PL 213047 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 213047 (21) Numer zgłoszenia: 393640 (22) Data zgłoszenia: 18.11.2002 (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: 357171 (13) B1 (51) Int.Cl. G01F 25/00 (2006.01) G01F 11/42 (2006.01) G01F 5/00 (2006.01) (54) Sposób kalibracji oznaczeń analitycznych (73) Uprawniony z patentu: UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI, Kraków, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 01.08.2011 BUP 16/NaN (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.2013 WUP 01/13 (72) Twórca(y) wynalazku: PAWEŁ KOŚCIELNIAK, Kraków, PL MAŁGORZATA HERMAN, Kraków, PL JOANNA KOZAK, Kraków, PL MARCIN WIECZOREK, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Maciej Czarnik
2 PL 213 047 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób kalibracji oznaczeń analitycznych, znajdujący zastosowanie w chemii analitycznej. Przez kalibrację oznaczeń analitycznych rozumie się w chemii analitycznej zespól czynności laboratoryjnych i obliczeniowych, prowadzący do wyznaczenia stężenia oznaczanego składnika (analitu) w badanej próbce na podstawie danych (sygnałów) pomiarowych uzyskanych za pomocą instrumentu pomiarowego. Tradycyjnie stosowana laboratoryjna metoda kalibracji oznaczeń analitycznych, znana pod nazwą metody serii wzorców, polega na sporządzeniu szeregu roztworów wzorcowych zawierających analit w zmiennych, ściśle określonych stężeniach i pomiarze sygnałów analitycznych dla kolejnych wzorców. Otrzymane dla roztworów wzorcowych wyniki przedstawia się w układzie współrzędnych sygnał analityczny - stężenie analitu i dla wyznaczonych w ten sposób punktów doświadczalnych ustala się funkcję kalibracyjną. Następnie mierzy się wartość sygnału analitycznego dla badanej próbki i w oparciu o wyznaczoną funkcję kalibracyjną ustala się stężenie analitu w próbce na drodze interpolacyjnej. Znana jest również z praktyki laboratoryjnej metoda dodatków wzorca. W tej metodzie przygotowuje się serię roztworów, w których do jednakowych porcji próbki dodaje się roztwory wzorca (dodatki) o zmiennych, znanych stężeniach analitu. Wzorce dodaje się w taki sposób, aby we wszystkich sporządzonych roztworach stężenie analitu w próbce było stałe. Końcowym etapem postępowania w tej metodzie jest pomiar sygnału analitycznego dla wszystkich przygotowanych roztworów. Otrzymane wyniki pomiarowe przedstawia się w układzie współrzędnych sygnał analityczny - stężenie analitu i dla wyznaczonych w ten sposób punktów doświadczalnych ustala się przebieg funkcji kalibracyjnej. Stężenie analitu w próbce określa się na drodze ekstrapolacji wyznaczonej funkcji kalibracyjnej do zerowej wartości sygnału mierzonego. Z literatury fachowej, na przykład J.Růzička, E.H.Hansen Flow injection analyses. I. New concept of fast continuous flow analysis - opubl. Analytica Chimica Acta, nr 78(1) rok 1975, str. 145-157, znana jest technika analizy wstrzykowo - przepływowej (ang. FIA flow injection analysis). Jest to sposób prowadzenia pomiaru analitycznego używany przy wprowadzaniu próbek do różnego rodzaju układów detekcyjnych w trybie przepływowym oraz dokonywaniu pomiarów w sposób ciągły. Technika FIA pozwala na usprawnienie procedur kalibracyjnych oraz przetwarzanie próbek w trakcie przepływu przed wprowadzeniem ich do układu detekcyjnego. W technice tej małą objętość ciekłej próbki wstrzykuje się do poruszającego się laminarnie strumienia cieczy (nośnika). W strumieniu nośnika próbka tworzy odpowiednią strefę (segment), która jest transportowana do układu detekcyjnego. Po dotarciu próbki w tej postaci do układu pomiarowego następuje rejestracja sygnału analitycznego w postaci piku. Podstawowe metody kalibracyjne, to jest metody serii wzorców i dodatków wzorca realizuje się w technice FIA analogicznie jak w analizie tradycyjnej, to jest przygotowuje się serie roztworów wzorcowych (nie połączonych lub połączonych z próbką), roztwory te wstrzykuje się kolejno do płynącego roztworu nośnika i dla każdego roztworu wzorcowego oraz dla próbki mierzy się sygnały analityczne. Następnie sporządza się linię (funkcję) kalibracyjną i na drodze interpolacyjnej (przy posługiwaniu się metodą serii wzorców) lub ekstrapolacyjnej (przy posługiwaniu się metodą dodatków wzorca) wyznacza stężenie analitu w próbce. Podstawową różnicą jest postać i sposób interpretacji sygnału analitycznego. W analizie techniką FIA mierzy się zwykle wartość maksymalną piku, a w analizie tradycyjnej stałą wartość sygnału. W literaturze chemicznej dotyczącej analiz techniką FIA można znaleźć wiele propozycji modyfikacji procedur konwencjonalnych. Celem tych modyfikacji jest na ogół usprawnienie kalibracji z jednoczesnym utrzymaniem lub poprawą dokładności wyników analitycznych. Proponowane sposoby opierają się głównie na modyfikacjach instrumentalnych zestawów strzykowo-przepływowych i pozwalają na prowadzenie kalibracji w układzie przepływowym jedną ze znanych metod podstawowych, tzn. metodą interpolacyjną lub ekstrapolacyjną. Nie zaproponowano jednak dotychczas rozwiązania, które umożliwiłoby połączenie obu metod w jednej procedurze kalibracyjnej i wykonywanie kalibracji jednocześnie na drodze interpolacyjnej i ekstrapolacyjnej. Celem wynalazku jest opracowanie rozwiązania pozwalającego na poprawę dokładności oznaczeń analitycznych, poprzez połączenie w jednej przepływowej procedurze kalibracyjnej metody inter-
PL 213 047 B1 3 polacyjnej z ekstrapolacyjną, przy jednoczesnym uproszczeniu i zautomatyzowaniu wykonywanych czynności analitycznych. Zgodnie z wynalazkiem, sposób kalibracji oznaczeń analitycznych, w celu określenia zawartości analitu w próbce, w którym to sposobie początkową wartość sygnału analitycznego ustala się wobec nieobecności analitu, polega na równoczesnym użyciu trzech roztworów: próbki, wzorca i nośnika w postaci czterech laminarnych strumieni - strumienia próbki, strumienia wzorca i dwóch strumieni nośnika, o stałych lecz różniących się prędkościach objętościowych. Wspomniane strumienie rozdziela się na szeregi segmentów (porcji) roztworów, następnie segmenty scala się w dwa ciągle laminarne strumienie o stałych lecz różnych prędkościach objętościowych, z których pierwszy zawiera segmenty praktycznie niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-wzorzec-nośnik-nośnik-próbka-nośnik, zaś drugi zawiera segmenty praktycznie niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-próbka-nośnik-nośnik-wzorzec-nośnik. Następnie oba wspomniane strumienie segmentów trzech roztworów łączy się w laminarny strumień końcowy, który kieruje się do instrumentu pomiarowego, przy czym moment łączenia obu strumieni dobiera się tak, by strumień końcowy składał się z korzystnie wymieszanych ze sobą segmentów roztworów o sekwencji: nośnik, wzorzec zmieszany z nośnikiem, wzorzec zmieszany z próbką, nośnik zmieszany z próbką, nośnik, próbka zmieszana z nośnikiem, próbka zmieszana ze wzorcem, nośnik zmieszany ze wzorcem, nośnik. Układ analizatora do realizacji sposobu według wynalazku może zawierać ośmioportowy zawór obrotowy o cylindrycznym korpusie, szczelnie otaczającym rotor w postaci walca lub stożka. Rotor jest obracalny względem korpusu o kąt 45. Korpus zawiera osiem symetrycznie rozmieszczonych na obwodzie przelotowych otworów, stanowiących porty do łączenia z przewodami. Z kolei rotor ma osiem symetrycznych otworów, połączonych ze sobą przeciwlegle za pośrednictwem zasadniczo jednakowych kanalików o średnicy porównywalnej ze średnicą przewodów. Do dwóch nie sąsiadujących ze sobą portów korpusu, oznaczonych jako pierwszy i trzeci, przyłączone są przewody wlotowe, które poprzez dwie pompy o stałych lecz różnych wydajnościach, np. pompy perystaltyczne, połączone są z nie stanowiącym elementu układu źródłem nośnika. Do portów oznaczonych jako piąty i siódmy (usytuowanych naprzeciw portów pierwszego i trzeciego) przyłączone są z kolei drugie przewody, z tym, że jeden z nich jest dłuższy, zaś oba łączą się w przewód zbiorczy dla nie będącego elementem układu instrumentu pomiarowego. Do drugiego portu, usytuowanego między pierwszym a trzecim, przyłączony jest przewód dla roztworu próbki, zaś przeciwlegle usytuowany port szósty stanowi odpływ próbki z układu. Do czwartego portu, usytuowanego między trzecim a piątym, przyłączony jest przewód dla roztworu wzorca, zaś przeciwlegle usytuowany port ósmy stanowi odpływ wzorca z układu. Opracowany według wynalazku sposób prowadzenia kalibracji charakteryzuje się bardzo dużą wydajnością informacyjną, pozwalając na uzyskanie w stosunkowo krótkim czasie wielu informacji pomiarowych, użytecznych z analitycznego punktu widzenia. W odróżnieniu od konwencjonalnych metod kalibracyjnych, które prowadzą do pojedynczego oszacowania stężenia analitu w próbce, metoda według wynalazku pozwala na uzyskiwanie serii kilku oszacowań w jednym cyklu procedury kalibracyjnej. Wartości te mogą być ze sobą porównywane. Taki sposób postępowania pozwala na kontrolę dokładności wyniku analitycznego. Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w przykładzie realizacji sposobu przy użyciu analizatora, którego jeden z wariantów wykonania pokazany został na rysunku, na fig. 1 - przedstawiającym układ analizatora w schematycznym widoku oraz na fig. 2 i fig. 3 - przedstawiających schemat zaworu analizatora w dwóch pozycjach pracy. Wyniki przykładowej realizacji sposobu zilustrowano na rysunku, na fig. 4 - przedstawiającej graficzną interpretację pomiarów i sposób obliczenia wyników analitycznych na przykładzie spektrofotometrycznego oznaczania chromu i na fig. 5 - przedstawiającej przykładowe typy sygnałów uzyskiwanych w pojedynczym cyklu kalibracyjnym. Przykładowy układ analizatora według sposobu zawiera: - przewody teflonowe T 1, T 2, T 3, T 4, T 5, T 6, T 7 i T 8, T 9 którymi dostarcza się badane roztwory do miejsc przeznaczenia (np. instrumentu pomiarowego) w trybie przepływowym; - dwie pompy (np. pompy perystaltyczne) P 1 i P 2 tłoczące roztwór nośnika z różnymi, jednostajnymi, ściśle określonymi i znanymi prędkościami objętościowymi p i g;
4 PL 213 047 B1 - zawór Z pracujący w dwóch pozycjach, umożliwiający wprowadzenie roztworów w znanych, ściśle określonych objętościach do odpowiednich przewodów T 5, T 6, T 7, T 9 ; - dwie dodatkowe pompy (np. perystaltyczne) P 3 i P 4, tłoczące roztwór próbki i wzorca z jednostajnymi, ściśle określonymi i znanymi prędkościami objętościowymi v i w. Opisany powyżej układ jest podłączony poprzez przewód zbiorczy T 9 do instrumentu pomiarowego (np. spektrofotometru UV/VIS, atomowego spektrometru absorpcyjnego itp.), który jednak nie stanowi elementu układu analizatora. Rolę zaworu Z może w układzie analizatora pełnić wielofunkcyjny, ośmioportowy zawór obrotowy. Zawór Z przedstawiony jest schematycznie na fig. 2 i fig. 3 w dwóch pozycjach pracy. Składa się on z dwóch przylegających do siebie części - korpusu K w kształcie np. walca i rotora U w kształcie walca lub stożka, osadzonego ściśle w korpusie K. Rotor U jest obracalny względem korpusu K między dwoma skrajnymi pozycjami różniącymi się o 45. W korpusie K zaworu Z jest osiem symetrycznie rozmieszczonych na obwodzie portów w postaci przelotowych otworów 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 i 8, dochodzących aż do rotora U, a przy tym umożliwiających przyłączenie od zewnątrz teflonowych przewodów T 1, T 2, T 3, T 4, T 5, T 6, T 7 i T 8, T 9. Rotor U ma osiem symetrycznie rozmieszczonych na obwodzie otworów 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 i 8. Przeciwległe otwory 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 i 8 rotora U są połączone ze sobą parami poprzez cztery kanaliki A, B, C, D o średnicy wewnętrznej porównywalnej ze średnicą wewnętrzną przewodów T 1, T 2, T 3, T 4, T 5, T 6, T 7, T 8. W rezultacie takiego połączenia, każdy z roztworów dopływający do któregokolwiek portu 1, 2, 3, 4, korpusu K ma możliwość przepływu tylko przez jeden, odpowiadający mu w danej pozycji zaworu Z otwór rotora U - w pozycji I zaworu Z (przedstawionej na fig. 2) odpowiednio: z portu 1 do otworu 1, z portu 2 do otworu 2, z portu 3 do otworu 3, z portu 4 do otworu 4 a w pozycji Il zaworu Z (przedstawionej na fig. 3) odpowiednio: z portu 1 do otworu 2, z portu 2 do otworu 3, z portu 3 do otworu 4, z portu 4 do otworu 5 ) i wypłynięcia z zaworu Z zawsze przez jeden i ten sam odpowiadający mu otwór 5, 6, 7, 8. Taka budowa analizatora pozwala na prostą realizację sposobu kalibracji metodą zgodną z wynalazkiem oraz automatyzowanie całej procedury kalibracji. Procedura kalibracyjna wymaga zgodnie z wynalazkiem użycia trzech roztworów: próbki, wzorca i nośnika. Pojęcia te rozumiane są w niniejszym opisie następująco: próbka - porcja badanego materiału, zawierająca analit w stężeniu, które należy wyznaczyć przyjętą metodą kalibracyjną, wzorzec - roztwór, zawierający analit w znanym, ściśle określonym stężeniu, nośnik - roztwór nie zawierający analitu. Procedurę kalibracyjną według wynalazku realizuje się w systemie otwartym, w którym przewiduje się odprowadzanie roztworów wzorca i próbki na zewnątrz układu analizatora. Procedura odznacza się następującymi cechami: - wszystkie roztwory (próbki, wzorca i nośnika) wprowadza się do analizatora jednocześnie i w czasie trwania całej procedury płyną one w sposób ciągły; - ustalone prędkości objętościowe przepływu roztworów pozostawia się w trakcie całej procedury niezmienne; - prędkości objętościowe dwóch strumieni nośnika p i q ustala się jako różne od siebie; - nośnik doprowadza się (sam lub zmieszany z określonymi porcjami wzorca lub próbki) zawsze z objętościową prędkością p + q przewodem zbiorczym T 9 do instrumentu pomiarowego; - procedurę poprzedza się etapem wstępnym, polegającym na wprowadzeniu wzorca, próbki i nośnika do odpowiednich przewodów analizatora z zaworem Z ustawionym w pozycji Il (przedstawionym na fig. 3). Na tym etapie wzorcem napełnia się kanalik C, próbką napełnia kanalik A, a nośnikiem napełnia kanaliki B i D. Następnie przewodami T 5, T 7, T 9 podaje się nośnik do instrumentu pomiarowego (usytuowanego poza układem analizatora). Wobec nieobecności analitu w nośniku mierzy się wówczas sygnał R 0 = 0. Na całą procedurę kalibracyjną składają się dwa etapy (1 i 2), w trakcie których zawór Z ustawiony jest odpowiednio w pozycjach I i II. Efekty działania analizatora w obu etapach przedstawione są w Tabeli 1.
PL 213 047 B1 5 Etap Pozycja zaworu 1 I I Il T a b e l a 1 Wzorzec Próbka Nośnik Unosi nośnik z kanalika D i odprowadza go na zewnątrz analizatora przewodem T 8 z objętościową prędkością w. Napełnia kanalik D. Unosi nośnik z kanalika C i odprowadza go na zewnątrz analizatora przewodem T 8 z objętościową prędkością w. Napełnia kanalik C. Unosi nośnik z kanalika B i odprowadza go na zewnątrz analizatora przewodem T 6 z objętościową prędkością v. Napełnia kanalik B. Unosi nośnik z kanalika A i odprowadza go na zewnątrz analizatora przewodem T 6 z objętościową prędkością v. Napełnia kanalik A. Unosi wzorzec z kanalika C przewodami T 5 i T 9 z objętościową prędkością p. Unosi próbkę z kanalika A przewodami T 7 i T 9 z objętościową prędkością g. Napełnia kanaliki A i C. Unosi wzorzec z kanalika D przewodami T 7 i T 9 z objętościową prędkością g. Unosi próbkę z kanalika B przewodami T 5 i T 9 z objętościową prędkością p. Napełnia kanaliki B i D. Z Tabeli 1 wynika, że cztery laminarne strumienie: jeden strumień próbki, jeden strumień wzorca i dwa strumienie nośnika rozdziela się na szeregi segmentów (porcji) roztworów, a następnie szeregi segmentów scala się w dwa ciągłe laminarne strumienie płynące przez przewody T 5 i T 7 o stałych lecz różnych prędkościach objętościowych odpowiednio p i q. Przestawianie zaworu pomiędzy pozycjami I i II analizatora powoduje, że: - Na etapach 1 i 2 procedury kalibracyjnej, próbka i wzorzec, po napełnieniu odpowiednich kanalików A, B, C, D, kierowane są na zewnątrz analizatora poprzez porty 6 i 8 zaworu Z i przewody T 6 i T 8. - Na etapach 1 i 2 procedury kalibracyjnej, do instrumentu pomiarowego dociera zbiorczym przewodem T 9 nośnik wraz z rozproszonymi w sobie porcjami (segmentami) wzorca i próbki, łączącymi się w przewodzie T 9. - Na etapie 1 wzorzec płynie z kanalika C w nośniku z objętościową prędkością p, tworząc segmenty niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-wzorzec-nośnik, a próbka z kanalika A z objętościową prędkością q, tworząc segmenty niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-próbka-nośnik, zatem w strumieniu docierającym do instrumentu pomiarowego przewodem T 9 wzorzec jest rozcieńczany w stopniu: a próbka w stopniu: - Na etapie 2 wzorzec płynie z kanalika D w nośniku z objętościową prędkością q, tworząc segmenty niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-wzorzec-nośnik, a próbka z kanalika B z objętościową prędkością p, tworząc segmenty niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik- -próbka-nośnik, zatem w strumieniu docierającym do instrumentu pomiarowego przewodem T 2 wzorzec jest rozcieńczany w stopniu Q, a próbka w stopniu P. - Po obu etapach do instrumentu pomiarowego dociera jedynie nośnik. Z punktu widzenia dokładności i precyzji pomiarów, a także liczby i wielkości mierzonych sygnałów pomiarowych, parametry instrumentalne analizatora powinny podlegać określonym warunkom, mianowicie: - Długości kanalików A, B, C, D oraz objętościowe prędkości p, q, v, w powinny być tak dobrane, by na każdym etapie procedury kalibracyjnej kanaliki A, B, C, D były w całości wypełnione roztworami. - Długości kanalików Ą, B, C, D, przewodów T 5, T 7, T 9 oraz objętościowe prędkości p i g powinny być tak dobrane, by: a) na każdym etapie procedury rozproszone segmenty próbki i wzorca łączyły się w przewodzie T 9 w taki sposób, aby po dotarciu do instrumentu pomiarowego były wymieszane ze sobą jedynie w swoich częściach, tworząc złożony segment w określonej sekwencji: nośnik, wzorzec zmieszany z nośnikiem, wzorzec zmieszany z próbką, nośnik zmieszany z próbką, nośnik, próbka zmieszana z nośnikiem, próbka zmieszana ze wzorcem, nośnik zmieszany ze wzorcem, nośnik.
6 PL 213 047 B1 b) każda z części złożonego segmentu była na tyle objętościowo duża, by możliwa była rejestracja maksymalnie dużych, ustalonych na stałym poziomie sygnałów dla analitu zawartego w każdej z tych części. W określonych powyżej warunkach uzyskuje się następujące wyniki pomiarowe R 1 do R 6 : Na etapie 1 rejestruje się: R 1 - sygnał dla wzorca płynącego z objętościową prędkością p i rozcieńczonego w stopniu P nośnikiem, R 2 - sygnał dla próbki płynącej z objętościową prędkością q i rozcieńczonej w stopniu Q nośnikiem, R 3 - sygnał dla próbki płynącej z objętościową prędkością q i rozcieńczonej w stopniu Q wzorcem (czyli inaczej - sygnał dla wzorca płynącego z objętościową prędkością p i rozcieńczonego w stopniu P próbką). Na etapie 2 rejestruje się: R 4 - sygnał dla wzorca płynącego z objętościową prędkością q i rozcieńczonego w stopniu Q nośnikiem, R 5 - sygnał dla próbki płynącej z objętościową prędkością p i rozcieńczonej w stopniu P nośnikiem, R 6 - sygnał dla próbki płynącej z objętościową prędkością p i rozcieńczonej w stopniu P wzorcem (czyli inaczej - sygnał dla wzorca płynącego z objętościową prędkością q i rozcieńczonego w stopniu Q próbką). Uzyskane w każdym cyklu procedury kalibracyjnej wyniki pomiarowe R 1 do R 6, po naniesieniu na układ współrzędnych: sygnał analityczny - stężenie analitu we wzorcu, tworzą układ czterech linii kalibracyjnych R 1 (c), R 2 (c), R 3 (c) 1, R 4 (c), z których każda łączy sygnały otrzymane dla wzorca i próbki o określonym rozcieńczeniu P i Q. Linie te przedstawione są na fig. 4. Z uwagi na to, że: - każdy sygnał jest proporcjonalny (ze współczynnikiem proporcjonalności a) do aktualnego stężenia analitu w dopływającym do niego segmencie roztworu, - stężenia analitu w roztworach próbki i wzorca wprowadzanych do analizatora równe są odpowiednio c x i c w, te poszczególne sygnały można wyrazić wzorami: R 1 = a P c w R 2 = a Q c x R 3 = a (Q c x + P c w ) R 4 = a Q c w R 5 = a P c x R 6 = a (P c x + Q c w ) Na podstawie powyższych zależności wyprowadzono cztery wzory, służące do obliczenia stężenia analitu w próbce: Dwa pierwsze z tych wzorów mają charakter interpolacyjny, a dwa następne - ekstrapolacyjny. Ich interpretacja graficzna jest przedstawiona na fig. 4. Należy przy tym podkreślić, że proponowane według wynalazku drogi szacowania wartości stężenia analitu w próbce są nowe i nietypowe, różniąc się istotnie od sposobów przyjętych w konwencjonalnych metodach kalibracyjnych. Istota tych różnic jest następująca:
PL 213 047 B1 7 a) Wartość stężenia analitu w próbce c x1 wyznacza się interpolacyjnie na podstawie sygnału dla próbki "należącego" do linii kalibracyjnej o innym nachyleniu, niż linia, do której ten sygnał zostaje odniesiony. Podobna uwaga dotyczy sposobu wyznaczenia wartości stężenia analitu w próbce c x2. b) Wartość stężenia analitu w próbce c x3 wyznacza się ekstrapolacyjnie na podstawie sygnału dla próbki "należącego" do linii kalibracyjnej o innym nachyleniu, niż linia wyznaczająca kierunek ekstrapolacji. Podobna uwaga dotyczy sposobu wyznaczenia wartości stężenia analitu w próbce c x4. Połączenie w sposobie według wynalazku metodyki interpolacyjnej (serii wzorców) z ekstrapolacyjną (dodatków wzorca) pozwala na wyznaczanie wartości stężeń c x1 - c x4 bez konieczności znajomości prędkości przepływu roztworów w analizatorze. W przypadku konieczności uzyskania większej liczby punktów na liniach kalibracyjnych można stosować opisany sposób przy użyciu kilku roztworów wzorcowych o różnych stężeniach analitu. Sposób kalibracji sprawdzono doświadczalnie przy oznaczeniu chromu metodą spektrofotometrii UV/VIS. W celu określenia dokładności oznaczeń rolę próbek pełniły roztwory o znanym, ściśle ustalonym stężeniu chromu (tzw. próbki wzorcowe). Roztwór podstawowy sporządzono przez rozpuszczenie Cr(NO) 3 9H 2 O (POCh, Gliwice) w wodzie podwójnie destylowanej. Roztwory wzorcowe i roztwory próbek sporządzano przez rozcieńczenie roztworu podstawowego w wodzie podwójnie destylowanej. Analizator zestawiono z dwóch pomp perystaitycznych LZ 1010 (Zhaofa, Chiny), dwupozycyjnego zaworu o opisanej wyżej konstrukcji oraz przewodów silikonowych (Perkin Elmer, Niemcy) zainstalowanych przy pompach perystaltycznych i przewodów teflonowych (Zhaofa, Chiny), służących do transportu roztworów. Rolę detektora pełnił spektrofotometr SPEKOL 11 (C. Zeiss, Niemcy) wyposażony w kuwetę przepływową o poj. 0,018 ml i rejestrator K 201 (C. Zeiss, Niemcy). Pomiary wykonywano przy długości fali 590 nm. Spektrofotometr został połączony z komputerem typu PC-AT, który służył do zbierania danych pomiarowych i ich interpretacji, oraz do obliczania wyników analitycznych. Odpowiedni program komputerowy opracowano we własnym zakresie. Wartości parametrów pracy analizatora przepływowego, testowanego w systemie otwartym, zebrano w tabeli 2. Na fig. 5 przedstawiono sygnały pomiarowe rejestrowane w warunkach określonych w tabeli 2. Pomiar sygnału dla każdego roztworu powtarzano trzykrotnie. Na fig. 4 zilustrowano wykresy kalibracyjne R 1 (c), R 2 (c), R 3 (c), R 4 (c) otrzymane w tych samych warunkach doświadczalnych dla wzorca i próbki o stężeniach odpowiednio 40 i 30 mmol/l. W tabeli 3 zebrano wyniki analityczne uzyskane dla próbek o stężeniach 20, 30 i 40 mmol/l. Analizę każdej próbki powtarzano trzykrotnie. W tabeli 3 podano też oszacowane błędy przypadkowe (RSD) i systematyczne (RE) wyników analitycznych. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że: - wyniki uzyskiwane sposobem według wynalazku charakteryzują się powtarzalnością i dokładnością na poziomach odpowiednio do 0,5% (RSD) i ± 1,5% (RE). - Całkowity czas analizy pojedynczej próbki wynosi ok. 5 min. T a b e l a 2 Parametr* Wartość parametru 1 2 prędkość p prędkość q prędkość w prędkość v długość przewodu T 7 długość przewodu T 5 4,6 ml/min 2,4 ml/min 3,0 ml/min 3,0 ml/min 1352 mm 50 mm
8 PL 213 047 B1 cd. tabeli 2 1 2 długość przewodu T 9 długość kanalika A długość kanalika B długość kanalika C długość kanalika D 1070 mm 8014 mm 7970 mm 8190 mm 8000 mm * średnica wewnętrzna przewodów T 5, T 7, T 9 i kanalików A, B, C, D wynosiła 0,8 mm T a b e l a 3. Wyniki analityczne uzyskane w systemie otwartym Stężenie analitu we wzorcu c w (mmol/l) Stężenie analitu w próbce c 0 (mmol/l) Wyznaczone stężenie analitu w próbce c x (mmol/l) c x1 c x2 c x3 c x4 c x (mmol/l) RSD (%) RE (%) 40,00 40,00 39,95 40,09 40,00 40,07 40,03 0,06 +0,08 40,00 30,00 30,02 30,16 30,41 30,20 30,20 0,27 +0,67 40,00 20,00 20,19 20,22 20,46 20,24 20,28 0,24 +1,40 Podsumowując, wynalazek jest w pełni oryginalny, nie notowany dotąd w literaturze fachowej. Posiada wiele zalet dla chemika-analityka i ma dużą szansę zostać wprowadzony do praktyki laboratoryjnej jako użyteczne narzędzie stosowane do wykonywania analiz seryjnych i rutynowych. Zastrzeżenie patentowe Sposób kalibracji oznaczeń analitycznych przy użyciu roztworów próbki, wzorca i nośnika, w którym początkową wartość sygnału analitycznego ustala się wobec nieobecności analitu, znamienny tym, że używa się równocześnie trzech roztworów, z których formuje się cztery laminarne strumienie - próbki, wzorca i dwa strumienie nośnika, o stałych lecz różniących się szybkościach objętościowych, rozdziela się wspomniane strumienie na szeregi segmentów (porcji) roztworów, następnie szeregi segmentów scala się w dwa ciągłe laminarne strumienie o stałych lecz różnych prędkościach objętościowych, z których pierwszy zawiera segmenty praktycznie niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-wzorzec-nośnik-nośnik-próbka-nośnik, zaś drugi zawiera segmenty praktycznie niewymieszanych roztworów o sekwencji: nośnik-próbka-nośnik-nośnik-wzorzec-nośnik, po czym oba wspomniane strumienie segmentów łączy się w laminarny strumień końcowy, który kieruje się do instrumentu pomiarowego, przy czym moment sumowania obu strumieni dobiera się tak, by strumień końcowy składał się z korzystnie wymieszanych ze sobą segmentów roztworów o sekwencji: nośnik, wzorzec zmieszany z nośnikiem, wzorzec zmieszany z próbką, nośnik zmieszany z próbką, nośnik, próbka zmieszana z nośnikiem, próbka zmieszana ze wzorcem, nośnik zmieszany ze wzorcem, nośnik.
PL 213 047 B1 9 Rysunki
10 PL 213 047 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)