Буферная смесь для спектрального определения микроэлементов в объектах биосферы

369 0 0 1 2 1 й НОМИтат ОССРРЕТЕНИЙ И ЯНРЫТИЙ ЛА ерМ,кое оподооб"укова ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Омский государственный уситет(прототип),(54)(57 ) БУФЕРНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ СПЕКТРАЛ НОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОБЬЕКТАХ БИОСФЕРЫ, содержащая соединения кремния и щелочного металла, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и универсальности анализа, в качестве соеди. нения кремния используют окись кремния, а в качестве соединения щелочного металла - углекислый натрий при следующем соотношении компонентов, вес.ЪгОкись кремния 70-80Углекислый натрий 20-30Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при определении микроэлементов .средней летучести в объектах биосферы спектральным методом.При анализе объектов биосферы,когда желательно партию проб, состоящую, например, иэ разного типа почвили различных.сортов элаков, проанализировать по одному комплекту эталонов, для усреднения состава .исвойств проб и улучшения условийих испарения и возбуждения применяютбуферные смеси, Эти смеси обычносодержат угольный или графитовый порошок 50-100 вес,Ъ) и соли щелочноземельных и щелочных металлов (до. 50 вес.%). Эта смесь бьла примененадля искусственного изменения соотношения содержаний основных компонентов в карбонатах, железистых, ульт-,роосновных и основных породах с цельюприближения их минералогическихсоставов к составу гранита Я ,Как следуетиэ полученных экспериментальных данных, влияние основных компонентов проб на результатыанализа полностью не устраняются,однако сглаживается степень этоговлияния, что позволяет проводить массовые определения по групповым наборам эталонов,Наиболее близкой к.предлагаемойпо технической сущности являетсябуферная смесь для спектрального определения элементов в объектах биосферы, содержащая соединения кремния и щелочного металла, В частности,используются алюмосиликаты - полевые шпаты.При достаточно большой степениразделения исследуемых образцов 4)такими смесями анализ сводится к определению примесей в некотором однородном, материале более благоприятного состава. При этом наряду суменьшением влияния состава можетбыть повышена воспроизводимость определения для отдельных типов пород.Кроме того, наблюдается повышениечувствительности обнаружения микроколичеств металлов в породах, которые объясняются увеличением скоростей поступления в,разряд всех компонентов пробы, особенно в начальной.стадии аналитического процесса. Разбавление проб кремнийсадержащими соединениями производились с учетом 5валового состава исследуемых образцов так, чтобы содержание окиси кремния не превышало 65-70, т,е. соот"ветствовало содержанию 80 в .гранитах Для магнетитов предложено ц)20-кратное, а для карбонатов 2-кратное разбавление,Таким образом, применение кремнийсодержащих соединений в качестве буферной смеси позводяет анализиро" вать значительно различающиеся п. составу основных компонентов горные породы, т.е. делает метод анализа более универсальным 2Однако применениеалюмосиликатов для разбавления проб при анализе объектов биосферы не обеспечивает ,цостаточной точности анализа, посколь ку в них всегда содержится большое количество микроэлементов в концентрациях, сравнимых с концентрациями микропримесей в анализируемых объек" тах, а это приводят к потере информации.Цель изобретения - увеличение точности и универсальности анализа,Эта цель достигается тем, что в буферной смеси для спектрального определения элементов в объектах биосферы, содержащей соединения крем ния и щелочного металла, в качестве соединения кремния используется окись кремния, а в качестве соединения щелочного металла - углекислый натрий при следующем соотношении компонентов, вес.В:Окись кремния 70-80Углекислый натрий 20-30На чертеже показан график изменений температуры в центральном сечении дуги в течение экспозиции,Весовые соотношения компонентов в буферной смеси определяются следующим, Чем выше концентрация данноГо компонента в буферной смеси, тем меньше будут различаться пробы, разбавленные буферной смесью, по содер" . жанию этого компонента, С другой сто-. роны, чем больше верхняя граница интервала концентраций компонента в пробах, тем выше должна быть его концентрация в буферной смеси, чтобы получить максимальное усреднение по данному компоненту. Поэтому для достижения оптимального усреднения по окиси кремния и по сумме щелочей следует взять такой состав буферной смеси, в котором концентрация кремния и суммы щелочей соответствовали бы их максимальным. содержаниям в анализируемых пробах, В табл. 1 приведены составы зол некоторых биологических объектов, выбранные таким образом, чтобы представить весь интервал содержаний кремния и щелочей, Из этих данных следует, что выбранный нами состав буферной смеси удовлетворяет требованию максимального усреднения проб по кремнию и сумме щелочей, так.как концентрация кремния в ней соответствует его максимальному содержанию в пробах так же как концентрация суммы щелочей к ее максимальному содержанию.Описываемая буферная смесь применялась для определения микроэлементов в эолах объектов биосферы при следующих условиях анализа,Эталоны для градуировочного графика. Окислы исследуемых элементов вводятся в основу, включающую, вес,% 810 д 24, СаСО. 25, МяО 10 КСО 6 КНРО 4 21 ф КЯ 04 Зф, КС 1 2 ф, МаСО 4. Последующие эталоны получают, раз" бавляя каждый предыдущий эталон в 3 раза.Подготовка проб. Озоленные пробы смешивают в соотношений 1;1 с буферной смесью, состоящей из, вес.Ъ: 810 у 80, МаСО 20, РЙС 1 д 0,1 и В 10 З 0,02 (палладий и висмут вводят в качестве внутренних стандартов),Введение пробы в разряд. Пробы испаряются из канала анодного электрода имеющего диаметр 4 мм, глубину 3 мм, толщину стенок 1 мм. Канал верхнего элеКтрода имеет те же размеры.и заполняется смесью 10 вес.В КС 1 и 90 вес.% угольного порошка.Возбуждение и регистрация спектра Дуга постоянного тока = 10 А стабилизируется потоком воздуха (р=1,4 н/м 2). Спектрограф ДФСс решеткой 600 шт/мм. Система освещения трехлинзовая. Спектры регистрируются в течение 20 с. Фотопластинки "спектральные", тип 11, 15 ГОСТ,фотометрирование, фотометрируются аналитические линии, линии сравнения В 1 для РЬ) Рй (для всех других элементов), фон рядом с ними. Анали-, тические линии, нм:В 1 289,80 СО 345,35 РЬ 283,31 Ра 302,79 Мп 280,11 Сь 302,44 Т 1 324,20Ч 318,54 Бп 317,50 Нх 305,08 Сц 327,40Расчет, Концентрация в пробах определяется с помощью калибровочной кривой.11 ри указанных условиях был выполнен анализ травы, силоса, соломы, пшеницы, овса, молока и различных продуктов его переработки, молочно- кислых бактерий. В качестве примера в табл. 2 приведены результаты анализа молока и отдельных его фракций. Каждый результат, приведенный в табл. 2, является средним из восьми параллельных определенийРасчет баланса содержания микроэлементов в исходном продукте и его фракция говорят о достаточной точности проведенного анализа.1Еще одним подтверждением увеличения точности анализа при применении предлагаемой буферной смеси являются результаты определения содержания микропримесей в стандартных образцах почв и горных пород, различающихся по .составу,основных компонентов, при условиях, рекомендуемых для биологических материалов, В табл. 3 приведен основной состав стандартных образцов, а в табл, 4 аттестованные содержания микропримесей и результа 55 60 65 с выравниванием содержаний основныхэлементов в пробах, подготовленныхк спектрографированию, обеспечиваетбыстрое в первые секунды горениядуги) расплавление пробы в аноде,в результате которого образуетсяоднофазная система. По закону Раулядавление паров микропримесей надповерхностью капли (расплава) пропорционально их конденсации в распла.ве, Область концентраций, для которых применим закон Рауля, значительно изменяется при переходе от однойсистемы к другой, однако верхнийпредел этой области достаточно высок ты выполненного анализа. Правильность анализа оценивалась с помощьюкритерия Стьюдента ( с ), которыйследует сравнить с табличнымс =- 2,37 (при Р,= 0,05,Г = 7, Это5 сравнение показывает, что систематическая погрешность анализа не выходит за пределы, обусловленныеслучайными отклонениями и говорит одостаточной универсальности предла гаемой буферной смеси.Приведенные здесь результаты поэ"воляют сделать также следующий вывод.При использовании предлагаемой буферной смеси эталоны для расчета 5 концентраций микроэлементов в объектах биосферы могут быть калиброваныпо стандартным образцам почв и горных пород, Так как в распоряжениианалитических лабораторий практически нет стандартных образцов биологических материалов, создание которых представляет чрезвычайно труднуюзадачу, то этот вывод по-видимомуимеет особенно важное значение.Определение воспроизводимостирезультатов анализа при использовании предлагаемой буфернОй смеси производилось по текущим измерениям ихарактеризуется относительным стандартным отклонением единичного изме- ЗО. рения У = 0,15, 0,25.Определение предела обнаружениябыло затруднено из-за присутствия,хотя и незначительных, количествопределяемых элементов в основе для 35 приготовления эталонов. Поэтому оценены концентрации примесей, которыеопределяются относительным отклонением. 7 = 0,30. Это соответствует,г/т: Вп 2, РЬ 6, Яз. 4,Мо 2, Сг 2, 4 Еп О, Со 4, ч 5Увеличение точности спектральногоанализа объектов биосферы в результате использования предлагаемой буферной смеси при соблюдении приведенныхвыше условия анализа, а также универсальность этой смеси, позволяющая проводить анализ разнородныхобъектов биосферы по одному комплекту эталонов, обеспечивается следующим.1 Описываемая буферная смесь наряду1056010 Таблица 1 Содержание, вес,Объект 72,0 13,0 2,7 13,0 7,041,7 1,85 10,0 Агар-агарМолоко (коровье) 19,0 18,0 19,0 и иногда достигает значения, соответствующего максимальному содержанию растворенного вещества, равному15 мол.%. Поэтому в отсутствии реабсорбции наклон калибровочной кривойдолжен быть равен единице; так какизменение коэффициента активности отсостава проявляется лишь при большихконцентрациях. Действительно, приопределении параметров калибровочныхкриВых для образцов, имитирующих 10состав эол некоторых биологическихматериалов (табл. 5) установлено,что положениекалибровочной кривойв пределах воспроизводимости анализане зависит ог состава основных компонентов анализируемого материала,Таким. образом, предлагаемая буфернаясмесь позволяет испольэовать одинкомплект эталонов при анализе золбиологических материалов, когда сос-.тав основных компонентов изменяетсяв широких пределах, например приэкологических исследованиях,Определение времени, в течениекоторого условия возбуждения спектрастабилизированы спектроскопическим,изменению температуры в центральномсечении дуги, Температура определяется по линиям Ч 11 311,07 нм ич 1 318,54 нм. Результаты, представленные на чертеже показывают, чтопосле 20-30 с горения дуги температура ее резко возрастает, что соотвествует выходу иэ электрода основноймассы натрия, Это подтверждает правильность выбора времени экспозиции.Для времени экспозиции, в течение которого условия испарения пробыи возбуждения спектра стабильны.(25 с с сомента начала горения дуги),40измерены константы скорости нарастания аналитического сигнала для проб,смешанных с предлагаемой буфернойсмесью. Для сравнения такие же измеДерново-подзолистая почва Почвенные микроорганизмы Разнотравье на дерновоподзолистых почвах Ьения проводились для .проб, не сме-.шанных о буферной смесью, Результатыопыта (табл. 6) показывает, что прииспользовании предлагаемой буфернойсмеси константы скорости для выбранной экспозиции не различаются. нетолько для разных основ, но и близкидля разных химических элементов, Этоделает универсальной методику анализа с использованием предлагаеМойбуферной смеси,Таким образом, предложена буфер"ная смесь: 70-80 вес.% 80 и30-20 вес.Ъ Мау С 09. Использование еепозволяет искусственно изменить сос 1тав зол разлцчных биологических материалов, создать условия, благоприятные для быстрого расплавления пробыв аноде дуги, обеспечивая тем самымлинейную зависимость между скоростьюиспарения микропримесейи их концентраций в пробе, а также стабилизировать условия возбуждения в то время,когда эта зависимость выполняется.Все это делает возможным увеличить точность определениямикроэлементов в эолах объектов биосферы,чрезвычайно различающихся составомосновных компонентов по одному комплекту эталонов, увеличить универсальность метода, т.е. одновременноопределять большое число (10-15) элементов в эолах различных объектов,калибровать рабочие эталоны для анализа биологических материалов постандартным образцам почв и горныхпород, повысить производительностьтруда во всем цикле анализа как минимум в 1,5-2 раза,за счет уменьшенияэкспозиции с 2-4 мин до 20 с и значительного сокращения числа фотографируемых и фотометрируемых спектров,снизить стоимость анализа в результате сокращения количества используемых реактивов, Фотоматериалов, электроэнергии и рабочего времени,3,0 - 2,5 9,0 13,0 14,2-0,07 0,2 ерново-подзолистая почва енные микроорганизмы 8,3 Разнотравье;на дерновподзолистых почвах Молоко цельное (исходныйпродукт)Сливки (1-я фракция) Обрат (2-я Фракция)Схмма по фракциямОтносительное расхождениеОбрат (исходный продукт)Казеин.сычужный (1-я фракция) Относительное расхождение Продолжение табл. 1аф Содержание, вес. Ъ 25 - - 5 05,8 30,0,4,0 - . - 57,028,8 927 Содержание микропримесей, мкг/кг1 х 1 6 ИВ В О 1 Ю ХХГЧ 1 1 1 ОВ 1 НО ЦХ ЕХ НСОоЮс 1ц 1 ГЧ СО сР Ю ф РосГЧ СО Ю ю м с со мф сг СО с омЮ. ос1 М Оо с с о 1х1 ФЦае оВОЖ Х 1"1 1овНООХ16 ХО1 Н ( 1 ГЧ1 4 д м м м(л м 1 с с сО СО ГЧ Ю1 2,10 1 2,70 1 2,31 1 1 1 1 2,01 1 2,.78 1 2,31 2,38 1 .2,06 1 2;83 1 2,28 Вода минеральная) 1 2,32 Таблица 6 Константа скорости, с" Объектисследования Без разбавления Разбавление буфером Мо РЬ Ч Яо - РЬ Ч.Составитель Б. ШироковРедактор НЛазаренко Техред Т.Маточка КорректорА, Тяско Заказ 9289/33 Тираж 873 . ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 МикроорганизмыПочвы