Разработка таблетных экспресс-методов определения нитратов и нитритов в сельскохозяйственной продукции тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

о*

На привал рукописи

МАРКИНА ВАЛЕНТИНА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА ТАБЛЕТНЫХ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИТРАТОВ И НИТРИТОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

02.00.02 - Аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1998 г.

Работа выполнена на кафедре неорганической и аналитической химии Московской государственной сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Князев Д.А. доктор химических наук, профессор Иванов В.М.

Научный консультант:

кандидат сельскохозяйственных наук Самохвалов С.Г.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор Дедков Ю.М. доктор химических наук, профессор Роева H.H.

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН

Защита диссертации состоится ¡5 декабря 1998 года в 12 час.

на заседании диссертационного совета К 063.45.02 по химическим наукам

при Московском государственном заочном институте пищевой

промышленности по адресу: 109803, Москва, ул. Земляной Вал, 73, МГЗИПП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГЗИПП. Автореферат разослан /( Ю. , $ Г.

Отзывы и замечания просьба направлять по адресу: 109803, Москва, ул. Земляной Вал, 73, МГЗИПП, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

Касьяненко Г.Р.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последние десятилетия за рубежом и в России псе больше внимания уделяют химико-аналитическому контролю продуктом сельскохозяйственного производства. Новые экономические условия требуют соблюдения правильного применения минеральных удобрений и ядохимикатов, постоянного контроля за состоянием почв, водоемов, качеством продуктов сельскохозяйственного производства. Большая роль в аналитической химии принадлежит гсст-методам (экспресс-методам). Эти методы позволяют получать полуколичестпеппые результаты быстро, дешево, надежно и без использования аналитических приборов. Появляется возможность сильно уменьшить число дорогостоящих инструментальных анализов и значительно рационализировать мониторинг и текущий контроль во многих областях, в том числе при определении качества сельскохозяйственной продукции. Высококачественные средства экспресс-тестирования должны быть достаточно стабильными, длительно хранящимися и лахо гранспортируемыми, что особенно важно в экспедиционных условиях. В пашей стране тест-методы еще не получили должною распространения. хотя новые экономические условия с определенностью указывают на их перспективность в анализе не только сельскохозяйственных объектов и пиши.

Цель работы - разработка экспресс-тестов на нитрат- и нитрит-ионы на уровне существующих в Российской Федерации значении ПДК. В задачи исследования входили:

- разработка места для подготовки, хранения тест-таблетки и одновременного проведения аналитической реакции;

- уменьшение объема исследуемого раствора для анализа до 0,1 мл;

- разработка и изучение характеристик колористической шкалы в диапазоне концентраций 30,7 - 2000 мг/л раствора шгграт-ионов;

- разработка составов для гест-таблетки и изучение их аналитических свойств, с соответствующими им оптимальными условиями (рН. температура, время протекания реакция);

- разработка методики фотометрического определения нитрат- и нитрит-ионов в соках овощей и фруктов.

Научная новизна. Предложен способ капельного полуколичествеииого визуального определения нитрат- и нитрит-ионов в блистерной ячейке, используемой также для хранения тест-таблеток. Разработаны экологически безопасные композиции для изготовления россыпей и таблеток, предназначенные для экспресс-тестирования нитрат- и нитрит-ионов. Разработана плавная

колористическая шкала для сравнительного визуального тестирования нитрит-иоиов в интервале концентраций 30,7 - 2000 мг/л по нитрат-ионам. Таблетка или эквивалентное ей количество россыпи позволяет определять нитрат-ионы и 0.1 мл испытуемою раствора в блистерной ячейке со стандартной погрешностью 10 - 12 % за 7 - 10 мин.

Практическая значимость работы. Предложены тест-метод и тест-таблетка в блистерной упаковке для определения нитратов и нитритов в соках овощей п фруктов в лабораторных и в полевых условиях. Методики апробированы на огуречном, томатном и яблочном соках с привлечением большого числа "наивных" наблюдателен, не обладающих специальными навыками. Разработана методика фотометрического определения нитрит-ионов в огуречном и томатном соках без отделения матрицы. Положения, выносимые на защиту.

1. Таблетный способ капельного визуального нолуколичественного анализа, выполняемого в блистерной ячейке, содержащей таблетку, которая используется как форма хранения всех необходимых компонентов цветной аналитической реакции и начинает работать при добавлении капельных количеств испытуемого раствора.

2. Таблетки и россыпи, пригодные для визуального количественного экспрессного определения нитратов и нитритов в растворах с диапазоном концентраций 30 - 2000 мг/л.

3. Таблетки и россыии для количественного фотометрического определения нитратов и нитритов.

4. Цветная (колористическая) шкала сравнения для определения нитратов в диапазоне концентраций 30 - 2000 мг/л.

5. Составы таблеток и россыпей для определения нитратов и нитритов.

6. Результаты экспериментов, послуживших основанием для выбора составов таблеток и россыпей , и определение условий экспресс-блистерного анализа.

Апробация работы. Основные результаты доложены на Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 1 тезисы докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (!23 источника) и приложения.

Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков и 34 таблицы.

Основное содержание работы

Методы определения нитратов п нитритов

В главе 1 (обзор литературы) рассмотрены возможности фотометрического метода в видимой части спектра для определения нитратен и нитритов и состояние визуального полуколичественного экспресс-тестирования. Включен справочный материал но нефотометрическим инструментальным методам определения нитрита и пшрата и границам количественного содержания этих ионов в сельскохозяйственных объектах.

Поиск реакции, способа и условий визуального .тестирования нитрата и

нитрита

Исходной идеей работы являлось совмещение тест-таблетки с проведением тест-определения непосредственно в ячейке блистера. Таблетка в блистерной ячейке должна включать все необходимые экологически безопасные чистые твердые кристаллические компоненты и долгое время полностью сохранять аналитические свойства. Для экспресс-теста характерна достаточная чувствительность. На глаз необходимо раиичать концентрации с интервалом всего около 20% и охватывать диапазон имеющихся в нашей стране ГЩК на овощную продукцию. В гест-методе реакция должна протекать '.а 2 - 10 мин, быть доступной любому необученному человеку и дешевой.

Ними а основу взята фотометрическая реакция Грисса-Илосвая в новом варианте, который предложил В.VI.Иванов (МГУ). Эта реакция состоит из трех стадий:

1. Восстановление нитрат-ионов в кислой водной среде до нитрит-ионов сильными восстановителями. Поскольку используемый для этих целей кадмий канцерогенен и ядовит, нами выбран цинк. При этом учитывали, что продукты восстановления могут быть иными, их может быть больше, а на стадии восстановления не исключены потери нитрит-ионов.

2. Дназотирование. В качестве диазосоетапляющеп вместо сульфаниловой кислоты выбран л-иитроанилин, диазотируюшинея при комнатной температуре.

3. Азосочетание л-нитроанилиидиазония с азоеосташшощей, в качестве которой вместо канцерогенного 1-нафтиламина выбрана хромогроповая кислота.

Эти замены компонентов реакции позволили сохранить основные положительные качества реакции Грисса-Илосвая (чувствительность, избирательность, устойчивость продуктов реакции) и улучшить условия определения нитрит-ионов. Дназотирование и азосочетание можно проводить при комнатной температуре и при одинаковой кислотности, оптические

характеристики конечного продукта - хромотропа 2В - практически не зависят от рН в широком интервале и постоянны ори длительном хранении, что важно для создания колористической шкалы. Реагент не взаимодействует с оксикислотами, ферментами, белками и микроэлементами, которые могут присутствовать в соках овощей и фруктов.

В целом изучение реакции Грисса-Илосвая и нового варианта Иванова показало, что идея проведения полуколичественного анализа с помощью таблепки в блистерной ячейке работоспособна. Этан предварительных исследований позволил установить эффективность цинковой пыли как восстановителя в этих условиях. По свойствам предлагаемая реакция не уступает реакции Грисса-Илосвая, и при этом желтый цвет я-ннгроанилнна создает выгодный цветовой фон. Поскольку и-нитроанилин берут в избытке, желтая окраска не исчезает. Интенсивное их'шпоио-фиолетовое окрашивание образующегося азосоединення накладывается на желтое и дает хорошо дифференцируемы!! глазом комплекс цветовых переходов от желтого к тонам спелой вишни.

Исследование аналитической реакции

Перед разработкой состава таблеток необходимо бьшо убедиться в протекании реакции в специфических условиях, когда компоненты реакции контактируют с естественно присутствующими в биорастворах биокомпонентами. Исследования сводились к количественной оценке потери азота, выбору оптимальных значении рН. при которых эти потери минимальны, к исследованию варианта реакции с использованием цинка как восстановителя. Все три стадии реакции мы проводили при одном и том же сочетании реагентов. В таблетку добавляли только две капли испытуемой жидкости (сока). В ходе испытаний требовалось:

1. Подтвердить применимость цинка как восстановителя, то есть нужно бьшо доказать, что потери дзота при восстановлении приемлемы и постоянны.

2. Подобрать кислоту для обеспечения оптимальной кислотности.

3. Для изготовления таблетки необходимо иметь инертное вещество-наполнитель с количествами реагентов, достаточными для проведения аналитической реакции.

При минимальной массе таблетки 50 мг таблетки должны обладать следующими свойствами: быть негшроскопичными; в течение 6 мее сохранять аналитические свойства; обеспечивать получение колористической ткач м для визуального тестирования; быть чувствительными и позволять различать концентрации, отличающиеся яруг от друга на 30 - 40%. Кроме того, тестирование должно занимать не более 15 мин, а сами таблетки желательно

получать с доступными средствами прессования. В табл.! показаны результаты количественных измерений потерь азота при различных значениях рН.

Таблица 1. Потери азота (/?,%) при разной кислотности, температуре и времени

стояния исходного раствора N0?' ( 3-10~5 М N0?')

Время стояния, мин Температура, °С К, % при рН

1 2 3

10 18+1 3,3 1.7 6.7

20 23,3 23.3 23.3

30 56,7 25.0 43,3

2 98±2 13,3 8,3 16,7

4 26,7 20.0 28,3

6 56,7 45,0 40.6

8 66,7 63.7 62.3

10 83.0 71,6 83,0

При температуре 18°С потери могут достигать 40 - 56%, и они минимальны при рН 2. Повышение температуры сопряжено с очень сильным увеличением потерь азота: при 100°С они могут достигать 83%. Таким образом, реакция должна проходить при рН 2, комнатной или пониженной температурах. Оценено время для завершения реакции в выбранных нами условиях (табл.

2).

Таблица 2. Воспроизводимость результатов при фотометрическом определения

нитрит-ионов

Время, мин рН Оптическая плотность при с(МО?~), М

0 3.0-10-5 6.0-10-5

5 1 0.005 0.300 0,890

15 0.005 0,430 0.963

25 0.005 0.502 0.985

5 2 0,010 0,621 1.030

15 0.010 0.862 1.629

25 0,010 0.920 1.765

5 3 0,007 0,593 0.994

15 0.007 0,605 1.223

25 0,007 0,640 1,360

Для количественного протекания реакции нрн рН 2 необходимо 25 мин (табл. 2). Это время и требовалось сократить при тестировании. Поскольку реакцию проводили в блистерной ячейке н в очень малом объеме, где концентрация гораздо больше, чем указано в табл. 2, то в тест-варианте она заканчивается быстрее.

Третья часть предварительных экспериментов заключалась в апробации методики на соках. Выбраны соки огурцов и томатов как наиболее показательные. Сок томатои. считающийся окрашенным, в действительности имеет слабую окраску, которая не метает определению. Результаты приведены в табл. 3, погрешность не превышает 2 - 5 и 10% для соков овощей нз теплицы и грунта соответственно.

Таблица 3. Результаты фотометрического определения нитрит-ионов в томатном соке методом добавок (добавка содержит 250 мкг/л N0?-; п = 5; Р = 0,95)_

Объект Свойство Добавка нитрит-ионов, мл Среднее

0,1 0,2 0,5 1.0 1,5

Раствор для ГТ А] 0,014 0.030 0,070 0,140 0,210

Сок томата из теплицы а2 0.081 0.095 0,137 0,206 0.276

А-2"а1 0.067 0,065 0,067 0,066 0.066 0,066± 0.002

найдено N02" (мкг/кг) 115,0± 5.0

Сок томата на грунте А-7 0.028 0,042 0.084 0,153 0.223

а2-а| 0,014 0,012 0,014 0,013 0,013 0,013± 0.002

найдено N02" (мкг/кг) 22,5± 2,0

Примечание: ГТ - градуировочнын (рафик; А2 - оптическая плотность с добавкой нитрит-ионов.

Методом добавок в графическом варианте в этих же соках найдено 125.0 и 25,0 мкг/кг нитрит-ионов соответственно. В соке огурцов аналогичными методами найдено 150.0 и 60.0 мкг/кг нитрит-ионов в огурцах из теплицы и на грунте соответственно. Видна хорошая сходимость результатов, полученных расчетным и графическим вариантами. Для получения правильных и воспроизводимых результатов важно получать аналитическую форму при оптимальной кислотности (рН 2).

Таблетки и россыпи на основе гомогенизированных смесей кристаллических реагентов

Совмещение специфических и неспецифическнх требований к компонентному составу таблеток и россыпей привело нас к постановке следующих задач:.

1. Решения общих методических задач подбора составов россыпей и таблеток, исходя из их назначения.

2. Формулировке требований к физико-химическим свойствам россыпей и стандартизации условий их приготовления и таблетирования.

3. Подбору наполнителей и носителей реагентов.

4. Эмпирическому подбору составов россыпей: на основе гомогенизированных смесей кристаллических веществ (А); для бинарных таблеток (Б); с применением носителей (В).

На нервом этапе мы пытались найти механические смеси реагентов и наполнителей, обладающие всеми требуемыми свойствами по аналитической функции и сохранности в условиях, близких к хранению в блистерной ячейке. Этот этан можно в целом охарактеризовать как этап выявления факторов, специфичных для гомогенизированных россыпей и таблеток. Выясняли, как долго могут храниться эти механические смеси.

В табл. 4 показаны предварительные эксперименты, которые привели к выводу, что сочетать все компоненты в одной гомогенизированной смеси сложно. Эти необходимые компоненты следующие: л-нптроапилин. дипатрпевая соль хромотроповой кислоты, винная кислота и порошкообразный цинк. В первой вертикальной ¡рафе табл. 4 показаны количества, которые после предварительных экспериментов рассматривались как приемлемые для конечного тестирования и для проведения исследований.

Для выявления пар веществ, ответственных за самые сильные изменения (появление гигроскопичности, отсыревание, появление коричнево-бурой окраски), концентрации всех компонентов были увеличены в 3 раза. На основании закона действующих масс это означало увеличение скорости любого парного взаимодействия примерно в 9 раз, то есть на порядок, и позволяло сильно сократить экспозиции, после которых можно наблюдать изменения. Из табл. 4 ясно, что нам не удалось на основе гомогенизированных смесей найти условия, в которых сухие вещества не взаимодействуют друг с другом. Единственный результат, который оценен как положительный, состоял в том,что был найден состав (его назвали "белой" таблеткой), в котором два реагента изолированы друг от друга. Другой состав назвали "желтой" таблеткой, в нем объединены два других соединения (табл.4 - А, Г)- Объединение двух таблеток

на основе гомогенизированных смесей позволило получить полный комплект всех необходимых реагентов, что привело к варианту бинарных таблеток. В табл.5 приведены состав и некоторые свойства "желтых" и "белых" таблеток.

Таблица 4. Основные варианты составов таблеток из гомогенизированньк смесей

Компонент или Исходная А Б, В Г

свойство таблетка

Процентный состав

Реагенты л-Нитроанилин 0.37 0 1,05 1,10

Хромотроповая 0,97 2,90 2,90 0

кислота

Винная кислота 1,73 0 0 1,05

Наполни- Сахарная пудра 64.30 90.93 93,78 0

тели Мя504-7Н?0 32.26 0 0 97,75

Выводы Цвет до экспозиции желтый белый желтый желтый

Экспозиция, а) 17 18 18 14

сутки б) 315

Цвет после таблетка белый коричне- желтый

экспозиции не работает во-бурый

Гигроскопич- нет отсыре- нет нет

ность вание

Примечания потеря окраски прототип "белой" таблетки прототип "желтой" таблетки

Важнейшими из двух видов были "желтые" таблетки. "Белые" оказались стабильными с самого начала (табл. 5. 19А - 21 А). Предлагая "желтые" таблетки, содержащие п-нитроанилин, хромотроповуго и винную кислоты, варьировали кислоту, обеспечивающую оптимальную кислотность, наполнитель (сахароза, мочевина) и следили за такими показателями, как гигроскопичность, время растворения и сохранность окраски. В табл.5 приведена серия экспериментов с разным содержанием винной (щавелевой) кислот и сахарозы как наполнителя. Однако основным параметром было содержание мочевины, которая резко увеличивала скорость растворения таблетки. В то же время мочевина не обеспечивала сохранности таблетки.

Таблица S. Основные варианты составов "желтых." и "белых" таблеток

Компоненты пли свойства "Желтые" "Белые"

NN 2-12 NN 9-11 NN 13-18 NN 19-21 NN 19А-21А

Состав, %

Реагенты п-Нифоаннлип 0,52 - 20,11 0,50 - 0,52 0,53 - 1,98 3,25 - 4,76 0

Хромоцюновая кислот 0,89 - 1,77 1,40 - 1,48 1,37 - 1,72 0 1,87 - 2,22

Винная кислота 14,71 - 47,60 0 0 0 37,85-47,74

Щавелевая кислота 0 33,69-35,29 20,26-35,16 0,81 - 0,86 0

Цинк 0 0 0 0 0,73 - 0,95

Наполнители Сахар 45,65 - 55,33 41,96-43,95 43,03-54,15 86,89-92,06 48,34-59,92

Мочевина 18,86 - 23,7! 17,98-18,83 18,44-23,20 3,68 - 7,53 3,44 - 3,50

Выводы Экспозиция, су тки 20 20 20 30 140-180

Гшроеконнчность да ист пет пет нет

Время р-репии, мин 5 - 10 6 5 5 5

pli 1,5-2 1,5 - 2 1,5 - 2 2 5 - 8

Окраска с двумя каплями раствора (500 mi/Л) бледпо-краспая бледно-красная ярко-красная красная -

Примечания белые крупинки белые крупинки осадок

При сочетании мочевины с другими кислотами образовывались комплексы присоединения с разными кислотами - винной, щавелевой и даже с гидрооксалатом калия. Наблюдали появление белесых осадков, которые покрывали поверхность жидкости в блистерной ячейке и затрудняли наблюдение. В результате этих экспериментов появилась довольно перспективная группа 19 - 21 (табл. 5) с сахарозой как наполнителем. Введение силихагеля существенно влияет на качество теста. Поэтому целесообразно было изолировать реагенты не их разделением в виде двух разных таблеток, а изоляцией нанесением на силикагель как сорбент.

В случае длительного растворения таблеток необходимо было применить стимулирование в виде обильного выделения газа в результате нейтрализации МаНСОз (кнсо3) избыточным количеством кислоты; выбран кнсо3.

Разработанная колористическая шкала имела 14 градаций, изменяла цвет от зеленовато-желтого до вишнево-красного. В шкале использован желтый цвет я-нитроанилина в качестве фона. Применение избытка л-нитроанилина способствует плавному изменению оттенков шкалы, меняется не цвет, а его интенсивность. Глаз лучше различает концентрации, когда одновременно меняется и интенсивность цвета, и его оттенок. Поэтому мы разработали шкалу, на левой границе которой расположены достаточно чистые желтые тона, а па правой границе - густые красные тона.

На третьем этапе подбора состава таблеток на основе реагентов на носителях оптимизировали наполнитель и содержание компонентов для обеспечения лучших колористических качеств таблетки. В табл. 6 показаны наполнители, исследованные подробно (уротропин, К^БО^МЙС).}). Исследован и подобран состав действующих веществ аналитической реакции[(я-нитроанилин. динатриевая соль хромогроповои кислоты, вшшая кислота, гидрокарбонат калия, цинк (табл. 6, NN 22 - 26)]. Все эти эксперименты проводили при рН 1.5 - 2. обеспечиваемом винной кислотой. Оптимальной оказалась О-винная (виноградная) кислота. В экспериментах 22 - 26 обнаружены дефекты в цветовых оттенках. Лучшей оказалась серия 27 - 29.

Этот состав был использован в дальнейшем. Предложена таблетка, которая могла работать при прибавлении 0,1 мл раствора в блистерной ячейке и при этом обнаруживала легко различимые окраски. Таблетка этого состава исследована подробнее применительно к условиям ее применения в блистерной ячейке.

Таблица 6. Состав таблеток на основе различных реагентов и носителей

Компонент или свойство NN смеси

22 24 1 25 26 27-29

Состав, %

Реагенты /1-Нитроанилин 1,49 1,02 1,53 1.50 1,50

Хромотроповая кислота 1,00 0,68 0,31 1.19 1,02

Винная кислота 25,56 17,55 34.60 27.40 25.70

Цинк 0,37 0,25 О.П 0.23 0,37

Наполнители КНСОя 2,65 1,82 4.57 1,19 2,66

Сахар 68,91 78,64 K7SO4-2.Yf.eSO4 58,85 Уротропин 67.98 Кальцекс 68,74

Выводы Экспозиция, сут 30 30 30 30 60

Гигроскопичность нет нет нет нет нет

Время р-рения, мин 7 5 5 5 5

рН 1.5 1,5 - 2 2 1.5-2 ¡.5-2

Окраска с двумя каплями р-ра (500 мг/л) бледно-красная бледно-красная красная красная красная

Примечания слабый цвет пленка пленка белый налет нет

Аналитические свойства таблеток и россыпей

Визуально-колориметрическую реакцию необходимо проводить в условиях, когда добавляют 2 капли испытуемого раствора. При этом реакцию проводят в блистере необходимое время, затем "замораживают" и изучают фотометрически и колориметрически результаты этой реакции после разбавления, требуемого при использовании колориметра. Получены результаты с экспозицией в блистере 3 - 5 - 10 - 15 - 20 - 30 мин. Они существенно зависят от времени: "ход" монотонен и приблизительно одинаков для всех концентраций. Всего исследовано 14 концентраций нитрат-ионов: 3.9; 7.8; 15.6; 31.25; 62,5; 125; 250; 500; 1000; 1200; 1600; 2000; 4000; 8000 мг/л.

Таблетки не подчиняются закону Бера. наблюдается прямолинейная зависимость А от lg с. При этом важно отметить одну особенность: интервал оптических плотностей в нашем случае оказывается очень малым несмотря на изменение концентраций и 30 раз. При выполнении закона Бера не было бы такой плавной шкалы изменения цвета. Цвет изменился бы быстро и интервал был бы гораздо уже. Объяснение такой аномальной корреляции мы видим в том, что в нашем случае может теряться большое количество азота; при этом могут идти, видимо, две параллельных реакции: превращение малой части восстаноштенного нитрата в окрашенное азосоединение (реакция 1-го порядка); выделение азота из сферы реакции (реакция 2-го порядка, гораздо быстрее идущая). Возможность протекания реакции 2-го порядка согласуется с тем, что среди продуктов восстановления нитрат-ионов цинком в кнелой среде есть димерные соединения (например, молекулы N'2)-

С использованием 200 "наивных" наблюдателей (студенты МСХА им. К.А.Тимирязева, проходящие курсы "Сертификация сельскохозяйственной продукции" и "Химия окружающей среды" на кафедре неорганической и аналитической химии) исследовано 3 объекта: искусственные водные растворы нитрат-ионов, огуречный и томатный соки. Колористическая шкала была разделена на интервалы, отвечающие возрастанию концентрации в 1.19 раз (корень четвертой степени из 2 равен 1,19). Фиксировали попадание "наивным" наблюдателем в каждый определенный интервал или в соседние с ним, отвечающие отклонению на 1, 2, 3, 4, 5. 6 интервалов слева и справа. Результаты исследования показали, что "наивные" наблюдатели чаще всего определяли концентрацию правильно. В области малых концентраций "наивный" наблюдатель ошибался в сторону более высоких концентраций, поскольку окраски слабы и трудно различимы. В области высоких концентраций студенты делали ошибку в противоположную сторону. В средней части шкалы эти кривые распределения пофешностей симметричны и близки к гауссовой (табл.7, 8).

Таким образом, предлагаемый экспресс-тест позволяет полуколнчествешю оценивать содержание ннтрат-нонов в соках огурцов и томатов в широком диапазоне концентраций. В качестве тест-средства предложена таблетка в блистерной упаковке. Свойства таблетки не изменяются при комнатной температуре в течение 4 мес. Таблетка пригодна для тестирования также соков яблок и винофада. Диапазон концентраций 30 - 2000 мг/кг нитрат-ионов.

Таблица 7. Результаты визуального тестирования водных раствором нитрат-ионов, о(уречного и томатного соков "наивными" наблюдателями

Интервал Раствор нитрата Огуречный сок Томатный сок

концентра- сумма % сумма % сумма %

ций, шаг наблюде- наблюде- наблюде-

1,19 ний ний ний

-6 1 0,17 0 0 1 1,7

-5 2 0,33 1 0,17 ! 1.7

-4 12,54 2,1 19 3,2 16 2.7

-3 36 6.0 40.8 6.8 31 5.2

-2 57.25 9,5 68 11.3 45 7.5

-1 93,75 15,6 98 16.3 84 14

0 238 39,6 253 42,2 200 33.3

1 87,5 14,5 92 15,3 61 10

2 51,5 8,6 59 9.8 34 5,6

3 7,4 1,2 23 3.8 2.2 3.7

4 4 0,7 7 0,12 1 1.7

Таблица 8. Обработка результатов визуального определения концентраций нтрат-ионов в водных растворах, соке огурцов и томатов "шшвными" наблюдателями

Объекты тестирования Множества измерений, интервалы, мг/кг Число наблюдателей Число точек Коэффициент регрессии Стандартная погрешность

Растворы Полные 37.4 - 2000 96 939 0,976 0,106

Усеченные 698 0,961 0,102

Огуречный сок Полные 44,3 - 2000 47 650 0,974 0,113

Усеченные - 574 0,971 0,120

Томатный сок Полные 44,3 - 2000 66 465 0,977 0,112

Усеченные - i <-~> i ОС 1 1 0,970 0,106

Выводы

1. Проведен поиск реакций, иршоаных для разработки экспресс-тестов на нитрат- и нитрит-ионы. Показано, что наиболее перспективно определение нитратов и нитритов в виде азосоединений. Отмечены ограничения и недостатки существующих методик. Сформулированы требования к тест-средствам в виде таблеток для тестирования нитрата и нитрита в плодоовощной продукции.

2. Определены потери азота при фотометрическом определении нитрита с помощью последовательно проводили,а реакций диазотироваши я-нитроанидина (п-НА) и азосочетаиия с хромотроповой кислотой (ХК). Оптимальные условия проведения этих реакций: рН 2 (создают виноградной кислотой, ВК), время экспозиции 5-10 мин. Показано, что выбранная фотометрическая реакция обеспечивает достаточную для практических целей правильность определения концентраций нитрит-ионов в огуречном и томатном соках.

3. Исследовано влияние ионов переходных металлов (Си, Со, Ре) и кислотности среды на окислительно-восстановительный потенциал системы N03" - N02".

4. Исследовано взаимодействие между порошкообразным цинком, п-НА, ХК и ВК в их гомогенизированных смесях (россыпях и таблетках) при различных экспозициях. Осуществлен поиск наполнителя, обеспечивающего способность смесей длительное время сохранять аналитические свойства и высокую скорость выполнения теста (растворение таблетки).

5. Найден способ разделения реагентов между двумя таблетками . обеспечивающий длительную сохранность аналитических свойств и короткое время выполнения теста. Сорбция реагентов на силихагеле позволяет изолирован» реагенты друг от друга и таким образом объединить все реагенты в одной россыпи или таблетке.

6. Разработан состав порошкообразной россыпи и таблеток для полуколичественного визуально-колориметрического экспресс-тестирования нитрат- и нитрит-ионов. Разработка отвечает принять»! в данной области требованиям. Россыпи и таблетки экологически безопасны.

7. Применительно к водным растворам, огуречному и томатному сокам с привлечением неподготовленных наблюдателей изучена статистика погрешностей визуальных наблюдений. Показана достаточная для практических целей надежность предлагаемого экспресс-теста.

8. Разработана методика количественного определения нитритов в соках огурцов и томатов из теплицы и фунта. Методика предусматривает возможность предварительного полуколичественного определения нитритов по заранее приготовленной колориметрической шкале на основе растворов или по цветовой шкале на бумаге.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Иванов В.М.. Князев Д.А.. Маркина В.М. Потенциалы системы N03" - N02" при псрсмспиоН кислотности. // Изв. ТСХА. 1997. N 2 С. 158 - 164.

2. Маркина В.М.. Иванов В.М., Князев Д.А. Влияние кислотности на реальные потенциалы системы N03' - N02". Тез. докл. Всероссийской кокф. молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов. 25 - 26 июня 1997 г.). Саратов. 1997. С. 282 - 283.

3. Иванов В.М., Князев Д.А., Маркина В.М. К вопросу о воспроизводимости фотометрическою определения нитрит-ионов. // Изв. ТСХА. 1997. N 4. С. 195 -201.

4. Иванов В.М., Князев Д.А.. Маркина В.М.Фотометрическое определение нитрит-ионов в 01урнах и юматах. // Изв. ТСХА. 1998. N 3. С. 195 - 200.

Подписано в печать 1998 года.

Заказ № 96 . Формат 60 х 90/|6. Усл. печ. л. /.2S Тираж ?0 экз. Отпечатано на ризографе. Отпечатано в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ.