Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 18
1.1 Аналитические возможности современных физико химических методов контроля качества и безопасности
18 кормов и кормовых добавок 46
1.1.1 Корма и кормовые добавки, как объект исследования 18
1.1.2 Физико-химические методы определения неорганических элементов (Se, I, Fe, Cu, Ni, As)
1.1.3 Физико-химические методы определения органических веществ
1.1.3.1 Водорастворимые витамины (С, В2, В6) 46
1.1.3.2 Антибиотики (гентамицин сульфат, тилозин тартрат, цйефалексин)
1.1.3.3 Микотоксины (Афлатоксин В1) 74 1.2 Вольтамперометрические методы анализа кормов и кормовых добавок 89 97
1.2.1 Определение неорганических элементов методами вольтамперометрии
1.2.2 Определение органических веществ методами вольтамперометрии
1.2.3 Модифицированные электроды для методов вольтамперометрии
1.2.4 Соли диазония как реагенты для модификации поверхности электродов 02
1.3 Способы пробоподготовки кормов и кормовых добавок для вольтамперометрических методов анализа
ГЛАВА 2 Аппаратура и методики выполнения измерений 108
2.1 Средства измерений 108
2.1.1 Приборы 108
2.1.2 Электроды 109
2.1.3 Стандартные образцы и аттестованные смеси 112
2.2 Выбор условий получения органо-модифицированных
электродов для определения неорганических элементов 113
методами вольтамперометрии
2.3 Вспомогательное оборудование и расходные материалы 125
ГЛАВА 3 Изучение электрохимического поведения и выбор условий вольтамперометрического определения неорганических элементов на органо модифицированных электродах
3.1 Йод и селен 129
3.2 Никель 141
3.3 Железо и медь 150
3.4 Мышьяк 154
ГЛАВА 4 Изучение электрохимического поведения и выбор условий вольтамперометрического определения 156
органических веществ
4.1 Водорастворимые витамины С, В2 и В6 156
4.2 Антибиотики 163
4.2.1 Тилозин тартрат 164
4.2.2 Цефалексин 167
4.2.3 Гентамицина сульфат 169
4.3 Микотоксин (Афлатоксин В1) 173
ГЛАВА 5 Пробоподготовка кормов и кормовых добавок 179
5.1 Способы пробоподготовки для вольтамперометрического определения общего содержания неорганических элементов
5.1.1 Мокрая минерализация 180
5.1.2 Выбор условий пробоподготовки, основанный на 184 отгонке AsCl3 и SeBr4, для определения общего содержания мышьяка и селена 5.1.3 Изучение влияния физических воздействий и реагентов на выход растворимых форм йода и селена в экстракты
5.2 Способы пробоподготовки для определения
органических и неорганических форм элементов
5.2.1 Изучение условий ионообменного разделения форм йода и селена
Выбор условий способа пробоподготовки, основанный на сорбции органических форм йода и селена
5.3 Способы прообоподготовки для определения органических веществ (водорастворимых витаминов, антибиотиков, микотоксинов) методами вольтамперометрии
ГЛАВА 6 Разработка вольтамперометрических методик определения неорганических элементов и органических веществ в кормах и кормовых добавках
6.1 Вольтамперометрические методики определения неорганических элементов и их форм
6.1.1 Определение массовых концентраций йода и его форм (органических и неорганических) в различных типах вод, кормах и кормовых добавках методом вольтамперометрии
6.1.2 Определение массовых концентраций селена и его форм (органических и неорганических) в объектах АПК методом вольтамперометрии
6.1.3 Методика совместного вольтамперометрического определения йода и селена в различных типах вод
6.1.4 Методика совместного вольтамперометрического определения железа и меди в объектах АПК
252 6.1.5 Методика вольтамперометрического определения массовых концентраций никеля в объектах АПК
6.1.6 Методика вольтамперометрического определения массовых концентраций мышьяка в объектах АПК
6.2 Вольтамперометрические методики определения органических веществ (водорастворимых витаминов, антибиотиков и микотоксина)
6.2.1 Методика совместного вольтамперометрического определения водорастворимых витаминов В2,В6 и С в 262 витаминных смесях
6.2.2 Вольтамперометрическая методика определения антибиотиков (гентамицина сульфата, тилозина тартрата и цефалексина) в порошковых ветеринарных препаратах
6.2.3 Вольтамперометрическая методика определения афлатоксина в растительном сырье
ГЛАВА 7 Оценка метрологических характеристик вольтамперометрических методик анализа
7.1 Планирование эксперимента по установлению точности (правильности и прецизионности) методики измерений
7.2 Оценка точности (правильности и прецизионности) методики измерений
7.2.1 Оценка показателей повторяемости (сходимости) методики
7.2.2 Оценка показателей воспроизводимости (характеристики случайной погрешности) методики анализа
7.2.3 Устанавливание вида зависимостей показателей воспроизводимости и повторяемости методики анализа для всей области её применения
7.2.4 Оценка показателя правильности методики (характеристики систематической погрешности)
7.2.5 Оценка показателя точности методики измерений (характеристика погрешности)
7.3 Расчет пределов повторяемости и воспроизводимости 282
Заключение
Выводы 296
Список литературы 298
- Физико-химические методы определения органических веществ
- Стандартные образцы и аттестованные смеси
- Тилозин тартрат
- Определение массовых концентраций йода и его форм (органических и неорганических) в различных типах вод, кормах и кормовых добавках методом вольтамперометрии
Введение к работе
Актуальность темы.
В современных условиях развития мировой экономики наиболее сложной проблемой является продовольственная. В России эта проблема решается на государственном уровне в соответствии с Законом РФ № 151-ФЗ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» от 05.12. 2005 г; Законом РФ № N 264-ФЗ "О развитии сельского хозяйства" от 29.12.2006; Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» от 09.12. 2011 г. Утверждены Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации и Общероссийские программы, которые направлены на более эффективное развитие агропромышленного комплекса (АПК).
Интенсивное развитие АПК решает продовольственную проблему как за счет увеличения и сохранения поголовья скота и птицы, так и за счет производства кормов и кормовых добавок, в том числе, обогащенных минеральными веществами и витаминами. Поэтому, вопросы аналитического контроля качества и безопасности кормов и кормовых добавок очень актуальны в плане развития всей отрасли.
Недостаточность нормативной базы, способной обеспечить эффективный контроль кормов и кормовых добавок на показатели токсичности и биологической ценности ставит задачу разработки новых, более совершенных методик анализа.
Для контроля различных показателей в объектах АПК широко используют варианты оптических и хроматографических методов, в качестве альтернативы которым могут выступить электрохимические методы анализа, и в первую очередь варианты вольтамперометрии (ВА).
Методы ВА позволяют экспрессно, с высокой точностью и селективностью, в широких интервалах определяемых содержаний, при невысоких материальных затратах количественно определять огромный спектр показателей
Наличие отечественного современного оборудования упрощает процедуру анализа и расширяет возможности методов ВА, что очень важно при полномасштабном (серийном и повсеместном) контроле кормовой базы.
В настоящее время методы ВА уже широко используются для контроля качества пищевых продуктов, экологических и биологических объектов, фармпрепаратов. Поэтому применение методов вольтамперометрии для количественной оценки показателей токсичности и биологической ценности в кормах и кормовых добавках имеет огромную перспективу.
Цель исследования. Разработка методического обеспечения вольтамперометрического анализа кормов и кормовых добавок при определении широкого круга неорганических элементов и органических веществ.
Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи:
Создать новые органо-модифицированные электроды (ОМЭ) с учетом экологической безопасности для определения ряда металлов и неорганических элементов методами ВА с улучшенными метрологическими показателями
Разработать новые подходы и аналитические приемы к повышению чувствительности и селективности вольтамперометрического определения металлов, неметаллов и органических веществ.
Разработать новые и оптимизировать известные способы пробоподготовки кормов и кормовых добавок с учетом особенностей определения неорганических элементов и органических веществ методами вольтамперометрии.
Разработать и метрологически аттестовать вольтамперометрические методики анализа кормов и кормовых добавок на показатели токсичности и биологической ценности.
Научная новизна.
- Созданы новые с учетом экологической безопасности ОМЭ для ВА - определения I, Se, Fe, Cu, и Ni в более широком диапазоне измеряемых концентраций.
- Показано распределение модификатора по поверхности ОМЭ и изучен его состав с помощью методов ВА, ИК-спектроскопии, а также с применением оптического и электронного микроскопа.
- Впервые на ОМЭ получены вольтамперограммы I, Se, Fe, Cu, и Ni. Установлены физико-химические закономерности процессов на поверхности электрода и предложены возможные механизмы реакций.
- Получены ВА-зависимости витаминов С, В2, В6 на СУЭ и впервые установлены условия их совместного определения в широком диапазоне измеряемых концентраций.
- Впервые методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии на ртутно-пленочных электродах получены аналитические сигналы антибиотиков широкого спектра действия: гентамицина сульфата, тилозин тартрата, цефалекса и установлены условия их определения в широком диапазоне измеряемых концентраций.
- Методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде получен аналитический сигнал афлатоксина В1. Установлены условия ВА-определения афлатоксина В1 в диапазоне концентраций 0,01 до 0,12мг/дм3.
- Выявлены факторы, оказывающие влияющие на выход различных форм I и Se в водные экстракты кормов и кормовых добавок. Впервые установлены условия разделения форм йода и селена на природном сорбенте из торфа «Энтерсорбент ЭСТ-1». Разработаны способы пробоподготовки для вольтамперометрического определения органических и неорганических форм йода и селена.
- Разработаны алгоритмы пробоподготовки в объектах АПК для ВА-определения витаминов (С, В2, В6), антибиотиков (гентамицина, тилозин тартрата, цефалексина) и афлатоксина В1.
Практическая значимость. Введение в практику аналитического контроля экологически безопасных ОМЭ электродов и новых способов пробоподготовки позволит экспрессно осуществлять контроль кормов и кормовых добавок проводить ВА- анализ кормов и кормовых добавок на содержание микроэлементов и некоторых их форм.
Разработаны и метрологически аттестованы 6 вольтамперометрических методик определения ряда неорганических веществ в объектах агропромышленного комплекса с учетом их особенностей.
Разработаны методики ВА- определения водорастворимых витаминов (В2, С, В6) при их совместном присутствии, антибиотиков на основе гентамицина, тилозин тартрат, цефалексина и микотоксина (афлатоксин В1) в объектах АПК. Разработанные методики использованы в качестве одного из методов контроля органических веществ в объектах АПК, для дозированного введения в рацион животных и контроля подлинности препаратов.
Оптимальная схема пробоподготовки на основе ионного обмена или сорбции сложной матрицы позволяет разделять органические и неорганические формы йода и селена.
Предложенный алгоритм пробоподготовки, адаптированный к вольтамперометрическим методам измерения, может быть использован и для широкого круга физико-химических методов анализа.
Разработан комплекс пробоподготовки, позволяющий в автоматическом режиме проводить твердофазную экстракцию или отгонку легколетучих соединений йода, мышьяка и селена. Опытные образцы прошли испытания в лабораториях OOO «ЮМХ» (г. Томск) и лабораторно-аналитическом центре ГНУ СибНИИ сельского хозяйства и торфа Россельхозакадемии.
Положения, выносимые на защиту:
Обоснование выбора метода вольтамперометрии и индикаторных электродов для анализа объектов агропромышленного комплекса
Выбор наиболее перспективных солей арилдиазоний тозилатов для создания органо-модифицированных электродов, отвечающих требованиям экологической безопасности.
Вольтамперометрические условия получения аналитических сигналов неорганических элементов (I, Se, Fe, Cu и Ni), водорастворимых витаминов (С, В2, В6 ), антибиотиков (гентамицина сульфата, тилозин тартрата, цефалексина) и афлатоксина В1 на различных типах индикаторных электродах методами вольтамперометрии
Выбор наиболее перспективных природных сорбентов для разделения органических и неорганических форм селена и йода.
Алгоритм пробоподготовки кормов и кормовых добавок для определения общего содержания, органических и неорганических форм микроэлементов методами вольтамперометрии с учетом особенностей поведения матрицы
Комплект методик анализа кормов и кормовых добавок методами вольтамперометрии
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» (г.Томск, 2003,2005, 2007, 2011); V Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика –2003» с международным участием(г.Санкт-Петербург, 2003); VII Всероссийской конференции “Аналитика Сибири и Дальнего Востока” (г.Новосибирск, 2004); Всероссийской конференции «Аналитика России» (г.Москва, 2004); VI Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа «ЭМА -2004» (г.Уфа, 2004); III Всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий». (г.Томск, 2004); Всероссийской научной конференции «Экоаналитика-2005» – (г.Екатеринбург, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы-2005» (г. Уфа, 2005); международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий». (г.Томск, 2006); IV Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика- 2006». (г. Самара, 2006); Общероссийской с международным участием научной конференции посвященной 75-летию ХФ ТГУ «Полифукциональные химические материалы и технологии». (г.Томск, 2007); VII всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа с международным участием «ЭМА-2008». (г.Уфа, 2008); II международном форуме «Аналитика и аналитики». (г.Воронеж, 2008); IX Региональной научно-практической конференции с международным участием. (г.Новосибирск, 2010); симпозиуме с международным участием «Теория и практика электроаналитической химии». (г.Томск, 2010); XLIX международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г.Новосибирск, 2011); I Международной Российско-Казахстанской конференции по химии и химической технологии. (г.Томск, 2011); Научно-практической конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» (Украина, 2011); международной конференции, посвященной 115-летию Национального исследовательского института.(г.Томск, 2011); Международной заочной научно-практической конференции «Современные тенденции в науке: новый взгляд» Часть 3. – (г.Тамбов, 2011); II Международной Казахстанско-Российской конференции по химии и химической технологии. (г.Караганда, 2012); VIII Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа «ЭМА – 2012». (г. УФА, 2012); IX научной конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» – (г.Красноярск, 2012); Всероссийской конференции «Химия и химическая технология: достижения и перспективы. (г.Кемерово, 2012); I Международной научно-практической конференции «Технические науки – основа современной инновационной системы» (г. Йошкар-Ола, 2012); Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (г.Барнаул, 2013).; IX всероссийской конференции «Химия и медицина» с молодежной научной школой по органической химии (г. Уфа - Абзаково, 2013).
Публикации. Основные результаты изложены в 54 публикациях, из них 15 статей входит в список журналов, рекомендуемых ВАК, получено 2 патента РФ.
Объем и структура диссертации.
Работа изложена на 350 страницах печатного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и приложения, содержит 40 таблиц, 70 рисунков. Список литературы включает 401 источник.
Личный вклад автора состоял в формировании направления и постановке задач исследования, активном участии на всех этапах их экспериментального решения, интерпретации, обсуждении результатов и написании публикаций. Диссертационная работа представляет собой обобщение результатов многолетних исследований, полученных автором лично, а также совместно с научным консультантом Г.Б. Слепченко, сотрудниками и аспирантами лаборатории микропримесей кафедры физической и аналитической химии института природных ресурсов ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Диссертационная работа выполнена в рамках государственного задания «Наука» по теме 3.2816.2011
Физико-химические методы определения органических веществ
Среди факторов кормления минеральные вещества занимают особое место. В организме животных они не образуются, поэтому вводятся в рацион вместе с кормом. Состав последнего меняется в зависимости от вида растений, стадии вегетации, способов уборки и хранения, технологии подготовки их к скармливанию, типа почв, агротехники, погодных условий, экологической ситуации в регионах и пр. Кроме того, в некоторых кормах минеральные вещества находятся в трудноусвояемой форме или в них присутствуют антагонисты. Поэтому, проблема минерального питания должна решаться комплексно, как за счет заготовки полноценных кормов, так и применения различных добавок.
На основе современных научных данных, в работах [8-11] приведены сведения о химических свойствах и классификациях биоэлементов, их физиологической роли, взаимодействиях с различными веществами, нормативах содержания в пищевых продуктах и биосубстратах, описаны основные причины дефицита и избытка биоэлементов, способы коррекции нарушений биоэлементного обмена. Биологически значимые элементы классифицируют на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %) и микроэлементы (микронутриены, содержание менее 0,001 %) .
Среди микроэлементов огромное внимание в кормлении животных уделяется Se , Fe, Cu, I, Ni и As. Их содержание в кормах регламентируется, т.к. недостаток или излишек наносит значительный ущерб животноводству [12].
Селен (Se) – элемент VI группы главной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева, относится к разряду рассеянных элементов и во многом повторяет химические свойства серы. Селен обладает различной валентностью (II, IV, VI), легко восстанавливается до элементарного состояния из селенитов и селенатов, образует органические соединения, включается в белки. Уровень поглощения селена во многом зависит от его химической формы.
Селен с валентностью VI, селенат, встречается в щелочных почвах, растворим и легкодоступен для растений, является наиболее распространенной формой элемента. В организме животных образуется в незначительных количествах.
Селен с валентностью IV встречается в естественных условиях в виде селенита, который прочно связывается с оксидами железа и алюминия, поэтому он не растворим в почвах. Селенит, в отличие от сульфита, – довольно сильный окислитель и легко восстанавливается органическими соединениями до элементарного селена.
Элементарный селен очень стабилен и практически нерастворим. Образуется при восстановлении селената и селенита. Стабильность и нерастворимость элементарного селена делают его недоступным в этой форме для растений. Элементарный селен трудно усваивается и в пищеварительном тракте. Селен с валентностью II существует в виде селенистого водорода и в ряде селенидов металлов. Селениды тяжелых металлов в природных условиях встречаются в составе многих минералов имеющих большой порядковый номер (свинец, ртуть, серебро, медь, никель), а селенид железа может быть одной из нерастворимых форм элемента в почвах.
До 90 % селена поступает в организм животного с пищей, около 10 % -с водой. Селен распространён повсеместно, однако неравномерное распределение этого элемента приводит к существованию регионов с естественно повышенной и пониженной концентрацией в окружающей среде. Практически все регионы России относятся к селенодифицитным [13].
Селен принимает непосредственное участие в большинстве обменных процессов организма животных и выполняет профилактирующую роль, участвует в регуляции роста животных, регулирует воспроизводительные процессы и иммунитет, принимает участие в метаболизме гормонов щитовидной железы, оказывает антиоксидантное, антиканцерогенное и антидотное действия, участвует в метаболизме простагландинов и простациклинов [11].
Симптомы дефицита: снижение в сыворотке крови глютатион-пероксидазы, неожиданная смерть, некроз печени, отечность толстого отдела кишечника, слизистой и подслизистой желудка, дистрофия скелетных мышц («бледное мясо»), пятнистость и дистрофия мышц сердца, плохая репродукция и молочность, ослабление иммунной системы.
Корма являются основным источником селена для животных. По уровню биодоступности селена, корма подразделяют на две категории: животного происхождения с низкой доступностью селена; растительного происхождения с высокой его доступностью.
В растениях-концентраторах селен аккумулируется в виде таких органических соединений, как: диметил селенид, диметил диселенид, селенометионин, селенометионин селеноксид, селеногомоцистеина и многие другие. В биохимическом отношении белковые соединения селена ведут себя как сероцистин [9,13].
В сельском хозяйстве в качестве кормовой добавки для крупного рогатого скота широко применяют неорганические соединения селена в виде селенита и селената натрия [12,14]. Они недостаточно эффективны ввиду малой биодоступности (20- 40 %) и высокой токсичности, быстро действуют, но не аккумулируются в организме.
По мнению большинства исследователей, для профилактики селеновой недостаточности у сельскохозяйственных животных более перспективно использовать органических соединений селена. Преимуществом органических форм селена является их значительно меньшая токсичность. В качестве органических соединений селена используется: селенометионин, селеноцистеин, диацетофенонилселенид, селенопиран, селекор и др. [9,13]. В последние годы в кормлении сельскохозяйственных животных широко применяют обогащенные селеном специальные штаммы дрожжей [13, 14].
Отрицательное влияние на усвояемость селена организмом животных оказывают рационы с повышенным содержанием бензойной и цианистоводородной кислот, нитратов и сульфатов. Селен может плохо усваиваться при повышенном содержание в рационе К, Zn, Co, Cu, Fe, Ag и Hg, а также недостатке витаминов Е, В2 и В6, метионина и цистеина.
Бесконтрольное поступление селена приводит к отравлениям. Признаки токсикоза селена: анорексия, потеря волосяного покрова, ожирение печени, дегенеративные изменения в печени и почках, отечность, неожиданное отделение копыт, кожи. Высокие концентрации его токсичны: корм, содержащий 10 мг селена на 1 кг сухого вещества, ядовит.
К сожалению, предложенные в настоящее время разными авторами нормы скармливания селена животным ориентировочны, зачастую противоречивы и не учитывают региональные особенности, как кормления, так и содержания животных.
Стандартные образцы и аттестованные смеси
Безиндикаторным методом является титрование растворов аскорбиновой кислоты раствором натриевой соли 2,6-дихлорфенолиндофенола до появления розовой окраски реакционной смеси. Продукт восстановления 2,6-дихлорфенолиндофенола – 4-гидроксифенил–4-гидрокси-3,5-дихлорфениламин бесцветен. Поэтому, появление розовой окраски раствора указывает на избыток титранта в точке эквивалентности. При определении витамина С в окрашенных смесях к анализируемой смеси добавляют хлороформ и титруют раствором натриевой соли 2,6-дихлорфенолиндофенола до появления розовой окраски хлороформного слоя:
Титрование аскорбиновой кислоты 6-дихлорфенолиндофенолом (метод Тильманса) осуществляют в кислой среде, в которой 2,6-дихлорфенолиндофенол имеет розовую окраску, а в щелочной среде -синюю:
Для идентификации аскорбиновой кислоты применяют гексацианоферрат(III) калия (красную кровяную соль), который в щелочной среде восстанавливается аскорбиновой кислотой до гексацианоферрат(II) калия (желтой кровяной соли). После подкисления реакционной смеси и добавления раствора хлорида железа (III) образуется синий осадок берлинской лазури [125]:
Аскорбиновая кислота восстанавливает такие слабые окислители как: йод, соли ртути и серебра [120,125]:
Для количественного анализа лекарственных средств - растворов, порошков, таблеток и субстанций применяются йодометрический и йодатометрический методы анализа, в основе которых лежат следующие реакции [120]:
В [126] установлены следующие методы определения витамина С: - титриметрический с визуальным титрованием – для определения аскорбиновой кислоты в продуктах, дающих светлоокрашенные экстракты; - титриметрический с потенциометрическим титрованием и фотометрический для определения аскорбиновой кислоты в продуктах, дающих темноокрашенные экстракты; - титриметрический с цистеином и флуорометрический для определения суммы аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот. Витамин В2 (рибофлавин) – 6,7-диметил-9-(D-1-рибитил)-изоаллоксазин – является производным спирта рибитола и гетероцикла изоаллоксазина, где изоаллоксазиновый цикл представляет собой систему из трех колец: бензола (I), пиразина (II) и пирамидина (III).
При недостатке витамина В2 у животных нарушается обмен веществ, не усваиваются железо и отдельные аминокислоты: триптофан, гистидин, фенилаланин, треонин, глицин, тирозин. Организм ослабляется, снижается продуктивность, нарушается пищеварение, трескается и шелушится кожа, выпадает шерсть, снижается кровяное давление, появляются светобоязнь, судороги и т. д. У птиц ухудшаются инкубационные качества яиц, резко снижается выведение цыплят [127].
У животных рибофлавин синтезируется микрофлорой пищеварительного тракта, усваивается в присутствии соляной кислоты. Выделение его из организма может превышать поступление.
Потребность животных в рибофлавине возрастает с увеличением продуктивности, употреблении больших количеств никотиновой кислоты (витамина В5). Увеличение белка в рационе снижает потребность организма в рибофлавине. Витамин В2 содержится в дрожжах, семенах злаковых растений, в яичном желтке, мясной и рыбной муке, зеленых кормах. Дефицит рибофлавина чаще всего наблюдается у животных, которые содержатся на зерновых рационах, без дополнительного введения в корм специальных витаминных добавок. При длительном хранении кормов количество витамина В2 снижается. В практике птицеводства рекомендуется в состав премикса вводить от 4 до 20 мг/кг витамина В2 в виде синтетического рибофлавина, рибофлавина кормового микробиологического синтеза и кормового микрогранулированного препарата (гранувит В2). Однако необходимо иметь в виду, что при безбелковой диете, рибофлавин, поступающий даже в оптимальных количествах, оказывает токсическое влияние.
Химическая структура этого рибофлавина высокоспецифична и даже незначительные её изменения вызывают полную потерю витаминной активности. Рибофлавин легко восстанавливается, принимая два атома водорода, до лейкорибофлавина. При этом нарушается сопряженная система связей в хромофорной (азометиновой) группировке, что сопровождается исчезновением окраски. Лейкорибофлавин легко окисляется до рибофлавина. Благодаря этим химическим свойствам, коферменты, образующиеся в организме из рибофлавина флавинмоно-нуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД), участвуют в окислительно восстановительных процессах, происходящих в организме [128]:
Водные растворы рибофлавина имеют зеленовато-желтую окраску и интенсивную зеленую флюоресценцию в ультрафиолетовом свете. При подкислении или подщелачивании раствора флюоресценция исчезает, но зеленовато-желтая окраска сохраняется. При добавлении к водному раствору рибофлавина какого-либо восстановителя (гидросульфита натрия) исчезают флюоресценция и окраска вследствие восстановления рибофлавина до бесцветного лейкорибофлавина, не обладающего флюоресценцией. Эти специфические свойства используются как для идентификации, так и для количественного определения рибофлавина флюориметрическим методом в лекарственных препаратах, пищевых продуктах и биологических объектах [129].
Характерной особенностью рибофлавина является его чрезвычайная фотолабильность. Рибофлавин в водном растворе претерпевает ряд фотохимических превращений в зависимости от рН среды.
При действии ультрафиолетового света на нейтральные или кислые растворы рибофлавина происходит его распад с образованием 1 - дезокси-D-рибулозы и люмихрома, имеющего желтую окраску, но не флюоресцирующего.
Тилозин тартрат
Вольтамперометрические измерения предусматривают использование высокочувствительных электронных приборов, регистрирующих силу тока, протекающего в электролитической ячейке в зависимости от приложенного поляризующего напряжения.
Для ВА-измерний в работе использованы комплексы аналитические вольтамперометрические «СТА», «СТА-1» и «СТА – элемент» (г.Томск, ООО ИТМ), которые показаны на рисунке 2.1.
Комплекс «СТА» (ТУ 4215-001-20694097-98) представляет собой прибор, состоящий из электронного блока, измерительного блока с тремя электрохимическими ячейками в комплекте с IBM – совместимым компьютером с установленным пакетом программ «СТА». Прибор внесен в Федеральный реестр средств измерений, прошедших государственные испытания № 17933-04. Сертификаты об утверждении типа измерений RU.C.31.113A № 37983 (Россия), KZ.02.03.03383-2010/17933-09 № 6206 (Казахстан), UA-MI/3-382-2002 № 000590 Серия Д (Украина).
В анализаторе СТА реализованы различные режимы регистрации вольтамперограмм: постоянно-токовый и ступенчатый, позволяющие выбрать оптимальные рабочие условия получения аналитических сигналов определяемых компонентов.
В комплектацию прибора входят: электроды (индикаторный, сравнения и вспомогательный), сменные стаканчики из кварцевого стекла вместимостью 15-20 см3 , трубка для подвода инертного газа с целью удаления растворенного из электролита и перемешивания раствора.
Чувствительность и надежность ВА - методик анализа зависят от характеристик индикаторных электродов.
Для определения содержаний мышьяка, железа, никеля и меди в качестве подложки индикаторного электрода использован графитовый электрод (ГЭ) (рисунок 2.2, А), который изготавливали из графитового стержня с диаметром рабочей поверхности 3-5 мм, пропитанного смесью полиэтилена, парафина и эпоксидной смолы.
Перед нанесением пленок золота (для определения As, Fe, Cu) или висмута (для определения Ni) поверхность ГЭ отшлифовывали с помощью шлифовальной шкурки и фильтра, а затем обезжиривали электрохимической очисткой. Для этого стаканчик (бюкс) с раствором 0,1моль/дм3 серной кислоты (около 10 см3) устанавливали в качестве электролитической ячейки, подключали индикаторный электрод (катод) и электрод сравнения (анод). Включали инертный газ (азот с массовой долей кислорода менее 0,001%) и пропускали его через раствор в течение (60-300) с. Затем проводили катодную (при –1,0В )и анодную (при +1,2В) поляризацию попеременно через 1-2 с в течение 60с и затем ополаскивали рабочую поверхность электрода бидистиллированной водой. В режиме «ex-situ» наносили пленки золота или висмута.
Для получения ЗГЭ в электрохимической ячейке, стаканчик с раствором серной кислоты заменяли стаканчиком с раствором хлористого золота (около 10см3) концентрации 100,0 мг/дм3 . Включали инертный газ и пропускали его через раствор в течение 60с. Затем проводили накопление золота при потенциале (–0,5) В в течение 180-300 с при перемешивании раствора, промывали рабочую поверхность бидистиллированной водой. На торце электрода должна быть видна желтая пленка золота.
Для получения висмутового графитовый электрода (BiГЭ) в электрохимической ячейке стаканчик с раствором серной кислоты заменяли стаканчиком с раствором BiCl3 (около 10см3) концентрации 100,0 мг/дм3 в 0,1 моль/дм3 аммиачном буфере ( рН 9,2), удаляли кислород из раствора. Затем в течение (30-180) с проводили накопление Bi3+ при потенциале (– 0,7) В. Полученный электрод промывали бидистиллированной водой.
После проведения анализов ЗГЭ и ВiГЭ хранили в сухом виде, перед работой (в последующие дни) рабочую поверхность электрода не протирали, а только ополаскивали бидистиллированной водой.
Для определения содержания селена, йода и никеля индикаторным электродом служил серебряный электрод, который представляет собой фторопластовый стержень с запрессованной серебряной проволокой диаметром 1,0 мм и длиной 5-9 мм, площадь поверхности которой составляет около 0,2 см2. Перед работой электрод протирали фильтровальной бумагой и промывали бидистиллированной водой и затем наносили ртуть или модификатор.
Для определения витаминов, антибиотиков и микотоксина, в качестве индикаторных электродов использовали ртутно-пленочный и стеклоуглеродный электроды.
Ртутно-пленочный электрод (РПЭ) (рисунок 2.2, Б) представляет собой фторопластовый стержень с запрессованной серебряной проволокой диаметром 2,0 мм и длиной 9-10 мм, площадь поверхности которой составляет около 15,0 мм2.
Определение массовых концентраций йода и его форм (органических и неорганических) в различных типах вод, кормах и кормовых добавках методом вольтамперометрии
СУЭ заключается в совместном их накоплении в течение 30 с при потенциале электролиза Еэ = - (0,7 ± 0,05) В относительно ХСЭ на фоне 0,1 моль/дм3 NaC4H4O6Н2О, без удаления кислорода из фонового электролита, с последующей регистрацией анодных пиков в режиме первой производной тока по потенциалу при дифференциально-импульсном изменении потенциала от - 0,7 В до 1,2 В. Методом добавок аттестованных смесей определяют концентрации витаминов по высоте пика в диапазоне потенциала для витамина В2, минус (0,35 + 0,05) В , для витамина С (0,30 ±0,05) В, для витамина В6 (1,15+0,05) В.
При данных рабочих условиях определены нижние границы определяемых содержаний (С„) и пределы обнаружения (СтНр): для витамина С: Сн = 0,5 мг/дм3, СтНр = 0,25 мг/дм3;. для витамина В2: Сн = 1,0 мг/дм3, СтНр= 0,5 мг/дм3; для витамина В6: С„ = 1,0 мг/дм3, СтНр= 0,5 мг/дм3 . Изучено взаимное влияние водорастворимых витаминов (В2, В6,С) и проведен расчет предельно допустимых их соотношений.
Изучение взаимодействия в работе выполнено в двух вариантах: построение градуировочного графика одного витамина при постоянной концентрации в растворе всех остальных и наоборот.
Экспериментально изучены концентрационные зависимости В2, В6, в в присутствии витамина С. Концентрации витаминов изменяли от 1,0 мг до 7,0 мг на 100 см3. Концентрация витамина С составляла 1,0 мг в 100 см3. Оценку систематической погрешности определения витаминов методом В А расчитывли по формуле: С-С Р = , (4.1) где: 162 Сi – определяемое содержание витамина i в присутствии сопутствующих витаминов, Со – содержание витамина i в пробе.
На рисунке 4.4. представлена зависимость систематической погрешности определения витамина С от совместного присутствия витаминов в многокомпонентном концентрате.
Зависимость систематической погрешности определения витаминов С, В2, В6 от их совместного присутствия в пробе
Как видно из данной зависимости, систематическая составляющая погрешности = 10%.
Оценка предельных соотношений водорастворимых витаминов проведена на основе экспериментальных зависимостей тока пика определяемого витамина от его содержания в растворе и от содержания сопутствующих витаминов. На рисунке 4.5 представлены номограммы зависимостей концентрации витамина i от соотношения витаминов в растворе при заданной погрешности определения = 0,1. Зависимость имеет вид параболы и выделяет область предельных соотношений концентраций от 0,03 до 0,16, в которой возможно с погрешностью = 10% уверенно определять заданные содержания витаминов.
Проблема контроля антибиотиков в различных объектах усугубляется тем, что методы контроля и нормативы разработаны только для немногих применяемых препаратов.
Впервые показана возможность количественного ВА-определения антибиотиков широкого спектра действия: тилозина тартрата, гентамицина сульфата и цефалексина.
Проведены исследования по выбору индикаторного электрода и фонового электролита для получения аналитических сигналов антибиотиков.
В ходе исследований установлено, что чувствительность определения антибиотиков на различных типах электродов увеличивается в ряду: ГЭ СУЭ РПЭ Поэтому все исследования проведены на РПЭ. 164 4.2.1 Тилозин тартрат (Tiltar) На модельных растворах проведены исследования по выбору рабочих условий (фоновый электролит, потенциал и время электролиза) для ВА -определения Tiltar.
На РПЭ проводили электронакопление Tiltar в соответствующем фоне в течение 30 с при заданном потенциале электролиза с последующим катодным растворением. Перемешивание раствора и удаление кислорода осуществлялось током азота. В качестве фоновых электролитов исследованы растворы (NH4)2SO4, KCl, цитратно-фосфатные буферные смеси (0,2 моль/дм3 Na2 НРО4 и 0,1 моль/дм3 H3C6H5O7).
Лучшим фоновым электролитом является 0,1 моль/дм3 C6H8O72НN3, (рН 6) на фоне которого регистрируется вольтамперограммы с четко выраженным аналитическим сигналом и хорошей воспроизводимостью. Поэтому в дальнейшей работе мы использовали в качестве индифферентного электролита 0,1 моль /дм3 раствор C6H8O72НN3.
