Способ определения микроколичеств тяжелых металлов

(71) Казанский государственный университет им, В. И. Ульянова-Ленина(56) Долманова И. Ф. и др. Кинетическоеопределение микроколичеств ртути с использованием фермента пероксидаэы, -ЖАХ, 1979, М 8, т, 34, с. 1644 - 1647,Аналитическая химия ртути; Серия"Аналитическая химия элементов". М., Наука, 1984, с, 228.Полянский Н, Г. Свинец: Аналитическаяхимия элементов М.: Наука, 1986, с. 375,Бабкина С. С. и др, Вольтамперометрическое изучение влияния ионов металлов нэкаталитическую активность иммобилизованной холинэстераэы" Тез докл, 11 Всес.конф. по электрохимическим методам анализа, Томск, 1989, 47. с.Авторское свидетельство СССРЬВ 1296913, кл. 6 01 1 ч 27/30, 1987.Браунштейн А. В, Ферменты. - М,: Наука, 1964, с. 207,Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам определения микроколичеств тяжелых металлов в анализируемых образцах, в том числе в природных и сточных водах, почвах и т. д т,е. в обьектах окружающей среды, а также в пищевых и сельскохозяйственных продуктах,Целью изобретения является увеличение чувствительности определения ионов Т 1(1) в области концентраций от 1 10 до 1 х х 10 моль/л, Н 9(11) от 5 10 до 1 10 ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОКОЛИЧЕСТВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Использование: аналитическая химия, а именно способы определения микроколичеств тяжелых металлов в анализируемых образцах, в том числе в природных и сточных водах, почвах и т. д., а также пищевых продуктах, Сущность изобретения: эектрохимически определяют тяжелые металлы с помощью ферментного электрода на основе иммобилиэовэнной холинэстеразы, причем используют эктивирующее действие на иммобилиэованную холинэстеразу микроколичеств ионов Т 1(1), Н 9(11), РЬ(1), Со(11), Чувствительнос 1 Т 1 ь определения составляет 2 для талия 1 О моль/л, для ртути 10-1 моль/л, для саиица 10 моль/л и для кадмия 5 10 моль/л. Время определения 30 мин. 2 табл. моль/л, РЬ(11) от 1 10 до 1 10 моль/л и Сд(11) от 1 10 до 5 10 моль/л, т.е, воэможность определять эти ионы в области концентраций от 1 10 до 1 10 моль/л.-12 Поставленная цель достигается путем электрохимического определения данных тяжелых металлов в указанном интервале концентраций с помощью ферментного электрода на основе иммобилизоеэнной холинэстеразы, причем используется не ингибирующее, а активирующее действие на иммобилизованную холинэстераэу микро 18229 /1количеств ионов Т 1(1), Нц(11). РЬ(11) и Сб(11).что выражается в увеличении высоты катодного пика при потенциале -0.55 В по срав-нению с контрольным опытом в отсутствиеионов тяжелых металлов. На вольт-амперограммах БТХИ на ферментном электроде наблюдается пик при потенциале -0,55 Вотносительно нас.к.э., причем высота вго. зависит от активности биосенсорной честиферментного электрода, которая, в свою 10очередь, зависит от присутствия в раствореингибиторов или активаторов ХЭ. При введении в исследуемый раствор ионов рядатяжел 5 ых металлов в области концентра 5 ций1 1 О -1 10" моль/л для Т/), 5 1 О -1 х 15х 10 д моль/л для НО), 1 10 - 1 10 Ямоль/лдляРО/),1 10 О 10 моль/лдляСб(11) соответственно ток в пике при потенциале -0,55 В возрастает по сравнению сконтрольным опытом в отсутствие ионов металлов, т.е. наблюдается активация иммобилизованной ХЭ (табл. 1). В этих условияхобразуется, по-видимому, тройной фермент-металл-субстрат комплекс. в которомметаллу приписывается роль "мостика",связывающего фермент с субстратом иудерживающего таким образом субстратоколо активного центра фермента, Укаэанные выше области концентраций являютсяоптимальными. В табл. 1 приводятся ре- З 0зультаты, позволяющие обосновать оптимальный интервал определяемыхконцентраций, При более высоких концентрациях ионов тяжелых металлов имеет место их ингибирующее действие на З 5иммобилизованную ХЭ (см. табл, 1), приэтом наблюдается уменьшение высоты пикапри потенциале - 0,55 В, например, позиции3. 4 в табл, 1 по сравнению с контрольнымопытом (позиция 1 в табл. 1). При концентрациях ионов указанных металлов ниже оптимальных, они не влияют накаталитическую активность ХЭ, что приводит к отсутствию изменения высоты катодного тика при потенциале -0,55 В (см, табл. 451), например, позиции 14 и 15 для СО(1), 20и 21 для Н 9(11) и т.д. В указанных оптимальных интервалах концентраций высота пиказависит от концентрации ионов тяжелых металлов в ячейке (см. табл. 1).50Способ определения осуществляетсяследующим образом,Ферментный электрод погружают в исследуемый раствор, содержащий ионы определяемых металлов, выдерживают 15. 552 мин, промывают водой и переносят вэлектролитическую ячейку с боратным буферным раствором и раствором субстратабутирилтиохолин иодида, Раствор термостатируют при 25+0,2 С, продувают током водорода или аргона и регистрируют вольтамперограмму в интервале потенциалов от -0,1 до 0,8 В. Минимальный объем анализируемого раствора 4-5 мл, Измеряют увеличение высоты катодного тика по сравнению с контрольным опытом в отсутствие ионов исследуемых металлов.Существенными отличиями способа является использование активирующего действия на ИХЭ ионов таллин, свинца, ртути и кадмия в определенном интервале концентраций, что позволяет значительно повысить чувствительность определения, Нижняя граница определяемых концентраций для таллия составляет 10 моль/л, для ртути 10 моль/л, для свинца 10 моль/л 5 ь 10 9 моль/л кадмия.Изобретение осуществляется следующим образом,П р и ч е р 1, Построение градуировочного графика для определения микроколичеств ионов ртути.Ферментный электрод помещают в стандартный раствор, содержащий ионы ртути ( 1) на 15 мин, Для этого к объему от 4,5 до 5 мл бидистиллированной воды приливают от 1 мкл (маленькие объемы отмеряли микрошприцем на 10 мкл) до 0,5 мл стандартного раствора соли металла соответствующей концентрации. Затем ферментный электрод промывают водой и помещают в электролитическую ячейку с нас. к, эсодержащую 0,5 мл стандартного раствора БТХИ с концентрацией 0,006 гмл и 4,5 мл боратного буферного раствора с рН 9,05. У, 1 аляют кислород продуванием в течение 15 мин (время достижения равновесия реакции гидролиза должно быть постоянным во всех определениях) аргоном или электролитически генерированным водородом, Снимают вольтамперограммы в интервале потенциалов от -0,1 до -0,8 В при скорости наложения потенциала 1 В/с при непрерывном режиме поляризации с треугольной разверткой потенциала. Измеряют высоту катодного пика при потенциале,55 В, Строят градуировочную прямую, выражающую зависимость высоты катодного пика от отрицательного десятичного логарифма концентрации иона металла.Определение неизвестной концентрации ртути (11).Ферментный электрод помещают в исследуемый раствор соли ртути (1) на 15 2 мин. Затем ферментный электрод промывают водой и помещают в электролитическую ячейку с нас, к, э., содержащую 0,5 мл стандартного раствора БТХИ с концентрацией0.006 г/мл и 4,5 мл боратного буферного раствора с рН 9,05 Все дальнейшие операции проводят как описано выше, По высоте пика при потенциале -0,55 В и градуировочному графику определяют концентрацию ионов ртути (11). Градуировочный график для определения микроколичеств ионов ртути (11) в области концентраций (1 10 -1 10 )-5, -12 моль/л описывается следующим уравнением: У=(0,11-0,02)х+(2.12+0,02), г=0,9988, В табл. 2 приведены результаты определения ртути (11) предлагаемым способом,П р и м е р 2, Построение градуировочного графика и определение неизвестной концентрации ионов тяжелых металлов (таллия).Ферментный электрод помещают в стандартный раствор соли таллия (1) на 15. 2 мин. Все дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1,Неизвестную концентрацию ионов таллия находят по аналогичному градуировочному графику, который описывается уреенемием: у-)О,ЗОхО,ОЗ)хх 43,04 Ю,11 г=0,9981 в области концентраций от 1 10 до 1 10 моль/л. Результаты определения ионов таллиятакже представлены в табл. 2,П р и м е р 3, Построение градуировочного графика и определение неизвестной концентрации ионов свинца и кадмия. Феоментмый электрод помещают в стандартный раствор соли свинца (11) или кадмия (11) на 15 мин, затем промывают водой и помещают в электролитическую ячейку, Состав раствора в ячейке и все дальнейшие операции аналогично примеру 1, Неизвестную концентрацию ионов свинца (1 1) находят по градуировочному графику, который описывается уравнением: у-(0,85. -0,02)х-(1,43-0,2), г=0,9994 в области концентраций (1 10 - 1 10 ) моль/л, Градуировочный график для определения содержания ионов кадмия имеет следующий вид; у=-(0,68 .-0,07)х - (2,4 0,5). ) 0,9896 в интервале(1 10 -5 109) моль/л. Результаты определения данных ионов металлов представлены в табл, 2. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Определение предлагаемым способом ионов Т 1(1), Н 9(11), РЬ(11) и Сб(11) возможно в присутствии следующих ионов. В 1(111) до концентрации 1 10 моль/л. Со(11) до концентрации 1 10 моль/л, Й 111) до концент рации 2 10 моль/л, Уп(1) и Ее(111) до концент,акации 1 10 моль/л. поскольку-зперечисленные металлы не оказывают активирующего действия на иммобилизованную холинэстеразу и не изменяют высоту катод- ного пика при потенциале - 0,55 В, В их присутствии наблюдается пик, соответствующий исходной активности ХЭ,В присутствии же ионов этих металлов в концентрациях выше указанных значений, они оказывают мешающее влияние вследствие ингибирования иммобилиэованной холинэстервэы. Предлагаемый способ определения позволяет значительно снизить нижнюю границу определяемых содержаний ионов тяжелых металлов по сравннеию с известными способами опре 1- делений до 10 моль/л для Т , 10 моль/л до Нд(11) и 10 моль/л для РЬ(11) и Сд(1 1). Формула изобретения Способ определения микроколичеств тяжелых металлов, заключающийся в иммобилизации холинэстеразы в пленку из нитрата целлюлозы, использовании пленки в качестве сенсорной части ферментного да гчика, выдерживании ферментного датчика в исследуемом растворе с последующей промывкой его водой, внесении в электрохимическую ячейку с раствором субстрата холинэстеразы бутирилтиохолин йодида, регистрации вольтамперограмм в интервале потенциалов от,1 до,8 В и измерении величины катодного пика при потенциале - 0,55 В, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности определения ионов таллин, ртути, свинца и кадмия, электрод в исследуемом растворе выдерживают в течение (15 ) мин, а концентрацию ме. таллов определяют по увеличению высоты пика, обусловленного активирующим действием ионов металлов на иммобилизованную холинэстеразу.1822971 Таблица 1 а блиц 1), РЬ(П) и Сб(П), л, Р,95 Результаты определения Т 8 лияние ионов Т 1(1), Нд(П), РЬ(П) и Сб(П) на активность иммобилиэованнои холинэстеразы10 1822971 Продолжение табл. 2 Составитель Э. МедэнцеваТехред М. Моргентал Реда Т. Шагов тыл оизводственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 акаэ 2178 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Реушская наб., 4/5