутрішнього стандарту на кремнію оксиді; Іст - кількість імпульс елемента у стандартній калібрувальній матриці на кремнію оксиді, з концентрацією 1 мг/г; М - величина наважки досліджуваного матеріалу, г; К 1 - коефіцієнт перерахунку; 2 UA 72574 U 5 10 15 20 1000 - коефіцієнт перерахунку для переведення величини вмісту елемента в міліграми на 1 кг натуральної маси меду та бджіл. Приклад. Для підготовки проб меду до рентген-флуоресцентного аналізу у фарфоровий тигель відважували мед (з точністю зважування до 0,01 г). Маса наважки (М) становила 28,00 г. Потім проводили висушування меду в 2 етапи, помістивши тигель разом з наважкою до сушильної шафи спочатку на 4 години за температури (130)°С, а потім (після карамелізації проби) температуру поступово піднімали до 150 °C і висушували ще 4 години. Після висушування проводили озолення проби: тиглі поміщали до муфельної печі з регульованою і контрольованою системою нагріву на 5 годин за температури 400 °C. Золу, що утворилася після спалювання, пересипали до фарфорової ступки і додавали 0,0203 мг внутрішнього стандарту - концентрація галію в якому становила 5 мг/г. Золу з внутрішнім стандартом перетирали до утворення однорідної порошкової маси і зважували з точністю до 0,001 г. Маса золи, яка була отримана після спалювання меду в сукупності з масою внесеного внутрішнього стандарту на кремнію оксиді ( Мз  ст ) становила 2,308 г. Дану пробу вносили до кювети приладу "Спектроскан-МАКС" і проводили дослідження в режимі "Кількісний аналіз". Відповідно до протоколу дослідження, що складається комп'ютером на основі аналізу проби, були отримані наступні результати: внутрішній стандарт галію 1090 імпульсів на секунду (Імп/с), цинк - 229,4; мідь - 1442,0; залізо - 151,7; марганець - 107,3; нікель - 2,50; стронцій - 21,34; кальцій - 16,50 Імп/с, селен, свинець і хром мали від'ємний показник, що свідчить про їх відсутність у даній пробі меду. Потім проводили розрахунок коефіцієнта К1 за формулою (1) K1  A1 CmGa  Mз  ст , A 2  Ga  МСт (1) 25 A 2 - кількість імпульс Ga у стандартній калібрувальній матриці на кремнію оксиді, з концентрацією 1 мг/г становило 4932 Імп/с. K1  30 1090  1  2,308  5,025 4932  5  0,0203 Далі проводили розрахунок кількості елементів у пробі відповідно до формули 2 (на прикладі цинку): Х Іпр  Мз  ст  1000 , Іст  М  К1 (2) Іст - кількість імпульс елемента у стандартній калібрувальній матриці на кремнію оксиді з концентрацією 1 мг/г для цинку рівна 4589 Імп/с. 35 40 ХZn  229,4  2,308  1000  0,82 4589  28,00  5,025 Спосіб визначення неорганічних елементів в меді та тілах бджіл за допомогою рентгенфлуоресцентного аналізу є простим, не трудоємким, зручним, з комп'ютерною обробкою даних. За спектром елементів (креслення) спосіб дозволяє визначати одночасно декілька елементів у тому числі й ті, які мають важливе токсикологічне значення (Sr, Br, Se, Pb, Zn, Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Ca). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у меді та імаго бджіл за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу, що включає відбір проб, підготовку проб до аналізу, висушування дослідного матеріалу, озолення проб, виміри та розрахунок концентрації з урахуванням інтенсивності флуоресцентного випромінювання, внесення внутрішнього стандарту у вигляді елемента галію у концентрації 0,1 - 1,0 мг/г, який відрізняється тим, що наносять внутрішній стандарт у вигляді елемента галію на кремнію оксид, та проводять вимір інтенсивності флуоресцентного випромінювання в режимі "Кількісний аналіз". 3 UA 72574 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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