การหา potassium ในสารตัวอย่าง โดยใช้เทคนิค flow injection ... · [1] เทคนิค Flow injection analysis หรือ

รายงานเรอง

การหา potassium ในสารตวอยาง

โดยใชเทคนค flow injection analysis

จดทาโดย

1. นายวศน สมบตร รหส 540510020

2. นางสาวศภนนทน อนชย รหส 540510023

3. นายสรรพวต พรหมพทกษ รหส 540510026

4. นายณรงคพร ผงววฒน รหส 540510069

5. นายพงศธร แกวศรวงศ รหส 540510114

เสนอ

รศ.ดร. จรญ จกรมณ

รายงานนเปนสวนหนงของวชาเทคนคการวเคราะหขนสง

สาหรบตวอยางจรง รหสวชา 203434

ภาคเรยนท 1 ป การศกษา 2557

ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม

[1] เทคนค Flow injection analysis หรอ FIA มหลกการพนฐานคอการฉดสารละลายเขาสกระแส

พาหะ (carrier stream) มการไหลตลอดเวลา สารละลายจะเกดเปนโซนขนภายในทอลาเลยง อาจม

กระบวนการตางๆทางเคมและทางกายภาพทาใหสารเกดการเปลยนแปลง กอนถกพาไปในระบบตรวจวด

สญญาณ (detection system) ทจะวดการเปลยนแปลงทเกดขนเปนสญญาณไดอยางตอเนอง หลกการทสาคญ

ของ FIA สรปไดเปน 4 ขอดงน

1. ในระบบจะไมมฟองอากาศเขามาเกยวของจดเปน unsegmented – flow method ซงถอวาเปนขอ

แตกตางจาก segmented – flow method ทสาคญ

2. สารละลายตวอยางจะถกฉดหรอสอดแทรกเขาสกระแสของพาหะโดยตรง

3. การกระจาย (dispersion) ของสารละลายตวอยางจะถกควบคมโดยระบบทงหมด โดยทระบบ

ไมจาเปนตองเขาสสมดลใดๆทงสน

4. การทางานของระบบจะถกควบคมใหใชชวงเวลาทเทากนตลอด ซงหมายความวาตงแตฉด

สารละลายตวอยางจนถงการบนทกสญญาณจะใชเวลาเทากนทกครง ทาใหผลทไดมความ

แมนยาสง

สวนประกอบสาคญของระบบ FIA

ระบบ FIA สามารถแบงออกไดเปน 4 สวน ดงน

ภาพท 1 ไดอะแกรมแสดงสวนตางๆของระบบ FIA

1. หนวยลาเลยงสารละลาย (Propelling unit)

เปนหนวยซงสามารถลาเลยงสารละลายตงแตหนงสารละลายขนไป การลาเลยงตองใหมอตราการ

ไหลทคงทตลอดการทดลอง ซงในการปฏบตจะใช peristaltic pump หรอใชระบบความดนของแกส แตท

นยมกนอยางแพรหลาย ไดแก peristaltic pump ซงปมชนดนตะประกอบดวยชดของตวหมน (rotors) ซง

สามารถควบคมใหมความเรวคงทหมนบบสายยาง (pump tube) ทาใหสารละลายถกลาเลยงไปไดตามทศ

ทางการหมนของตวหมน ดงภาพ 2 โดยทสายยางทใชจาเปนตองเลอกใหเหมาะสมกบสารละลายหรอตวทา

ละลายทจะถกลาเลยง

ภาพท 2 ภายตดขวางของ peristaltic pump

2. ระบบฉดสารละลาย (Injection system)

เปนระบบทใชฉดสารละลายตวอยางเขาสระบบ FIA โดยทสามารถควบคมใหการฉดแตละครงให

มปรมาตรเทากนตลอดการทดลอง

3. หนวยททาใหเกดปฏกรยาตางๆ และอาจรวมถงกระบวนการตางๆทเตมเขาไปในระบบ

(Reaction zone and additional process)

ในหนวยนประกอบดวยสายลาเลยงสารละลายตางๆ ซงอาจทาดวยแกวหรอพลาสตกททนตอ

สารเคมตางๆ เชน PTFE tubing เปนตน สวนขอตอจะมหลายรปแบบ เชน ขอตอ 2 ทาง ขอตอ 3 ทาง และ

ขอตอ 4 ทาง ซงขนอยกบลกษณะการใชงาน รปแบบของสายลาเลยงทตองการใหมการเกดปฏกรยาในสาย

นนมทาไวหลายแบบดงภาพ 3

ภาพท 3 รปแบบของสายลาเลยง

4. หนวยทวดสญญาณ (Sensing system หรอ Detection system)

เปนหนวยทวดสญญาณจากสารตวอยางทเราสนใจ detection limit ทใชในระบบ FIA มหลาย

รปแบบ การเลอกใชจะขนกบธรรมชาตของปฏกรยาของระบบทกาลงศกษา โดยทวไปพบวา เครองมอทใช

ในเคมวเคราะหเกอบทกชนดสามารถนามาใชเปน detection system ใน FIA ได เชน spectrophotometer,

spectrofluorometer, atomic absorption spectrometer, ICP และ เครองมอทางดานไฟฟาเคมบางชนด เปนตน

การประยกตใชเทคนค FIA

รายงานนจะนาเสนอตวอยางการวเคราะหปรมาณ Potassium ในสารตวอยาง 5 ชนด ดงน

1. เบยร

2. นามะพราว

3. ซอสญปน

4. เลอด

5. ไวน

[2] ( การหาโพแทสเซยมในเบยร ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย atomic absorption spectrometry)

โดย... นายวศน สมบตร รหส 540510020

Flow Injection Determination of Sodium, Potassium, Calcium, and Magnesium in Beer by Flame

Emission and Atomic Absorption Spectrometry

1. สรปเรอง

เปนการใชระบบ Flow Injection ในการหาปรมาณของโซเดยม (Na), โพแทสเซยม (K) ดวยเทคนค

Flame emission photometry และหาปรมาณแคลเซยม (Ca), แมกนเซยม (Mg) ดวยเทคนค atomic

absorption spectrometry ในตวอยางเบยร โดยตวอยางเบยรจะถก injected โดยตรงในระบบการไหลทมการ

เจอจางกอนจะเขาดเทคเตอร และมการเตมสารเคม Lanthanum(III) ลงไปเพอกาจดตวรบกวน (ในการหา

ปรมาณของแคลเซยม แมกนเซยม) และในเทคนคนจะชวยลดการใช Lanthanum(III) ลงเมอเปรยบเทยบกบ

วธดงเดม เทคนคนมอตราการทางานอยท 120-200 sampling ตอชวโมง โดยทาการวเคราะหตวอยางเบยร 3

ตวอยาง โดยการทาซา 10 ซาใหคา rSD นอยกวา 1.6%

2. ความสาคญของงานวจยน

รสชาตและความเสถยรของเบยรจะไดรบผลกระทบอยางมาก จากชนดและปรมาณของไอออนบวก

ทละลายอยในเบยรหรอไดจากปฏกรยาจากสวนประกอบตางๆ เชน ขาวมอลต (Malt) หรอดอกฮอบ (Hops)

โดยแมกนเซยมและแคลเซยมจะทาหนาทเปน cofactor สาหรบเอนไซมในกระบวนการหมก และโซเดยม

และโพแทสเซยมจะใหรสเคมและเปรยวในเบยร ดงนนในการผลตจงตองมการหาปรมาณของไอออน

เหลาน เพอควบคมปรมาณใหมมาตรฐาน ดวยวธทเรว งายและประหยดสารเคม

3. หลกการทางเคมทเกยวของกบงานวจยน

การลดตวรบกวนทางกายภาพดวยวธเจอจางสารละลาย ในการหาปรมาณของ Na, K, และ Ca

เทคนคนมใช Pump ทตอกบ splitting point ของระบบหลกโดยจะปมใหสารละลายภายในระบบออกทาให

analyte ทเขาไปในระบบ FIA มปรมาณลดลง เปนการเจอจางแบบอตโนมต เพอควบคมชวงความเขมขนให

เหมาะสมแกการวเคราะหและเหมาะกบดเทคเตอรทใช และในดเทคเตอร AAS เปนการเพมประสทธภาพ

ใหแก Nebulizer

การลดตวรบกวนทางเคม โดยการใช Lanthanum ในการหาปรมาณของ Ca และ Mg เพอกาจดตว

รบกวนพวก Phosphate, sulfate, and aluminum ในการตรวจโดยใช AAS

4. ลกษณะเฉพาะทางเคมของวธทพฒนาขน

ไดพฒนาระบบการไหล FIA ทสามารถวเคราะหหาปรมาณของ Na, K, Ca และ Mg ออกเปน 2

ระบบการไหล ดงน

1. ระบบแรกหาปรมาณของ Na, K และ Ca โดยใชระบบการไหลดงภาพ 4

ภาพ 4 ไดอะแกรมระบบ FIA ระบบท 1

โดยมขอมลสาคญในการวเคราะหปรมาณดงน

ตาราง 1 ผลการวเคราะหจากระบบท 1

Analyte range(ppm) add Lanthnum Detector sampling rate(h-1)

Na 10-130 No Flame emission 150

K 100-500 No Flame emission 200

Ca 40-160 Yes AAS 150

2. ระบบทสองหาปรมาณของ Mg โดยใชระบบการไหลดงภาพ 5

ภาพ 5 ไดอะแกรมระบบ FIA ระบบท 2

โดยมขอมลสาคญในการวเคราะหดงน

- ชวงของการวเคราะหคอ 20-160 ppm มการเตม Lanthanum เพอลดตวรบกวนในการตรวจวดดวย

AAS ใชระบบการไหลสองระบบ โดยผาน Dialysis unit เพอเปนการเจอจางปรมาณของ analyte

และเลอกให Mg เกดการแพรผาน membrane และในระบบมการผสมกรด HNO3 0.3 M เพอเพม

ประสทธภาพของการแพร และ sampling rate = 120 h-1

5. ผลการศกษาวจยทนาสนใจ

ในงานวจยชนนไดมการวเคราะหในระบบการไหล และเปรยบเทยบกบวธมาตรฐานโดยใหผลการ

ทดลองดงตอไปน

- เมอเปรยบผลการทดลองทไดจากระบบ FIA (Cf) และผลทไดจากวธมาตรฐาน (Cr) จะเหนไดจาก

ตาราง 2

ตาราง 2 ผลการทดลองทไดจากระบบ FIA (Cf) และผลทไดจากวธมาตรฐาน (Cr)

Analyte values of the eq. (Cf = C0 + SCr) (Cf -Cr)x100/Cr

S rb (%)

Na 1.005 0.9980 3.6

K 1.004 0.9991 2.4

Ca 1.001 0.9996 2.3

Mg 0.9878 0.9967 3.8

จากตารางผลวาผลการทดลองทไดจากสองวธไมแตกตางกนอยางมนยสาคญ จะสามารถสงเกตได

จากคา S พบวาใกลเคยงกบ 1 มากแสดงวาใหผลการทดลองทเหมอนกน และเมอดความแตกตางของผลการ

ทดลองในคอลมนสดทาย ผลการทดลองทไดจากระบบ FIA จะมคามากกวาผลจากวธมาตรฐานอยเลกนอย

[3] ( การหาโพแทสเซยมในนามะพราวดวยวธ flow injection วเคราะหดวย tubular ion-selective electrodes)

โดย... นางสาว ศภนนทน อนชย รหส 540510023

Simultaneous determination of calcium and potassium in coconut water

by a flow-injection method with tubular potentiometric sensors


งานวจยนเปนการหาแคลเซยมและโพแทสเซยมในนามะพราว โดยวธ flow injection วเคราะหดวย

tubular ion-selective electrodes ในการทดลองจะใช 0.1 M HEPES (pH=6) เปน carrier solution โดยใน

ระบบ FIA จะฉดสารละลายตวอยางครงละ 100 µL, มอตราการไหล 2.0 mL/min แลวจะวดสญญาณดวย

เทคนค ISEs ซงจะสามารถวดความเขมขนของ Ca และ K ไดระหวาง 1.0 x 10-5 ถง 1.0 x 10-1 M โดยม

ขดจากดตาสดของการตรวจวด Ca และ K เทากบ 5.6 x 10-6 และ 9.5 x 10-6 M ตามลาดบ จากการทดลอง

พบวา การวด K ดวยเทคนคนจะใหผลการทดลองทดกวาวธอนๆ โดยคาทไดสาหรบ K จะมคา 102±2%

สวน Ca มคา 95±1% ซงแสดงวาวธททาการวจยนเปนวธทมถกตอง (accuracy)


วธการวเคราะหหาไอออนตางๆในสารละลาย โดยอาศยความตางศกยของสารละลายจะใช

electrodes ในการวด ซงจะเรยกวา ion-selective electrodes (ISEs) โดยจะมดวยกนหลายประเภท การ

เลอกใชงานจะคานกถง การเตรยมสาร ความแขงแรง และความจาเพาะ ซงในงานวจยนจะใช electrode ทม

ลกษณะเปนทอซงเหมาะทจะเปนตววดในระบบ FIA เพราะลกษณะทเปนทอจะไมทาให hydrodynamic

flow เปลยนแปลง การประยกตใช ISEs ในระบบ FIA มขอดทสาคญคอ ใชสารตวอยางและ reagent นอย

และนอกจากนยงตอบสนองไดเรวและม reproducibility ด

สารตวอยางทสนใจในงานวจยนคอ น ามะพราว เนองจากในนามะพราวมแรธาตและวตามน

สามารถชวยรกษาโรคได โดยในนามะพราวจะประกอบไปดวย sodium, potassium, magnesium และ

calcium ทาใหน ามะพราวเปนสารละลาย electrolytes ซงความเขมขนทตางกนของ electrolytes สามารถทา

ใหเกดความดนออสโมซสเชนเดยวกบในเลอด

การวดหาปรมาณ potassium เปนสงทสาคญเพราะถารางกายมปรมาณ potassium สงกวา 9 mM ก

จะทาใหปวยเปนโรคไตหรอหวใจหยดทางานได อยางไรกตาม ถาหากรางกายมปรมาณ calcium ทเพยงพอ

กจะลดความเสยงของการเกดโรคกระดกพรน, ความดนโลหตสง,มะเรงในลาไส, นวในไต และการดดซบ

สารตะกว

งานวจยนจงไดศกษาหาปรมาณ potassium และ calcium ในนามะพราว โดยใช ISEs ในระบบ FIA

(ซงในรายงานนจะขอกลาวในสวนของ K เทานน)

3. หลกการทางเคมทเกยวของกบงานวจยน [4]วธโพเทนชโอเมตรเปนวธวเคราะหเชงไฟฟาทประยกตเซลลกลปวานกมาใชใหเกดประโยชน

เนองจากศกยไฟฟาของเซลลกลวานกขนกบแอคตวต (Activity) ของไอออนทไวตอขวไฟฟาในสารละลาย

ตามสมการของ Nernst

𝐸𝐸 = 𝐸𝐸0 − 0.0591𝑛𝑛

𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙[𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅][𝑂𝑂𝑂𝑂]

ดงนนจงนาเอาหลกการนมาใชในการวเคราะหเชงปรมาณได โดยใหครงเซลลหนงเปนครงเซลลท

ไวตอความเขมของไอออนทสนใจซงเรยกวา ขวชบอก (Indicator electrode) สวนอกครงเซลลหนงไมไวตอ

ไอออนใดๆมศกยคงทไมขนกบความเขมขนของไอออนททาการวดเรยกวา ขวอางอง (Reference electrode)

และเนองจากศกยไฟฟาของเซลลขนอยกบศกยไฟฟาของขวชบอกเทานน ซงศกยไฟฟาของขวชบอกน

สามารถเทยบกลบเปนความเขมขนของไอออนทเราสนใจไดโดยใชสมการของเนนสท

Indicator electrode ทใชในการทดลอง มลกษณะเปนทอกลวง ยาว 6.0 mm ทาจาก resin ผสมผง

แกรไฟต (อตราสวน 4:6) เสนผานศนยกลางภายนอก 10.0 mm และเสนผานศนยกลางภายใน 9.0 mm เจาะ

รปภายในขนาด 1.5 mm สาหรบใส membrane solution โดย membrane ของ ISE สาหรบวเคราะห K+

เตรยมจากสารละลาย 1 wt% ONPE, 33 wt% PVC และ 0.5 wt% potassium tetrakis(p-chlorophenyl)borate

โดยม tetrahydrofuran เปน solvent จากนนเตม membrane solution ภายในทอใหเสนผานศนยกลางภายใน

มขนาด 0.8 mm เทากบ ทอ polyethylene ทใชในระบบ FIA (กอนทาการวเคราะหจะตองไหลสารละลาย

1.0 x 10-3 M potassium chloride aqueous กอน 10 นาท)

Reference electrode ทใชในการทดลองนคอ Ag/AgCl ใน 1.0 M LiNO3


ภาพท 6 ไดอะแกรมของระบบ FIA-ISE ทใชในงานวจย

เมอตอ ISEs เขากบระบบ FIA แลว จะไดไดอะแกรมดงภาพ 6โดย (C) คอ carrier, (A) คอ sample,

(PP) คอ peristaltic pump, (IV) คอ injection valve, (ISE-K+) คอ ion-selective electrode for potassium,

(ISE-Ca2+) คอ ion-selective electrode for calcium, (RE) คอ reference electrode, (W) คอ waste และ (M)

คอ microcomputer ซง reference electrode จะอยทายสดและอยหางจาก indicator electrode เปนระยะทาง

คงท คอ 5 cm

ในการวจยนจะสราง calibration carve ในชวง 1.0 x 10-6 ถง 1.0 x 10-1 M โดยใชสารละลาย

มาตรฐาน KCl และใชสารละลายตวพาคอ 0.1 M HEPES buffer pH 6.0


1. การศกษาหาสารละลลายบฟเฟอรทเหมาะสม

สารละลายบฟเฟอรมผลตอการตอบสนองของ sensor ตอไอออน เพราะถาอยในสารละลาย

บฟเฟอรทด จะตอบสนองตอ cations ไดสง ซงไดทาการทดลองไดผลการทดลองดงกราฟ 1

กราฟท 1 กราฟแสดงการตอบสนองตอไอออนของสารละลายไอออน

(A) potassium 1.0 x 10-3 M (B) calcium 1.0 x 10-1 M ณ pH ของสารละลายบฟเฟอรตางกน

จะเหนวาท pH 4 การตอบสนองของสญญาณจะสง ซงเปนผลจาก hydrogen ion interference จาก

กราฟสามารถบอกวาได pH ทสามารถใชไดคอ pH 4.0 – 11.0 ในงานวจยนจงเลอก pH 6 มาใชในการ

ทดลอง สวนชนดของสารละลายบฟเฟอรกมผลตอการตอบสนองเชนกน ดงตาราง 3 จะเหนวา HEPES เปน

สารละลายบฟเฟอรทเหมาะสมสาหรบงานวจยน

ตารางท 3

2. การศกษาหาระบบของ FIA

อตราการไหลและปรมาตรสารตวอยางทฉดเขาระบบมผลตอความเขมของสญญาณดวย โดย

สญญาณจะตาลงถาอตราการไหลเรว และสญญาณจะสงถาฉดสารตวอยางปรมาตรมาก ซงเงอนไขทให

สญญาณของสารตวอยางไดดทสดคอ อตราการไหล 2.0 mL/min และปรมาตรทฉด 100 µL นอกจากนยงม

พารามเตอรอนๆอก ซงจะแสดงในตารางท 4

ตารางท 4

วธวเคราะหหาปรมาณ potassium และ calcium ในนามะพราว โดยใช tubular ISEs เปนวธทใหผล

การทดลองทด ใหชวงกราฟ calibration เปนเสนตรง และตวอเลคโทรดเสถยร มอายการใชงานนาน เมอ

เทยบกบวธอนๆแลว เชน chromatography และ spectrophotometry วธ FIA-ISEs เปนวธทมขอดมากกวา

เชน มราคาถก และไมตองสกดหรอเตรยมสาร

[5] ( การหาโพแทสเซยมในซอสญปน ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย ion-selective electrodes)

โดย... นายสรรพวต พรหมพทกษ รหส 540510026

Flow injection analysis of potassium using an all-solid-state

potassium-selective electrode as a detector


งานวจยนเปนการหาโพแทสเซยมในซอสญปนและซรมโดยวธ flow injection วเคราะหดวย ion-

selective electrodes โดยอเลคโทรดทใชทาจากฟลม polypyrrole/poly(4-styrenesulfonate) ม plasticized

poly(vinyl chloride) เปน membrane เมอตอระบบ FIA กบ ISE แลวพบวา ผลการทดลองทไดใหคา

sensitivity ดเหมอนกบระบบ batch และมความวองไวในการวเคราะหสง (วดได 150 sample/h) (ซงใน

รายงานนจะขอกลาวในสวนการวเคราะหซอสญปนเทานน)


การวดปรมาณ potassium ในเลอด ปสสาวะ หรอในอาหาร เปนสงทสาคญในการทางแพทย เพราะ

ปรมาณ potassium จะสงผลตอโรคไตได โดยผปวยทเปนโรคไตจะตองควบคมการบรโภคอาหารทม

ปรมาณ potassium และถาปรมาณ potassium ในรางกายสงกวา 9 mM จะทาใหหวใจหยดเตนได ฉะนน

เทคนคทใชตรวจหาปรมาณ potassium จงตองมความถกตอง สะดวก และsensitivity ด

ในการหาปรมาณไอออนในทางการแพทย จะปรบปรง ion-selective electrode (ISE) ใหมขนาดเลก

ลง ซงมรายงานวา อเลคโทรดชนดเมมเบรนของแขง (electropolymerized film) มความเสถยรและ

ตอบสนองไดตอไอออนไดด นอกจากนยงสามารถปรบปรงใหมขนาดเลกลงไดงาย อยางไรกตาม วธ flow

injection analysis (FIA) เปนวธทเตรยมสารละลายไดรวดเรวและงาย เพราะทอลาเลยงสารทมเสนผาน

ศนยกลางเลก, ปรมาตรในการฉดนอย และอตราการไหลของสารเรว ทาใหระบบ FIA สามารถวเคราะหได

รวดเรวและมความแมนยาสง ในงานวจยนจงทา all-solid-state K+ISE มาใชเปนตววเคราะหผลในระบบ

FIA

3. วธการเตรยม ISE ในงานวจยน

Indicator electrode ทใช เปนแผน Pt เสนผานศนยกลาง 1 mm เคลอบดวยสารผสม polypyrrole :

poly(4-styrenesulfonate) (PPy:PSS) ซงเตรยมขนโดยตอกบขว Ag/AgCl ในสารละลายผสม pyrrole กบ

poly(sodium 4-styrenesulfonate) โดยใหความตางศกย 0.8 V ชารต 10°C/cm2 หลงจากนนจมในสารละลาย

1 M KCl เปนเวลา 2 ชวโมง แลวทงใหแหงทอณหภมหอง สวน membrane เตรยมจากสารละลาย

tetrahydrofuran ซงประกอบดวย 7.0 wt.% valinomycin, 62.7 wt.% o-NPOE, 1.1 wt.% KTpClPB และ 29.2

wt.% PVC


ภาพท 7 ไดอะแกรมของระบบ FIA-ISE ทใชในงานวจย

ในระบบ FIA-ISE ดงภาพท 7 จะใช Tris buffer (pH 7.5 ทอณหภมหอง) เปน carrier ในการทดลอง

มอตราการไหล 2.8 ml/min เมอสารละลายตวอยางผาน rotary injection valve แลว จะเขาไปในสวนการ

ตรวจวด โดยจะให carrier stream ไหลผานดานขางของ reference electrode glass vessel ดงภาพ 7b


1. การศกษาการตอบสนองตอไอออนและ calibration

อเลคโทรด all-solid-state K+ISE ม sensitivity สง จะตอบสนองเฉพาะไอออน K+ แมวาจะอยใน

สารละลาย Na+ ในระบบ FIA จะใช injection volume 200 µL เพราะสามารถตอบสนองไดดและรวดเรว ดง

กราฟ 2

กราฟท 2 สญญาณทตรวจวดไดจากเทคนค FIA-ISE ของสารละลาย 10 mM KCl

โดยใช Carrier stream คอ 50 mM Tris (pH 7.5 ปรบดวย 0.1 M HCl) อตราการไหล 2.8 ml/min1

จากกราฟท 3 และ 4 จะเหนวา การทดลองดวยระบบนจะให sensitivity ทด ดงในกราฟ 3

ความสมพนธเชงเสนในชวง K+ activity 10-5 – 10-1 จะเปนเสนตรง หาคาความชนได 57.6 mV/decade และ

สามารถวด sample ได 150 samples/hour มความแมนยาในการวเคราะห 2.0% ดงกราฟ 4

กราฟท 3 Calibration graph ของ potassium โดยใช Carrier stream คอ 50 mM Tris

(pH 7.5 ปรบดวย 0.1 M HCl) อตราการไหล 2.8 ml/min1 และ injection volume 200 ml.

กราฟท 4 FIA peaks ของ 1 mM KCl standard solution. Operational, n-25; โดยใช Carrier stream คอ 50 mM Tris

(pH 7.5 ปรบดวย 0.1 M HCl) อตราการไหล 2.8 ml/min1 และ injection volume 200 ml.

2. การวเคราะห ซอสญปน

จากกราฟ 5 แสดงการตอบสนองตอไอออนในซอสญปน โดยในการทดลองจะเจอจางซอสญปน

200 ครง เพอปองกนสญญาณรบกวนจากโปรตนในสารตวอยาง โดยในซอสญปนจะม K+ 0.143 mM ซง

ยนยนผลไดจากเทคนค flame photometry

กราฟท 5 สญญาณ FIA ของ K+ ในซอสญปน ใช Carrier stream คอ 50 mM Tris (pH 7.5 ปรบดวย 0.1 M HCl)

อตราการไหล 2.8 ml/min1 และ injection volume 200 ml

[6] ( การหาโพแทสเซยมในเลอดดวยวธ flow injection วเคราะหดวย flame photometry )

โดย... นายณรงคพร ผงววฒน รหส 540510069

Simultaneous determination of lithium, sodium and potassium in blood serum

by flame photometric flow-injection analysis


ในงานวจยนมการพฒนาเทคนคโฟลอนเจคชนมาประยกตใชในการวเคราะหหาปรมาณธาต ลเทยม

โซเดยมและโพแทสเซยมในเลอด โดยการแยกวเคราะหไอออนทงสามออกจากกนดวยระยะทางของหลอด

โดยมการแยกตวอยางออกไปสามชองทาง ซงมการตรวจวดดวย เทคนคเฟลมโฟโตเมทรกดเทคชน ซง

สามารถวเคราะหไอออนทงสามในตวอยางเลอดได ซงขดจากดตาสดในการวเคราะหไอออนทงสามไดแก

ลเทยม โซเดยมและโพแทสเซยม มคาเทากบ 1 , 140 และ 5 mM ตามลาดบ โดยจากการวเคราะหปรมาณ

โพแทสเซยมพบวามความแมนยาในการวเคราะหอยในชวง 0.67 -2.7 % ตามลาดบ


สารละลายอเลกโทรไลตในเลอดมความสาคญตอสขภาพของมษยมากโดยไอออนทอยในเลอดม

หนาทตางๆซงจะทาใหรางกายอยในภาวาสมดล หากในรางกายมการเปลยนแปลงของไอออนมากจนเกนไป

ทงการเพมขนและลดลงของปรมาณไอออนภายในเลอด จะทาใหรางกายเกดภาวะทไมสมดลขนได ซงอาจ

เปนอนตรายตอสขภาพดวย โดยเฉพาะโพแทสเซยม ซงถอวามความสาคญอยางมากตอระบบการ

เคลอนไหวของกลามเนอซงการตรวจวดปรมาณไอออนในเลอดจะทาใหสามารถหาทางปองกนความเสยง

ซงในงานวจยนเนนการวเคราะหเปรยบเทยบระหวางเทคนคโฟลอนเจกชน กบเทคนค Batch process เพอ

เปรยบเทยบความไวในการวเคราะหเพอใหสามารถรองรบการวเคราะหตวอยางทมมากไดอยางเหมาะสม

3. หลกการทางเคมทเกยวของกบงานวจยน

งานวจยนพฒนาเทคนคโฟอนเจกชนมาใชในการแยกวเคราะหไอออนแตละชนดโดยสรางระบบ

แยกไอออนแตละชนดโดยใชระยะทางในการเคลอนทของไอออนทแตกตางกนเพอจะสามารถตรวจวด

ไอออนในสารตวอยางเพยงครงเดยวไดทงสามไอออนโดยผงของเครองมอเปนดงภาพ 8 และ 9

ภาพ 8 Manifold design for one sample – three ion analysis

ภาพ 9 Diagram showing construction of splitting system

โดยสามารถวเคราะหหาปรมาณไอออนแตละชนดดวยการสราง calibration curve เทยบกบสาร

มาตรฐานในชวงความเขมขนตางๆโดย”โพแทสเซยมจะมชวงของการสราง calibration curve เพอทาการ

วเคราะหปรมาณโพแทสเซยมไอออนในเลอด ชวง 0.5 -5 mM


วธนใหกราฟมาตรฐานในชวง 0.5- 5.0 mM สาหรบ โพแทสเซยม 0.01-1 mM สาหรบ ลเทยมและ

14-140mM สาหรบ โซเดยม โดยโพแทสเซยมมความแมนยาในการตรวจวด (RSD) ในชวง 0.67-2.7% และ

สามารถวเคราะหได 108 ตวอยางตอชวโมงโดยการทดลองสามารถสราง calibration cruve จากสาร

มาตรฐานความเขมขนตางๆ ดงน


จากการทดลองหาปรมาณของโพแทสเซยมไอออนโดยเปรยบเทยบเทคนคระหวาง โฟอนเจคชน

กบเทคนค Batch method ใหผลการทดลองเปรยบเทยบระหวางทงสองวธดงตาราง 5

ตาราง 5

โดยเมอทาการวเคราะหตวอยางเลอดเพอหาปรมาณโพแทสเซยมและไอออนอนๆในเลอดสามารถ

ตรวจวดไดผลดงตาราง 6

ตาราง 6

จากตารางแสดงผลการทดลอง ทาใหพบวาการวเคราะหตวอยางเลอดดวยเทคนคโฟอนเจคชน

สามารถทาการวเคราะหตวอยางใหผลใกลเคยงกบผลทตรวจวดไดโดยเทคนค Batch แตเทคนคโฟอนเจค

ชนสามารถวเคราะหตวอยางไดถง 108 ตวอยางตอชวโมงโดยเมอเทยบกบเทคนค Batch ถอวาเทคนคโฟอน

เจคชนสามารถทาการวเคราะหตวอยางไดเรวกวามากโดยเทคนค Batch สามารถทาการวเคราะหไดเพยง

ประมาณ 10 ตวอยางตอชวโมงเทานน

[7] ( การหาโพแทสเซยมในไวน ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย potentiometric method)

โดย... นายพงศธร แกวศรวงศ รหส 540510114

Multicomponent Flow Injection Analysis: Determination

of Potassium and Calcium in Wine

1.สรปผลงานวจย

ในการใชเทคนค flow injection potentiometric method(FIP) เพอการหา potassium และ calcium

อยางเฉพาะเจาะจงโดยมผลผลตสง (30-60 ตวอยางตอชวโมง) และ ใชอปกรณทางเทคนคทวไป วธการท

นามาใชในการพจารณาสาหรบสององคประกอบในไวนนมผลความแมนยาผดพลาดไมเกน2%ในขณะท

ความถกตองเมอเทยบกบวธการอนไมเกน 5% และไมมการทาtreatmentสารตวอยางกอนวเคราะห


Flow injection analysis เปนวธทมประสทธภาพและความถกตองแมนยาสงในการเตรยมสาร

ตวอยางเพอทาการวเคราะหแบบอตโนมตในสารตวอยางทเปนของเหลว การใชงานของมนพสจนแลววาม

ความสาคญในหองปฏบตการการวเคราะหโดยการวเคราะหหาองคประกอบทจาเปนในสารกลมตวอยาง

จานวนมาก เชนในไวนจะทาการพจารณาหาปรมาณของโพแทสเซยมและแคลเซยม ซงมจานวนนอยโดยม

โพแทสเซยมจานวน 400-800 มก. /ลตรและแคลเซยม30-100 มก. / ลตร โดยในงานวจยนผเขยนไดม

ขอแนะนาใหใช atomic absorption method เพอหา potassium, และ flame photometry เพอใชกบ calcium

นอกจากนนยงมการใช ion-selective electrodes (ISE)เพอชวยในการวเคราะห ซงวธในขางตนจะตองมการ

รกษาตวอยางเบองตนและทาการเจอจางซาใหไดมากทสด โดยวตถประสงคของงานวจยนคอการพฒนาและ

นาทคนด flow injection potentiometry(FIP)มาใชในการหาปรมาณK+กบCa2+ในไวน

3.MATERIALS AND METHODS

3.1Flow injection system

ใชระบบแบบ two-channel flow injection เพอหาปรมาณสารพรอมกนโดยCA(in all

caseswbidistilled water )จะเปนเฟสพาและCBจะประกอบดวยบฟเฟอร(ISA)จากรปท10 ซงตอกบอนกรม

ขวไฟฟาบงช โดยตวอยางไดถกฉดดวยหวฉดสองตาแหนงของลปตวอยางทเหมอนกน ซงใชสนามแมเหลก

(EMFs)ของเซลเคมไฟฟาในการตรวจวดทอณหภมหองและแปลงเปนสญญาณเพอทาการตรวจวด

ภาพท 10 รปภาพแสดงสวนประกอบของระบบFIA 1, peristaltic pump; 2, injection

valve; 3, Y-connector; 4, detector ceil; 5, pH/mV-meter; 6, recorder; 7, teflon body of the

detector cell; 8, calcium selective electrode; 9, potassium selective electrode; 10, reference electrode;

3.2 Reagents

KCI, CaC12, CH3COONa, NaCI ใชในระดบความบรสทธสง(analytical grade) และมการไล

อากาศกอนการใชงานโดยใชปมเพอใหเกดสญญากาศ

3.3 Buffer system

NaCI และ CH3COONa ใชความเขมขนในชวง0.1 – 0.2M.

3.4Calibration of the electrodes

การทากราฟมาตรฐานจะไดจากสารผสมของสารละลายKClและCaCl2 ( 0.05 mM to 2.0 mM for

K+ and Ca2+)ซงมการกาหนดปรมาตรของสารละลายผสมใหอยในชวง50-100µl โดยสารผสมจะถกฉดเขา

ไปท flow of bidistilled waterของCA แลวจะถกผสมกบบฟเฟอรทไหลมาจาก ISA จะไดสญญาณทเปน

สดสวนของ K+ และ Ca2+ โดยจะไดมาจากการวเคราะหแบบถดถอย( regression analysis)

3.5 Procedure for determining K+ and Ca2+ in wine

ขนตอนในการพจารณา K+ และ Ca2+ ในไวน ทขวไฟฟาจะมการตรวจเปรยบเทยบกบสารละลาย

มาตรฐานK +กบCa2+ ในชวงความเขมขน 100-1000 mg/l and 10-100 mg/l (ตามตารางท3)โดยฉดตวอยาง

ไวน(ปรมาตร 50-100µl)ซงจะใช CH3COOHเปน ISA

4. RESULTS AND DISCUSSION

การเพมประสทธภาพของระบบ

เมอทาการเปรยบเทยบกบ one channel system แลว two channel system มขอดคอจะตดคาความ

แตกตางของ ionic strength PH อณหภมและความหนด ระหวาง calibration solution กบตวอยาง .จงไม

จาเปนตองนาตวอยางไปผานกระบวนการใดกอนจะนามาวเคราะหโดยพารามเตอรของระบบมการ

เปลยนแปลงตามทแสดงในตารางท 1จะเหนถงสวนเชงเสนสงสดของเสนกราฟมาตรฐานวามความรวดเรว

ถกตองและเสถยรของbase line โดยในสวนสาคญสามารถพสจนวาการผสมในchamberในลกษณะ2มต นน

จะตองทาใหสารผสมเปน เนอเดยวกนอยางแทจรง(good homogeneous) เพอใหมการกระจายตวทตา

สามารถทาไดโดยเพมความยาวของmixing chamber อยางไรกตามในกรณน การกระจายตวของsampleใน

ระบบทศกษามเสนผาศนยกลางภายในเปน0-7 mmและยาว25 cm สามารถทาใหเกด ความเสถยรของเสน

base lineและมsensitivityทสงในทงสองสารประกอบ

ตาราง 7

Characteristics of the optimized system

จากตารางท7 (4th column of Table 1)จะแสดงใหเหนถง final characteristicsของระบบซงแสดงให

ชดเจนในตารางท 8 ซงเปนตารางแสดงอตราการวเคราะหทเพมเปนสองเทาเมอมการเตมไอออนของสารท

ศกษาลงไปเลกนอย

ตาราง 8

กราฟ 6 แสดงใหเหนลกษณะการปรากฏของK + และCa2+ ซงแรงของโพแทสเซยมไอออนจะไมม

อทธพลตอสญญาณของCa electrodeโดยในทางกลบกนความแรงของโพแทสเซยมไอออนจะไมมอทธพล

ตอสญญาณของK electrode แตจะขนอยกบผลกระทบของISAบนฟงกชนของอเลกโทรด ซงไมจาเปน เชน

การนา 0-1M CH3COONaมาใชในกรณนจะทาใหสญญาณของโพแทสเซยมมความเขมมากขน (กราฟ 7,

curve 1)

กราฟ 6

ตาราง 9

กราฟ 7

ตาราง 10

ตาราง 11


การเพมประสทธภาพของระบบflow injection ถกนาไปใชในการกาหนดK+และCa2+ในไวน โดย

การใชกราฟมาตรฐานในการศกษาK+และCa2+ ซงใชไดกบสารละลายผสม โดยสามารถหาและระบไดตาม

ตารางท9 และมความเปนเสนตรงโดยมคาr>0.9982ตามตารางท10 ซงในตารางท11 จะแสดงใหเหนถงคา

reproducibilityของผลจากFIP-SDของK+และCa2+ของสารตวอยางหนงตวอยาง ทมปรมาณการฉดสารท

แตกตาง เปน50,75และ100µl ซงไดerrorจากการทาซาเพยง1-2% และจากขอมลในตารางท6สามารถ

แสดงผลของการวเคราะหในไวนจานวน5ตวอยาง ไดผลของFIPทมาจากการเปรยบเทยบของวธ

potentiometry แบบธรรมดาในการหาปรมาณK+และใชวธไตเตรดในการหาปรมาณCa2+ ซงมสวนเบยงเบน

ในชวง0-4%เทานน

ภาคผนวก

1. Paper การหาโพแทสเซยมในเบยร

ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย atomic absorption spectrometry

แหลงอางอง : S.M., V.Fernandes, A.O.S, S.Rangel. Agric. Food chem. 1997, 45. 1269-1272

Flow Injection Determination of Sodium, Potassium, Calcium, andMagnesium in Beer by Flame Emission and Atomic AbsorptionSpectrometry

Sılvia M. V. Fernandes and Antonio O. S. S. Rangel*

Escola Superior de Biotecnologia, Universidade Catolica Portuguesa,Rua Dr. Antonio Bernardino de Almeida, 4200 Porto, Portugal

Jose L. F. C. Lima

CEQUP/Departamento de Quımica-Fısica, Faculdade de Farmacia,Rua Anıbal Cunha 164, 4050 Porto, Portugal

Flow injection systems for the determination of sodium and potassium, by flame emission photometry,and calcium and magnesium, by atomic absorption spectrometry, in beer are described. The sampleswere directly injected in the flow system where automatic dilution occurred, and reagent additionusing the merging zones technique was performed. Lanthanum(III) consumption was reduced inabout 20-80-fold compared to conventional manual atomic absorption determinations. Samplingrates of 120-200 determinations/h were achieved. The results were in agreement with the referenceprocedures (relative deviations below 3.8%) and present good reproducibility (relative standarddeviations lower than 1.6% for 10 consecutive measurements).

Keywords: Flow injection; beer; Na; K; Ca; Mg; flame emission; atomic absorption spectrometry

INTRODUCTION

The flavor and stability of beer is greatly influencedby the quantity and nature of the dissolved cations andtheir reactions with the various constituents of malt andhops (Buckee, 1991), thus justifying their determinationfor routine quality control in breweries. Calcium andmagnesium ions in beer act as cofactors for certainenzymes (Charalambous and Bruckner, 1977) that areactive during fermentation. It has also been reported(Buckee, 1991) that the presence of magnesium inconsiderable amounts can have an adverse effect onflavor, e.g., in terms of producing a more astringentbitterness. Sodium and potassium ions impart a saltyand sour taste to beer (Buckee, 1991). The concentra-tions of these metallic ions in beers (Hough et al., 1982)can range from 9 to 230 ppm for sodium, 220 to 1100ppm for potassium, 4 to 135 ppm for calcium, and 34 to250 ppm for magnesium.The determination of these analytes has been gener-

ally accomplished by flame emission (sodium and potas-sium) and atomic absorption spectrometry (calcium andmagnesium). The measurement procedures by thesemethods are simple and quick. However, before sampleintroduction into the flame atomization system, it isnecessary to fit its composition to the instrumentaldemands. This includes dilution of the samples to allowdeterminations in a linear dependence range and tominimize matrix physical interferences and, in the caseof calcium and magnesium, the addition of a releasingagent to eliminate chemical interferences. As thesenecessary steps for sample preparation are often labori-ous and very time consuming, they generally limit theoverall analysis time and make automation advanta-geous.In this paper, two different flow injection analysis

(FIA) systems for the determination of metallic cationsin beer are presented. In order to obtain a dilutioncapacity necessary for a set of determinations, a flowmanifold with either a stream splitting and a detectorinlet overpressure or a dialysis unit (Ferreira et al.,

1995) were devised. The use of a flow splitting can bean efficient way to increase dilution by reducing theamount of analyte that is led to the flame atomizationsystem. To obtain a further decrease in the analyticalsignal, the nebulization efficiency was reduced byimposing a flow rate at the nebulizer entry higher thanthe uptake rate of the detector. A manifold with adialysis unit was used to achieve a higher dilutioncapacity. Due to the low efficiency of the diffusionacross the membrane from a donor to an acceptorchannel, a large reduction in the amount of analytereaching the detector is achieved.The addition of the releasing reagent in the calcium

and magnesium determinations was carried out byresorting to the merging zones technique (Bergamin etal., 1978). This flow injection mode has been used toreduce reagent consumption, as only the requiredamount for the reaction is introduced in the systeminstead of its continuous flow through the manifold. Inthis work, advantage was taken from this principle tominimize lanthanum(III) consumption, as it is anexpensive reagent.

MATERIALS AND METHODS

Reagents and Solutions. All chemicals were of analyticalreagent grade, and deionized water with a specific conductanceless than 0.1 µS cm-1 was used throughout.The standard solutions used in the establishment of the flow

injection calibration graphs of calcium (40-160 ppm) andmagnesium (20-160 ppm) were prepared by rigorous dilutionof BDH Chemicals standard solutions of 1000 ppm. Thesodium and potassium 1000 ppm stock solutions were preparedby precise weighing of previously dried (at 100 °C) solid sodiumchloride and potassium chloride, respectively. Working stan-dard solutions containing sodium in the range 10-130 ppmand potassium in the range 100-500 ppm were prepared byrigorous dilution of each stock solution in water.The 0.3 M nitric acid solution was prepared by dilution of

concentrated nitric acid (d ) 1.52; 100%) in water.The lanthanum(III) stock solution used for the calcium and

magnesium determinations was prepared from solid La2O3 and

1269J. Agric. Food Chem. 1997, 45, 1269−1272

S0021-8561(96)00434-7 CCC: $14.00 © 1997 American Chemical Society

presented a final concentration of 50 000 ppm in lantha-num(III) and 3 M in HCl. Working FIA 10 000 ppm lantha-num(III) solution was prepared by dilution of the stocksolution. Beer samples were degassed in an ultrasonic bathfor 10 min prior to their introduction in the FIA system.Reference Manual Procedures. For comparison pur-

poses, sodium and potassium were determined by flameemission spectrometry, and calcium and magnesium by atomicabsorption spectrometry, in diluted beer samples. Calibrationcurves were established in the range 0.1-1 ppm for sodium,2-10 ppm for potassium, 0.5-2.5 for calcium, and 0.05-0.5for magnesium. The beer samples were diluted in 50 mLvolumetric flasks by a trial-and-error approach, in order to fittheir concentration within the linear range of each calibrationplot. In the calcium and magnesium determinations, stan-dards and samples presented a lanthanum(III) concentrationof 10 000 ppm.Apparatus and Flow Injection System. Flame emission

determinations of sodium and potassium were carried outusing a Corning 410 flame photometer with an air-propaneflame. A GBC 902 atomic absorption spectrophotometer withan air-acetylene flame was used for the determination ofcalcium and magnesium. Both instruments were coupled toa Kipp & Zonen BD 111 chart recorder.In the flow injection systems, the solutions were propelled

by Gilson Minipuls 2 and Minipuls 3 peristaltic pumps andPVC Gilson propelling tubes; the tubes were replaced whenthe flow stability decreased, yieding flow pulses and conse-quently nonreproducible signals. The solutions were injectedin the manifolds with Rheodyne type 5020 six-port rotaryvalves. For calcium and magnesium determinations, twovalves were connected by a metallic axle (Fernandes et al.,1995) so that the switching of the valve positions occurred atthe same time, thus allowing the simultaneous injection ofsamples or standards and lanthanum(III) solution. OmnifitPTFE tubing (0.8 mm i.d.) with Gilson end fittings andconnectors and Perspex homemade Y-shaped joints were usedas confluence or stream-splitting points. The homemadedialysis unit incorporated in the manifold for the determina-tion of magnesium was made of Perspex (Lima et al., 1994).It consisted of two separate blocks, pressed against each otherby eight screws. The matching cavities drilled in each blockwere 2 mm wide, 0.5 mm deep, and 7 cm long (linear path).The membrane placed between the two blocks was Tecatorreference 5588 0002.

RESULTS AND DISCUSSION

The concentration of sodium, potassium, calcium, andmagnesium in beer is usually much higher than theworking linear concentration ranges of the detectionsystems used. Flow injection manifolds were thereforedeveloped to perform automatically the dilution, reagentaddition, and introduction of beer samples into thedetection systems. Two FIA manifolds were devised,each one presenting different dilution capacities. Therequired dispersion levels for calcium, sodium, andpotassium determinations were achieved by the jointeffect of a confluence stream and a stream splitting,while higher dilutions were obtained by using a dialysisunit (determination of magnesium).Determination of Calcium, Sodium, and Potas-

sium. In order to develop a FIA system to provide therequired sample treatments, a manifold was assembled(Figure 1) consisting of a three-channel system with aconfluence point (Y) placed after a stream splitting (X).Additionally, for calcium determination, it was neces-sary to add the lanthanum(III) reagent, which was madeby the merging zones technique, in order to savelanthanum solution.The flow system was designed so that it could be used

for the determination of Ca, Na, and K without needingsignificant changes in the manifold. The optimization

of the manifold parameters was carried out to meet thecalcium determination requisites, and small modifica-tions were established for the sodium and potassiumdeterminations.The sample was injected (V1 ) 95 µL) in the water

carrier stream (Q1 ) 6 mL/min), being the amount ofanalyte significantly reduced in the splitting point X byselecting a flow rate ratio Q1/Q2 of 1.9. The portionflowing to the detector was further dispersed along tubeL1 until confluence Y, where an additional dilutionoccurred. The plug was subsequently directed to thedetector through L3. For the calcium determination, alanthanum(III) solution was injected in valve V2. Asthe two valves are coupled, their switching occurssimultaneously, allowing the merging of both sampleand lanthanum plugs in confluence Y by appropriateselection of L2 length and Q3 flow rate.A 50 cm tube was chosen for L1, as shorter lengths

did not provide reproducible results. The dispersionoccurring along the 50 cm tube minimizes the effect offlow pulses from the peristaltic pump on the reproduc-ibility of the splitting at point X. A longer tube wouldunnecessarily increase dispersion and decrease thesampling rate. Flow rate Q3 was set to 5.4 mL/min toimpose a flow rate 2 mL/min higher than the nebulizeraspiration rate, thus diminishing the analytical signalby reducing the nebulization efficiency. The joint effectof the overall dilution capacity of the manifold and theoverpressure at the nebulizer entry allowed performanceof determinations in the linear range corresponding tothe usual concentration interval of calcium in beer.Using the preset parameters, the coil length L2 was thenstudied to ensure that sample and lanthanum plugsarrive to the confluence point Y at the same time, whichwas achieved with a 70 cm tube. Besides their simul-taneous merging, it was also necessary to guarantee thetotal inclusion of sample plug by the reagent zone; thiswas accomplished by injecting 120 µL (V2) of lantha-num(III) solution.There was no need for the addition of the releasing

agent for sodium and potassium determinations, sinceno chemical interferences occur for these determinationsby flame emission spectrometry. Therefore, no reagentwas injected in the Q3 waterstream, and so the V2 valvewas not used. For these determinations, as a slightly

Figure 1. Flow injection manifold developed for the deter-mination of calcium, sodium, and potassium in beer: D,detector; Li, tube length; M, metallic axle; P, peristaltic pump;Qi, flow rates; V1, volume of sample loop; V2, volume oflanthanum(III) loop; X, splitting point; Y, confluence; W, waste.Calcium determination: D, atomic absorption spectrophoto-meter; L1, 50 cm; L2, 70 cm; L3, 70 cm; Q1, 6.0 mL/min; Q2, 3.2mL/min; Q3, 5.4 mL/min; V1, 95 µL; V2, 120 µL. Sodium andpotassium determination: D, flame emission spectrometer; L1,50 cm; L2, 20 cm; L3, 50 cm; Q1, 6.0 mL/min; Q2, 3.2 mL/min;Q3, 6.0 mL/min; V1, 95 µL; V2, not used.

1270 J. Agric. Food Chem., Vol. 45, No. 4, 1997 Fernandes et al.

higher dilution capacity was necessary, dilution inconfluence Y was extended by increasing the flow rateQ3 up to 6 mL/min. Therefore, the analytical signal wasreduced not only because of the increased dilution factorin this confluence but also because of augmentedoverpressure at the entry of the nebulizer.The sampling rates achieved with this setup were of∼150 samples/h for calcium and sodium determinations,and 200 samples/h for potassium determination.Determination of Magnesium. As the amounts of

magnesium in beer are much higher (80-320-fold) thanthe working linear concentration range for this deter-mination using atomic absorption spectrometry, theabove mentioned manifold did not yield sufficient dilu-tion capacity. In order to reach these dilution require-ments with a relatively simple FIA system, a dialysisunit was incorporated (Figure 2).The dialysis unit in the FIA system separates two

streams, the donor containing the sample plug and theacceptor leading the dialysate to the detector. Due tothe low efficiency of the membrane diffusion process,large dilutions are easily obtained because there is asubstantial reduction in the amount of analyte flowingto the detector. In this manifold, sample or standardsand lanthanum(III) solution were simultaneously in-jected in the system by means of the two coupledinjection valves (valves V1 and V2, respectively). Theparameters of the system, namely, flow rates Q1, Q2,and Q3 and coil lengths L1 and L2, were set to ensurethat the two plugs flow through the dialysis unit at the

same time, being the dialysate received by the lantha-num solution plug, and taken to the detection systemby L3.The manifold also included a confluence point (Y)

where a 0.3 M HNO3 solution was added to samples andstandards. The inclusion of this confluence point in thesystem became necessary because the pH of the injectedsolutions affects the diffusion process (Ferreira et al.,1995). The addition of 0.3 M HNO3 to samples andstandards made the dialysis process independent of thedifferent composition of samples and standards, namely,in terms of pH, since it was possible to ensure a constantH+ concentration along the sample and reagent plugsbefore reaching the dialysis membrane.The flow rate Q3 was adjusted to the normal uptake

rate of the atomic absorption nebulizer (5 mL/min). Theflow rates Q1 and Q2 were both set at 2.5 mL/min, sothat equal flow rates for the donor and acceptor streamscould be obtained.The length of coil L1 was selected as the minimum

length that provided a good mixing of the mergingsolutions after the confluence point, in order to obtainreproducible results. The length of reactor L2 wasselected as the one that made both sample and lantha-num plugs coincident when passing through the dialysisunit using the preset flow rates.Sample loop volume (V1) was set to 200 µL. A volume

of 500 µL was used for the lanthanum(III) loop (V2),yielding peak heights similar to those obtained whenthe lanthanum(III) solution was used as Q3 carrierstream (instead of injecting the same solution in a watercarrier stream).By using this manifold, a sampling rate of ∼120

samples/h was achieved.Analysis of Beer Samples. The beer samples were

injected in the flow injection manifolds, and the cationconcentrations calculated by interpolation in the previ-ously established calibration plots (Figure 3); the cal-culations were based on peak height.In order to assess the quality of the FIA results,

analyses of beer samples, using the flow injectionmanifolds and the manual methods for the same detec-tion systems, were carried out; between the respectiveresults Cf and Cr, a relation of type Cf ) C0 + SCr wasestablished for each cation determination, this being theequation parameters as well as the 98% confidencelimits (Miller and Miller, 1993) presented in Table 1.From these figures it is clear that there is no evidence

for systematic differences between the results obtainedby the two methodologies, as slopes and intercepts do

Table 1. Comparison of the Results Obtained by the Developed FIA Systems (Cf) and by the Reference Procedures (Cr);Relative Standard Deviations and Sampling Rates of the Developed FIA Systems

values of the equation Cf ) C0 + SCr samples analyzed characteristics of the FIA systems

C0a (ppm) Sa rb no. concn range (ppm) RSDc sampling rate (h-1)

1.60 (67.3)calcium -0.2 ((0.4) 1.001 ((0.005) 0.9996 16 47.4-139 1.04 (101) 150

0.64 (124)1.21 (93.9)

magnesium 1.3 ((1.5) 0.9878 ((0.014) 0.9967 15 61.2-155 0.64 (124) 1200.73 (155)1.30 (73.3)

sodium -0.5 ((0.9) 1.005 ((0.011) 0.9980 16 50.5-125 0.96 (107) 1500.85 (125)1.10 (222)

potassium -0.5 ((2.3) 1.004 ((0.007) 0.9991 17 222-462 0.60 (349) 2000.32 (462)

a The values in parentheses are the limits of the 98% confidence intervals. b Correlation coefficient. c Relative standard deviations (%)obtained from 10 consecutive injections of beer samples; concentrations (ppm) indicated in parentheses.

Figure 2. Flow injection manifold developed for the deter-mination of magnesium in beer: AAS, atomic absorptionspectrophotometer; D.U., dialysis unit; Li, tube lengths (L1 )50 cm; L2 ) 50 cm; L3 ) 20 cm); M, metallic axle; P, peristalticpump; Qi, flow rates (Q1 ) Q2 ) 2.5 mL/min; Q3 ) 5 mL/min);V1, sample loop volume (200 µL); V2, lanthanum loop volume(500 µL); Y, confluence; W, waste.

Na, K, Ca, and Mg in Beer J. Agric. Food Chem., Vol. 45, No. 4, 1997 1271

not differ significantly from unity and zero, respectively.The maximum relative deviations observed between thetwo methodologies, calculated as [(Cf - Cr)/Cr] × 100,were 3.6% for sodium, 2.4% for potassium, 2.3% forcalcium, and 3.8% for magnesium.To assess the reproducibility of the FIA procedure,

the relative standard deviations were calculated for 10consecutive determinations of three beer samples withconcentrations covering the analytical range for eachanalyte. The reproducibility was good, the relativestandard deviations observed being lower than 1.6% for10 consecutive measurements (Table 1).Conclusions. The developed FIA systems are ad-

vantageous alternatives to the conventional proceduresfor determination of cations in beer samples as theypermit automatic beer sample preparation for instru-mental measurement with high sampling rates and theyachieve quality results with good reproducibility. Lan-thanum(III) consumption is reduced in the automaticdeterminations compared with the consumption whenconventional methodologies are used.An additional advantage is the possibility of perform-

ing bicomponent analysis on the same injected sample.In fact, in the manifold for calcium, sodium, andpotassium determinations, there is a sample portionthat is wasted after the flow splitting that could be ofanalytical use. The solution in this channel could besubmitted to an appropriate treatment and led toanother detector and so another species could be deter-

mined. As for the FIA system for magnesium determi-nation, a bicomponent analysis in the same injectedsample plug is also feasible. Because the sample plugin the dialysis unit becomes divided in two separatestreams, both sample boluses can be directed to differentdetectors.Finally, it should be stressed that the cost of imple-

menting these FIA systems in a quality control labora-tory is quite low when compared to the cost of the atomicspectrometers. Consequently, the acquisition of suchequipment might represent a good investment if oneconsiders the many advantages taken from it and thelow cost of its implementation.

ACKNOWLEDGMENT

We are thankful for collaboration with the breweryUNICERsUniao Cervejeira, SA, Leca do Balio, Portu-gal.

LITERATURE CITED

Bengamin, Fo, H.; Zagatto, E.; Krug, F.; Reis, B. Merging zonesin flow injection analysis. Part I. Double proportionalinjector and reagent consumption. Anal. Chim. Acta 1978,101, 17-23.

Buckee, G. K. Anions and cations. Ferment 1991, 4, 38-39.Charalambous, G.; Bruckner, K. J. Analysis of metallic ionsin brewing materials, wort, beer and wine by inductivelycoupled argon plasmasatomic emission spectroscopy. Tech.Q. Master Brew. Assoc. Am. 1977, 14, 197-208.

Fernandes, S. M. V.; Lima, J. L. F. C.; Rangel, A. O. S. S.Colorimetric determination of iron in beer by flow injectionanalysis using the merging zones technique. J. Inst. Brew.1995, 101, 281-284.

Ferreira, A. M. R.; Lima, J. L. F. C.; Rangel, A. O. S. S. Flowinjection simultaneous determination of basic cations pairsin soils. Soil Sci. 1995, 159, 331-336.

Hough, J. S.; Briggs, D. E.; Stevens, R.; Young, T. W. Chemicaland physical properties of beer. In Malting and BrewingScience; Chapman and Hall: London, England, 1982.

Lima, J. L. F. C; Neves, O. B. A. O.; Rangel, A. O. S. S. Flowinjection determination of reducing sugar in wine in a wideconcentration range using a dialysis unit and a streamsplitting. In Automatic Control of Food and BiologicalProcesses; Bimbenet, J. J., Dumoulin, E. Trystram, G., Eds.;Elsevier Science: Amsterdam, Holland, 1994.

Miller, J. C.; Miller, J. N. Errors in instrumental analysis;regression and correlation. Statistics for Analytical Chem-istry; Ellis Horwood: Chichester, England, 1993.

Received for review June 18, 1996. Accepted January 2, 1997.XS.M.V.F. gratefully acknowledge support from PRAXIS XXI(Grant BD/2851/93-IF). Support from PAMAF/IDARN project24 is also acknowledged.

JF9604347

X Abstract published in Advance ACS Abstracts, Feb-ruary 15, 1997.

Figure 3. FIA register obtained for the determination ofpotassium in beer corresponding to injections of standards [(a)100, (b) 200, (c) 300, (d) 400, and (e) 500 ppm] and samples.

1272 J. Agric. Food Chem., Vol. 45, No. 4, 1997 Fernandes et al.

2. Paper การหาโพแทสเซยมในนามะพราว

ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย ion-selective electrodes

แหลงอางอง : K.Y. Chumbimuni-Torres and L.T. Kubota, Journal of Food Composition and

Analysis,19 (2006) 225–230

ARTICLE IN PRESS

JOURNAL OFFOOD COMPOSITION

AND ANALYSIS

0889-1575/$ - se

doi:10.1016/j.jfc

�CorrespondE-mail addr

Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230

www.elsevier.com/locate/jfca

Original Article

Simultaneous determination of calcium and potassium in coconut waterby a flow-injection method with tubular potentiometric sensors

Karin Y. Chumbimuni-Torres, Lauro T. Kubota�

Instituto de Quımica, UNICAMP, P. O. 6154, 13083-970, Campinas, SP, Brazil

Received 19 July 2004; received in revised form 12 August 2004; accepted 29 September 2004

Abstract

In the present work, a simultaneous determination of calcium and potassium in coconut water samples using a flow-injection system

with tubular ion-selective electrodes (ISEs) in series is described. The samples were injected into a 0.1mol L�1 HEPES (pH ¼ 6.0) carrier

solution, using an injection volume of 100mL and a flow of 2.0mLmin�1 in the FIA system. The electrodes developed exhibited nernstian

response for calcium and potassium in the concentration range between 1.0� 10�5 and 1.0� 10�1mol L�1 with detection limits of

5.6� 10�6mol L�1 for calcium and 9.5� 10�6mol L�1 for potassium. And no significant interference between both ions was observed.

The flow-injection analysis (FIA) system with tubular ISEs was suitable for the simultaneous calcium and potassium on-line monitoring.

The determination of potassium presented good results when compared to the reference method. And the recovery results were 9571%

for calcium and 10272% for potassium, showing a good evidence of the accuracy of the method.

r 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Keywords: FIA; ISE; Potassium and calcium determination

1. Introduction

Potentiometry is a method that uses electrodes tomeasure potential differences that provide chemical in-formation of the species in solution (Harris, 1998). Studiesof potentiometric sensors or so-called ion-selective electro-des (ISEs) have been subject of continuous efforts. Thisgroup of chemical sensors is characterized by simplepreparation, robustness and moderate selectivity, and somekinds of ISEs become routine devices in analyticallaboratories for analysis (Ru-Qin et al., 2000).

The miniaturization of ISEs is proportioning improve-ments in the determination of species ionic in solution indifferent fields of analyses (Shinichi et al., 1998), where theelectrodes in solid state have many advantages, forinstance, to obtain specific shapes. Among all kind of statesolid electrodes those ISEs with a tubular shape are ideallysuited to support sensor in flow-injection analyses (FIA)systems, since the tubular structure does not alter the

e front matter r 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

a.2005.09.006

ing author. Tel.: +55 193 788 3127; fax: +55 193 788 3023.

ess: [email protected] (L.T. Kubota).

characteristics of the hydrodynamic flow (Alonso-Chamar-ro et al., 1993).The application of ISEs in FIA system is important due

to low consumption of sample and reagents, and also bygiving a fast response and good reproducibility (Pungir etal., 1984). Since the development of the first FIA systemwith potentiometric detection using an ISE by Ruzicka andHansen (1975), much progress has been made. Van derLinden and Ostervink (1978) constructed the first coatedtubular ISE with crystalline membrane sensitive to halidesand employed it in FIA system. After that, several tubularmetallic silver electrodes coated with some of its insolublesalts have also been used (Van Staden and Wagener, 1987).The construction of a tubular electrode coated with amobile carrier held in a PVC matrix, deposited on agraphite epoxy resin has been proposed by Alegret et al.(1984) for the first time.Various types of automatic or semi-automatic electro-

chemical systems have been employed in continuous-flowmeasurements (Van Staden and Stefan, 1999). However, inmost of the reported methods, the emphasis was given inthe determination of a single species in the sample. A

www.elsevier.com/locate/jfca

ARTICLE IN PRESSK.Y. Chumbimuni-Torres, L.T. Kubota / Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230226

survey of literature indicated a lack of proceduresdescribing simultaneous determination of more than onespecies in the same sample (Izquierdo and Luque deCastro, 1995).

In this way, electrochemical methods, particularlypotentiometry using ISEs, have been widely used in FIAfor the determination of Ca2+ and K+ separately (Chenand Adams, 1998; Komaba et al., 1998). There are somepapers that described simultaneous determination of bothions (Diamond and Forster, 1993; Forster et al., 1991),however, most of these works are applied for clinicalanalysis. Clearly, there is lack of papers describingsimultaneous determination of analites in food analysis.The reason for it may be the lack of interest in this kind ofsample or the existence of other methods used routinely(Van Staden and Stefan, 1999).

Food analysis has been a subject of growing interest.Thus, different methods of determination have beendeveloped to overcome this necessity. Chemical analysesare very important for quality control in food industrywhere on-line, fast and simple methods are required.

Coconut water has an important therapeutic value dueto its minerals and vitamins that contain (Weaver, 1998).The basic composition of coconut water replaces theelectrolytes eliminated through sweat, such as: sodium,potassium, magnesium and calcium. The concentration ofthese electrolytes in this beverage, supplies an osmoticpressure similar to that observed in blood (Fernandes et al.,2000) in this way, it is very important to check theconcentration of these electrolytes.

Determination of potassium is very important since thelevels of potassium are related to renal diseases, whenpotassium concentration in human serum becomes higherthan 9mmol L�1, the heart often stops (Shinichi et al.,1998). On the other hand, adequate intake of calcium hasbeen associated to the reduction of osteoporosis risk,hypertension, colon cancer, kidney stones, and leadabsorption (Burtis and Ashwood, 1999).

There are many methods used for total calcium andpotassium determination; however, it is important toquantify ionic calcium and potassium. In fact, it is knownthat free calcium and potassium (ionic calcium andpotassium) is a parameter more useful than total becauseit provides the best indication of status of these electrolytes,since they (ionic calcium and potassium) are biologicallyactive (Burtis and Ashwood, 1999).

In this way, we presented a method for simultaneousdetermination of calcium and potassium in coconut watersamples using tubular ISEs in FIA.

2. Materials and method

2.1. Reagents and solutions

N,N,N0,N0-tetracyclohexyl-3-oxapentanediamide (Cal-cium Ionophore II), Valinomicyn (Potassium Ionophore),o-nitrophenyl octyl ether (ONPE) and potassium tetra-

kis(p-chlorophenyl)borate (KTpClPB) were obtained fromFluka (Buchs, Switzerland).Potassium chloride and calcium chloride were purchased

from Merck (Darmstadt, Germany). N-[2-hydroxyethyl]pi-perazine-N0-[2-ethanesulfonic acid] (HEPES), tris-hydro-xymethyl aminomethane (TRIS), piperazine-N,N0-bis

(2-ethanesulfonic acid) (PIPES) and polyvinyl chloride(PVC) were acquired from Sigma-Aldrich Company(Milwaukee, USA). Tetrahydrofuran was obtained fromMallinckrodt (Mexico City, Mexico). The analyzed coco-nut water samples were obtained from a local supermarket,and these were industrialized.All other chemicals were of analytical grade. And doubly

distilled deionized water from a Milli-Q system was used toprepare the aqueous solutions.

2.2. Apparatus

A peristaltic pump (Ismatec IPC-8 model, Switzerland),a homemade manual-injector (IV), TygonTM and poly-ethylene tubes for the connections (0.80mm internaldiameter) were used in the FIA system. For dataacquisition, a potentiometer (pH/Ion Analyzer fromCorning model 350) connected to a computational systembased on ACL-8111 card from ADLink Technology wasused in a personal computer. Software in VISUAL BASIC4.0 was utilized for commutation of the electrodes. Boththe computational system and the used software has beendescribed in a previous work (Fernandes et al., 2000).The measurements of potential were performed using a

double-junction electrode of Ag/AgCl with 1.0mol L�1

LiNO3 filling solution (cat. 476370) as reference electrode(RE), and a glass electrode (cat. 476380) for pH measure-ments. Both electrodes were manufactured by Corning(USA).

2.3. Preparation of membranes

The electrodes for calcium and potassium were preparedaccording to the procedure described by Schefer et al.(1986) for calcium and Vazquez et al. (2001) for potassium,with few modifications. The membrane composition was1wt% ionophore II for calcium while 1wt% valinomycinfor potassium, both with 65.5wt% ONPE, 33wt% PVCand 0.5wt% potassium tetrakis(p-chlorophenyl)borate,and tetrahydrofuran was used as solvent. Drops of theobtained solution were put inside of the tubular electrode(graphite/epoxy) and then leaving for complete evapora-tion of the solvent. Before using, the electrodes wereconditioned for 10min. in 1.0� 10�3mol L�1 calciumchloride or 1.0� 10�3mol L�1 potassium chloride aqueoussolution, for the calcium and potassium electrodes,respectively.

ARTICLE IN PRESS

BA

RE

W W

ISE-K+ ISE-Ca2+

C

A

2.0

PP

100µL

IV

mL min-1

P

M

R

Fig. 1. Schematic diagram of the FIA system for simultaneous determination of calcium and potassium. (C) carrier, (A) sample, (PP) peristaltic pump,

(IV) injection valve, (ISE-K+) ion-selective electrode for potassium, (ISE-Ca2+) ion-selective electrode for calcium, (RE) reference electrode, waste (W)

and (M) microcomputer.

K.Y. Chumbimuni-Torres, L.T. Kubota / Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230 227

2.4. Preparation of tubular ion-selective electrodes

The tubular ISEs were made in accordance to thetechnique described elsewhere (Rover et al., 1996; Rover etal., 1998; Alegret et al., 1989), using a mixture of epoxyresin (Araldite M and HR hardener, both from Ciba-Geigy) and graphite powder, in a 40:60% (m/m) propor-tion. The dimensions of the electrode were 6.0mm length,10.0 and 9.0mm external and internal diameters, respec-tively, and then it was filled with the epoxy-graphitemixture. After it has hardened, the conducting support wasdrilled longitudinally with a 1.5mm drill bit, and inside ofthe resulting cavity was put the membrane solution.Successive applications of this solution into the cavityresulted in a polymeric membrane with a final internaldiameter (0.8mm) similar to the polyethylene tubes used inthe construction of the FIA system.

2.5. Optimization of the sensor

The sensors were evaluated according to the mainoperational characteristics, sensitivity, nernstian range,pH effect, buffer, and interference.

The effect of pH was investigated in the range between3.0 and 11.0. The pH values were adjusted by addition ofsmall volumes of either 0.1mol L�1 sodium hydroxide or0.1mol L�1 hydrochloric acid solutions. The buffer effectwas also investigated and the best performance of theelectrode was found.

The interference was studied and the potentiometricselectivity coefficients ðKPOT

A;B Þ were calculated employingthe ‘‘matched-potential’’ method (Umezawa et al., 1995).

2.6. Optimization of the FIA system

The tubular ISEs were placed in series incorporated in aflow-injection system with the basic design as shown in

Fig. 1. The RE was set at the end of the line. And thedistance between the working electrodes and the RE wasfixed at 5 cm.The flow rate and the loops were optimized, thus, flow

rates of 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5 and 4.0mLmin�1

were used for flow studies, and loops of 25, 50, 75, 100, 125,150, 175 and 200 mL were used for volume studies.Calibration of the electrode was made by injection of

mixed standard solutions prepared in aqueous medium, inthe concentrations range from 1.0� 10�6 to 1.0�10�1mol L�1 of calcium and potassium chloride. Thecarrier solution was prepared at pH 6.0 in 0.1mol L�1

HEPES buffer. Studies of stability and lifetime of thetubular ISEs were performed for a long time.The coconut water samples for analyses were diluted

(five times) in HEPES buffer without any treatment ofsample. These diluted samples were injected into the FIAsystem after obtaining calibration curves with calcium andpotassium standard solutions. Recovery tests for calciumand potassium were performed in order to verify theaccuracy of the method. The reference method utilized tocompare the results, obtained with the proposed tubularISE, was flame photometry for potassium (Skoog et al.,1998). No adequate reference method to determine ioniccalcium was found in the literature.

3. Results and discussion

3.1. Sensors evaluation

In relation to the studies of the pH effect, it was observedby a Reilly’s diagram (Fig. 2), that the response of bothelectrodes (potassium and calcium) remain constant in thestudied range, only below pH 4.0 there is a positivedeviation for both electrodes, which can be assigned to thehydrogen ion interference. For convenience, pH 6.0 waschosen for both sensors evaluation, since sample pH is

ARTICLE IN PRESS

2 8 10 12

20

40

60

80

100

120

B

A

∆E v

s A

g/A

gCl ,

LiN

O3

pH64

Fig. 2. Typical Reilley’s diagram for the electrode sensitive to potassium

1.0� 10�3molL�1 (A) and calcium 1.0� 10�1 (B).

Table 1

Buffers effects on the analytical signal in the FIA system

Buffer Slope (mVdecade�1)

Calcium Potassium

TRIS 26.1 58.9

HEPES 27.4 58.6

PIPES 25.8 56.5

Buffer concentration: 0.1molL�1, pH 6.0.

Table 2

Potentiometric selectivity coefficients (KPOTA;B ) determined according to the

‘‘matched-potential’’ method for calcium and potassium selective electro-

des

Interference KPOTA;B for cation-selective electrodes

Calcium Potassium

K+ 2.5� 10�4 —

Na+ 5.0� 10�4 2.1� 10�3

Ca2+ — 5.8� 10�5

Mg2+ 1.6� 10�3 3.2� 10�3

Mn2+ 1.0� 10�3 4.5� 10�4

Fe3+ 8.2� 10�3 2.7� 10�3

Cu2+ 9.8� 10�4 —

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

88

92

96

100

104

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

B

A

flow rate / mL min-1

Volume / µL

∆E v

s A

g/A

gCl,

LiN

O3

Fig. 3. Influence of the sample volume and flow-rate on the signal of the

proposed FIA system for potassium. Concentration 1.0� 10�3molL�1.

Effect of the flow-rate, with volume 100mL (A) and the injected sample

volume with flow-rate 2.0mLmin�1 (B).

K.Y. Chumbimuni-Torres, L.T. Kubota / Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230228

close to 6.0. However, the electrodes can be used in the pHrange between 4.0 and 11.0.

Table 1 shows the behavior of different buffers on theanalytical signal, the best buffer for this purpose wasHEPES, which presented higher response for both cations.

The main interfering ions were investigated by the‘‘matched-potential’’ method. Table 2 lists the obtainedpotentiometric selectivity coefficients ðKPOT

A;B Þ. The concen-

trations of Ca2+ and K+ generally contained in coconutwater do not interfere each other, because the selectivitycoefficients, KPOT

Ca;K ¼ 2:5� 10�4 for Ca-ISE and KPOTK ;Ca ¼

5:8� 10�5 for K-ISE, are small enough. Considering thatthe concentration of potassium is about 10 times more thancalcium in the sample, no interference is expected.

3.2. FIA system evaluation

The flow rate and the sample volume effects on theanalytical signal were also investigated for both electrodes.The signal decreases when the flow-rate is increased. On theother hand, the signal becomes higher by increasing theinjection volume as can be observed for the potassiumelectrode (Fig. 3). The same effect was observed for thecalcium electrode. The optimal conditions to reach a goodwashing time, good signal and reasonable analyticalfrequency for the system was 2.0mLmin�1 for the flowwith an injection volume of 100 mL. These conditions wereused in the analytical determinations for calcium andpotassium in coconut water samples.Table 3 presents the analytical performance obtained

with the simultaneous FIA system proposed. A typicalprofile obtained with the potassium sensitive membrane inthis system is shown in Fig. 4. In this figure, no memoryeffect in the analytical signal was observed, when theinjections start with the more concentrated solutions. Thesame behavior was observed for the calcium-sensitivemembrane.The analytical performance of the electrodes can be

represented by the following equations:

DE ¼ ð154:7� 1:2Þ � ð27:2� 0:3ÞpCa, (1)

ARTICLE IN PRESS

Table 3

Analytical parameters obtained with the optimized FIA system

Parameter Tubular ion-selective electrode

Calcium Potassium

Nernstian response/

molL�1 1.0� 10�5–1� 10�11.0� 10�5–1� 10�1

Slope/mVdecade�1 27.2 58.7

Detection limit/molL�1 5.6� 10�6 9.5� 10�6

pH range 4.0–11.0 4.5–11.0

Analytical frequency/

samples/h

42 42

Repeatability/% (n)a o2.3 (6) o1.8 (6)

a‘‘n’’ is the number of injections.

S3S2S1

10-4 mol L-1

0.1

1

10

100

1000

0.1

1

10

100

1000

10 min

60 m

V

Fig. 4. Typical fiagram profile obtained using the tubular sensor for

potassium in the FIA system, where S1, S2, S3 are the injected samples.

Conditions: flow-rate 2.0mLmin�1, injection volume 100mL and

0.1molL�1 HEPES buffer at pH 6.0 as carrier.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

10

20

30

40

50

60

70

B

A

Slo

pe /

mV

dec

ade-1

Months9

Fig. 5. Sensor responses as a function of time obtained for potassium

(A) and calcium (B) in the FIA system.

K.Y. Chumbimuni-Torres, L.T. Kubota / Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230 229

DE ¼ ð304:6� 7:5Þ � ð58:7� 2:2ÞpK : (2)

The analytical frequency of the simultaneous FIA systemwas 42 samples/h for each electrode; it means that ispossible to do 84 determinations per hour with bothelectrodes in series. The repeatability, expressed as relativestandard deviation, was lower than 2.3% (n ¼ 6) forcalcium and 1.8% (n ¼ 6) for potassium electrodes.

The stability and the lifetime were studied for bothelectrodes. They were monitored for 8 months, involving500 determinations. The electrodes showed high durabilityfor 3 months. It is important to emphasize that theelectrodes can be utilized up to 8 months, although theirsensitivities are not comparable to the new ones. It is alsoimportant to point out that the potassium electrode wasmore stable, when compared to the calcium one, since itsslope changed less over longer periods (Fig. 5).

3.3. Simultaneous determination of calcium and potassium

in coconut water samples

The results obtained for calcium and potassium deter-minations in coconut water, using the proposed system, are

presented in Table 4. The recoveries obtained forpotassium were approximately 102% for different samplessuggesting a good evidence of the accuracy of the method.The recoveries obtained for calcium were approximately95%. The lower value obtained can be due to alterations ofequilibrium between ionic calcium and ligand anions likephosphate. The determination of potassium presentedgood results when compared to the reference method andno significant difference between the two methods wasobserved at the 95% confidence level, indicating the goodaccuracy of the sensors, emphasizing the great potentialityof the proposed analytical procedure.

4. Conclusions

The determination of potassium and calcium usingtubular ISEs in coconut water samples showed goodoperational characteristics, particularly considering thelinear response range, the selectivity and the stability.Association of the electrode with a FIA system enhancesthe use of this sensor, when repeated analyses are requiredas, for instance, in routine procedures.The method presented many advantages when compared

to the other methods, such as chromatography andspectrophotometry. Since, the proposed method is inex-pensive, slow, does not require well-trained operators andrequires no steps of extraction or pre-treatment sample.Besides that, with the proposed method it is possible todetermine ions in colored samples without any problem.The very low selectivity coefficients values obtained for

both ISEs, with respect to their primary ions, coupled totheir response, contributed to the successful performanceof both sensors in the simultaneous determination system.The tubular ISE exhibits a good lifetime with great

reproducibility of potentiometric signals, easy implementation

ARTICLE IN PRESS

Table 4

Results obtained for potassium and calcium in coconut water samples using the tubular sensors with the proposed FIA system

Sample Potassium Calcium

Potentiometric-FIA (mg/

100mL)

Referenceb (mg/100mL) Potentiometric-FIA (mg/

100mL)

Recovery

No. 1 (16073)a (15471)a (971)a (9774)a

No. 2 (16474)a (15873)a (1272)a (9574)a

N o. 3 (15972)a (15172)a (1072)a (9573)a

aStandard deviation estimated for three determinations.bFlame photometry.

K.Y. Chumbimuni-Torres, L.T. Kubota / Journal of Food Composition and Analysis 19 (2006) 225–230230

and maintenance of the proposed system, and it is possible touse in continuous monitoring.

The determination of calcium and potassium in coconutwater samples was satisfactory, because of the short timeneeded for the analysis and as no treatment of the samplewas required. Also, this method can be included in on-lineanalysis and used for routine analyses. Besides that, thecontrol of ionic potassium and calcium in manufacturedproducts help in maintaining our health.

Acknowledgments

The authors thank FAPESP (Fundac- ao de Amparo aPesquisa do Estado de Sao Paulo) for financial support.

References

Alegret, S., Alonso, J., Bartrolı, J., Paulıs, J.M., Lima, J.L.F.C.,

Machado, A.A.S.C., 1984. Flow-through tubular PVC matrix

membrane electrode without inner reference solution for flow injection

analysis. Analytica Chimica Acta 164, 147–152.

Alegret, S., Alonso, J., Bartrolı, J., Martinez-Fabregas, E., 1989. Flow

injection system for on-line potentiometric monitoring of ammonia in

freshwater streams. Analyst 114, 1443–1447.

Alonso-Chamarro, J., Bartrolı, J., Jun, S., Lima, J.L.F.C., Montenegro,

M.C.B.S.M., 1993. Sequential determination of calcium and nitrate

ions in waters by potentiometric flow injection. Analyst 118,

1527–1532.

Burtis, A.C., Ashwood, R.E., 1999. Tietz Textbook of Clinical Chemistry,

third ed. W. B. Saunders Company, Philadelphia.

Chen, Z., Adams, A.A., 1998. A metallic cobalt electrode for the indirect

potentiometric determination of calcium and magnesium in natural

waters using flow injection analysis. Talanta 47, 779–786.

Diamond, D., Forster, R.J., 1993. Robust estimation of selectivity

coefficients using multivariate calibration of ion-selective electrode

arrays. Analytica Chimica Acta 276, 75–86.

Fernandes, J.C.B., Neto, O.G., Rohwedder, J.J.R., Kubota, L.T., 2000.

Simultaneous determination of chloride and potassium in carbohy-

drate electrolyte beverages using in array of ion-selective electrodes

controlled by a microcomputer. Journal of the Brazilian Chemical

Society 11, 349–354.

Forster, R.J., Regen, F., Diamond, D., 1991. Modeling of potentiometric

electrode arrays for multicomponent analysis. Analytical Chemistry

63, 876–882.

Harris, D.C., 1998. Quantitative Chemical Analysis, fifth ed. W. H.

Freeman and Company, New York, USA, p. 375.

Izquierdo, A., Luque de Castro, M.D., 1995. Ion-sensitive field-effect

transistors and ion-selective electrode as sensors in dynamic systems.

Electroanalysis 7, 505–519.

Komaba, S., Arakawa, J., Seyama, M., Osaka, T., Satoh, I., Nakamura,

S., 1998. Flow injection analysis of potassium using an all-solid-state

potassium-selective electrode as a detector. Talanta 46, 1293–1297.

Pungir, E., Toth, K., Hrabeczy-Pall, A., 1984. Application of ion-selective

electrodes in flow analysis. Trends Analytical Chemistry 3, 28–31.

Rover Jr., L., Neto, G.O., Lima, J.L.F.C., Montenegro, M.C.B.S.M.,

1996. Construction and evaluation of an ammonium tubular ion-

selective electrode with ionophore nonactin. Quımica Nova 19,

549–553.

Rover Jr., L., Garcia, C.A.B., Neto, G.O., Kubota, L.T., Galembeck, F.,

1998. Acetylsalicylic acid determination in pharmaceutical samples by

FIA-potentiometry using a salicylate-sensitive tubular electrode with

an ethylene-vinyl acetate membrane. Analytica Chimica Acta 366,

103–109.

Ru-Qin, Y., Zong-Rang, Z., Guo-Li, S., 2000. Potentiometric sensors:

aspects of the recent development. Sensors and Actuators B 65,

150–153.

Ruzicka, J., Hansen, E.H., 1975. Flow injection analysis. Analytica

Chimica Acta 78, 145–157.

Schefer, U., Ammann, D., Pretsh, E., Oesch, U., Simon, W., 1986. Neutral

carrier based calcium(2+)-selective electrode with detection limit in

the sub-nanomolar range. Analytical Chemistry 58, 2282–2285.

Shinichi, K., Junko, A., Michiko, S., Tetsuya, O., Ikuo, S., Sadako, N.,

1998. Flow injection analysis of potassium using an all-solid-state

potassium-selective electrode as a detector. Talanta 46, 1293–1297.

Skoog, D.A., Holler, F.J., Nieman, T.A., 1998. Principles of Instrumental

Analysis, fifth ed. Harcourt Brace, Company, Florida.

Umezawa, Y., Umezawa, K., Sato, H., 1995. Recommendations for

nomenclature of ion-selective electrodes. Pure and Applied Chemistry

67, 507–518.

Van der Linden, W.E., Ostervink, R., 1978. Construction and behaviour

of a micro flowthrough copper(II)-selective electrode. Analytica


Van Staden, J.F., Stefan, R.I., 1999. Simultaneous flow injection

determination of calcium and fluoride in natural and borehole water

with conventional ion-selective electrodes in series. Talanta 49,

1017–1022.

Van Staden, J.F., Wagener, C.C.P., 1987. Flow-injection analysis with a

coated tubular solid-state copper(II)-selective electrode. Analytica


Vazquez, M., Mikhelson, K., Piepponen, S., Ramo, J., Sillampaa, M.,

Ivaska, A., Lewenstam, A., Bobacka, J., 2001. Determination of Na+,

K+, Ca2+ and Cl� ions in wood pulp suspension using Ion-Selective

electrodes. Electroanalysis 13, 1119–1124.

Weaver, C.M., 1998. Calcium in food fortification strategies. International

Dairy Journal 8, 443–449.

3. Paper การหาโพแทสเซยมในซอสญปน

ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย ion-selective electrodes

แหลงอางอง : S. Komaba et al., Talanta, 46 (1998) 1293–1297

Talanta 46 (1998) 1293–1297

Flow injection analysis of potassium using an all-solid-statepotassium-selective electrode as a detector

Shinichi Komaba a, Junko Arakawa b, Michiko Seyama a, Tetsuya Osaka a,*,Ikuo Satoh c, Sadako Nakamura b

a Department of Applied Chemistry, School of Science and Engineering,Kagami Memorial Laboratory for Materials Science and Technology, Waseda Uni6ersity, Shinjuku-ku, Tokyo, 169-8555, Japan

b Department of Chemical and Biological Science, Faculty of Science, Japan Women’s Uni6ersity, Mejirodai, Bunkyou-ku, Tokyo,112-8681, Japan

c Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Kanagawa Institute of Technology, 1030 Shimo-Ogino, Atsugi-shi,Kanagawa, 243-0292, Japan

Received 14 July 1997; received in revised form 21 October 1997; accepted 12 November 1997

Abstract

The concentration of potassium was determined by a combination of flow injection analysis (FIA) with anall-solid-state potassium sensor detection. The all-solid-state potassium-selective electrode possessing long-termpotential stability was fabricated by coating an electroactive polypyrrole/poly(4-styrenesulfonate) film electrode witha plasticized poly(vinyl chloride) membrane containing valinomycin. The simple FIA system developed in thislaboratory demonstrated sensitivity identical to that in the batch system and achieved considerably rapid assay (150samples h−1). Analyses of soy sauce and control serum samples by this FIA system yielded results in good agreementwith those obtained by conventional measurements. © 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Keywords: Flow injection analysis; Ion selective electrode; Potassium

1. Introduction

Determination of potassium contents of serum,urine, and foods is very important in clinical andmedical fields [1], since the potassium contents arerelated to renal diseases. These diseases restrictpatients to a diet containing a large amount ofpotassium. From the potassium determination,

medical information concerning physical condi-tions of the patient can be obtained. In the case ofhypopotassemia, alkalosis, cirrhosis of liver, di-uretic drugs, etc. are suspected. On the otherhand, when potassium concentration in humanserum becomes higher than 9 mmol dm−3, heartoften stops. Hence, accurate, easy and rapid sens-ing of potassium ions is very important.

Miniaturization of an ion-selective electrode(ISE) will bring improvements in determining ioncontents in clinical and medical fields. Recently,

* Corresponding author. Tel.: +81 3 52863202; fax: +81 332052074; e-mail: [email protected]

0039-9140/98/$19.00 © 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

PII S0039-9140(97)00396-2

S. Komaba et al. / Talanta 46 (1998) 1293–12971294

we reported on the highly stable response of theall-solid-state K+ ISE with an electropolymerizedfilm [2,3], which, in general, is known to providevarious functionalities [4–8]. This solid state elec-trode can be easily miniaturized. On the otherhand, the method of flow injection analysis (FIA)allows fast and simple sample treatment, e.g. ion-selective electrodes have been employed previ-ously as an FIA detector for analyses of realsamples [9]. Because of the use of small diametertubings, small volume injectors, flow-through de-tectors and fast flow rates, the FIA system offersrapid assay with high precision [10–14]. In thiswork, we combined the all-solid-state K+ ISEwith the simple flow injection system developed inthis laboratory.

2. Experimental details

2.1. Reagents

Reagent grade pyrrole, valinomycin (Wako),poly(sodium 4-styrenesulfonate) (Aldrich, MW ca.70000 g mol−1), poly(vinyl chloride) (PVC)(Kanto, n=1000940), o-nitrophenyl octyl ether(o-NPOE), and potassium tetrakis(p-chlorophenyl) borate (KTpClPB) (Tokyo KaseiKogyo) were used without further purification. A2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (Tris)(50 mmol dm−3)–HCl (0.1 mol dm−3) buffersolution was used as pH buffer. All other chemi-cals used were of analytical-reagent grade. Deion-ized and distilled water was used in allexperiments.

2.2. Preparation of solid state K+ ISE

Details of the fabrication of the all-solid-statepotassium ion selective electrode have been de-scribed in our previous papers [2]. A polypyrrole/poly(4-styrenesulfonate) (PPy/PSS) composite filmwas deposited potentiostatically on a Pt disk (1mm in diameter) from an aqueous solution con-taining pyrrole and poly(sodium 4-styrenesul-fonate) at 0.8 V vs. Ag/AgCl by passing a chargeof 10°C cm−2. After electropolymerization, thePPy/PSS composite film electrode was condi-

tioned in 1 mol dm−3 KCl for 2 h and dried inlaboratory atmosphere. The potassium-selectivePVC membrane was formed on the PPy/PSS filmelectrode by casting from a tetrahydrofuran solu-tion containing 7.0 wt.% valinomycin, 62.7 wt.%o-NPOE, 1.1 wt.% KTpClPB and 29.2 wt.%PVC.

2.3. Flow injection analysis with K+ ISE

A schematic diagram of the potentiometric flowsystem equipped with the K+ ISE is illustrated inFig. 1. Tris buffer (pH=7.5 at room temperature)was continuously pumped through the systemwith a peristaltic pump (ATTO, AC-2120) at aflow rate of 2.8 ml min−1. Sample solution wasintroduced via a rotary injection valve (Rheodyne,7010). Fig. 1b shows a schematic drawing of thesensing part. A carrier stream was directed againstthe side of the reference electrode glass vessel.Employing this sensing configuration enabled

Fig. 1. a) Schematic diagram of the assay system using aflow-through potentiometric K+ ion sensor and b) schematicconfiguration of the all-solid-state K+ ISE in the FIA system.

S. Komaba et al. / Talanta 46 (1998) 1293–1297 1295

Fig. 2. Dependence of injection volume on potential responseto 10 mmol dm−3 KCl with the use of the K+ ISE based-sim-ple FIA system. Carrier stream, 50 mmol dm−3 Tris (pH 7.5adjusted with 0.1 mol dm−3 HCl); flow rate, 2.8 ml min−1.

Table 1, although the analytical precision variedwith the concentration of potassium chloride, itwas possible to determine potassium contentswith satisfactory precision in the range of 10−5–10−1 mol dm−3 potassium chloride. As previ-ously analyzed by ac impedance for the batchsystem [3], the long-term stability of the K+ ISEin the simple FIA was also confirmed, i.e. lowpotential drift and low impedance. We also evalu-ated time dependence of the sensitivity. Table 2shows that the slope of the calibration curveremained almost independent of time during theperiod of 8 days after fabrication.

The results described above demonstrate thatthe simple FIA system equipped with the K+ ISEallows rapid determination of potassium in KClstandard solutions with high precision.

3.2. Assay of food and serum samples

Figs. 5 and 6 show response curves obtainedwith two samples of Japanese soy sauce and onesample of control serum. In these determinations,soy sauce and control serum were diluted byfactors of 200 and 20, respectively, in order toavoid interference by the presence of protein con-

rapid assay owing to the absence of dead volumeat the probe.


3.1. Response properties and calibration

The all-solid-state K+ ISE responded to theK+ ion selectively even in a test solution contain-ing Na+ ion [2] and showed high stability as apotassium ion sensor in the batch system [3]. ThisK+ ISE electrode displayed low potential drift inthe response to potassium ion. First, by operatingthe K+ ISE in the simple FIA system, injectionvolume was optimized as 200 ml for more sensitiveand rapid determination as shown in Fig. 2. Andmore, flow rate and valve switching timing wereoptimized. The K+ ISE based-simple FIA systemdemonstrated rapid potential responses with goodsensitivity as shown in Figs. 3 and 4. In Fig. 3, alinear relationship was obtained in the range ofK+ activity from 10−5–10−1 with a slope of 57.6mV decade−1. The apparatus allowed 150 sam-ples to be assayed per hour with a precision of2.0% as illustrated in Fig. 4. As summarized in

Fig. 3. Calibration graph for potassium ion using the FIA.Carrier stream, 50 mmol dm−3 Tris (pH 7.5 adjusted with 0.1mol dm−3 HCl); flow rate, 2.8 ml min−1; injection volume,200 ml.

S. Komaba et al. / Talanta 46 (1998) 1293–12971296

Fig. 4. Typical FIA peaks for 1 mmol dm−3 KCl standardsolution. Operational, n=25; carrier stream, 50 mmol dm−3

Tris (pH 7.5 adjusted with 0.1 mol dm−3 HCl); flow rate, 2.8ml min−1; injection volume, 200 ml.

Table 2Variations in the slope of calibration plots for potassium ion

Slopea (mV decade−1)Time (day)

55.512 55.54 56.0

55.068 56.5

a Slope was measured between aK+=1.0×10−3 and 1.0×10−1

with more than 50 assays day−1.

the recovery of potassium ions contained in di-luted control serum samples is demonstrated inTable 3. At various dilution factors, recoverieswere almost constant for determining potassiumcontents, and the mean recovery was 101.6%.

Fig. 5. FIA signals for determining potassium contents in twosoy sauce samples. Carrier stream, 50 mmol dm−3 Tris (pH7.5 adjusted with 0.1 mol dm−3 HCl); flow rate, 2.8 mlmin−1; injection volume, 200 ml.

tained in the samples. Potassium concentrationsestimated from the FIA analyses were; 0.143mmol dm−3 (sample A) and 0.124 mmol dm−3

(sample B). These results agreed with flame pho-tometric data. Furthermore, the potassium con-tent of the control serum was determined to be4.06 mmol dm−3, which also agreed with thatlisted for the specific serum lot used. In addition,

Table 1Reproducibility of assay for standard potassium ion solutionwith various concentrations

Precision (%)KCl (mol dm−3)

0.161.0×10−1

1.0×10−3 2.004.731.0×10−5

S. Komaba et al. / Talanta 46 (1998) 1293–1297 1297

Fig. 6. FIA signals for determining potassium contents incontrol serum. Carrier stream, 50 mmol dm−3 Tris (pH 7.5adjusted with 0.1 mol dm−3 HCl); flow rate, 2.8 ml min−1;injection volume, 200 ml.

Table 3Recovery of potassium added to control serum diluted (opera-tional, n=25)

Dilution rate Recovery (%)

10 10499.420

1013010250

References

[1] T.R. Harrison, R.D. Adams, I.L. Bennett, W.H. Resnik,G.W. Thorn, M.M. Wintrobe (Eds.), Principles of Inter-nal Medicine, 5th edn., McGraw-Hill, New York, 1966.

[2] T. Momma, S. Komaba, M. Yamamoto, T. Osaka, S.Yamauchi, Sensors Actuators B 24–25 (1995) 724–728.

[3] T. Momma, M. Yamamoto, S. Komaba, T. Osaka, J.Electroanal. Chem. 407 (1996) 91.

[4] T. Osaka, S. Komaba, M. Seyama, K. Tanabe, SensorsActuators B 36 (1996) 463.

[5] T. Osaka, S. Komaba, K. Fujihana, N. Okamoto, T.Momma, N. Kaneko, J. Electrochem. Soc. 144 (1997)742.

[6] W. Schuhmann, Mikrochim. Acta 121 (1995) 1.[7] F. Palmisano, D. Centonze, M. Quinto, P.G. Zambonin,

Biosensors Bioelectron. 11 (1996) 419.[8] G.E. De Benedetto, F. Palmisano, P.G. Zambonin,

Biosensors Bioelectron. 11 (1996) 1001.[9] P. Solich, P.E. Macheras, M.A. Koupparis, J. Pharm. Sci.

84 (1995) 889.[10] E.H. Hansen, F.J. Krug, A.K. Ghose, J. Ruzicka, Analyst

102 (1977) 714.[11] M.E. Meyerhoff, P.M. Kovach, J. Chem. Educ. 60 (1983)

765.[12] G.J. Moody, B.B. Saad, J.D.R. Thomas, Analyst 114

(1989) 15.[13] I. Satoh, Y. Aoki, Denki Kagaku 58 (1990) 1114.[14] I. Satoh, M. Akahane, K. Matsumoto, Sensors Actuators

B 5 (1991) 241.

4. Conclusions

The potentiometric determination of potassiumions in the range between 10−5 and 10−1 moldm−3 was possible with the use of the simple flowinjection cell equipped with the all-solid-state K+

ISE developed in this laboratory. We achievedrapid (150 samples h−1) and continuous assay ofpotassium ions with good precision. It wasdemonstrated that samples of soy sauce and con-trol serum can be assayed by this FIA system.

.

4. Paper การหาโพแทสเซยมในเลอด

ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย flame photometry

แหลงอางอง : G.N. DoGu V.P.Y. Gadzekpo, Talanta (1996) 735-739

ELSEVIER Talanta 43 (1996) 7355739

Talanta

Simultaneous determination of lithium, sodium and potassium in blood serum by flame photometric flow-injection analysis

George Narh Doku, Victor P.Y. Gadzekpo* Department oJ Chemistry, lhiurrsit)- of Cape Coast, Cape Coast, Ghana

Received 13 February 1995; revised 30 October 1995; accepted 30 October 1995

Abstract

A simultaneous flow-injection analysis (FIA) manifold that could analyse three ions from a single injection was designed, constructed, calibrated and used successfully to analyse Li+. Na+ and K+. This FIA method was 10 times faster than the batch technique. The sample volume required was a fraction of about l/l 10 to 1,/75 that of the batch technique. The outputs were quite reproducible and calibration curves were linear. Results obtained for artificial sera compared favourably with the actual known concentrations of ions and results obtained in the analysis of eight natural human blood sera compared well with those obtained by the traditional batch technique.

Keywords: Flow-injection analysis; Blood serum; Lithium; Sodium; Potassium

1. Introduction

Blood electrolytes are cations and anions present in sera which perform various functions [l] for human health. Regular monitoring of these ions is important because deficiency or excess of these ions can cause serious health defects. The routine determination of these ions is by separate batch techniques [2-4 where fresh blood serum is taken to determine each ion, i.e. one sample for every ion analysis. This is time-consuming, waste- ful in terms of blood serum and Iabour-intensive. In this paper, the description of the design, construction and use of a flow-injection analysis

* Corresponding author

(FIA) manifold [5-71, involving sample zone splitting [8,9], which could analyse three blood ions simultaneously from just one sample injection, is given. The process involves the splitting of the injected sample zone into three different coils of different coil lengths, the three sample portions reach the detector at different times and are used to determine the ions in turn by moving the filter on the detector from one ion to another.

2. Experimental

2.1. Appurutus and munifold construction

The manifold designed to serve the purpose of one sample- three ion analysis is shown in Fig. 1.

0039-9140/96~$15.00 C 1996 Elsevier Science B.V. All rights reserved SSDI 0039-9140(95)01808-5

136 G.N. Doku, V.P. Y. Gadrekpo 1 Talanta 43 (1996) 735 739

An air compressor system was used to force distilled water (carrier stream) out of an enclosed container to flow through the tubings. The tubings were made of PVC and had an internal diameter (i.d.) of 1.0 mm. An injection valve, equipped with a simple syringe, was used to intro- duce the sample, reproducibly, into the carrier stream. A splitting system split the sample zone at point S into three separate coils C,, C, and C,. Due to the different coil lengths, the sample portions reach the detector at different times and are used to determine the different ions in turn.

The splitting system, constructed on a perspex plate, is shown in Fig. 2. S, E, 1, 2 and 3 are smooth holes of 0.25 cm depth and 2.00 mm i.d. drilled on a perspex plate of 0.5 cm thickness. These holes sit on smaller holes of 0.25 cm depth and 1 .O mm i.d on the underside of the plate. On the underside of the plate, S is connected to the adjacent holes 1, 2 and 3 by smooth route paths of 1.0 mm i.d. The underside of the plate is sealed completely with PVC tape without blocking the holes and route paths. PVC tubings of 0.7 cm length and 1.0 mm i.d. were fixed into the larger holes on the upperside of the plate with a glue prepared by dissolving perspex powder in a 50:50 mixture of CHCl, and THF. The holes 1, 2 and 3 on one side are connected to 1, 2 and 3 respectively on the other side by PVC tube coils C,, Cz and C, respectively. Point E is a point of confluence which all sample portions pass before reaching the detector. Thus it was possible to determine one ion from one sample portion and then to turn the filter to another ion to be determined from the next sample portion. The detector used was the single window PFP 7 flame photometer manufactured by Jenway Ltd., UK. The Endim 621-02 recorder, produced by the “Neptum” Schlothin Company in Germany, was used in conjunction with the detector.

2.2. Reagents

Li+, Na’, and K+ standard stock solutions, used to prepare calibration curves, were provided by Jenway Ltd. The concentrations of the standard stock solutions used were Li+, 1 .O mmol 1-l: Na+, 140.0 mmol l- ‘. and K+, 5.00 mmol

Fig. I. Manifold design for one sample-three ion analysis.

1~ ‘. Doubly-distilled water was used as the blank/ carrier solution. LiCl, NaCl, NaH,PO,, KC1 and MgSO,.H,O used for preparation of artificial blood sera were of reagent grade and were prod- ucts of BDH (UK).

2.3. Cdibration of’ anal~~ticrrl svstrm (Optimum frow conditions)

The relative coil lengths C,, Cz and C, were optimised by successive injections of a 14.0 mmol 1~ ’ Nat standard solution and adjustment of the lengths until the sample portions did not merge at the point of exit, E. The differences between the times when the sample portions reached the detector were sufficient to change the filter position from one ion to another and for a stable baseline to be obtained.

The respective dispersions D,, Dz and D, in the coils were determined by first aspirating directly a 14.0 mmol 1 ’ Nat standard solution and recording the detector output, then injecting this solution using doubly-distilled water as the carrier stream and recording the output from the coils,

65 cm t

I k-1 am+ V

I- 80 cm -1

Fig. 2. Diagram showing construction of splitting system

G.N. Doku. Y.P. Y. Gudzrkpo : T~trhro 43 (1996) 73.C 739 137

and then calculating the dispersion, D, from the formula

D = output of direct pumping

output of coil after injection (1)

Each coil had its own residence time [7] which was measured with a stop-clock, as the time from injection to output maximum.

Optimum sample volume range was obtained by injecting various sample volumes of a 14.0 mmol 1-l Na+ standard solution, recording the output, determining the corresponding dispersions in coils and the various differences between the times when the sample portions reached the detector, choosing the optimum sample volume range as that which gave good dispersions in coils for reliable output and optimum time separations for changing filter positions, zeroing the instrument, and having good resolution of peaks.

The optimum flow rate [7] was also determined after varying only the flow rate on subsequent injections of the 14.0 mmol 1-I Na+ standard solution until a good output, time separations for changing filter positions, zeroing of the instrument and good resolution of peaks were obtained. To measure the sampling rate [7], the time from injection to detection of the third ion was noted and the sampling rate was calculated as the number of ions analysed per hour. Different concentration levels of the standard stock solution were then prepared and aspirated directly to obtain batch calibration plots [lO,ll] and these were then injected to obtain FIA calibrations plots for Li’, Na+ and K+.

2.4. Pwpuration of standard solutions

The required volumes of the standard stock solution were taken and diluted to different levels to obtain concentration ranges of 0.01 - 1 .O mmol 1-l for Li’; 14.0&140.0 mmol IV’ for Na’; and 0.5-5.00 mmol 1. ’ for K + which were used for calibration curves for Li’, Na+ and K+ respectively.

2.5. Pretreatment of natural blood serum samples

Eight bIood serum sampies were obtained from

the Cape Coast central hospital. The serum samples were diluted ten-fold by adding I ml of 1.0 mmol 1~ ’ Li + and 8 ml of doubly-distilled water to 1 ml of blood serum sample. The lithium was added to enhance the sensitivity of the flame photometer for Li+ since the concentration of lithium in natural blood serum is very low (0.001 mm01 I ‘).

2.6. Preparation of urt$fiL.ial serum

An artificial blood serum was prepared by tak- ing 4.24 x 10 - 2 g of LiCl, 8.0716 g of NaCl, 0.1304 g of NaH,PO,, 0.381 g of KC], 0.2792 g of CaCl, and 0.1408 g of MgSO,.H,O. dissolving in doubly-distilled water and diluting the mixture to the 1 1 mark [12]. This gave concentrations of Li+, 1.000 mmol I-‘: K+, 5.113 mmol I-‘; and Na+, 146.3 mmol I - ‘. Similar preparations of other solution mixtures was done to obtain four other solutions with concentrations as follows:

Li+ (mM) K+ (mM) 0.500 3.00 0.700 3.50 0.800 4.00 0.900 4.50

Na- (mM) 138.0 140.0 142.0 144.0

These fiv-e solutions were used for the analysis.

2.7.1. Batch process The various standard solutions were first aspi-

rated directly into the flame photometer and the results were used to obtain batch calibration plots for Li’, K’ and Na-. The volume aspirated in each case was 3.0 x 1 O3 ~1, giving a total of 9.0 x lo3 /tl for the three ions. The eight different natural sera were aspirated directly and the concentrations of the ions were determined.

2.7.2. FIA process 100 ~11 portions of the standard solutions were

injected into the carrier stream and the readings obtained were used to plot calibration curves for Li+. K- and Na+. After sample injection, the sample splits into the coils C,. C, and C,. The

738

Table I Table 3 Actual concentration of Li’ vs. FIA results for artificial serum Actual concentration of K+ vs. FIA results for artificial serum

Actual cont. (mm01 I ‘)

FIA cont. (mm01 I ‘)

“h Deviation

0.500 0.503 0.60 0.700 0.701 0.14 0.800 0.795 0.63 0.900 0.902 0.22 I.000 1.005 0.50

Actual cont. (mm01 I ‘)

3.000 3.500 4.000 4.500 5.1 I3

output reading for Lit was taken from the sample portion in C,. When all the sample in C, had passed through, the filter knob was turned from Li + to Na + within 10 s and the instrument zeroed again to obtain a stable baseline as the carrier stream passed. The sample portion in Cz reached the detector 5 s later and a reading was taken for Nat. When the sample in C, had passed through, the filter knob was turned from Na’ to K’ within 10 s and the instrument zeroed again. The sample portion in C, reached the detector 10 s later and a reading was taken for K+.


The artificial sera [2] containing the different concentrations of Li’, K’ and Nat were injected, after ten-fold dilution, to determine the ions with the FIA system in order to compare the FIA results with the actual known concentrations in the artificial sera. Percentage deviation and correlation curves [12] were used to compare the two sets of values.

The i.d. of the tubings used was 1.0 mm. Opti- mised coil lengths were found to be C, = 6.0 cm, C, = 100 cm, C, = 210 cm. and the differences between the times when sample portions reached the detector were C, to C, = 15 s and C, to C, = 20 s. The dispersions in the coils were D, = 3.46 (limited dispersion). D, = 13.2 (about medium dispersion) and D, = 25.7 (large dispersion). After considering the relative sensitivities of the flame photometer for the ions Li+, Na+ and K-. the allocations of the coils to the ions were C, for Li+, C, for Na+ and C, for K+ so as to enhance the sensitivity of the flame photometer for all three ions. The residence times (T) for coils C,, C, and C, were r,., = 8.0 s, T,. = 31 s and T(-, = 100 s.

The eight different natural sera were then injected and the ions determined by the simultaneous FIA method.

Table 2 Actual concentration of Na+ vs. FIA results for artificial serum

Actual cont. (mm01 I-‘)

FIA cow. (mm01 I-‘)

‘%I Deviation

138.0 I36 I.1 140.0 I41 0.57 142.0 I42 0.14 144.0 I45 1.0 146.1 146 0.34

For FIA, the optimum sample volume range was 80.0- 120 ~1 whilst the batch method required 9.0 x 10’ ~11 (9.0 cm3) for three ions. Thus, the FIA sample volume was about l/l 10 to l/75 times smaller than that required for the batch technique. The optimum flow rate obtained and used in the process was 5.0 ml min ~ ‘. The FIA sampling rate was 108 samples per hour whilst that of the batch technique was 10.5 samples per hour. Thus, the FIA method was 10.3 times faster than the batch technique. Data obtained for each ion in various standard solutions were quite reproducible and calibration plots were considerably linear, showing that the FIA design was reliable. FIA results compared with actual known concentrations of ions in artificial blood sera are shown in Tables l-3. The correlation plots of actual concentrations versus FIA concentrations were

FIA cont. (mm01 I ~‘)

3.02 3.50 4.00 4.49 5.25

‘%I Deviation

0.67 0.11 0.03 0.22 2.7

Table 4 Batch and FIA results for natural sera

Blood serum Li + cont. (mm01 I ‘) K+ cont. (mmol I-‘)

Batch FIA ‘% Deviation Batch FIA ‘:i, Deviation

Na’ cone (mmol I-‘)

Batch FIA ‘%, Deviation

0.001 0.001 I 0.002 0.002 0.001 0.001 0.000 0.000 0.002 0.002 0.002 0.00 I9 0.003 0.0029 0.000 0.000

IO 3.80 4.00 5.3 0.00 3.70 3.40 8.1 0.00 3.75 3.40 9.3 0.00 3.90 3.80 2.6 0.00 3.50 3.00 14.0 5.0 3.30 3.00 9. I 3.3 4.80 4.72 8.0 0.00 4.00 4.0 0.00

straight lines passing through the origin with slopes of 0.99, 1.40 and 0.98. These results show the reliability and acceptability of the simultaneous FIA design.

The batch and FIA results of eight natural sera and the percentage deviations are shown in Table 4. The Li+ concentrations for the eight natural sera were obtained after the added lithium was subtracted from the total lithium concentration.

4. Conclusions

FIA results for the artificial blood sera were quite similar to the actual known concentrations of ions. Also, FIA results for the natural blood sera were quite similar to those obtained with the batch technique.

The FIA method was 10 times faster than the batch method and required a sample volume that was l/l 10 to l/75 times smaller that that for the batch technique. Hence the FIA method saved time and sample.

144 I42 0.90 135 I34 0.96 I IO 107 2.7 120 I18 2.1 I30 30 0.08 I21 20 0.91 130 134 2.8 122 I22 0.41

References

[II

PI

131

141

iSI

161

[71

PI [91

1101

[I 11

[I21

M.B.V. Roberts, Biology, A Functional Approach, 2nd edn., English Language Books Society and Nelson, Kenya. 1976, p. 219. P.C. Hanser. S.S. Tan, J.J. Cardwell. R.W. Catrall and P.C. Hamilton, Analyst, I I3 (1988) 1551. P.M. Hald, Sodium and potassium by flame photometry, in D. Seligson (Ed.). Standard Methods of Clincial Chemistry, Vol. 2, Academic Press, New York, 1958. pp. 165- 185. H.H. Bauer, G.D. Christian and J.E. O’Rielly, Instru- mental Analysis, Allyn and Bacon, Boston, MA. 1978. E.H. Hansen, J. Ruzicka and A.K. Chose. Anal. Chim. Acta. 108 (1979) 241. J. Ruzicka. E.H. Hansen and E.A. Zagatto. Anal. Chim. Acta, 88 (1977) 1. J. Ruzicka and E.H. Hansen, Flow injection analysis, John Wiley. New York. 1981. M.K. Schwart. Anal. Chem.. 45 (1973) 741A. J. Ruzicka, J.W.B. Stevvart and E.A. Zagatto, Anal. Chum. Acta, XI (1975) 389. H.H. Willard, L.L. Merrit and J.A. Dean, Instrumental Methods of Analysis. 5th edn.. Van Nostrand. New York, 1974, p. 83. M.T. Kumah. Flame photometric determination of Na, K, and Ca in blood serum employing FIA, Undergradu- ate Project Report. University of Cape Coast, 1988, p. 8. G.D. Christian. Analytical Chemistry. 5th edn., John Wiley, New York, 1994.

5. Paper การหาโพแทสเซยมในไวน

ดวยวธ flow injection วเคราะหดวย potentiometric method

แหลงอางอง : L. Ilcheva, R. Yanakiev, V. Vasileva & N. Ibekwe, Food Chemistry 38 (1990) 105-

112

Food Chemistry 38 (1990) 105-112

Multicomponent Flow Injection Analysis: Determination of Potassium and Calcium in Wine

L. Ilcheva, R. Yanakiev, V. Vasileva & N. Ibekwe

Higher Chemical Technological Institute, Sofia, Bulgaria

(Received 6 October 1989; accepted 7 November 1989)

ABSTRACT

A flow injection potentiometric method for simultaneous determination of potassium and calcium is suggested. The optimized double-channel flow system, in relation to component, speed of carrier solution, volume of the sample and length of the mixing tube, is characterized with high productivity (30--60 samples per hour_) and simple technical equipment.

The method is applied for analysis of wine. In this case, the reproducibility of results is lower than 2% while the accuracy, as compared with other methods, is not more than 5%.

No preliminary treatment of the wine sample is required.

INTRODUCTION

Flow injection analysis is the most effective method for automation of the chemical analysis of liquid samples. Its use proved to be of special importance in laboratories performing serial analyses (Ligue de Castro & Valcarcel, 1984; Trojanowicz, 1984), such as analyses in which it is necessary to determine several components in a great number of samples. The properties of wine are determined, to a great extent, by the content of potassium and calcium. Their content is usually 400--800 mg/litre for potassium and 30--100 mg/litre for calcium.

Various methods have been suggested in the literature for determination of potassium and calcium in wines: classical, electrochemical, radiochemical and spectroscopic (Baluja-Santos et al., 1984; Da-Ren et al., 1985; Goranov

105 Food Chemistry 0308-8146/90/$03.50 © 1990 Elsevier Science Publishers Ltd, England. Printed in Great Britain

106 L. llcheva, R. Yanakiev, V. Vasileva, N. Ibekwe

et aL, 1986). Some authors recommend the atomic absorption method for determination of potassium, and flame photometry for calcium (Junge, 1987). Determinations have also been communicated in the literature with the help of calcium and potassium ion-selective electrodes (ISE) (Casanova, 1974; Methods Manual 1979). All the above mentioned methods require preliminary treatment of the samples and repeated dilution of most of them.

There are no data in the literature about simultaneous determination of potassium and calcium with the help of flow injection potentiometry (FIP-SD).

The purpose of this work is to develop and apply FIP for simultaneous determination of potassium and calcium in wines.

MATERIALS AND METHODS

Flow injection system

Use is made of a two-channel flow injection system (Fig. 1) with serial indicator electrodes and a common reference one. The flow carrier CA (in all caseswbidistilled water) and ionic strength/pH adjustment buffer CB (ISA) are removed at an equal velocity by a peristaltic pump (ISMATEC). The samples are injected with a two-position home-made injector with two identical sample loops. The EMFs of the electrochemical cells are measured at room temperature, using two mV-meters (OP-208, Radelkis), each connected with the device for signal recording (Polarograph OH-205,

CA

C8

7.-

8 9

Fig. 1. Schematic diagram of the flow injection system. 1, peristaltic pump; 2, injection valve; 3, Y-connector; 4, detector ceil; 5, pH/mV-meter; 6, recorder; 7, teflon body of the detector cell; 8, calcium selective electrode; 9, potassium selective electrode; 10, reference electrode; CA, carrier solution (H,O); C., ionic strength/pH adjustment buffer; W, waste.

Determination of potassium and calcium in wine 107

Radelkis). The detector cell is made out of teflon, the distance between the electrodes being 7mm. The two indicator electrodes are made by Radiometer, while the reference one--saturated calomel electrode--is by Radelkis. Teflon tubes are used with inner diameter 0.7 mm.

Reagents

All chemicals (KCI, CaC12, CH3COONa, NaCI) are analytical grade and use is always made of bidistilled water. The working solutions were prepared every day. All solutions are degasified before work, using a water vacuum pump.

Buffer system

NaCI and CH3COONa are studied from 0-1 to 0"2M.

Calibration of the electrodes

The calibration curves are obtained by injecting mixtures of KCI and CaCI2 solutions (from 0.05 mM to 2"0 mM for K + and Ca 2 ÷). A fixed volume of the calibrating solution (50-100#1) is injected in the flow of bidistilled water, then it is mixed with the flow from ISA (Fig. 1). The signals obtained, proportional to the content of K + and Ca 2 +, are treated by the method of regression analysis.

Procedure for determining K + and Ca z÷ in wine

The electrodes are calibrated by injecting mixed standard solutions of K + and Ca 2 + in the concentration range 100-1000 mg/litre and 10-100 mg/litre, respectively (see Table 3). The wine samples (50-100/~1) are injected without any preliminary preparation. Some 0"IM CH3COONa is used as ISA.

RESULTS AND DISCUSSION

Optimization of the system

As compared to the one-channel, the two-channel flow injection system provides a number of advantages: eventual differences in ionic strength, pH, temperature and viscosity between the calibration solutions and those of the samples are eliminated. Preliminary treatment of the samples is thus avoided.

The parameters of the system were altered as shown in Table 1, with a view to achieving a maximal linear part of the calibration curves, speed of


TABLE I Optimization of the Flow Injection System

Parameter Dimension Interval of change Optimum or reagent change

Speed of carrier solution---CA ml/min 1-2 1

Speed of ISA, CB ml/min 1-2 1 Component of CA - - ~ H20 Component of Ca - - NaCI

CHaCOONa CH3COONa Ionic strength, C a M 0"1-0"2 0"1 Volume of sample pl 50-100 100 Mixing coil length

with 0.7 mm i.d. cm 10-50 25

analysis, accuracy and stability of the base line. Particularly important proved to be mixing chamber dimensions. A compromise should be made between good homogenizat ion of both flows and the achievement of low sample dispersion. G o o d homogenizat ion is attained by increasing the length of the mixing chamber. However, in this case the dispersion of the sample also grows. In our system, a mixing chamber with inner diameter o f 0-7 mm and length of 25 cm provided both stability of the base line and high sensitivity for the two components (Table 1).

Characteristics of the optimized system

Table 2 shows the final characteristics o f the system (4th column of Table 1). As the table makes clear, the rate of analysis may be doubled by adding

TABLE 2 Results of the Optimized Flow Injection System for Simultaneous

Determination of Potassium and Calcium

Nerstian range (mM): 0.05-2 for Ca 2 + 0"05-2 for K +

Dispersion ° (log D): for Ca 2 + 0"60 for K + 0-65

Sampling rate (h- 1) 30

If to the carrier streams are added 2.5 mg/litre K + and 25 mg/litre Ca 2 + the sampling rate is 60

* Calculated in accordance with Trojanowicz (1984).

Determination of potassium and calcium in wine 109

10 10

C(12 * ~I 1

1 0 0'010'1 0.1

10 rain

0.1

K+

Fig. 2. Analytical signals from mixed solutions (K ÷ and Ca 2 ÷). The concentration of the components in mM is shown in the figure with numbers. Flow rate for each of the carrier

solutions--1.0ml/min. Volume injected--100~1.

small amounts of the potentially determining ions in the flow carrier (Ilcheva et al., 1987; Trojanowicz & Frenzel, 1987). Figure 2 demonstrates the possibility of simultaneous determination o f K ÷ and Ca 2÷. As the figure illustrates, the presence of potassium ions exerts no influence on the signal o f the calcium electrode, and vice versa-- the calcium ions exert no

3 , -,og [M] 3 , .tog [~] Fig. 3. Calibration curves: 1, K+; 2, Ca 2+. (A) Ionic strength adjustment---0-1M CH3COONa. (B) Ionic strength adjustment---0-1 M NaCi. Flow rate for each of the carrier

solutions-- l-0ml/min. Volume of injected solution--- 100/~1.


TABLE 3 Calibration Solution Design for Simultaneous Determination

of Potassium and Calcium in Wine

Mixture Ca 2+ (mg/litre) K + (mg/litre)

1 10 100 2 20 200 3 40 400 4 60 600 5 80 800 6 100 1000

TABLE 4 Characteristics of Calibration Plots Obtained for Ca 2 + and K + Selective

Electrode in FIP-SD

Electrode Volume of H ° (m V Slope r (coefficient sample (ml) intercept) (m V/dek) of correlation)

K ÷ 50 202"7 57'2 0.999 1 75 232"3 57'0 0"999 3

100 246"4 57"9 0"999 2

Ca 2 + 50 105.7 20-9 0.998 2 75 120" 1 26-9 0"998 9

100 136"5 27"9 0"999 2

Reproducibility TABLE 5

of the Results of Simultaneous Determination of Potassium and Calcium in Wine

Component Volume of Found Number of Relati~'e sample (mg/litre) determinations standard

(ld) deviation

K + 50 660 6 Ca 2 + 43.9 6 0.02

K + 75 665 5 Ca z + 45"1 5 0-02

K + 100 660 5 Ca 2 + 45-7 5 0"01

Determination o f potassium and calcium in wine 111

TABLE 6 Results from F I P - S D for K + and Ca 2÷ in Wine Samples

Sample K + (mg/iitre) Ca 2 + (mg/litre) wine

FIP-SD Conventional Deviation FIP-SD Titrimetric Deviation present work potentiometry (%) present work method (%)

1 570 565 + 0" 3 41"70 42-2 -- 1-2 2 555 560 - 0 - 9 36"9 37"2 --0-8 3 435 440 - 1"1 35"1 33-8 +3-8 4 465 465 0 33"9 34"9 -- 2"9 5 660 655 + 0"8 45"7 44"3 + 3"2

influence on the signal of the potassium electrode. The effect of ISA on the electrode functions is not essential. Some 0-1M CH3COONa was used since, in this case, the signals for potassium are more intensive (Fig. 3, curve 1). Besides, in this case, an optimum pH value for Ca 2 ÷-ISE is also maintained (Midgley & Torrance, 1980).

Application

The optimized flow injection system was applied to determination of K ÷ and Ca 2 ÷ in wines. The calibration curves, evaluating the expected contents of K ÷ and Ca 2÷, are obtained with mixed solutions, the compositions of which are indicated in Table 3. Under these conditions, the functions of the electrodes are linear, with r>0"9982 (Table 4). Table 5 shows the reproducibility of the results from FIP-SD of K ÷ and Ca 2 ÷ for one sample with different injection volumes--50, 75 and 100/al. A systematic error is not observed and the reproducibility is 1-2%.

The data in Table 6 show the results from analysis of five wine samples (each is a mean value of six measurements). The results of FIP are compared with those of conventional potentiometry for K ÷ (Methods Manual, Orion, 1979) and a titrimetric method for Ca 2 ÷ (Casanova, 1974), and the deviation is from 0 to 4% (Table 6).

CONCLUSION

The suggested flow injection potentiometric method for simultaneous determination of potassium and calcium is characterized with high productivity (30-60 samples per hour) and simple technical equipment.

The method is applied for determining the two components in wine. In


this case, the reproducibility of the results is lower than 2%, while the accuracy as compared to other methods is not more than 4%.

No preliminary treatment of the wine samples is required.

REFERENCES

Baluja-Santos, C., Gonzalez-Portal, A. & Bermejo-Martinez, F. (1984). Evolution of analytical methods for the determination of calcium and magnesium in wines. A review. Analyst, 109(7), 797.

Casanova, A. (1974). L'Ionometrie. Dosage du calcium dans les vins. Ann. Technol. Agric., 23(4), 403.

Da-Ren, Y., Stumpp, E. & Schwedt, G. (1985). Vergleich yon Ionen- Chromatographie und Atomabsorptions-Spektrometrie zur Metallionen- Analytik in Wein und Obsts~iften. Fres. Z. Anal. Chem., 322, 474.

Goranov, N., Alipieva, A., Danon, M., Vasileva, B., Garabedyan, M. & Popova, Z. (1986). Metodi za analis na vina i spirtni napitki. Institut po vinarska promishlenost, Sofia, pp. 91-3.

Ilcheva, L., Trojanowicz, M. & Krawczynski, T. (1987). Effect of addition of main ion to carrier solution in potentiometric flow-injectian measurements with solid state ion-selective electrodes. Fres. Z. Anal. Chem., 328, 27.

Junge, C. (1987). Determination of malic acid, lactic acid, citric acid, sodium, potassium, magnesium, calcium and chloride in wine: Summary of collabora- tive study of the Int. Office of Wine. J. Assoc. Off. Anal Chem., 70(6), 1087.

Ligue de Castro, M. & Valcarcel, M. (1984). Simultaneous determination in flow injection analysis. A review. Analyst, 109(4), 413.

Methods Manual Series 93 (1979). Potassium in wine and grape juice. Orion, USA, p. 16.

Midgley, D. & Torrance, K. (1980). Potentiometric Water Analysis (Russian trans.). Mir, Moskva, p. 274.

Trojanowicz, M. (1984). In Modern Trends in Analytical Chemistry, Part A. Analytical Chemistry Symposium Series No. 18, Elsevier, Amsterdam, p. 189.

Trojanowicz, M. & Frenzel, W. (1987). Flow injection potentiometry for low level measurements in the presence of sensed ion in the carrier. Fres. Z. Anal Chem., 328, 653.

แหลงอางอง

[1] การประยกตเทคนคโฟลอนเจกชนในการวเคราะหหาปรมาณทองแดงและนกเกล โดยอาศยการ

เกดปฏกรยากบ bis(acetylacetone)propylenediimine. นางอทยวรรณ แสงเสถยร. มหาวทยาลยศลปากร

(2545), 28-32

[2] S.M., V.Fernandes, A.O.S, S.Rangel. Agric. Food chem. 1997, 45. 1269-1272

[3] K.Y. Chumbimuni-Torres and L.T. Kubota, Journal of Food Composition and Analysis,19

(2006) 225–230

[4] สอการสอน มหาวทยาลย นเรศวร (http://www.sci.nu.ac.th/chemistry/directionlab/media_doc/

256254/การทดลองท5.pdf)

[5] S. Komaba et al., Talanta, 46 (1998) 1293–1297

[6] G.N. DoGu V.P.Y. Gadzekpo, Talanta (1996) 735-739

[7] L. Ilcheva, R. Yanakiev, V. Vasileva & N. Ibekwe, Food Chemistry 38 (1990) 105-112

Documents

การหา potassium ในสารตัวอย่าง โดยใช้เทคนิค flow injection ... · [1] เทคนิค Flow injection analysis หรือ