ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИОНОМЕТРИИ И ПЛАМЕННОЙ ФОТОМЕТРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД НА СОДЕРЖАНИЕ НАТРИЯ, КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ И ХЛОРА

Методические рекомендации

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РСФСР

"СОГЛАСОВАНО”

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ И0Н0МЕГРИИ И ПШЕННОЙ

фотометрии да оценки питательных сред на

СОДЕРХАНИЕ НАТРИЯ, КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ И ХЛОРА

Методические рекомендации (с правом переиздания местными органами здравоохранения )

КАЗАНЬ - 1988

ход, адаэдэа-

Методика проведения анализа по определению содержания -ионной аналогична описанной ранее. Молярная масса (М) определяемого иона    -    35,5 г. В качестве стандартного раствора ис -

пользуют I М ICC& .

Если образец сухой, то берется навеска среды и растворяется в мерной колбе определенного объема. Величина навески и кратность разбавления водой подбирается в каждом конкретном случае в зависимости от содержания ионов fa* или СС"' в образце. При этом руководствуются тем, что потенциал, измеренный в исследуе -мом растворе, должен лежать на среднем участке калибровочного графика. Работа в этой области чувствительности электрода дает наиболее точные результаты. В качестве примера приведем методики анализа жидкого образца (бульона) и сухой пробы питательной среды.

Аишшз бульона на содержание_СЛ~ - ионов

I мл пробы растворяем в мерной колбе емкостью 10 мл. Отби -раем 5 мл, помещаем в стаканчик, прибавляем 5 мл 2М    ,

погружаем индикаторный электрод. Исследуемый раствор соединяем с электродом сравнения посредством электролитического ключа. Электроды подключаем к клеммам прибора pH-121. Измеряем значение потенциала Ej. Делаем две идентичные добавки (    )    стандарт    -

ного С с**    IM Itct по 0,3 мл, каждый раз измеряя значения потен

циала Eg И Eg.

Результаты измерений заносим в таблицу:

У мл щЦ Ш | Е, мВ    Производим    вычисления:

!    236

i 196 !    179

Таблица 3. Расчет анализа по методу двойных стандартных добавок (по данным фирмы " Or * м”)

К Аг К JL.& л Л'4 аС к 1,270 0,100 1,495 0,600 1,620 1,213 1,720 2,126 1,280 0,113 1,500 0,618 1,625 1,245 1,725 2,190 1,290 0,126 1,505 0,637 1,630 1,280 1,730 2,256 1,300 0,140 1,510 0,655 1,635 1,315 1,735 2,326 1,310 0,154 1,515 0,675 1,640 1,353 1,740 2,397 1,320 0,170 1,520 0,694 1,645 1,391 1,745 2,470 1,330 0,186 1,525 0,714 1,650 1,430 1,750 2,549 1,340 0,203 1,530 0,735 1,655 1,469 1,755 2,629 1,350 0,221 1,535 0,756 1,660 1,510 1,760 2,711 1,360 0,240 1,540 0,778 1,665 1,554 1,765 2,801 1,370 0,260 1,545 0,801 1,670 1,598 1,770 2,892 1,380 0,280 1,550 0,823 1,675 1,643 1,775 2,985 1,390 0,302 1,555 0,847 1,680 1,691 1,780 3,088 1,400 0,325 1,560 0,870 1,685 1,738 1,785 3,193 1,410 0,349 1,565 0,896 1,690 1,787 1,790 3,301 1,420 0,373 1,570 0,920 1,695 1,840 1,795 3,416 1,430 0,399 1,575 0,946 1,700 1,894 1,800 3,536 1,440 0,427 1,580 0,973 1,705 1,948 1,805 3,664 1,450 0,455 1,585 1,000 1,710 2,006 1,810 3,797 1,460 0,485 1,590 1,029 1,715 2,066 1,815 3,939 1,470 0,516 1,о95 1,056 1,475 0,532 1,600 1,086 1,480 0,548 1,605 1,116 1,485 0,565 1,610 1,147 1,490 0,582 1,615 1,179

и) Таблица приведена из Каммая К. ( CciimA.rn &. )

-    В кн.: Работа с ионоселективными электродами. - М., Мир., 1980.

-    С. 264.

Рас.2. Функциональная схема пламенного фотометра ФПД-1

I    - баллон с горючим газом; 2 - стеклянные фильтры; 3 - манометры;

4 - зеркало; 5 - компрессор; 6- анализируемый раствор; 7 - смеситель с горелкой; 8 - конденсатор; 9- светофильтры; 10 - фотоэлемент;

II    - усилитель; 12 - микроамперметр; 13 - стабилизатор.

случае определения содержания элементов в сухих средах, берут навеску в соответствии с рецептурой из расчета на 100 мл среды и разводят бидистиллированной водой. Агаризованные среды перед исследованием расплавляются, в случае необходимости могут дополнительно разводиться подогретой бидистилляровонной водой ( Ufa' - 55°С).

Анализируемый раствор в виде аэрозоля с помощью распылителя вводится в пламя горелки. Наилучшие показатели получаются при величине внутренних конусов пламени 3 - 4 мм и голубовато-зеленом их цвете (рис.З).

Рис. 3. Форма и строение пламени

1    - внутренний конус;

2    - промежуточная зона;

3    - внешний конус

Прямая пропорциональность между интенсивностью спектральной линии и концентрацией анализируемого раствора наблюдается лишь при определенных концентрациях и зависит от природы спектральной

линии и пламени. Возникающий фототок, регистрируемый микроамперметром, является функцией концентрации определяемого элемента. Для выделения спектральной линии измеряемого элемента примеяя -ются интерференционные светофильтры со следующими длинами волн в максимуме пропускания: для измерения эмиссии натрия, калия и кальция У) fbdyi соответственно равно 589 ± 5; 768 ± 5 и 622 ±

+ 5 нм.

Определение натрия, калия п кальция

Для каждого элемента готовится разбавлением исходного рас -твора дистиллированной водой серия стандартных растворов в мер -ных колбах вместимостью 50 мл. Исходный стандартный раствор /Й4? и    содержит    200 мг/л натрия и 200 мг/л калия соответствен

но. Исходный стандартный раствор хлорида кальция содержит 1,0 г/л кальция. Эти растворы используются для приготовления пяти более разбавленных растворов (табл.4).

Таблица 4. Приготовление стандартных растворов

Порядковые номера разве- ! денных стандартных рас- ! творов    !

Объем исходного стандартного раствора, мл !

Содержание натрия,    !

калия, мг/л    !

Содержание кальция, мг/л !

Фотометрирование начинают с раствора, имеющего наибольшую концентрацию, чтобы избежать отклонения стрелки микроамперметра за пределы шкалы. Затем последовательно переходят от меньшей концентрации к большей. По полученным данным строят график зависимости L = / (С), где U - сила фототока (мА), -функция, (С) - концентрация (мг/л).

Методы ионометрии и пламенной фотометрии позволяют быстро и точно определить содержание ионов натрия, калия, кальция и хлора в питательных средах. Второй метод определяет содержание макроэлементов, находящихся и в недиссоциирован-ном состоянии, выявляет в средах дополнительные источники этих элементов.

При разработке питательных сред и их контроле необходимы сведения о минеральном составе питательных основ, отдельных ингредиентов её, самих питательных сред. В действующих "Методических указаниях по применению физико-химических методов контроля питательных сред" М3 СССР (М., 1977) приводится методика определения хлорида натрия. Настоящее дополнение составлено с целью расширения набора методик для аналитического контроля питательных сред, в частности, определения содержания отдельно натрия , калия, кальция, хлора. Определение этих элементов возможно с помощью методов потенциометрия с ионоселективными электродами и пламенной фотометрии. Применение этих методов в микробиологии мало освоено,в то время как они являются специфичными, информативными, простыми и доступными экспресс-методами.

Настоящие дополнения к методическим указаниям по определению химического состава (ПС) обоснованы результатами сравнительного изучения описанных методов с известным, используемым для определения хлорида натрия в питательных средах с помощью азотнокислого серебра и роданида аммония, выявляющего общее содержа -ние хлорид-ионов в растворе независимо от присутствия одного соединения хлора или нескольких с катионами натрия,калия,магния и др. Возможность применения ионометрии и пламенной фотометрии для определения ионов натрия,калия,хлора и кальция в питательных средах изучена на наборе широко применяемых сред на основе перевара мяса по Хоттингеру и образцах экспериментальных сред.

Предлагаемые методики позволили определить присутствие ионов натрия,калия,хлора в средах и их компонентах,вести целенаправленное конструирование среды. С помощью этих двух методов получены количественные данные отдельно ионов натрия.калия,хлора, находящихся как в диссоциированном,так и в "связанном" состоянии.

I. ОДРЩДШЕ ИОНОВ НАТРИЯ И ХЛОРА МЕТОДОМ ИОНОМЕГРИИ

Ионометрия - раздел потенциометрии, использующей в качестве аналитических детекторов ионоселективные электрода (ИСЭ). ИСЭ -представляют собой электрохимические полуэлементы, для которых разность потенциалов на границе раздела фаз "электрод-раствор" зависит от концентрации определяемого иона в растворе. Катионочувствительные (УлЛ) стеклянные электрода селективны (по отношению к другим катионам), устойчивы в редокс-системах, на них не воздействуют белки, они индифферентны к анионам. Аниончувстви -тельные электрода - индифферентны к катионам.

Для определения концентрации ионов с помощью ИСЭ используют прямую потенциометрию в среде с высокой ионной силой (метода градуировочного графика и стандартных добавок) и потенциометрическое титрование. Техника измерения аналогична измерению pH: необходимы потенциометр (pH-метр) и электрод сравнения. ИСЭ выпускает ЗИП в г.Гомеле и НПО "Аналитприбор" г.Тбилиси.

Определение ионов хлора и натрия методом двойной стандартной добавки

Методика определения ионов хлора и натрия в сложных микробиологических питательных средах, содержащих высокие концентрации посторонних компонентов, основана на измерении потенциала селективного электрода до и после введения в анализируемый раствор двух идентичных порций (добавок) раствора с известной концентрацией определяемого иона.

Анализ проводят с использованием натриевого (ЭСЛ-51Г-05) и хлорядного (сМ-Л~01) селективных электродов. Измерение сигнала индикаторного электрода проводят на потенциометре типа pH-121 и других типов относительно хлорсеребряного электрода сравнения (ЭВН-В53), соединенного с исследуемым раствором посредством элек-

тролятического моста, заполненного 3% гелем агар-агара с 10% раствором    ,    при    перемешивании    раствора. Для приготовления

геля навески агар-агара (0,75 г) и K-A/Oj 2,5 г, помещают в 25 мл О и смесь оставляют для набухания, затем при интенсивном перемешивании доводят до кипения и горячий раствор заливают в трубку, избегая появления пузырьков воздуха. Постоянство ионной силы в системе осуществляется введением 2М раствора нитрата ашо-ния к исследуемому раствору (рис.1).

Рис. I. Схема измерительной ячейки.

1    - солевой мостик (электролитический мостик)

2    - электрод сравнения

3    - хлоридный (натриевый) селективный электрод

4    - рй-метр

Определение ионов Л/*?

Подготовка электрода к работе.

Перед проведением серии анализов по определению ионов Мл? в питательных средах Va -селективный электрод готовят к работе следующим образом:

I) выдерживают электрод в 10”*М растворе //а& в течении суток для приведения мембраны в рабочее состояние;

2)    по точной навеске готовят исходный I U раствор

(5,85 г в 100 мл), затем для калибровки электрода методом последовательного разбавления получают рабочие растворы следующих концентраций:

Таблица I. Калибровочные растворы для натриевого электрода

!    о !    о !    т !

и 1 I -ю ³ j I 40 ^г j I ЧО"¹ ! 1.0

3,02 i 2,04    !    1,11    !    0,22

Примечание: Таблица приведена из технического описания и инструкции по эксплуатации "рН-метр - милли вольтметр pH-121".

3)    в каждом из приготовленных растворов, начиная с более разбавленного, измеряют значение потенциала индикаторного электрода ( f/ef ) относительно электрода сравнения и строят график зави -симости потенциала электрода (Е) натрий ионов (/ •/*&-) в координатах Е - р ;

4) определяют наклон ( S ) графика, имеющего вид прямой ли -нии, по соотношению $ _ Е/ ~     . Если S близко к

теоретическому значению (59,16), то электрод пригоден к работе. Проверка работы электрода и построение градуировочного графика проводится один раз перед проведением серийных анализов образцов с близким содержанием определяемых компонентов. При постоянной эксплуатации электрода его характеристику достаточно проверять один раз в месяц по двум значениям концентраций в средней области градуировочного графика. При длительном хранении электрода подготовку его к работе необходимо начинать с "замачивания" мембраны.

Градуировочный график необходим для приближенного определе -ния содержания ионов в исследуемом образце, а также для выбора концентрации и величины вводимой добавки стандартного раствора.

Ход анализа.

Навеску сухой среды или точно измеренный объем исследуемой жидкой иля растопленной агаризованяой питательной среды разбавляют дважды дерегнаной водой в мерной колбе, тщательно перемешивают. Размер навески и кратность разбавления 1^0 в мерной кол -бе подбирается в зависимости от содержания ионов + в исследуемом образце. В случае изучения агаризованной среды использу -ют для разбавления подогретую воду до 45 - 5fi°C. Пипеткой отби -рают 5 мл полученного раствора, помещают в стаканчик, прибавля -ют равный объем 2М мц_ч а/О^ , погружают //*- -селективный электрод. ф раствора нитрата аммония добавляют к раствору исследуемого образца в измерительной ячейке для поддержания постоянной ионной силы. Связь исследуемого раствора с раствором электрода сравнения осуществляют посредством электролитического моста. Раствор перемешивают с помощью магнитной мешалки. Отсчет значе -ний потенциала Ej, мВ по шкале прибора производят через 1-2 мин. после погружения индикаторного электрода. Затем пипеткой вводят добавку iferr» стандартного раствора С^ /А С£ I М (чтобы изменением объема можно было пренебречь, вводимая добавка не должна превышать 0,5 мл, а концентрация добавляемого раствора должна быть на 2 порядка больше исследуемого). Фиксируют значе -ние Е2, мВ, введение добавки стандартного раствора должно выз -вать изменение потенциала не менее, чем на 30-40 мВ. Затем вво -дят в исследуемый раствор вторую идентичную добавку и измеряют %, мВ.

Расчет содержания анализируемого иона проводят следующим образом:

вычисляют разность значений потенциалов между первоначаль -измеренным и после введения каждой добавки: Ej - Е^; Ej - Eg

Vлу> о(,it

тогда Моль/л =А-^7/-^Г^> ■

V л,ь£>>

С_ст - концентрация стандартного раствора, используемого

в виде добавки, моль/л;

- объем добавки, мл;

объем пробы, взятого для анализа, мл.

Конечный результат в г/л определяют с учетом разбавления

исходного образца:    _г

/О    Ёх    ¹    '    l'    х. и..    .

Cuccjt —гр-гттг- * 1000 г/л

или величины навески, растворенной в мерной колбе

Сх •    -ч.    к.    .

Си<ы.= -^    ,    1U0U- • 1000 г/л

где; ‘ЬС*.*.- объем мерной колбы, мл;

if чей,- объем пробы, взятой для разбавления, мл;

^ - навеска образца, г;

М - мольная масса определяемого иона (23,0 г);

иля в %

тояние.

2.    По точной навеске готовят исходный раствор kC& I М растворением 7,45 г реактива в мерной колбе емкостью 100 мл.

3.    Последовательным разбавлением в мерной колбе емкостью 25 мл готовят серию калибровочных растворов следующих концентраций:

Таблица 2. Калибровочные растворы для хлоридного электрода

конц./&3?,М ; Ю"¹    ;    Ю^-2    |    1СГ³ I 5-ИГ⁴! 3-1СГ⁴

T.xi ~Гг~61 i 3.08'Г ”з7зо ” I ” 'зТбо Примечание: Таблица приведена из паспорта электрода мембранного ЭВ-С^-01.

Калибровочные таблицы I и 2 указывают область концентраций, в которой работает данный электрод. Таблицы дают конкретные зна -чения концентраций калибровочных растворов, которые необходимы для проверки работы электродов.

4.    В каждом из приготовленных растворов, начиная с более разбавленного, измеряют значение потенциала. Для этого калибро -вочный раствор помещают в стаканчик, погружают хлорид-селектив -ный электрод. Электрод сравнения помещают в другой стаканчик с насыщенным раствором tt-VOj, . Оба раствора соединяют электроли -тическим ключом, электроды подключают к клеммам измерительного прибора.

5.    По значениям Б, измеренным в растворах с различной кон -

центрацией    ,    строят    график    зависимости    Е,    мВ    -    р№    .Находят крутизну электродной характеристики S =    ;

ЪС&1

если соблюдается прямолинейная зависимость Е от рс£ и значение £ близко к теоретическому (59,16), электрод пригоден к работе.