RU2533331C2 - Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах - Google Patents

Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах Download PDF

Info

Publication number
RU2533331C2
RU2533331C2 RU2012144076/28A RU2012144076A RU2533331C2 RU 2533331 C2 RU2533331 C2 RU 2533331C2 RU 2012144076/28 A RU2012144076/28 A RU 2012144076/28A RU 2012144076 A RU2012144076 A RU 2012144076A RU 2533331 C2 RU2533331 C2 RU 2533331C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anions
moisture
solutions
measurement
frequency
Prior art date
Application number
RU2012144076/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012144076A (ru
Inventor
Александр Александрович Степанов
Валентин Юрьевич Долуда
Эсфирь Михайловна Сульман
Валентина Геннадьевна Матвеева
Михаил Геннадьевич Сульман
Владимир Петрович Молчанов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Экологические Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Экологические Технологии" filed Critical Открытое акционерное общество "Экологические Технологии"
Priority to RU2012144076/28A priority Critical patent/RU2533331C2/ru
Publication of RU2012144076A publication Critical patent/RU2012144076A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2533331C2 publication Critical patent/RU2533331C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности. Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах осуществляется в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока. Измерение проводится при частоте переменного тока от 0,1 Гц до 100 кГц. В качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через электрохимическую ячейку. Время определения - не более 0,5 минуты. Способ характеризуется высокой точностью измерения. 3 пр., 1 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерению содержания анионов в объектах, имеющих отношение к сельскому хозяйству, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности, а именно: в растворах и влагосодержащих продуктах.
Известен способ как совместного, так и отдельного, определения концентрации анионов с использованием как отдельных, так и комбинированных, ион-селективных электродов и электрода сравнения, подключенных к высокоточному потенциометру и электронно-вычислительному комплексу. Одновременное определение анионов производится помещением электродов или сборки электродов в жидкий образец или в жидкий экстракт твердого образца, измерением потенциала селективных электродов относительно электрода сравнения и нахождением концентрации соответствующего иона по калибровочным зависимостям (EU 0450473 А2, G01N 27/416 арр. num. 91104823.9, US 4655899, G01N 27/46, US 4613421, G01N 27/28, US 4059499, G01N 27/30).
Недостатками этого способа измерения являются нестабильность показаний ион-селективных электродов и необходимость калибровки ион-селективных электродов отдельно для каждого определяемого иона.
Известен способ измерения концентрации нитрат-ионов с использованием биосенсора, состоящего из системы электродов с нанесенной на них нитрат-редуктазой, которая селективно изменяет потенциал при наличии в исследуемом образце нитрат-ионов. При этом измерение потенциала производится высокоточным потенциометром, нахождение концентрации нитрат-ионов происходит по соответствующим калибровочным зависимостям (WO 2005/119237 А1, кл. B01J 31/12, 04.09.2003).
Недостатками этого способа измерения являются сложность стабилизации фермента на поверхности электрода, высокая чувствительность фермента к кислороду воздуха и невозможность повторного использования биосенсора.
Известен способ исследования биопродуктов с помощью зонда. Содержание анионов определяется по формуле, связывающей величину напряжения на зонде при отсутствии влияния на него среды, содержащей определяемые ионы, высокочастотного сигнала на входе зонда, величину напряжения на входе зонда при подаче высокочастотного сигнала, но при отсутствии исследуемой среды, величину напряжения на входе зонда при подаче высокочастотного сигнала и при наличии исследуемой среды. (RU 2009114618/28, G01N 27/416).
Недостатками этого способа получения являются низкая селективность метода к определяемым анионам и необходимость калибровки каждого вида биопродуктов по отдельным ионам.
Прототипом заявляемого изобретения является способ определения содержания анионов в биопродуктах, основанный на измерении проводимости, соответствующей концентрации ионов, с помощью емкостной ячейки переменного тока частотой от 10 кГц до 105 кГц. Предварительно подбирают схему замещения исследуемой среды по ее проводимости при нормальной концентрации ионов в среде. После чего на ячейку с установленной в ней схемой замещения подают напряжение увеличивающейся частоты. Ячейку заполняют исследуемой средой и проводят измерение, концентрацию определяемого иона устанавливают на основе предварительно установленной корреляционной зависимости (RU 2073854 C1, WO 2008156320, кл. B01J 23/745, 24/12/2008).
Основными недостатками прототипа являются низкая чувствительность метода, невысокая селективность к отдельным ионам.
Задачей изобретения является создание нового способа определения концентрации различных ионов в растворах и влагосодержащих продуктах, обеспечивающего повышение точности проводимых измерений.
Технический результат изобретения - повышение точности измерения концентрации ионов в растворах и влагосодержащих продуктах в 2-3 раза по сравнению с известными способами.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах измерение проводится в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 Гц до 100 кГц, а в качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через емкостную ячейку.
Изобретение поясняется графическими материалами и таблицами.
Фиг.1. Сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании переменного тока через исследуемый образец.
Фиг.2. Схема потенциостата с анализатором частотного отклика и генератором.
Фиг.3. Калибровочный график для определения нитрат-ионов в свекле.
Таблица 1. Определение содержания нитрат-ионов в образцах продуктов сельского хозяйства известным способом и заявляемым.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Вследствие наличия в электрохимической цепи реактивной составляющей, связанной с поляризацией ионов на поверхности измерительного электрода, при пропускании тока через емкостную ячейку возникает сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током (фазовый сдвиг) (Impedance Spectroscopy. Theory. Experiment, and. Applications. Second Edition. Edited by. Evgenij Barsoukov. J.Ross Macdonald. A. John Wiley, Inc., 2000, Фиг.1).
Этот параметр был использован нами при разработке нового способа определения содержания ионов в растворах и влагосодержащих продуктах.
Нами также установлено, что оптимальные частоты тока для определения находятся в диапазоне от 0,1 Гц до 100 кГц. При дальнейшем увеличении частоты фазовый сдвиг равен нулю вне зависимости от частоты и содержания ионов.
Нижняя граница измерений обусловлена двумя факторами. Во-первых, техническим фактором, а именно: ограниченностью частотных генераторов создавать подобные частоты, во-вторых, возможностью возникновения в низкочастотной области электролиза и поляризации электрода. В принципе, в низкочастотной области по этой причине нет фазового сдвига.
Для проведения исследований использовалась установка, схема которой представлена на Фиг.2.
Переменный сигнал от генератора Г подается на электрохимическую ячейку с исследуемым объектом (Образец) через суммирующий усилитель U3. Переменный ток, протекая через исследуемый образец, создает на нем переменную разность потенциалов, а также на включенном последовательно с ним эталонном сопротивлении Кэт. Последнее служит для измерения тока, протекающего через образец. Усилители U1 и U2 с высоким входным импедансом усиливают сигналы напряжения и тока на образце, соответственно. Далее один из этих сигналов подается на второй вход выходного усилителя для создания обратной связи. Переменные сигналы тока и напряжения передаются далее на АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и подвергаются обработке для определения фазового сдвига и сопротивления системы.
При различных концентрациях исследуемого аниона определяется фазовый сдвиг и строится калибровочный график (например, Фиг.3).
Затем исследуемый объект помещается в электрохимическую ячейку и определяется сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током (фазовый сдвиг).
Итоговая операция - определение содержания аниона в объекте по калибровочному графику.
Содержание ионов в объекте определяется по формуле:
Figure 00000001
где F - фазовый сдвиг;
b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.
Способ осуществляется следующим образом.
Отбираются средние пробы исследуемого объекта. Прибор, структура которого соответствует схеме, представленной на Фиг.2, включается на 30 минут для предварительного прогрева, после чего исследуемый объект помещается в электрохимическую ячейку. Затем проводится частотное сканирование в диапазоне частот от 0,1 Гц до 100 кГц с определением фазового сдвига, величина которого соотносится с концентрацией определяемого аниона по калибровочному графику.
Предлагаемый способ отличается от известного, наиболее близкого к нему способа тем, что в качестве измеряемого параметра используется фазовый сдвиг, и измерения проводятся в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц (в прототипе диапазон частот соответствует 10 кГц - 105 кГц). В отличие от прототипа, заявляемый способ характеризуется более высокой точностью измерения.
Пример 1.
В качестве объекта исследования были выбраны образцы свеклы, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:
Figure 00000002
где F - фазовый сдвиг;
b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции. Результаты представлены в Таблице 1.
Сравнение данных, полученных заявляемым способом и в соответствии с ГОСТ 29270-95, позволяет сделать вывод о достоверности определения нитрат-ионов заявляемым способом, причем, в отличие от ГОСТовского метода, предусматривающего время определения - 20÷30 минут, предложенный нами способ - экспресс-анализ: время определения - не более 0,5 минуты.
В прототипе используется методика измерения содержания нитрат-ионов с помощью прибора СОЭКС (Таблица 1). Абсолютные погрешности определения известным способом существенно выше, чем заявляемым, что указывает на преимущество заявляемого способа в точности.
Пример 2.
Пример осуществлялся аналогично приведенному выше. В качестве объекта исследования были выбраны образцы кабачка, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0.1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:
Figure 00000002
где F - фазовый сдвиг;
b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.
Результаты представлены в Таблице 1. Таким образом, из полученных данных можно сделать вывод о достоверности результатов, полученных с помощью вышеуказанной методики.
Пример 3.
Пример осуществлялся аналогично приведенному выше. В качестве объекта исследования были выбраны образцы капусты, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:
Figure 00000002
где F - фазовый сдвиг;
b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.
Результаты представлены в Таблице 1. Таким образом, из полученных данных можно сделать вывод о достоверности результатов, полученных с помощью вышеуказанной методики.
Таблица 1
Название с/х культуры
Figure 00000003
мг/кг*
Figure 00000004
мг/кг в соответствии с ГОСТ 29270-95
Figure 00000004
мг/кг в соответствии с методикой на устройство измерения нитратов СОЭКС
Свекла 420±5 415±12 434±48
Кабачок 856±14 867±18 812±86
Капуста 694±11 715±16 680±71
* -для определения содержания нитрат-ионов проводилось десятикратное измерение в соответствии с вышеуказанной методикой;

Claims (1)

  1. Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока, отличающийся тем, что измерение проводится при частоте переменного тока от 0,1 Гц до 100 кГц, а в качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через электрохимическую ячейку.
RU2012144076/28A 2012-10-17 2012-10-17 Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах RU2533331C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012144076/28A RU2533331C2 (ru) 2012-10-17 2012-10-17 Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012144076/28A RU2533331C2 (ru) 2012-10-17 2012-10-17 Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012144076A RU2012144076A (ru) 2014-04-27
RU2533331C2 true RU2533331C2 (ru) 2014-11-20

Family

ID=50515104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012144076/28A RU2533331C2 (ru) 2012-10-17 2012-10-17 Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2533331C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109959685A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 深圳绿食宝科技有限公司 一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法及其测量系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2073854C1 (ru) * 1993-02-11 1997-02-20 Акционерное общество открытого типа "Морион" Способ ионометрии
JP2004309478A (ja) * 2003-03-26 2004-11-04 Yasuhiro Horiike 電流検出型イオン選択性電極、イオン測定システム、ターゲットイオンの定量方法、及び電流検出型イオン選択性電極の製造方法
RU2244917C1 (ru) * 2003-05-05 2005-01-20 Тамбовский государственный технический университет Способ измерения активности ионов в растворах и устройство для его осуществления
RU2390767C1 (ru) * 2009-04-17 2010-05-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Соэкс" Способ ионометрии биопродукта и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2073854C1 (ru) * 1993-02-11 1997-02-20 Акционерное общество открытого типа "Морион" Способ ионометрии
JP2004309478A (ja) * 2003-03-26 2004-11-04 Yasuhiro Horiike 電流検出型イオン選択性電極、イオン測定システム、ターゲットイオンの定量方法、及び電流検出型イオン選択性電極の製造方法
RU2244917C1 (ru) * 2003-05-05 2005-01-20 Тамбовский государственный технический университет Способ измерения активности ионов в растворах и устройство для его осуществления
RU2390767C1 (ru) * 2009-04-17 2010-05-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Соэкс" Способ ионометрии биопродукта и устройство для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109959685A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 深圳绿食宝科技有限公司 一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法及其测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012144076A (ru) 2014-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hassani et al. Novel label-free electrochemical aptasensor for determination of Diazinon using gold nanoparticles-modified screen-printed gold electrode
EP2405263B1 (en) Analysis of a dielectric medium
Cao et al. Electrochemical sensing of melamine with 3, 4-dihydroxyphenylacetic acid as recognition element
Grossi et al. Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) characterization of saline solutions with a low-cost portable measurement system
JP6449994B2 (ja) 溶血検出方法およびシステム
Erdem et al. Impedimetric detection of in situ interaction between anti-cancer drug bleomycin and DNA
Yu et al. Simple voltammetric determination of rhodamine B by using the glassy carbon electrode in fruit juice and preserved fruit
Mayer et al. Accuracy of ion mobility measurements dependent on the influence of humidity
CN101675338A (zh) 应用非线性样品应答进行分析物测量的系统和方法
Qiao et al. A novel pungency biosensor prepared with fixing taste-bud tissue of rats
Tacchini et al. Electrochemical pseudo‐titration of water‐soluble antioxidants
US10520460B2 (en) Method for determining diffusion
Ensafi et al. Developing a sensitive DNA biosensor for the detection of flutamide using electrochemical method
Castillo et al. Electrochemical and photometric detection of plasmin by specific peptide substrate
RU2533331C2 (ru) Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах
Kirker et al. Electrical properties of wood colonized by Gloeophyllum trabeum
Martínez et al. Multivariate standard addition for the analysis of overlapping voltammetric signals in the presence of matrix effects: application to the simultaneous determination of hydroquinone and catechol
Najafi et al. Capacitive chemical sensor for thiopental assay based on electropolymerized molecularly imprinted polymer
Jadreško et al. Square‐Wave Voltammetry of Electroinactive Surfactants
Morsy et al. Electron paramagnetic resonance monitoring for on-demand electrochemically-generated radicals
Yang et al. Sensitive and rapid determination of nifedipine using polyvinylpyrrolidone-modified carbon paste electrode
Yang et al. Surface enhancement of porous alumina microfibers toward electrochemical sensing of chlorogenic acid
Ghodinde et al. Quantification of urea adulteration with impedance spectroscopy in cow milk
Hai et al. Molecularly imprinted electrochemical sensor for selective determination of oxidized glutathione
Bataller et al. A humid electronic nose based on pulse voltammetry: A proof-of-concept design

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141122