Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА АНАЛИЗИРУЕМОГО ВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА - Патент РФ 2130171
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА АНАЛИЗИРУЕМОГО ВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА АНАЛИЗИРУЕМОГО ВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА АНАЛИЗИРУЕМОГО ВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к аналитической химии, а именно обнаружению и количественному фотометрическому определению вещества в исследуемых пробах по аналитическому эффекту реакции с колориметрическим окончанием с использованием видеоизмерительного комплекса. Способ осуществляется путем преобразования аналогового сигнала цветного видеоизображения пробы в цифровой сигнал с последующей его обработкой на ЭВМ по параметрам международной колориметрической системы RGB. Используемый видеоизмерительный комплекс позволяет количественно определить исследуемое вещество в диапазоне максимума поглощения путем сравнения параметра RGB анализируемой пробы с параметрами RGB граудировочных стандартов, что приводит к повышению чувствительности за счет снижения локальности поперечной до 2,0-5,0 мм и продольной до 0,1-1,0 мм и улучшению основных метрологических характеристик фотометрического способа анализа определяемого вещества. 2 ил., 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2130171
Класс(ы) патента: G01J3/46
Номер заявки: 95110105/25
Дата подачи заявки: 14.06.1995
Дата публикации: 10.05.1999
Заявитель(и): Войсковая часть 61469
Автор(ы): Холстов В.И.; Кучинский Е.В.; Маханьков Ю.Д.; Щербин С.Н.; Попов С.В.; Ведехин А.В.
Патентообладатель(и): Войсковая часть 61469
Описание изобретения: Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к фотометрическому определению количества анализируемого вещества по аналитическому эффекту реакции с колориметрическим окончанием с использованием видеоизмерительного комплекса. Данный способ может быть использован в системе войсковой и промышленной индикации, на объектах по уничтожению химического оружия, а также при проведении экологического мониторинга различных объектов окружающей среды.
Для обнаружения и количественного определения физиологически активных веществ в исследуемых пробах могут быть использованы различные инструментальные и химические методы анализа. Однако наибольшее практическое применение получили химические методы, основанные на аналитическом эффекте, получаемом от взаимодействия определяемого вещества с цветореагентами. Интенсивность окраски продуктов реакции линейно связана по оптическому закону Бугера-Ламберта-Бэра с содержанием определяемого вещества в анализируемой пробе. К настоящему времени в практике химического контроля известны различные способы обнаружения, идентификации и количественного определения исследуемых веществ, с использованием различных средств регистрации аналитического эффекта. Разработанные способы отличаются по технологии анализа, аналитическому принципу и имеют различные метрологические характеристики (чувствительность определения, точность, воспроизводимость, технологичность и др. ). Важно также отметить, что современным аналитическим задачам характерна ярко выраженная тенденция к скоротечному снижению требуемых пределов обнаружения микро- и макрокомпонентов, особенно при количественном определении супертоксикантов. В подобных аналитических задачах требуемые пределы обнаружения достигают значений на уровне пикограмм в литре или в килограмме анализируемой пробы, что нередко находится за принципиальными возможностями таких инструментальных методов, как хромато-масс-спектрометрия, электротермическая атомно-абсорбционная спектрометрия и т.д. В соответствии с этим перед аналитиками встает задача по поиску новых гармоничных комбинаций известных методов, приводящих к качественно большим аналитическим возможностям, чем аддитивная сумма аналитических возможностей каждого из методов.
Практика химического контроля показала, что фотометрические методы анализа располагают широкими аналитическими и техническими возможностями. В данных методах количество вещества определяется по интенсивности окраски или светопоглощению окрашенных соединений, полученных в ходе химических реакций. Интенсивность окраски растворов этих соединений зависит от их свойств и от состава среды. Регистрация аналитического эффекта может осуществляться визуально, по постоянным стандартам (эталонам), а также посредством приборов (колориметры, фотоколориметры, фотометры, спектрофотометры [1. Булатов М.И. и др. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. - М.: Химия, 1975]. В настоящем описании приведены основные широко используемые в практике химического контроля способы индикации, обнаружения и количественного определения веществ, основанные на цветовом аналитическом эффекте используемого соединения при взаимодействии со цветореагентами.
Существуют колориметрические способы обнаружения и количественного определения веществ, основанные на визуальном сравнении интенсивностей окраски стандарта (эталона) и анализируемой пробы [1. Е.А.Перегуд и др. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе. - М.: Госхимиздат, 1962. 2. М.И. Булатов и др. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. - Л.: Химия, 1976. 3. Ф.Файгль. Капельный анализ органических веществ. - М.: Госхимиздат, 1962]. В качестве стандарта (эталона) используют интенсивность окраски известной концентрации определяемого вещества в диапазоне определяемых концентраций. Экспериментально установленная зависимость интенсивности окраски определенного стандарта от концентрации используется затем в виде градуировки при визуальном определении анализируемого вещества. Количественное определение вещества оценивается путем подбора (сравнения) окраски из общего набора эталонных картинок стандартных растворов. Однако данный метод в настоящее время малопригоден для достоверного определения малых концентраций вещества (1·10-3 мг/мл и менее) из-за низкой точности воспроизводимости результатов определения.
Известен ряд фотометрических способов качественного и количественного определения веществ, основанных на аналитических реакциях с последующей регистрацией цветового эффекта (оптической плотности) с помощью колориметров или фотометров [1. М.И.Булатов и др. Практическое руководство. - Л.: Химия, 1976].
Измерения оптической плотности основаны на сравнении интенсивности световых потоков, прошедших через сравниваемые растворы. В дальнейшем, используя градуировочную зависимость интенсивности окраски от концентрации определяемого вещества, оценивается содержание вещества в исследуемой пробе. Однако колориметрические способы также не нашли широкого использования в войсковой и промышленной индикации в связи с ограниченными инструментальными и метрологическими возможностями используемых приборов.
Разработаны фотометрические способы обнаружения и количественного определения различных веществ с использованием фотоэлектрических колориметров и фотометров [1. Е.А.Перегуд и др. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе. - М.: Госхимиздат, 1962. 2. М.И.Булатов и др. Практическое руководство. - Л. : Химия, 1976]. Интенсивность аналитического эффекта измеряется с помощью оптических приборов, применяемых для измерения степени поглощения (пропускания) полихроматического света с помощью фотоэлементов. Затем, используя градуировочную зависимость оптической плотности от концентрации, рассчитывают количественно содержание вещества в анализируемой пробе. Однако используемые в данном способе средства измерения также обладают ограниченными возможностями по определению малых концентраций вещества в пробах. Максимально возможная регистрация аналитического эффекта (оптической плотности) позволяет количественно определять содержание вещества в пробе на уровне 1x10-4 мг/мл. При этом на пределе чувствительности способа погрешность анализа может составлять ± 20% и более, что является недостаточным для спектрофотометрических методов. Кроме того промеряемый данными приборами диапазон оптических плотностей составляет от 0,05 до 1,0, что ограничивает возможности массового анализа и требует дополнительных операций по концентрированию или разбавлению проб.
В настоящее время разработаны спектрофотометрические способы количественного определения веществ в различных пробах с использованием в качестве средств регистрации аналитических эффектов фотометрических спектрофотометров [1. М. И.Булатов и др. Практическое руководство. - Л.: Химия, 1976. 2. Е.А. Перегуб и др. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе. - М.: Госхимиздат, 1976]. Регистрация аналитического эффекта снована на измерении поглощения (пропускания) монохроматического света, прошедшего через слой окрашенного исследуемого раствора. В настоящее время измерение оптической плотности окрашенных растворов осуществляется различными типами и модификациями оптических приборов. По своим техническим и метрологическим характеристикам данные приборы позволяют достоверно регистрировать значения оптических плотностей от 0,03 до 2,0, что соответствует, как правило, диапазону определяемых концентраций от 5·10-4 до 5·10-1 мг/мл. Величина суммарной погрешности для спектрофотометрических методик количественного определения анализируемого вещества составляет величину относительного стандартного отклонения Sr = 0,20. Кроме того погрешность анализа сильно зависит от условий проведения анализа и колебаний величин оптической плотности "холостой" пробы. 3начение величины "холостой" пробы на уровне Dхол. = 0,05 - 0,10 отрицательно сказывается на чувствительности определения вещества в растворах и затрудняет задачу оценки микроконцентраций анализируемых соединений в окружающей среде. В связи с этим вышеуказанные недостатки ограничивают развитие спектрофотометрических способов и их использование в практике войсковой и промышленной индикации.
В настоящее время развитие электроники и микропроцессорной техники открыло широкие возможности по повышению эффективности спектрофотометрических измерений. Одним из перспективных направлений является сочетание спектрофотометра с ЭВМ, что приводит к появлению по существу нового вида спектрального цветоизмерительного прибора - спектрофотометра, выдающего наряду со спектральными характеристиками отражения измеряемого образца и другие его колориметрические характеристики: координаты цвета и цветности в различных цветовых системах, степень отличия измеряемого цвета и цветности в различных цветовых системах, степень отличия измеряемого цвета от цвета образца сравнения и т.д.
К настоящему времени известен способ, позволяющий оценивать окраску поверхности по координатам цвета и цветности МКО для стандартных наблюдателей с помощью спектроколориметра [М.И.Кривошеев и др. Цветовые измерения. - М.: Энергоатомиздат, 1990]. Разработанный способ позволяет измерять наряду со спектральными характеристиками отражения исследуемого образца и другие его колориметрические величины: координаты цвета и цветности в различных цветовых системах, степень отличия измеряемого цвета от цвета образца сравнения. Важно отметить, что используемые приборы для регистрации характеристики цветности исследуемых образцов широко применяются в настоящее время как анализаторы цвета телевизионных изображений.
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности (предела обнаружения), точности, воспроизводимости, универсальности, расширение диапазона определяемых концентраций, уменьшение величины аналитического фона и упрощение способа фотометрического количественного определения анализируемого вещества с использованием видеоизмерительного комплекса и локального анализа.
Это достигается тем, что фотометрическое определение количества анализируемого вещества проводится в микрообъеме по аналитическому эффекту реакции с колориметрическим окончанием и основано на измерении окраски (интенсивность окраски, оптическая плотность) путем преобразования аналогового сигнала цветного видеоизображения пробы в цифровой сигнал с последующей его обработкой на ЭВМ по параметрам международной колориметрической системы RGB.
Отличие данного изобретения от способа-прототипа состоит в том, что используемый видеоизмерительный комплекс позволяет количественно оценивать исследуемое вещество в микрообъеме, в диапазоне максимума поглощения, путем сравнения параметра RGB анализируемой пробы с параметрами RGB градуировочных стандартов, что приводит к повышению чувствительности за счет снижения локальности поперечной до 2,0 - 5,0 мм продольной до 0,1 - 1,0 мм и улучшению основных метрологических характеристик фотометрического способа анализа определяемого вещества.
Пример фотометрического количественного определения вещества (на примере ацетонциангидрина) с использованием видеоизмерительного комплекса.
1. Используемые реактивы и растворы
Раствор N 1 - 2% ацетоновый раствор о-толидина.
Раствор N 2 - смесь 30% перекиси водорода с 0,1 N раствором натриевой (калиевой) щелочи в объемном соотношении 1:1.
Растворитель - этиловый (метиловый) спирт.
2. Приготовление стандартных растворов.
Для приготовления стандартных растворов навеску ацетонциангидрина растворяют в этиловом спирте и получают серию стандартов с концентрациями 1,0·10-1, 5·10-2, 2·10-2, 1·10-2, 5·10-3, 2·10-3, 5·10-3, 5·10-4, 2·10-4, 5·10-5, 2·10-5, 5·10-6 мг/мл. Затем стандартные растворы анализируют по 3-4 параллельным опытам на спектрофотометре типа SPECTPO N IC 710 (фирмы BAUSCH and LOMB) для получения зависимости оптической плотности (D) от концентрации (С) анализируемого стандарта. По результатам измерений строят график зависимости D = f(C) Одновременно с помощью видеоизмерительного комплекса (блок-схемы представлены на фиг. 1 и 2) снимают цветовые характеристики анализируемых растворов по параметрам международной колориметрической системы RGB. Значения RGB градуировочных стандартов и "холостой" пробы заносят в память ЭВМ с целью последующего достоверного определения количества анализируемого вещества. Достижение необходимого предела обнаружения вещества в исследуемой пробе осуществляется подбором размеров локальности поперечной и продольной, с сохранением точностных характеристик предлагаемого способа измерения.
3. Ход фотометрического анализа.
К 5 мкл экстракта определяемого вещества добавляют последовательно 0,1 мкл раствора N 1 и 0,1 мкл раствора N 2. Затем содержимое пробы выдерживают в течение 3 часов для последующего сканирования окрашенных продуктов реакции с помощью видеокамеры. Фотометрирование окрашенных растворов проводят в проходящем и в отраженном свете.
Блок-схемы проведения фотометрирования приведены на чертеже, где на фиг. 1 показана блок-схема для измерений в проходящем свете, а на фиг. 2 - в отраженном.
Блок-схема состоит из источника 1 подсветки, кюветы 2 с фотометрируемой пробой, дифракционной решетки 3, видеокамеры 4 и ЭВМ 5.
Цветное видеоизображение пробы переводится путем преобразования аналогового сигнала с видеокамеры в цифровой сигнал для последующей обработки по параметрам RGB на ЭВМ. Полученные значения сравниваются со значениями RGB градуировочных стандартов и по ним определяется количество вещества в анализируемой пробе. Результаты определений на примере окрашенных стандартных растворов приведены в табл. 1 (см. в конце описания).
Из данных, приведенных в табл.1, можно сделать вывод о том, что существует зависимость между параметрами RGB (оптической плотностью) и концентрацией определяемого вещества в исследуемых растворах. Данную зависимость можно использовать для количественной оценки определяемого вещества в анализируемом растворе. Переход к локальному анализу позволяет повысить чувствительность количественного определения анализируемого вещества. Основные метрологические и эксплуатационно-технические характеристики предлагаемого способа приведены в табл. 1 - 3.
При необходимости установления максимума поглощения исследуемого раствора используется спектрофотометрический способ.
Расчет концентрации определяемого вещества в исследуемой пробе проводится по формуле
C = C0 · P · U,
где С0 - количество вещества, найденное по градуировочному графику D = f(C), мг/мл;
P - кратность разбавления;
U - объем анализируемой пробы, мл.
Предлагаемый способ прошел всестороннюю лабораторную проверку, которая показала пригодность данного способа для целей химического контроля по количественному определению различных веществ. Правильность метода оценивали по способу "введено-найдено".
Экспериментальные данные по оценке правильности предлагаемого способа приведены в табл. 2 (см. в конце описания) применительно к количественному определению ацетонциангидрина.
Данные, приведенные в табл.2, показывают высокую сходимость результатов определения ацетонциангидрина в диапазоне реальных полевых (производственных) концентраций заявляемым способом по сравнению с существующим методом количественного определения данного вещества.
В табл. 3 приведены данные по сравнительной оценке заявляемого способа и способа-прототипа (см. в конце описания).
Из табл.3 следует, что использование заявляемого способа по сравнению с существующим обеспечивает следующие преимущества:
повышает чувствительность определения (нижний предел обнаружения) и обеспечивает расчет минимально-допустимой концентрации вредных веществ в производственных и полевых условиях;
уменьшает величину аналитического фона и расширяет диапазон определяемых концентраций;
повышает точность и воспроизводимость результатов количественного определения, что увеличивает надежность и объективность определения физиологически активных веществ в исследуемых пробах;
упрощает технологию массового анализа и повышает производительность в 2-3 раза;
предлагаемый способ позволяет оценивать глубину распространения опасных микроконцентраций вредных веществ в производственных и полевых условиях при возможных аварийных ситуациях, а также решать различные задачи при уничтожении химического оружия и проведении экологической экспертизы различных объектов;
повышает универсальность и оперативность получения, сохранения и передачи экспериментальных материалов по анализу исследуемых проб с использованием современного телевизионного и электронно-вычислительного оборудования.
Формула изобретения: Способ фотометрического определения количества анализируемого вещества, основанный на измерении прошедшего исследуемый образец излучения и преобразовании полученного аналогового сигнала приемного элемента в цифровой сигнал с последующей его обработкой на ЭВМ, отличающийся тем, что в качестве приемного элемента для получения аналогового сигнала при измерении цвета используют видеокамеру и измерение интенсивности окраски осуществляют путем преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал с последующей его обработкой на ЭВМ по параметрам RGB, а количество исследуемого вещества определяют путем сравнения параметров RGB анализируемой пробы с параметрами RGB градуировочных стандартов.