Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1. Аналитические возможности современных физико-химических методов определения селена и мышьяка .
1.1.1. Общие сведения об элементах 11
1.1.2. Современное состояние физико-химических методов аналитического контроля селена и мышьяка
1.2. Пробоподготовка объектов при вольтамперометрическом определении неорганических примесей
1.2.1. Способы пробоподготовки для определения общего содержания мышьяка, селена и его форм в различных объектах
1.3. Формулировка задач исследования 41
Экспериментальная часть
Глава 2. Аппаратура и методики проведения измерений 42
2.1. Приборы, электроды, ячейки 42
2.2. Приготовление растворов, посуды 44
2.3. Объекты исследования 45
2.4. Методики проведения измерений As и Se 46
Глава 3. Исследование электрохимического поведения и оценка параметров взаимодействующих амальгамных систем на основе As(lll) и Se(IV)
3.1. Исследование вольтамперометрического поведения взаимодействующих амальгамных систем на основе As(III) и Se(IV)
3.2. Экспериментальная оценка параметров взаимодействия в сложных амальгамных системах 59
Глава 4. Пробоподготовка для определения общего содержания мышьяка в пищевых продуктах
4.1. ИВ - определение As (Ш) в некоторых пищевых продуктах без пробоподготовки в присутствии растворенного кислорода 62
4.2. Применение УФО (СЬ) и Na2S03 в процессе пробоподготовки для определения мышьяка в водах .
4.2.1. Исследование условий вольтамперометрического определения As(III) 64
4.2.2. Изучение условий процессов окисления мышьяка до As(V) и восстановления до As(IJI) 67
4.3. Влияние ультразвука в процессе мокрой минерализации при определении общего содержания мышьяка в пищевых продуктах 74
4.4. Изучение условий пробоподготовки основанных на отгонке AsCl3 для определения общего содержания мышьяка в водах и пищевых продуктах методом ИВ...77
Глава 5. Пробоподготовка для определения общего содержания селена в пищевых продуктах
5.1. Влияние ультразвука в процессе мокрой минерализации для определения общего содержания селена в пищевых продуктах 83
5.2. Влияние физических воздействий на выход растворимых форм селена в водный экстракт из 86 растительного сырья
5.3. Выбор реагентов для экстракции растительного сырья при определении общего содержания селена 87
5.4. Изучение условий пробоподготовки основанных на отгонке SeBr4 для определения общего содержания селена в растительном сырье, водных экстрактах и растворах БАД методом ИВ 91
5.4.1. Изучение мешающего влияния неорганических примесей на аналитический сигнал Se(IV)
Глава 6. Пробоподготовка для определения форм селена в растениях и БАД
6.1. Изучение условий ионообменного разделения форм селена на модельных растворах
6.2. Методики определения форм селена в растениях и БАД 105
6.2.1. Изучение влияния физических воздействий на выход органических форм селена в водный экстракт 106
6.3. Распределение различных форм селена в доннике лекарственном после обогащения селенитом натрия 107
Обсуждение результатов
Выводы
Литература
Приложение І
- Современное состояние физико-химических методов аналитического контроля селена и мышьяка
- Экспериментальная оценка параметров взаимодействия в сложных амальгамных системах
- Изучение условий процессов окисления мышьяка до As(V) и восстановления до As(IJI)
- Выбор реагентов для экстракции растительного сырья при определении общего содержания селена
Введение к работе
Актуальное і ь. Среди многочисленных методов анализа для определения As и Se широко распространены электрохимические методы и, в первую очередь, такой его высокочувствительный вариант, как инверсионная вольтамперометрия (ИВ). Метод ИВ имеет статус арбитражного. Для определения массовой концентрации селена и мышьяка в различных типах вод и напитках приняты ГОСТ Р 52315 -2005 и ГОСТ Р 52180 -2003 . Для определения мышьяка в пищевых продуктах и продовольственном сырье -ГОСТ Р 51962-2002.
Однако, используемые способы пробоподготовки для определения мышьяка и селена в растительном сырье и пищевых продуктах методом ИВ длительны, требуют применения агрессивных реагентов, не исключают потерь и загрязнения проб. Поэтому, на сегодняшний день, совершенствование методов пробоподготовки для ИВ анализа является важной и актуальной темой исследования.
Перед аналитиками-исследователями ставятся задачи разработки новых высокочувствительных методик, позволяющих определять с высокой точностью и селективностью как вредные примеси, так и жизненно ценные вещества в интервалах определяемых содержаний 10~ш -10~8 моль/дм3 с небольшими временными и материальными затратами. Поставленные задачи решаются на основании закона РФ № 29-ФЗ "О качестве и безопасности пищевых продуктов" от 2 января 2000 г. и раздела "Разработка быстрых и надежных методов контроля" правительственной общероссийской программы "Концепция здорового питания населения России до 2005 года", утвержденной постановлением Правительства № 247.
Цель работы. Разработать новые и оптимизировать известные способы пробоподготовки для определения общего содержания мышьяка, селена и его форм в водах, пищевых продуктах и растительном сырье методом ИВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить вольтамперометрическое поведение амальгамных систем на основе As(Hl) и Se(IV) в присутствии Си(И).
Разработать алгоритм и оптимизировать условия пробоподготовки. для определения общего содержания мышьяка, селена и его форм с учетом природы матрицы и различных воздействий (физических и химических) на систему, позволяющих проводить ИВ - измерения в исследуемых объектах без удаления или с частичным разложением матрицы либо с выделением аналита.
Исследовать влияние ультразвукового воздействия на этапе растворения пробы в процессе мокрой минерализации для определения общего содержания мышьяка и селена методом ИВ.
Изучить влияние физических воздействий (УЗ, MB, температура) и
различных реагентов на выход растворимых форм селена в экстракт.
Разработать и метрологически аттестовать методики определения массовой концентрации селена в растительном сырье методом ИВ.
Научная новизна:
Для оценки систематической погрешности при ВА-определении As и Se исследовано взаимодействие в тройных амальгамных системах As-Cu-Hg и Se-Cu-Hg. Проведена оценка параметров этою взаимодействия (состав интерметаллических соединений, константы равновесия).
Изучены оптимальные условия и предложен алгоритм
пробоподготовки для определения общего содержания мышьяка и селена в
водах, растительном сырье и пищевых продуктах методом ИВ. Показано, что
альтернативой способу минерализации любой матрицы является отгонка
хлорида мышьяка и бромида селена из вод, растительного сырья и пищевых
продуктов. Для определения растворимых форм селена предложен способ
кислотной и ферментативной экстракции растительного сырья.
Предложен более эффективный способ разделения органических и неорганических форм селена с использованием ионного обмена с
7 последующим ИВ - измерением аналитического сигнала селена в форме Se(IV).
Выявлены факторы (УЗ - и MB - воздействия, замораживание, кислотная и ферментативная экстракции) увеличивающие или снижающие (нагрев, щелочной гидролиз) выход общего селена и (УЗ - и MB - воздействия, замораживание ) его органических форм в водный экстракт из растительного сырья.
Практическое значение.
Разработана и метрологически аттестована методика " Сырье растительное, экстракты и напитки на его основе. Вольтамперометрический метод измерения массовой концентрации селена". Сокращено число используемых реактивов и время анализа до 2,5 часов вместо 8-16 часов, за счет отгонки бромида селена.
Разработанные способы пробоподготовки определения общего содержания мышьяка, селена и его форм в растительном сырье и пищевых продуктах к ИВ- анализу использованы в практике Кемеровской межобластной ветеринарной лаборатории, Томской областной ветеринарной лаборатории, Томского центра стандартизации, метрологии и сертификации, учебном процессе Томского Государственного университета и Кемеровского технологического института пищевой промышленности, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.
На защиту выносятся следующие положения:
Оценка параметров взаимодействия в тройных амальгамных системах As-Cu-Hg, Se-Cu-Hg и возможный механизм процессов разряда-ионизации Se(IV) и As(III) на РГЭ, сформированном в режиме "in situ".
Рабочие условия пробоподготовки, основанные на отгонке AsCb или SeBr4 и исключающие стадию минерализации пробы, для определения общего содержания мышьяка и селена в объектах сложного состава методом ИВ.
3. Рабочие условия использования физических воздействий (УЗ, MB,
замораживания) на стадии пробоподготовки для определения общего
содержания селена и его форм в растительном сырье с последующим ИВ -
измерением.
4. Условия использования ионного обмена на анионите АВ-17-8 в СН3СОО~ -
форме и катионите КУ-2-8 в Н* - форме для определения органических и
неорганических форм селена методом ИВ в водных экстрактах растений и
растворах БАД.
5. Условия ИВ определения общего содержания мышьяка и селена в пищевых
продуктах и форм селена в растительном сырье с оптимизированными
способами пробоподготовки. Диапазон определяемых концентраций для
мышьяка 0,001-2,0 мг/кг, для селена 0,01 -1,0 мг/кг.
Апробация работы.
Основные результаты работы в период выполнения докладывались и обсуждались на: V Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды " Экоаналитика -2003" (г. Санкт-Петербург), VII конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока-2004" (г. Новосибирск); VI Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа " ЭМА -2004 " ( г.Уфа); III Всероссийской научной конференции "Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий" ( г. Томск, 2004); Всероссийской научной конференции с международным участием "Экоаналитика-2005" (г. Екатеринбург); Региональной научно-практической конференции "Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике" (г.Томск, 2005); Интернациональном конгрессе " International Congress on Analytical Scirnces ICAS - 2006 " (г.Москва); VI Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналититка-2006" (г.Самара); Международной научной конференции "Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий" (г. Гомск, 2006 ), а также на объединенных научных семинарах,
9 кафедры физической и аналитической химии и проблемной лаборатории микропримесей Томского политехнического университета; кафедры химии и физики Томского сельскохозяйственного института.
Объем и структура диссертации
Работа изложена на 160 страницах, иллюстрирована 37 рисунками и содержит 22 таблицы. Диссертация состоит из введения и шести глав, включая литературный обзор. Список цитируемой литературы содержит 245. библиографических названий работ отечественных и зарубежных авторов.
Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цели и задачи исследования. Первая глава представляет собой обзор литературы по физико-химическим методам определения и способам пробоподготовки при ВА определении мышьяка и селена в различных объектах. На основании литературного обзора формируются задачи исследования. Описание используемой аппаратуры, типов электродов, объектов исследования и методики проведения эксперимента приведены во второй главе. Третья глава посвящена оценке параметров взаимодействий в тройных амальгамных системах As-Cu-Hg и Se-Cu-Hg. Предложен возможный механизм процессов разряда-ионизации Se(IV) и As(Ill) на РГЭ (режиме "in situ"). В четвертой и пятой главах проведены исследования по разработке способов пробоподготовки для определения общего содержания мышьяка и селена методом ИВ в различных объектах. Шестая глава посвящена исследованиям по разработке способа пробоподготовки для определения органических и неорганических форм селена в растениях и БАД методом ИВ. Анализ полученных экспериментальных данных приведен в обсуждении результатов. В заключении сделаны выводы. В приложении представлены матрица центрального ортогонального композиционного планирования эксперимента для определения общего содержания селена, свидетельство о метрологической аттестации разработанной методики и акты о внедрении результатов работы.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
OB- Органические вещества
ПАВ - Поверхностно-активные вещества
БАД - Биологические активные добавки
МС - Масс- спектрометрия
ААС- Атомно-абсорбционная спектрометрия
В А- Вольтам перометрия
Фл- Флуориметрия
АЭС- Атомно-эмиссионная спектрометрия
ИВА- Инверсионная вольтамперометрия
АФС - Атомно-флуоресцентная спектрометрия;
РФ- Рентгенофлуоресцентный метод
СФ- Спектрофотометрия;
НАА- Нейтронно-активационный анализ.
ВЭЖХ - Высокоэффективная жидкостная хроматография
ГЖХ - Газо-жидкостная хроматография
ГХ - Газовая хроматография
ПО - Предел обнаружения
ЗГЭ - Золото-графитовый электрод
ГЭ - Графитовый электрод
РГЭ- Ртутно-графитовый электрод
РПЭ - Ртутный пленочный электрод
УФО- Ультрафиолетовое облучение
УЗ- Ультразвуковое воздействие
MB- Микроволновое воздействие
АС - Аттестованная смесь
ГСО- Государственный стандартный образец
БАД - Биологически активная добавка
Ен - Потенциал электролиза, В
Еп- Потенциал пика, В
тэ - Время электролиза, с
I - Значение тока, мкА
и.м.с. - Интерметаллическое соединение
С - Концентрация, моль/дм , мг/дм , мг/кг
w - Скорость изменения потенциала, мВ/с
р- Величина систематической погрешности, %
Остальные обозначения пояснены в тексте.
Современное состояние физико-химических методов аналитического контроля селена и мышьяка
Согласно последним данным эпидемиологических исследований в России в среднем более чем у 80 % населения обеспеченность селеном ниже оптимального уровня. С дефицитом селена связано около 75 различных заболеваний и болезненных симптомов, из них 14 сердечно-сосудистых и 8 раковых заболеваний - основных причин смертности и сокращения продолжительности жизни людей [5].
Избыточное поглощение селена животными и человеком приводит к хроническим отравлениям. Установлена его токсичность для человека при потреблении 3 -5 мг в день [7]. При этом появляются признаки расстройства, такие как затрудненное дыхание, нарушение движения, прострация, деформация ногтей и выпадение волос, высыпания на коже головы, сопровождающиеся зудом и др. Случаи отравления человека селеном чрезвычайно редки, и связаны в основном с производственной деятельностью [3]. В организме человека селен концентрируется в печени и почках. При больших дозах селен в первую очередь накапливается в ногтях и волосах, основу которых составляют серосодержащие аминокислоты. Согласно современным знаниям о функциях селена в организме человека и животных, безопасным и физиологически оправданным можно считать уровень потребления 50 - 200 мкг/сут [5], однако количество необходимого потребления человеком селена до сих пор является важной темой для обсуждения на многих научных диспутах.
Мышьяк - четвертый элемент V группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, который способен отдавать как три неспаренные р- электрона, так и два s-электрона, проявляя при этом валентные состояния As(III) и As(V) соответственно. Кроме того, он способен достраивать внешнюю р-оболочку до секстета, присоединяя три электрона. В этом случае образуется отрицательно заряженный ион As 3 .
Мышьяк относится к числу сравнительно мало распространенных элементов. Среднее его содержание в земной коре оценивается в 2- 10" %, в воздушном бассейне неиндустриальных районов составляет в среднем 0,0005 -0,02мкг/м3, в грунтовых водах - зависит от содержания его в водопроводящих слоях и варьирует в диапазоне 0,1-200мг/дм , в поверхностных водах обычно содержится 0,01мг/дм3 [8]. В почве он накапливается в пахотном слое, мигрируя на глубину до 60 см в течение одного вегетационного периода, и сохраняется до 3 лет. В почве мышьяк реагирует с гидроксидом железа, оксидом алюминия, гидроортофосфатом кальция, образуя малорастворимые соединения. Наряду с этим возможно образование арсина или соединений с повышенной растворимостью [9]. В растения мышьяк поступает через корневую систему из почвы, в организм человека - при ингаляции, с пищей и водой. Кроме того, многие его соединения способны проникать через неповрежденную кожу, слизистые оболочки и плаценту. В большинство пищевых продуктов мышьяк входит в качестве естественной составной части. В норме в сырых овощах и фруктах мышьяка содержится в количестве 0,007мг/кг, в сухих овощах и фруктах 0,03мг/кг, в мясе 0,01 мг/кг, в рыбе 0,13 мг/кг, много мышьяка в морепродуктах - до 40 мкг/кг [6].
Попавший в кровяное русло мышьяк локализируется в эритроцитах и лейкоцитах, избирательно накапливается в гемоглобине и незначительно - в мембранах. В плазме и тканях мышьяк присутствует в свободном состоянии и связанной с протеинами и липидами формах. В течение суток после попадания в организм человека распределяется в вилочковой железе, почках, печени, селезенке, легких, слизистой желудочно-кишечного тракта и затем накапливается в ногтях, в волосах и коже. Основной путь выведения - почки. В организмах различных уровней - от микробов до человека - происходят процессы метилирования неорганического мышьяка, являющиеся, вероятно, одним из основных путей обезвреживания [9].
Мышьяк - высокотоксичный кумулятивный протоплазматический яд, поражающий нервную систему. Смертельная доза 60 - 200 мг. Объединенной Комиссией ФАО/ВОЗ Кодекс Алиментариус установлена предельная безопасная доза (ПДК) - 50 мкг/кг [7]. Однако, есть данные о том, что мышьяк в очень малых концентрациях может быть необходимым, вследствие чего возрастают требования к его контролю в различных типах вод, биологических материалах и пищевых продуктах [10, 11]. В литературе описано чрезвычайное разнообразие методов анализа одного и того же элемента даже в одном и том же продукте. Эти методы часто различаются по чувствительности, по отношению к помехам при анализе и по стоимости, как самого анализа, так и оборудования. В результате иногда трудно сопоставлять данные анализов, полученные разными исследователями. Общие сведения о свойствах селена и мышьяка, а также методы их определения содержатся в монографиях [1] и [8]. В настоящее время основными методами контроля мышьяка и селена в водах, биологических объектах и пищевых продуктах являются физические и физико-химические методы анализа. Сравнительные аналитические характеристики наиболее часто применяемых физических и физико-химических методов анализа и способов пробоподготовки для определения микроколичеств мышьяка, селена и его форм представлены в обзорных статьях [12, 13]. Работы [14, 15] посвящены методам выделения, концентрирования, разделения и определения селена и его форм различными методами в сложных по составу объектах. В статье А. Р. Гарифзянова и др. [16] приведен обзор методов аналитического контроля содержания селена в природных водах. П. М. Зайцев с сотрудниками [17] представили обзор по применению методов адсорбционной вольтамперометрии в следовом контроле мышьяка и селена в различных объектах. Работа Н.А. Голубкиной [18] посвящена обзору методик флуориметрического определения селена в различных объектах с использованием вариантов минерализации на этапе подготовки проб. Использование микроволнового воздействия на стадии пробоподготовки сложных по составу объектов для определения мышьяка и селена различными методами показано в обзорной статье [19]. В работе [20] описан механизм деструкции органических веществ с использованием УФ -окисления, представлены источники УФ излучения и методы анализа для определения мышьяка в воде. Обзор литературы по аналитическим возможностям физико-химических методов определения селена и мышьяка проведен на основании данных реферативного журнала «Химия», «Журнала аналитической химии», «Журнала Заводская лаборатория и Диагностика Материалов» и др., зарубежным периодическим изданиям «Chemical Abstracts», «Talanta», «Analytica Chimica Acta», «Analyst» и др. за последние 10 лет.
Экспериментальная оценка параметров взаимодействия в сложных амальгамных системах
Метод обеспечивает возможность одновременного определения свыше 60 элементов при малых навесках с пределом обнаружения (ПО) на уровне 10 " г, но МС не свободна от влияния матрицы на результат анализа. При таком влиянии коэффициенты относительной чувствительности нестабильны, следовательно, ухудшаются воспроизводимость и правильность определения, а ПО могут повышаться из-за наложения линий сложных и многоатомных ионов матрицы на аналитические линии микроэлементов. Использование стандартных образцов снимает эти ограничения, но эти образцы существуют в ограниченном ассортименте [153].
Способы ААС могут быть рекомендованы как простые и точные для серийных анализов на мышьяк и селен в различных тапах вод [14, 16, 20, 30, 72-87], биологических материалах [12, 14, 15, 19, 30, 78, 88, 89 ], растениях [12, 19,56, 90-95] и пищевых продуктах [12, 97, 96].
Определение ААС мышьяка возможно по резонансным линиям при 193,76, и 189,042 нм [8 ], селена при 196,1, 204,0 и 206,3 нм [16 ]. В качестве источника атомизации для определения As и Se в методе ААС применяли пламя с различными смесями газов и электротермические печи чаще всего из графита [72, 75, 76, 79, 82, 83, 85, 86, 90, 96 ]. Для повышения отношения сигнал/шум использовали перевод элементов в легучие гидриды ( ГГ-ААС) [72-75, 78, 80, 84, 85, 88, 89, 91, 93]. В работе [16] отмечено, что при использовании ГГ-ААС, определению селена в водах мешающее влияние оказывают ионы меди, никеля, кобальта, палладия, серебра, платины, золота, которые образуют малорастворимые селениды, но влияния щелочных металлов не обнаружено. Сочетание различных вариантов: экстракции [76, 93, 96] и хроматографии [76,88] на колонках Hamilton, Polyspher, PAX, Nucleosil [12 ] и сорбентах C8, Cellex в Си-форме, Amberlit [12, 76] с использованием УЗ [96 ], ультрафиолетового (УФ) [20, 75, 85, 96 ] и МВ-излучения [19] применяли для выделения и разделения форм элементов с последующим определением одной из модификаций метода ААС в исследуемых объектах. Для повышения чувствительности и устранения потерь селена использовали матричные модификаторы [16]. Метод ААС характеризуется высокой селективностью, воспроизводимостью, низкими ПО (10-9г/мл), возможностью автоматизации, но применение этого метода часто требует сброса матрицы [153]. Необходимо отметить, что содержание мышьяка в реальных объектах находится на границе чувствительности метода, что лишает возможности его обнаружения с необходимой точностью. Одним из недостатков метода ААС является сложная и дорогостоящая аппаратура зарубежного производства. Этим методом невозможно определять формы ионов, что также является в некоторых случаях недостатком данного метода. В методе АЭС для повышения чувствительности определения элементов в различных объектах использовали различные способы введения гидридов в плазму: вдувание пробы в разряд, ультразвуковое распыление, микроволновое индуцирование плазмы [12, 14, 16, 19, 40, 141-145,] в сочетании с различными вариантами пробоподготовки: экстракция [40, 92, 143 - 145], варианты хроматографии [12, 92]. В целом метод АЭС чувствительнее пламенных ААС, но уступает в этом отношении непламенным ААС. Методом АФС определяли мышьяк и селен в водах [14, 128, 129, 130], биологических материалах [131 - 133] и растениях [53] после перевода элементов в летучие гидриды [14, 128, 130, 132] или различных вариантов хроматографии [53, 129,132].
Флуориметрический метод анализа (ФЛ) является официальным стандартным методом в России для определения селена в продуктах питания, а также в природных и питьевых водах [154]. Определение включает следующие стадии: мокрое сжигание образца окислительной смесью (азотной и хлорной кислот) при высокой температуре; восстановление Se(VI) до Se(JV) соляной кислотой при нагревании; образование комплекса селенистой кислоты с 2,3-диаминонафталином (ДАН) в результате которого образуется 4,5-бензпиазселенол, и его экстракцию гексаном. Интенсивность флуоресценции в гексане пропорциональна концентрации селена в пробе. Максимальная скорость реакции наблюдается при рН о г Ідо 2. Исследования показали, что образующийся селенодиазоловый комплекс флуоресцирует, при волне возбуждения 364 нм. Данный метод использовали для определения селена в водах [1, 14, 16, 18, 30, 147 , 148], в биологических материалах [1, 14, 18, 30, 149 - 151], в растениях [1, 18, 136] в продуктах питания [18, 151, 152] после различных способов пробоподготовки.
Метод доступен, имеет хороший ПО (0,08 мкг/кг). Но у него есть существенные недостатки: длительность пробоподготовки (мокрое сжигание занимает 16-22 ч.), использование органических растворителей и мешающее влияние N(V и N(V, способствующих разложению реагента и образованию сильно флуоресцирующих продуктов окисления. Тем не менее, метод широко применяется в практике анализа, так как надежен и достаточно селективен.
Изучение условий процессов окисления мышьяка до As(V) и восстановления до As(IJI)
В процессе количественного химического анализа различных объектов на содержание примесей элементов, как правило, стадии измерения аналитического сигнала предшествует процедура подготовки проб. Цель пробоподготовки - привести пробу и определяемый элемент в физическую и химическую форму, пригодную для измерения аналитического сигнала с требуемыми метрологическими характеристиками [163].
Проблеме определения неорганических примесей в биообъектах и пищевых продуктах, в частности пробоподготовке посвящена обширная литература [163 - 167]. Обычно это сложный многостадийный процесс, занимающий от 60 до 90% времени всего анализа и вносящий соответственно более 60% общей погрешности. Выбор способа подготовки проб зависит от состава и структуры анализируемого объекта (матрицы); от химических свойств аналита; от метода измерения сш нала; метрологических требований к качеству анализа (время, погрешности и др.); наличия приборов, их стоимости, стоимости анализа и даже от традиций, существующих в лаборатории.
Как уже отмечалось, особенностью методов ВА является высокая абсолютная чувствительность определения следов элементов и в то же время, применяемые в методе ИВ электрохимические сенсоры также обладают чрезвычайной чувствительностью в отношении следов растворенных органических веществ (ОВ) [168, 169]. Их мешающее влияние проявляется в пассивировании электродов при адсорбции ПАОВ, связывании ионов в комплексы - термодинамически устойчивые или кинетически нелабильные, в электрохимическом окислении или восстановлении ОВ. В результате аналитические сигналы маскируются или искажаются. Поэтому при ИВ-анализе мешающее влияние ОВ должно быть устранено. Для получения аналитического сигнала необходимо, чтобы определяемое вещество находилось в электроактивной форме. Чаще всего, объекты анализа представляют собой сложную многокомпонентную систему, в которой определяемый элемент может находиться в разнообразных химических формах, многие из них электрохимически неактивны [157, 167]. Таким образом, для проведения анализа методом ВА необходимо не только устранить мешающее влияние органической матрицы, но и перевести определяемые примеси в раствор в форме, дающей аналитический сигнал в условиях, исключающих потери и загрязнения проб.
Анализ литературы показывает, что обзоров по методу ВА, в которых авторы касаются вопросов подготовки проб для определения неорганических примесей, немного [170-174], в то время как пробоподготовке в других методах анализа уделяется огромное внимание. Опираясь на литературные данные, отметим основные способы пробоподготовки пищевых продуктов: 1. Пробоподготовка с озолением матрицы: мокрое озоление в открытых и закрытых системах; сухое озоление, в том числе с озоляющими добавками 32 являются основными методами пробоподготоовки сложных по составу объектов [165, 171, 175]. 2. Способы пробоподготовки без озоления матрицы используют в том случае, когда возможен прямой анализ пробы (воды, напитки) [17, 176] или разбавление подходящим растворителем [177] либо солюбилизатором [178, 179]. Для отделения матрицы и концентрирования примесей применяют известные методы разделения и концентрирования [153, 180]: сорбцию [181], ионный обмен [100, 103, 106, 182 ], экстракцию [183, 184] , соосаждение примесей [185] , отгонку основы или примесей [186 - 188]. После отделения основной массы органической матрицы, указанными выше методами, даже следы ОВ могут влиять на аналитический сигнал в ВА. Мешающее влияние ОВ можно устранить путем воздействия на границу электрод/раствор: сменой электролита [115, 117, 189], созданием пастовых или химически модифицированных электродов [112, 190, 191], применением методов хронопотенциометрии (ХП) и инверсионной ХП [192 - 194]. Для устранения эффекта "памяти" адсорбированных ПАОВ и регенерации поверхности электродов используют: механическую зачистку [195], ультразвуковую и лазерную очистку [196] , электрохимическую активацию (наложение разных форм напряжения при разных потенциалах) [197] и создание одноразовых или долгоживущих электродов с заменяемой поверхностью [198]. В последнее время получило распространение удаление растворенных ОВ в пробе физическими методами в сочетании с малоагрессивными химическими реагентами: электрохимической обработкой, окисление озоном, пероксидом водорода [199]. 3. Применение МВ-излучения в пробоподготовке сложных объектов для метода ВА, кроме ускорения разложения не выявлено, так как не всегда возможно достигнуть полного разложения пищевых продуктов. В работах [200, 201] показано, что неразложенными остаются нитрофенолы, нитробензойная кислота, нитроароматические соединения и другие вещества. Следует отметить, что MB обработка проб может успешно использоваться при неполном разложении матриц - при экстракции примесей различными реагентами, что значительно сокращает время анализа. 4. Фотохимическое удаление ОВ в пробоподготовке при определении следов элементов в водах и биологических жидкостях привлекло внимание аналитиков благодаря эффективности, практически отсутствию реагентов, возможности автоматизации [20]. Следует отметить, что только одно УФ облучение редко используется для подготовки проб пищевых продуктов, т.к. процесс разложения длителен и составляет иногда более 4 часов. Однако удобным оказалось сочетание УФО с предварительной химической минерализацией кислотами, пероксидом водорода, пероксидисульфатом и др. окислителями [100, 202, 203], а также с УЗ и MB [204]. Заметим, что УФО не только применяется для целей пробоподготовки и деструкции ОВ, но и для определения форм элементов (окислительно- восстановительные фотореакции), получения электрохимически активных форм, дезактивации кислорода и т.д. [205, 206].
Выбор реагентов для экстракции растительного сырья при определении общего содержания селена
Вольтамперометрические измерения предусматривают использование электронных приборов, регистрирующих силу тока, протекающего в электролитической ячейке, в зависимости от приложенного поляризующего напряжения.
В работе использовали серийный полярограф ПУ-1 (ГОСТ 22261-76) в комплекте с компенсационным двухкоординатным самописцем и цифровым вольтметром типа Ф-203 (ТУ 25-04-1696-75), осуществляющим контроль текущего значения поляризующего напряжения в процессе снятия вольтамперограмм. Диапазоны скоростей изменения потенциала и напряжения составляли (0,5 -г 120) мВ/с и (-Зч-З)В соответственно. Максимальная чувствительность полярографа 1 10 и,А/мм. Комплекс аналитический вольтамперометрический СТА (ТУ 4215-001-20694097-98, г.Томск, ООО ИТМ), представляющий собой прибор, состоящий из электронного блока, измерительного блока с тремя электрохимическими ячейками в комплекте с IBM - совместимым компьютером с установленным пакетом программ "СТА". В анализаторе СТА реализованы различные режимы регистрации вольтамперограмм: постоянно-токовый, ступенчатый, накопительный, дифференциально-импульсный, квадратно-волновой, позволяющие выбрать оптимальные рабочие условия получения аналитических сигналов определяемых компонентов.
Для определения общего содержания мышьяка в 2-х электродной системе измерений в качестве индикаторного электрода использовали ЗГЭ, который представляет собой графитовый торцевой электрод с нанесенной на него пленкой золота. Графитовый торцевой электрод (ГЭ) изготавливали из пропитанного различными веществами, чаще всего смесью полиэтилена и парафина, а также эпоксидной смолы, графитового стержня с диаметром рабочей поверхности 3-5 мм. Для получения ЗГЭ предварительно проводили очистку ГЭ, для этого рабочую поверхность ГЭ отшлифовывали с помощью шлифовальной шкурки и на фильтре; а затем обезжиривали электрохимической очисткой. Для этого стаканчик (бюкс) с раствором 0,1 моль/дм серной кислоты (около 10см) устанавливали в качестве электролитической ячейки, подключали индикаторный электрод (катод) и электрод сравнения (анод). Включали инертный газ ( азот с массовой долей кислорода менее 0,001%) и пропускали его через раствор в течение 60-300 с. Затем проводили катодную (при -1,0В) и анодную (при 1,2В) поляризацию попеременно через 1-2 с в течение 60с.
Ополаскивали рабочую поверхность электрода бидистиллированной водой и сразу проводили нанесение на поверхность золотой пленки электрохимически из раствора ионов золота (III). Для этого в электрохимической ячейке стаканчик с раствором серной кислоты заменяли стаканчиком с раствором хлористого золота (около 10см3) концентрации 100,0 мг/дм . Включали инертный газ и пропускали его через раствор в течение 60с. Затем проводили накопление золота при потенциале -0,5В в течение 180-300 с при перемешивании раствора, промывали рабочую поверхность бидистиллированной водой. На торце электрода должна быть видна ж елтая пленка золота.
После проведения анализов ЭГЭ хранили в сухом виде; перед работой (в последующие дни) рабочую поверхность электрода не протирали, а только ополаскивали бидистиллированной водой.
Для определения содержания селена индикаторным электродом служил РГЭ, который представляет собой ГЭ с нанесенной на него ртутью в режиме "in situ". Для получения РГЭ рабочую поверхность ГЭ обрабатывали с помощью шлифовальной шкурки, а затем полировали на фильтре. Ополаскивали рабочую поверхность бидистиллированной водой, опускали в раствор соляной кислоты концентрации 0,6-0,8 моль/дм , содержащей соль Hg(II) в концентрации 5,0 мг/ дм и соль Си (II) концентрации 2,0 мг/ дм и проводили электролиз в 3-х электродной ячейке в процессе проведения ВА измерений. После проведения анализов электроды хранили в сухом виде. Перед работой (в последующие дни) рабочую поверхность электрода протирали на фильтровальной бумаге и ополаскивали бидистиллированной водой.
В качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода для определения мышьяка и селена использовали хлорсеребряные электроды (ХСЭ) в растворе хлористого калия молярной концентрации 1,0моль/дм3. При первом заполнении электроды выдерживали не менее 48 час. Хранили электроды, погрузив в 1,0 моль/дм3 раствор хлорида калия.
Минерализацию проб проводили в программируемом комплексе для пробоподготовки " Темос-Экспресс" ТЭ-1 с диапазоном рабочих температур 25-650С с погрешностью ± 10С. На стадии пробоподготовки для определения мышьяка и селена в исследуемых объектах также использовали следующее оборудование: фотоминерализатор ФМ-20-2, снабженный ртутной лампой низкого давления ДРФХ-20 , озонирующее устройство "Озонид-1", УЗ-ванна типа УЗВ-1/100-ТН (мощность W = 110±22 Вт; частота F =20,35 -23,65 кГц), микроволновая печь MS-194А, магнитная мешалка типа ММ, центрифуга ОПН-8, морозильная камера бытового холодильника, шаровая лабораторная мельница МЛ-1 для измельчения растительного сырья. Определение рН раствора проводили с использованием переносного рН-метра-милливольтметра рН-673. Погрешность при определении рН раствора не превышала ±0,1 рН. Для отгонки мышьяка в виде AsCl3 и селена в виде SeBr4 применяли перегонную установку, сделанную из стекла в лабораторных условиях и воздушный компрессор "Air-pump"S-3800.
