Способы минерализации органических соединений

Способы минерализации органических соединений

ВЕЩЕСТВА, ИЗОЛИРУЕМЫЕ ИЗ БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА МИНЕРАЛИЗАЦИЕЙ

В анализе методы минерализации используют при исследовании биологического материала на наличие т.н. «металлических ядов».

Важнейшие металлические яды (далее – МЕ яды) — соединения металлов и некоторых неметаллов : бария, стронция, свинца, марганца, хрома, серебра, меди, висмута, цинка, сурьмы, таллия, кадмия, ртути, мышьяка.

Токс действие МЕ ядов обеспечивается способностью МЕ ионов образовывать прочные комплексы с рекционноспособными функциональными группами и структурными фрагментами аминокислот, пептидов, белков и др. биогенных структур (далее — биокомплексы).

Для анализа биологического материала на МЕ яды необходимо предварительно разрушить биокомплексы.

Методы минерализации

Минерализация – окисление орг веществ в обьекте анализа с целью разрушения биокомплексов и изолирования соединений МЕ.

Минерализацию делят на «сухую» и «мокрую», а ее методы — на общие и частные (изолирование соединений некоторых МЕ в небольших навесках обьектов).

К сухой минерализации относят сжигание, сплавление с содой и селитрой; к мокрой – жидкофазное окисление смесями кислот.

Совр варианты кислотных смесей:

Оба метода быстрые, позволяют полностью разрушить биокомплексы и получить малые обьемы минерализатов. Недостатки: значительная потеря ртути(1,2) и взрывоопасность (2).

Минерализация смесью 1

Нагревают 100 г (как правило) биологического материала и 75 мл кислотной смеси. Функции кислотных ингредиентов реакц смеси: Н₂SO_{4 конц} — водоотнимающее средство и окислитель, НNO_{3 конц} –окислитель.

При нагревании реакц смеси кислоты разлагаются с образованием соответствующих оксидов и азотистой кислоты ( НNO₂ ), которые являются сравнительно более сильными окислителями. Кроме того, образуется еще один окислитель — нитрозилсерная кислота (НО- SO₂ –ONO ) .

При наличии в биологическом материале ароматических веществ происходят побочные процессы сульфирования и нитрования, которые затрудняют минерализацию. Для снижения роли этих процессов перед минерализацией возможно разбавление кислот, но не настолько значительное, чтобы они утратили окислительную способность.

Минерализация протекает в 2 стадии.

Стадия 1 — «деструкция» осуществляется при слабом нагревании. Происходит окисление аминокислот, пептидов и белков, в результате чего биокомплексы деструктирутся, а МЕ ионы переходят в раствор — деструктат.

Стадия 2 –осуществляется при более сильном нагревании и прикапывании доп количества НNO₃ . Происходит полное окисление всей органики в составе биологического материала, включая наиболее медленно реагирующие жиры (лимитирующая реакция) до простых неорганических веществ.

Анализу полученного минерализата на наличие МЕ ионов мешают остатки в нем НNO₃ и НNO₂ , окислов азота и нитрозилсерной кислоты. Процесс освобождения минерализата от этих азотсодержащих окислителей –денитрация.

Методы денитрации

Гидролизный. Разбавление минерализата водой с последующим нагреванием. В результате гидролиза нитрозилсерной кислоты образуются Н₂ SO₄ и НNO₂. При нагревания НNO₂ , а также НNO₃ и оксиды азота улетучиваются. Метод длительный (10-17 час).

С использованием восстановителей (мочевина, сульфат натрия, формальдегид). Лучшим является НСНО, поскольку ок—восст процесс с его участием происходит быстро (1-2 мин), а избыток НСНО легко удаляется в течение нескольких мин.

Проверку полноты денитрации проводят по реакции с дифениламином. Реакц смесь не должна окрашиваться в синий цвет.

А н ализ минерализата

Анализ МЕ ионов в минерализате после денитрации осуществляют одним из методов:

· систематический ход анализа

Дробный метод быстрее, чувствительнее, точнее, позволяет определять ионы без предварительного разделения их между собой, в любой последовательности и в отдельных небольших порциях минерализата, поэтому является преобладающим.

Дробный метод

-замена большей части реакций осаждения на реакции комплексообразования с последующей экстракцией комплексов органическим растворителем, их разложение до МЕ ионов подходящим реагентом и реэкстракция МЕ ионов в воду

-использование наиболее специфических и чувствительных реакций на МЕ ионы

-использование предварительных реакций (ПРР) и при положительном результате ПРР на наличие МЕ ионов, — проведение подтверждающих реакций (ПР)

-“маскировка” мешающих ионов.

Способы маскировки мешающих ионов:

-комплексообразование мешающих ионов с трилоном Б, тиомочевиной, гидроксиламином, цианидами, фосфатами, фторидами, тиосульфатом натрия, кислотами-лимонной и винной или их солями, аскорбиновой кислотой с образованием бесцветных продуктов.

-разведение минерализата для снижения концентрации мешающих ионов и, тем самым, снижения скорости и роли реакций с их участием

-оптимизация рН реакц смесей

-ок-восст реакции с участием мешающих ионов.

Схема дробного метода анализа минерализата

Анализ минерализата с белым осадком

1.Отделение белого осадка (BaSO₄ + PbSO₄) – получение фильтрата I .

2.Обработка смеси BaSO₄ + PbSO₄ горячим р-ром ацетата аммония – р-ние PbSO₄ (BaSO₄ не растворяется) — получение фильтрата II .

3.Исследование осадка BaSO₄ на наличие бария

-ПР с родизонатом натрия, перманганатом калия, бихроматом калия

4.Исследование фильтрата II на наличие Pb 2+

— ПРР с дитизоном – оранжево-красное окрашивание слоя СН С l₃

-ПР образования осадков: PbS, PbSO₄, PbCrO₄, PbI₂.

Анализ фильтрата I и минерализата без белого осадка на наличие

-ПРР с периодатом калия – розовое или красно-фиолетовое окрашивание

-ПР с персульфатом аммония

-ПРР с дифенилкарбазидом-красно-фиолетовое окрашивание

-ПР образования надхромовой кислоты

-ПРР с дитизоном –желтое окрашивание слоя СН С l₃

-ПР с NaCl или HCl и последующее исследование AgCl

-ПР с тиомочевиной и пикратом калия

-ПРР с диэтилдитиокарбаматом свинца ((ДДТК)₂Pb), образование комплекса (ДДТК)₂Cu -желто-коричневое окрашивание слоя СН С l₃

-разложение (ДДТК)₂Cu хлоридом ртути, реэкстракция Cu 2+ в воду,

-ПР с пиридин-роданидным реактивом; ферроцианидом калия , тетрароданомеркуратом аммония.

-ПРР с гидроксихинолином и тиомочевиной – оранжево-желтый осадок и лимонно-желтое окрашивание, соответственно

-выделение из минерализата в виде р-ра (ДДТК)₃Bi в СН С l₃

-разложение комплекса соляной к-той, реэкстракция Bi 3+ в воду

-ПР с тиомочевиной, бруцином и KJ , CsCl и KJ

-ПРР с дитизоном – розовое или красное окрашивание слоя СН С l₃

-выделение из минерализата в виде р-ра (ДДТК)₂Zn в СН С l₃

-разложение комплекса соляной к-той, реэкстракция Zn 2+ в воду

-ПР с Na₂S или (NH₄)₂S, ферроцианидом калия, тетрароданомеркуратом аммония

-ПРР с малахитовым или бриллиантовым зеленым – синее окрашивание слоя толуола или ксилола

-ПР с тиосульфатом натрия (Sb 3+ )

-ПР с дитизоном (Tl 3+ )

-выделение из минерализата в виде р-ра (ДДТК)₂Cd в СН С l₃

-разложение комплекса соляной к-той, реэкстракция Cd 2+ в воду

-ПР с бруцином и KBr , пиридином и KBr

Основан на получении мышьяковистого водорода ( AsH₃ ) и его обнаружении

-ПРР с Zn (реакция Зангер-Блека) , обнаружение AsH₃ по реакции с ртутно-бромидной бумагой

-ПР с использованием аппарата Марша, получение AsH₃ и его обнаружение

Мышьяковистый водород обнаруживают по следующим признакам:

-синей окраске пламени при поджигании

-помутнению р-ра AgNO₃ при пропускании в него AsH₃

-по налету на фарфоровой пластинке при внесении ее в пламя горящего AsH₃

Основное испытание – термический распад в узкой части трубки Марша до мышьяка и водорода. Налет мышьяка испытывают дополнительно, нагревая его в токе кислорода. Образуются кристаллы мышьяковистого ангидрида октаэдрической формы.

Деструктивная минерализация

Частный метод, используемый для изолирования соединений ртути. Для снижения потерь ртути из-за летучести ее соединений в процессе минерализации этот процесс проводят в присутствии этилового спирта, выполняющего функцию катализатора, и заканчивают на стадии деструкции (10-15 мин).

Анализ деструктата на наличие Hg 2+

-экстракционная очистка деструктата

-ПРР с дитизоном-желтое или желто-оранжевое окрашивание слоя СН С l₃

Позволяет осуществлять качественный анализ всех МЕ ионов.

Методы количественного определения МЕ ядов

При обнаружении МЕ ядов требуется их количественное определение из-за естественного присутствия в организме или накопления в процессе жизнедеятельности. Используюся следующие методы:

-титриметрия (барий, свинец, цинк, медь, висмут, кадмий, мышьяк и серебро);

-фотоколориметрия (марганец, ртуть, свинец, серебро, таллий, цинк, сурьма, хром, медь, висмут);

-визуальный колориметрический (ртуть , мышьяк );

-атомно-адсорбционная спектрометрия (все МЕ яды).

Источник

Общие методы минерализации органических галогенсодержащих лекарственных веществ. Метод сжигания в колбе с кислородом, поглощающие жидкости.

Минерализация — один из методов анализа органических веществ, растительных и животных тканей, заключающийся в переводе химических элементов, входящих в их состав, в термодинамически устойчивые неорганические соединения, более удобные дпя анализа.

1. Частные методы (методы сухого озоления) – минерализация путем простого сжигания или сплавления со смесью нитратов и карбонатов щелочных металлов. К числу частных методов относится и метод частичной минерализации (деструкция), служащий для изолирования ртути из биологических объектов.

2. Метод простого сжигания основан на нагревании органического вещества (объекта) при высокой температуре при доступе воздуха. Сухое озоление проводят в фарфоровых, платиновых или кварцевых тиглях. На исследование берут небольшие навески (1-3 г), температура нагревания достигает 300-400 ° С. Метод применяется при специальных заданиях по обнаружению катионов марганца, меди, цинка, висмута, особенно в тех случаях, когда объект либо очень эластичен, трудноразрушаем, либо его количество ограничено.

Недостатки метода простого сжигания:

· При нагревании возможно улетучивание металлов в виде солей или в индивидуальном виде, т.к. при нагревании в условиях проведения сухого озоления не всегда удается контролировать температуру. Даже при относительно невысокой температуре улетучиваются соединения ртути и таллия, а при температуре свыше 400 °С – хлориды кадмия, свинца, серебра, цинка, марганца, мышьяка.

· Возможно взаимодействие некоторых металлов с материалом тигля, например, цинк, свинец, серебро могут реагировать с кварцем и фарфором, а кобальт может сплавляться с платиной.

3. Метод сплавления с нитратами щелочных металлов в химико-токсикологическом анализе применяется чаще, чем сухое озоление. Биологический материал нагревают с расплавленными нитратами щелочных металлов. Но с чистыми нитратами окисление идет очень быстро, особенно при повышенных температурах, при этом может наблюдаться выбрасывание пробы из тигля.

Поэтому, для предотвращения бурного протекания реакции при сплавлении применяют смесь нитратов с карбонатами щелочных металлов.

4. Общие методы (методы мокрой минерализаци) применяются при общем (ненаправленном) исследовании на группу металлических ядов, пригодны для изолирования всех катионов металлов, кроме ртути. Для минерализации используют смеси кислот – окислителей (серной и азотной, серной, азотной и хлорной), а также калия хлорат и пергидроль.

Под действием окислителей происходит разрушение биологического материала с образованием более простых химических соединений. При этом связи между металлами и биологическими субстратами организма (белками, аминокислотами и др.) разрушаются, образуются соли этих металлов, которые можно обнаружить в минерализате при помощи соответствующих реакций и методов.

ОФС.1.2.3.0011.15 Определение азота в органических соединениях методом Къельдаля

Метод основан на минерализации лекарственного средства под воздействием серной кислоты концентрированной при нагревании в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов возможно использование смеси калия сульфата, меди сульфата и/или селена и/или титана диоксида

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Определение азота в ОФС.1.2.3.0011.15
органических соединениях Взамен ГФ XII, ч.1,
методом Къельдаля ОФС 42-0052-07

Метод основан на минерализации лекарственного средства под воздействием серной кислоты концентрированной при нагревании в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов возможно использование смеси калия сульфата, меди сульфата и/или селена и/или титана диоксида. При этом азот превращается в аммония сульфат. При прибавлении натрия гидроксида выделяется аммиак, который перегоняют с паром в приемник, содержащий кислоту для его поглощения: борную – в методе прямого титрования (1 и 2); серную или хлористоводородную – в методе обратного титрования (3). В методах 1 и 2 поглощенный аммиак титруют раствором хлористоводородной или серной кислоты, в методе 3 избыток кислоты оттитровывают раствором натрия гидроксида. По результатам титрования рассчитывают содержание азота.

Различают следующие варианты метода:

1) метод Къельдаля,

2) микрометод Къельдаля,

3) метод Къельдаля (обратное титрование).

Прибор для определения азота (рисунок) состоит из парообразователя – круглодонной колбы (1) вместимостью 3 л с предохранительной трубкой (2), сменных колб Къельдаля с длинным горлом (3) для конденсации водяных паров и защиты от потери вещества, воронки (4) с зажимом или краном (5) для прибавления натрия гидроксида, брызгоуловителя (6), прямого холодильника (7) и сменных конических колб-приемников (8). Стеклянная посуда должна быть термостойкой. Работу на приборе осуществляют в вытяжном шкафу.

Вместо описанного прибора могут быть использованы установки для автоматического определения азота по Къельдалю, определение проводят потенциометрически.

Метод Къельдаля

В колбу Къельдаля (3) вместимостью 200 – 300 мл (другие объемы от 50 до 500 мл должны быть указаны в фармакопейной статье) помещают точную навеску (указывают в фармакопейной статье) или точный объем образца лекарственного средства (0,5 – 10,0 мл) с содержанием азота около 14 – 35 мг (если требуется пробоподготовка, она должна быть описана в фармакопейной статье), три стеклянных шарика для пенящихся веществ и 1 г растертой смеси калия сульфата и меди сульфата, взятых в соотношении 10 : 1 (другой состав смеси катализаторов должен быть указан в фармакопейной статье). Для трудносжигаемых веществ дополнительно в колбу (3) прибавляют 0,05 г металлического селена и/или 1 мл концентрированного раствора водорода пероксида. Прибавляют 7 мл серной кислоты концентрированной и осторожно вращают колбу для стекания кислоты со стенок и ее перемешивания с содержимым колбы. Постепенно нагревают колбу (3), закрытую стеклянной воронкой, на электронагревательном приборе и далее кипятят содержимое в течение нескольких часов до получения раствора светло-зеленого цвета. На стенках колбы не должно оставаться обугленного вещества. Кипячение продолжают еще 30 мин или более до просветления раствора. Если при кипячении происходит сильное пенообразование, то рекомендуется снять колбу Къельдаля с нагревательного прибора и дать пене осесть, затем снова продолжают нагревание, не допуская попадания пены в горло колбы. После охлаждения колбы Къельдаля в нее осторожно прибавляют 20 мл воды, вращая колбу для перемешивания содержимого, вновь охлаждают и присоединяют колбу к собранному прибору для определения азота (рисунок), заранее промытому путем пропускания через него пара. В парообразователь наливают воду, не менее половины объема, подкисленную 0,5 М или 0,05 М раствором серной кислоты по индикатору метиловому красному (2 – 3 капли) до слабо-розового цвета, для связывания аммиака, который может попасть из воздуха. Для обеспечения равномерного кипения воды в парообразователь помещают стеклянные шарики. В приемник перед началом отгонки наливают 20 мл борной кислоты раствора 4 % и прибавляют 0,25 мл (5 капель) смешанного индикатора. Нижний конец внутренней трубки холодильника должен быть опущен в раствор, находящийся в приемнике. После сборки прибора в холодильник пускают воду и доводят до кипения воду в парообразователе. Затем в колбу (3) из воронки медленно по каплям прибавляют 40 мл натрия гидроксида раствора 30 %, следя за тем, чтобы раствор в колбе (3) энергично перемешивался поступающим паром. Для обеспечения большей герметичности прибора в воронке следует оставлять некоторый избыток натрия гидроксида раствора 30 %. Собирают около 100 мл отгона (или количество, указанное в фармакопейной статье). Во время отгонки колбу Къельдаля нагревают так, чтобы объем жидкости в ней оставался постоянным. По окончании отгонки приемник опускают таким образом, чтобы трубка холодильника находилась над поверхностью жидкости, находящейся в приемнике. Трубку холодильника промывают снаружи водой, продолжая подачу пара в колбу (3) в течение 1 – 2 мин; промывную воду собирают в тот же приемник. После этого прекращают нагревание парообразователя и немедленно отсоединяют колбу Кьельдаля от прибора. По окончании отгонки дистиллят титруют хлористоводородной кислоты раствором 0,1 М или серной кислоты раствором 0,05 М (должно быть указано в фармакопейной статье) до перехода окраски смешанного индикатора из зеленой в красно-фиолетовую.

Проводят контрольный опыт таким же образом и с теми же реактивами, но без испытуемого образца; полученный результат используют для внесения поправки при расчете содержания азота.

1 мл хлористоводородной кислоты раствора 0,1 М или серной кислоты раствора 0,05 М соответствует 1,401 мг азота.

Микрометод Къельдаля

В колбу Къельдаля вместимостью от 50 до 250 мл помещают точную навеску или указанный в фармакопейной статье объем образца лекарственного средства с содержанием азота 1,4 – 3,5 мг. Остальные операции проводят, как указано выше в методе 1, используя описанную ранее смесь катализаторов или (например, в лекарственных средствах, выделенных из природных источников или полученных биотехнологическими методами) 0,25 г смеси калия сульфата, меди сульфата и натрия селената в соотношении 20:5:8,5; в этом случае вместо 7 мл прибавляют 4 мл серной кислоты концентрированной (для лучшего смачивания испытуемого образца).

Минерализацию проводят до тех пор, пока раствор не станет прозрачным. После этого нагревание продолжают еще 30 мин. В конце минерализации прибавляют 1 – 3 капли концентрированного раствора водорода пероксида и продолжают нагревание в течение 10 мин до обесцвечивания раствора.

Титрование выделенного аммиака проводят хлористоводородной кислоты раствором 0,01 М или серной кислоты раствором 0,005 М.

1 мл хлористоводородной кислоты раствора 0,01 М или серной кислоты раствора 0,005 М соответствует 0,1401 мг азота.

Если навеска содержит более чем 3,5 мг азота, допускается использовать хлористоводородной кислоты раствор 0,02 М или серной кислоты раствор 0,01 М (при этом на титрование должно расходоваться не менее 15 мл титранта). Если масса взятой навески безводного вещества превышает 100 мг, необходимо пропорционально увеличивать объемы серной кислоты концентрированной и раствора натрия гидроксида.

Источник