Реферат: Применение ионометрического метода определения йодид-ионов для мониторинга йоддефицитных заболеваний

ПРИМЕНЕНИЕ ИОНОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЙОДИД-ИОНОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЙОДДЕФИЦИТНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ


Васильева Е.В., Безрукова С.А., Буйновский А.С.

ФГОУ ВПО «Северский технологический институт» НИЯУ МИФИ, г. Северск

Е-mail: veugenes@sibmail.com


В последнее время одной из приоритетных и социально значимых является проблема выявления дефицита йода в организме человека и связанных с ним йоддефицитных заболеваний (ЙДЗ). Как правило, к возникновению йоддефицитных заболеваний приводит постоянное облучение при работе на предприятиях ядерной энергетики, а также недостаточное количество йода в питьевой воде и продуктах питания.

Дефицит йода не имеет подчас внешне очень выраженного характера. Однако нехватка йода обуславливает снижение интеллектуального потенциала всего населения, проживающего в зоне йодной недостаточности.

Практически на всей территории центральной части России потребление йода с пищей и водой снижено. По данным исследований реальное потребление йода составляет всего 40…80 мкг в день, то есть в 2-3 раза ниже рекомендованного уровня. Недостаточное потребление йода создает серьезную угрозу здоровью около 100 миллионов россиян и требует проведения мероприятий по массовой и групповой профилактике.

Этим объясняется необходимость разработки надежных методов и средств контроля за содержанием и поступлением йода в организм человека с рационом. Для проведения мероприятий по оценке степени йоддефицита в конкретном регионе (ЗАТО Северск) и планирования соответствующих диагностических, лечебных и профилактических мероприятий необходимо иметь методы оценки содержания йода в биологических жидкостях и объектах окружающей среды. Эти методы должны отвечать ряду требований [4]: высокая точность и чувствительность; простота и скорость выполнения, что особенно важно при проведении широкомасштабных скрининговых обследований; низкая стоимость обследования.

В настоящее время существует ряд методик, но они, к сожалению, не отвечают полностью указанным требованиям. В связи с этим становится очевидным необходимость разработки и применения других методик определения йода для последующего мониторинга лиц, составляющих “группу риска” по развитию заболеваний и функциональных нарушений щитовидной железы.

На кафедре ХиТМСЭ была разработана экспресс-методика потенциометрического определения йодидов в биологических объектах (или моче) с помощью йодидселективного электрода, имеющая ряд преимуществ: 1) высокая точность и чувствительность; 2) диапазон определяемых содержаний от 60 до 300 мкг/дм3; 3) низкая стоимость; 4) возможность неразрушающего анализа; 5) возможность автоматизации; 6) экспрессность. Совместно с сотрудниками Томского политехнического университета разработан макет прибора потенциометрического определения йода в биологических жидкостях и объектах окружающей среды.

В качестве основного метода определения йодид-ионов предложен метод двойных стандартных добавок [2], заключающийся в добавлении к анализируемой пробе определенного количества стандартного раствора определяемых ионов. Определение содержания йодид-ионов в биологических жидкостях проводили по методу «введено-найдено».

С использованием данного метода проведено обследование людей разных возрастных групп на содержание йодид-ионов в моче, в том числе около 300 школьников 8-11 лет и 900 беременных женщин. Отмечено, что ИСЭ позволяет фиксировать как избыточное содержание йода (> 100 мкг/дм3), так и его недостаток (20 мкг/дм3). Методика апробирована в лаборатории Северского Биофизического Научного Центра и может быть рекомендована в широкую практику с целью выявления йоддефицитных заболеваний и функциональных нарушений щитовидной железы.

Однако при проведении массовых анализов биологических объектов выявлен ряд проблем, связанных с низким содержанием определяемого элемента в анализируемом образце и высоким содержанием органических примесей. Отмечено, что наличие примесей приводит к искажению аналитического сигнала, к снижению точности и чувствительности определения.

Для устранения мешающего влияния органических примесей рассмотрены следующие способы пробоподготовки [1]:

- разложение матрицы пробы различными минеральными кислотами (“мокрая” минерализация);

- применение химических реакций (озонирование, озоление с добавками);

- ультрафиолетовое облучение;

- применение различных сорбентов.

Стадия пробоподготовки в любом случае усложняет методику анализа и уменьшает ее экспрессность. К тому же при этом возникают дополнительные погрешности, связанные с загрязнением пробы применяемыми химическими реактивами и потерями определяемого иона вследствие адсорбции на стенках посуды, гидролиза, улетучивания и т.п. [5].

Возможность применения сорбционных процессов для отделения компонентов матрицы пробы либо для концентрирования определяемого элемента позволяет повысить чувствительность определения и, как следствие, точность получаемых результатов без значительных потерь определяемого компонента [3].

Нами была исследована возможность применения процесса сорбции на активированном угле для определения йодид-ионов потенциометрическим методом. В исследованиях в качестве сорбента был использован активированный уголь марки БАУ, отличающийся высокой сорбционной способностью и сильно развитой общей пористостью.

Методика эксперимента заключалась в растворении навески сорбента в анализируемом растворе, непосредственно сорбции, фильтрации и анализе фильтрата на содержание йодид-ионов методом двойных стандартных добавок. Сорбцию проводили в статических условиях. В качестве анализируемого раствора использовали стандартные растворы йодид-ионов концентрации 40…200 мкг/дм3.

Нами изучено влияние среды раствора и времени на сорбционную способность йодид-ионов. Для поддержания необходимого значения рН вносили добавку 1 М H2SO4 (pH < 7) или 10 % раствора NaOH (pH > 7).

Результаты определения йодид-ионов в нейтральной среде до и после обработки активированным углем представлены в таблице 1.


Таблица 1 – Результаты определения йодид-ионов в нейтральной среде


Концентрация йодид-ионов, мкг/дм3

Eпробы, мВ

R = ΔE3/E2

Sr

Погрешность,

% отн.

Введено

Найдено

Раствор до обработки АУ

40,0

39,4

-4±2

1,418…1,437

0,07

1,5

50,0

50,7

-10±2

1,457…1,483

0,06

1,5

70,0

70,5

-14±2

1,519…1,529

0,03

0,7

100,0

100,8

-18±2

1,585…1,593

0,03

1,5

Раствор после обработки АУ

40,0

46,8

-15±3

1,458…1,482

0,11

17,0

50,0

52,3

-19±2

1,465…1,482

0,04

4,6

70,0

75,4

-28±2

1,522…1,544

0,50

7,8

100,0

104,5

-28±1

1,583…1,593

0,04

4,5


Из таблицы 1 видно, что содержание йодид-ионов в растворе до и после обработки активированным углем не изменяется и находится в пределах погрешности.

В результате исследования сорбции йодид-ионов в щелочной среде (таблица 2) отмечено следующее:

1) сорбции йодид-ионов в данном диапазоне рН не происходит;

2) потенциал ионселективного электрода смещается в область отрицательных значений;

3) при введении добавки стандартного раствора происходит незначительное изменение потенциала, что снижает чувствительность и точность определения йодид-ионов потенциометрическим методом.


Таблица 2 – Результаты определения йодид-ионов в щелочной среде


Концентрация йодид-ионов, мкг/дм3

Eпробы, мВ

R = ΔE3/E2

Sr

Погрешность,

% отн.

Введено

Найдено

Раствор до обработки АУ

50,0

49,8

14±2

1,447…1,477

9,78

0,4

70,0

71,3

5±1

1,517…1,533

9,30

1,8

100,0

100,8

2±3

1,580…1,595

9,87

0,8

Раствор после обработки АУ

50,0

54,2

-17±2

1,462…1,494

8,93

8,4

70,0

76,9

5±2

1,536…1,567

8,46

9,9

100,0

109,5

-1±1

1,590…1,608

8,93

9,5


Таблица 3 – Результаты определения йодид-ионов в кислой среде


Концентрация йодид-ионов, мкг/дм3

Eпробы, мВ

R = ΔE3/E2

Sr

Погрешность,

% отн.

Введено

Найдено

Раствор до обработки АУ

70,0

67,5

-25,2±2

1,491…1,552

1,50

3,5

100,0

93,5

-26±2

1,558…1,585

1,06

6,5

150,0

153,6

-41±2

1,659…1,670

1,79

2,4

200,0

204,2

-42±2

1,703…1,750

1,44

2,1

Раствор после обработки АУ

70,0

16,2

26±2

1,303…1,327

1,73

–

100,0

25,2

8±2

1,359…1,386

1,11

–

150,0

74,9

-34±2

1,303…1,327

1,82

–

200,0

99,7

-31±2

1,583…1,606

1,50

–

При определении йодид-ионов в кислой среде (таблица 3) отмечено, что в диапазоне концентраций от 50…100 мкг/дм3 содержание йодид-ионов после обработки раствора АУ уменьшается в среднем на 80 %, в диапазоне от 150 до 200 мкг/дм3 на 50 %.

На основании результатов, представленных в таблице 3, можно предположить вероятную сорбцию йодид-ионов в кислой среде.

С целью изучения влияния времени на сорбцию йодид-ионов в различных средах нами построены зависимости изменения концентрации йодид-ионов от времени обработки раствора АУ, которые представлены на рисунке.




Рисунок – Зависимость изменения концентрации йодид-ионов от времени


Из рисунка видно, что концентрация йодид-ионов в щелочной среде не изменяется и находится в пределах погрешности. В кислой среде наблюдается значительное изменение концентрации йодид-ионов в первые 20 минут, а начиная с 30 минут концентрация меняется незначительно и максимально уменьшается на 70 %.

На основании проведенных исследований о влиянии рН и времени на сорбцию йодид-ионов можно сделать следующие выводы:

1) в нейтральной и щелочной средах сорбция йодид-ионов не происходит; концентрация йодид-ионов с течением времени не меняется;

2) при исследовании сорбции йодид-ионов в кислой среде отмечено, что в диапазоне концентраций от 50…100 мкг/дм3 содержание йодид-ионов после обработки раствора АУ уменьшается в среднем на 80 %, в диапазоне от 150 до 200 мкг/дм3 на 50 %;

3) при изучении влияния времени на сорбцию йодид-ионов в кислой среде отмечено, что наибольшее изменение концентрации йодид-ионов наблюдается в первые 20 минут;

4) проведенные исследования показали возможность применения сорбционных процессов в качестве обработки проб перед анализом методом потенциометрии.


Список литературы


1 Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. – М.: Химия, 1984. – 432 с.

2 Камман К. Работа с ионселективными электродами. – М.: Мир, 1980. – 283 с.

3 Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1995. – 432 с.

4 Николаев Б.А., Примакова Л.Н., Рахманько Е.М. // Журн. аналит. химии. 1996. – Т. 51, № 10. – С. 1110-1112.

5 Новый справочник химика и технолога. Аналитическая химия. Ч.1. – С.-Пб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. – 964 с.