Информация о документе

Цена 12000UZS
Размер 2.7MB
Покупки 0
Дата загрузки 07 Ноябрь 2026
Расширение doc
Раздел Дипломные работы
Предмет Педагогика

Продавец

Bohodir Jalolov

Разработка методов и устройств для определения ам-миака в воздушных средах

Купить
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АММИАКА В ВОЗДУШНЫХ СРЕДАХ . СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………… 5 ГЛАВА I . ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9 1.1. Методы определения ионов аммония………………………… 9 1.2. Тест-методы…………………………………………………….. 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ I …………………………………………… 31 ГЛАВА II . МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ …………………………………………………………................. 32 2.1. Средства измерений, оборудование и реактивы………….. 32 2.2. Реактивы……………………………………………………….. 33 2.3. Приготовление растворов и модельных образцов…………… 33 ГЛАВА III . РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 36 3.1. Спектрофотометрическое определение ионов аммония 36 3.2. Цветометрические тест-методы измерения аммиака и ионов аммония……………………………………………………………… 43 ГЛАВА IV.ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АММИАКА И ИОНОВ АММОНИЯ …………………………………… 46 4.1. Прямое потенциометрическое измерении концентрации ионов аммония с использованием мембранного ион-селективого электрода……………………………………………………………. 46 4.2. Потенциометрический датчик для измерения аммиака и ионов аммония в жидких и газообразных средах…………………. 50 ВЫВОДЫ…………………………………………………………………… 57 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………… 58 ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………. 72 ВВЕДЕНИЕ Актуальность и востребованность темы. По токсическому действию аммиак относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия [1]. Высокие концентрации аммиака в воздухе вызывают у человека обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, головокружение, боли в желудке, рвоту. Длительное пребывание в помещениях с повышенным содержанием аммиака может быть причиной развития онкологических заболеваний. Предельно допустимые концентрации (ПДК) аммиака в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м 3 [2]. Согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 ПДК аммиака в атмосферном воздухе населённых мест равна: среднесуточная 0,04 мг/м 3 ; максимальная разовая 0,2 мг/м 3 . Повышенное содержание аммиака/ ионов аммония в водных объектах окружающей среды может являться индикатором загрязнения азотсодержащими соединениями и определять давность загрязнения по трансформации ионов аммония в цепочке превращений NH 4 + → NO 2 -→ NO 3 - В природной воде общая концентрация аммиака уже в концентрации 0,25 мг/л может представлять опасность для рыб и других водных животных. Высокие концентрации аммиака в питьевой воде и других водных ресурсах могут привести к неблагоприятным последствиям для человека и окружающей среды [1,2]. По этой причине аммиак является одним из веществ, которые обязательно контролируются в соответствии с 2 экологическими стандартами. Допустимые уровни концентрации аммиака в пресной и питьевой воде находятся в диапазоне от 0,5 до 3,0 мг/л, в зависимости от установленных норм регулирования и определенных региональных особенностей. Таким образом, разработка высокочувствительных методов индикации аммиака и ионов аммония простыми и доступными аналитическими методами является актуальным. Целью исследования является разработка высокочувствительных, селективных, экологически безопасных методов определения аммиака и ионов аммония в водных и газовых средах и датчиков для их осуществления в различных областях научных и прикладных исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи : 1. Рассмотреть применимость спектрофотометрического метода определения ионов аммония в диапазоне 0,1-100 ppm , для чего провести сравнение известных спектрофотометрических методов. 2. Оптимизировать условия проведения анализа на содержание ионов аммония/аммиака по индофенольному методу Бертло, применительно к поставленной цели. 3. Применить оптимизированные условия образования окрашенного индофенольного комплекса для создания тест-метода определения аммиака. 4. Оценить возможность применения потенциометрических методов для определения аммиака в воде и воздухе и изготовить высокочувствительный датчик на аммиак, функционирующего на принципах электрода с газовым зазором. 5. Применить разработанные методики и устройства сенсор для определения ионов аммония и аммиака в природных и техногенных объектах, включая анализ выдыхаемого человеком воздуха. Объектом исследования являлись: совершенствование и оптимизация условия определения аммиака с применением 3 спектрофотометрической и потенциометрической индикации аналитического сигнала. Предмет исследования: Детальное изучение условий образования индофенольного комплекса для повышения чувствительности определения ионов аммония в водных средах и создание принципиально новой конструкции потенциометрического датчика для определения аммиака , функционирующего на приципах электрода с газовым зазором. Методы исследования. В работе использованы оптические методы анализа с применением спектрофотометра СФ-46 и спектрофотоколриметра КФК-3; прямые потенциометрические методы измерения рН и ионов аммония с использованием ион-селективных электродов; а так же методы математического моделирования и статистической обработки результатов химического эксперимента. Научная и практическая новизна работы. Детально изучены условия образования окрашенного индофенольного комплекса по реакции Бертло и оптимизированы условия его получения: концентрации салицилата натрия, гипохлорита натрия, нитропруссида натрия, а также влияние рН, температуры и времени протекания реакции. Полученные результаты позволили создать цветовую шкалу для индикации ионов аммония/аммиака с применением экспрессного тест-метода. Впервые предложен потенциометрический метод и принципиально новая конструкция датчика для определения высокочувствительного определения аммиака в водных средах и в выдыхаемом человеком воздухе. Усовершенствованные спектрофотометрический индофенольный и потенциометрический, на принципе функционирования хингидронного электрода с газовым зазором позволяют проводить индикацию аммиака в диапазоне концентраций 0,1 -100 ppm . Достоверность полученных результатов. Полученные результаты, их аргументация и следующие за ними выводы, обоснованы теоретическими выкладками и экспериментально подтверждены химическими, физико- 4 химическими методами (спектрофотометрия, титрометрия, рН-метрия, ионометрия). Достоверность полученных результатов также подтверждается составлением соответствующих математических моделей и уравнений регрессионного анализа с использованием статистических программ, общепринятых критериев оценки правильности результатов анализов и химического эксперимента: «метод добавок», «введено-найдено», критериев t -Стьюдента и F -Фишера на модельных, эталонных и реальных образцах. Апробация результатов исследования . Результаты исследования были представлены на 3 Международных конференциях: Международный научный форум «Наука и инновации. Современные концепции. 2021. ( Москва ); 7th International scientific and practical conference “Science, innovations and education: problems and prospects”, (February 9-11, 2022 (Tokyo, Japan. ); 2nd International Conference on Modern Research in Agriculture, Biological, Medical and Environmental Sciences. May 10-11 (India). Опубликованность результатов исследования . По теме диссертации опубликовано 5 научных работ. Из них - 2 статьи, опубликованные в рецензируемых международных журналах: Norwegian Journal of development of the International Science – 2022.- No 77. v.1–P.3-9 DOI: 10.24412/3453-9875- 2021-77-1-3-9. SJIF Impact Factor — 5.02 Норвегия ); International Journal of Research in Management & Social Science Volume 10, Issue 2: April - June 2022. –Р.129-133 (WoS; Индия ). Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, экспериментальную часть, обсуждение собственных результатов, заключения, списка использованной литературы, приложения. Диссертация изложена на 75 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 13 таблиц, 127 библиографических источников на русском и английском языках. 5 ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Методы определения ионов аммония На сегодняшний день разработано большое количество методов определения ионов аммония в различных объектах: спектрофотометрических [3-8], электрохимических [9-13], хроматографических [14,15] и методом капиллярного электрофореза [16– 18], а также предложено использовать проточные методы анализа с различными типами детектирования: спектрофотометрическими [19,20], электрохимическими [13, 21] хроматографическими [22,23] и флуориметрическими [24,25]. При выборе метода определения ионов аммония, в первую очередь, внимание обращают на состав матрицы и влияние примесных компонентов на результаты анализа. Для определения ионов аммония наиболее доступными для прикладных лабораторий остаются спектрофотометрические методы. Одним из спектрофотометрических методов определения содержания аммиака и ионов аммония является метод Несслера [26,27]. Он основан на 6 образовании окрашенного коллоидного раствора при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера – щелочным раствором меркурииодида калия (K 2 [HgJ 4 ]) по следующей реакции: 2NH 3 + 2HgJ 4 2- → NH 2 Hg 2 J 3 + 5J - Причем при малых концентрациях ионов аммония образуется светло- коричневый комплекс NH 2 Hg 2 ОJ, при более высоких – коричневый NHHg 2 J 2 ·H 2 O, и при высоких – темно-коричневый NH 2 Hg 2 J 3 . Полученный коллоидный раствор фотометрируют при 400 – 425 нм (для количеств ≤ 0,2 мг NH 3 ) и при 550 – 580 нм (для ~ 1 мг). При определении низких концентраций ионов аммония оптическая плотность растворов сохраняется постоянной длительное время. Колебания температуры в пределах 21 – 42 °С не влияют на результаты определения [27]. При определении ионов аммония методом Несслера мешающее влияние оказывают алифатические и ароматические окрашенные соединения, амины, альдегиды и кетоны. Следует отметить, что при определении этим методом могут происходить потери аналита в результате частичного осаждения окрашенного комплекса или улетучивания NH 3 при проведении реакции [19]. К недостаткам этой методики следует отнести собственную интенсивную окраску реактива Несслера. Попытка повышения контрастности (путем замораживания и последующей декантации при оттаивании) привела к резкому уменьшению чувствительности анализа. Кроме того, реактив является высокотоксичным. Более чувствительным является индофенольный метод, основанный на реакции Бертло [28]. Фенол в присутствии гипохлорита и аммиака образует индофенольный комплекс: 7 В качестве катализатора этой реакции применяют нитропруссид натрия [5,29]. Известно большое количество модификаций метода, когда вместо фенола применяют 1-нафтол, 2-метил-8-гидроксихинолин, гваякол, крезолы, 8- гидроксихинолин, тимол и салицилат [6, 30-33]. Модифицированные методы отличаются избирательностью и высокой чувствительностью. Не мешают определению меламин, дицианамид, карбамид, циануровая кислота и другие азотсодержащие соединения. Мешают сульфид-ионы и сероводород, восстановители, реагирующие с гипохлорит-ионами. Для устранения мешающего влияния ионов щелочноземельных металлов в пробу добавляют растворы тартрат-ионов, цитрат-ионов или этилендиаминтетрауксусной кислоты ( ЭДТА ). В работах [34,35] было предложено использовать смесь цитрат-ионов и ЭДТА, а в [36] маскирование Ca 2+ и Mg 2+ было осуществлено за счет добавления 1,2-циклогександиамин тетрауксусной кислоты. В [37] разработан твердофазный сенсор для определения ионов аммония, основанный на образовании индофенольного комплекса. Данный твердофазный сенсор изменят свою окраску в присутствии ионов аммония в течение 3 мин при комнатной температуре и отвечает линейной зависимости от 1 до 10 мг/л ионов аммония. В состав индикаторной пленки сенсора входят: 38,2 % целлюлозы, 0,8 % нитропруссида натрия, 15,2 % 8 дихлоризоцианата натрия, 7,6 % гидроксида лития и 38,2 % салицилата натрия. Для автоматизированного определения ионов аммония разработаны проточные методы на принципах непрерывного проточного ( НПА ), проточно- инжекционного ( ПИА ), последовательного инжекционного ( SIA ), мульти-коммутационного проточно-инжекционного ( MCFIA ), многошприцевого проточно-инжекционного ( MSFIA ), многонасосного проточного ( MPFS ) и циклического инжекционного ( ЦИА ) анализов. Метод НПА был разработан для выполнения измерений подобных дискретному анализу и представляет собой непрерывный поток, разделенный пузырьками воздуха, смешение которого проходит в реакционной спирали с последующим детектированием аналитической формы. Несмотря на недостатки, связанные с сегментацией (необходимость удаления пузырьков воздуха, медленное время запуска и большой расход проб и реагентов), метод нашел широкое применение в океанографических исследованиях, в том числе и для определения ионов аммония в морской воде [36,38]. В отличие от сегментированного проточного анализа ПИА предполагает периодическое введение дискретных порций пробы в непрерывный ламинарный несегментированный поток носителя [39]. Такие преимущества как высокая пропускная способность и воспроизводимость результатов анализа, простота работы, низкая стоимость, а также возможность компактной транспортировки анализатора сделали метод ПИА привлекательным и полезным в океанографических исследованиях. Поэтому большинство методик определения ионов аммония в речной и морской водах проводятся в условиях ПИА. Успешное применение ПИА для определения ионов аммония известно и в пищевой промышленности, например, для анализа нефильтрованного пива [19]. В основе методики лежит реакция Бертло: после введения пробы в поток щелочного раствора ионы аммония переходят в форму аммиака, который диффундирует через газопроницаемую мембрану в поглотительный 9 раствор, содержащий салицилат и нитропруссид натрия. Далее раствор смешивается с раствором дихлоризоцианурата, и происходит образование индофенольного комплекса. Важными параметрами, которые оказывают влияние на чувствительность и воспроизводимость определения ионов аммония являются температура, скорости каждого потока, концентрации реагентов и потока поглотительного раствора, длина реакционной спирали и объем образца. Линейная градуировочная зависимость наблюдалась в диапазоне концентраций ионов аммония от 0,1 до 40 мг/л. Предел обнаружения – 0,05 мг/л, производительность – 11 проб в час. Помимо проточно-инжекционного анализа высокий интерес представляют схемы последовательного инжекционного анализа и мультикоммутационные (MSFIA, MCFIA), разработанные сравнительно недавно. В случае с SIA используется одна жидкостная линия, по которой с помощью реверсивного насоса движется поток растворов попеременно в двух противоположных направлениях [39]. Универсальность, экономия реагентов, компьютерный контроль и надежность являются основными преимуществами этого подхода. Схемы мультикоммутационных систем также управляются с помощью компьютеров и имеют те же преимущества, что и SIA, однако стоит отметить возможность их миниатюризации, а значит и большей мобильности. Наличие работ [28, 40-42] свидетельствует о важности этих методов в осуществлении мониторинга водных сред на предмет содержания в них ионов аммония. Существенное отличие в наличии реакционной емкости ( РЕ ) имеет циклический инжекционный анализ, который предполагает строгое воспроизведение всех стадий анализа: отбор аликвотной пробы, пробоподготовку, добавление реагентов, перемешивание до установления равновесия в системе и измерение аналитического сигнала [39]. Кроме того, при необходимости возможно включений дополнительных операций, таких как концентрирование и/или термостатирование. В [13] предложена методика циклического инжекционного 10 определения ионов аммония (Рисунок 1). Реакционная емкость, используемая для осуществления аналитической реакции, конструктивно была объединена с потенциометрической ячейкой для детектирования аналита по изменению pH поглощающего раствора. При этом были рассмотрены две схемы коммутации реакционной емкости с потенциометрической ячейкой ( ПЯ ) (Рисунок 1). Первая схема ЦИА предполагала непосредственный перенос образующегося в щелочном растворе пробы аммиака газом-экстрагентом (атмосферным воздухом) из реакционной емкости (3) в потенциометрическую ячейку (4) через соединительную трубку (т), а вторая схема – через газопроницаемую мембрану (м) из пористого политетрафторэтилена, помещенную на стыке корпусов РЕ и ПЯ, изготовленных из полиэтилена. Градуировочная зависимость линейна в диапазоне концентраций ионов аммония от 5 до 2000 мкг/л. Производительность в выбранных оптимальных условиях выделения и концентрирования ионов аммония в форме аммиака составила 7 определений в час. Рис. 1.1. Схема ЦИА для определения ионов аммония в воде [28]: 1 – кран- переключатель (положения: а, б, в, г, д, е); 2 – реверсивный перистальтический насос; 3 – реакционная емкость; 4 – электрохимическая ячейка; 5 – потенциометрическая ячейка; т – 11 соединительная трубка; м – газопроницаемая мембрана. Линии подачи: а – дистиллированной воды; б – пробы; в – NaOH; г – KCl; д – газа- носителя; е – сброс. Особое внимание уделяется проточному спектрофотометрическому определению ионов аммония с использованием кислотно-основных индикаторов [40, 41, 43-45]. Выделение аммиака осуществляется методом газовой диффузии (ГД) , который обеспечивает высокую селективность и чувствительность, нашел широкое применение при определении летучих соединений [46]. Методы основаны на том, что выделенный в результате щелочного гидролиза аммиак диффундирует через газопроницаемые мембраны (полипропилен, политетрафторэтилен) в поток поглотительного раствора кислотно-основного индикатора, после чего следует фотометрическое детектирование изменения его окраски (Рис . 1.2). Рис. 1.2. Схема газовой диффузии через микропористую мембрану. Поглощенный аммиак определяют спектрофотометрически [47], потенциометрически [48,49], флуориметрически [50-52] или кондуктометрически [22, 42]. Кроме того, детектирование может осуществляться методом ионной хроматографии ( ИХ ). В этом случае выделенный в процессе гидролиза аммиак диффундирует через поры мембраны в поглотительный раствор кислоты, в качестве которой авторы [22] использовали соляную кислоту, а авторы [23] – метансульфоновую ( МСК ). После этого анализируемый раствор вводится в хроматографическую колонку. Метод ИХ дает 12 возможность совместного определения аммиака и аминов, однако имеет существенные недостатки, такие как низкая производительность вследствие дополнительной стадии хроматографического разделения, а также сложность комплектации схемы проточного анализа. Характеристическими признаками любого мембранного метода являются: тип применяемых в нем мембран и движущая сила процесса переноса вещества через мембраны [53]. В подавляющем большинстве примеров применения мембранных методов в аналитической химии наиболее предпочтительным является вариант газодиффузионного выделения через инертные к выделяемым веществам пористые или непористые гидрофобные полимерные мембраны [54]. Среди пористых мембран, применяемых для газодиффузионного разделения веществ, наибольшее распространение нашли мембраны из политетрафторэтилена [55,56] и полипропилена [57]. Материалом непористых мембран чаще всего служит силиконовая резина [56]. Так, в работе [47] было проведено сравнение различных типов мембран по эффективности газопереноса при проточно- инжекционном определении ионов аммония в водных растворах. Экспериментально было подтверждено, что политетрафторэтиленовая ( ПТФЭ ) мембрана обладает наилучшими транспортными характеристиками, по сравнению с мембранами из полипропилена (Millipore и Celdard). Следует отметить, что с развитием метода определения ионов аммония на основе кислотно-основных индикаторов, изменился и состав поглотительного раствора. Более ранние работы свидетельствуют об использовании одного из индикаторов: крезолового красного, тимолового синего или бромтимолового синего ( БТС ), в то время как в более поздних работах в качестве поглотительного раствора используется смесь индикаторов. Так, в работе 1983 года [43] в качестве индикатора использовался бромтимоловый синий (pH = 6,5). Был достигнут ПО = 1,8·10 -5 г/л при скорости потока раствора щелочи и принимающего раствора 0,7 мл/мин, а 13 максимальная производительность анализа – 100 определений в час. Определения проводились при 620 нм в условиях ПИА. Более поздняя работа [41] была посвящена определению ионов аммония по той же спектрофотометрической методике, но в условиях SIA. ПО составил 2,7·10 -5 г/л, производительность – 20 определений в час (каждый цикл учитывает время переключения крана, изменение направления потока). В работе [58] в качестве кислотно-основного индикатора рассмотрена смесь красителей: тимолового голубого и крезолового красного, обеспечивающая большую чувствительность по сравнению с одним красителем, при этом измерения оптических плотностей индикаторного раствора проводились при 577 нм. Было замечено, что использование смеси индикаторов приводит к большей контрастности реакции, а значит, и чувствительности метода в целом. Авторами работы [59] были проанализированы проточные спектрофотометрические методики определения ионов аммония в водных средах. Авторы отмечают, что большинство публикаций посвящено определению ионов аммония с помощью реакции Бертло (Таблица 1.1) и газовой диффузии (Таблица 1.2). Таблица 1.1 Аналитические характеристики проточных спектрофотометрических методик определения ионов аммония, основанных на реакции Бертло . Реагент Метод определе ния ПО, мкМ Диапазон определяемых концентраций, мкМ Производите льность, определений/ час Объект анализа Литерату ра Фенолят натрия НПА 0,12 40˂ 90 Морская вода [36] НПА 0,005 1 ˂ 30 Морская вода [34] ПИА 278 ˂ 278-4444 40 Водные объекты [60] ПИА 1,4 107 ˂ - Водные [61] 14 объекты SIA 0,0035 0,428˂ 3 Морская вода [62] Салицилат натрия ПИА 35,7 ˂ 35,7-214 36 Водные объекты [63] α-нафтол ПИА 0,72 222 ˂ 26 Водные объекты [64] Данные таблицы 1.1 свидетельствуют, что индофенольная реакция широко используется в неравновесных методах анализа (ПИА, SIA и др.) Учитывая данные таблицы 1.2, можно сделать вывод, что наиболее производительными являются спектрофотометрические методы на основе кислотно-основных индикаторов. Кроме того, эти методы обладают высокой чувствительностью, что делает их лидерами в области проточных методов анализа с газодиффузионным разделением. Таблица 1.2 Аналитические характеристики проточных методик определения ионов аммония с использованием газовой диффузии Поглотите льный раствор Метод определе ния ПО, мкМ Диапазон определяемых концентраций, мкМ Производи тель-ность, определени й/час Объект анализа Литера тура БТС ПИА 1 100 ˂ 100 Воды каналов [43] ПИА 0,2 1-50 30 Морская вода [49] SIA 3 222 28 Водные объекты [41] MCFIA 1 2,8-55,6 20 Речная, морская вода [40] Феноловый красный ПИА 0,05 10 ˂ 60 Океаническая вода [45] HCl ПИА-КЭ 0,02 2 ˂ 0чень низкая Водные объекты [22] МСК ПИА-КЭ 0,03 1 ˂ 0чень Морская [23] 15 низкая вода Разработаны проточные методики и с флуориметрическим типом детектирования. Одна из известных методик основана на реакции между ионами аммония с ортофталевым альдегидом в щелочной среде в присутствии сильного восстановителя (например, 2-меркаптоэтанола [65] или сульфита натрия). Продукт реакции интенсивно флуоресцирует. Этот метод может быть использован как для определения ионов аммония, так и аминокислот. Было замечено, что использование сульфита натрия в качестве восстановителя снижает чувствительность метода к аминокислотам, тем самым делая метод более селективным к ионам аммония [66]. Флуориметрический метод широко используется в проточных анализаторах для определения ионов аммония в речной и морской воде [24]. На основе этих проточных анализаторов были разработаны судовые анализаторы, которые могут выполнять измерения практически в режиме реального времени, с высокой производительностью – 3600 проб/час [67]. Авторы сообщают, что введение формальдегида в раствор восстановителя увеличивает чувствительность метода и стабилизирует раствор реагентов, а также способствует устранению мешающего влияние аминов и аминокислот. В [59] приведена таблица сравнения ПО и диапазонов концентраций различных проточных методов с флуориметрическим типом детектирования (Таблица 1.3). Таблица 1.3 Аналитические характеристики проточных методик определения ионов аммония с флуориметрическим типом детектирования. Восстанов итель Метод определе ния ПО, мкМ Диапазон определяемых концентраций, мкМ Производите льность, определений/ час Объект анализа Литера тура 2- меркаптоэт ПИА-ГД ~1 >2 30 Речная, морская вода [51] 16 анол ПИА-ГД ~1- 18 Морская вода [52] Сульфит- ион НПА 7 12 ˂ 40 Речная, морская вода [24] ПИА-ГД 7 4 ˂ 30 Морская вода [50] Из таблицы 3 видно, что флуориметрические методы являются высокочувствительными и обладают высокой производительностью. Однако его существенным недостатком является токсичность реагента ортофталевого альдегида. Кроме того, разработанные проточные анализаторы пригодны только для анализа водных сред. Для разделения и концентрирования ионов аммония авторы работы [90] предложили использовать жидкостную микроэкстракцию в каплю ( ЖМЭ ) поглотительного раствора с последующим спектрофотометрическим определением выделенного аналита. Предложенная методика заключается в экстракции ионного ассоциата, образованного между индофенольным комплексом, полученным по реакции Бертло, и аммонийной солью тетрабутиламмоний бромида в микрокаплю (50 мкл) органического растворителя, В качес тв е к о т ор о го б ыл в ыб р ан х л ор о ф ор м . Д а ль ней ш ее р а з д е л е н и е ор г а н ич е с к о й фа з ы о т в од н о й о с у щ ес твл я л о сь п у т ем цен т р иф у ги р о в а н ия в т ече н ие 1 м и н у т ы. К до с т о и нс тв ам д а н н о г о м е т о д а с т о ит о т нес т и в о зм о ж но с т ь о п р е д е л е н ия н и з к их к о н ц е н т р а ц ий и о н о в а м м о н ия з а счет до с т и же ни я о т н о с и т е ль н о б о льш их к о э ф ф и ц иен т о в к о н ц ен т р ир о в а н ия. О д н а к о м и к р о к о н ц ен т р ир о в ан и е в кап л ю э кс т р аг е н т а не и з б а вл яет о т м е ш а ющ его вл ия н ия м а т р и цы р ас тв о р а п р об ы п р и п р о в е д е ни и р е а к ци и Б е р т л о . Н е до с т а т к о м я вл яе т ся и т о к с и ч н о с т ь х л о р о фо р м а. Р а з р а бо т а н ная м е т о д и к а б ы л а п р и м е н ена д л я о п р е д е л е н ия и он о в а мм о н и я в п ри р одн ых в о д а х. Устранить влияние состава пробы на результаты спектрофотометрического определения ионов аммония можно путем включения в схему анализа парофазной микроэкстракции (ПФМЭ) , которая позволяет выделять летучий аналит из пробы в жидкую фазу, которая 17 максимально соответствует по составу условиям дальнейшего определения аналита (Рисунок 1. 3). Рис. 1.3. Схема установки парофазной микроэкстракции. В этом случае капля растворителя помещается не в жидкость, а находится над поверхностью, и примеси концентрируются из паровой фазы [68]. Широкое применение этот метод нашел для концентрирования веществ, обладающих высокой летучестью. Используемый экстрагент должен иметь сравнительно высокую температуру кипения во избежание его заметного испарения в паровую фазу в процессе экстракции. Авторами S. Liu и P. K. Dasgupta была показана возможность применения экстракции в микрокаплю летучих аналитов из газообразных сред [69,70]. Для этого газообразную пробу продували через камеру с каплей подходящего поглотительного раствора, в качестве которого авторы использовали серную кислоту, при этом летучий аналит концентрировался в каплю. Таким образом, пропуская большие объемы пробы, можно добиться очень низких ПО. Для определения аммиака в воздухе была разработана схема SIA с предварительным концентрированием в каплю. В [16] предложена методика определения ионов аммония в крови, морской воде и молоке методом капиллярного электрофореза с предварительной парофазной микроэкстракцией в каплю. Согласно этой 18 методике 4 мл пробы помещались в виалу объемом 10 мл, к ним добавляли 1 мл буферного раствора (рН = 12), герметично закрывали. После этого мембрану виалы прокалывали иглой микрошприца и выдавливали 5 мкл поглотительного раствора, в качестве которого авторы предложили использовать смесь фосфорной кислоты и дигидрофосфата калия. После 15 мин концентрирования каплю отбирали обратно в микрошприц и анализировали её содержимое в условиях капиллярного электрофореза. Для улучшения воспроизводимости результатов в качестве внутреннего стандарта использовали ионы K + , которые совместимы с поглотительной фазой, обладают химической стабильностью и достаточной подвижностью. Учитывая тот факт, что разделение K + и NH 4 + затруднено вследствие их одинаковой электрофоретической подвижности в нейтральной и кислой среде, 18-краун-6 эфир добавляли в поток электролита. Краун эфир уменьшал подвижность ионов K + без существенных изменений во времени миграции для ионов аммония. Таким образом, в качестве электролита авторы использовали раствор нейтрализованного имидазола и уксусной кислоты (рН = 4,3) с добавлением 18-краун-6 эфира. Методика обеспечивает довольно высокую чувствительность (ПО = 27 мкг/л), а парофазная микроэкстракция в каплю позволяет избавиться от мешающего влияния многокомпонентных матриц биологических жидкостей. Ещё одним интересным подходом для решения проблемы разделения и концентрирования ионов аммония является совмещение парофазного выделения аналита с его последующей дериватизацией. В этом случае [71] ионы аммония переводятся в форму летучего аммиака путем добавления гидроксида натрия к жидкой пробе в закрытом сосуде при нагревании и перемешивании (Рис. 1.4.). 19 Рис. 1.4. Схема парофазного выделения и дериватизации ионов аммония [71]. Выделенный аммиак поглощался поглотительным раствором (в качестве которого была использована смесь о-фтальдегида ( ОФД ) и сульфита натрия) с образованием изоиндольного прозводного. При этом экстракция аммиака проходила в режиме динамичного движения поршня шприца, после чего содержимое шприца инжектировалось непосредственно в жидкостной хроматограф с флуоресцентным детектором ( ЖХ-ФЛД ). Несомненными преимуществами такого подхода являются экспрессность и отсутствие влияния матрицы пробы. В таблице 1.4 представлены аналитические характеристики методик, включающие различные методы разделения и концентрирования ионов аммония. Таблица 1.4 Сравнение аналитических характеристик методик с разными видами разделения и концентрирования. Методконцентрирования Метод определения ПО (мкг/л) Линейный диапазон концентраций, мкг/л RSD, % Время анализа, мин Ссыл ка ТФЭ UV–vis 2,5 10–160 3,0 8-10 [ 100 ] МЭК UV–vis 1 2–125 2,8 ~ 30 [ 95 ] ЖМЭ UV–vis 5 20–700 7,6 ~34 [ 90 ] ПФМЭ КЭ-UV 27 90–1800 5,3–7,5 ~ 20 [ 31 ] ПФ выделение + дериватизация ЖХ- ФЛД 5,6 10,6 – 169,7 3,8 –6,6 12-14 [ 105 ] Из приведенных данных (Таблица 1.4) видно, что с помощью МЭК удалось достичь высокой чувствительности методики определения ионов аммония, однако, производительность остается на низком уровне. ПФМЭ в 20 каплю позволяет добиться лучшей производительности, уменьшить расход реагентов, а также позволяет проводить детектирование различными методами, в том числе и в условиях проточного анализа. Использование ЖХ- ФЛД значительно сокращает время анализа, однако, применение этого метода для массовых анализов в мобильных лабораториях осложнено его дорогой стоимостью и трудоемкостью. Стоит отметить, что, несмотря на большое количество работ, посвященных определению ионов аммония, основная масса исследований направлена на изучение и развитие методов их разделения/выделения, концентрирования и определения в жидких и газовых средах, и лишь незначительная часть уделяется изучению проблемы определения ионов аммония в твердофазных образцах [72]. 1.2. Тест-методы Одна из важнейших тенденций развития аналитической химии в последнее время – перемещение химического анализа из лабораторий к тем местам, где находится анализируемый объект [73]. Анализ «на месте» («on site») имеет много достоинств: экономия времени и средств на доставку проб в лабораторию и на сам лабораторный анализ; снижение требований к квалификации исполнителя, поскольку используются более простые средства анализа; но главное – что часто анализ в стационарной лаборатории вообще невыполним или не имеет никакого смысла, поскольку, например, изменяются формы существования компонентов. Анализ «на месте» осуществляется почти или точно в режиме реального времени; это позволяет без промедления начать действия по устранению источников и/или последствий происшествий, не дожидаясь проведения анализа в лаборатории и соответствующих лабораторных данных [73]. При анализе «на месте» можно выделить, по крайней мере, четыре 21 группы средств анализа [74]: Передвижные лаборатории – на автомобилях, катерах, самолетах и т.д. В этом случае применяются обычные лабораторные методы и приборы, для которых стараются решить проблемы сетевого питания с помощью применения аккумуляторов и батарей, а также сделать их более устойчивыми к вибрации и пыли. Портативные переносные аналитические приборы (на батареях) чаще монофункциональные, то есть предназначенные для определения одного вещества. В этих приборах методика обычно "зашита" в конструкции и не меняется, иногда не требуется отбор пробы. Однако в последнее время активно ведется разработка и переносных многофункциональных приборов. Системы химических сенсоров – датчики небольшого размера, помещаемые в анализируемую среду. Датчик непрерывно и обратимо регистрирует содержание какого-либо одного компонента этой среды. Принцип и методика анализа заложены в техническом решении сенсора. Химические сенсоры перспективны как чувствительные элементы систем внелабораторной диагностики, контроля и регулирования. Подобие такой системы применяется на космических кораблях. Средства для экспресс-тестов – простых и относительно дешевых приемов обнаружения и определения веществ, не требующих существенной подготовки пробы, сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования, лабораторных условий и квалифицированного персонала. Общий принцип почти всех химических тест-методов – это использование аналитических реакций и реагентов в условиях и в формах, обеспечивающих получение визуально наблюдаемого или легко измеряемого эффекта. Реагенты и различные добавки используют в виде заранее приготовленных растворов или иммобилизованными на твердом носителе – бумаге, силикагеле, пенополиуретане и т.д. В качестве средств для тест- методов химического анализа могут быть использованы индикаторные бумаги, индикаторные порошки и трубки, таблетки и другое [73]. 22 По принципу действия тест-методы можно разделить на химические, биохимические и биологические. Биохимические включают ферментные и иммунологические, биологические основаны на использовании микроорганизмов, насекомых и даже еще более высокоорганизованных организмов [74]. Тест-методы позволяют проводить широкий скрининг проб, например, объектов окружающей среды. Пробы, давшие положительный результат, отделяются от тех, что показали отсутствие компонента. В случае образцов, для которых результат был положительным, предполагается в случае необходимости и более глубокое изучение, в том числе в лаборатории с использованием дорогостоящих приборов. Другая область использования – контроль технологических процессов; иногда достаточно оценить близость контролируемой концентрации к предельной, причем это надо делать быстро и непосредственно у технологического агрегата. Лабильные, меняющие свои свойства пробы часто вообще бессмысленно доставлять в лабораторию, их надо быстро оценивать на месте [73]. При создании тест-методов необходимо ориентироваться на их реальную потребность, в этом случае чувствительность может отойти на последний план, что исключено при создании методик лабораторного анализа. Тест-методы могут быть незаменимыми в критических ситуациях, когда потеря времени может стоить жизней, например, при определении состава воздуха, воды, почвы после промышленной катастрофы. Для тестирования воды и жидких сред можно выделить следующие средства [73]: 1. Бумажные полоски и их аналоги [74-78]. 2. Индикаторные порошки [79,80]. 3. Таблетки и подобные им формы [81,82]. 4. Индикаторные трубки [83-91]. 5. Обычные ампулы и капельницы [92]. 23 6. Самонаполняющиеся ампулы [93,94]. 7. Наборы для титрования. Основными требованиями, предъявляемыми к тест-системам, являются: предпочтительнее ошибочное «да», чем ошибочное «нет»; экспрессность определения; минимальное число операций или простота использования; контрастность реакции. Благодаря своей относительной дешевизне и простоте визуальные методы детектирования остаются самыми распространенными среди методов детектирования, применяемых в анализе «на месте». Они используются как для качественного анализа, так и полуколичественного, и количественного. К визуальным методам можно отнести цветометрию и колориметрический способ детектирования. В основе этих методов лежит цветная реакция. Основными требованиями, предъявляемыми к реакциям, используемых в тест-методах, являются следующие: селективность; достаточно высокая чувствительность; высокая контрастность и высокая скорость цветового перехода; возможность ввести реагенты в формы, пригодные для использования; устойчивость реагентов при хранении; устойчивость аналитического эффекта во времени [73]. Для тест-определения ионов аммония в жидкостях применяют метод Несслера и индофенольный метод (Таблица 1.5) [73]. Таблица 1.5 Тест-системы определения ионов аммония. Реагент Диапазон определяемыхконцентраций, мг/л Способ определения Реактив Несслера 10 – 400 Тест-полосы QUANTOFIX 8-гидроксихинолин, нитропруссид натрия, CaOCl 2 2 – 20 Оценка интенсивности окраски индикаторных бумаг 0,5 – 20 Оценка интенсивности окраски анализируемой жидкости после 24 внесения индикаторных бумаг Тимол, хлорамин 0,2 – 3 Система VISOCOLOR ECO Салициловая кислота, хлорамин 0,2 – 10 Система VISOCOLOR 0,02 – 0,5 Система VISOCOLOR HE 0,025 – 10 Системы Aquamerck, Aquaquant, Microquant Методология скрининг-анализа заключается в быстрой обработке большого числа проб при относительной дешевизне обследования, простоте эксперимента, не требующем большой квалификации исполнителя [73]. При таком обследовании возможны два результата: положительный и отрицательный. Причем, отрицательный результат является правильным и окончательным, в то время как положительный требует дополнительного проведения экспериментов. Под химическим сенсором обычно понимают небольшого размера, иногда просто миниатюрный датчик, помещенный в анализируемую среду, который непрерывно и обратимо регистрирует содержание какого-либо одного компонента этой среды [73]. Модифицированные различными реагентами тест-средства, предназначенные для аналитических целей, могут быть классифицированы по способу иммобилизации, по типу модификатора и по типу носителя. Примерами модификаторов могут быть органические и неорганические реагенты. Из носителей чаще всего применяют ионообменные смолы, целлюлозу, пенополиуретаны, поливинилхлоридные мембраны, высокодисперсные силикагели – кремнеземы и ксерогели. Существуют различные способы иммобилизации аналитического реагента на носителе: иммобилизация за счет физической сорбции или импрегнирования; синтетический – за счет ковалентной прививки модификатора [73]. И в тест-методах, и в тест-сенсорах стараются использовать селективные реагенты, либо создают условия для селективного определения. 25 В случае малоселективных реакций используют приемы маскирования и отделения мешающих определению элементов непосредственно на носителе. В состав пропиточных растворов, кроме реагента, вводят и маскирующие вещества. Реже их вводят непосредственно в исследуемый объект [73]. В качестве средства реализации таких модифицированных систем высокий интерес представляют стеклянные трубки . Стеклянные трубки заполняют носителем с иммобилизованным на нем реагентом. Через трубку пропускают определенный объем анализируемой жидкости (это можно сделать с помощью шприца, за счет гидростатического давления или за счет капиллярных сил, опустив трубку в анализируемую жидкость). В результате взаимодействия между закрепленным реагентом и аналитом образуется соединение, имеющее окраску, отличную от окраски слоя сорбента [73]. Были проанализированы работы [83-91], где предложено два варианта получения аналитического сигнала с использованием тест-трубок (диаметр 1 – 3 мм): 1) образование окрашенного соединения непосредственно в трубке в результате пропускания пробы через трубку, заполненную индикаторным порошком; 2) образование окрашенного соединения в растворе и затем пропускания его через трубку. Для получения индикаторных порошков в этих исследованиях были использованы нековалентная иммобилизация аналитических реагентов на обращенно-фазовых силикагелях и их включение в ксерогели кремниевой кислоты. Там же были сформулированы требования к аналитическим реагентам, пригодным для использования в методе индикаторных трубок: контрастность реакции, высокая стойкость взаимодействия с определяемым компонентом, прочное удерживание реагента и продукта реакции индикаторным порошком, чувствительность и селективность. 26 Сделаны следующие выводы: - уменьшение концентрации иммобилизированного реагента в индикаторном порошке приводит к увеличению чувствительности определения. В то же время происходит ухудшение контрастности зоны начиная с некоторой концентрации, индивидуальной для каждой системы; - уменьшение внутреннего диаметра трубки в интервале 1 – 3 мм приводит к повышению чувствительности определения; - в режиме опускания целесообразно использовать индикаторные трубки длиной 40 мм, в режиме пропускания – 70 мм; - для обеспечения высокой точности определения время прохождения анализируемого раствора через индикаторную трубку должно в 10 – 20 раз превышать время химической реакции. Рис. 1.5. Схема капиллярной трубки: 1 – стеклянная трубка, 2 – метка погружения в раствор, 3 – индикаторная полоска, 4 – слой фермента, 5 – индикаторные слои, 6 – необработанные реагентом слои. Авторы [95] обобщили сведения по всем этим биосенсорам, их методикам аналитическим характеристикам и способам иммобилизации реагентов. Биосенсоры обладают такими важными качествами как простота, надежность и экспрессность, кроме того они обеспечивают низкие ПО. Время отклика этих сенсоров составляет 10 с – 20 мин. Стоит отметить, что 27 эти сенсоры были разработаны для определения мочевины в слюне [96], крови [97-99], сыворотке крови [100,101], моче [102,103] и молоке [105-107]. Заключение по главе I В литературном обзоре были рассмотрены возможные методы определения аммиака в воздушной и водной средах. Для проведения внелабораторного количественного анализа широко доступным методом является спектрофотометрия, обеспечивающая экспрессность, простоту исполнения и его низкую стоимость, что особенно важно при выполнении массовых анализов. Метод определения ионов аммония, основанный на реакции Бертло, обладает высокой чувствительностью, кроме того, замена фенолята натрия на салицилат натрия позволяет избежать работы с высокотоксичным реагентом. Парофазная микроэкстракция и мембранная газовая диффузия являются наиболее удобными и эффективными методами выделения и концентрирования ионов аммония в условиях проточного анализа. Включение в схему анализа операции предварительного выделения в каплю позволяет выделить определяемое вещество из анализируемого раствора в среду, которая не мешает его дальнейшему определению. Кроме того, данный метод не требует дорогостоящего аналитического оборудования. Использование мембранной газовой диффузии позволяет проводить 28 определение ионов аммония с помощью кислотно-основного индикатора, что приведет к увеличению производительности. В то же время открытым остается вопрос об определении микроконцентраций аммиака и ионов аммония (на уровне ppb и ppm ) в воздушной среде и рабочей зоне с применением супер-чувствительных цветометрических и электро-химических методов анализа. Этот факт обусловливает актуальность выбранной темы настоящей магистерской диссертации. 29 ГЛАВА II МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. Средства измерений, оборудование и реактивы Для проведения эксперимента было использованы следующие приборы и оборудование: 1. Спектрофотометр СФ-46 (ЛОМО, Россия), спектральный диапазон от 190 до 1100 нм. 2. Спектрофотоколориметр КФК-3, спектральный диапазон от 350 до 850 нм 3. Весы аналитические ВЛР – 20 г, 2-ой класс точности, предел взвешивания 20 г, дискретность 0,1 мг. 4. Иономер ЭВ-74 с точностью измерения 0,05 рН (Гомель, Беларусь) 5. Иономер И-130М с точностью измерения 0,01 рН (Гомель, Беларусь) 6. Электроды ионселективные для измерения рН и рNH4+ и сравнения: ЭСЛ 63-07; мембранный рNH4; насыщенный ЭВЛ-1М3 и ЭВЛ-1-М4 7. Автоматические одноканальные дозаторы Ленпипет постоянного объема: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1 мл (Thermo Fisher Scientific). 8. Циркуляционный термостат (LOIP, Россия, Санкт-Петербург). 9. Центрифуга (SIGMA 2-6, 6000 об/мин, Польша). 10. Шкаф сушильный (ЛОИП, Россия). 11. Насос вакуумный 12. Часы газовые барабанного типа ГСБ -400 13. Колбы мерные вместимостью 25, 50, 100, 200 и 500 мл (ГОСТ 1770-74). 14. Химические стаканы вместимостью 5, 50, 100 и 500 мл (ГОСТ 25336). 15. Сито с диаметром отверстий 5 мм. 16. Чашка Петри стеклянная (ГОСТ 23932-90). 18. Шприцы одноразовые 5 и 10 мл (SFM Hospital Products GmbH, Германия). 18. Шприц хроматографический 10 мкл. 13. Перемешивающее устройство (LOIP LS-120 шейкер). 14.Ступка с пестиком. 30 2.2. Реактивы При выполнении экспериментальной части работы использовали следующие реактивы: 1. Бидестиллированная вода (проба на содержание аммиака), полученная на стеклянном бидистилляторе БВ-2. 2. Хлорид аммония (х.ч.) по ГОСТ 3773-72. 3. Гидроксид натрия (ч.д.а.) по ГОСТ 2263-79. 4. Салицилат натрия (ч.д.а.) по ГОСТ 17628-72. 6. Нитропруссид натрия (ч.д.а.) по ГОСТ 4218-77. 7. Гипохлорит натрия по (ч.д.а.) по ГОСТ11086-76. 8. Карбамид (ч.д.а.) по ГОСТ 6691-77. 9. п-Диметиламинобензальдегид (имп.,Sigma-Aldrich). 10. Кислота соляная (х.ч.) по ГОСТ 3118-77. 11. Фосфорная кислота (х.ч.) по ГОСТ 6552-80. 12. Кислота серная (х.ч.). 13. Реактив Несслера (Химреактив, Россия) 14. Крезоловый красный (имп., Sigma-Aldrich) . 15. Тимоловый синий (имп., Sigma-Aldrich). 2.3. Приготовление растворов и модельных образцов Приготовление 0,1 г/л раствора ионов аммония 0,0297 г NH 4 Cl помещали в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводили объем колбы до метки 0,1 М раствором соляной кислоты. Рабочие растворы готовили ежедневно последовательным разбавлением 0,1 г/л раствора ионов аммония. Приготовление 0,005 – 0,1 М щелочного раствора салицилата натрия 0,04 – 0,8 г салицилата натрия помещали в мерную колбу вместимостью 100 мл, растворяли в 30 мл деионизованной воды, добавляли 5 мл 0,5 М раствора гидроксида натрия и доводили объем колбы до метки деионизованной водой. Раствор устойчив в течение 2 - 3 недель при 31 температуре 5-10 °С. Приготовление 0,08 М раствора нитропруссида натрия 0,596 г Na 2 [Fe(CN) 5 NO]·2H 2 0 помещали в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводили объем колбы до метки деионизованной водой. Раствор устойчив в течение течение 2 - 3 недель при температуре 5-10 °С. Приготовление смешанного щелочного раствора салицилата натрия и нитропруссида натрия 0,04 г салицилата натрия и 0,005 г нитропруссида натрия помещали в мерную колбу вместимостью 50 мл, растворяли в 30 мл деионизованной воды, добавляли 5 мл 0,5 М раствора гидроксида натрия и доводили объем колбы до метки деионизованной водой. Раствор устойчив в течение течение 2 - 3 недель при температуре 5-10 °С. Приготовление 0,05 М раствора гипохлорита натрия 0,05 М раствор гипохлорита натрия готовили последовательным разбавлением исходного коммерческого препарата гипохлорита натрия. Содержание активного хлора в исходном растворе гипохлорите натрия устанавливали методом йодометрии в соответствии. Приготовление 0,5 г/л раствора крезолового красного 0,05 г индикатора крезолового красного помещали в мерную колбу емкостью 100 мл и доводили объем колбы до метки деионизованной водой. Раствор хранили в защищенном от света месте при комнатной температуре. Приготовление 1,5 г/л раствора индикатора тимолового синего В стеклянном стаканчике взвешивали 0,15 г индикатора тимолового синего, добавляли к нему 5 мл этилового спирта и перемешивали до полного растворения индикатора. Раствор количественно переносили в мерную колбу вместимостью 100 мл, промывали стаканчик небольшими порциями бидистиллированной воды, доводили объем раствора в колбе до метки и тщательно перемешивали. Раствор хранили в защищенном от света месте при комнатной температуре. Приготовление смешанного раствора индикаторов 32 Для приготовления смешанного раствора кислотно-основных индикаторов 10 мл 0,5 г/л раствора крезолового красного и 10 мл 1,5 г/л раствора тимолового синего и помещали в мерную колбу вместимостью 500 мл, доводили объем раствора в колбе до метки бидистиллированной водой и тщательно перемешивали. После этого полученный раствор переносили в стеклянный стакан объемом 500 мл, опускали в него вкладыш магнитной мешалки и доводили рН смешанного индикаторного раствора до значения 7,05 с помощью 0,1 М раствора гидроксида натрия. Раствор устойчив в течение 2 недель при хранении в защищенном от света месте. 33 ГЛАВА III . 1 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Спектрофотометрическое определение ионов аммония На основании анализа литературных источников для спектрофотометрического определения ионов аммония была выбрана наиболее высокочувствительная реакция образования индофенольного комплекса ( λ max = 660 нм, ε 705 = 10 4 л·моль -1 ·см -1 ), которая протекает при добавлении к ионам аммония гипохлорит-ионов и салицилат-ионов. Введение в реакционную смесь нитропруссида натрия способствует более быстрому протеканию реакции образования индофенольного комплекса. Литературные данные об условиях образования индофенольного комплекса (Таблица 3.1) крайне противоречивы. Поэтому было изучено влияние концентраций реагентов и рН на величину оптической плотности. Таблица 3.1 1 Материалы этой главы опубликованы : Raimkulova С h.A., Narbaev K.M., Aronbaev D.M., Aronbaev S.D. Optimization of indophenol complex formation conditions for spectrophotometric determination of ammonium ions // Norwegian Journal of development of the International Science – 2022.-No 77. v.1–P.3-9 DOI: 10.24412/3453-9875-2021-77-1-3-9. SJIF Impact Factor — 5.02 34 Для изучения влияния концентрации реагентов к 2 мл 0,04 мМ раствора ионов аммония добавляли 0,5 мл щелочного раствора салицилата натрия (концентрация соли от 0,005 до 0,1 М; 0,05 М NaOH), 50 мкл раствора нитропруссида натрия (концентрация от 0,005 до 0,08 М) и 50 мкл раствора гипохлорита натрия (концентрация 0,005 до 0,15 М). Смешанный раствор нагревали при температуре 60 0 С в течение 5 мин, охлаждали и измеряли оптическую плотность при λ = 660 нм. Из полученных результатов видно (Рисунок 3.1. А, Б), что оптимальными концентрациями салицилата и нитропруссида натрия являются 0,05 и 0,04 М соответственно. Рис. 3.1. Влияние концентраций растворов салицилата натрия ( А ), нитропруссида натрия ( Б ), гипохлорита натрия ( В ) и рН ( Г ) на величину оптической плотности (CNH 4 + = 0,04 мМ, λ = 660 нм). При увеличении концентрации гипохлорита натрия больше 0,05 М наблюдается разрушение индофенольного комплекса (Рисунок 3.1 В). Для дальнейших экспериментов в качестве оптимальной была выбрана концентрация гипохлорита натрия 0,05 М, обеспечивающая максимальную оптическую плотность. 35 Было установлено, что эффективное образование индофенольного комплекса протекает при рН больше 11 (Рисунок 3.1. Г). С целью оптимизации условий образования аналитической формы было изучено влияние температуры на величину аналитического сигнала в диапазоне температур от 20 ºС до 60 ºС на стандартных растворах ионов аммония. Для этого к 2 мл 0,04 мМ раствора ионов аммония прибавляли 0,5 мл щелочного раствора салицилата натрия (концентрация соли 0,05 М), 50 мкл 0,04 М раствора нитропруссида натрия и 50 мкл 0,05 М раствора гипохлорита натрия. Полученные растворы нагревали в термостате в диапазоне температур от 20 ºС до 60 ºС в течение 4 мин, а затем охлаждали до комнатной температуры. Оптические плотности полученных растворов измеряли на спектрофотометре СФ-46. Как видно из полученных результатов (Рисунок 3.2. А), начиная с температуры 40 ºС, максимальная величина оптической плотности практически не изменяется. Поэтому температура 40 ºС была выбрана в качестве оптимальной. Рисунок 3.2. Влияние температуры ( А) и времени термостатирования ( Б) (t = 40 °C) на величину оптической плотности ( C NH 4 + = 0,04 мМ, λ = 660 нм). Для определения минимального времени образования индофенольного комплекса проводили серию экспериментов при различных временах термостатирования растворов при фиксированной температуре 40 ºС. Для этого к 2 мл 0,04 мМ раствора ионов аммония прибавляли 0,5 мл щелочного 36 раствора салицилата натрия (концентрация соли 0,05 М), 50 мкл 0,04 М раствора нитропруссида натрия и 50 мкл 0,05 М раствора гипохлорита натрия. Полученные растворы нагревали в термостате при 40 ºС в течение 2 – 6 мин, а затем охлаждали до комнатной температуры и измеряли их оптические плотности. Как видно из полученных результатов (Рисунок 3.2. Б), минимальное время, необходимое для полного протекания фотометрической реакции, составляет 4 мин. Найденные оптимальные условия проведения хромогенной реакции позволили сократить время реакции в 7 раз по сравнению с описанными в литературе, что позволило использовать эту реакцию для экспрессного определения ионов аммония в природных и техногенных объектах во внелабораторных условиях. Для изучения мешающего влияния компонентов, потенциально содержащихся в природных и техногенных объектах, проводили серию экспериментов. Для этого к 2 мл 0,04 мМ раствора ионов аммония прибавляли 0,1 мл раствора примесных ионов (Таблица 3.2) различных концентраций, 0,5 мл щелочного раствора салицилата натрия (концентрация соли 0,05 М), 50 мкл 0,04 М раствора нитропруссида натрия и 50 мкл 0,05 М раствора гипохлорита натрия. Фотометрическую реакцию проводили при 40 ºС в течение 4 мин, затем растворы охлаждали до комнатной температуры и измеряли их оптические плотности. Таблица 3.2 Мешающе е влияни е различных ионов на определение NH 4 + - ионов Ион [X] Фактор селективности, [X]/[NH 4 + ] Mg 2+ 1,4 Ca 2+ 7 Fe 3+ 7 SO 4 2- 100˃ NO 3 - 100 ˃ CO 3 2- 100 ˃ 37 F - 100˃ Наличие примесного иона оказывает мешающее влияние на ход фотометрической реакции, если оптическая плотность раствора, приготовленного с добавлением раствора примесного иона, на 5 % отличается от оптической плотности раствора, в котором посторонние ионы отсутствуют. Используя полученные в результате экспериментов данные, рассчитывали фактор селективности для каждого компонента в отдельности. Фактор селективности – отношение концентрации компонента, начиная с которой аналитический сигнал изменяется более чем на 5 %, к концентрации ионов аммония в растворе. Как видно из таблицы 3.2, на образование индофенольного комплекса наиболее сильное мешающее влияние оказывают ионы Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 3+ . Введение в реакционную смесь ЭДТА позволило устранить мешающее влияние указанных катионов. Для перевода газообразного аммиака в ионную форму в качестве поглотительного раствора использовали бидистиллированную воду, соляную, серную и ортофосфорную кислоты различной концентрации. Для построения градуировочной зависимости используют стандартные водные растворы ионов аммония с концентрациями 0,3; 1,0; 2; 4; 6 мг/л. Типичная градуировочная зависимость представлена на рисунке 3.3. 38 Рис. 3.3. Градуировочная зависимость для определения ионов аммония в водных растворах Правильность результатов разработанной методики проверялась методом «введено-найдено». Добавки раствора ионов аммония вводили непосредственно в анализируемый раствор, после чего их тщательно перемешивали и проводили анализ. Как видно из полученных результатов, введенные и найденные значения NH 4 + - ионов удовлетворительно совпадают (Таблица 3.3). Таблица 3.3. Результаты определения NH 4 + - ионов в растворах ( n = 3, P = 0,95). Образец Введено NH 4 + , мг/л Найдено NH 4 + , мг/л 1 0 0,27 ± 0,02 0,50 0,79 ± 0,03 2 0 0,34 ± 0,02 0,50 0,85 ± 0,03 3 0 0,22 ± 0,02 0,50 0,74 ± 0,03 4 0 0,56 ± 0,03 0,5 1,10 ± 0,04 5 0 0,45 ± 0,02 39 0,5 0,98 ± 0,03 Разработанная спектрофотометрическая методика обеспечивает диапазон определяемых концентраций от 0,5 до 10 мг/л. Предел обнаружения составляет 0,1 мг/л (3σ) . Время анализа – 10 мин. В таблице 3.4. приведены метрологические характеристики разработанной методики. Таблица 3.4. Результаты спектрофотометрического определения NH 4 + - ионов в воде (n = 5, P = 0,95). Проба Введено NH 4 + , мг/л Найдено NH 4 + , мг/кг F-значение t-значение СФ-46 КФК-3 №10 0,53 ± 0,05 0,48 ± 0,04 1,64 1,97 1 1,58 ± 0,07 1,50 ± 0,07 1,83 2,22 №2 0 0,39 ± 0,03 0,38 ± 0,03 1,18 0,72 1 1,36 ± 0,07 1,39 ± 0,07 1,50 0,82 №3 0 1,10 ± 0,06 1,06 ± 0,05 1,41 1,38 1 2,05 ± 0,08 2,11 ± 0,09 1,99 1,44 Разработанная методика была апробирована на реальных объектах с проверкой правильности результатов методом «введено-найдено» (Таблица 3.5.). Таблица 3.5. Результаты определения ионов аммония в водных растворах (n = 3, P = 0,95). Проба Введено NH 4 + , мг/л Найдено NH 4 + , мг/л 0 ПО ˂ 0,50 0,50 ± 0,04 40 №1 1,50 1,51 ± 0,09 №20 0,23 ± 0,03 0,50 0,70 ± 0,07 1,50 1,65 ± 0,08 №3 0 0,16 ± 0,02 0,50 0,65 ± 0,06 1,50 1,61 ± 0,08 №4 0 ПО ˂ 0,50 0,51 ± 0,04 1,50 1,50 ± 0,07 №5 0 ПО ˂ 0,50 0,50 ± 0,04 1,50 1,49 ± 0,07 3.2. Цветометрические тест-методы измерения аммиака и ионов аммония Учитывая тот факт, что соотношение аммиак /ионы аммония сильно зависит от многих факторов, таких как рН, температура, наличие ионов других ионов солей, то время, затраченное на отбор пробы и ее транспортировку в лабораторию существенно может повлиять на правильность результатов анализа. Это является препятствием при мониторинге аммиака, когда необходимо своевременно проанализировать большое количество проб. Они требуют быстрого аналитического метода для проведения анализа аммиака при полевых исследованиях и мониторинге аммиака. Для упрощения процедуры измерения содержания аммиачного азота в образцах воды непосредственно на месте отбора проб предлагаются различные тест-системы, основанные на цветовых реакциях. К таким тест системам для определения ионов аммония, предназначенных для определения контроля содержания NH 4 + в аквариумах или водоемах рыбоводчеких хозяйств, можно отнести тест-системы ООО «Крисмас+», производимых в Санкт-Петербурге, а также укладки для цветометрического определения ряда других ионов в водных средах.[108] . 41 В основе тест-системы на ионы аммония этой фирмы лежит уже описанная нами выше реакция взаимодействия реактива Несслера (тетра- - йодомеркуратом калия в щелочной среде) с ионами аммония с образованием окрашенного в желто-коричневый цвет соединения 2K 2 [HgI 4 ] + NH 3 + 3KOH = [Hg 2 ONH 2 ]I↓ + 7KI + 2H 2 O жёлтый Однако в предыдущем параграфе мы указали на недостатки метода и выбрали оптимальные условия для проведения измерений низких концентраций ионов аммония модифицированным методом Бертло с образованием достаточно стойкого окрашенного индофенольного соединения. Здесь также имеются коммерческие наборы для тестирования аммиака, в которых наиболее часто использовалась соль салицилата, а в других использовались различные фенолы и фенольные соединения. В патенте США № 7033839 [110] использовался третичный октилфенол, в патенте США № 5620900 в качестве примеров использовались гидроксилфенилалкиловый спирт, гидроксилфенилалкил карбоновая кислота или гидроксициннаминовая кислота для соединений, создающих цвет индофенолов. Как упоминалось выше, образование цвета индотимола происходит в 2 этапа: образование монохлорамина при рН 10 между аммиаком и гипохлоритом и образование цвета индотимола при рН 12-13 между тимиолом и монохлорамином. Нитропруссид играет роль катализатора для второй стадии. Таким образом, набор тест-наборов может быть сформирован путем смешиванием растворов в различных комбинациях. Первая комбинация : Раствор 1 представляет собой смесь гипохлорита и буфера из карбоната натрия с рН около 10. Раствор 2 представляет собой смесь тимола, нитропруссида и чистого раствора гидроксида натрия 2М. Другой комбинацией может быть раствор 1, включающий гипохлорит в буфере с уровнем рН 10, смешанный с нитропруссидом, а раствор 2 представляет собой только тимол в гидроксиде натрия 2M. 42 Процедура испытания такова: образец воды, содержащий аммиак, сначала смешивают с раствором 1, а затем добавляют раствор 2. Через 3-5 минут, когда проявка цвета была завершена, концентрацию аммиака можно было измерить на фотометре при длине волны 693 нм или сравнить с цветовой шкалой визуальным методом. Тест-набор с 3 растворами В случае, если у нитропруссида снижается его стабилизация при хранении вместе с раствором гипохлорита или отрицательный эффект в щелочном растворе, его можно хранить отдельно. Так что тестовый набор должен иметь 3 раствора. Раствор 1 представляет собой нитропруссид, растворенный в воде или в карбонатном буфере при рН 10, раствор 2 представляет собой гипохлорит в карбонатном буфере при рН 10 или в карбонате натрия; раствор 3 представляет собой только тимол, растворенный в гидроксиде натрия 2 М или дополнительном этилендиаминтетрацетате натрия (ЭДТА) в качестве маскирующего реагента. Процедура испытания: Образец сначала смешивали с раствором 1, затем по одному добавляли растворы 2 и 3. После каждого добавления раствор хорошо перемешивали. Показания концентрации аммиака такие же, как и при тестировании с помощью набора из 2 растворов. Основными ионами в пресной и питьевой воде обычно являются катионы, создающие жесткость, такие как Ca 2+ , Mg 2+ , а также анионы, такие как сульфат, хлорид и гидрокарбонат. Цветовая шкала была построена следующим образом: серия стеклянных пробирок была заполнена 5 мл раствора аммония с концентрацией, увеличенной с от 0,05 до 5,00 мг/л. Разница в концентрации каждого из них составляла 0,05 мг/л. Добавляли в каждую пробирку 1 каплю раствора 1; 1 каплю раствора 2 и 2 капли раствора 3. После каждого добавления раствора содержимое в пробирке хорошо встряхивали. После 3- 43 минутного ожидания проводили сравнение интенсивности окраски. Было сделано не менее 10 цветных изображений, и цветовая шкала была построена на основе тщательного сравнения. (Рис.3.4.) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,20 0,35 0,40 Рис.3.4. Цветовая шкала для определения ионов аммония в водных средах (мг/л). ГЛАВА IV 2 ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АММИАКА И ИОНОВ АММОНИЯ Потенциометрические методы анализа с использованием ионселективных электродов, остаются, пожалуй, наиболее простым методом измерения содержания ионов в водных средах, в большей мере отвечающим требованиям анализа по критерию «цена-качество». Не исключением является прямое потенциометрическое измерения ионов аммония с применения ионоселективных электродов с функцией pNH 4 + [109] . Прямое измерение ― это простая процедура для измерения большого количества проб. Для каждой пробы достаточно снять по одному показанию. 4.1. Прямое потенциометрическое измерении концентрации ионов 2 Материалы этой главы опубликованы : Aronbaev S.D., Raimkulova Ch.A., Aronbaev D.M., Narbaev K.M. Potentiometric sensor for measur-ing ammonia and ammonium ions in liquid and gaseous media // International Journal of Research in Man-agement & Social Science Volume 10, Issue 2: April - June 2022. – Р .129-133. 44 аммония с использованием мембранного ион-селективого электрода Различные фирмы выпускают как стеклянные электроды, чувствительные к ионам аммония, так и мембранные на основе полимерной матрицы с внесенным в нее специального аммоний-селективного реагента. В последнее время в качестве такого вещества используются комплексы ионофоров валиномицина и нонактина, показывающие лучшую селективность к ионам аммония в присутствии других одно- и двух-зарядных катионов [111, 112]. Этот электрод, изготовленный фабричным способом, был использован нами в работе. Для этого было задействовано следующее оборудование: 1. Универсальный иономер ЭВ-74 и иономер И-130 2. Электрод ионоселективный pNH4 , Гомельский ЗИП 3. Магнитная мешалка М-5. Эталонные и рабочие растворы готовились на дважды перегнанной воде с проверкой на остаточное содержание аммиака. Для приготовления калибровочных растворов использовали NH 4 Cl ( хч). Исходный раствор с концентрацией ионов аммония, равной 0,1 моль/л, был приготовлен из навески хлорида аммония массой 0,535 г, разведённой в мерной колбе на 100 мл. Анализируемые растворы были приготовлены путем последовательного десятикратного разведения основного стандартного раствора. В результате было получено четыре градуировочных раствора с концентрациями ионов аммония 0,0001, 0,001, 0,01 и 0,1 моль/л. После подготовки и кондиционирования ионоселективого электрода с pNH 4 функцией был изучен диапазон концентраций ионов аммония в котором наблюдается нернстовская зависимость и установлена крутизна функции. Так как заранее было известно особо мешающее действие однозарядных ионов калия и натрия, к которым специфичны ионофоры валимицин и нонактин, на хлоридсеребряный электрод сравнения надевалась 45 микроячейка-ключ, входящий в комплект иономера, заполненный 0,1 М раствором хлористого кальция. Калибровочные растворы готовили в диапазоне концентраций NH 4 Cl 10 -5 -10 -1 М. Построение калибровочного графика проводилось в полулогарифмических координатах с учетом пересчета концентрации ионов аммония в их активность. Температура пробы и эталонного раствора должна быть одинаковой. Для аналитических определений аммонийного азота в анализируемую среду обычно добавляют раствор, стабилизирующий ионную силу аналита. На практике, хотя это и не всегда оправдано, добавляют 0,1 М раствор хлорида натрия. Калибровочная кривая, как уже отмечалось, строится на полулогарифмической кривой при использовании pH-метр- милливольтметра, работающего в режиме милливольтметра. Строится график зависимости измеренного потенциала электрода в мВ (по линейной оси) от концентрации (активности) эталонного раствора (по логарифмической оси). Для построения линейного участка калибровочной кривой достаточно трех эталонных раствора. Для построения нелинейного участка кривой необходимо выполнить дополнительные измерения. Данная процедура прямого измерения позволяет построить линейную часть кривой. Для построения нелинейной части кривой необходимо выполнить специальные измерения для низких значений концентрации, экстраполируя кривую до приблизительного значения 1x10 -5 M. На рисунке 4.1. приведена калибровочная зависимость выполнения pNH 4 - функции. 46 Рис. 4.1. Калибровочная зависимость выполнения pNH 4 - функции. Проверка крутизны электродной функции показала значение 53,2 мВ / декада в диапазоне концентраций ионов аммония в диапазоне 5·10 -4 -1 ·10 -1 М. Концентрация аммоний-ионов измеряется в мольных долях аммония, мольных долях азота, молях на литр и в любых других удобных единицах измерения концентрации. Некоторые единицы измерения концентрации представлены в таблице 4.1. Таблица 4.1 Коэффициенты пересчета для единиц измерения концентрации ppm NH 4 + ppm N моль/л NH 4 + 0,18 0,14 1 ·10 -5 1,8 1,4 1 ·10 -4 18,00 14,00 1 ·10 -3 180,00 140,00 1 ·10 -2 Ионы, создающие помехи В таблице 4.2. представлен список некоторых стандартных катионов, присутствие которых в достаточно большом количестве при использовании 47 аммоний-селективных электродов создает помехи для измерений, приводит к ошибкам или дрейфу показаний. Таблица 4.2 Концентрация ионов, создающих помехи и приводящих к ошибке в 10%, для различных концентраций NH 4 Cl Ионы, создающие п омехи (ppm) 100 ppm NH 4 + 10 ppm NH 4 + 1 ppm NH 4 + Cs +1 1,0×10 2 1,0×10 1 1,0 K +1 2,7×10 2 2,7X10 1 2,7 Tl +1 3,1×10 3 3,1×10 2 3,1×10 1 H +1 1,6 pH 2,6 pH 3,6 pH Ag +1 2,7×10 5 2,7×10 4 2,7×10 3 Tris +1 3,1×10 5 3,1×10 4 3,1×10 3 Li +1 3,5×10 4 3,5×10 3 3,5×10 2 Na +1 1,1×10 5 1,1×10 4 1,1×10 3 Дрейф показаний и медленный отклик могут сигнализировать о наличии сильных помех от перечисленных ионов. Как видно из таблицы ионы Cs +1 , K +1 , H +1 могут оказывать серьезные помехи адекватному аналитическому сигнала электрода. При этом такие помехи различны для разных концентраций ионов аммония. Оценка верхнего и нижнего пределов определения ионов аммония составляет 0,1 М для чистых растворов хлорида аммония, а в присутствии посторонних ионов выше этого значения. Ограничивающими факторами являются вероятность образования диффузионного потенциала на электроде сравнения и «эффект экстрагирования солей». Некоторые соли при высокой концентрации могут экстрагироваться в мембрану электрода, что приводит к отклонению значения времени отклика от теоретического. Ионы водорода также создают помехи при измерении низких уровней концентрации иона аммония, несмотря на то, что электрод можно 48 использовать в довольно широком pH - диапазоне. 4.2. Потенциометрический датчик для измерения аммиака и ионов аммония в жидких и газообразных средах Как выше было нами отмечено, прямое потенциометрическое определения ионов аммония с использованием мембранного электрода, несмотря на простоту и удобство проведения измерений, не лишено недостатков. К трудно преодолим ы м недостаткам таких сенсоров следует отнести невысокую чувствительность и недостаточную селективность к ионам аммония в присутствии ионов калия, натрия и др. Однако, эти недостатки можно преодолеть, используя, так называемые, электроды с «газовым зазором». [113,114]. В литературе описаны реакции [115] взаимодействия ряда газов с водными растворами электролитов, приводящие к изменению рН раствора: NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 - + OH - (1) CO 2 + H 2 O ↔ HCO 3 - + H + (2) SO 2 + H 2 O ↔ HSO 3 - + H + (3) 2NO 2 + H 2 O ↔ NO 3 - + NO 2 - + 2H + (4) HF + H 2 O ↔ H 3 O + + F - (5) H 2 S + H 2 O ↔ H 3 O + + HS - (6) HCN + H 2 O ↔ H 3 O + + CN - (7) В соответствии с реакциями (1) - (7) для определения каждого из указанных газов может быть использован соответствующий ионоселективный электрод [ 114 ] , а по скольку все указанные реакции приводят к появлению продуктов, изменяющих pH среды, то для определения этих газов можно применять стеклянный рН-электрод [ 115 ]. Таким образом, ЭДС ячейки, состоящей из рН-электрода и хдоридсеребряного электрода сравнения, связан с концентрацией определяемого газа (например, NH 3 ) в анализируемом растворе в соответствие с уравнением Нэрнста: E = E 0 + SlgC NH 3 , где S - крутизна электродной функции. 49 На рисунке 4.2 показана принципиальная схема электрохимической ячейки для определения аммиака с применением электрода с газовым зазором. Рис. 4.2. Схема газочувствитель ной ячейки с рН электродом: 1. стеклянный сосуд; 2. анализируемый рас твор; 3. резиновая пробка; 4. медицинская игла; 5. рН-чувствительный электрод; 6. капля электролита; 7. электролитиче ский мостик электрода сравнения; 8 . магнитная мешалка Рис.4.3. Схема датчика для определения аммиака (ионов аммония) 1.сосуд-корпус, заполненный насыщенным раствором хингидрона; 2.индикаторный электрод в виде тонкостенной трубки из пористого графитового материала; 3. хлоридсеребряный электрод сравнения. 4.газопреобразовательная емкость, с кристаллической щелочью или оксидом кальция; 5. микрокомпрессор. Такая газочувствительная ячейка для определения аммоний-иона [116,117] включает сосуд, закрытый электродной системой из интегрированного (комбинированного) электрода и солевого мостика. Интегрированный электрод представляет собой конструктивно-совмещенный индикаторный стеклянный электрод и хлоридсеребряный электрод сравнения. Приэлектродный слой электролита удерживается на поверхности интегрированного электрода снизу с помощью кольцевого ограничителя из гидрофильного материала. При добавлении щелочи к перемешиваемому с помощью магнитной мешалки, анализируемому раствору часть 50 газообразного аммиака диффундирует через воздушный промежуток в приэлектродный слой электролита, в котором фиксируется изменение pH. Основными недостатками такого датчика являются: сложность конструкции, недостаточная воспроизводимость аналитического сигнала, трудность воспроизведения навешивания на индикаторный электрод капли приэлектродного электролита, инерционность, связанная с массопереносом газообразного аммиака, а также неселективность в присутствии легколетучих органических веществ (спирты, альдегиды, амины). Замена в датчике рН - чувствительного стеклянного электрода на аммоний-селективный электрод на основе нонактина, как описано в [111], не способствует упрощению конструкции ячейки. При этом основными недостатками описанного датчика остаются: сложность конструкции, относительно большие габариты, недостаточная воспроизводимость обновления приэлектродного слоя электролита, инерционность, связанная с рядом диффузионных ограничений, необходимость введения в анализируемый раствор щелочи для смещения равновесия между ионами аммония и аммиаком в сторону образования газообразного аммиака. Нами предлагается принципиально новая конструкция электрохимической ячейки для потенциометрического определения аммиака в водной и воздушной средах. (Рис.4.3) [118, 119]. Особенность конструкции заключается в применение в качестве рН- чувствительного элемента – тонкостенного трубчатого графитового электрода, импрегнированного насыщенным раствором хингидрона [120]. При этом сам хингидрон, находящийся в порах электрода выполняет функцию приэлектродного электролита и его объем несравнимо мал, по отношению к капле, навешиваемой на поверхность стеклянного рН- электрода, как описывается в известных датчиках с электродом с газовым зазором. В результате, увеличивается чувствительность и воспроизводимость системы, снижается ее инерционность. Газопреобразование ионов аммония из раствора в газообразный аммиак происходит в газопреобразовательной 51 емкости, заполненной кристаллическим NaOH или оксидом кальция, в которую поступает анализируемая проба, увлекаемая струей воздуха, создаваемого микрокомпрессором. При всем этом решается вопрос упрощения конструкции датчика, так как не требуется введение щелочи в раствор, исключается перемешивание анализируемого раствора, решена проблема навешивания капли электролита на индикаторный электрод. Анализируемая проба вводится с помощью шприца или пипеточного микродозатора в газопреобразующую емкость. На рисунке 4.4 приводится форма записи аналитического сигнала датчика. Объем вводимой пробы, содержащей ионы аммония с концентрациями 10 -5 и 5·10 -5 М (а и б, соответственно) составлял 0,2 мл. а б Рис.4.4. Форма записи аналитического сигнала датчика для разных концентраций ионов аммония. Ячейку калибруют по стандартным растворам хлорида аммония в диапазоне 10 -6 – 10 -2 М. (что может соответствовать 0,017 – 170 ppm ) [121]. Калибровочная зависимость E = fCNH 3 представлена на рисунке 4.5. 52 Рис. 4.5. Калибровочная зависимость E = fC NH 3 Установлено, что наклон электродной функции газочувствительной ячейки имеет значение, близкое к субнерстовскому, и составляет 53,2± 1,5 мВ/pNH 4 + при 25 o C. Работоспособность датчика проверяли на модельных растворах и образцах природных и сточных вод. Для этого анализируемую пробу объемом 0,2 – 0,5 мл инжектировали через клапан в газопреобрзующую емкость с кристаллическим NaOH . Расход воздуха, подаваемого микрокомпрессором, составлял 120 мл/мин. В таблице 4.3. приводятся результаты оценки воспроизводимости и правильности определения ионов аммония. Таблица 4.3 . Оценка воспроизводимости определения ионов аммония в водах 53 (в пересчете на аммиак) Диапазон содержаний, мг/л (в пересчете на NH 3 ) Величина добавки Количество измерений, n S r введено найдено 0,017 – 0,17 0,034 0,030 8 0,122 0,17 – 1,70 0,85 0,90 10 0,078 1,7 – 17 4,25 4,20 10 0,055 17 - 170 42,5 39,8 8 0,082 Из таблицы 4.3. следует, что в интервале содержаний NH 4 + -ионов от 0,017 до 170 мг/л, что соответствует 10 -6 – 10 -2 М, относительное стандартное отклонение не превышает 0,122 (12,2%). Оценка правильности определения по критерию Стьюдента показала, что систематическая погрешность незначима. При этом в интервале 0,17 – 17 мг/л (10 -5 -10 -3 М), что соответствует 0,17 – 17 ppm – относительное стандартное отклонение наименьшее, и не превышает 8%. Высокая чувствительность датчика и точность измерения аммиака позволяет применить датчик для определения аммиака в выдыхаемом человеком воздухе с целью неинвазивной диагностики бактериального инфицирования Helicobacter pillory с использованием уреазного теста. Для этого у группы пациентов из 15 человек был проведен уреазный тест. Измерения проводили дважды: до и после приема обследуемыми 100 мл 1% раствора мочевины. Учитывая большой разброс полученных результатов для здоровых лиц (референсная зона) за достоверное определение наличия Helicobacter pillory принимали явное превышение полученных значений по сравнению с исходными [122-125]. Выдыхаемый воздух отбирали в эластичные емкости объемом до двух литров. Повторное измерение после приема пациентом раствора мочевины осуществляли спустя 20 минут. Проводили качественную 54 оценку наличия Helicobacter pillory . У большинства обследуемых первоначальное содержание аммиака в выдыхаемом воздухе находилось в диапазоне 0,2 -1,2 ppm . После «уреазного» теста наблюдалось повышение содержания аммиака до 1,7-2,0 рр m , и только у двух этот показатель составил 15-28 ppm , что явно указывало на инфицирование. Таким образом, предлагаемый датчик может быть использован для проведения медико- биологических исследований, с целью неинвазивного скрининга инфицирования бактерией Helicobacter pillory . ВЫВОДЫ 1 . Проведен аналитический обзор методов определения аммиака и ионов 55 аммония в объектах окружающей среды. 2. Детально изучена реакция определения ионов аммония спектрофотометрическим методом по индофенольному способу Бертло. 3. Изучено влияние факторов на образование индофенольного комплекса: концентрации реагирующих веществ, концентрации нитропруссида натрия, используемого в качестве катализатора, температуры и времени образования комплекса. Установлено, что оптимальными концентрациями салицилата и нитропруссида натрия являются 0,05 и 0,04 М соответственно. При этом увеличение концентрации гипохлорита натрия больше 0,05 М приводит к разрушению индофенольного комплекса. Время, необходимое для полного протекания фотометрической реакции, составляет 4 мин. при температуре порядка 40 0 С. Найденные оптимальные условия проведения хромогенной реакции позволили сократить время реакции в 7 раз по сравнению с описанными в литературе, что позволило использовать эту реакцию для экспрессного определения ионов аммония в природных и техногенных объектах во внелабораторных условиях. Предложенные условия позволили составить цветометрическую шкалу для визуально- колориметрического определения ионов аммония. 4. Предложена принципиально новая конструкция датчика для определения аммиака в жидких и газовой фазах, работающего на принципе функционирования электрода с газовым зазором. 5. Проведены пробные испытания датчика на природных объектах (дождевая вода) и в выдыхаемом воздухе для неинвазивной диагностики инфицирования Helicobacter Pylori . 6. По теме магистерской диссертации опубликовано 5 работ: 2 статьи в зарубежных рецензированных журналах (Норвегия и Индия) и 3 сообщения на международных конференциях (Россия, Япония и Индия). Получены соответствующие сертификаты участника. 56 СПИСОК Л И ТЕРАТУРЫ 1. Петровский, Г.В. Краткая медицинская энциклопедия / Под ред. Г.В. Петровского. – 3-е изд. – М.: Советская энциклопедия, 1989. – 1 т. – 624 с. 2. Лазарев, Н.В. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей / Под ред. Н.В. Лазарева, И.Д. Гадаскиной. – 7-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1977. – 3 т. – 608 с. 3. Crosby, N. T. Determination of ammonia by the Nessler method in waters containing hydrazine / N. T. Crosby // Analyst. – 1968. – № 93. – P. 406– 408. 4. Bolleter, W.T. On-line flow-injection monitoring of ammonium / W.T. Bolleter, C.J. Bushman, P.W. Tidwell // Analytical Chemistry. – 1995. – № 33. – P. 592–594. 5. Fawcett, J.K. A rapid and precise method for the determination of urea / J.K. Fawcett, J.E. Scott // Journal of Clinical Pathology. – 1960. – № 13. – P. 156–159. 6. Kempers, A.J. Re-examination of the determination of ammonium as the indophenol blue complex using salicylate / A.J. Kempers, C.J. Kok // Analytica Chimica Acta. – 1989. – № 221. – P. 147–155. 7. Kempers, A.J. Ammonium determination in soil extracts by the salicylate method /A.J. Kempers, A. Zweers // Soil Science Plant Analysis. – 1986. – № 17. – P. 715–723. 8. Stratis, J. A. A new approach to indophenol blue method for determination of ammonium in geothermal waters with high mineral content / J. A. Stratis // International Journal of Environmental Analytical Chemistry. – 2010. – № 90. – P. 115–126. 9. Hamalainena, J.P Determination of NH3 in pyrolysis gases by ammonia selective electrode / J.P. Hamalainena, J.L. Tummavuorib, M.J. Ahoa // Talanta. – 1993. – № 40. – P. 1575–1577. 10. Valentini, F. The electrochemical detection of ammonia in drinking water based on multi-walled carbon nanotube copper nanoparticle composite 57 paste electrodes / F. Valentini, V. Biagiotti, C. Lete, G. Palleschi, J. Wang // Sensors and Actuators B. – 2007. – № 128. – P. 326–333. 11. Giovanelli, D. Determination of ammonia based on the electro-oxidation of hydroquinone in dimethylformamide or in the room temperature ionic liquid, 1-ethyl-3- methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide / D. Giovanelli, M.C. Buzzeo, N.S. Lawrence, C. Hardacre, K.R. Seddon, R.G. Compton // Talanta. – 2004. – № 62. – P. 904–911. 12. Tan, L.L. Determination of ammonium ion using a reagentless amperometric biosensor based on immobilized alanine dehydrogenase / L.L. Tan, A. Musa, Y.H. Lee// Sensors. – 2011. – № 11. – P. 9344–9360. 13. Bulatov, А .V. Stepwise injection potentiometric determination of ammonium-ions in water / А .V. Bulatov, P.A. Ivasenko, A.L. Moskvin, L.N. Moskvin // Journal of Flow Injection Analysis. – 2009. – № 26. – P. 49–52. 14. Coulson, D.M. Selective detection of nitrogen compounds in electrolytic conductivity gas chromatography / D.M. Coulson // Journal of Gas Chromatography. – 1966. – № 4. – P. 285–287. 15. Kashihira, N. Chemiluminescent nitrogen detector-gas chromatography and its application to measurement of atmospheric ammonia and amines / N. Kashihira, K. Makino, K. Kirita, Y. Watanabe // Journal of Chromatography A. – 1982. – № 239. – P. 617–624. 16. Pranaityte, B. Capillary electrophoretic determination of ammonia using headspace single-drop microextraction / B. Pranaityte, S. Jermak, E. Naujalis, A. Padarauskas // Microchemical. – 2007. – № 86. – P. 48–52. 17. Beck, W. Capillary electrophoresis of organic and inorganic cations with indirect UV detection / W. Beck, H. Engelhardt // Chromatographia. – 1992. – № 33. – P. 313– 316. 18. Padarauskas, A. Single-run capillary electrophoretic determination of inorganic nitrogen species in rainwater / A. Padarauskas, V. Paliulionyte, B. Pranaityte // Analytical Chemistry. – 2001. – № 73. – P. 267–271. 19. Wang, L. Determination of ammonia in beers by pervaporation flow 58 injection analysis and spectrophotometric detection / L. Wang, T.J. Cardwell, M.D. Luque de Castro, R.W. Cattrall, S.D. Kolev // Talanta. – 2003. – № 60. – P. 1269–1275. 20. Pasquini, C. Monosegmented system for continuous flow analysis. Spectrophotometric determination of chromium (VI), ammonia, and phosphorus / C. Pasquini, W. A. de Oliveira // Analytical Chemistry. – 1985. – № 57. – P. 2575–2579. 21. Meyerhoff , M.E. Flow injection determination of ammonia-N using polymer membrane electrode-based gas sensing system / M.E. Meyerhoff , Y.M. Fraticelli // Analytical Letters. – 1981. – № 14. – P. 415–432. 22. Gibb, S.W. Analysis of ammonia and methylamines in natural waters by flow- injection gas-diffusion coupled to ion chromatography / S.W. Gibb, R.F.C. Mantoura, P.S. Liss // Analytical Chimica Acta. – 1995. – № 316. – P. 291–304. 23. Gibb, S.W. Automation of flow injection gas diffusion ion chromatography for the nanomolar determination of methylamines and ammonia in seawater and atmospheric samples / S.W. Gibb, J.W. Wood, R. Fauzi, R.F.C. Mantoura // Journal of Automatic Chemistry. – 1995. – № 17. – P. 205– 212. 24. Kerouel , R. Fluorometric determination of ammonia in sea and estuarine waters by direct segmented flow analysis / R. Kerouel , A. Aminot // Marine Chemistry. – 1997. –№ 57. – P. 267–275. 25. Aminot, A.A. A flow injection-fluorometric method for the determination of ammonium in fresh and saline waters with a view to in situ analyses / A.A. Aminot, R. Kerouel, D. A. Birot // Water Research. – 2001. – № 35. – P. 1777–1785. 26. Волынец, В.Ф. Аналитическая химия азота / В.Ф. Волынец, М.П. Волынец. –М.: Наука, 1977. – 80 c. 27. Krug, F.G. Determination of ammonium ion in low concentrations with Nessler’s reagent by flow injection analysis / F.G. Krug, J. Ruzichka, E.H. Hansen // Analyst. – 1979. – № 104. – P. 47–54. 59 28. van Staden J.F. Determination of ammonia in water and industrial effluent streams with the indophenol blue method using sequential injection analysis / J.F. van Staden,R.E. Taljaard // Analytical Chimica Acta. – 1997. – № 344. – P. 281–289. 29. Гривдель, И.М. Фотометрические методы в почвенном анализе / И.М. Гривдель. – M.: МГУ, 1982. – 248 с. 30. Park, G. Improvement of the ammonia analysis by the phenate method in water and wastewater / G. Park, H. Oh, S. Ahn // Bulletin of Korean Chemical Society. – 2009. –№ 30. – P. 2032–2038. 31. Nelson, D.W. Determination of ammonium in KCl extracts of soils by the salicylate method / D.W. Nelson // Communication in Soil Science and Plant Analysis. – 1983. –№ 14. – P. 1051–1062. 32. Nkonge, C. A sensitive colorimetric procedure for nitrogen determination in micro- Kjeldahl digests / C. Nkonge, G.M. Balance // Journal of Agricultural Food Chemistry.– 1982. – № 30. – P. 416–420. 33. Verdouw, H. Ammonia determination based on indophenol formation with sodium salicylate / H. Verdouw, C.J.A. Echteld, E.M.J. Dekkers // Water Research. – 1978. – № 12. – P. 399–402. 34. Li, Q.P. Continuous colorimetric determination of trace ammonium in seawater with a long-path liquid waveguide capillary cell / Q.P. Li, J.Z. Zhang, F.J. Millero, D.A. Hansell // Marine Chemistry. – 2005. – № 96. – P. 73–85. 35. Azzaro, F. Automatic colorimetric analyzer prototype for high frequency measurement of nutrients in seawater / F. Azzaro, M. Galletta // Marine Chemistry. – 2006. – № 99. – P. 191–198. 36 . Jodo, M. Determination of nutrients in seawater by segmented-flow analysis with higher analysis rate and reduced interference on ammonia / M. Jodo, K. Kawamoto, M. Tochimoto, S.C. Coverly // Journal of Automatic Chemistry. – 1992. – № 14. – P. 163– 167. 37. Laua, K.T. Solid-state ammonia sensor based on Berthelot’s reaction / K. T. Laua, S. Edwardsb, D. Diamond // Sensors and Actuators B: Chemical. – 60 2004. – № 98. – P. 12–17. 38. Coverly, S. A re-examination of matrix effects in the segmented-flow analysis of nutrients in sea and estuarine water / S. Coverly, R. Kerouel, A. Aminot // Anaytica Chimica Acta. – 2012. – № 712. – P. 94–100. 39. Москвин, Л.Н. Проточные методы анализа / Л.Н. Москвин, А.В. Булатов, А.Л. Москвин. – СПб.: ВВМ, 2004. – 48 с. 40. Oliveira, S.M. Determination of ammonium in marine waters using a gas diffusion multicommuted flow injection system with in-line prevention of metal hydroxides precipitation / S.M. Oliveira, T.I.M.S. Lopes, I.V. Toth, A.O.S.S. Rangel // Journal of Environmental Monitoring. – 2009. – № 11. – P. 228–234. 41. Segundo, R.A. Development of a sequential injection gas diffusion system for the determination of ammonium in transitional and coastal waters / R.A. Segundo, R.B.R. Mesquita, M.T.S.O.B. Ferreira, C.F.C.P. Teixeira, A.A. Bordalo, A.O.S.S. Rangel // Analytical Methods. – 2011. – № 3. – P. 2049– 2055. 42. Plant, J.N. NH4-Digiscan: an in situ and laboratory ammonium analyzer for estuarine, coastal, and shelf waters / J.N. Plant, K.S. Johnson, J.A. Needoba, L.J. Coletti // Limnology and Oceanography: Methods. – 2009. – № 7. – P. 144–156. 43. Van Son, M. Determination of total ammoniacal nitrogen in water by flow- injection analysis and a gas-diffusion membrane / M. Van Son, R.C. Schothorst, G. Den Boef // Analytica Chimica Acta. – 1983. – № 153. – P. 271–275. 44. Gray, S.M. Spectrophotometric determination of ammonia in estuarine waters by hybrid reagent-injection gas-diffusion flow analysis / S.M. Gray, P.S. Ellis, M.R. Grace,I.D. McKelvie // Spectroscopy Letters. – 2006. – № 39. – P. 737–753. 45. Willason, S.W. A rapid, highly sensitive technique for the determination of ammonia in seawater / S.W. Willason, K.S. Johnson // Marine Biology. – 61 1986. – № 91.– P. 285–290. 46. Su, X.L. Flow-injection determination of total ammonia and total carbon dioxide in blood based on gas-diffusion separation and with a bulk acoustic wave impedance sensor / X.L. Su, B.S. Yu, H.W. Tan, X.R. Yang, L.H. Nie, S.Z. Yao // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. – 1998. – № 16. – P. 759–769. 47. Cerda, A. Evaluation of flow injection methods for ammonium determination in wastewater samples / A. Cerda, M.T. Oms, R. Forteza, V. Cerda // Analytica Chimica Acta. – 1995. – № 311. – P. 165–173. 48. Schulze, G. Different approaches to the determination of ammonium ions at low levels by flow injection analysis / G. Schulze, C.Y. Liu, M. Brodowski, O. Elsholz // Analytica Chimica Acta. – 1988. – № 214. – P. 121–136. 49. Hunter, D.A. A technique for the measurement of total ammonia in small volumes of seawater and hemolymph / D.A. Hunter, R.F. Uglow // Ophelia. – 1993. – № 37. – P. 31–40. 50. Watson, R.J. Flow-injection analysis with fluorescence detection for the determination of trace levels of ammonium in seawater / R.J. Watson, E.C.V. Butler,L.A. Clementson, K.M. Berry // Journal of Environmental Monitoring. – 2005. – № 7. – P. 37–42. 51. Jones, R.D. An improved fluorescence method for the determination of nanomolar concentrations of ammonium in natural waters / R.D. Jones // Limnology and Oceanography. – 1991. – № 36. – P. 814–819. 52. Masserini, R.T. A sensor package for the simultaneous determination of nanomolar concentrations of nitrite, nitrate, and ammonia in seawater by fluorescence detection / R.T. Masserini, K.A. Fanning // Marine Chemistry. – 2000. – № 68. – P. 323–333. 53. Москвин Л.Н. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии / Л.Н. Москвин, Л.Г. Царицына. – Л.: Химия, 1991. – 256 с. 54. Москвин, Л. H. Мембранные методы разделения веществ в 62 аналитической химии. Избранные труды кафедры аналитической химии СПбГУ 1983–2008 гг. / Л.H. Москвин, Т.Г. Никитина. – СПб.: Соло, 2008. – С. 248–275. 55. Fang, Z. Flow injection separation and preconcentration / Z. Fang. – Weinheim, New York, Basel, Cambridge, Tokio: VCH, 1993. – 259 p. 56. Valcarcel, M. Non-chromatographic continuous separation techniques / M. Valcarcel, M.D. Luque de Castro. – Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 1991.– 290 p. 57. Cee, R. Sampling of inorganic gases and vapours / R. Cee., J.C. Ku // Analyst. – 1994. – № 119. – P. 57–63. 58. Mornane, P. Thin layer distillation for matrix isolation in flow analysis / P. Mornane, J. Haak, T.J. Cardwell, R.W. Cattrall, P. K. Dasgupta, S.D. Kolev // Talanta.– 2007. – № 72. – P. 741–746. 59. O'Connor Sraj, L. Analytical challenges and advantages of using flow- based methodologies for ammonia determination in estuarine and marine waters / L. O'Connor Sraj, M.I.G.S. Almeida, S.E. Swearer, S.D. Kolev, I.D. McKelvie // Trends in Analytical Chemistry. – 2014. – № 59. – P. 83– 92. 60. Ariza, A.C. Flow-injection analysis for online monitoring of nutrients (ammonia and nitrite) in aquaculture / A.C. Ariza, P. Linares, M.D. Luque de Castro, M. Valcarcel // Journal of Automatic Chemistry. – 1992. – № 14. – P. 181–183. 61. Tovar, A. Simultaneous determination of nutrients (ammonium and phosphate) in marine aquaculture effluents by flow analysis / A. Tovar, C. Moreno, M.P. Manuel-Vez,M. Garcia-Vargas // Quimica Analitica. – 2001. – № 20. – P. 37–45. 62. Chen, G. On-line solid phase extraction and spectrophotometric detection with flow technique for the determination of nanomolar level ammonium in seawater samples / G. Chen, M. Zhang, Z. Zhang, Y. Huang, D. Yuan // Analytical Letters. – 2011. – № 44. – P. 310–326. 63. Muraki, H. Fully automated system for the continuous monitoring of 63 ammonium ion in fish farming plant seawater by flow-injection analysis / H. Muraki, K. Higuchi, M. Sasaki, T. Korenaga, K. Toei // Analytica Chimica Acta. – 1992. – № 261. – P. 345– 349. 64. Shoji, T. Flow injection analysis with spectrophotometry for ammonium ion with 1- naphthol and dichloroisocyanurate / T. Shoji, E. Nakamura // Journal of Flow Injection Analysis. – 2009. – № 26. – P. 37–42. 65. Roth, M. Fluorescence reaction for amino acids / M. Roth // Analytical Chemistry. – 1971. – № 43. – P. 880–882. 66. Genfa, Z. Fluorimetric measurement of aqueous ammonium ion in a flow injection system / Z. Genfa, P.K. Dasgupta // Analytical Chemistry. – 1989. – № 61. – P. 408– 412. 67. Amornthammarong, N. Shipboard fluorometric flow analyzer for high- resolution underway measurement of ammonium in seawater / N. Amornthammarong, J.-Z. Zhang // Analytical Chemistry. – 2008. – № 80. – P. 1019–1026. 68. Крылов, В.А. Жидкофазное микроэкстракционное концентрирование примесей / В.А. Крылов, А.В. Крылов, П.В. Мосягин, Ю.О. Маткивская // Журнал аналитической химии. – 2011. – Т. 66. – № 4. – С. 341–360. 69. Liu, S. Liquid droplet. A renewable gas sampling interface / S. Liu, P.K. Dasgupta // Analytical Chemistry. – 1995. – № 67. – P. 2042–2049. 70. Liu, H. A renewable liquid droplet as a sampler and a windowless optical cell. An automated sensor for gaseous chlorine / H. Liu, P.K. Dasgupta // Analytical Chemistry.– 1995. – № 67. – P. 4221–4228. 71. Sarangapani, M. Determination of ammonium in aqueous samples using new headspace dynamic in-syringe liquid-phase microextraction with in situ derivitazation coupled with liquid chromatography–fluorescence detection / M. Sarangapani, C.T. Yan, H.K. Shih // Analytica Chimica Acta. – 2012. – № 754. – P. 54–60. 72. Bremner, J. M. Determination of ammonia and nitrate in soil / J. M. Bremner, K. Shaw // Journal of Agricultural Science. – 1995. – № 46. – P. 64 320–328. 73. Золотов, Ю.А. Химические тест-методы анализа / Ю.А. Золотов, В.М. Иванов, В.Г. Амелин. – М.: УРСС, 2002. – 302 с. 74. Золотов, Ю.А. Химический анализ без лабораторий: тест-методы / Ю.А. Золотов // Вестник Российской Академии наук. – 1997. – Т.67. – № 6. – C. 508– 513. 75. Macho, H. К . Gap between layers, melt adhesive / H. К . Macho, К .D. Hungenberg, N. Becker // Patent № US5096836A. – 1992. 76. Arai, F. Analysis material sheet / F. Arai, K. Yazawa, H. Takeuchi, M. Kitajima //Patent № US4783315A. – 1988. 77. Jina, A.N. Test strip with an asymmetrical end insuring correct insertion for measuring / A.N. Jina, L.R. Larson, J.L. Smith // Patent № US5526120A. – 1996. 78. Rapkin, M.C. Support with hydrophobic barrier layer with affixed spaced apart reagents responsive to various materials / M.C. Rapkin, D.L. Tabb // Patent № US4301115A. – 1981. 79. Chaimaneewong, К . Powdered Reagent for Spectrophotometric Determination of Nitrite / К . Chaimaneewong, Е . Nakamura, Н . Namiki // Science reports of the Yokohama National University. Section I. – 1988. – № 35. – P. 45-49. 80. Morosanova, E.I. New sorbents and indicator powders for preconcentration and determination of trace metals in liquid samples / E.I. Morosanova, A.A. Velikorodnyi, Y.A. Zolotov // Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. – 1998. – № 361. – P. 305– 308. 81. Ширинова, А.Г. Кинетика образования и химико-аналитические характеристики перспективных аналитических форм азосоединений при фотометрическом определении нитрит-ионов / А.Г. Ширинова, В.М. Иванов // Журнал аналитической химии. – 1994. – Т.49. – № 4. – C. 266–273. 82. Ширинова, А.Г. Реагент для колориметрического и фотометрического определения нитритов в водных растворах / Ширинова А. Г., Иванов 65 В. М. // Патент № 2038579. – 1995. 83. Zolotov, Y.A. Analytical tools for everybody: express test method / Y.A. Zolotov //Annales de Chimie (Paris). – 1997. – № 87. – P. 285–295. 84. Максимова, И.M. Определение кобальта (II) и железа (III) с использованием индикаторных трубок с органическими реагентами, иммобилизованных на гидрофобных / И. M. Максимова, А.А. Кухто, Е.И. Моросанова, Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 1994. – Т.49. – № 7. – C. 628–631. 85. Максимова, И.М. Линейно-колористическое определение меди (II) и железа (III) с использованием нековалентно иммобилизованных реагентов / И.М. Максимова, А.А. Кухто, Е.И. Моросанова, Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 1994. – Т.49. – № 11. – C. 1090–1093. 86. Марченко, Д.Ю. Индикаторные трубки для определения восстановителей в растворах / Д.Ю. Марченко, Е.И. Моросанова, Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 1997. – Т.52. – № 12. – C. 1162–1167. 87. Марченко, Д.Ю. Индикаторные трубки для определения анилина в растворе / Д.Ю. Марченко, Н.А. Морозкин, Е.И. Моросанова, Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 1997. – Т.52. – № 12. – C. 1167–1170. 88. Morosanova, Е .I. Length-of-stain indicator tubes for the determination of metals in water and solutions / Е .I. Morosanova, N. М . Kuz’min, Y. А . Zolotov // Fresenius' journal of analytical chemistry . – 1997. – № 357. – P. 853–859. 89. Андреев, В.Р. О математическом моделировании тест-методов, основанных на использовании индикаторных трубок для анализа состава жидких проб / В.Р. Андреев, Н.С. Плисс, Е.И. Моросанова, Ю.А. Золотов // Научное приборо- строение. – 1999. – Т.9. – № 3. – C. 116–128. 90. Моросанова, Е.И. Ксерогели, модифицированные 1-(2-пиридилазо)-2- 66 нафтолом и ксиленоловым оранжевым. Индикаторные трубки для определения меди (II) и железа (III) в растворах / Е.И. Моросанова, А.А. Великородный, И.В. Никулин, Е.А. Пуганова, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 2000. – Т.55. – № 5. – C. 539–545. 91. Азарова, Ж.Л. Ксерогели, модифицированные 1-(2-пиридилазо)-2- нафтолом и диметилглиоксимом. Индикаторные трубки для определения никеля / Ж.Л. Азарова, Е.И. Моросанова, Ю.А. Золотов // Журнал аналитической химии. – 2000.– Т. 55. – № 7. – C. 714–719. 92. Сорокин, В.И. Использование экспресс-тестов при исследовании наркотических и сильнодействующих средств / В.И. Сорокин, А.В. Гаевский, Е.В. Дегтярев, С.К. Волков. – М.: Экспертно-криминалисти- ческий центр МВД РФ, 1996. – 72 с. 93. Rampy, G.A. Device for the quantitative colorimetric analysis of fluids / G.A.Rampy // Patent № US3634038A. – 1972. 94. Rampy, G.A. Disposable titration device / G.A. Rampy, H.B. Castaneda // Patent № US4332769A. – 1982. 95. Singh, M. Urea biosensors / M. Singh, N. Verma, A.K. Garg, N. Redhu // Sensors and Actuators B: Chemical . – 2008. – № 134. – P. 345–351. 96. Bertocchi , P . Amperometric ammonium ion and urea determination with enzyme based probe / P . Bertocchi , D . Compagnone , G . Palleschi // Biosensors and Bioelectronics . – 1996. – № 11. – P . 1–10. 97. Eggenstein, C. A disposable biosensor for urea determination in blood based on an ammonium sensitive transducer / C. Eggenstein, M. Borchardt, C. Diekmann, B. Grundig, C. Dumschat, K. Cammann, M. Knoll, F. Spener // Biosensors and Bioelectronics . – 1999. – № 14. – P. 33–41. 98. Pandey, P.C. A new solid-state pH sensor and its application in the construction of solid-state urea biosensor / P.C. Pandey, S. Upadhyay, G. Singh, R. Prakash, R.C. Srivastava, P.K. Seth // Electroanalysis. – 2000. – № 12. – P. 517–521. 99. Pizzariello , A . Urea biosensor based on pH - sensing with hematein as a pH - sensitive redoxmediator / A . Pizzariello , M . Stredansky , S . Stredanska , S . 67 Miertus // Talanta . – 2001. – № 54. – P . 763–772. 100. Kovacs, B. Optical biosensor for urea with improved response time / B. Kovacs, G. Nagy, R. Dombi, K. Toth // Biosensors and Bioelectronics . – 2003. – № 18. – P. 111– 118. 101. Ortega , M . M . C . Conductometric uric acid and urea biosensor prepared from electroconductive polyaniline - poly ( n - butyl methacrylate ) composites / M . M . C . Ortega , D . E . Rodriguez , J . C . Ensinas , M . Plascencia , F . A . M . Velarde , R . Olayo // Sensors and Actuators B : Chemical . – 2002. – № 85. – P . 19–25. 102. Zhengpeng, Y. Piezoelectric urea biosensor based on immobilization of urease onto nanoporous alumina membranes / Y. Zhengpeng, S. Shihui, D. Hongjuan, Z. Chunjing // Biosensors and Bioelectronics . – 2007. – № 22. – P. 3283–3287. 103. Geiger, P.J. The use of p-dimethilaminobenzaldegyde for the microdetermination of urea in urine / P.J. Geiger // Microchemical. – 1968. – № 13. – P. 481–490. 104. Jenkin, D.M. Manometric biosensor for on-line measurement of milk urea / D.M. Jenkin, M.J. Delwiche // Biosensors and Bioelectronics . – 2000. – № 17. – P. 557–563. 105. Jenkin, D.M. Refinement of pressure assay for milk urea nitrogen / D.M. Jenkin, M.J. Delwiche, E.J. De Peters, R.H. Bon Durant // Journal of Dairy Science . – 2002. –№ 83. – P. 2042–2048. 106. Verma, N. A disposable microbial based biosensor for quality control in milk / N. Verma, M. Singh // Biosensors and Bioelectronics . – 2003. – № 18. – P. 1219–1224. 107. Renny, E.F. Enzyme based biosensor for detection of urea in milk / E.F. Renny, D.K. Daniel, A.I. Krastanov, C.A. Zachariah, R. Elizabeth // Biotechnology & Biotechnological Equipment . – 2005. – P. 198–201 108. Муравьёва А.Г. Руководство по анализу воды. Питьевая и природная вода, почвенные вытяжки .— Изд. 5-е, перераб. и дополн. — СПб.: 68 «Крисмас+», 2021. — 360 с. 109. Мидгли Д., Торренс К. Потенциометрический анализ воды: Пер. с английского. – М.: Мир, 1980. – 519 с. 110. Dobler Lydia J., Gibbons Jean M., Evtodienko Vladimir Yu. Quick acting toxic ammonia test for aqueous samples. US Patent 7033839, Issued April 25 th 2006. 111. Стефанова O.K. и др Электродные свойства ионоселективных мембран, содержащих нейтральный комплек|сообраэователь нонактин- Электро;химия, 1981, т10 821086 ] 112. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения содержания ионов аммония . Стефанова О.К., Рождественская Н.В. Советский патент SU 1 056 031 A1. Публ.1983; 113. Никольская Е.Б. Работы Б. П. Никольского и его школы по созданию новых газочувствительных сенсоров. В кн.: Академик Б. П. Никольский. Жизнь. Труды. Школа: Сборник / Под ред. А. А. Белюстина, Ф. А. Белинской. - СПб.: Изд-во С.- Пб. ун-та, 2000. С.- 251 – 266. 114. Камман К. Работа с ионселективными электродами. Перевод с нем. — М.: Мир, 1980. — 285 с. 115. Бейтс P. Определение pH, теория и практика. Пер. с англ.—Л.: Химия. 1972. 11 6 . Бебешко Г.И., Нестерина Е.М. Газочувствительные электроды в ионометрическом анализе природных и техногенных объектов. Определение иона аммония в водах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов» № 5. 2016. Том 82. – С.9-14. 117. Патент RU2168720C1. Газочувствительная ячейка для определения аммоний-иона / Бебешко Г.И., Нестерина Е.М. 118. За я вка на патент РУз № IAP 20210436 от 30.08.2021. Электрохимический датчик для определения концентрации аммиака в жидких и газовых средах / Аронбаев Д.М., Аронбаев С.Д., Раимкулова 69 Ч.А. 119. Aronbaev S. D., Raimkulova Ch.A., Aronbaev D.M., Narbaev K.M. Potentiometric sensor for measuring am-monia and ammonium ions in liquid and gaseous media //International Journal of Research in Management & Social Science Volume 10, Issue 2: April - June 2022. –Р.129-133 120. Аронбаев С . Д ., Аронбаев Д . М ., Холмирзаева Х . Н . Исакова Д . Т , Нармаева Г . З . Исследование рН - функции углеграфитовых электродов, модифицированных хингидроном //Universum:химия и биология -2020. №2 (68) – С.21-30 121 .7. Конвертер единиц концентрации газов / https://www.gazoanalizators.ru/ converter.html ). /Дата обращения 14.10.2021. 1 22 . Раимкулова Ч.А., Аронбаев С.Д., Аронбаев Д.М. К проблеме определения аммиака в выдыхаемом воздухе // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2020.1(79). URL: https://7universum.com/ru/ nature /archive/item/11153 ( дата обращения : 02.08.2021). 1 23 . Лукаш С.Л. Проблемы диагностики некоторых заболеваний по выдыхаемому воздуху // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. - 2010, № 9 – С.62-70. 1 24 . Копылов Ф.Ю. Перспективы диагностики различных заболеваний по составу выдыхаемого воздуха // Клиническая медицина. -2013. -№ 10. – С. 16-21. 1 25 . Raimkulova Ch.A., Aronbaev S.D., Vasina S.M., Aronbaev D.M. Exhaled air as an object of studying the functional state of the organism // The Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, 2020- №1-2- Р .47-51 Приложение 1 Список публикаций Норбаева К.М. 1. Раимкулова Ч. А., Нарбаев К. М., Аронбаев С. Д., Аронбаев Д.М. 70 Потенциометрический датчик для измерения аммиака и ионов аммония в жидких и газообразных средах // Сборник научных статей по итогам работы Международного научного форума «НАУКА И ИННОВАЦИИ- СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ». М.:2021.– С.127-133. 2. Raimkulova Ch.A., Narbaev K.M., Aronbaev D.M., Aronbaev S.D. Optimization of indophenol complex formation conditions for spectrophotometric determination of ammonium ions // Norwegian Journal of development of the International Science – 2022.-No 77. v.1–P.3-9 DOI: 10.24412/3453-9875-2021-77-1-3-9. SJIF Impact Factor 5.02 . 3. Нарбаев К ., Раимкулова Ч . А ., Аронбаев С . Д . Аронбаев Д . М . Выбор условий спектрофотометрического определения ионов аммония индофенольным методом //7th International scientific and practical con- ference “Science, innovations and education: problems and prospects” (February 9-11, 2022) CPN Publishing Group, Tokyo, Japan. 2022. .- С .161-170. 4. Aronbaev S.D., Raimkulova Ch.A., Aronbaev D.M., Narbaev K.M. Potentiometric sensor for measuring ammonia and ammonium ions in liquid and gaseous media //2nd International Conference on Modern Research in Agriculture, Biological, Medical and Environmental Sciences. Organized By Indian Academicians And Researchers Association In Association With Université Ibn Zohr, Morocco And Center Ibn Zohr of Development and Research, Morocco On 10th May 2022. – Р.16 (IARA). 5. Aronbaev S.D., Raimkulova Ch.A., Aronbaev D.M., Narbaev K.M. Poten- tiometric sensor for measuring ammonia and ammonium ions in liquid and gaseous media // International Journal of Research in Management & Social Science Volume 10, Issue 2: April - June 2022. –Р.129-133 (WoS). Приложение 2 71 72 73

Разработка методов и устройств для определения ам-миака в воздушных средах

Купить