Применение методов ионометрии и пламенной фотометрии для оценки питательных сред на содержание натрия, калия, кальция и хлора. Методические рекомендации
Актуально на 11.11.2026.
Как цитировать: "Применение методов ионометрии и пламенной фотометрии для оценки питательных сред на содержание натрия, калия, кальция и хлора. Методические рекомендации". https://bukva.ai/docs/primenenie-metodov-ionometrii-i-plamennoy-minzdrav-rsfsr-ministerstvo
(утв. Минздравом РСФСР 30.06.1988)
Внимание
Документ утратил силу в связи с изданием Приказа Роспотребнадзора от 04.12.2020 № 797.
Утверждаю
Заместитель Министра
В. Г. Панов
30 июня 1988 года
Согласовано
Заместитель Начальника
Главного управления
научных учреждений
А. М. Науменко
30 июня 1988 года
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИОНОМЕТРИИ И ПЛАМЕННОЙ ФОТОМЕТРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД НА СОДЕРЖАНИЕ НАТРИЯ, КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ И ХЛОРА
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 недиссоциированном состоянии, выявляет в средах дополнительные источники этих элементов.
При разработке питательных сред и их контроле необходимы сведения о минеральном составе питательных основ, отдельных ингредиентов ее, самих питательных сред. В действующих «Методических указаниях по применению физико-химических методов контроля питательных сред» МЗ 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 потенциометрии 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 содержание 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.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ НАТРИЯ И ХЛОРА МЕТОДОМ ИОНОМЕТРИИ
Ионометрия - раздел потенциометрии, использующей в качестве аналитических детекторов ионоселективные электроды (ИСЭ). ИСЭ - представляют собой электрохимические полуэлементы, для которых разность потенциалов на границе раздела фаз "электрод-раствор" зависит от
+
концентрации определяемого иона в растворе. Катионочувствительные (Na ) стеклянные электроды селективны (по отношению к другим катионам), устойчивы в редокс-системах, на них не воздействуют белки, они индифферентны к анионам. Аниончувствительные электроды — индифферентны к катионам.
Для определения концентрации ионов с помощью ИСЭ используют прямую потенциометрию в среде с высокой ионной силой (методы 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 хлоридного — (ЭМ-Cl 01) селективных электродов. Измерение сигнала индикаторного электрода проводят на потенциометре типа pH-121 и других типов относительно
хлорсеребряного электрода сравнения (ЭВЛ-1МЗ), соединенного с исследуемым раствором посредством электролитического моста, заполненного 3% гелем агар-агара с 10% раствором KNO , при перемешивании раствора. Для
3
приготовления геля навески агар-агара (0,75 г) и KNO 2,5 г, помещают в 3 25 мл H O и смесь оставляют для набухания, затем при интенсивном 2
перемешивании доводят до кипения и горячий раствор заливают в трубку, избегая появления пузырьков воздуха. Постоянство ионной силы в системе осуществляется введением 2 М раствора нитрата аммония к исследуемому
раствору (рис. 1 — здесь и далее рисунки не приводятся).
+
Подготовка электрода к работе. +
Перед проведением серии анализов по определению ионов Na в питательных — средах Na — селективный электрод готовят к работе следующим образом: -1
1) <a id="p100018"></a>выдерживают электрод в 10 М растворе NaCl в течение суток для
приведения мембраны в рабочее состояние;
2) по точной навеске готовят исходный 1 М раствор NaCl (5,85 г в 100 мл), затем для калибровки электрода методом последовательного
разбавления получают рабочие растворы следующих концентраций:
| Конц. NaCl, М | -3 1 x 10 | -2 1 x 10 | -1 1 x 10 | 1,0 |
|---|---|---|---|---|
| pNa = -lg a Na | 3,02 | 2,04 | 1,11 | 0,22 |
Примечание: Таблица приведена из технического описания и инструкции по эксплуатации «pH-метр — милли-вольтметр pH-121».
3) <a id="p100025"></a>в каждом из приготовленных растворов, начиная с более разбавленного,
+
измеряют значение потенциала индикаторного электрода (Na ) относительно электрода сравнения и строят график зависимости потенциала электрода (E)
натрий ионов (pNa) в координатах E — pNa;
4) определяют наклон (S) графика, имеющего вид прямой линии, по E - E 1 2 соотношению S = -----------. Если S близко к теоретическому значению pNa - pNa 1 2 (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 определения содержания ионов в исследуемом образце, а также для выбора концентрации и
величины вводимой добавки стандартного раствора.
Навеску сухой среды или точно измеренный объем исследуемой жидкой или растопленной агаризованной питательной среды разбавляют дважды перегнанной водой в мерной колбе, тщательно перемешивают. Размер навески и кратность разбавления H O в мерной колбе подбирается в зависимости от содержания
2
+
ионов Na в исследуемом образце. В случае изучения агаризованной среды используют для разбавления подогретую воду до 45 — 50 °C. Пипеткой отбирают 5 мл полученного раствора, помещают в стаканчик, прибавляют равный объем 2 М NH NO , погружают Na-селективный электрод. 2 М раствора нитрата аммония
4 3 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 значений потенциала E , мВ, по шкале прибора производят через 1 - 2 мин. после
1
погружения индикаторного электрода. Затем пипеткой вводят добавку V ст стандартного раствора C NaCl 1 М (чтобы изменением объема можно было ст
пренебречь, вводимая добавка не должна превышать 0,5 мл, а концентрация добавляемого раствора должна быть на 2 порядка больше исследуемого). Фиксируют значение E , мВ, введение добавки стандартного раствора должно
2
вызвать изменение потенциала не менее, чем на 30 — 40 мВ. Затем вводят в исследуемый раствор вторую идентичную добавку и измеряют E , мВ. 3
Расчет содержания анализируемого иона проводят следующим образом:
вычисляют разность значений потенциалов между первоначально измеренным и после введения каждой добавки: E - E ; E - E , находят их отношение: 1 2 1 3 E - E 1 3
E - E
1 2
C
х
пользуясь табл. 3 определяют, какое значение A = -------- соответствует ДЕЛЬТА C вычисленному значению R;
преобразуют выражения относительно C = A x ДЕЛЬТА C; х
C x V
ст ст
подставляют ДЕЛЬТА C = ---------, V пробы
C x V
ст ст
тогда C , Моль/л = A ---------, х V пробы
где:
C — концентрация стандартного раствора, используемого в виде добавки, ст моль/л;
V — объем пробы, взятой для анализа, мл. пробы
Конечный результат в г/л определяют с учетом разбавления исходного образца:
C x M x V
х м.к
C = ------------- x 1000 г/л
иссл. V x 1000
иссл.
или величины навески, растворенной в мерной колбе,
C x M x V
х м.к
C = ------------- x 1000 г/л,
иссл. a x 1000
где:
V — объем мерной колбы, мл; м.к
V — объем пробы, взятой для разбавления, мл; иссл.
M — мольная масса определяемого иона (Na = 23,0 г); или в %:
C x M x V
х м.к
C = ------------- x 100%.
иссл. V x 1000
иссл.
-
Подготовка электрода к работе. -3
1. <a id="p100051"></a>Выдерживают хлорид-селективный электрод в 10 М растворе KCl в
течение суток для приведения мембраны в рабочее состояние.
2. По точной навеске готовят исходный раствор KCl 1 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 KCl следующих концентраций:
| Конц. KCl, М | -1 10 | -2 10 | -3 10 | -4 5 x 10 | -4 3 x 10 |
|---|---|---|---|---|---|
| pCl = -lg a _ Cl | 1,11 | 2,04 | 3,02 | 3,30 | 3,50 |
Примечание: Таблица приведена из паспорта электрода мембранного ЭМ-Cl-01.
<*> Таблица приведена из Камман К. (Cammann K.). В кн.: Работа с ионоселективными электродами. М., Мир., 1980. С. 264.
| R | C x A = -------- ДЕЛЬТА C | R | C x A = -------- ДЕЛЬТА C | R | C x A = -------- ДЕЛЬТА C |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,270 | 0,100 | 1,520 | 0,694 | 1,670 | 1,598 |
| 1,280 | 0,113 | 1,525 | 0,714 | 1,675 | 1,643 |
| 1,290 | 0,126 | 1,530 | 0,735 | 1,680 | 1,691 |
| 1,300 | 0,140 | 1,535 | 0,756 | 1,685 | 1,738 |
| 1,310 | 0,154 | 1,540 | 0,778 | 1,690 | 1,787 |
| 1,320 | 0,170 | 1,545 | 0,801 | 1,695 | 1,840 |
| 1,330 | 0,186 | 1,550 | 0,823 | 1,700 | 1,894 |
| 1,340 | 0,203 | 1,555 | 0,847 | 1,705 | 1,948 |
| 1,350 | 0,221 | 1,560 | 0,870 | 1,710 | 2,006 |
| 1,360 | 0,240 | 1,565 | 0,896 | 1,715 | 2,066 |
| 1,370 | 0,260 | 1,570 | 0,920 | 1,720 | 2,126 |
| 1,380 | 0,280 | 1,575 | 0,946 | 1,725 | 2,190 |
| 1,390 | 0,302 | 1,580 | 0,973 | 1,730 | 2,256 |
| 1,400 | 0,325 | 1,585 | 1,000 | 1,735 | 2,326 |
| 1,410 | 0,349 | 1,590 | 1,029 | 1,740 | 2,397 |
| 1,420 | 0,373 | 1,595 | 1,056 | 1,745 | 2,470 |
| 1,430 | 0,399 | 1,600 | 1,086 | 1,750 | 2,549 |
| 1,440 | 0,427 | 1,605 | 1,116 | 1,755 | 2,629 |
| 1,450 | 0,455 | 1,610 | 1,147 | 1,760 | 2,711 |
| 1,460 | 0,485 | 1,615 | 1,179 | 1,765 | 2,801 |
| 1,470 | 0,516 | 1,620 | 1,213 | 1,770 | 2,892 |
| 1,475 | 0,532 | 1,625 | 1,245 | 1,775 | 2,985 |
| 1,480 | 0,548 | 1,630 | 1,280 | 1,780 | 3,088 |
| 1,485 | 0,565 | 1,635 | 1,315 | 1,785 | 3,193 |
| 1,490 | 0,582 | 1,640 | 1,353 | 1,790 | 3,301 |
| 1,495 | 0,600 | 1,645 | 1,391 | 1,795 | 3,416 |
| 1,500 | 0,618 | 1,650 | 1,430 | 1,800 | 3,536 |
| 1,505 | 0,637 | 1,655 | 1,469 | 1,805 | 3,664 |
| 1,510 | 0,655 | 1,660 | 1,510 | 1,810 | 3,797 |
| 1,515 | 0,675 | 1,665 | 1,554 | 1,815 | 3,939 |
Калибровочные таблицы 1 и 2 указывают область концентраций, в которой работает данный электрод. Таблицы дают конкретные значения концентраций калибровочных растворов, которые необходимы для проверки работы электродов.
4. <a id="p100095"></a>В каждом из приготовленных растворов, начиная с более разбавленного,
измеряют значение потенциала. Для этого калибровочный раствор помещают в стаканчик, погружают хлорид-селективный электрод. Электрод сравнения помещают в другой стаканчик с насыщенным раствором KNO . Оба раствора
3
соединяют электролитическим ключом, электроды подключают к клеммам измерительного прибора.
5. <a id="p100096"></a>По значениям E, измеренным в растворах с различной концентрацией
KCl, строят график зависимости E, мВ - pCl. Находят крутизну электродной
E - E
1 2
характеристики S = -----------; если соблюдается прямолинейная зависимость
pCl - pCl
1 2
E от pCl и значение S близко к теоретическому (59,16), электрод пригоден к
работе.
Методика проведения анализа по определению содержания Cl -ионной — аналогична описанной ранее. Молярная масса (М) определяемого иона Cl = 35,5 г. В качестве стандартного раствора используют 1 М KCl.
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
-
-
Na или Cl в образце. При этом руководствуются тем, что потенциал, измеренный в исследуемом 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.
-
Анализ бульона на содержание Cl -ионов
1 мл пробы растворяем в мерной колбе емкостью 10 мл. Отбираем 5 мл, помещаем в стаканчик, прибавляем 5 мл 2 М NH NO , погружаем индикаторный 4 3 электрод. Исследуемый раствор соединяем с электродом сравнения посредством электролитического ключа. Электроды подключаем к клеммам прибора pH-121. Измеряем значение потенциала E . Делаем две идентичные добавки (V ) 1 ст стандартного C 1 М KCl по 0,3 мл, каждый раз измеряя значения потенциала
ст
E и E . 2 3
Результаты измерений заносим в таблицу:
| V мл KCl 1 М | E, мВ |
|---|---|
| - 0,3 | 236 196 |
| 0,3 | 179 |
E - E = 236 - 196 = 40 мВ, 1 2 E - E = 236 - 179 = 57 мВ, 1 3 E - E 1 3 57
E - E 40
1 2
По таблице 3 находим, что R = 1,42 соответствует значение C х A = -------- = 0,373; подставляем значение ДЕЛЬТА C и решаем относительно: ДЕЛЬТА C
C x V
ст ст 1 x 0,3
C = A ---------; C = 0,373 x ------- = 0,011 моль/л.
х V х 10
иссл.
Учитывая разбавление исходной пробы (V ), выразим результат м.к -
определения Cl ионов в г/л:
C x M _ x V
х Cl м.к 0,011 x 35,5 x 10
C = ---------------- = ----------------- = 3,9 г/л
иссл. V 1
иссл.
C x M _ x V
х Cl м.к
C = ---------------- x 100% = 0,39%.
иссл. V x 1000
иссл.
Анализ сухой пробы питательной среды
Навеску пробы <*> 0,65 г растворяем в мерной колбе емкостью 10 мл. Отбираем 5 мл раствора, помещаем в стаканчик, прибавляем 5 мл 2 М NH NO . 4 3
Дальнейший ход анализа аналогичен описанному выше.
<*> Навеску берут в соответствии с рецептурой из расчета на 100 мл изучаемой среды.
Приводим результаты измерений:
| V мл KCl 1 М | E, мВ |
|---|---|
| - 0,4 | 266 231 |
| 0,4 | 216 |
E - E = 266 - 231 = 35 мВ, 1 2 E - E = 266 - 216 = 50 мВ, 1 3 E - E 1 3 50
E - E 35
1 2
По таблице 3 находим, что R = 1,43 соответствует значение C х A = -------- = 0,399; подставляем значение ДЕЛЬТА C и решаем относительно: ДЕЛЬТА C
C x V
ст ст 1 x 0,4
C = A ---------; C = 0,399 x ------- = 0,016 моль/л.
х V х 10
иссл.
Учитывая величину навески (a, г) и объем колбы (V ), используемый для м.к -
ее растворения, выразим результат определения Cl ионов в г/л:
C x M _ x V
х Cl м.к 0,016 x 35,5 x 10
C = ---------------- = ----------------- = 8,7 г/л
иссл. a 0,65
C x M _ x V
х Cl м.к 0,016 x 35,5 x 10
C = ---------------- x 100% = ----------------- x 100% = 0,87%.
иссл. a x 1000 0,65 x 1000
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАТРИЯ, КАЛИЯ И КАЛЬЦИЯ МЕТОДОМ ПЛАМЕННОЙ ФОТОМЕТРИИ
Пламенная фотометрия является разновидностью эмиссионного спектрального анализа, широко применяется в клинических лабораториях для определения щелочных и щелочно-земельных металлов в биологических средах и тканях. Метод основан на измерении интенсивности излучения соответствующих элементов. Анализируемый раствор в виде мелких брызг (аэрозоля) с помощью распылителя вводят в пламя горелки. Излучение определяемого элемента отделяют посредством светофильтров (монохроматора) от других и направляют на фотоэлемент. Возникающий при этом фототок измеряют микроамперметром. Количественное определение натрия, калия и кальция в растворах проводят на пламенном фотометре — ФПЛ-1, функциональная схема которого представлена на рис. 2. Метод надежнее химического, особенно при определении малых концентраций и одновременном присутствии нескольких элементов. Нижний предел определения: а) натрия и калия — 0,5 мг/л, для кальция — 5,0 мг/л. Верхний предел всех элементов составляет 100 мг/л, расход анализируемого раствора до 5 мл/мин. Продолжительность измерения 30 секунд.
Приборы и реактивы: пламенный фотометр ФПЛ-1, стандартные растворы калия, натрия и кальция, мерные колбы вместимостью 50 и 100, градуированные пипетки на 1,0 и 5,0 мл, испытуемые вещества, дистиллированная вода.
В 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 бидистиллированной водой (t 45 - 55 °C).
а
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. 3).
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 применяются интерференционные светофильтры со следующими длинами волн в максимуме пропускания: для измерения эмиссии натрия, калия и кальция лямбда соответственно равно 589 +/- 5; 768 +/- 5
max
и 622 +/- 5 нм.
Для каждого элемента готовится разбавлением исходного раствора дистиллированной водой серия стандартных растворов в мерных колбах вместимостью 50 мл. Исходный стандартный раствор NaCl и KCl содержит 200 мг/л натрия и 200 мг/л калия соответственно. Исходный стандартный раствор хлорида кальция содержит 1,0 г/л кальция. Эти растворы используются для приготовления пяти более разбавленных растворов (табл. 4).
| Порядковые номера разведенных стандартных растворов Объем исходного стандартного раствора, мл Содержание натрия, калия, мг/л Содержание кальция, мг/л | 1 0,25 1 5 | 2 0,5 2 10 | 3 1,0 4 20 | 4 1,5 6 30 | 5 2,0 8 40 |
|---|
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 i = f(C), где i — сила фототока (мА), f — функция, (C) — концентрация (мг/л).
Перед фотометрированием анализируемых растворов распылитель и газовую горелку тщательно промывают дистиллированной водой в течение 2 — 3 мин., анализируемые растворы фотометрируют и по графику i = f(C) находят искомые концентрации с учетом разбавления питательных сред.
Методические дополнения составлены сотрудниками:
Казанского химико-технологического института им. С.М. Кирова;
Казанского научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии.