Способ количественного определения йода
Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, конкретно к способу определения йода, например, в пищевых продуктах. Сущность: предложен способ определения йода, включающий озоление пробы исследуемого вещества и инверсионно-вольтамперометрическое определение количества йода, заключающееся в повторяющемся электрохимическом концентрировании исследуемого вещества на поверхности рабочего электрода из фонового электролита путем подачи на электрод электрических потенциалов с последующей регистрацией вольтамперных кривых и определением количества йода по высоте пика на них до и после внесения стандарта с учетом высоты пика фонового электролита. Фоновый электролит содержит азотнокислую ртуть, хлористый калий и соляную кислоту, на электрод сначала подают отрицательный потенциал, в фоновый электролит вводят пробу исследуемого вещества, при повторном определении - пробу исследуемого вещества со стандартом, после чего на электрод подают положительный потенциал, не превышающий +150 мВ, при вращении электрода, затем проводят развертку потенциала от -200 до -1200 мВ со скоростью 10-100 мВ/с и после определения концентрации йода на рабочий электрод дополнительно подают последовательно положительный и отрицательный потенциалы для его очистки. Технический результат изобретения - повышение чувствительности и воспроизводимости способа количественного определения йода. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, к способу определения йода в пищевых продуктах и продовольственном сырье, и может быть использовано в пищевой, фармакологической, медицинской и химической промышленности при анализе микроколичеств йода в йодсодержащих веществах и соединениях.
Известен способ, относящийся к электрохимическим методам - вольтамперометрическое определение, который состоит из оценки концентрации определяемого вещества на рабочем электроде при определенном электрохимическом воздействии. Для осуществления анализа необходима электрохимическая ячейка с фоновым электролитом, в которую помещают 2 или 3 электрода - один из которых - рабочий электрод, второй - электрод сравнения и вспомогательный электроды. В качестве рабочего электрода используют обычно стационарный ртутный, ртутно-пленочный и твердый электроды на основе различных материалов (графита, стеклоуглерода, золота и др. ). В качестве электрода сравнения используют хлоридсеребряный, каломельный и другие электроды, которые имеют постоянный потенциал. В качестве вспомогательного электрода используют платиновую проволоку, стеклоуглеродный стакан электрохимической ячейки. Количество определяемого вещества оценивают по высоте пика вольтамперометрической кривой (А. М. Бонд. Полярографические методы в аналитической химии. - М.: Химия, 1983). Этот способ широко используются для определения органических и неорганических веществ. Особое внимание уделяется определению йода в связи с производством разнообразных видов пищевых продуктов, обогащенных йодом. Известен титриметрический способ определения йода в пищевых продуктах "Изделия хлебобулочные диетические". ГОСТ 25832-89, АОАС Official Methods of Analysis, 1995, Chapter 4.8.11, р. 34. Способ состоит из пробоподготовки путем сжигания (озоления) пробы и количественного определения йода, включающего окисление йодида пробы до йодата бромом, последующего восстановления йодата до йода с помощью йодида в кислой среде и количественного определения йода титрованием тиосульфатом натрия. Несмотря на простоту выполнения анализа, доступность метода, указанный способ не может быть применен при анализе микроколичеств йода из-за низкой воспроизводимости и точности. Известен "Способ определения йода в йодсодержащих органических веществах", описанный в патенте 2163377, МКИ G 01 N 27/48, БИ 5, 2001. В этом способе сначала проводят подготовку пробы сухим озолением. Пробу количественно переносят в электрохимическую ячейку, осаждают ионы йода на ртутную поверхность электрода при положительном потенциале на нем, измеряют вольтамперную зависимость при изменении потенциала на электроде с ртутной поверхностью от положительного к нулевому значению, а о количестве йода судят по результатам измерений вольтамперной зависимости. В качестве рабочего электрода использован ртутный электрод, а электрод сравнения - хлоридсеребряный. Фоновый раствор, в котором проходит электрохимическое определение, содержит азотную кислоту, метанол и воду. Этот метод позволяет определять с достаточной достоверностью лишь высокие (1-5 г йода в кг продукта) концентрации йода в анализируемой пробе. Возникающие высокие токи электрохимического растворения ртути не позволяют выделить сигналы, характерные растворению соли йодида ртути. Использование в качестве рабочего электрода ртутной капли значительно снижает воспроизводимость метода из-за сложности создания стандартных и воспроизводимых размеров ртутной капли. Наиболее близким к предлагаемому выбран способ, описанный в статье "Электрохимические методы для контроля содержания йода в напитках". (ж. "Вопросы питания", 2001, 3, c. 32-36). В этом способе используют инверсионно-вольтамперометрическое определение количества йода. После озоления пробы проводят определение йода по йодид-иону, который накапливается в виде труднорастворимой соли ртути на рабочем электроде и высвобождается в процессе ее электрохимического восстановления. В качестве рабочего электрода применяют ртутно-пленочный электрод (ртуть на серебряной проволоке), фоновый электролит - нитрат калия, содержащий аскорбиновую кислоту. Вначале определяют величину аналитического сигнала йодид-иона фонового раствора при потенциалах от (-300) до (-350 мВ), для чего удаляют инертным газом растворенный кислород и при перемешивании при потенциале 0 мВ проводят электрохимическое накопление в течение 60 с и регистрируют вольтамперограмму в диапазоне потенциалов от 0 до -1200 мВ. Эта величина учитывается при анализе образца. Затем в ячейку помещают раствор анализируемой пробы и проводят определение величины аналитического сигнала образца. Для количественного определения йодида в ячейку с пробой вносят стандартный раствор йодида калия с концентрацией 1 мкг/см3 и повторяют все операции для получения величины аналитическою сигнала пробы со стандартным раствором. Затем рассчитывают количество йода в образце по полученным величинам аналитического сигнала йодид-иона в пробе и пробе с добавкой стандарта с учетом величины сигнала его фонового раствора. В этом способе при создании ртутно-пленочного электрода возникают сложности с воспроизводимостью толщины пленки ртути на серебряном носителе, что существенным образом отражается на точности результатов анализа, а также не дает возможности стандартизовать условия проведения анализа, что влияет на воспроизводимость результатов. Использование указанного фонового раствора требует дополнительных операций, связанных с удалением растворенного кислорода, что усложняет способ и также влияет на точность и воспроизводимость результатов измерения. При использовании известного способа для количественного определения йода в более сложных по составу йодсодержащих продуктах, чем напитки, ошибка метода возрастает. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и воспроизводимости способа количественного определения йода. Поставленная задача решается тем, что в способе количественного определения йода, включающего озоление пробы исследуемого вещества и инверсионно-вольтамперометрическое определение количества йода, заключающееся в повторяющемся электрохимическом концентрировании йода в виде йодид-иона на поверхности рабочего электрода при положительном потенциале с последующей регистрацией вольтамперных кривых и определением концентрации йода по высоте пика вольтамперных кривых анализируемого раствора пробы до и после внесения стандарта с учетом высоты пика фонового электролита, особенность заключается в том, что фоновый электролит содержит азотнокислую ртуть, хлористый калий и соляную кислоту, из фонового электролита на рабочий электрод предварительно наносят микротонкий слой ртути путем подачи отрицательного потенциала, концентрирование йода в виде йодид-иона проводят при положительном потенциале, не превышающем +150 мВ в течение 30












Н2 - высота пика восстановления йодида ртути после внесения в ячейку добавки стандартного раствора йодида калия, 2588 ОЕШТ;
Сд - концентрация йодида калия в стандартной добавке, 1 мкг/см3;
m - масса анализируемой пробы, 2 г;
100 - коэффициент пересчета на 100 г пробы продукта.

Содержание йода (в форме йодида) в хлебе составило 25,8 мкг/100 г хлеба. Результаты представлены в таблице. Перед анализом следующей пробы протирают торец электрода фильтровальной бумагой, повторяют все операции, как описано в п.п.а) - д). Пример 2. То же, что пример 1, за исключением операции воздействия на графитовый электрод последовательно положительного (+100) мВ и отрицательного (-600) мВ потенциалов (после процедуры развертки). Результаты определения йода представлены в таблице. Пример 3. Определение йода (в виде йодида) проводилось строго по методике прототипа. Определение йода (в виде йодида) в йодированном хлебе. Приготовление образца. 2 г Йодированного хлеба, взвешенного с точностью до 0,01 г, помещают в фарфоровый тигель, смачивают добавлением 3 мл 20% карбоната калия и 2 мл дистиллированной воды, накрывают крышкой и оставляют на 16 ч при комнатной температуре. Тигель без крышки помещают на песчаную баню и выдерживают при 150-250oС до прекращения выделения дыма. Затем накрывают крышкой и переносят в предварительно нагретую до 250oС муфельную печь и выдерживают в течение 30 мин. Затем температуру поднимают до 500-550oС и продолжают прокаливание пробы до полного сжигания образца. Образовавшаяся зола должна быть белого или серовато-белого цвета. Содержимое тигля переносят количественно с помощью дистиллированной воды в измерительную пробирку и водой же доводят объем раствора до 15 мл. Раствор с осадком центрифугируют 10 мин при 800 об/мин. Центрифугат используют для анализа йода. В качестве рабочего электрода применяют ртутно-пленочный электрод в виде серебряной проволоки диаметром 0,8 мм с поверхностью 20 мм2, вспомогательный электрод - в виде платиновой проволоки и хлоридсеребряный - в качестве электрода сравнения. Фоновым электролитом служил 0,1 М раствор нитрата калия (ГОСТ 4217-77, х.ч.). В электрохимическую ячейку вносят 10 см3 фонового электролита, добавляют 0,05 г сухой аскорбиновой кислоты (ГОСТ 6245-88, ч.д.а.), опускают в раствор электроды, устанавливают отрицательный потенциал (-1200) мВ и пропускают в течение 5 мин газообразный азот (ГОСТ 9293-74) с содержанием кислорода не более 0,03% и проводят электрохимическое накопление при потенциале 0 мВ в течение 60 с при перемешивании раствора током азота. По окончании электролиза отключают газ, через 5 с регистрируют вольтамперограмму в диапазоне потенциалов от 0 до минус 1200 мВ и определяют величину аналитического сигнала фонового раствора при потенциале от минус (-300) до (-350) мВ. Величина сигнала учитывается при расчете количества йода в образце. После снятия вольтамперограммы электрод выдерживают при потенциале минус 1200 мВ в течение 20 с для десорбции йодида. Затем из ячейки отбирают 5 см3 фонового раствора и вносят в эту ячейку 5 см3 подготовленного раствора пробы и проводят электрохимическое накопление при потенциале 0 мВ в течение 60 с при перемешивании раствора током азота. По окончании электролиза отключают газ и через 5 с регистрируют вольтамперограмму в диапазоне потенциалов от 0 до минус 1200 мВ и определяют величину аналитического сигнала раствора при потенциале от минус 300 до (-350) мВ. Операции определения йода в анализируемом растворе пробы повторяют еще два раза. В ячейку с пробой раствора вносят 0,2 см3 стандартного раствора йодида калия с концентрацией 1 мкг/см3 и определяют величину сигнала по процедуре, описанной выше. Содержание йода в образце рассчитывают по формуле, описанной выше. Содержание йода (в форме йодида) представлено в таблице. Пример 4. Подготовку пробы образца хлеба и количественное определение йода в нем проводят титриметрическим методом по ГОСТ 25832-89 "Изделия хлебобулочные диетические". Определение йода (в виде йодида) в йодированном хлебе. Подготовка образца. 25 г Йодированного хлеба смачивают 2 см3 дистиллированной воды и 2 см3 20%-ного раствора карбоната калия и выдерживают 16 ч при комнатной температуре. Тигель помещают на песчаную баню и выдерживают при 150-250oС до прекращения выделения дыма. Затем накрывают крышкой и переносят в предварительно нагретую до 250oС муфельную печь и выдерживают в течение 30 мин. Затем температуру поднимают до 500-550oС и продолжают нагрев пробы до полного сжигания образца. Образовавшаяся зола должна быть белого или серовато-белого цвета. Содержимое тигля переносят количественно с помощью дистиллированной воды в измерительную пробирку и водой же доводят объем раствора до 50 см3. Раствор с осадком центрифугируют 10 мин при 800 об/мин. Центрифугат используют для анализа йода. В плоскодонную колбу вместимостью 50 см3 вносят 10 см3 центрифугата добавляют 3 капли концентрированной серной кислоты до рН 3, 3 капли свежеприготовленной бромной воды и нагревают до кипения, вносят 2 капли 5% раствора фенола. Раствор охлаждают и добавляют 0,5 см3 5% раствора йодида калия. Выделившийся йод отфильтровывают раствором тиосульфата натрия с концентрацией 0,001 мол/дм3 в присутствии 3 капель 0,5% раствора крахмала. Результаты анализа рассчитывают по формуле, приведенной в ГОСТ 25832-89. Полученные результаты содержания йода (мкг/100 г) в пищевых продуктах и величины сходимости (R) представлены в таблице. Преимущества предлагаемого способа количественного определения йода (в виде йодида) (пример 1) перед прототипом (пример 3) заключаются в следующем. Показатель сходимости (расхождение результатов параллельных определений количественного анализа йода), характеризующий пример 1, существенно ниже соответствующего показателя примера 3 (см. таблицу). В примере 1 исключена процедура продувки анализируемого раствора инертным газом, что существенно упрощает проведение анализа в сравнении с прототипом. Формирование микротонкого слоя пленки ртути на поверхности графитового электрода в электрохимическом процессе по предлагаемому способу позволяет добиться значительно более высокой стабильности размеров сформированной пленки ртути в сравнении с пленкой ртути, полученной механическим путем на серебряном электроде в соответствии с прототипом. Как видно из таблицы, исключение стадии очистки рабочего электрода (пример 2) последовательным воздействием положительного и отрицательного потенциалов ухудшает воспроизводимость результатов анализа. Пределы положительных и отрицательных потенциалов и времени воздействия их на рабочий электрод являются оптимальными. Выход за пределы указанных границ существенно ухудшает метрологические характеристики предлагаемого способа. В предлагаемом способе используют относительно недорогие отечественные лабораторные приборы и реактивы и поэтому способ может быть внедрен в аналитическую практику служб, осуществляющих контроль качества и безопасности пищевых продуктов и продовольственного сырья, а также производств пищевой, химической, фармацевтической, сельскохозяйственной промышленности. Предлагаемый способ испытан при анализе йода в пищевых продуктах, продовольственном сырье и биологически активных добавках к пище (БАД) Головным испытательным центром пищевой продукции при Институте питания РАМН, где получены хорошие результаты.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1