RU2701452C1 - Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof - Google Patents
Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701452C1 RU2701452C1 RU2018122118A RU2018122118A RU2701452C1 RU 2701452 C1 RU2701452 C1 RU 2701452C1 RU 2018122118 A RU2018122118 A RU 2018122118A RU 2018122118 A RU2018122118 A RU 2018122118A RU 2701452 C1 RU2701452 C1 RU 2701452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- sample
- electrode
- tablet
- liquid samples
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитической химии, в частности, к способам и устройствам определения содержания металлов в жидких пробах атомно-эмиссионной спектроскопией и может быть использовано для решения ряда социально значимых задач, например, ранней диагностики некоторых заболеваний и коррекции лечебно-восстановительных процессов в арсенале клинических лабораторий.The invention relates to analytical chemistry, in particular, to methods and devices for determining the metal content in liquid samples by atomic emission spectroscopy and can be used to solve a number of socially significant problems, for example, the early diagnosis of certain diseases and the correction of medical and restoration processes in the arsenal of clinical laboratories .
Известен способ анализа жидких проб атомно-эмиссионной спектроскопией. Способ основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. Для атомизации и возбуждения жидкой пробы используются различные типы источников атомизации: пламя, индуктивно связанная плазма [Основы аналитической химии, В 2, кн. Кн 2, Методы химического анализа: Учеб. Для вузов / Под ред. Ю.А. Золотов. - 3-е изд., М.: Высш. Шк., 2004 г., _ 503 с.].A known method of analyzing liquid samples by atomic emission spectroscopy. The method is based on the thermal excitation of free atoms or monatomic ions and registration of the optical spectrum of the emission of excited atoms. For the atomization and excitation of a liquid sample, various types of atomization sources are used: flame, inductively coupled plasma [Fundamentals of Analytical Chemistry,
Существенным недостатком используемых источников атомизации и возбуждения является то, что для выполнения анализа необходимы существенные объемы жидкой пробы, как правило, несколько мл. Однако при анализе биологических жидкостей (слюна, пот, раневой экссудат и т.д.) доступный объем жидкости может составлять несколько мкл.A significant drawback of the sources of atomization and excitation used is that substantial volumes of a liquid sample are required to perform the analysis, usually a few ml. However, in the analysis of biological fluids (saliva, sweat, wound exudate, etc.), the available volume of fluid may be several μl.
Кроме этого, как правило анализ одной пробы требуют значительных временных затрат и переход от одного образца к другому требует существенный промывки системы ввода пробы для избежание эффекта памяти.In addition, as a rule, the analysis of one sample requires considerable time and the transition from one sample to another requires a substantial flushing of the sample input system to avoid the memory effect.
Имеет значение и существенная стоимость выполнения анализа биологических жидкостей, включающая высокую стоимость оборудования и расходные материалы (например, непрерывный расход горючего газа в случае использования пламени и инертный газ в случае применения индуктивно связанной плазмы) во время выполнения анализа.The significant cost of performing the analysis of biological fluids is also important, including the high cost of equipment and consumables (for example, a continuous flow of combustible gas in the case of using a flame and inert gas in the case of using inductively coupled plasma) during the analysis.
Известен микропланшетный фотометр для иммуноферментного анализа STAT FAX® 4200, включающий корпус с цветным сенсорным экраном для управления прибором, установленные в корпусе планшет с ячейками для исследуемой пробы, механизм его перемещения, размещенную над планшетом вольфрамовую ксеноновую лампу с функцией сохранения, систему линз для фокусировки луча лампы, установленные под ячейками планшета колесо опциональных фильтров от 405 до 700 нм и фотодетектор для преобразования падающего света в электрический сигнал, блоки усиления и обработки сигнала [Awareness Technology, Inc. - Palm City, FL, 34991, USA; www.awareness.ru].Known microplate photometer for enzyme-linked immunosorbent assay STAT FAX® 4200, comprising a body with a color touch screen for controlling the device, a tablet with cells for the test sample installed in the body, a mechanism for moving it, a tungsten xenon lamp with a storage function placed above the tablet, a lens focusing system lamps installed under the cells of the tablet wheel optional filters from 405 to 700 nm and a photo detector for converting incident light into an electrical signal, amplification and processing units with Ignal [Awareness Technology, Inc. - Palm City, FL, 34991, USA; www.awareness.ru].
Выполняемые тесты планшетным иммуноферментным анализатором Stat Fax 4200: инфекции, опухолевые маркеры, щитовидная железа, репродуктивная функция, эндокринология, аллергия, беременность, аутоиммунные и системные заболевания.Tests performed by Stat Static 4200 Immunoassay Analyzer: infections, tumor markers, thyroid, reproductive function, endocrinology, allergies, pregnancy, autoimmune and systemic diseases.
Однако микропланшетный фотометр обладает следующими существенным недостатком.However, the microplate photometer has the following significant drawback.
Микропланшетный анализатор не может реализовать атомно-эмиссионный способ анализа жидкостей. Поэтому не может проводить прямые определения в жидких пробах на содержания в металлов. Так, как в микропланшетном анализаторе нет источника атомизации и возбуждения для получения эмиссионного спектра излучения анализируемой жидкой пробы.A microplate analyzer cannot implement an atomic emission method for analyzing liquids. Therefore, it can not conduct direct determinations in liquid samples on the content in metals. So, as in the microplate analyzer there is no source of atomization and excitation to obtain the emission spectrum of the radiation of the analyzed liquid sample.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ определения содержания металлов в жидких пробах, путем подготовки пробы, помещения ее в микрокювету в виде электроизоляционного стакана с электродом в нижней части, расположения над микрокюветой верхнего электрода, при этом верхний и нижний электроды соединены между собой через балластное сопротивление, подключенное к конденсатору, возбуждения искрового разряда между пробой в микрокювете и верхним электродом, регистрации аналитического сигнала эмиссионного спектра излучения, возникающего в момент разряда, и определения наличия металлов в пробе по длинам волн и их концентраций по интенсивности свечения с использованием калибровочной зависимости [А.А. Жирков, 1, В.В. Ягов, А.А. Власова, Б.К. Зуев, Микроплазменный анализатор для определения щелочных и щелочноземельных металлов в малых объемах проб сложного фазового состава, ж. Аналитической химии, 2015, том 70, №12, с. 1276-1282].The closest technical solution to the proposed one is a method for determining the metal content in liquid samples, by preparing the sample, placing it in a microcuvette in the form of an insulating cup with an electrode in the lower part, positioning the upper electrode above the microcuvette, while the upper and lower electrodes are interconnected via ballast resistance connected to the capacitor, excitation of a spark discharge between the sample in the microcuvette and the upper electrode, registration of the analytical signal of emission spec pa radiation occurring at the time of discharge, and determining the presence of metals in the sample wavelength and the concentration of the luminescence intensity using calibration curve [AA Zhirkov, 1, V.V. Yagov, A.A. Vlasova, B.K. Zuev, Microplasma analyzer for determining alkaline and alkaline earth metals in small volumes of samples of complex phase composition, g. Analytical Chemistry, 2015, Volume 70, No. 12, p. 1276-1282].
В указанном способе источником эмиссионных спектров служит электрический разряд между верхним мениском капли пробы и нижним мениском жидкой линзы. Пробу в виде капли наносят пипет-дозатором на торец электрода из нержавеющей стали диаметром 1.5 мм, на который плотно насажена фторопластовая трубка. Электрод соединен с заземленным отрицательным полюсом высоковольтного источника, а раствор, образующий жидкую линзу, через удаленный от разряда вспомогательный электрод с положительным полюсом ВС-22. Параметры разрядной цепи: напряжение - 2,2 кВ, емкость - 3 мкФ, балластное сопротивление - 1 кОм. Время разрешенный сигнал - силу тока, напряжение и интенсивность света - регистрировали с помощью платы ввода-вывода L154 (L-Card, Россия). Для регистрации излучения, возникающего в момент разряда, используют оптическую систему, состоящую из кварцевого световода, монохроматора МДР-3 с и фотоприемного модуля Н8249 (Hamamatsu,, Япония).In this method, the source of emission spectra is an electric discharge between the upper meniscus of the sample drop and the lower meniscus of the liquid lens. A sample in the form of a drop is applied with a pipette dispenser to the end face of a stainless steel electrode with a diameter of 1.5 mm, on which a fluoroplastic tube is tightly mounted. The electrode is connected to the grounded negative pole of the high-voltage source, and the solution forming the liquid lens through an auxiliary electrode remote from the discharge with the positive pole BC-22. The parameters of the discharge circuit: voltage - 2.2 kV, capacitance - 3 μF, ballast resistance - 1 kOhm. The time allowed signal — current strength, voltage, and light intensity — was recorded using an L154 I / O board (L-Card, Russia). To register the radiation that occurs at the time of discharge, an optical system is used consisting of a quartz fiber, an MDR-3 s monochromator, and an H8249 photodetector module (Hamamatsu, Japan).
Главным недостатком указанного способа является сложная регулировка работы жидкой линзы. Необходимо обеспечить заданную скорость жидкости и удалять пузыри, рассеяние света на которых искажает сигнал.The main disadvantage of this method is the difficult adjustment of the liquid lens. It is necessary to ensure a given fluid velocity and remove bubbles, the scattering of light on which distorts the signal.
Кроме того, поверхность жидкой линзы легко искажается вследствие вибрации, что усложняет применение способа вне лаборатории. Значительный объем вспомогательного раствора кислоты (20 мл и более), соединенного с электродом под напряжением более 2 кВ, создает проблемы в плане электробезопасности.In addition, the surface of the liquid lens is easily distorted due to vibration, which complicates the application of the method outside the laboratory. A significant amount of an auxiliary acid solution (20 ml or more) connected to the electrode under a voltage of more than 2 kV creates problems in terms of electrical safety.
Кроме этого, жидкая линза (раствор кислоты) при разряде распыляется в воздух, что приводит к попаданию значительного количества токсичных компонентов в окружающую среду.In addition, a liquid lens (acid solution) is sprayed into the air during discharge, which leads to the release of a significant amount of toxic components into the environment.
Наконец, механические манипуляции с нанесением пробы в непосредственной близости от жидкой линзы достаточно сложны и требуют определенного навыка от оператора.Finally, mechanical manipulations with applying a sample in the immediate vicinity of a liquid lens are quite complex and require a certain skill from the operator.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является планшетный анализатор, включающий корпус, расположенные в нем установочный узел для размещения планшета с микрокюветами для исследуемых проб, считывающий узел, выполненный в виде излучателя и измерительного фотоприемника с узлом передачи светового сигнала, каретку для перемещения излучателя и планшета относительно друг друга, блок обработки сигнала и блок регистрации и управления, соединенные с измерительным фотоприемником, при этом узел передачи светового сигнала в фотоприемник выполнен в виде волоконно-оптического жгута [Патент РФ №2442973, кл. G01N 21/59, опубл. 20.02.2012].The closest technical solution to the proposed one is a tablet analyzer, which includes a housing, an installation unit for placing a tablet with microcuvettes for the samples under study, a readout unit made in the form of an emitter and a measuring photodetector with a light signal transmission unit, a carriage for moving the emitter and tablet relative to each other, the signal processing unit and the registration and control unit connected to the measuring photodetector, while the light signal to photoconferencing unit the receiver is made in the form of a fiber optic bundle [RF Patent No. 2442973, cl. G01N 21/59, publ. 02/20/2012].
Планшетный анализатор используют для иммунотурбидиметрического анализа множества различных образцов, в частности для проведения массового скрининга населения как в крупных, так и в средних и малых лабораториях, а также для контроля сырья и материалов при их производстве.A tablet analyzer is used for immunoturbidimetric analysis of many different samples, in particular for mass screening of the population in both large and medium and small laboratories, as well as for monitoring raw materials in their production.
Известный анализатор обладает рядом недостатков.The known analyzer has several disadvantages.
Отсутствие эмиссионного источника излучения позволяющего импульсно нагревать анализируюмую жидкую микропробу до температур в несколько тысяч градусов. Такой источник необходим, так как целью является определения металлов в жидкости с использованием атомно - эмиссионной спектроскопии.The absence of an emission source of radiation allowing pulsed heating of the analyzed liquid microprobe to temperatures of several thousand degrees. Such a source is necessary, since the goal is to determine the metals in a liquid using atomic emission spectroscopy.
Кроме того, система регистрации не позволяет настраиваться на спектральную линии определяемого элемента, по интенсивности которой можно проводить количественный анализ элемента в жидкой пробе.In addition, the registration system does not allow tuning to the spectral line of the element being determined, according to the intensity of which a quantitative analysis of the element in a liquid sample can be carried out.
Задачей изобретения является разработка недорогих экспрессных способа и устройства, пригодных для прямого определения металлов в малых объемах биологических жидкостей сложного состава и технологических растворах.The objective of the invention is to develop an inexpensive express method and device suitable for the direct determination of metals in small volumes of biological fluids of complex composition and technological solutions.
Кроме того, техническими задачами являются повышение точности анализа, выполнение многоэлементного анализа в одной пробе, существенное уменьшение токсичных реагентов (кислоты) распыляемых в воздух, уменьшение энергозатрат при выполнении анализа и автоматизация выполнения анализа.In addition, the technical tasks are to increase the accuracy of the analysis, perform multi-element analysis in one sample, significantly reduce toxic reagents (acids) sprayed into the air, reduce energy consumption during the analysis, and automate the analysis.
Поставленные задачи решаются способом определения содержания металлов в жидких пробах, путем подготовки пробы, помещения ее в микрокювету в виде электроизоляционного стакана с электродом в нижней части, расположения над микрокюветой верхнего электрода, при этом верхний и нижний электроды соединены между собой через балластное сопротивление, подключенное к конденсатору, возбуждения искрового разряда между пробой в микрокювете и верхним электродом, регистрации аналитического сигнала эмиссионного спектра излучения, возникающего в момент разряда, и определения наличия металлов в пробе по длинам волн и их концентраций по интенсивности свечения с использованием калибровочной зависимости, верхний электрод выполнен в виде стержня из тугоплавкого металла с заостренном концом, возбуждение искрового разряда проводят путем предварительной подачи на электроды постоянного высокого напряжения и последующего сближения конца верхнего электрода и верхнего мениска капли пробы, непрерывное сближение осуществляют в процессе разряда до полной разрядки конденсатора, запись спектра начинают после броска тока, регистрируют эмиссионный спектр разряда в диапазоне 200-1100 нм, одновременно дополнительно регистрируют интенсивность свечения и ток в разрядной цепи, при этом аналитическим сигналом служит интегральная интенсивность свечения при соответствующей длине волны электромагнитного излучения за первые 10-50 мс разряда с отступом 0,1-2 мс от момента возникновения пробоя или интегральная интенсивность, разделенная на прошедшее через разряд количество электричества, зарегистрированное за время регистрации интенсивности свечения.The tasks are solved by the method of determining the metal content in liquid samples, by preparing the sample, placing it in a microcuvette in the form of an insulating cup with an electrode in the lower part, positioning the upper electrode above the microcuvette, while the upper and lower electrodes are interconnected via ballast connected to a capacitor, excitation of a spark discharge between a sample in a microcuvette and the upper electrode, registration of an analytical signal of the emission spectrum of the radiation that arises at ent of the discharge, and determination of the presence of metals in the sample according to wavelengths and their concentrations according to the glow intensity using a calibration curve, the upper electrode is made in the form of a rod of refractory metal with a pointed end, spark discharge is excited by pre-applying constant high voltage to the electrodes and then approximation of the end of the upper electrode and the upper meniscus of the sample drop, continuous approximation is carried out during the discharge until the capacitor is completely discharged, recording After the inrush begins, the emission spectrum of the discharge is recorded in the range 200-1100 nm, at the same time, the luminescence intensity and current in the discharge circuit are additionally recorded, while the integral luminescence intensity at the corresponding electromagnetic wavelength for the first 10-50 ms of discharge indent 0.1-2 ms from the moment of breakdown or the integrated intensity divided by the amount of electricity passed through the discharge, recorded intensively during the recording time ti glow.
Кроме того, поставленные задачи решаются тем, что в планшетном анализаторе, включающем корпус, расположенные в нем установочный узел для размещения планшета с микрокюветами для исследуемых проб, считывающий узел, выполненный в виде излучателя и измерительного фотоприемника с узлом передачи светового сигнала, каретку для перемещения излучателя и планшета относительно друг друга, блок обработки сигнала и блок регистрации и управления, соединенные с измерительным фотоприемником, при этом узел передачи светового сигнала в фотоприемник выполнен в виде волоконно-оптического жгута, микрокюветы представляют из себя стаканы в виде изолирующих оболочек, в дно которых вставлены направленные вверх металлические стержни, излучатель представляет из себя электрод в виде стержня, выполненного из тугоплавкого металла с заостренном концом, закрепленным на держателе каретки, стрежень излучателя и металлические стержни микрокювет соединены друг с другом через балластное сопротивление, подключенное к высоковольтному конденсатору, волоконно-оптический жгут фотоприемника закреплен на держателе каретки, а его конец расположен около конца электрода излучателя, при этом каретка выполнена с возможностью вертикального и горизонтального перемещения относительно планшета с микрокюветамиIn addition, the tasks are solved by the fact that in the tablet analyzer, which includes a housing, an installation unit for placing a tablet with microcuvettes for the samples under study, a readout unit made in the form of an emitter and a measuring photodetector with a light signal transmission unit, a carriage for moving the emitter and the tablet relative to each other, the signal processing unit and the registration and control unit connected to the measuring photodetector, while the light signal transmission unit to the photodetector it is full in the form of a fiber optic bundle, microcuvettes are glasses in the form of insulating shells, metal rods pointing upwards are inserted into the bottom, the emitter is an electrode in the form of a rod made of refractory metal with a pointed end fixed to the carriage holder, a rod the emitter and the metal rods of the microcuvette are connected to each other via a ballast connected to a high-voltage capacitor, the fiber optic harness of the photodetector is fixed on the holder of the carriage, and its end is located near the end of the emitter electrode, while the carriage is made with the possibility of vertical and horizontal movement relative to the tablet with microcuvettes
Целесообразно чтобы металлические стержни выступали из дна стаканов микрокювет на 2-20 мм и были выполнены диаметром от 1 до 10 мм, а изолирующие оболочки выступали на 1-5 мм выше проводящих торцов стержней.It is advisable that the metal rods protrude from the bottom of the glasses of the microcuvette by 2-20 mm and are made with a diameter of 1 to 10 mm, and the insulating shells protrude 1-5 mm above the conductive ends of the rods.
Предпочтительно чтобы высоковольтный конденсатор через размыкатель был соединен с высоковольтным блоком, позволяющим осуществлять зарядку конденсатораPreferably, the high-voltage capacitor is connected through a circuit breaker to a high-voltage unit, which allows charging the capacitor
Целесообразно чтобы стержень излучателя был соединен с конденсатором гибким экранированным проводом через балластное сопротивление, а перед концом волоконно-оптического жгута уставлена оптическая система.It is advisable that the emitter rod be connected to the capacitor with a flexible shielded wire through ballast resistance, and an optical system is installed in front of the end of the fiber optic bundle.
На фиг. 1 представлена общая схема планшетного анализатора для анализа жидкой пробы.In FIG. 1 shows a general diagram of a plate analyzer for analyzing a liquid sample.
На фиг. 2 - типичный спектр шестикомпонентной системы, на котором видны наиболее интенсивные линии элементовIn FIG. 2 - a typical spectrum of a six-component system, which shows the most intense lines of elements
На фиг. 3 - градуировочные графики для определения 6 элементов, линейные в координатах интегральная интенсивность в относительных едн. - концентрация элемента в жидкой микропробе.In FIG. 3 - calibration graphs for determining 6 elements, linear in coordinates, integrated intensity in relative units. - the concentration of the element in a liquid microsample.
На фиг. 4 - градуировочные графики для определения 6 элементов, линейные в координатах интегральная интенсивность, деленная на количество электричества за время регистрации в относительных едн. - концентрация элемента в жидкой микропробе.In FIG. 4 - calibration graphs for the determination of 6 elements, the integrated intensity linear in coordinates, divided by the amount of electricity during registration in relative units. - the concentration of the element in a liquid microsample.
Планшетный анализатор содержит корпус, расположенные в нем установочный узел для размещения планшета 1 с микрокюветами 2 для исследуемых проб, считывающий узел, выполненный в виде излучателя 3 и измерительного фотоприемника 4 с узлом передачи светового сигнала, каретку 5, выполненную с возможностью вертикального и горизонтального перемещения относительно планшета 1 с микрокюветами 2, блок обработки сигнала и блок регистрации и управления, соединенные с измерительным фотоприемником 4.The tablet analyzer contains a housing, a mounting unit located therein for accommodating a
Узел передачи светового сигнала в фотоприемник 4 выполнен в виде волоконно-оптического жгута 6.The node transmitting the light signal to the
Микрокюветы 2 представляют из себя стаканы в виде изолирующих оболочек, в дно которых вставлены направленные вверх металлические стержни.
Излучатель 3 представляет из себя электрод в виде стержня, выполненного из тугоплавкого металла с заостренном концом, закрепленным на держателе каретки 5.The
Стрежень излучателя 3 и металлические стержни микрокювет 2 соединены друг с другом через балластное сопротивление, подключенное к высоковольтному конденсатору 7. Высоковольтный конденсатор 7 через размыкатель соединен с высоковольтным блоком, позволяющим осуществлять зарядку конденсатора до 5 кВ. Стержень излучателя 3 соединен с конденсатором 7 емкостью от 0,1 до 10 мкф. гибким экранированным проводом через балластное сопротивление.The
Волоконно-оптический жгут 6 фотоприемника закреплен на держателе каретки 5, а его конец расположен около конца электрода излучателя 3. Перед концом волоконно-оптического жгута уставлена оптическая система 8. Оптическая система собирает электромагнитное излучение (свет) из пространства около конца электрода и по волоконно-оптическому жгуту 6 передает это излучение в спектральный прибор (например, Ocean Optics).Fiber
Металлические стержни, размещенные в кюветах 2 выступают от дна стаканов микрокювет 2 на 2-20 мм. и выполнены диаметром от 1 до 10 мм, а изолирующие оболочки выступают на 1-5 мм выше проводящих торцов стержней.The metal rods placed in the
Планшетный анализатор работает следующим образом.Tablet analyzer works as follows.
Анализируемые жидкие пробы небольшого объема и градуировочные растворы такого же объема помещают в микрокюветы 2. Микрокюветы 2 находятся на поверхности планшета 1 анализатора. Планшет 1 располагается в горизонтальной плоскости параллельно поверхности Земли. Затем к металлическим стержням микрокювет 2 подключают один конец обкладки высоковольтного конденсатора 7. Другой конец конденсатора 7 подсоединяют через балластное сопротивление к электроду в виде стержня, выполненному из тугоплавкого материала и имеющему форму с заостренным наконечником. Предварительно электрод закрепляют в держателе каретки 5, позволяющим проводить 3D перемещения электрода относительно поверхности планшета 1. Рядом с концом электрода опущенного вниз устанавливают оптическую систему 8, которая позволяет собирать излучения в пространстве около конца электрода (фиг. 1). Эта оптическая система 8 при движении электрода перемещается вместе с электродом.Analyzed liquid samples of small volume and calibration solutions of the same volume are placed in
С помощью программного обеспечения, первоначально перемещают электрод с оптической системой 8 в точку (координату), расположенную в углу планшета 1 на высоте нескольких сантиметров от поверхности дна микрокювет 2, в которых залиты анализируемые растворы. Это делается для того, чтобы в начальный момент измерений в пространстве зафиксировать начальное положение конца электрода закрепленного в держателе каретки 5. Затем подают высокое постоянное напряжение (например до 2 кВ) на конденсатор 7. Фиксируют полную зарядку конденсатора 7. Далее с помощью программы, управляющей анализатором, подводят нижний конец электрода к вертикали, идущей от мениска жидкости налитый в микрокювету. Затем с помощью программы вертикально опускают конец электрода так, чтобы уменьшалось расстояния между мениском жидкости и концом электрода.Using software, the electrode with the
В определенный момент расстояние становится таким, что происходит разряд между жидкостью и концом двигающегося к ней электрода (разряд между электродами с меняющимся разрядным промежутком в процессе разряда). Этот импульсный разряд является источником атомизации и возбуждения металлов, находящихся в растворе анализируемой жидкости. Эмиссионный спектр в процессе разряда с помощью измерительного фотоприемника 4 с узлом передачи светового сигнала направляют в спектральный прибор, где по длинам волн фиксируется наличие элемента в пробе, а по интенсивности с использованием калибровочной зависимости определяется концентрация.At a certain moment, the distance becomes such that a discharge occurs between the liquid and the end of the electrode moving towards it (discharge between the electrodes with a varying discharge gap during the discharge). This pulse discharge is a source of atomization and excitation of metals in the solution of the analyzed liquid. The emission spectrum during the discharge using a measuring
После полной разрядки конденсатора 7 держатель каретки 5 с электродом и оптической системой поднимается вверх и находится в верхним положении, относительно микрокювет 2 до полной зарядке конденсаторной батареи. Затем процесс измерения повторяется для следующего специального гнезда с анализируемой жидкостью и так далее до тех пор, пока не будет выполнен анализ жидкости во всех микрокювете 2 планшета 1. Растворы со стандартным значением концентрации используются для построения калибровочного графика, с помощью которого определяют концентрацию элементов в анализируемых растворах.After the
Пример 1Example 1
Стержни микрокювет 2 соединяют с заземленным отрицательным полюсом источника высокого напряжения (напряжение - 2.5 кВ, емкость - 6 мкФ, балластное сопротивление - 6 кОм). Излучатель 3, изготовленный из вольфрамового стержня с диаметром 2 мм, закрепляют на держателе каретки 5 и соединяют гибким изолированным кабелем с положительным полюсом указанного выше источника высокого напряжения. На том же держателе на расстоянии 15 мм закрепляют волоконно-оптический жгут с оптической системой спектрометра Maya 2000 Pro, ориентированный на точку, находящуюся на 1 мм ниже обреза стержня излучателя 3 на его оси. Спектрометр работает в режиме внешней синхронизации, то есть запись спектра начинается после броска тока.The rods of the
В течение программно заданного времени (40 мс) Maya 2000 Pro собирает свет и регистрирует эмиссионный спектр разряда в диапазоне 200-1100 нм с оптической шириной щели около 0.5 нм.During a programmed time (40 ms), the
Используют свежеприготовленную дистиллированную воду. Кальций, магний, литий, натрий, калий, рубидий (все растворы 1 мг/мл в 0.1 М HCl, ГСО, «Экоаналитика», Россия); соляная кислоты, ос. ч. (Химмед, Россия). Растворы готовят непосредственно перед проведением эксперимента. Аликвотные части (40 мкл) отбирают при помощи набора микропипеток ThermoScience (20-200 мкл) и помещают в микрокюветы, закрепленные в планшете. Микрокюветы представляют собой стержни из нержавеющей стали диаметром 4 мм, на которые плотно насажена фторопластовая трубка, образующая «бортики» высотой 5 мм. Используют планшет из 36 гнезд, размещенных в узлах квадратной решетки с шагом 40 мм.Freshly prepared distilled water is used. Calcium, magnesium, lithium, sodium, potassium, rubidium (all
Аналитическим сигналом служила интегральная интенсивность свечения при соответствующей длине волны за первые 40 мс разряда с отступом 1 мс от момента пробоя.The analytical signal was the integrated glow intensity at the corresponding wavelength for the first 40 ms of the discharge with an indent of 1 ms from the moment of breakdown.
Для работы прибора используют специальные программы. Первая управляет перемещением каретки, обеспечивая позиционирование стержня излучателя и волоконно-оптического жгута согласно предварительно заданному маршруту обхода микрокювет с пробами. Вторая программа управляет работой спектрометра Maya 2000 Pro в режиме внешней синхронизации, запуская измерения спектра после того, как сближение стержня излучателя с очередной микрокюветой с пробой вызывало пробой и зажигание разряда. Одновременно с регистрацией эмиссионного спектра регистрируется ток разряда и вычисляется количества электричества за время регистрации спектра.For the operation of the device using special programs. The first controls the movement of the carriage, ensuring the positioning of the emitter rod and the fiber optic bundle according to a predefined route to bypass microcuvettes with samples. The second program controls the operation of the
На фиг. 2 показан спектр шестикомпонентной системы, на котором видны наиболее интенсивные линии элементов.In FIG. 2 shows a spectrum of a six-component system, on which the most intense lines of elements are visible.
В микрокюветах первых двух рядов помещают растворы, содержащие различные концентрации указанных металлов в диапазоне 0.1-40 мг/л. По результатам измерений получили градуировочные графики для определения 6 элементов, линейные в интегральная интенсивность (ось Y) концентрация в жидкой пробе определяемого элемента (ось X) (Фиг. 3).In microcuvettes of the first two rows are placed solutions containing various concentrations of these metals in the range of 0.1-40 mg / L. According to the measurement results, calibration graphs were obtained to determine 6 elements linear in the integrated intensity (Y axis) concentration in the liquid sample of the element being determined (X axis) (Fig. 3).
Пример 2Example 2
Способ осуществляют аналогично примеру 1.The method is carried out analogously to example 1.
В качестве аналитического сигнала служит интегральная интенсивность, разделенная на прошедшее через разряд количество электричества, зарегистрированное за время регистрации интенсивности свечения.The integrated signal is used as an analytical signal, divided by the amount of electricity transmitted through the discharge, recorded during the time the luminous intensity was recorded.
Для этого регистрируется ток разряда и вычисляется количества электричества за время регистрации спектра.To do this, the discharge current is recorded and the amount of electricity calculated during the registration of the spectrum is calculated.
В результате получили градуировочный график с учетом количества электричества (Q) затраченного на разряд при регистрации эмиссионного спектра. Ось Y интегральная интенсивность деленная на Q, ось X концентрация в жидкой пробе определяемого элемента (Фиг. 4).As a result, we obtained a calibration graph taking into account the amount of electricity (Q) spent on discharge during the registration of the emission spectrum. The Y axis is the integrated intensity divided by Q, the X axis is the concentration in the liquid sample of the element being determined (Fig. 4).
Таким образом, была проверена работоспособность предлагаемого подхода к анализу жидких проб объемом 40 мкл.Thus, the proposed approach to the analysis of liquid samples with a volume of 40 μl was tested.
Предлагаемые способ и устройство позволяют проводить автоматизируемый анализ жидких микропроб без участия человека. Это исключает влияние субъективного фактора на конечные результаты анализа.The proposed method and device allows for automated analysis of liquid microsamples without human intervention. This eliminates the influence of the subjective factor on the final results of the analysis.
Устройство может быть использовано в полевых условиях, поскольку применение импульсного разряда существенно снижает требование к используемой мощности источника питания для работы прибора.The device can be used in the field, since the use of a pulse discharge significantly reduces the requirement for the used power of the power source for the operation of the device.
Изменение геометрии разрядного промежутка в процессе разряда (задание алгоритма изменения разрядного промежутка) позволит существенно влиять на условия (процессы) атомизации и возбуждения анализируемой пробы и тем самым появится возможность оптимального определения элементов в жидкой пробе.Changing the geometry of the discharge gap during the discharge (setting the algorithm for changing the discharge gap) will significantly affect the conditions (processes) of atomization and excitation of the analyzed sample, and thereby it will be possible to optimally determine the elements in the liquid sample.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122118A RU2701452C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122118A RU2701452C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701452C1 true RU2701452C1 (en) | 2019-09-26 |
Family
ID=68063283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122118A RU2701452C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701452C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4534651A (en) * | 1983-03-29 | 1985-08-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photometric biochemical analyzer |
| RU2189028C2 (en) * | 2000-07-31 | 2002-09-10 | Сафьянников Николай Михайлович | Immunofermental analyzer testing board |
| RU2252412C2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-05-20 | Самойлов Валентин Николаевич | Method for emission spectral analysis if substance composition and device for realization of said method |
| RU2362129C1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Метромед" | Tablet for testing of immunoenzymatic analysers |
| RU2442973C2 (en) * | 2009-10-02 | 2012-02-20 | Закрытое акционерное общество "ИММУНОСКРИН" (ЗАО "ИММУНОСКРИН") | Immunoturbidimetric flatbed analyzer |
| US8705030B2 (en) * | 2010-04-14 | 2014-04-22 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Optical sample detection system and sample analysis device |
-
2018
- 2018-06-18 RU RU2018122118A patent/RU2701452C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4534651A (en) * | 1983-03-29 | 1985-08-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photometric biochemical analyzer |
| RU2189028C2 (en) * | 2000-07-31 | 2002-09-10 | Сафьянников Николай Михайлович | Immunofermental analyzer testing board |
| RU2252412C2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-05-20 | Самойлов Валентин Николаевич | Method for emission spectral analysis if substance composition and device for realization of said method |
| RU2362129C1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Метромед" | Tablet for testing of immunoenzymatic analysers |
| RU2442973C2 (en) * | 2009-10-02 | 2012-02-20 | Закрытое акционерное общество "ИММУНОСКРИН" (ЗАО "ИММУНОСКРИН") | Immunoturbidimetric flatbed analyzer |
| US8705030B2 (en) * | 2010-04-14 | 2014-04-22 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Optical sample detection system and sample analysis device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2189028 C2, 09.2002. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3513172B1 (en) | System and method for time-resolved fluoroimmunoassay detection | |
| US7251022B2 (en) | Dual fiber microprobe for mapping elemental distributions in biological cells | |
| RU2622987C2 (en) | Evolution method and system for control of phosphoric acid esters presence in jet fuel | |
| JPS6234039A (en) | Fluorescence detector used in immunoassay | |
| JP6368067B2 (en) | Mass spectrometer and mass spectrometry method | |
| Gu et al. | Rugged, portable tungsten coil atomic emission spectrometer | |
| CN203824940U (en) | Handheld type X-ray fluorescence analyzer | |
| JP7401993B2 (en) | Method for correcting signal light intensity measured by a detector of a detection unit in laboratory equipment | |
| RU2701452C1 (en) | Method of determining content of metals in liquid samples and device for implementation thereof | |
| CN107389644A (en) | A kind of rapid fluorescence proportioning device | |
| Frentiu et al. | Determination of total mercury in fish tissue using a low-cost cold vapor capacitively coupled plasma microtorch optical emission microspectrometer: comparison with direct mercury determination by thermal decomposition atomic absorption spectrometry | |
| Evans et al. | Atomic spectrometry update: review of advances in atomic spectrometry and related techniques | |
| CN203275323U (en) | X-ray fluorescence analyser | |
| CN107421935A (en) | A kind of fluorescence micro RNA detection means and detection method | |
| CN205317700U (en) | Novel archaeology division of history into periods X fluorescence analyser | |
| Zhirkov et al. | A microplasma analyzer for the determination of alkali and alkaline-earth metals in small volumes of samples of complex phase composition | |
| RU2483294C2 (en) | Method for laser-spark emission determination of toxic elements in food raw material and products | |
| CN203732474U (en) | X-ray fluorescence tester for copper alloys | |
| US3545863A (en) | Method for detection of mercury in a helium glow discharge | |
| CN209690172U (en) | A kind of atomic fluorescence spectrophotometer | |
| JPH1038878A (en) | Quantitative testing method of peripheral oil kind in light oil | |
| CN106370678A (en) | X-ray equivalence absorption method for measuring concentration of element doped in material | |
| JPH1183828A (en) | Catecholamine analyzer | |
| CN103087907B (en) | Relative calibration system for verification and correction of biological PCR (polymerase chain reaction) real-time fluorescent detection system | |
| JP2009187850A (en) | Mass spectroscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200619 |