RU109862U1

RU109862U1 - POTENTIOMETRIC MULTISENSOR MEASURING COMPLEX FOR JOINT DETERMINATION OF ORGANIC ELECTROLYTES IN AQUEOUS SOLUTIONS

Info

Publication number: RU109862U1
Application number: RU2011107416/28U
Authority: RU
Inventors: Ольга Владимировна Бобрешова; Анна Валерьевна Паршина; Юлия Витальевна Пожидаева; Сергей Васильевич Тимофеев
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-10-27

Abstract

1. Потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс для совместного определения органических электролитов в водных растворах, отличающийся тем, что включает блок управления, высокоомный многоканальный вольтметр, хлоридсеребряный электрод сравнения и не менее двух кросс-селективных ПД-сенсоров, электрод сравнения и ПД-сенсоры подключены через многоканальный вольтметр к блоку управления, причем каждый ПД-сенсор состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка, или мембрана, или стержень таким образом, что один их конец размещен в первом корпусе, а другой - выступает за пределы второго корпуса, в каждом из кросс-селективных ПД-сенсоров трубки (или мембраны, или стержни) выполнены из перфторированных сульфокатионитовых полимеров в разных неорганических и органических ионных формах. ! 2. Потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что корпуса, в которых установлен внутренний электрод сравнения ПД-сенсоров, заполнены 1 М растворами разных неорганических и органических электролитов, соответствующих ионным формам перфторированных сульфокатионитовых полимеров. ! 3. Потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что ПД-сенсоры и электрод сравнения смонтированы, например, на штативе. 1. A potentiometric multisensor measuring complex for the joint determination of organic electrolytes in aqueous solutions, characterized in that it includes a control unit, a high-resistance multi-channel voltmeter, a silver chloride reference electrode and at least two cross-selective PD sensors, a reference electrode and PD sensors connected through a multi-channel a voltmeter to the control unit, and each PD sensor consists of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, the other has a perfluorinated sulfocathionite polymer tube or membrane or rod is installed so that one end is placed in the first case and the other extends beyond the second case, in each of the cross-selective PD sensors of the tube (or membranes, or rods) from perfluorinated sulfocationic polymers in various inorganic and organic ionic forms. ! 2. The potentiometric multisensor measuring complex according to claim 1, characterized in that the cases in which the internal reference electrode of the PD sensors is installed are filled with 1 M solutions of various inorganic and organic electrolytes corresponding to the ionic forms of perfluorinated sulfocationic polymers. ! 3. The potentiometric multisensor measuring complex according to claim 1, characterized in that the PD sensors and the reference electrode are mounted, for example, on a tripod.

Description

Полезная модель относится к области потенциометрических и хемометрических методов анализа. Оно может быть использовано для экспрессного количественного совместного определения органических электролитов (аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ) в технологических схемах при производстве пищевых, лечебно-профилактических и фармацевтических продуктов, качественный и количественный состав которых на всех стадиях производства регламентируется нормами ГОСТ или ТУ.The utility model relates to the field of potentiometric and chemometric analysis methods. It can be used for rapid quantitative joint determination of organic electrolytes (amino acids, vitamins and other biologically active substances) in technological schemes for the production of food, medical, prophylactic and pharmaceutical products, the qualitative and quantitative composition of which at all stages of production is regulated by GOST or TU.

Наиболее близким является потенциометрический сенсор для селективного определения лизина в водных растворах в присутствии нейтральных аминокислот и ионов NH₄ ⁺. Сенсор состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен хлоридсеребряный электрод, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка или мембрана, или стержень, таким образом, что один их конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса. Отклик сенсора измеряется относительно хлоридсеребряного электрода сравнения с помощью высокоомного вольтметра (патент РФ №2376591, 2009). Сенсор в единственном числе в комплекте с электродом сравнения и вольтметром не может быть использован для совместного определения нескольких органических электролитов в многокомпонентных водных растворах.The closest is a potentiometric sensor for the selective determination of lysine in aqueous solutions in the presence of neutral amino acids and NH ₄ ⁺ ions. The sensor consists of two cases, one of which has a silver chloride electrode, and the other has a perfluorinated sulfonation polymer tube or membrane or rod, so that one end is placed in the first case, and the other extends beyond the second case. The sensor response is measured relative to the silver chloride reference electrode using a high-resistance voltmeter (RF patent No. 2376591, 2009). The singular sensor complete with a reference electrode and a voltmeter cannot be used for the joint determination of several organic electrolytes in multicomponent aqueous solutions.

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в разработке мультисенсорной измерительной системы предназначенной для экспрессного количественного совместного определения нескольких органических (аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ) одновременно присутствующих в многокомпонентных водных растворах.The problem to which this technical solution is directed is to develop a multisensor measuring system designed for rapid quantitative joint determination of several organic (amino acids, vitamins and other biologically active substances) simultaneously present in multicomponent aqueous solutions.

Технический результат заключается в возможности реализации поставленной задачи, расширении объектов анализа, упрощении эксплуатации, автоматизации анализа и снижении времени анализа.The technical result consists in the possibility of realizing the task, expanding the objects of analysis, simplifying operation, automating analysis and reducing analysis time.

Технический результат достигается тем, что потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс для совместного определения органических электролитов в водных растворах, включает блок управления, высокоомный многоканальный вольтметр, хлоридсеребряный электрод сравнения и не менее двух кросс-селективных ПД-сенсоров, аналитическим сигналом которых является потенциал Доннана. Каждый из ПД-сенсоров состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка (или мембрана, или стержень), таким образом, что один ее конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса. Электрод сравнения и все ПД-сенсоры через многоканальный вольтметр подключены к блоку управления.The technical result is achieved by the fact that the potentiometric multisensor measuring complex for the joint determination of organic electrolytes in aqueous solutions includes a control unit, a high-resistance multi-channel voltmeter, a silver chloride reference electrode and at least two cross-selective PD sensors, the analytical signal of which is Donnan's potential. Each of the PD sensors consists of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, and the other has a perfluorinated sulfonated polymer tube (or membrane or rod), so that one end is placed in the first case and the other protrudes outside the second building. The reference electrode and all PD sensors are connected to the control unit through a multi-channel voltmeter.

Корпуса, в которых установлен внутренний электрод сравнения ПД-сенсоров, заполнены 1 М растворами разных неорганических и органических электролитов, соответствующих ионным формам перфторированных сульфокатионитовых полимеров.The cases in which the internal comparison electrode of PD sensors is installed are filled with 1 M solutions of various inorganic and organic electrolytes corresponding to the ionic forms of perfluorinated sulfocationic polymers.

ПД-сенсоры и электрод сравнения смонтированы, например, на штативе.PD sensors and a reference electrode are mounted, for example, on a tripod.

Для мультисенсорного измерительного комплекса использовались перфторированные сульфокатионитовые полимерные (ПСП) трубки, стержни, мембраны (изготовленные ОАО «Пластполимер», г. Санкт-Петербург, Россия) в неорганических формах (калиевой, водородной) и модифицированные при температуре стеклования ПСП в формах определяемых органических электролитов. Гидрофобность политетрафторэтиленовой матрицы и отсутствие макропор в структуре ПСП обеспечивают более высокие величины откликов, чувствительность и точность ПД-сенсоров по сравнению с ПД-сенсорами на основе полимеров с гидрофильной углеводородной матрицей. Определение органических электролитов в водных растворах основано на реакциях ионного обмена и протолитических реакциях с участием органических ионов и цвиттерионов на границе ПСП/ анализируемый раствор.For the multisensor measuring complex, perfluorinated sulfocathionite polymer (PSP) tubes, rods, membranes (manufactured by Plastpolymer OJSC, St. Petersburg, Russia) in inorganic forms (potassium, hydrogen) and modified at the glass transition temperature of PSP in the forms of determined organic electrolytes were used . The hydrophobicity of the polytetrafluoroethylene matrix and the absence of macropores in the PSP structure provide higher response values, sensitivity and accuracy of PD sensors as compared to PD sensors based on polymers with a hydrophilic hydrocarbon matrix. The determination of organic electrolytes in aqueous solutions is based on ion exchange reactions and protolytic reactions involving organic ions and zwitterions at the PSP / analyte boundary.

На фиг.1 представлена схема мультисенсорного измерительного комплекса; на фиг.2 - фактические и определенные значения концентраций пиридоксина гидрохлорида (PiridoxinHCl) и никотиновой кислоты (Niacin) для некоторых анализируемых растворов.Figure 1 presents a diagram of a multisensory measuring complex; figure 2 - the actual and determined values of the concentrations of pyridoxine hydrochloride (PiridoxinHCl) and nicotinic acid (Niacin) for some of the analyzed solutions.

Конструкция мультисенсорного измерительного комплекса включает не менее двух ПД-сенсоров (1a-1n), организованных на основе ПСП в разных органических и неорганичеких формах, хлоридсеребряный электрод сравнения 2, закрепленные в штативе 3, высокоомный многоканальный вольтметр 4, блок управления 5. Конструкция каждого из ПД-сенсоров (lain) включает два пластиковых корпуса 6 и 7 объемом соответственно 5 и 0,5 см, заполненных 1 М раствором электролита, соответствующего ионной форме ПСП. Корпуса 6, 7 соединяются через герметичное уплотнение, например, резиновую пробку, 8 и закрываются герметичными (резиновыми) пробками 9, 10. Внутренний электрод сравнения 11 (серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра), закреплен в корпусе 6. Трубка (или стержень, или мембрана) 12 из ПСП длиной 6-8 см, закрепленна в пробках 8, 10 одним концом 13 находится внутри корпуса 6, основная его часть находится внутри корпуса 7, второй конец 14 ПСП выступает за пределы корпуса 7. При длительном хранении конец 14 трубки (или стерженя, или мембраны) из ПСП закрывается защитным колпачком 15. Между измерениями ПД-сенсоры (1a-1n) следует хранить в 1 М растворе электролита, соответствующего ионной форме ПСП. Блок управления 5 включает персональный компьютер с программным обеспечением.The design of the multisensor measuring complex includes at least two PD sensors (1a-1n), organized on the basis of SRP in different organic and inorganic forms, a silver chloride comparison electrode 2, mounted in a tripod 3, a high-resistance multi-channel voltmeter 4, a control unit 5. Each of PD-sensors (lain) includes two plastic cases 6 and 7 with a volume of 5 and 0.5 cm, respectively, filled with a 1 M electrolyte solution corresponding to the ionic form of the SRP. The housings 6, 7 are connected through an airtight seal, for example, a rubber stopper, 8 and are closed by sealed (rubber) stoppers 9, 10. The internal reference electrode 11 (silver wire coated with silver chloride) is fixed in the housing 6. The tube (or rod, or membrane) 12 of the CAP 6-8 cm long, fixed in plugs 8, 10 with one end 13 located inside the casing 6, its main part is inside the casing 7, the second end 14 of the CAP extends beyond the casing 7. For long-term storage, the end 14 of the tube or rod or membrane) of the PSP closes I have a protective cap 15. Between measurements, PD sensors (1a-1n) should be stored in a 1 M electrolyte solution corresponding to the ionic form of the PSP. The control unit 5 includes a personal computer with software.

Работа мультисенсорного измерительного комплекса реализуется следующим образом. Из корпусов 7 ПД-сенсоров (1a-1n) удаляется раствор. ПД-сенсоры (1a-1n) свободными концами 14 трубки (или стерженя, или мембраны) 12 и хлоридсеребряный электрод сравнения 2 погружаются в анализируемый раствор. Потенциалы ПД-сенсоров (1a-1n) измеряют относительно электрода сравнения 2 с помощью высокоомного многоканального электронного вольтметра 3. Значения потенциалов фиксируются через 2-5 минут, автоматически выводятся на персональный компьютер, обрабатываются с помощью программного обеспечения, значения концентраций определяемых компонентов исследуемых растворов выводятся на экране.The multisensor measuring complex is implemented as follows. The solution is removed from the cases of 7 PD sensors (1a-1n). PD sensors (1a-1n) with the free ends 14 of the tube (or rod or membrane) 12 and the silver chloride reference electrode 2 are immersed in the analyzed solution. The potentials of PD sensors (1a-1n) are measured relative to the reference electrode 2 using a high-resistance multichannel electronic voltmeter 3. The potentials are recorded after 2-5 minutes, automatically output to a personal computer, processed using software, the concentrations of the components of the studied solutions are determined are displayed on the screen.

ПРИМЕРEXAMPLE

Объектами анализа были водные растворы, содержащие пиридоксин гидрохлорид (витамин В₆) и никотиновую кислоту (витамин В₅, РР). Для вывода уравнений многомерной градуировки были получены значения откликов двух кросс-селективных ПД-сенсоров на основе ПСП в калиевой и водородной формах, измеренных относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в водных растворах, в которых индивидуальные концентрации обоих компонентов варьировались от 10^-4 до 10^-2 М. Рассматривали комбинации факторов рС для каждого компонента в интервале 2÷4 с постоянным шагом рС=0,5.The objects of analysis were aqueous solutions containing pyridoxine hydrochloride (vitamin B ₆ ) and nicotinic acid (vitamin B ₅ , PP). To derive the equations of multidimensional calibration, the values of the responses of two cross-selective PD sensors based on SRP in potassium and hydrogen forms, measured relative to the silver chloride reference electrode in aqueous solutions, in which the individual concentrations of both components ranged from 10 ^-4 to 10 ^-2 M, were obtained Combinations of pC factors were considered for each component in the range 2–4 with a constant step pC = 0.5.

На основании полученных данных с помощью методов многомерного анализа подобрана оптимальная система уравнений для расчета концентраций компонентов в водных растворах пиридоксина гидрохлорида и никотиновой кислоты:Based on the data obtained using multivariate analysis methods, the optimal system of equations for calculating the concentrations of components in aqueous solutions of pyridoxine hydrochloride and nicotinic acid was selected:

Градуировочные уравнения (1) являются адекватными на уровне значимости 0,05. Использование статистической модели, учитывающей взаимодействие компонентов системы, снизило соответственно в 1,3 и 2,3 раза ошибки ПД-сенсоров из ПСП в калиевой и водородной формах.Calibration equations (1) are adequate at a significance level of 0.05. Using a statistical model that takes into account the interaction of system components has reduced 1.3 and 2.3 times, respectively, errors of PD sensors from SRP in potassium and hydrogen forms.

На фиг.2 представлены фактические и определенные с помощью системы уравнений (1) значения концентраций пиридоксина гидрохлорида и никотиновой кислоты для некоторых анализируемых растворов. Число определений составляло 5-7. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили при доверительной вероятности 0,95. Полученные градуировочные уравнения позволяют с относительной погрешностью менее 10% совместно определять пиридоксин гидрохлорид и никотиновую кислоту в многокомпонентных растворах в области концентраций 10^-4 -10^-2 М, если соотношение их концентраций не превышает три порядка.Figure 2 presents the actual and determined using the system of equations (1) the values of the concentrations of pyridoxine hydrochloride and nicotinic acid for some of the analyzed solutions. The number of determinations was 5-7. Statistical processing of experimental data was carried out with a confidence level of 0.95. The obtained calibration equations make it possible, with a relative error of less than 10%, to jointly determine pyridoxine hydrochloride and nicotinic acid in multicomponent solutions in the concentration range 10 ^-4 -10 ^-2 M, if the ratio of their concentrations does not exceed three orders of magnitude.

Claims

1. A potentiometric multisensor measuring complex for the joint determination of organic electrolytes in aqueous solutions, characterized in that it includes a control unit, a high-resistance multi-channel voltmeter, a silver chloride reference electrode and at least two cross-selective PD sensors, a reference electrode and PD sensors connected through a multi-channel a voltmeter to the control unit, and each PD sensor consists of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, the other has a perfluorinated sulfocathionite polymer tube or membrane or rod is installed in such a way that one end is placed in the first case and the other extends beyond the second case, in each of the cross-selective PD sensors of the tube (or membranes, or rods) from perfluorinated sulfocationic polymers in various inorganic and organic ionic forms.

2. The potentiometric multisensor measuring complex according to claim 1, characterized in that the cases in which the internal reference electrode of the PD sensors is installed are filled with 1 M solutions of various inorganic and organic electrolytes corresponding to the ionic forms of perfluorinated sulfocationic polymers.

3. The potentiometric multisensor measuring complex according to claim 1, characterized in that the PD sensors and the reference electrode are mounted, for example, on a tripod.