Methods and objects of analytical chemistry by ANDREY LAZARENKO

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА НАУКОВА РАДА З АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ НАН УКРАЇНИ

НАУКОВО-ПРАКТИЧНИЙ ЖУРНАЛ

ТОМ 6, № 1, 2011 ISSN 1991-0290

Рекомендовано до друку Вченою радою хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, протокол №17 від 24 грудня 2010 р.

Головний редактор ЗАЙЦЕВ Володимир Мик олайович Київськ ий національний університет ім Тараса Шевченк а Ук раїна Заступник головного редак тора АНТОНОВИЧ Валерій Павлович Фізик о хімічний інститут ім О В Богатськ ого НАН Ук раїни Редак ційна колегія Георгієвськ ий В П Єльск а А В Запорож ець О А Логінова Л П Карманов В І Сухан В В Трохімчук А К

Редак ційна рада Алємасова А С Ук раїна Базель Я Р Ук раїна Гризодуб А І Ук раїна Дж аната Дж США Зуй О В Ук раїна Коренман Я І Росія Логінова Л П Ук раїна Назаренк о О Ю США Пок ровськ ий В А Ук раїна Рож нов М С Ук раїна Солдатк ін А Ук раїна Тк ач В І Ук раїна Тулюпа Ф М Ук раїна Холін Ю В Ук раїна Чміленк о Ф А Ук раїна Штик ов С Н Росія Хорі Т Японія

Наук ово прак тичний ж урнал Методи та об єк ти хімічного анализу видається з про держ авну реєстрацію друк овоаного ЗМІ КВ № Р від

р Свідотсво

Журнал внесено в Перелік наук ових видань Ук раїни в як их мож на друк увати результати дисертаційних праць на отримання наук ових ступенів док тора та к андидата наук Постанова президії ВАК Ук раїни № від Засновник Київськ ий національний університет ім Тараса Шевченк а Материали до друк у приймаються ук раїнськ ою россійськ ою англійськ ою мовами Адреса редак ції Київськ ий національній Ун тет ім Тараса Шевченк а хімічний фак ультет к афедра аналітичної хімії вул Володимирськ а Киев Ук раїна Відповідальний редак тор ЛАЗАРЕНКО Андрій Вадимович Київськ ий національній Ун тет ім Тараса Шевченк а Ук раїна Повний або частк овий передрук матеріалів ж урналу мож ливий тільк и за письмовою згодою редак ції Редак ція ж урналу залишає за собою право відхиляти надіслані до публік ації матеріали без пояснення причин

СОДЕРЖАНИЕ

ТОМ 6, №1, 2011 г.

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis M. Ye. Blazheevskiy

С. 4-15

Тетрафторборат селективний електрод на основі 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію Я.І. Студеняк, М.В. Фершал, Л.М. Кушнір

С. 16-22

Физико-химическое моделирование поведения примесей при их концентрировании отгонкой основы пробы MoO3 Шестаков В.А., Шелпакова И.Р., Цыганкова А.Р., Петрова Н.И.

С.23–27

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК. Чмиленко Ф.А., Минаева Н.П., Сидорова Л.П.

C.28-37

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III) с амидами 2оксо-4-гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты И.И. Леоненко, А.В. Егорова, Л.Н. Огниченко, А.В Ляховский,Д.И. Александрова,И.В. Украинец, В.Е. Кузьмин, В.П. Антонович

C. 38-50

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними поверхнево-активними речовинами О.В. Зуй

C. 51-57

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників,іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8 та використання їх в аналізі харчових об'єктів Є.Є. Костенко

C. 58-72

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 -15

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis M. Ye. Blazheevskiy National University of pharmacy, 61168, Bluher Street, 4, Kharkov, Ukraine, e-mail: Blazejowski@ukr.net Was sent: July 6, 2010 / reception to the publication: October 20, 2010 The articles are concerning to the application kinetic methods for the determination of drugs and biologically activе substances is reviewed. Advantages and limitations using kinetic methods in the pharmaceutical analysis are shown. БЛАЖЕЄВСЬКИЙ М.Є. ЗАСТОСУВАННЯ КІНЕТИЧНИХ МЕТОДІВ У ФАРМАЦЕВТИЧНОМУ - Оглянуто праці, які стосуються застосування кінетичних методів аналізу для визначення лікарських та біологічно активних речовин. Показані переваги та обмеження використання кінетичних методів у фармацевтичному аналізі. Ключові слова: метод кінетики, визначення ліків, фармацевтичний аналіз Keywords: kinetic method, determination of drug, pharmaceutical analysis INTRODUCTION Kinetic methods became of great interest in chemical and pharmaceutical analyses [1]. Automatic kinetic methods are powerful tools for drug analysis as they use modern instrumentation and computers, which are essential for shortening analysis times and enhancing the quality of routine analyses. This paper reviews novel kinetic approaches to the determination of various types of drugs in pharmaceutical materials including chemiluminescent analysis: chemiluminescent analysis with lucigenin (bis-N-methylacridinium nitrate (NMA), 9-сyano-10-methylacridinium (9CMA); flow-injection analysis (FIA), photo-induced FIA, FIA with electrogenerated reagent, sequentialinjection analysis (SIA) and hybrid (FIA/SIA) method, gas-diffusion FIA and the use of micellar catalysis are also discussed. The literature is still poor in analytical procedure based on kinetics, especially for determination of drug in commercial dosage forms [2]. Experimental and theoretical foundation of the kinetic method analysis was developed by K. B. Yacimirski. [3]. USE OF OXIDATION REACTIONS Potassium permanganate as strong oxidizing agent has been used in oxidimetric analytical method for determination of many compounds [4 13]. During the course of the reaction, the valence of manganese changes. The heptavalent manganese ion changes to the green color (Mn VI), while in neutral and acidic medium, the permanganate is further reduced to colorless (Mn II). The behavior of permanganate was the basis for its uses in development of kinetic spectrophotometric method. The absorption spectrum of aqueous potassium permanganate solution in alkaline medium exhibited an absorption band at 530 nm. The additions of any of the studied drugs to this solution produce a new characteristic band at 600 625 nm. This band is 4

due to formation of manganate ion, which resulted from the oxidation of drug by potassium permanganate in alkaline medium. The intensity of the color increases with time; therefore a kinetically based method was developed for determination of drug in their pharmaceutical dosage formulations. The different variables that affect the formation of manganate ion were studied and optimized. For example, a sensitive kinetic spectrophotometric method for determination of norfloxacin in commercial dosage forms was described, based on the oxidation of norfloxacin with alkaline potassium permanganate. The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the rate of change of absorbance at 603 nm. The initial rate and fixed time (at 3 min) methods are utilized for constructing the calibration graphs to determine the concentration of the drug. The calibration graphs are linear in the concentration ranges 2,0–20 μg/ ml and 1,0–20 μg/ ml using the initial rate and fixed time methods, respectively. The results are validated statistically and through recovery studies. Statistical comparison of the results with the reference method shows excellent agreement and indicates no significant difference in accuracy and precision [4]. A simple and sensitive kinetic method for the determination of oxamniquine in pharmaceutical preparations and biological fluids was developed. The procedure is based upon a kinetic investigation of the oxidation reaction of the drug with alkaline potassium permanganate at room temperature for a fixed time of 20 min. The absorbance of the colored manganate ions was measured at 610 nm. Alternatively, the decrease in the absorbance of potassium permanganate after addition of the drug was measured at 525 nm. The absorbance concentration plots in both procedures were rectilinear over the range 0,5–4 μg/ml. The concentration of oxamniquine is calculated using the corresponding calibration equation for the fixed© M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

time method. The determination of oxamniquine by fixed-concentration and rate-constant methods was feasible with the calibration equations obtained but the fixed time method had been found to be more applicable. Both procedures were applied to the determination of oxamniquine in formulations. The results obtained were in good agreement with those obtained using the official method. The fixed time method of 20 min was further applied to spiked human urine and plasma, the recoveries (%) were 100,94±0,57 and 98,07±0,88 for urine and plasma, respectively, at 610 nm, and 97,51±1,27 and 95,69±1,23 for urine and plasma, respectively, at 525 nm [5]. A simple, reliable, and sensitive kinetic spectrophotometric method was developed for determination of eight cephalosporin antibiotics, namely, Cefotaxime sodium, Cephapirin sodium, Cephradine dihydrate, Cephalexin monohydrate, Ceftazidime pentahydrate, Cefazoline sodium, Ceftriaxone sodium, and Cefuroxime sodium. The method depends on oxidation of each of studied drugs with alkaline potassium permanganate (Scheme 1). The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the rate of change of absorbance at 610 nm. This band is due to formation of manganate ion, which resulted from the oxidation of cephalosporin by potassium permanganate in alkaline medium. The initial rate and fixed time (at 3 minutes) methods are utilized for construction of calibration graphs to determine the concentration of the studied drugs. The calibration graphs are linear in the concentration ranges 5 15 μg/ml and 5 25 μg/ml using the initial rate and fixed time methods, respectively. The results are validated statistically and checked through recovery studies. Statistical comparisons of the results with the reference methods show the excellent agreement and indicate no significant difference in accuracy and precision. The initial rate and fixed time methods can be easily applied for determination of investigated cephalosporins in pure and dosage forms that do not require elaborate treatment and tedious extraction of chromophore produced. The proposed method (initial rate or fixed time) is sensitive enough to enable determination of lower amounts of drug, these advantages encourage the application of proposed method in routine quality control of investigated cephalosporins in industrial laboratories. Finally the developed method provides advantages of improving selectivity, avoiding interference of colored and/or turbidity background of samples because it measures the increase in absorbencies with time against blank treated similarly [6].

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

HN O

S _

N CH2 X COOH

RH HN

+ MnO4 + H2O

H S _

+ MnO42 + X _ + 2H+ N O OH CH2 COOH

Scheme 1. Mechanism oxidation of Cephalosporins is proposed on the basis of the literature. Two simple and sensitive kinetic methods were developed for the determination of ribavirin in bulk and in its pharmaceutical preparations using alkaline potassium permanganate as an oxidizing agent. The methods are based upon a kinetic investigation of the oxidation reaction of the drug at room temperature for fixed times of 20 and 30 minutes. In the first method, the absorbance of the colored manganate ion was measured at 610 nm, while in second method the reduction in the absorbance of permanganate was measured at 525 nm. The absorbance concentration plots were linear over the range of 3 15 μg/ml with detection limits of 0,028 μg/ml in the first method and 0,229 μg/ml for the second method. The proposed methods were applied successfully for the determination of the drug in its pharmaceutical formulations, the percentage recoveries were 100,15±1,34, 100,06±0.86 in the first method, and 99,60±0,54, 100,43±0,82 in the second method. The results obtained were compared statistically with those obtained by the official method and showed no significant differences regarding accuracy and precision [7]. Two a sensitive kinetic methods for the determination of dothiepin hydrochloride are described. The first method is based on kinetic investigation of the oxidation reaction of the drug with alkaline potassium permanganate at room temperature for a fixed time of 25 min. The absorbance of the colored manganate ions is measured at 610 nm. The second method is based on the reaction of dothiepin hydrochloride with 4chloro-7-nitrobenzofurazan in the presence of 0,1 mol/l sodium bicarbonate. Spectrophotometric measurement was achieved by recording the absorbance at 470 nm for a fixed time of 60 min. All variables affecting the development of the color were investigated and the conditions were optimized. Plots of absorbance against concentration in both procedures were rectilinear over the ranges 4 24 and 50 250 μg/ml, with mean 5

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 - 15

recoveries recoveries 99,33±0,42 and 99,88±0,53, respectively. The proposed methods were successfully applied for the determination of dothiepin hydrochloride in bulk powder and in capsule dosage form. The results obtained were found to agree statistically with those given by the non-aqueous B.P. method. Furthermore the methods were validated according to USP guidelines and also assessed by applying the standard addition technique. The determination of dothiepin hydrochloride by the fixed concentration method is feasible with the calibration equations obtained, but the fixed time method proves to be more applicable [8]. A new simple and sensitive kinetic spectrophotometric method is described for analysis of nizatidine and ranitidine. The method involves the reaction of the drugs with alkaline potassium permanganate, whereby a green color peaking at 610 nm is produced. The reaction is monitored spectrophotometrically by measuring the rate of change of absorbance of the resulting manganate species at 610 nm. Calibration graphs are linear over the concentration range 0,8–4,0 μg/ml and the precision (% RSD 1,80, 1,53 for nizatidine and ranitidine, respectively) is quite acceptable. The method is satisfactorily applied for direct analysis of pharmaceutical preparations containing nizatidine and ranitidine. A proposal of the reaction pathway is postulated [9]. A new sensitive kinetic spectrophotometric method for the determination of silymarin in pure form and in pharmaceutical formulations is described. The method is based on the oxidation of the drug with potassium permanganate at pH 7,0. The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the decrease in the absorbance at 530 nm. The calibration graph is linear in the range of 18 50 μg/ml. The method has been successfully applied to the determination of silymarin in pharmaceutical formulations. Statistical comparison of the results with the reference method shows excellent agreement and indicates no significant difference in accuracy and precision [10]. Four simple and sensitive kinetic spectrophotometric methods (I–IV) for the determination of trimetazidine dihydrochloride have been developed. Method I was based on the oxidation of the drug with alkaline KMnO4 producing green manganate species. Method II was based on the formation of colored condensation product between trimetazidine dihydrochloride and 4-chloro-7-nitrobenzofurazan. Method III wasbased on reaction of trimetazidine dihydrochloride and with 1,2-naphthoquinone-4sulphonic acid sodium salt forming orange colored product. Method IV was based on the formation of a violet charge-transfer complex between trimetazidine base and p-chloranil. These reactions were followed spectrophotometrically by measuring the rate of color development at 610, 475, 485 and 560 nm for the reactions with KMnO4, 4-chloro-76

nitrobenzofurazan, 1,2-naphthoquinone-4sulphonic acid sodium salt, and p-chloranil, respectively. The variables affecting the reactions were carefully investigated and the conditions were optimized. The stoichiometries of the reactions were determined, and the reactions pathways were postulated. The initial rate and fixed time methods were utilized for constructing the calibration graphs for the determination of trimetazidine dihydrochloride concentration. The assays limits of detection were 0,2–2,5 mg/l. The analytical performance of the methods, in terms of accuracy and precision, were statistically validated; the results were satisfactory. The methods have been successfully applied to the determination of trimetazidine dihydrochloride in commercial pharmaceutical formulations. Statistical comparison of the results with the reference method showed excellent agreement and proved that no significant difference in the accuracy and precision [11]. A simple and sensitive spectrophotometric kinetic method was developed for the determination of carbocisteine, penicillamine in bulk and in their pharmaceutical preparations using alkaline potassium permanganate as an oxidizing agent. A method involves determination of carbocisteine and penicillamine by kinetic studies of the oxidation reaction of these two drugs at room temperature for a fixed time of 20 minutes. The absorbance of the colored manganate ions was measured at 610 nm. The proposal pathway of the reaction is given as follow: R-SH + 3MnO4− + 6 OH− → R-SO3H + 3MnO42− + 3H2O.

2-10 µg/ml of carbocisteine and penicillamine could be determined by the kinetic method with detection limits of 0,14 and 0,21 µg/ml respectively. A method was successfully applied for the determination of these drugs in their dosage forms. The proposed method was simple, accurate, precise, sensitive, rapid, low cost and relating selective compared to the official methods. Furthermore, the proposed method doesn't require elaboration of procedures, which are usually associated with chromatographic methods [12]. Two simple and sensitive kinetic methods for the determination of tramadol hydrochloride are described. The first method is based upon a kinetic investigation of the oxidation reaction of the drug with alkaline potassium permanganate at room temperature for a fixed time at 20 min. The absorbance of the colored manganate ions was measured at 610 nm. The second method is based on the reaction of tramadol hydrochloride with 4chloro-7-nitrobenzofurazan in presence of 0,1 M sodium bicarbonate. The spectrophotometric measurements were recorded by measuring the absorbance at 467 nm, at fixed time at 25 min on thermostated water bath at 90±1 °C. All variables affecting the development of the colour have been investigated and the conditions were optimised. The absorbance concentration plots in both © M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

methods were rectilinear over the range 5–25 and 50–250 μg/ml, for the first and second methods, respectively. The two methods have been applied successfully to commercial capsule and ampoule dosage form. The results obtained are compared statistically with those given by the reference spectrophotometric method. The determination of tramadol hydrochloride by the fixed concentration and rate constant methods is feasible with the calibration equations obtained, but the fixed time method proves to be more applicable [13]. Two simple and accurate kinetic methods, the fixed time and the fixed concentration methods, for the determination of caffeine were described. The two methods involve the use of 3,20•10-3 M cerium(IV) solution and 8,0•10-2 M sulfuric acid. Reaction rates were followed at 405 nm; absorbance measurements for the fixed time method were taken at 350 s; and the following calibration equation was used for calculating unknown concentrations of caffeine: A = (2,31 – 3,55)•10-3 C. For the fixed concentration method, time was measured at a fixed absorbance of 1,70 and the following calibration equation was used: 1/t = -1,25•10-3+2,48•10-5 C. The two methods were applied to the determination of caffeine in proprietary drugs, interferences were studied, and a statistical comparison with the results obtained by the official BP method was made [14]. A procedure for the simultaneous kinetic spectrophotometric determination of cephalexin and trimethoprim was described. It was based on the different reaction rate of oxidation of these compounds with yellow ammonium cerous (IV) sulfate in acidic medium and colorless cerous (III) sulfate was produced. The overlapped kinetic data was quantitatively resolved by the use of chemometric methods, partial least squares, principal component regression and radial basis function-artificial neural network. The proposed method was also applied to the simultaneous determination of cephalexin and trimethoprim in pharmaceutical preparation and human urine with satisfied results, which compared well with those obtained by HPLC [15]. A simple and sensitive kinetic method has been developed for the determination of ethamsylate in its pharmaceutical preparations. The method is based upon oxidation of ethamsylate with 3-methyl2-benzothiazolinone hydrazone hydrochloride in presence of cerium (IV) ammonium sulfate at room temperature for 20 min. The absorbance of the reaction product is measured at 514 nm. The absorbance-concentration plot was rectilinear over the range of 4-30 μg /ml (r = 0,999). The lower detection limit was 0,267 μg /ml (9,110•10-6 M) and the lower quantitation limit was 0,808 μg/ml. The different experimental parameters affecting the development and stability of the reaction product were studied and optimized. The proposed method was applied to the determination of ESL in formulations, and the results obtained were in good Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

agreement with those obtained using a reference method. The proposed method was also used for the in vitro detection of ethamsylate in spiked human plasma at its therapeutic concentration level [16]. A procedure for the simultaneous kinetic spectrophotometric determination of aminocarb and carbaryl in vegetable and water samples was described. The method was based on the differential oxidation rate of aminocarb and carbaryl when they were reacted with the oxidant, potassium ferricyanide, in an appropriate alkaline medium. Both species were instantly oxidized, and resulted in a decrease of ferricyanide concentration. This anion has a maximum spectral absorbance at about 420 nm. Under the optimum experimental conditions, the linear ranges were 0,05–0,6 mg/l and 0,1–1,2 mg/l for aminocarb and carbaryl, respectively. The kinetic data collected were processed by chemometrics methods, such as classical least squares, partial least squares, principal components regression, back propagation-artificial neural network, radial basis function-artificial neural network, and principal component-radial basis function-artificial neural network. These methods were applied for the prediction of the two carbamate pesticides. The results showed that the partial least squares and principal component-radial basis function-artificial neural network calibration models gave the lowest prediction errors. The proposed method was successfully applied to the simultaneous determination of aminocarb and carbaryl in vegetable and water samples, and satisfactory results were obtained [17]. Two methods for the simultaneous determination of ascorbic acid and L-cysteine from kinetic spectrophotometric data are applied and compared. The fist is the two-rate method, and the second, the differential kinetic method. Present in an excess amount, iron(III) is quantitatively reduced by ascorbic acid or L-cysteine to iron(II) that, in turn, interacts with phenanthroline to form a colored 2+ product, Fe(phen)3 complex possessing a maximum absorbance at λmax = 510 nm. The first method is based on the measurement of reaction rates at two points in the course of successive reactions, and the second method is based on the difference in the kinetics of the ascorbic acid and Lcysteine oxidation reactions at different pH values. Both oxidation reactions have been studied by ficting the kinetic curves (absorbance versus time) with suitable reaction rate equations. It is established that the L-cysteine + iron(III) reaction obeys a simple fist order kinetics, while the ascorbic acid + iron(III) is successive two-step process. Both ascorbic acid and L-cysteine are determined in the 0,5 5,0 ppm rage with satisfactory accuracy. The two methods under consideration have been successfully used for the analysis of model and real samples. The RSE values for the determination of L-cysteine and 7

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 - 15

ascorbic acid by the two-rate method and differential kinetic method were 5,15, 5,12, and 5,18, 11,98 % respectively [18]. A accurate, sensitive and economical procedure for the estimation of amlodipine besylate and nifedipine, both in pure and dosage forms, has been developed. The method is based on the reduction of iron(III) by the studies drugs and subsequent interaction of iron(II) with ferricyanide to form Prussian blue. The reaction develops through a slow kinetics and completes in about 10 min. Both initial slope and fixed time methods were used to derive calibration graphs. The resulted calibration equations were linear in the concentration ranges of 1,0-20,0 μg/ ml and 3,019,0 μg/ ml for amlodipine and nifedipine, and the detection limits were 0,10 μg/ ml and 0,19 μg/ ml, respectively. Seven replicate analyses of solution containing three different levels of each drug resulted in very low relative error of prediction (less than 1,6 %) and relative standart deviation (less than 4 %) confirming accuracy and precision of the proposed method. The proposed method was applied to the determination of these drugs in pharmaceutical formulations and excellent recoveries were obtained [19]. A simple and sensitive kinetic spectrophotometric method for determination of captopril has been developed. The method is based on the reduction of Fe(III) with captopril. Fe(II) then reacts with potassium ferricyanide, resulting in the formation of a blue product. The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the rate of change of absorbance at 730 nm. Thus, 1,23·10–3 mol /l FeCl3 and 3,04·10–4 mol/l potassium ferricyanide were used as optimum values for maximum concentration of captopril in the calibration graph. The initial rate is utilized for constructing the calibration graph, which was found to be linear in the range from 4,60·10–6 to 5,06·10–5 –7 mol/l; detection limit is 1,99·10 mol /l. The proposed method has been validated; the mean recovery ranges from 99,8 to 101,4% with RSD<2%. Common excipients do not interfere with the determination. The point and interval hypotheses tests have been performed and confirmed that there is no significant difference between the proposed method and the conventional spectrophotometric method. The experimental true bias of all samples is lower than ±2%. The proposed method has been applied to the determination of captopril in bulk and dosage forms [20]. Mixtures of food antioxidants, butylated hydroxyanisole, butylated hydroxytoluene and propyl gallate, were simultaneously analyzed with spectrophotometry, based on their different kinetic properties. These antioxidants react differentially with Fe(III), and the reduced product of which, Fe(II), will be complexed by chromogenic reagent 2,2′-dipyridyl. The differential kinetic spectra were monitored and recorded at 510 nm, and the data 8

obtained from the experiments were processed by chemometric approaches, such as artificial neural network, classical least squares, principal component regression and partial least squares. A set of synthetic mixtures of antioxidants was evaluated and the results obtained by the applications of these chemometric approaches were discussed and compared. It was found that the artificial neural network method afforded better precision relatively than those of classical least squares, principal component regression and partial least squares. The proposed method was also applied satisfactorily to the determination of antioxidants in several commercial food products [21]. The oxidation of p-phenetidine with sodium vanadate was proposed for determination of phenothiazine derivatives (aminazine, diprazine, promazine, meterazine, tisercine, triphtazine) by kinetic method. The reaction rate was studied depending on the solution acidity and reagent concentrations, and the optimum determination conditions were selected. The analytical range was 3 100 ng/ml for six phenothiazine alkyl derivatives. The detection limits (3 10 ng/ml) depend on the substituent in the phenothiazine molecule. The relative standard deviations were from 3-20 % [22]. A simple, precise and accurate kinetic spectrophotometric method for determination of cefoperazone sodium, cefazolin sodium and ceftriaxone sodium in bulk and in pharmaceutical formulations has been developed. The method is based upon a kinetic investigation of the reaction of the drug with oxidized quercetin reagent at room temperature for a fixed time of 30 min. The decrease in absorbance after the addition of the drug was measured at 510 nm. The absorbance concentration plot was rectilinear over the range 80–400 μg/ml for all studied drugs. The concentration of the studied drugs was calculated using the corresponding calibration equation for the fixed time method. The determination of the studied drugs by initial rate, variable time and rate-constant methods was feasible with the calibration equations obtained but the fixed time method has been found to be more applicable. The analytical performance of the method, in terms of accuracy and precision, was statistically validated; the results were satisfactory. The method has been successfully applied to the determination of the studied drugs in commercial pharmaceutical formulations. Statistical comparison of the results with a well established reported method showed excellent agreement and proved that there is no significant difference in the accuracy and precision [23]. USE OF HYDROLYSIS REACTIONS A kinetic spectrophotometric method has been developed for the determination of ampicillin and amoxicillin in commercial dosage forms. The method involves first hydrolysis of the antibiotics © M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

with 1,0 mol/l HCl on a boling water bath for fixed time 1 h, neutralization with 1,0 mol/l NaOH followed by reaction with palladium(II) chloride in Britton-Robinson buffer of pH 6,0 (Scheme 2). The produced yellow complex of penicillamine with palladium(II)chloride is measured at 335 nm. The proposed method is valid over the concentration range 8–40 μg/ml and 10–40 μg/ml for ampicillin and amoxicillin respectively with minimum detectability of 0,73 μg/ml and 0,76 μg/ml for ampicillin and amoxicillin respectively. The determination of the studied compounds adopting the fixed concentration method is feasible with the calibration equations obtained, but the fixed time method has been found to be more applicable. The proposed method was applied to commercial dosage forms and the results obtained were in good agreement with those given by USP method [24]. A kinetic method for the accurate determination of cephalexin has been described. A solution of NH2O 1. R C

CH3

cephalexin is reacted with 5•10−3 mol/l cobalt (II) −3 nitrate in 1·10 mol/l sodium hydroxide at 60°C for a fixed time of 6 min, after which the absorbance of the reaction product is measured at 310 nm. The concentration of cephalexin is calculated by using the corresponding calibration equation for the fixedtime method. The method has been applied to proprietary drugs and the results were compared statistically with those given by the BP method. The determination of cephalexin by the fixedconcentration and rate-constant methods is feasible with the calibration equations obtained but the fixed-time method has been found to be more applicable [25]. An accurate, reliable, specific and sensitive kinetic spectrofluorimetric method was developed for the determination of seven cephalosporin antibiotics namely cefotaxime sodium, cephapirin sodium, cephradine dihydrate, cephalexin monohydrate, cefazoline sodium, ceftriaxone sodium and cefuroxime sodium.

CH3 H

H+

H3C

COOH

SH NH2 Penicillamine + CO2

NH2O +

C NH

CHO

H Peniloaldehyd H3C CH3 H 2. PdCl2 + H3C

CH3

NH2

COOH

SH NH2 NH2 HOOC C R=

R = HO

Ampicillin

COOH

+ HCl S C

CH3

Amoxicillin

Scheme 2. Proposal of the reaction pathway between the hydrolysed penicillins and palladium chloride The method is based on their degradation under an alkaline condition producing fluorescent products. The factors affecting the degradation and the determination were studied and optimized. The reaction is followed spectrofluorimetrically by measuring the rate of change of fluorescence intensity at specified emission wavelength. The initial rate and fixed time methods were used for the construction of calibration graphs to determine the concentration of the studied drugs. The Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

calibration graphs are linear in the concentration ranges 0,2–1,2 μg/ml and 0,2–2,2 μg/mL using the initial rate and fixed time methods, respectively. The results were statistically validated and checked through recovery studies. The method has been successfully applied for the determination of the studied cephalosporins in commercial dosage forms. The high sensitivity of the proposed method allows the determination of investigated cephalosporins in human plasma. The statistical 9

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 - 15

comparisons of the results with the reference methods show an excellent agreement and indicate no significant difference in accuracy and precision [26]. A new kinetic spectrophotometric method for the determination of acetylsalicylic acid in pharmaceutical formulations was developed. In general, acetylsalicylic acid analysis is not realised directly, and a previous quantitative hydrolysis in a basic medium is necessary, converting acetylsalicylic acid to salicylate ions for its determination. The hydrolysis is carried out by sodium hydroxide solution. The method is based on a ligand-exchange reaction. The reaction was followed spectrophotometrically by monitoring the rate of disappearance of the cobalt (II)-1-nitroso-2naphthol complex in alkaline medium at 410 nm. The optimum operating conditions regarding reagent concentrations and temperature were established. The initial-rate method is adopted for constructing the calibration curve, which was found to be linear over the concentration range 0,72–9,00 µg/ml. The optimized conditions yielded a theoretical detection limit of 0,35 µg/ml based on the 3,3so criterion. The interference effects of certain ingredients of powdery drugs, foreign ions and amino acids upon the reaction rate were studied in order to assess the selectivity of the method. The results are validated statistically and through recovery studies. The point hypothesis test have been performed which indicate that there is no significant difference between the proposed method and the reference method. The developed procedure was successfully applied to the rapid determination of acetylsalicylic acid in commercial pharmaceutical preparations and human control serum. The unique features of this procedure are that determination can be carried out at room temperature and analysis time is short. The newly developed method is simple, inexpensive and efficient for use in the analysis of a large number of samples [27]. A simple and accurate spectrophotometric kinetic method was developed for the determination of acetylsalicylic acid using strong acidic potassium permanganate as an oxidizing agent. The propose kinetic method doesn’t need any preliminary separation procedure or conversion of acetylsalicylic acid to salicylic acid. The reaction was followed spectrophotometric at 520 nm, an appropriate wavelength where permanganate ion exhibits an absorption peak and its disappearance was recorded. The progress of reaction was monitored and kinetic data (absorbance vs. time) were collected and processed by the computer. Each sample was repeated for at least three times for the same set of experimental conditions (hydrogen ion concentration of 0,93 mol/l). Linear calibration graph is obtained representing the pseudo-firs-order rate constant against

acetylsalicylic acid (ASA) concentration. The linear regression equation is

kobs (0,7 2,8) 10 6 (4,11 0.06) 10 2 -5

[ASA]

-1

with r = 0,9989 and s = 6 10 s . The detection limit of the method was calculated as three times of standard deviation of the response (25 determinations) to a blank sample. The value found was 0,02 mg/L. The relative standard deviation was 0,5 % for seven samples -2 containing 3,35 10 g/l ASA. The effect of some organic compounds and heavy metals associated with drugs was studied. The tolerance limit was defined as the concentration of added interference causing less than ±3 % relative error. Most cations and organic substance did not interfere even when present in 200-fold excess relative to vitamins. On the contrary, ascorbic acid, tiamine, pyridoxine, cysteine, and methionine interfere in the determination of ASA [28]. А kinetic method for acetylsalicylic acid determination based on its inhibitory effect upon the catalytic deсomposition of hydrogen peroxide was developed. The catalytic reaction of catalase was investigated, by means of a Clark oxygen sensor, in the presence of various concentrations of ASA. Michaelis-Menten kinetic parameters were determined from Lineweaver-Burk plots, obtained in the absence and in the presence of the inhibitor. The inhibition pattern, suggested by the Lineweave-Burk plots, corresponds to a fully mixed inhibition mechanism. Calibration graphs of the reciprocal value of first-order rate costant versus ASA concentration covered the concentration range (2,99–19,98)·10-4 mol/L, while the detection limit was 4,12·10-5 mol/l ASA with a standard deviation of 2,1·10-5 mol/l. The method was tested on commercial-available tablets and the recovery of ASA, by the kinetic method, was between 98,4% and 101,4% [29]. The possibility and expedience of using coupled of different types in catalytic methods of pharmauceutical analysis were shown taking as example a rections of alkaline hydrolysis of activated esters and β-lactam antibiotics catalized by hydrogen peroxide and/or peroxy acids (reactions of perhydrolysis: with excess hydrogen peroxide and/or or peroxy acids in an alkaline medium) [31-35]. Specrophotometric kinetic methods for determination acetylsalicylic acid [36-37], acetylcholine [38], zopiklone [39-40], ditiline (succinylcholine iodide) [41] in pharmaceutical preparations which based on combination of perhydrolysis reaction with a oxidation reactions of p-phenetidine or 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine as indicators were developed. Acetylsalicylic acid, acetylcholine, ditiline and zopiklone were hydrolized in the presence of hydrogen peroxide and the peroxy acid generated was detected using a tangent method or fixed time. The reaction © M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

pathways of an alkaline perhydrolysis of acetylsalicylic acid and succinylcholine iodide and peroxyacid oxidation of p-phenetidine and 3,3’,5,5’tetramethylbenzidine were proposed (Scheme 3 and 4). A new simple and sensitive kinetic spectrophotometric method has been developed for the determination of ampicillin and oxacillin in pure forms and in commercial dosage binar preparation «Ampiox» (ampicillin trihydrate 0,125 g and oxacillin potassium 0,125 g). The method involves first oxidation of the antibiotics by peroxy adipic acid for fixed time 1 min to respectively S-oxides followed by the alkaline hydrolysis reaction of βlactam group of the antibiotics at room temperature. The reaction was monitored spectrophotometrically by measuring the increase in absorbance at 305 nm as a function of time. The tangent method was adopted for constructing the calibration curves. Both the calibration curves were linear in the concentration range of 1–50 μg/ ml. The combination of iodometric determination of the summary content penicillines by consumption peroxy acid with the kinetic determination of rapidly reacted component of the tested mixture allows to

О О-С-СН3

Н2О2, ОН

assay of the both penicillines in binary mixture. The limits of quantitation (LOQ) were 1,0 μg/ml and 2,0 μg/ml for ampicillin and oxacillin respectively. The proposed methods are validated statistically and through recovery studies The relative error of determination is ≤ 3,3 %. The results given by the proposed method are in good agreement with those given by the official UV spectrophotometric method [42]. The peroxomonosulphate oxidative alkaline hydrolysis of β-lactam antibiotics can be used for their specrophotometric kinetic determination in rage concentration 1–40 μg /ml in drug. The detection limits were 0,3 μg/ml. The proposed methods are validated statistically and through recovery studies (RSD ≤ 2,09 %). The point and interval hypothesis tests have been performed confirming that there is no significant difference between the proposed methods and the reference method (δ= – 0,36%) [43-44]. The reaction pathway of oxidative alkaline hydrolysis (perhydrolysis) of penicillins in the present peroxomonosulphate on an example of ampicillin are described on Scheme 5.

ОН

СН3СО3Н

СООН

Н2О

СООН NH2

3 СН3СО3Н

СH3 C

3 CH3CO2H , OC2H5 2 H2O

OOH

HN H3C

H2N

NH2 _ H2O СH3

H3C H3C

CH3 NH СH3

OC2H5

СH3

H3C

+ -N=N-

C2H5O

O +

СH3 C OH

Scheme 3. The proposed reactions of an alkaline perhydrolysis of acetylsalicylic acid and peroxyacid oxidation of p-phenetidine and 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine Two molecules of 3,3’,5,5’-tetramethyldiphenoquinondiimine are condensated with formation of yellow azodye – bis-(2,5,7,10-tetramethyl-6-amino) - azodiphenyl:

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 - 15

СH3

CH3 H3C

H3C H2N

N N

NH2

СH3 H3C

H3C

СH3

Н2О2, ОН

(CH3)3N-(CH2)2-O-C-(CH2)2-C-O-(CH2)2-N(CH3)3 HOO-C-(CH2)2-C-OOH + _ (СН ) N-(CH ) -OH O O O O 33 22 succinylcholine

diperoxy succynic acid

NH2 (CH2)2(CO3H)2

+ -N=N-

C2H5O

OC2H5

O_ , 4,4-azoxyphenetole

OC2H5

Scheme 4. The reaction pathways of alkaline perhydrolysis of succinylcholine iodide and peroxyacid oxidation of p-phenetidine O R NH O O R NH R NH S Me S Me O S Me + HSO5, OH HSO5 , H N N O - HN Me Me Me O O CO2H CO2H CO2H HSO-, OH5

NH R Me

-O S 2 NH

NH R O

OH-

O-

H 2N

C6H5

CO2max = 305 nm

-O S 2

H 3N + -

CO2

-O S 2 O-

CO2-

NH R O

O H

O-

Scheme 5. The reaction pathway of peroxomonosulphate oxidative alkaline hydrolysis (perhydrolysis) of penicillins. USE OF REACTIONS WITH BROMINE AND IODINE A kinetic method, based on bromination reaction with bromine, was described for the assay of albendazole in bulk drug and in tablets. Proposed method depends on the linear relationship between the concentration of the drug (μg/ml) and time (s) 12

for bromination, as indicated by bleaching of methyl orange acid colour. Kinetic method is applicable in the concentration range of 5 to 25 μg/ ml drug, and albendazole in bulk drug and in tablets can be determined with a fair degree of accuracy and precision. Tablet excipients do not interfere in either method. Recoveries of drug added to © M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

commercial formulations were good. As indicated by t- and F-values, the methods are as accurate and precise as the reference method [45]. The objective of this research was to develop a kinetic spectrophotometric method for determination of ramipril in pure form and pharmaceutical formulations. The method was based on the reaction of carboxylic acid group of the drug with a mixture of potassium iodate and potassium iodide in aqueous medium at room temperature. The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the increase in absorbance at 352 nm as a function of time. The initial-rate and fixed-time methods were adopted for constructing the calibration curves. Both the calibration curves were linear in the concentration range of 10,0–70,0 μg/ ml. The detection limits were 0,02 μg/ml and 0,15 μg/ml for initial rate and fixed time methods, respectively. The proposed methods are validated statistically and through recovery studies. The point and interval hypothesis tests have been performed confirming that there is no significant difference between the proposed methods and the reference method. The experimental true bias of all samples is less than ± 2%. The methods have been successfully applied to the determination of ramipril in tablets and capsules [46]. Al-Momani [47] described a flow-injection spectrophotometric method for determination of amoxcillin, cephalexin, ampicillin, and cephradine in pharmaceutical formulations based on the reaction of drug hydrolysis products with a iodine in acid medium. The reaction is followed spectrophotometrically by measuring the dicrease in absorbance at 460 nm as a function of time. The implementation of a differential kinetic spectrophotometric method for the determination of angiotensin-converting-enzyme inhibitors in pharmaceutical formulations is described. The determination method was based on the monitoring (350 nm) of the reaction between captopril and iodate, in the presence of iodide, versus time and was fully automated by exploiting the multipumping flow concept. The developed multipumping flow system included four discretely actuated solenoid micro-pumps as unique flow manifold active components. The automatic control of the solenoid micro-pumps, under time-based and pulse-counting routines, allowed the implementation of a reliable and versatile analytical determination, with the additional advantage of permitting a runtime access to important analytical parameters, such as flow rate, sample insertion and reagent addition synchronisation, facilitating this way the establishment of an approach for kinetic measurements, directly due to the efficient solution handling and accurate timing control. A linear range of determination was verified for captopril concentrations between 10,0 and 60,0 μg /ml with a sample throughput of about 100 determinations per hour. The results were in Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

agreement with those obtained by the reference procedure with relative deviations between 1,81 and 4,48% [48]. Novel selective and simple kinetic spectrophotometric method was developed and validated for the determination of norfloxacin in its pharmaceutical formulations. The method was based on the reaction of N-vinylpiprazine formed from the interaction of the mono-substituted piprazinyl group in NOR and acetaldehyde with 2,3,5,6-tetrachloro-1,4-benzoquinone to give colored N-vinylpiprazino-substituted benzoquinone derivative. The formation of the colored product was monitored spectrophotometrically by measuring the absorbance at 625 nm. The initial rate and fixed time (at 5 min) methods were utilized for constructing the calibration graphs. The graphs were linear in concentration ranges of 20–150 and 10–180 μg/ ml with limits of detection of 8,4 and 3,2 μg/ ml for the initial rate and fixed time methods, respectively. The analytical performance of both methods was fully validated, and the results were satisfactory. No interferences were observed from the excipients that are commonly present in the pharmaceutical formulations, as well as from tinidazole that is co-formulated with NOR in some of its formulations. The proposed methods were successfully applied to the determination of norfloxacin in its commercial pharmaceutical formulations. The label claim percentages were 98,4–100,4 ± 0,52–1,04%. Statistical comparison of the results with those of the official method showed excellent agreement and proved that there was no significant difference in the accuracy and precision between the official and the proposed methods [49]. Three-way partial least squares was applied to kinetic-spectrophotometric data. The coupling reaction of diazotized sulfanilamide with o-, m- and p-amino benzoic acid, and with orciprenaline, to give azodyes was monitored. Three binary mixtures of substrates, i.e., o-benzoic acid / orciprenaline, m-benzoic acid /p-benzoic acid and o-benzoic acid /m-benzoic acid, with different values of the rate constant ratio and spectra which overlapped seriously were studied. The spectra of the mixtures were scanned with a 2 nm resolution every 30 s during ca. 15 min. The data sets contained from 30×36 to 30×48 time-wavelength data. Nine mixtures of each binary combination of substrates were used for calibration, thus the three-way calibration data sets contained from 9×30×36 to 9×30×48 concentration-time-wavelength data. The two-way partial least squares modelling was constructed on the basis of single wavelength kinetic curves, and the three-way PLS modelling was applied to series of three-way data arrays consisting of a number of selected wavelengths each (up to the whole spectra). The results based on three-way data arrays were better than that of ordinary partial least squares, particularly with

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.4 - 15

mixtures having both a low rate constant ratio and small spectral differences [50].

REFERENCES 1. Сrouch S.R., Cullen T.F., Scheeline A., Kirkor E.S. Kinetic determinations and some kinetic aspects of analytical chemistry // Anal. Chem. – 1998. – 70. – P. 53 106. 2. Pérez-Bendito D., Gómez-Hens A, Silva M. Advances in drug analysis by kinetic methods // J. Pharm. Biomed. Anal. – 1996. – 14. – P. 917 930. 3. Яцимирский К.Б. Кинетические методы анализа. – М.: Химия, 1967. – 200 с. 4. Rahman N., Ahmad Y. and Azmi S. N. Hejaz. Kinetic spectrophotometric method for the determination of norfloxacin in pharmaceutical formulations // Europ. J. Pharm. Biopharm. – 2004. – 57. – P. 359 367. 5. Rizk M., Belal F., Ibrahim F., Ahmed S. M. and El-Enany N. M. A simple kinetic spectrophotometric method for the determination of oxamniquine in formulations and spiked biological fluids // J. Pharm. Biomed. Anal. – 2000. – 23. – P. 503 513. 6. Omar Mahmoud A., Abdelmageed Osama A., Attia Tamer Z. Kinetic Spectrophotometric Determination of Certain Cephalosporins in Pharmaceutical Formulations// Int. J. Anal. Chem. – 2009; 2009: 596379. Published online 2009 june 21. doi:10.1155/2009/596379. 7. El-Brashy A. M., Sheribah Z. A., El-Din M. K. S., El-Gamal R. M. Kinetic Determination of Ribavirin in Drug Formulations // Intern. J. Biomed. Sci. – 2007. – 3. – P. 65 71. 8. Taha E. A. Kinetic spectrophotometric methods for the determination of dothiepin hydrochloride in bulk and in drug formulation // Anal Bioanal Chem. – 2003. – 376. – P. 1131 1136. 9. Hassan E. M., Belal F. Kinetic spectrophotometric determination of nizatidine and ranitidine in pharmaceutical preparations // J. Pharm. Biomed. Analysis. 2002. 27. P. 31–38. 10. Rahman N., Khan N. A., Azmi S. N. H. Kinetic spectrophotometric method for the determination of silymarin in pharmaceutical formulations using potassium permanganate as oxidant //Pharmazie. – 2004. – 59. – P. 112–116. 11. Darwish I. A. Kinetic spectrophotometric methods for determination of trimetazidine dihydrochloride // Anal. Chim. Acta. – 2005. – 551. – P. 222–231 12. Walash M. I, El-Brashy A. M., Metwally M. S., Abdelal A. A. Spectrophotometric and Kinetic Determination of Some Sulphur Containing Drugs in Bulk and Drug Formulations // Bull. Korean Chem. Soc. 2004. 25. P. 517 524. 13. Abdellatef H. E. Kinetic spectrophotometric determination of tramadol hydrochloride in pharmaceutical formulation // J. Pharm. Biomed. Analysis. – 2002. – 29. – P. 835 842.

14. Sultan S.M., Abdennabi A.M.S. Kinetic determination of caffeine in drug formulations //Arabian J. Sci. Eng. – 1992. – 17. – P. 173 179. 15. Ni Y. N., Xiao W. Q. Simultaneous kinetic spectrophotometric determination of cephalexin and trimethoprim in pharmaceutical preparation and human urine with the aid of chemometrics // Chinese Chem. Letters. – 2008. – 19. – P. 981 984. 16. El-Enany N, Belal F., Rizk M. Kinetic spectrophotometric determination of ethamsylate in dosage forms// J. AOAC Int. 2007. 90. P. 679 685. 17. Nia Y., Xiaob W., Kokotca S. Application of chemometrics methods for the simultaneous kinetic spectrophotometric determination of aminocarb and carbaryl in vegetable and water samples // J. Hazard. Mater. – 2009. – 168. – P. 1239 1245. 18. Гасеми Я., Найеби Ш. Одновременное спектрофотометрическое определение аскорбиновой кислоты и L-цистеина в фармацевтических препаратах с использованием метода двух скоростей реакций и дифференциально-кинетического метода // Химико-фармацевтический журнал. – 2006. – 40, № 1. – С. 41 48. 19. Hemmateenejad B., Miri R., Kamali R. A kinetic spectrophotometric method for determination of amlodipine and nifedipine in pharmaceutical preparations // J. Iran. Chem. Soc. – 2009. – 6. – P. 113 120. 20. Rahman N., Anwar N., Kashif M., Hoda N. A sensitive kinetic spectrophotometric method for the determination of captopril in bulk and dosage forms // Acta Pharm. 2006. – 56. – P. 347–357. 21. Ni Y., Liu C. Artificial neural networks and multivariate calibration for spectrophotometric differential kinetic determinations of food antioxidants // Anal. Chim. Acta. – 1999. – 396. – P. 221 230. 22. Гайдук О.В., Панталер Р.П., Бланк А.Б. Новая каталитическая реакция для определения производных фенотиазина// Ж. аналит. химии. – 2004. – 59, № 7. – С. 768 772. 23. Saleh Gamal A., El-Shaboury Salwa R., Mohamed Fardous A., and Rageh Azza H. Kinetic spectrophotometric determination of certain cephalosporins using oxidized quercetin reagent // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2009. – 73. – P. 946 954. 24. Belal F., El-Kerdawy M. M., El-Ashry S. M. and. El-Wasseef D. R. Kinetic spectrophotometric determination of ampicillin and amoxicillin in dosage forms // IL Farmaco. – 2000. – 55. – P. 680 686. 25. Alwarthan A. A. , Al-Lohedan H. A. Kinetic determination of cephalexin in drug formulations // Talanta. – 1994. – 41. – P. 225 231 26. Omar M. A., Abdelmageed O. H., Attia T. Z. Kinetic spectrofluorimetric determination of certain cephalosporins in human plasma // Talanta. – 2009. – 77. – P. 1394 1404 27. Mitić S. S., Miletić G.Ž., Pavlović A. N.,Tošić C.B., Sunarić S. M. Quantitative Analysis of Acetylsalicylic Acid in Commercial Pharmaceutical Formulations and Human Control Serum Using Kinetic © M. Ye. Blazheevskiy

The application of kinetic methods in pharmaceutical analysis

Spectrophotometry // Acta. Chim. Slov. 2008. № 55. P. 508 515. 28. Copolovici L., Bungau S., Dragan F. Determination of Acetylsalicylic Acid from Drugs Using Kinetic Methods // Revista Chimie. 2005. 56. 374 377. 29. Muresanu C., Copolovici L. Kinetic method for acetylsalicylic acid determination based on its inhibitory effect upon the catalystic decomposition of H2O2 // Anal. Bioanal. Chem. – 2004. – 378. – P. 1868–1872. 30. Блажеєвський М.Є. Реакцiї пергiдролiзу та їх застосування в кiнетичних методах визначення лiкарських та бiологiчно активних речовин// Досягнення та перспективи розвитку фармацевтичної галузi України: матерiали VI Нац. з’їзду фармац. України, м. Харкiв, 28–30 верес. 2005 р. – Харків, 2005. – С. 132-133. 31. Блажеєвський М.Є. Кiнетичний метод визначення ацетилхолiну // Вiсник фармацiї. – 2002. – № 2. – С. 110-113. 32. Блажеєвський М.Є., Бондаренко Н.Ю. Кінетичне визначення ацетилсаліцилової кислоти в лікарських формах // Досягнення та перспективи розвитку фармацевтичної галузі України. Матер. VI Нац. з’їзду фармацевтів України, Харків, 28–30 вересня 2005 р. – Харків, 2005. – С. 134. 33. Блажеєвський М.Є., Бондаренко Н.Ю. Кінетичний метод визначення зопіклону за реакцією пероксикислотного окиснення // Науковотехнічний прогрес і оптимізація технологічних процесів створення лікарських препаратів. Матер. 1-ї Міжнар. наук.-практ. конф., Тернопіль, 6-7 квітня 2006 р. – Тернопіль, 2006. – С. 81–83. 34. Блажеєвський М.Є. Кiнетичне визначення Дитилiну (Суксаметонiю йодиду) за реакцiєю пергiдролiзу// Динамiка наукових дослiджень: матерiали ІІІ мiжнар. наук.-практ. конф. – Днiпропетровськ, 2004. – Т.69. – С. 5–6. 35. Блажеєвський М.Є., Лабузова Ю.Ю. Кінетичне спектрофотометричне визначення цефалексину за продуктом реакцій пероксокислотного окиснення та пергідролізу // Вісник фармації. – 2010. – №2 (62). – C. 30-33. 36. Блажеєвський М.Є. Кiнетичне визначення ацетилсалiцилової кислоти в лiкарських формах з використанням перокислотного окиснення // Фармац. журн. – 2003. – № 4. – С. 65–72. 37. Блажеєвський М.Є., Бондаренко Н.Ю. Кінетичне визначення ацетилсаліцилової кислоти в лікарських формах // Досягнення та перспективи розвитку фармацевтичної галузі України. Матер. VI Нац. з’їзду фармацевтів України, Харків, 28–30 вересня 2005 р. – Харків, 2005. – С. 134. 38. Блажеєвський М.Є. Кiнетичний метод визначення ацетилхолiну // Вiсник фармацiї. – 2002. – № 2. – С. 110–113. 39. Блажеєвський М.Є., Бондаренко Н.Ю. Новий метод аналітичного визначення

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

інкапаситантів за реакцією пероксикислотного окиснення// Стан і розвиток сухопутних військ на сучасному етапі. Проблеми розвитку озброєння та військової техніки: Збірник доп. та повід. наук.практ. конф., Харків, 23–24 листоп. 2005 р. – Харків, 2006. – С. 94–97. 40. Бондаренко Н.Ю., Блажеєвський М.Є. Методика кількісного визначення зопіклону в таблетках кінетичним методом за індикаторною реакцією спряженого окиснення п-фенетидину гідроген пероксидом: інформ. лист.– К. Укрмедпатентінформ МОЗ України, 2005. – № 218. – 3 с. 41. Блажеєвський М.Є. Кiнетичне визначення Дитилiну (Суксаметонiю йодиду) за реакцiєю пергiдролiзу// Динамiка наукових дослiджень: матерiали ІІІ мiжнар. наук.-практ. конф. – Днiпропетровськ, 2004. – 69. – С. 5–6. 42. Блажеєвський М.Є. Кiнетичне визначення пенiцилiнiв у лiкарських формах за реакцiями з пероксикарбоновими кислотами // Фармац. журн. – 2003. – № 5. – С. 66–78. 43. Блажеєвський М.Є., Карпова С.П. Кількісне визначення ампіциліну тригідрату кінетичним методом // Вісник фармації. – 2010. – № 1 (61). – C. 23-26. 44. Блажеєвський М.Є. Карпова С.П. Кількісне визначення натрій ампіциліну у порошку для приготування розчину для ін’єкцій кінетичним методом за реакцією пергідролізу// Вісник фармації. – 2009. № 3 (59). – C. 16–19. 45. Basavaiah K., Prameela H.C. Kinetic and titrimetric determination of albendazole using bromate and methyl orange // Indial J. Pharm. Sci.– 2005. – 67. – P. 57–60. 46. Rahman N., Ahmad Y., Azmi S.N. / Kinetic spectrophotometric method for the determination of ramipril in pharmaceutical formulations // AAPS Pharm. Sci. Tech. – 2005. – 6. – P. 543–551. 47. Al-Momani I.F. Flow-injection spectrophotometric method for determination of amoxcillin, cephalexin, ampicillin, and cephradine in pharmaceutical formulations //Anal. Lett. – 2004. – 37. – P. 2099–2110. 48. Prior João A.V., Santos João L.M., Lima José L. F.C. Exploiting kinetic spectrophotometric determination of captopril, an angiotensin-converting enzyme inhibitor, in a multi-pumping flow system // Anal. Chim. Acta. – 2007. – 600. – P. 183–187. 49. Darwisha I. A., Sultana M. A., Al-Arfaja H. A. Novel selective kinetic spectrophotometric method for determination of norfloxacin in its pharmaceutical formulation // Talanta. – 2009. – 78 – P. 1383–1388 50. Xie Yu-Long, Baeza-Baeza J. J., RamisRamos G. Kinetic spectrophotometric resolution of binary mixtures using three-way partial least squares// Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. – 1995. – 27. – P. 211–220.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.16-22

Тетрафторборат селективний електрод на основі 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію Я.І. Студеняк, М.В. Фершал, Л.М. Кушнір ДВНЗ Ужгородський національний університет , кафедра аналітичної хімії, м. Ужгород, вул. Підгірна 46, 88000, e-mail: maximfershall83@mail.ru Надійшла: 26 вересня 2010 р. / Прийнята до друку: 22 жовтня 2010 р. Розроблено новий тетрафторборат-селективний електрод на основі іонного асоціату тетрафторборат-іону з катіоном стирилового барвника 2-(n-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3триметил-3Н-індолієм як електродоактивної речовини чутливого елементу потенціометричного сенсора. Виготовлений сенсор проявляє, близький до теоретичного (-55±1 мВ/декада), від−5 гук щодо тетрафторборату в інтервалі концентрацій 0.1–1.0·10 моль/л. Сенсор володіє високою селективністю як стосовно поширених аніонів, так і до різних катіонів, борної кислоти, фторокомплексів металів, традиційних маскуючих агентів. Час відгуку лежить в межах 5–30 секунд, а час життя становить 18 місяців. Значення потенціалу електроду практично не залежать від рН середовища в межах 2–8, при збереженні електродної функції щодо тетрафторборату в кислих середовищах до 6 М Н2SO4. Розроблено прості методики іонометричного визначення бору в морських, гідротермальних та інших високо мінералізованих водах (RSD= 0.02– 0.05, n=5, P=0.95) Y. I. STUDENYAK, M.V. FERSHAL, L.M. KUSHNIR. TETRAFLUOROBORATE SELECTIVE ELECTRODE ON THE BASIS OF 2-(N-ETHYLCARBAZOL-3)-ETHENYL-1,3,3-TRIMETHYL-3Н-INDOLIUM A new PVC tetrafluoroborate selective electrode based on ion pair of tetrafluoroborate ion with styrene dye 2-(n-ethylcarbazol-3)-ethenyl-1,3,3-trimethyl-3Н-indolium as the active substance has been elaborated. The electrode shows a near-teoretical response slope (-55±1 mV per decade) for tetrafluoroborate ion over a concentration range from 0.1 mol/l to 1.0·10−5 mol/l. The electrode shows high selectivity for BF4¯ ions with respect to most extended anions and cations, boric acid, fluorocomplexes of metals and traditional masking agents. The response time of the electrode is 5–30 seconds and the life-time is 18 month. The EMF of the electrode doesn’t depend on pH in range 2–8 and the electrode’s response to tetrafluoroborate ions is stable in acid solutions to 6 M Н2SO4. New and simple technics for Boron determination in sea, hidrothermall and other high-saline waters has been elaborated (RSD= 0.02–0.05, n=5, P=0.95). Ключові слова : тетрафторборат, іонний асоціат 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Ніндолію, іон-селективний електрод, потенціометричний сенсор, визначення бору, аналіз вод. Keywords: Tetrafluoroborate, 2-(N-ethylcarbazol-3)-ethenyl-1,3,3-trimethyl-3Н-indolium ion pair, ionselective electrode, potentiometric sensor, boron determination, water analysis. ВСТУП Для кількісного визначення мікрокількостей бору у різних об’єктах запропонована низка хімічних та інструментальних методів аналізу. Проте, для деяких об’єктів, використання більшості методів без належної, а часто і складної пробопідготовки не гарантує отримання правильних і надійних результатів. Крім цього, ряд інструментальних методів потребує або використання практично не зручних, чи навіть небезпечних для виконавця операцій, або ж спеціалізованого обладнання високої вартості. Потенціометричні методи визначення бору з використанням тетрафторборат-селективних електродів не вважаються популярними в зв’язку з недостатньою селективністю, обмеженою точністю методу та складністю процесу пробопідготовки [1,2]. Тим не менше, ці методи запропоновані для визначення бору у боросилікатних склах[3], різ16

них типах вод [4–7], геологічних матеріалах[8], фармацевтичних субстанціях [9], напівпровідниках[10], композитах алюміній оксид - бор карбід[11], оксиді кремнію [12] та гальванічних ваннах[13]. В літературі описано декілька тетрафторборат-селективних електродів на основі електродоактивних речовин різної природи, ряд із яких є комерційно-доступними. Серед поширених можна відзначити електроди на основі іонних асоціатів (ІА) тетрафторборат-іону з катіонами четвертинних амонієвих основ[14], трифенілметанових барвників[15], нітрону[16], тетрафенілфосфонію та фенантролінатів Fe(II), Ni(II ) та Co(II) [17]. Проте ряд недоліків наявних електродів та часто не достатньо з’ясована селективність перешкоджають їх більш широкому використанню, про що свідчать останні роботи, направлені на удосконалення існуючих тетрафторборат селективних електродів [18], та розробку © Я.І. Студеняк, М.В. Фершал, Л.М. Кушнір

Тетрафторборат селективний електрод на основі 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію

нових електродів, наприклад, на основі металопорфіринів [19]. Як відомо, надійність роботи потенціометричних сенсорів, та їх основні метрологічні характеристики визначаються, в основному, складом чутливої мембрани та природою її складових [20]. В зв’язку з цим, пошук та дослідження нових матеріалів для виготовлення хімічних сенсорів залишається актуальною проблемою аналітичної хімії. У даній роботі показано можливості та використання ПВХ пластифікованого тетрафторборат селективного електроду на основі іонного асоціату тетрафторборату 2-(n-етилкарбазол-3)етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію (ЕКТІ). МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ЕКСПЕРЕМЕНТУ Для досліджень використані дибутилфталат (ДБФ), α-бромнафталін (БН), трикрезилфосфат(ТКФ), тетрагідрофуран (ТГФ) („Синбіас‖, Україна), о-нітрофенілоктиловий етер (оНФОЕ) та полівінилхлорид (ПВХ) „для іонселективних електродів високої молекулярної маси‖ фірми ―Selectophore‖ (Fluka). Вихідні речовини для синтезу барвника 1,2,3,3-тетраметил-3Н-індолію хлорид та N-етилкарбазол були отримані від Aldrich. Для приготування розчинів використовували реагенти кваліфікації не нижче х.ч. та бідистильовану воду. Розчини NH4BF4 з концентрацією меншою ніж 1.0·10-3 моль/л готували безпосередньо у день експерименту шляхом розведення вихідного 1.0·10-1 М розчину. Синтез електродоактивної речовини Синтез 2-(n-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3триметиліндолій хлориду (ЕКТІ) проводили шляхом конденсації (кипятіння впродовж 3-5 хвилин) стехіометричних кількостей 1,2,3,3тетраметил-3Н-індолію хлориду з Nетилкарбазол-3-альдегідом (отриманим за реакцією Вільсмаєра) в середовищі оцтового ангідриду з додаванням каталітичної кількості піридину[21]. Після охолодження, введенням диетилового етеру осаджували хлоридну сіль барвника, яку після перекристалізації використовували для одержання ІА. (1H ЯМР (200 MГц, розчинник диметилсульфоксид δ м.д. 1.37 (3H, t, J = 7.1 Гц, CH3), 1.84 (6H, s,2CH3 ), 4.14 (3H, s, NCH3), 4.54 (2H, q, J = 7.1 Гц, NCH2), 7.36–7.64 (4H, m,CH), 7.69 (1H, d, J = 16, 1 Гц, =CH), 7.70–7.86 (4H, m,4CH), 8.24 (1H ,d, J = 7.6 Гц,CH), 8.36 (1H ,dd, J = 8.8 та 1.6 Гц, CH), 8.63 (1H, d, J = 16.1 Гц, =CH), 9.1 (1H, s,CH))). Формула хлоридної солі основного барвника представлена на рис.1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Рис.1 Хімічна структура 2-(n-етилкарбазол-3)етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолій хлориду. Синтез ІА проводили шляхом осадження при зливанні 10-2–10-3 М розчинів хлоридної солі барвника з відповідним об’ємом 10-2 моль/л розчину NH4BF4. Отриманий ІА відфільтровували, промивали дистильованою водою, висушували у вакуумі і зберігали у закритому контейнері. Виготовлення пластифікованих мембран Виготовлення чутливих елементів мембран проводили шляхом змішування певних кількостей активної речовини (5–30 мг), ПВХ (100–120 мг) та пластифікатора (200–250 мг). Після змішування компонентів додавали 1–3 мл ТГФ, і преремішували до отримання гомогенного розчину, який в наступному, виливали у скляне кільце діаметром 24 мм та залишали до повного випаровування розчинника (товщина отриманих мембран складала близько 0.5 мм). З допомогою коркорізу із мембрани вирізали диск діаметром 1 см, який приклеювали до торця ПВХ трубки іон-селективного електроду. Перед вимірюванням, щойно виготовлені мембрани кондиціонували в 0.001 М розчині NH4BF4. Прилади та устаткування Вимірювання ЕРС проводили при температуo рі 22±2 C з використанням ланцюга: Ag/AgCl, ¯ -3 KCl 3 М| BF4 1.0·10 моль/л (внутрішній розчин) |мембрана| досліджуваний розчин | KCl 3 М, AgCl /Ag. Поведінку та характеристики виготовлених електродів досліджували шляхом вимірювання ЕРС ланцюга у розчинах NH4BF4 в інтервалі концентрацій 1.0·10-1–1.0·10-6 моль/л, з допомогою професійного рН/мВ/ІСЕ-метру ORION 720 Aplus (США), електрод порівняння ORION Sure-Flow 900200, із епоксидним корпусом. Значення рН розчинів вимірювали з допомогою скляного рН-електроду ORION CW718 (за відсутності HF). Для зберігання розчинів та реагентів використовували поліпропіленовий та тефлоновий посуд. Оптичну густину розчинів при фотометричному визначенні бору вимірювали на спектрофотометрі Specord S300 та СФ-46. Спектри ЯМР реєстрували на спектрометрі Varian Gemini 200.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.16-22

Оптимізація складу мембрани В попередніх дослідженнях [22] з’ясовано, що кращими характеристиками володіють сенсори на основі іонного асоціату ЕКТІ. Для з’ясування впливу природи та концентрації пластифікатора були виготовлені ряд мембран із різними пластифікаторами (дибутилфталат, онітрофенілоктиловий етер, α-бромнафталін, трикрезилфосфат) (рис.2). Максимальним часом життя та кращими аналітичними характеристиками володіють мембрани пластифіковані о-нітрофенілоктиловим етером, який і був використаний для наступних досліджень (рис.3). Залежність відгуку електродів від концентрації ІА в складі мембрани, приведена на рис.4, свідчить, що електрод проявляє чутливість щодо тетрафторборату тільки при наявності в складі мембрани іонного асоціату, причому, оптимальний відгук мембран майже не залежить від концентрації ЕАР в межах 3-5%. Співвідношення компонентів оптимізованої мембрани ІА:ПВХ:о-НФОЕ у % відповідно становить 3:33:64.

Рис.3 Вплив концентрації ІА (мас.%) у складі мембрани на крутизну електродної функції електродів 1-3%, 2 -5.2%, 3-0.5%, 4-0%. Отримані результати засвідчили, що використання в якості фонового електроліту концентрованих розчинів (NH4)2SO4 чи NH4H2PO4 дозволяє зменшити межу виявлення сенсору та досягти, близької до теоретичної, крутизни електродної функції (рис.5). Визначення робочого діапазону рН Дослідження впливу рН на поведінку електроду з оптимізованою мембраною проводили шляхом вимірювання потенціалу у розчинах, що містять сталу концентрацію тетрафторборату та характеризуються різними значеннями рН. Як приклад, на рис. 6 приведено дані отримані для двох концентрацій BF4¯ іону при наявності надлишку фторид іонів. Значення потенціалу електроду практично не залежить від кислотності в 18

Рис.2 Вплив природи пластифікатора на відгук тетрафторборат-селективного електроду : 1- оНФОЕ , 2-ТКФ , 3-БН , 4-ДБФ. Основні характеристики розробленого електроду визначали згідно [23,24], при використанні в якості фонового електроліту розчинів (NH4)2SO4 різної концентрації.

Рис.4 Вплив вмісту пластифікатора о-НФОЕ (мас.%) у складі мембрани на відгук електродів з концентрацією ІА 3% : 1-64%, 2-44%, 3-77%, 4-0%, 5-22%. межах рН 2–8. Слід відзначити, що близький до теоретичного відгук електроду до тетрафторборату зберігається і в більш кислих середовищах аж до 6 моль/л H2SO4. Зміна абсолютних значень ЕРС у кислих середовищах скоріш за все пов’язана із протолітичними (транспортними) властивостями матриці (характер змін потенціалу в кислих середовищах для двох мембран – „холостої‖ (без ІА) та оптимізованої – майже однаковий). Перебіг суттєвих протолітичних процесів, ¯ пов’язаних із BF4 іоном до 6 М H2SO4 малоймовірний, оскільки pKa (HBF4 )= - 4.9 [25], аналогічний висновок можна віднести і до катіону асоціату для якого у водних розчинах рКа <-3.

Тетрафторборат селективний електрод на основі 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію

а також для фторокомплексних форм елементів такі дані відсутні, що вимагає від аналітика проведення досліджень щодо з’ясування можливостей використання електроду для аналізу кожного об’єкту. Для окреслення можливих сфер (різновидів об’єктів) використання розробленого електроду було визначено коефіцієнти потенціометричної селективності як до поширених аніонів, так і для ряду органічних речовин, особливо тих, що використовуються для маскування елементів, в. т.ч. бору, та фторокомплексів металів. pot Визначення значень logK BF 4

Рис.5 Вплив концентрації (NH4)2SO4 (1-3.2 М, 22.4 М, 3-1.6 М, 4-0.8 М, 5- 0 М) у фоновому електроліті на відгук електроду з оптимізованим складом мембрани. Час відгуку електроду Час відгуку розробленого електроду визначали шляхом реєстрації потенціалу електроду при різкій зміні концентрації тетрафторборат іонів у комірці в області значень від 1.0·10-6 до 8.7·10-2 моль/л (рис.7). Таким чином час відгуку розробленого електроду не перевищує 1 хвилини і частіше лежить в межах від 5 до 30 сек. З’ясуваення потенціометричної селективності Ступінь впливу сторонніх іонів на аналітичний сигнал хімічного сенсору є однією із важливіших характеристик, яка визначає область використання [26]. Для більшості комерційних тетрафторборат селективних електродів у супровідній документації вказуються коефіцієнти потенціометричної селективності для ряду поширених аніонів, проте для сполук катіонного та нейтрального характеру із числа органічних сполук,

Рис.6 Вплив рН та концентрації сульфатної кислоти на ЕРС ланцюга для 1·10-3 (1) та 1·10-2 (2) моль/л розчинів BF4 (CF =1 моль/л).

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

проводили згідно рекомендацій UIPAC [27] методом змішаних розчинів. Розраховані, на базі експериментальних досліджень, коефіцієнти потенціометричної селективності розробленого тетрафторборат селективного електроду та значення коефіцієнтів селективності комерційних електродів [16,17] представлені у Таблиці 1. Отримані дані свідчать про те, що розроблений електрод володіє високою селективністю, як стосовно поширених аніонів, так і до поширених катіонів, борної кислоти, фторокомплексів металів, традиційних маскуючих агентів (ЕДТА, оксалатів, цитратів, багатоатомних спиртів, та ін). Аналітичне використання Аналітичні характеристики розробленого BF4¯-селективного електроду дозволили розробити нову методику потенціометричного визначення бору в морських, гідротермальних та інших високомінералізованих водах. Методика відзначаються простотою, хорошою відтворюваністю та правильністю і передбачає наступний хід проведення аналізу:

Рис.7 Кінетика відгуку розробленого електроду.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.16-22

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів потенціометричної селективності Логарифм коефіцієнту селективності (

Інтерферент Х

SCN I BrO3 ClO3NO3 NO2Br {ЕДТА} НCO3Cl F C2O42СН3СООАскорбінова к-та S2O32{цитрат}H2PO4 2SO4 тіосечовина* H3BO3* маніт* гліцерин* VO3 2WO4 MoO42[TiF6]2[SiF6]2[AlF4] 2[ZrF6] [FeF4] [SbF4] [SnF6]2+ Цетилпіридиній 2+ Mg 2+ Ca 2+ Pb 2+ Ni ,Cd2+ 2+ Cu Zn2+ + + Na , NH4

[17] -0.33 -0.35 -0.88 -1.56 -2.22 -2.07 -2.81 -2.81 -4.34 -

log K [16] 1.16 -3.61 -2.85 -2.74 -2.85 -2.96 -3.25 -2.88 -2.82 -2.65 -3.08 -3.23 -3.16 -2.55 -2.25 -

pot BF4

) X

Розроблений електрод -0.1 -0.5 -2.4 -2.4 -2.5 -2.5 -3.1 ≤-3.2 -3.6 -3.8 -3.9 -4.0 -4.1 ≤-4.1 -4.3 ≤-4.5 ≤-5 ≤-5 -3.5 -3.6 ≤-4.1 ≤-4.2 -2.0 -3.6 -4.2 -4.0 -4.1 -4.3 ≤-4.3 ≤-4.3 -4.4 -4.5 -2.6 -4.4 ≤-4.5 ≤-4.5 ≤-4.5 ≤-4.5 ≤-4.5 ≤-5

*- коефіцієнти селективності розраховано при гіпотетичному припущенні про однозарядний характер іону. 20

Тетрафторборат селективний електрод на основі 2-(N-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3-триметил-3Н-індолію

Таблиця 2. Результати визначення бору у різних типах вод (n=5, P=0,95) Знайдено бору в мг/л Проба Розроблена методика

Фотометрія з Азометином Н [28]

мінеральна вода 1

23.4±0.9 RSD=0.032

23.6±0.5 RSD=0.019

мінеральна вода 2

19.7±0.5 RSD=0.021

19.86±0.40 RSD=0.016

вода Чорного моря

2.39±0.06 RSD=0.020

2.27±0.22 RSD=0.078

6.90±0.20

6.86±0.20

RSD=0.02

RSD=0.023

Гідротермальна вода

18.7±0.8

17.28±0.46

(Косино)

RSD= 0.04

RSD= 0.022

Червоне море

У стаканчики з полімерного матеріалу (поліпропілен) об’ємом 30 мл вводять 10 мл досліджуваної проби, добавляють 2.5 мл 1 М розчину NH4F, 5 мл суміші сульфатної та фосфатної кислот з концентрацією 5 та 2 моль/л відповідно. Вміст стаканів перемішують пластмасовою мішалкою і залишають стояти не менше 20 хвилин. До отриманого розчину, при перемішуванні, добавляють 7.5 мл розчину аміаку (1:1) і охолоджують до кімнатної температури. Після чого проводять вимірювання потенціалу ІСЕ. Для зменшення впливу внутрілабораторних факторів, в аналогічних умовах будують градуювальний графік з використання стандартних розчинів борної кислоти. Концентрацію бору розраховують за рівнянням CB (мг/л) = 10-pC де рС значення від’ємного логарифму концентрації бору знайдене з градуювального графіку (рис. 8). Результати визначення бору у деяких мінеральних та морських водах розробленим потенціометричним та стандартним фотометричним методом з Азометином Н [28] представлені у таблиці 2. Результати для більшості зразків є близькими (оцінка за t-критерієм), проте для деяких зразків отримані дещо відмінні результати, для з’ясування правильності яких використано комбінований метод добавок із n-кратним збільшенням (зменшенням) аліквотної частини проби. Особливістю розробленої методики є те, що вона не передбачає проведення стадії розділення Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

та концентрування, наприклад, з використанням специфічних іонообмінних смол, та використання плавикової кислоти, чим вигідно відрізняється від інших потенціометричних методик визначення бору у водах [6].

Рис.8 Градуювальний графік іонометричного визначення бору у водах. Показано можливість використання іонного асоціату 2-(n-етилкарбазол-3)-етеніл-1,3,3триметил-3Н-індолію з тетрафторборат іоном як електродоактивної речовини тетрафторборатселективного електроду. Розроблений сенсор володіє достатньою селективністю стосовно поширених аніонних та катіонних форм елемен21

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с.16-22

тів, що розширює сферу його використання та підвищує надійність іонометричних методик визначення бору. Таким чином проведення досліджень у напрямку пошуку нових електродоактивних речовин на основі ІА ціанінових барвників для іон-селективних електродів бачиться перспективним напрямком розвитку сенсорних технологій аналітичної хімії. Максим Фершал вдячний International Visegrad Fund за часткову підтримку при виконанні даної роботи. ЛІТЕРАТУРА [1] R. N. Sah , P. H. Brown. Boron determination— a review of analytical methods // Microchem. Journal. – 1997. – 56. – P. 285 – 301. [2] R. N. Sah, P. H. Brown. Techniques for boron determination and their aplication to the analysis of plant and soil samples // Plant and Soil. – 1997. – 193, № 2-3. – P. 15 – 33. [3] R.L. Kochen . Potentiometric determination of boron in borosilicate glasses // Anal.Chim.Acta. – 1974. – 71, № 2. – P. 451 – 457. [4] J.Gulens, P.K. Lesson. Direct ion-selctive electrode determination of micromolar boron as tetrafluoroborate // Anal. Chem. – 1980. – 52, № 13. – P. 2235 – 2237. [5] J. Wood, K. Nicholson. Boron determination in water by ion-selective electrode // Environment International. – 1995. – 21, №2. – P. 237 – 243. [6] R.M. Carlson, J.L. Paul. Potentiometric determination of boron as tetrafluoroborate // Anal. Chem. – 1968. – 40, № 8. – P. 1292 – 1295. [7] Логинова Л.П., Маслий О.Г., Лях Л.М. Потенциометрическое титрование тетрафтороборатионов // Вестн. Харьк. ун-та. – 1986. – № 289. – С.66 – 69. [8] F. Kluger, C. Koeberl. , Determination of boron at low abundance levels in geological materials with a tetrafluoroborate-selective electrode // Anal. Chim. Acta. – 1985. –176, P. – 127 – 134. [9] A.A. Bunaciu, Mariana S. Ionescu, Nirvana Budişteanu, V.V. Coşofret. New BF4¯- and ClO4¯- selective membrane electrodes and their farmaceutical applications // Talanta. – 1992. – 39, №8. – P. 1001 – 1006. [10] P. Lanza. Direct ion-selective determination of boron in gallium arsenide // Electroanalysis. – 1993. – 5, № 5-6. – P. 483 – 488. [11] H. E. Wilde. Potentiometric determination of boron in aluminum oxide-boron carbide using an ion specific electrode // Anal. Chem. – 1973. – 45, № 8. – P. 1526 – 1528. [12] P. Lanza, P. L. Buldini . Potentiometric determination of boron in silicon with an ion-selective electrode // Anal.Chim.Acta. – 1975. – 75, №1. – P. 149 – 157. [13] A.N. Araújo, M.B. Etxebarria, J.L.F.C. Lima, M.C.B.S.M. Montenegro, R. Pérez Olmos. Tubular detectors for flow-injection potentiometric determina-

tion of tetrafluoroborate in electroplating baths // Anal. Chim. Acta. – 1994. – 293, № 1-2. – P. 35 – 41. [14] K. Hiiro, T. Tanaka, A. Kawahara, S.-I. Wakida. Tetrafluoroborate selective Urushi electrode as a membrane matrix // Anal.Sci. – 1986. – 2, №2. – P. 145 – 148. [15] A.G. Fogg, A.S. Pathan, D.T. Burns. A liquidstate tetrafluoroborate ion-selective electrode based on brilliant green tetrafluoroborate // Anal. Lett. – 1974. – 7, № 8-9. – P.545 – 551. [16] Saad S.M Hassan, M.A.F. Elmosalami. A new tetrafluoroborate liquid membrane electrode for selective determination of boron // Frezenius Z. Anal. Chem. – 1986. – 325, № 2. – P. 178 – 180. [17] R. Pérez-Olmos, B. Etxebarria, M.P.Ruiz, M. C. B. S. M. Montenegro, M. N. M. P. Alçada. Construction and evaluation of tetrafluoroborate selective electrodes. Aplication to plating baths analysis // Frezenius J. Anal. Chem. – 1994. – 348, №5-6. – P. 341 – 348. [18] J. Ježková, J. Musilová, K. Vytřas. Potentiometry with perchlorate and fluoroborate ion-selective carbon paste electrodes // Electroanalysis. – 1997. – 9, № 18. – P. 1433 – 1436. [19] Xiao-Bing Zhang, Can-Cheng Guo, Li-Xin Jian, Guo-Li Shen, Ru-Qin Yu. Fluoroborate ion sensitive PVC membrane electrode based on chloro[tetra(m-amino-phenyl)porphinato]- manganese as neutral carrier // Anal. Chim. Acta. – 2000. – 419, №2. – P. 227 – 233. [20] E .Bakker, P. Bühlmann, E. Pretsch. Polymer membrane ion-selective electrodes - what are the limits // Electroanalysis. – 1999. – 11, № 15. – Р. 915 – 933. [21] F. M. Hammer, The Cyanine Dyes and Related Compounds. Wiley:New York, 1964. – 238 p. [22] Фершал М.В., Котик О.М., Студеняк Я.І., Кушнір Л.М. Дослідження іонних асоціатів ціанінових барвників як електродо-активних речовин тетрафторборат селективних електродів//Науковий вісник УжНУ. Серія хімія . – 2007. – Вип. 17 – С. 56 – 61. [23] K. Camman, Working with ion-selective electrodes chemical laboratory practice, Soringer-Verlag: New York, Berlin, Heidelberg, 1979.–82 p. [24] R.P. Buck, E. Lindner. Recomendations for nomenclature of ion-selective electrodes // Pure Appl. Chem. – 1994. – 66, № 12. – Р. 2527 – 2536. [25] J.Bessiére. Reactions acide-base dans l'acide trifluoroacetique et dans quelques milieux acides : Comparaison de la force relative des acides et des bases // Anal.Chim Acta. – 1970. – 52, №1. – Р. 55 – 63. [26] E. Bakker, E. Pretsch, P. Bühlmann. Selectivity potentiometric ion sensors// Anal. Chem. – 2000. – 72, №6. – P. 1127 – 1133. [27] E. Lindner Y. Umezawa. Performance evaluation criteria for preparation and measurement of macro and microfabricated ion-selective electrodes // Pure Appl. Chem. – 2008.– 80, № 1. – P. 85 – 104. [28] F.J. López, E. Gimenéz, F. Hernández. Analytical study on the determination of boron in environmental water samples // Fresenius J. Anal. Chem. – 1993. – 346, № 10–12. – P. 984 – 987.

Моделирование поведения примесей при их концентрировании отгонкой основы пробы MoO3

Физико-химическое моделирование поведения примесей при их концентрировании отгонкой основы пробы MoO3 Шестаков В.А., Шелпакова И.Р., Цыганкова А.Р., Петрова Н.И. Учреждение российской Академии наук Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН (ИНХ СО РАН) 630090 Новосибирск, просп. Лаврентьева,3, shelp@niic.nsc.ru Поступила в редакцию 12 октября 2010г. Принята к публикации 12 ноября 2010 г. Физико-химическое моделирование процесса концентрирования примесей отгонкой основы пробы применено к концентрированию примесей в MoO3. Моделирование позволяет исследовать влияние на полноту концентрирования таких факторов, как температура отгонки, коэффициент концентрирования, дисперсность пробы и степень окисления аналитов в пробе. В результате моделирования оказывается возможным разделить примеси на группы по их способности к концентрированию: примеси, практически полностью остающиеся в концентрате; примеси, полностью переходящие в газовую фазу; примеси, частично переходящие в газовую фазу, а также понять, почему конкретная примесь попадает в данную группу и в ряде случаев выбрать пути сохранения примесей в концентрате. SHESTAKOV V.A., SHELPAKOVA I.R., TSYGANKOVA A.R., AND PETROVA N.I. PHYSICOCHEMICAL MODELING THE BEHAVIOR OF IMPURITIES UNDER THEIR CONCENTRATION BY DISTILLING OFF THE MATRIX OF MOLYBDENUM TRIOXIDE SAMPLE - Physico-chemical modeling of concentration process of impurities by distilling off the sample matrix was applied to the concentration of impurities in MoO3. The modeling allows one to study to what extent the concentration is affected by such factors as the temperature at which distilling off is carried out, the concentration coefficient, the dispersity of a sample and the oxidation level of analytes in the sample. Due to modeling, it turns to be possible to divide impurities into groups by their ability to concentration: impurities practically completely remaining in the concentrate and impurities completely transferring into a gas phase, and impurities partly transferring into a gas phase. The modeling also permits one to understand why a particular impurity falls into this group and to choose ways for preservation of impurities in the concentrate. Ключевые слова : триоксид молибдена, концентрирование, физико-химическое моделирование Key words: molybdenum trioxiode, concentration, physico-chemical modeling ВСТУПЛЕНИЕ Концентрирование примесей отгонкой основы пробы – один из эффективных путей снижения пределов их обнаружения в веществах высокой чистоты. Для понимания поведения примесей в процессе концентрирования и поиска путей сохранения их в концентрате мы применили физико-химическое моделирование. В основу предлагаемых моделей положено соотношение скоростей переноса в газовую фазу основы и примеси. В [1,2] мы представили моделирование поведения примесей, содержащихся в оксиде висмута, в предположении, что отгонка основы пробы в виде BiCl3 осуществляется в кинетическом режиме, когда скорость реакции хлорирования Bi2O3 газообразным HCl существенно превышает скорость обратной реакции и разница в поведении примесей определяется кинетикой реакций на поверхности раздела конденсированная фаза-газ. В [1] считали, что проба является гетерофазной (состоит из гранул основы и гранул примеси), а в [2] – соМетоды и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

стоит из гранул твердого раствора примесей в основе. В [3] была использована другая модель, основанная на допущении, что отгонка осуществляется в квазиравновесном режиме, когда парциальные давления всех молекулярных форм в газе у поверхности раздела конденсированная фаза - газ определяются условиями термодинамического равновесия. Влияние дисперсности пробы на отгонку гетерофазных проб, а также проб, состоящих из гранул твердого раствора примеси в основе, исследовано в [4]. Отметим, что из-за достаточно грубых допущений модели не предназначены для количественного описания процесса отгонки. В настоящей работе модель отгонки основы пробы в квазиравновесном режиме применена для описания химического концентрирования примесей в MoO3 по химико-спектральной методике, описанной в [5] (химико-атомноэмиссионный спектральный – ХАЭС – анализ). Методика [5] основана на концентрировании примесей отгонкой основы в виде MoO2Cl2, который образуется при взаимодействии пробы с 23

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 23-27

хлором (t = 350°С) в проточном реакторе, и возбуждении излучения концентрата в дуге постоянного тока.

ns,B - текущее количество молей примеси на поверхности раздела фаз примесь-газ, определяемое выражением: n А, П

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ Для характеристики полноты концентрирования примесей использовали величину mК/mП (отношение масс примеси в концентрате и пробе). Разработка и особенности использованной модели подробно изложены в [3], поэтому ниже представлены только результирующие соотношения. Текущая мольная доля примеси xB в процессе отгонки основы пробы выражена соотношением: xB (xВ,П nA ns,B ) /(nA xВ,П nA ns,B ) , (1)

ns, B

exp[u(n1A/ 3

xВ, П

y1/ 3 )]dy

(2)

Здесь

3 S P,B , k k S P, A

6D(

M П 1/ 3 ) , N0 -1

D - дисперсность пробы, см , MП – масса пробы, г, N0 – число Авогадро, - плотность основы, SP = ziPi (zi – количество атомов элемента основы или примеси в формульной единице i –той молекулярной формы вещества в газовой фазе, Pi – равновесное парциальное давление этой формы), n А,П – количество молей основы в пробе.).

где xB,П – концентрация примеси в пробе, мольная доля; nA - текущее количество молей основы;

Примесь

Таблица 1. Данные для расчета величины mК/mП

Al Ba Be Bi Ca Cd Co Cr Cr3+ Cu Fe Ga Ge In Mg Mn Pb Pb2+ Sn Ti V W Zn Zr

mКmin, моль* .

-10

1,8 10 1,4.10 -10 5,5.10 -11 9,6.10 -12 6,2.10 -10 2,2.10 -11 . -10 1,7 10 . 9,6 10 -11 9,6.10 -11 7,9.10 -12 8,9.10 -11 2,2.10 -11 1,3.10 -10 . -11 1,7 10 2,1.10 -10 9,1.10 -12 . -11 2,4 10 . 2,4 10 -11 4,2.10 -11 1,0.10 -10 . -11 4,9 10 , 1,1 10 -9 7,9,10 -11 5,5,10 -11

Соединения примесей в конденсир. фазе в равновесии с MoO3 Al2O3 BaCl2 BeO BiClO CaCl2 CdCl2 CoCl2 Cr2O3 Cr2O3 CuCl2 Fe2O3 Ga2O3 GeO2 InCl3 MgCl2 MnCl2 PbCl2 PbCl2 SnO2 TiO2 V2O5 WO3 ZnCl2 ZrO2

Основные молекулярные формы примесей в газовой фазе AlCl3 BaCl2 BeCl2 BiCl3 CaCl2 CdCl2 CoCl2 CrO2Cl2 CrCl3 CuCl2 FeCl3, Fe2Cl6 GaCl3 GeCl4 In2Cl6, InCl3 MgCl2 MnCl2 PbCl4 PbCl2 SnCl4 TiCl4 VOCl3 WO2Cl2 ZnCl2 ZrCl4

SP , B SP , A 300°С -15

4,9 10 3,3 10 -21 1,5 10 -14 2,2 10 -1 3,5 10 -18 3,4 10 -8 -9 3,5 10 1,5 10 -3 1,2 10 -12 3,3 10 -6 8,0 10 -6 1,5 10 -2 -1 8,5 10 -2 2,0 10 -12 5,5 10 -9 2,0 10 7,0 10 -1 1,3 10 -6 2,3 10 0 2,7 10 -10 -1 1,4 10 5,5 10 -6 8,5 10 -4 -14 4,2 10

350°С -14

4,0 10 3,9 10 -19 1,6 10 -13 1,7 10 -1 2,1 10 -16 2,8 10 -7 -8 3,9 10 1,2 10 -3 8,0 10 -12 1,9 10 -5 1,0 10 -5 1,1 10 -2 -1 2,0 10 -1 1,1 10 -10 1,1 10 -8 1,8 10 3,2 10 -1 8,3 10 -6 1,8 10 -2 4,5 10 -10 -2 8,3 10 1,5 10 -5 2,7 10 -3 -13 1,7 10

400°С 2,3 10 -13 2,2 10 -17 1,2 10 -12 1,5 10 -1 6,2 10 -15 1,7 10 -6 -7 3,0 10 1,0 10 -3 3,4 10 -11 6,4 10 -5 1,3 10 -5 8,3 10 -3 -2 9,6 10 -1 4,3 10 1,2 10 -9 -7 1,0 10 1,7 10 -1 3,9 10 -5 5,8 10 -3 7,0 10 -10 -2 8,9 10 3,4 10 -5 6,4 10 -3 -13 5,3 10

*Предел обнаружения примеси методом АЭС в 1·10-3 г остатка после отгонки основы пробы.

Моделирование поведения примесей при их концентрировании отгонкой основы пробы MoO3

Параметр концентрирования

mK mП

xK q xП

где q = MП / MК – отношение массы пробы к массе концентрата, рассчитывается из (1) и (2) с использованием метода численного интегрирования. Данные для расчета mК/mП при концентрировании примесей в MoO3 приведены в табл.1. Как и в [3], величины SP получены расчетом состава фаз, находящихся в равновесии, с использованием банка данных СМЭТ [6,7]. Очевидно, что возможно использование других банков, содержащих информацию о термодинамических свойствах индивидуальных веществ и программное обеспечение для расчета химических равновесий. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Согласно расчету при взаимодействии MoO3 с хлором в интервале температур 300-400°С в условиях равновесия конденсированная фаза газ основной молекулярной формой соединений молибдена в конденсированной фазе является МоО3(s), а в газовой – МоО2Cl2. Как видно из табл. 1, Cr и Pb, в отличие от других элементов, при переходе в газовую фазу в условиях равновесия меняют степень окисления. Учитывая, что в реальных условиях окислительновосстановительные реакции могут быть кинетически заторможены, мы провели дополнительные расчеты величины mК/mП для Cr3+ и Pb2+ в предположении, что при переходе в газовую фазу их степень окисления не меняется (условное равновесие). При химико-спектральном анализе с дуговым возбуждением излучения навеску пробы обычно варьируют от 0.1 г. до 1 г., а остаток после отгонки не должен превышать 1·10-3 г. В этом случае основа по принятой методике дугового АЭС анализа, как правило, не влияет на интенсивности линий аналитов и возможно использованное образцов сравнения (ОС) на основе графитового порошка. Последнее важно, если иметь в виду унификацию инструментальной части химико-спектральных методик и простоту изготовления ОС на основе г.п. по сравнению с изготовлением их на других основах. Расчет величины mК/mП был выполнен при следующих параметрах: - температура отгонки – 300°С, 350°С и 400°С; - дисперсность пробы – 100 см -1 (размер -1 -1 гранул 100 мкм), 500 см (20 мкм) и 10000 см (1 мкм); - концентрация примеси в пробе – xП = xП,min, 10·xП,min, 100·xП,min, где xП,min – предел обнаружения примеси в пробе, когда нет потерь при концентрировании; - коэффициент концентрирования – q = 1000, 100, 10. - масса пробы 1г и 0,1 г. Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

- масса концентрата 1.10-3 г. Анализ полученных результатов показал, что наиболее существенными параметрами, определяющими поведение примеси при концентрировании, являются дисперсность пробы и величина

SP , B SP , A

В качестве примера в табл. 2 приведены результаты расчета полноты концентрирования примесей в зависимости от температуры отгонки при D=100 и q = 1000. Таблица 2. Зависимость полноты концентрирования от температуры отгонки (D =100, q = 1000) XП,min*, mК/mП мольные 300°С 350°С 400°С доли . -8 2,6 10 Al 1,0 1,0 1,0 . -8 2,0 10 Ba 1,0 1,0 1,0 8,1.10 -9 Be 1,0 1,0 1,0 . -9 -3 -3 Bi 1,4 10 1,0 10 1,0 10 1,0 10 -3 . -8 Ca 8,8 10 1,0 1,0 1,0 Cd 3,2.10 -9 1,0 9,7 10 -1 8,5 10 -1 Co 2,4.10 -8 1,0 1,0 9,7 10 -1 . -8 -3 -3 Cr 1,4 10 1,1 10 1,2 10 1,2 10 -3 3+ . -8 Cr 1,4 10 1,0 1,0 1, 0 Cu 1,1.10 -9 7,2 10 -1 1,8 10 -1 1,6 10 -2 Fe 1,3.10 -8 4,6 10 -1 3,8 10 -1 3,0 10 -1 . -9 Ga 3,2 10 1,0 10 -3 1,0 10 -3 1,0 10 -3 . -8 Ge 1,9 10 1,0 10 -3 1,0 10 -3 1,0 10 -3 . -9 In 2,4 10 1,0 10 -3 1,0 10 -3 1,0 10 -3 , -8 Mg 3,1 10 1,0 1,0 1,0 Mn 1,3.10 -9 1,0 1,0 9,9 10 -1 . -9 -3 -3 Pb 3,5 10 1,0 10 1,0 10 1,0 10 -3 2+ . -9 -1 -1 Pb 3,5 10 8,8 10 4,5 10 4,7 10 -2 . -9 -3 -3 -3 6,1 10 Sn 1,0 10 1,0 10 1,0 10 . -8 -1 -1 Ti 1,4 10 9,6 10 9,6 10 9,6 10 -1 . -9 -3 -3 V 6,9 10 1,0 10 1,0 10 1,0 10 -3 . -7 -1 -1 W 1,6 10 5,8 10 2,5 10 6,1 10 -2 . -8 -3 -3 Zn 1,1 10 1,3 10 1,1 10 1,1 10 -3 . -9 Zr 8,1 10 1,0 1,0 1,0 * Если примесь полностью остается в концентрате. При месь

Все примеси были разделены на группы по их способности к концентрированию. К 1-ой группе отнесли примеси, которые в пределах указанных параметров сохраняются в концентрате независимо от температуры процесса, концентрации примеси в пробе, дисперсности пробы и коэффициента концентрирования, для них mК / mП = 1.0: Al. Ba, Be, Ca, Co, Cr3+, Mg, Mn, Ti, Zr. Именно эти примеси, за исключением Cr, определяются по методике [5] и правильность анализа для них подтверждена методом «введено – найдено». Провести сопоставление результатов моделирования с экспериментом для твердых растворов Cr в триоксиде молибдена 25

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 23-27

трудно, поскольку получить воспроизводимые данные для этой примеси не удалось. Можно предположить, что последнее связано с тем, что Cr частично меняет степень окисления при переходе в газовую фазу (табл. 1). Как видно из таблиц 1 и 2, часть примесей (например, Al, Be, Zr) в условиях отгонки не образует легколетучих хлоридов в конденсированной фазе, что способствует сохранению их в концентрате.

АЭС анализа по ОС на основе графитового порошка. Ко 2-й группе отнесли примеси, которые практически полностью теряются при отделении основы пробы отгонкой, для них mК/mП = 10-lg(q): Bi, Cr, Ga, Ge, In, Pb, Sn, V и Zn. За исключением примеси Cr, эксперимент «введено – найдено» подтвердил результаты расчета. К 3-ей группе отнесли примеси, для которых 10-lg(q) < mК / mП < 1.0 : Cd, Cu, Pb2+, Fe, W. Расчет показал, что полнота их концентрирования проблематична и зависит от ряда факторов. Остановимся подробно на поведении примесей 3-ей группы в процессе отгонки основы пробы. В таблице 4 приведены данные о полноте концентрирования твердого раствора примесей 3-ей группы, рассчитанные по предложенной модели. Из этой таблицы видна возможность сохранения всех примесей 3-ей группы в мелкодисперсных пробах (D= 10000 см-1, размер гранул 1 мкм) при любых q ≤ 1000. При меньшей дисперсности потери значительны, однако они снижаются с уменьшением коэффициента концентрирования, которое возможно при сравнительно больших содержаниях примесей в пробе. Иначе говоря, согласно расчету полнота концентрирования примесей 3-ей группы возрастает с увеличением дисперсности пробы и с уменьшением коэффициента концентрирования. Отметим, что дисперсность вещества определяется технологией его получения, и увеличение дисперсности путем растирания пробы влечет за собой опасность неконтролируемого внесения распространенных аналитов в высокочистое вещество.

Таблица 3. Пределы обнаружения (Cmin) примесей в триоксиде молибдена при q = 1000 Примесь Al Ba Be Ca Co Mg Mn Ti Zr

Аналитическая линия 266,0 233,5 234,8 317,9 242,4 277,9 279,8 307,8 339,1

Cmin, % мас, 5,10-7 5,10-6 5,10-8 5,10-6 5,10-7 5,10-7 5,10-8 5,10-7 5,10-7

В табл.3 приведены пределы обнаружения примесей 1-ой группы. Методика [5] предназначена для определения низких концентраций аналитов, близких к пределам обнаружения. При определении по этой методике концентраций, на 1-2 порядка величины больших предела обнаружения, коэффициент концентрирования может быть уменьшен. Отметим, что основа пробы отделяется не только с целью концентрирования, но и для обеспечения возможности

Таблица 4. Зависимость полноты концентрирования для элементов 3-ей группы от дисперсности пробы (расчет при t= 350°С, xП = xП,min) при разных q mК/mП

D, см-1 100 (100мкм) 1000 (10 мкм) 10000 (1 мкм)

Cd 0,97 1,0 1,0

Cu 0,18 0,83 0,98

q = 1000 Fe Pb2+ 0,38 0,45 0,90 0,92 0,99 0,99

В табл. 5 показаны результаты эксперимента «введено-найдено» для этих примесей. Примеси вводили в образец MoO3 из азотнокислых растворов, после чего образец прокаливали при t = 500°С для переведения их в оксиды. Из таблицы видно, что при концентрировании примесей отгонкой основы гетерофазной пробы по Cd и Pb получен заниженный результат. Тем более потерь следует ожидать при отгонке основы пробы, в которой примесь находится в виде твердого раствора [3]. Расхождение результатов моделирования (близкие к 1 значения mК/mП - табл.2, 4) и эксперимента «введено-найдено» для Сd, возможно, связано с тем, что кадмий образует летучую молекуляр26

W 0,25 0,86 0,99

Cd 0,98 1,0 1,0

Cu 0,25 0,86 0,98

q = 100 Fe Pb2+ 0,45 0,52 0,92 0,93 0,99 0,99

W 0,32 0,88 0,99

ную форму, образование которой не учитывается при моделировании.Результаты эксперимента “введено-найдено” для Cu и Fe свидетельствуют об отсутствии потерь этих примесей, однако как показано в [3, 4], правильный результат, полученный этим методом, еще не означает отсутствие потерь при анализе пробы, состоящей из гранул твердого раствора и для подтверждения последнего необходим независимый метод анализа. В нашем распоряжении были пробы MoO3 ч. д. а и MoO3 сп. ч. с крупностью частиц 20 мкм (D=500 см-1). В таблице 6 показано сопоставление результатов определения Cu и Fe в этих пробах по методике [5] с данными атомно-абсорбционного анализа.

Моделирование поведения примесей при их концентрировании отгонкой основы пробы MoO3

Таблица 5. Результаты эксперимента “введено-найдено” для примесей 3-ей группы. Элемент, λ, нм

В пробе,%мас.

Введено,%мас.

(3,6 ±1,0).10 -5 (1,4 ±0,3).10 -5 . -5 (2,7 ±0,6) 10 , -5 Cu 327,3 (1,7±0,7) 10 . -5 (1,0 ±0,1) 10 . -4 (6,8 ±1,5) 10 , -4 Fe 302,0 (2,1±0,8) 10 . -4 (2,1 ±0,1) 10 . -5 (5,8 ±1,2) 10 Pb 283,3 (1,1±0,1),10 -5 . -5 (2,1 ±0,2) 10 * н/о – примесь не обнаружена. В скобках указан предел ее обнаружения н/о (2,10 -6)*

Cd 228,8

Найдено с учетом содержания в пробе, %мас. (2,0±0,3).10 -5 (7,4±0,9).10 -6 . -5 (3,1±0,8) 10 . -6 (9,0±5,4) 10 . -4 (5,8±1,0) 10 . -4 (2,2±0,8) 10 . -5 (3,4 ± 0,8) 10 . -5 (0,7 ± 0,4) 10

Таблица 6. Сопоставление результатов определения Cu и Fe в пробах MoO3 (D=500) независимыми методами Проба

Примесь

Предел обнаружения по методике [5] при q = 100, % мас. 5.10 -7

Результаты анализа, % мас*. ХАЭС анализ АА анализ по [5], q = 100 . -4 (2,3 ± 0,9) 10 (1,8 ± 0,4).10 -4

MoO3 Cu спектр.чистый. . -6 . -3 Fe 5 10 (2,1 ± 1,0) 10 -1 D = 500 см . -7 . -5 MoO3 Cu 5 10 (1,7 ± 0,7) 10 ч. д.а. . -6 . -4 Fe 5 10 (2,1 ± 1,0) 10 -1 D = 500 см * указан 95% доверительный интервал ** н/о – примесь не обнаружена. В скобках указан предел ее обнаружения.

Для ХАЭС анализа использовали коэффициент концентрирования q = 100. Из таблицы видно, что в этом случае результаты анализа практически совпадают. Следовательно, в мелкодисперсных пробах возможно определение Cu и Fe по методике [5], если использовать коэффициент концентрирования q = 100. Тем не менее, необходимо иметь в виду возможность занижения результатов анализа по этим примесям. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Физико-химическое моделирование процесса концентрирования примесей отгонкой основы пробы оксида молибдена способствует пониманию поведения примесей при их концентрировании. Моделирование позволило разделить примеси на 3 группы: сохраняющиеся в концентрате, теряющиеся при отгонке основы и частично теряющиеся в этом процессе. Расчет по модели повышает надежность выводов о возможности определения конкретных примесей, позволяет предвидеть возможные систематические погрешности анализа, а также найти условия сохранения примесей 3-ей группы в концентрате. Показана возможность определения примесей Fe и Cu в мелкодисперсных пробах при небольшом коэффициенте концентрирования с пределами обнаружения 5 .10-6 % мас. и 5 .10-7% мас., соответственно. Результаты расчетов по модели хорошо согласуются с экспериментальными данными. Представленный подход может оказаться полезным при моделировании концентрирования примесей химической отгонкой основы пробы в других объектах. Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

(2,1 ± 0,5) 10 .

-3

-5

н/о (2 10 )** .

(4,3 ± 1,3) 10

-4

ЛИТЕРАТУРА 1. Шестаков В.А., Шелпакова И.Р., Косяков В.И., Цыганкова А.Р. Физико-химическое моделирование поведения примесей в оксиде висмута при их концентрировании отгонкой основы пробы //Журн.аналит.химии.–2009–64,№2– С.130-139. 2. Шестаков В.,А., Шелпакова И.Р., Косяков В.И., Цыганкова А.Р. Физико-химическое моделирование поведения примесей в оксиде висмута при химической отгонке основы пробы //Журн.аналит.химии. – 2009 –64, №10 – С.1099-1102. 3. Шестаков В.А., Шелпакова И.Р., Цыганкова А.Р. Моделирование поведения примесей в оксиде висмута при их концентрировании отгонкой основы пробы // Аналитика и контроль. – 2008 –12, № 3-4.– С.1-6. 4. Шестаков В.А., Шелпакова И.Р. Влияние дисперсности фаз пробы на результаты анализа оксидов с концентрированием примесей отгонкой матрицы // Аналитика и контроль. – 2009 – 13, № 3. С.130-134. 5. Цыганкова А.Р., Шелпакова И.Р., Шестаков В.А., Сапрыкин А.И. Химико-спектральный анализ высокочистого триоксида молибдена // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.– 2010 –76, №9 – С.3-6. 6. Титов В.А., Косяков В.И., Кузнецов Ф.А. Об организации информационного обеспечения работ по термодинамическому моделированию процессов технологии твердотельных устройств. // В сб.: Проблемы электронного материаловедения. – Новосибирск: Наука,1986. – С.8-16. 7. Титова Е.Ф., Титов В.А., Трунов А.А., Коковин Г.А., Чернявский Л.И., Кузнецов Ф.А. Банк данных по свойствам материалов электронной техники. Препринт 90-16. Новосибирск: Сиб.отд-ние АНСССР. Инт неорган, химии,1990.–44с.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 28-37

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК. Чмиленко Ф.А., Минаева Н.П., Сидорова Л.П. Днепропетровский национальный университет имени О Гончара, пр. Гагарина 72, 49010, Днепропетровск, Украина, e-mail: analytic.dnu@mail.ru Поступила в редакцию 22 октября 2010г. Принята к публикации 28 ноября 2010 г. Описана методика определения ГМО в продуктах питания с помощью полимеразной цепной реакции «в реальном времени». Проведен сравнительный анализ методов выделения ДНК в пробоподготовке пищевых продуктов и тест-систем трех различных производителей для регистрации аналитического сигнала. CMILENKO F.A., MINAEVA N.P., SIDOROVA L.P. GMO DETERMINATION IN FOOD PRODUCTS.COMPARSION OF DNA EXTRACTION METHODS.- A technique for determination of GMOs in food by polymerase chain reaction "in real time." A comparative analysis of methods of DNA extraction for sample preparation of food and test systems of three different manufacturers for the registration the analytical signal. Ключевые слова: генетически модифицированные образцы, метод полимеразной цепной реакции, ДНК, тест-системы, аналитический сигнал. Keywords: genetically modified samples, method of polimeraz chain reaction, DNA, test-systems, the analytical signal. ВСТУПЛЕНИЕ Генетически модифицированные организмы (ГМО) – это продукты, созданные путем введения в клетки фрагментов чужеродной или измененной собственной ДНК с целью придания ему новых «полезных» для человека свойств, таких, например, как устойчивость к гербицидам, вредителям, неблагоприятным факторам окружающей среды, повышение урожайности и т.п. Известно, что к настоящему времени с помощью генной инженерии в мире получены генетически модифицированная соя, кукуруза, картофель, томаты, рис, рапс. Согласно постановлению КМУ № 468, принятому в Украине в мае 2010 г все продукты питания, содержащие генетически модифицированные организмы, должны иметь обязательную маркировку. Продукты без соответствующих отметок должны изыматься из оборота. Предельный уровень содержания ГМО в пищевой продукции, не требующий маркировки, составляет 0,9%. Контроль ГМО можно осуществлять выявлением новых, синтезированных в результате трансформации растений, относительно простых химических соединений, например, жирных кислот или выявлением новых протеинов, или нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). В случае идентификации нового химического соединения имеет смысл использовать методы химического анализа (ЯМР, хромато-масс-спектрометрию, жидкостную хроматографию и т.д.). Работы 28

Козлова Г.В. [1] посвящены выявлению возможностей методов лазерной спектроскопии для анализа процессов модификации молекулярных объектов, которые входят в состав пищевых продуктов. Впервые показано, что при переходе от природных форм соевой муки к генетически модифицированным формам в спектрах флуоресценции выявлено смещение положения максимума интенсивности в длинноволновой области спектра. Разработанная методика позволяет проводить идентификацию микроорганизмов. Известно использование вольтамперометрии переменного тока [2] при исследовании процессов гибридизации ДНК и определения авидина в трансгенной кукурузе. Предложено [3] использовать метод газовой хроматографии, а также имунноферментные методы для определения и идентификации ГМИ. Описан разработанный метод быстрого детектирования мутантов и полиморфизмов отдельных нуклеотидов высокоэффективным способом при использовании автоматизированной системы капиллярного электрофореза. Метод основан на отличиях в определенной области температур в скоростях миграции в денатурированном полиакриламидном геле природной и модифицированной ДНК [4]. Рассмотрен метод капиллярного гельэлектрофореза в микрочипе с использованием программированных градиентов силы поля для ультрабыстрого определения ГМО в соевых бобах [5]. Известен метод идентификации с помощью, так называемой техники «выстрела из © Чмиленко Ф.А., Минаева Н.П., Сидорова Л.П

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

ружья» посттрансляционных модификаций с использованием масс-спектрометрии [6]. В работах [7-9] показана возможность использования биологических тестов при сертификации исследований пищевых продуктов, которые позволяют в короткое время определить наличие или отсутствие мутагенных соединений в исследуемом продукте. В работе [10] рассмотрена перспектива применения ДНКповреждающего теста для оценки биобезопасности пищевых продуктов. Описано применение ДНК-повреждающего теста с бактериальным тест-объектом в пищевой промышленности – мясоперерабатывающей и хлебопекарной, – что позволяет выявить как потенциально отрицательные, так и положительные свойства пищевых продуктов. Однако существенное значение имеет проблема адекватной оценки полученных данных и интерпретация их для человека. Выбран и адаптирован к условиям поточного проведения анализов наиболее достоверный метод определения содержания ДНК в пищевых продуктах [11]. Показано на примере соевых белковых препаратов, что выбранный и усовершенствованный метод количественного определения ДНК с помощью дифениламина дает адекватные результаты. Проведено сравнение аминокислотного состава соевых белковых препаратов немодифицированной сои и их трансгенных аналогов. Разработаны системы контроля, которые гарантируют безопасность использования мясных продуктов; такие системы осуществляются на генетическом уровне, то есть, дают возможность убедиться в сохранении характерного генотипа – структуры и порядка расположения генов; приведены типичные схемы проведения таких генетических испытаний говядины [12]. Авторы [8] представили геннодиагностический тест для определения качества мяса, основанный на изолировании генов; описано применение этого теста. Предложен новый эффективный метод контроля реакций токсикантов в клетках, который может анализировать тысячи генных транскриптов [9]. Наиболее распространенным способом контроля трансгенных продуктов является способ, основанный на цепной реакции полимеразы (ПЦР). В работах [13-23] описано применение методов ПЦР при анализе различных продуктов; отмечены преимущества и недостатки данного способа. Все методы определения ГМО в продуктах питания можно разделить по мнению авторов [33] на три группы: Пробоподготовка

Выделение

Реакционная смесь

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

1) химические (выявление изменений химического состава); 2) иммуноферментные ИФА (выявление модифицированного белка с помощью специфических антител); 3) метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) (выявление рекомбинантной ДНК) Каждый из перечисленных методов обладает своими достоинствами и недостатками: 1. Химические методы анализа весьма чувствительны, однако требуют наличия дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. 2. Методы иммуноферментного анализа являются одними из наиболее распространенных и доступных, но они позволяют выявить лишь продукты экспрессии рекомбинантной ДНК. 3. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), в отличие от приведенных выше методов, позволяет обнаружить непосредственно рекомбинантную ДНК. За счет высокой чувствительности метода выявить наличие рекомбинантной ДНК можно в очень низких концентрациях и практически в любом пищевом продукте. Все три группы методов позволяют проводить как качественное, так и количественное определение трансгенного компонента или вещества, вызванного генетической модификацией [24-35]. Исходя из данных табл.1 нами выбран третий метод ПЦР в реальном времени. Преимущества метода: высокая специфичность, упрощение процедуры анализа, сокращение времени исследования, возможность количественного анализа, снижение возможности контаминации. Суть метода – многократное копирование определенных фрагментов ДНК в процессе повторяющихся температурных циклов. На каждом цикле амплификации синтезированные ранее фрагменты ДНК вновь копируются ферментом ДНК-полимеразой. Продукты амплификации в качестве аналитического сигнала могут детектироваться по конечной точке (электрофорез, гибридизационно-ферментный анализ, флуоресцентная детекция после ПЦР) и в реальном времени. Согласно [36], аналитический процесс ПЦРопределения состоит из следующих этапов:

ПЦР

аналитический сигнал результатов

Обработка результатов

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 28-37

Таблица 1. Сравнение различных методов определения ГМО в пищевых продуктах [33]. метод Химический анализ ИФА ПЦР

специфичность +

универсальность ─

доступность ─

+ +

─ +

+ +

Рис.1. Схема лабораторного исследования в пробоподготовке образца пищевой продукции.

1. Выделение ДНК из пищевых продуктов

2. Идентификация растительной ДНК

не обнаружено

обнаружено Повторный анализ

3. Идентификация регуляторных последовательностей (скрининговые исследования)

не обнаружено

обнаружено не обнаружено

4. Идентификация трансформационного события обнаружено 5. Количественный анализ

6. Протокол исследования

Сущность метода. Метод выявления ГМО в сырье и пищевых продуктах растительного происхождения с помощью тест-систем основан на использовании полимеразной цепной реакции с детекцией результатов в режиме реального времени. Метод ПЦР в реальном времени основан на детектировании сигнала флуоресценции, позволяющем наблюдать процесс накопления продукта в процессе реакции. Сигнал флуоресценции нарастает пропорционально увеличению количества продукта амплификации в исследуемом образце. Момент заметного увеличения сигнала и отрыв его от базовой линии, так называемый пороговый цикл, зависит от исходного количества ДНК - мишени. Причем, чем больше количество ДНК в образце, тем, раньше наблюдается начало роста сигнала флуоресценции и тем меньше пороговый цикл. Метод основан на одновременной амплификации трех участков ДНК, выделенной из анализируемого образца – последовательности про30

мотора вируса 35S мозаики цветной капусты (pr35S) и терминатора (tNOS), как наиболее распространенных в настоящее время элементов генно-инженерный конструкций, и гена алкоголь дегидрогеназы (Adh1) кукурузы, как эндогенного видоспецифичного контроля ПЦР реакции. Регистрация продуктов амплификации каждого из участков производится по изменению флуоресценции красителей, которыми мечены зонды пробы при их разрушении за счет 5’экзонуклеазной активности Taq ДНКполимеразы. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Аппаратура и реактивы. Для анализа использована система для проведения ПЦР в режиме реального времени ABI PRISM 7300 (Applied Biosystems, США), позволяющая с высокой точностью определять количество генетически модифицированной ДНК, выделенной даже из продуктов глубокой переработки расти© Чмиленко Ф.А., Минаева Н.П., Сидорова Л.П

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

тельного сырья. На стадии выделения ДНК используются также: мельница-гомогенизатор (Retch, Германия), высокоскоростная центрифуга Microfuge 18 (Beckman Coulter, США), термостат и центрифуга-вортекс (Biosan, Латвия), спектрофотометр биологический SmartSpec Plus (США), необходимый для оценки чистоты и количества выделенной ДНК, бокс биологической безопасности 4 класса с вертикальным потоком воздуха и ПЦР бокс. При проведении испытаний продукции, на содержание генетически модифицированных организмов использовались американские тест-системы и сертифицированные стандартные образцы Института референсных материалов: TagMan GMO Soy 35S Detection Kit (Applied Biosystem, Макрохім); Соя/35S/NOS скрининг и Кукуруза/35S/NOS скрининг, Соя/35S количество, Кукуруза/35S количество (Россия) ПЦР-РВ смесь ГМОкукуруза и ПЦР-РВ смесь ГМО-соя (ГП «Укрметртестстандарт», Украина). Подготовка образцов. Исследуемые образцы пищевых продуктов или их компоненты, сначала готовили для извлечения из них ДНК инактивации или удаления примесей, которые могут ингибировать ПЦР. С этой целью использовали различные методики подготовки образцов ДНК. Независимо от того, какой метод использовали для подготовки образца, важно полностью изолировать отдельные образцы для предотвращения перекрестного загрязнения таким образом, чтобы образцы, добавляемые в реакционную смесь ГМО, не содержали примесей. Метод анализа является настолько чувствительным, что наличие даже следовых количеств перекрестного загрязнения может привести к кажущимся ложноположительным результатам анализа. Если образцы пищевых продуктов не переведены в порошкообразную или гранулированную форму, то перед экстракцией ДНК проводим их предварительную пробоподготовку измельчением. Образцы в виде муки мелкого или грубого помола являются идеальными для экстракции ДНК, а образцы в более грубой форме для повышения эффективности экстракции ДНК необходимо сначала измельчить или растереть до образования относительно мелких частиц. После измельчения образца его взвешиваем и используем соответствующее количество в зависимости от способа экстракции ДНК. Схема лабораторного исследования в пробоподготовке образца пищевой продукции приведена на рис.1. В данной работе извлечение ДНК проводили по трем разным методикам, в зависимости от использования различных наборов для выделения ДНК и тест-систем, которые в дальнейшем использовались в анализе, и провели их сравнительный анализ. Рассмотрим методики выделения ДНК из пищевых продуктов и растительного сырья с Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

помощью наборов для выделения трех различных производителей; 1) Nucleo Spin Food (США); 2) «Сорб-ГМО-А» производство «Синтол» (Россия); 3) Комплект реактивов для выделения ДНК (Украина). Методика 1 (США) Помещаем в пробирки для микроцентрифуги по 100-200 мг каждого гомогенизированного образца и стандарта. Добавляем подогретый до 65 °С буфер CF - по 550 мкл и протеиназу К - по 10 мкл, перемешиваем на мешалке Вортекс. Прогреваем 30 мин. при 65 °С, периодически перемешивая, центрифугируем образцы в течение 10 мин. при 10000 об/минуту. Отбираем супернатант из каждого образца, измерив его объем, и помещаем в новые пробирки. Добавляем буфер С4 и этанол - в объемах, равных объему супернатанта и перемешиваем на мешалке Вортекс. Помещаем колонки NucleoSpin® в коллекционные пробирки, а полученную смесь в колонки NucleoSpin®. Центрифугируем 1 мин. при 11000 об/минуту. Удаляем раствор, прошедший сквозь колонку NucleoSpin®. При необходимости, помещаем в колонки NucleoSpin® остатки смеси, не вошедшей в колонку за 1 раз. Центрифугируем 1 мин. при 11 000 об/минуту и удаляем раствор, прошедший сквозь колонку NucleoSpin®. Помещаем колонки NucleoSpin® в новые коллекционные пробирки. Приводим три промывки. Первая промывка: приливаем в колонки NucleoSpin® по 400 мкл буфера CQW и центрифугируем 1 мин. при 11000 об/минуту. Удаляем раствор, прошедший сквозь колонку. Вторая промывка: приливаем в колонки NucleoSpin® по 700 мкл буфера С5 и центрифугируем 1 мин. при 11 000 об/минуту. Удаляем раствор, прошедший сквозь колонку. Третья промывка: приливаем в колонки NucleoSpin® по 200 мкл буфера С5. Центрифугируем 2 мин. при 11000 об/минуту. Удаляем раствор, прошедший сквозь колонку. Помещаем колонки NucleoSpin® в пробирки для микроцентрифуги. Приливаем в колонки NucleoSpin® по 100мкл буфера СЕ, подогретого до 70 °С. Инкубируем колонки NucleoSpin® с буфером СЕ 5 мин. при комнатной температуре. Центрифугируем 1 мин. при 11 000 об/минуту. Получаем растворы ДНК, которые непосредственно используем для проведения ПЦР. Удаляем колонки NucleoSpin®. Методика 2 выделения ДНК( Россия) Измельченные навески образцов (50-100 мг) переносим в одноразовые микроцентрифужные пробирки объемом 1.5 мл или 2.0 мл. Вводим в каждую пробирку по 800 мкл лизирующего буфера и 15 мкл. протеиназы К. Тщательно перемешиваем на вортексе или с помощью стеклянной палочки. Инкубируем смесь 30 минут при температуре +60 °С, периодически перемешивая на вортексе (каждые 5-10 минут). Остужаем 31

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 28-37

пробирки (1-2 минуты) и центрифугируем смесь . 3 5 минут при (12-14) 10 об/мин. Во время лизиса и центрифугирования готовим осаждающий Реактив. Для этого в новую пробирку на 1,5 мл вносим 200 мкл буфера для сорбента и 40 мкл сорбента. Верхнюю водную фазу из пробирок с образцами в объеме 300 мкл переносим отдельными наконечниками с аэрозольными барьерами в пробирки с осаждающим Реактивом. Интенсивно перемешиваем пробирки на вортексе до полного ресуспензирования сорбента. Инкубируем при комнатной температуре 10 минут, периодически встряхивая пробирку. Центрифугируем суспензию при 7 тыс. об/мин 1 минуту. Удаляем супернатант, используя отдельный наконечник для каждой пробы. Добавляем к осадку 300 мкл промывочного раствора А и повторяем предыдущие операции. Затем добавляем к осадку дважды по 500 мкл промывочного раствора Б и делаем все тоже, что и ранее. Помещаем пробирки с открытыми крышками в термостат на 60 °С на 10-15 минут до полного испарения жидкости. К сухому осадку добавляем 100 мкл ТЕ-буфера, перемешиваем на вортексе. Инкубируем 5 минут при температуре +60°С, перемешивая каждые 2 минуты. Центрифугируем суспензию при 12-14 тыс. об/мин 2 минуты. Чистую надосадочную жидкость отбираем, не захватывая сорбент, в новую пробирку объемом 0.5 или 1.5 мл. Методика 3 выделения ДНК (Украина) Помещаем в штатив соответствующее количество пробирок на 1.5 мл и подписываем их. Вносим по 800 мкл буфера для лизиса и по 100300 мг гомогенизированного образца в каждую пробирку. Перемешиваем cодержимое пробирок на вортексе. Инкубируем 60 минут при 600 С. Центрифугируем 10 минут при 12000 об/минуту. Переносим по 300 мкл верхней фазы в новые пробирки (v=1,5 мл). Вносим по 250 мкл хлороформа, насыщенного водой, содержимое пробирок тщательно перемешиваем и центрифугируем 5 минут при 10000 об/минуту. Переносим верхнюю фазу в новую пробирку (v=1,5 мл) и добавляем 500 мл буфера для преципитации. Перемешиваем содержимое пробирок на вортексе. Инкубируем пробирки 60 минут при комнатной температуре и центрифугируем 10 минут при 14000 об/минуту. Затем надосадочную жидкость удаляем, а к осадку добавляем 300 мкл раствора NaCl. Осадок растворяем путем перемешивания на вортексе, затем осаждаем капли центрифугированием. Добавляем 300 мкл хлороформа, тщательно перемешиваем содержимое пробирок и центрифугируем 10 минут при 12000 об/минуту. Верхнюю фазу переносим в новую 1,5 мл пробирку и добавляем 600 96% этанола, осторожно перемешиваем. Центрифугируем 10 минут при 14000 об/минуту и надосадочную жидкость удаляем. В пробирки вносим по 750 мкл 65% этанола и перемешиваем со32

держимое пробирок. Затем центрифугируем 5 минут при 14000 об/минуту и удаляем надосадочную жидкость. Осадок подсушиваем в течении 5 минут, при температуре 60°С, с открытыми крышками пробирок. В пробирки вносим 100 мкл деионизированной воды (буфера для элюции). Прогреваем пробирки при 60°С в течении 5 минут, периодически перемешивая на вортексе, осаждаем капли центрифугированием на вортексе. Полученные образцы ДНК анализируем. Анализ ДНК Для анализа ДНК готовим реакционные смеси и устанавливаем прибор с определенным термическим циклом ПЦР. Обязательным моментом для раскапывания является приготовление смеси непосредственно перед использованием. При этом проводим расчет нужного количества: - для исследуемых образцов при двух повторениях; - 2 отрицательных контроля; - 2 положительных контроля. Любая смесь содержит в своем составе комплект набора реактивов для определения ГМО: буферный раствор, праймеры, аналитические зонды и другие компоненты реакционной смеси. Реакционную смесь для анализа образцов готовим из контрольных реакционных смесей (mix-смесей) добавлением туда ДНКполимеразы. Затем все это перемешиваем на вортексе в течение 10 сек и используем в виде основы при раскапывании. Раскапываем в пробирки с плоскими прозрачными крышками на 0,2 мкл; стрипы; планшеты оптические. Приготовленную смесь вместе с полимеразой вносим в пустые лунки или пробирки, приготовленные для анализа добавляем нужное количество приготовленных образцов ДНК. Обязательным моментом при этой процедуре является постановка двух отрицательных и двух положительных контролей. Также мы еще используем постановку 2 отрицательных контролей при выделении ДНК (чтобы проверить чистоту реактивов при использовании в процессе выделения ДНК). Затем перемешиваем содержимое и центрифугируем 20 секунд перед загрузкой в систему ПЦР в реальном времени 7300. Открываем крышку блока прибора и ставим образцы для анализа. Прибор обязательно программируем под каждую методику. В первом случае используется две мишени, во втором случае – четыре, в третьем - три. После чего ставим в прибор плашку и запускаем программу. Качественное обнаружение наличия ГМО Качественное определение ГМО основано на идентификации генетически модифицированных (ГМ) регуляторных последовательностей 35S-промотора и NOS-терминатора. «Тестсистема для обнаружения ДНК ГМО (35S© Чмиленко Ф.А., Минаева Н.П., Сидорова Л.П

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

промотор, NOS-терминатор)» применяется при скрининговых исследованиях пищевой продукции, полученной из /или с использованием сырья растительного происхождения, имеющего ГМ аналоги. При использовании данной тест системы одновременно в одной пробирке проходит три независимых реакции . Одна реакция позволяет обнаружить фрагмент ДНК 35S промотора вируса мозаики цветной капусты (CaMV), который присутствует во всех известных и выращиваемых в промышленных масштабах ГМ растениях. Другая реакция позволяет обнаружить фрагмент ДНК NOS терминатора T1 плазмиды Agrobacterium tumefaciens, который также присутствует во многих промышленно выращиваемых ГМ растениях. Наличие положительной динамики для одной или обеих реакций говорит о наличии в образце ДНК ГМ растения. Третья реакция – реакция внутреннего положительного контроля (ВПК) – позволяет исключить ложноотрицательные результаты. Положительная динамика по реакции ВПК, в случае отсутствия положительной динамики по двум другим реакциям, подтверждает отсутствие ДНК ГМ растения в образце. Протекание каждой из трех реакций детектируется с помощью специфического зонда, меченного заданным флуоресцентным красителем. Количественное определение ГМО Для количественного определения ГМО в пищевых продуктах используют тест системы, предусматривающие определение содержания чужеродной ДНК относительно геномной ДНК растений. Для получения результатов исследования образца используется амплификационная часть, калибровочные образцы и специальное программное обеспечение, позволяющее производить обработку получаемых в эксперименте данных. Количественное определение ГМО растительного происхождения основано на расчѐте отношения количества ДНК определенной линий ГМ растения к общему количеству ДНК анализируемого растения, выраженного в процентах. В каждой тест-системе для количественного определения ГМО одновременно проводятся две независимые реакции в одной пробирке. Одна реакция позволяет обнаружить ДНК анализируемого растения (соя, кукуруза и т.п.). Другая реакция позволяет обнаружить последовательность, специфичную для конкретной линии ГМ растения. Протекание каждой реакции детектируется с помощью специфического зонда. Для обнаружения ДНК анализируемого объекта (соя, кукуруза ) используется зонд, меченный красителем R6G, а для обнаружения генетической вставки – красителем FAM или ROX в зависимости от типа прибора. Определение процентного содержания ГМО происходит с использованием калибровочных образцов (КО), которые представляют собой смеси ДНК растеМетоды и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

ния дикого типа (0 % ГМО) и ДНК ГМ линии (100 % ГМО) в определенном процентном соотношении. Разность значений пороговых циклов двух реакций для калибровочных образцов используется для построения калибровочной прямой. С помощью калибровочной прямой рассчитывается процентное содержание ДНК ГМО в анализируемых образцах. «Тест-система для определения процентного содержания ДНК ГМ сои Roundup Ready линии GTS 40-3-2» предназначена для количественного определения ДНК ГМ сои Roundup Ready™ (Monsanto Inc, линия GTS 40-3-2,устойчивая к глифосату). «Тест-система для определения процентного содержания ДНК ГМ кукурузы MON 810» предназначена для количественного определения ДНК ГМ кукурузы YieldGard ® Corn Borer Corn MON 810 (Monsanto Inc, устойчивая к кукурузному мотыльку). Тестсистемы поставляются в вариантном исполнении в зависимости от модели прибора, используемого в лаборатории. Вариант исполнения определяется набором светофильтров, имеющихся в приборе. Для интерпретации результатов, полученных с помощью ПЦР «в реальном времени», применяют метод относительного количественного определения (метод сравнения пороговых значений циклов амплификации (Сt)). Для случаев, когда эффективность амплификации чужеродной и нормировочной ДНК совпадает, используют формулу: ∆Сt = Ct(чужеродная ДНК) – Ct(нормировочная ДНК) Расчет содержания чужеродной ДНК относительно нормировочной производят с использованием калибровочной прямой, строящейся на основании тестирования калибровочных образцов с известным соотношением чужеродной и нормировочной ДНК, проводимого одновременно с исследуемыми образцами. Калибровочную прямую строят следующим образом: по оси Х откладывают ∆Сt, по оси У откладывают десятичный логарифм процентного содержания чужеродной ДНК относительно нормировочной ДНК. Обрабатываем результаты в программе GMO Macros. Программное обеспечение позволяет выполнять приведенные выше вычисления в автоматическом режиме. Результатом эксперимента является построение калибровочной прямой, расчет ее параметров и определение процентного содержания ГМО в исследуемых образцах. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Сравнительная характеристика методик выделения ДНК (табл.2,3). а) Во всех трех методах масса навески для выделения различна, но колебания навесок незначительные, при этом в методе № 2 образцы разделены на жидкие и сыпучие.. б) В первых двух методах в стадии лизиса при добавлении лизирующего буфера темпера33

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 28-37

тура в термостате для инкубации выше на 5 °С, чем в третьем случае. в) После лизиса образцы центрифугируют, во втором случае время сокращено в 2 раза.. г) Главным отличием всех трех методик является то, что для выделение ДНК на стадии отмывания и преципитации используются разные способы. В первом случае отмывка ДНК идет с помощью колонок, с нанесенным слоем сорбента, которые помещаются в коллекционные пробирки. Во втором случае для этого процесса используют сорбент в виде эмульсии. В третьем случае это все проводится с помощью

растворителей хлороформа и гексана (для жирных образцов) и буфера для преципитации. д) В третьем случае используется этиловый спирт разной концентрации (96% и 65%) в стадии отмывания. е) На стадии растворения ДНК в буфере для элюции используется разная температура для инкубирования, но время остается неизменным. ж) Одним из отличий есть разная скорость при центрифугировании на стадии выделения ДНК.

Табл. 2. – Сравнительная характеристика методик выделения ДНК.

Масса навески, мг Время проведения выделения, час Стоимость набора для выделения ДНК, грн Очистка ДНК Температура инкубации, °С Время центрифугиро- вания за весь период выделения ДНК, мин.

1 100-200 2,5

Методики 2 50-100 2,0

3 100-150 3,5

2500

1000

500

колонки NucleoSpin

сорбент

65 17

60 11

растворители (хлороформ), спирт (96% и65%) 60 50

Табл. 3. Сравнительная характеристика чистоты выделенной ДНК. Название набора для выделения ДНК

NucleoSpin Food(США)

«Сорб-ГМО-А», Синтол,Россия

Комплект реактивов для выделения ДНК, Украина.

Объект исследования (линия MON 810)

Чистота ДНК при А260/А280

Концентрация выделенной ДНК mg/ml

Стандартный раствор кукурузы 0,1%

1,95

50,89

Стандартный раствор кукурузы 1%

1,91

61,49

Стандартный раствор кукурузы 5%

2,01

82,27

Стандартный раствор кукурузы 0,1%

1,67

46,89

Стандартный раствор кукурузы 1%

1,71

56,78

Стандартный раствор кукурузы 5% Стандартный раствор кукурузы 0,1%

1,79

65,89

1,77

50,04

Стандартный раствор кукурузы 1% Стандартный раствор кукурузы 5%

1,80

57,82

1,83

70,87

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

Табл. 4. – Сравнительная характеристика методик на стадии анализа ДНК. Стадии амплификации Количество приготовленной реакционной смеси, мкл. Температурный режим

Время проведения анализа, мин Количество мишеней Количество циклов Количество выделенной ДНК для добавления в реакционную смесь, мкл

1 22,5

Методики 2 20

3 17

94°С – 9 мин, 95°С – 20 сек, 60°С – 30 сек, 72°С – 30 сек. 90

95°С – 5 мин, 95°С – 15 сек, 55°С – 40 сек

94°С – 5 мин, 95°С – 15 сек, 59°С – 40 сек

2 40 2,5

4 45 2,0

3 42 2,0

Сравнительная характеристика наборов для количественного определения генетически модифицированных источников (табл. 4). Использовали три различных набора (тестсистем) для количественного определения генетически модифицированных источников (ГМИ) – «TaqMan®GMO Maize 35S Detectsion Kit» (США); «Кукуруза 35S количество» (Россия); «ПЦР-РВ смесь ГМО-кукуруза» (Украина). 1. Разное количество реакционной смеси и ДНК- полимеразы во всех трех случаях. 2. Температурные режимы отличаются, а в первом случае еще добавляется одна стадия из температурного режима. 3. Во второй методике мы имеем готовые пробирки с уже раскапаной реакционной смесью. 4. Различно время проведения анализа по всем трем методикам. 5. Разное количество мишеней при программировании прибора, при этом и на графиках мы видим дополнительные линии, отвечающие за каждую мишень. 6. Количество циклов во всех трех методиках различно. Для оценки точности определения содержания ГМИ методом ПЦР «в реальном времени» нами был проведен следующий эксперимент: использовали три различных набора для количественного определения ГМИ – «TaqMan®GMO Maize 35S Detectsion Kit» (США); «Кукуруза 35S количество» (Россия); «ПЦР-РВ смесь ГМО-кукуруза» (Украина). Все три системы использовались совместно с детектирую-

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

щим амплификатором – системой для проведения ПЦР в режиме реального времени ABI PRISM 7300 (Applied Biosystems, США), В качестве исследуемого образца использовали сертифицированный контрольный материал (кукурузную муку IRMM-413-3 MON 810 maize Sample Identification № 2225 [ERM BF 413d], производства Института контрольных материалов и методов, Бельгия) с содержанием (по массе) генетически модифицированной кукурузы линии MON 810 относительно немодифицированной 0,1%, 1,0%. 5,0%. Проведено два независимых исследования для каждого из выбранных наборов, которое включало серию образцов. После этапа очистки ДНК образцы тестировали при двух повторениях. Экспериментальные данные приведены в табл 5.

ВЫВОДЫ Описана методика позволяющая идентифицировать и количественно определять ГМО в продуктах питания с помощью полимеразной цепной реакции «в реальном времени». Проведен сравнительный анализ трех методик выделения ДНК в пищевых продуктах и тестопределение («Nucleo Spin Food»(США,) «Сорб-ГМО-А»,Синтол,(Россия), «Комплект реактивов для выделения ДНК» (Украина)), а также дана сравнительная оценка трех различных наборов для количественного определения ГМИ (тест-систем): «TaqMan®GMO Maize 35S Detectsion Kit» (США); «Кукуруза 35S количество» (Россия); «ПЦР-РВ смесь ГМО-кукуруза» (Украина).

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

Табл. 5. Результаты исследований образцов с 0,1%, 1,0% и 5,0 %-ным содержанием ГМИ. Набор реагентов TaqMan®GMO Maize 35S Detectsion Kit «Кукуруза 35S количество» (Россия); «ПЦР-РВ смесь ГМОкукуруза» (Украина).

Стандартные образцы, % ГМО 0,1 1,0 5,0 0,1 1,0 5,0 0,1 1,0 5,0

ЛИТЕРАТУРА 1. Козлова Г. В. Лазерная спектроскопия модифицированных молекулярных объектов: автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. физ-мат. наук / Г. В. Козлова. – Ульяновск, 2005. – 21 с. 2. Application of avidin–biotin technology and adsorbtive transfer stripping square-wave voltammetry for detection of DNA hybridization and avidin in transgenic avidin maize / Michal Masarik, Rene Kizek, Karl J. Kramer // Analytical Chemistry. – 2003. – 75, № 11. – С. 2663-2669. 3. Сорокина Е. Ю. Идентификация рекомбинантной ДНК в пищевой продукции: результаты мониторинга / Е. Ю.Сорокина, О. Н. Чернышѐва, Н. Н. Филатов // Симпозиум «Функциональное питание, пищевая безопасность и здоровье людей в условиях мегаполиса», Москва, 2-3 дек., 2003: сборник докладов, программа. – М., 2003. – С. 11-13. 4. Zhu D. Rapid detection of genetic variations using an automated capillary electrophoresis system / Zhu Dan // The Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy New Orleans, La, March 17-22, 2002: PITTCON’2002 „Global Technical Conference and Exposition”: Book Abstr. – New Orleans: La, 2002. – С. 540. 5. Microchip capillary gel electrophoresis using programmed field strength gradients for the ultrafast analysis of genetically modified organisms in soybeans / Kim Yun-Jeong, Chae Joon-Seok, Chang Jun Keun // Journal of Chromatography A. – 2005. – 1083, № 1-2. – С. 179-184. 6. Cantin G. T. Strategies for shotgun identification of podttranslational modifications by mass spectrometry / G. T. Cantin, J. R. Yates // Journal of Chromatography A. – 2004. – 1053, № 1-2. – С. 7-14. 7. Великсар Д. С. Сертификационные испытания пищевых продуктов на загрязнѐнность мутагенными веществами / Д. С. Великсар, И. Ф. Максиян // Партнѐры и конкуренты. – 2002. – № 1. – С. 24-28.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Результаты измерений, % ГМО 0,09 1,24 4,33 0,10 1,12 4,67 0,10 1,13 4,62

Sr, % 8,04 3,98 2,02 8,47 4,84 2,73 9,50 5,84 3,74

8. Looft C. Fleischqualität lässt sich genetisch bestimmen / Christian Looft, Ernst Kalm // Fleischwirtschaft. – 2000. – 80, № 11. – С. 17-18. // Цитировано РЖ Химия. – 2001. – 15-19Р1.193. 9. Buterin T. Potential application of gene expression fingerprinting for food safety screening / T. Buterin, C. Koch, H. Naegeli // Analytica Сhimica Аcta. – 2005. – 529, № 1-2. – С. 33-39 10. Перспектива применения ДНКповреждающего теста для оценки биобезопасности пищевых продуктов / Е. В. Никитина, С. В. Китаевская, В. Я. Понамарѐв // Пищевая промышленность (Россия).–2006.–№7.–С.40-41, 87. 11. Логинова Е. Н. Разработка метода количественного определения ДНК в соевых белковых препаратах и оценка влияния генной модификации на функционально-технологические свойства продуктов переработки сои: автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук / Е. Н. Логинова. – 2004. – 24 с 12. Clapham N. Filiere bovine: I’AND sécurise la traçabilité / N. Clapham // Process Аlim. – 2002. – № 1182. – С. 88. 13. Пат. 2259401 Россия, МПК7 С 12 Р 19/34, С 12 Q 1/68. Сухая смесь реагентов для полимеразной цепной реакции и способ проведения ПЦР-анализа / Шайхаев Г. О. – № 2004112594/13; заявл. 27.04.2004; опубл. 27.08.2005. 14. Schwägete F. Analytik bei Fleisch Bewertung immunologischer und gentechnischer Methoden / Fredi Schwägete // Fleischwirtschaft. – 2001. 81, № 2, С. 78-81. 15. Сердобинский Л. А. Определение генетически модифицированных источников (ГМИ) в продуктах питания и пищевом сырье / Л. А. Сердобинский // Пищевая промышленность (Россия). – 2007. – № 3. – С. 6-7, 85. 16. Heller K. J. Nachweis gentechnisch veränderter Lebensmittel / Knut J. Heller // Schriftenr. Agrar-und Ernährungswiss. Fak. Univ. Kiel. – 2003. – № 98. – С. 215-223. // Цитировано РЖ Химия. – 2004. – 15-19Р1.35.

Определение ГМО в продуктах питания. Сравнение методик выделения ДНК

17. Development and applications of real time PCR standards for GMO quantification based on tandem-marker plasmids / Elia Mattarucchi, Florian Weighardt, Cristina Barbati // Eur. Food Res. and Technol. – 2005. – 221, № 3-4. – С. 511-519. 18. Куликов А. М. ГМО и риски их использования / А. М. Куликов // ГМО-скрытая угроза России: Материалы к Докладу Президенту Российской Федерации. „По анализу эффективности государственного контроля за оборотом генетически модифицированных продуктов питания” (п. 3 ”и” Протокола 4 совместного заседания Совета Безопасности и Президиума Госсовета РФ от 13.11.2003 г.). – М., 2004. – С. 46-71. 19 Development of a polymerase chain reaction assay for detection of three canola transgenes / Tigst Demeke, Randal W. Giroux, Shari Reitmeier [та ін.] // Journal of the American Oil Chemists’ Society. – 2002. – 79, № 10. – С. 1015-1019. 20. Заявка 19718705 Германия, МПК6 С 07 Н 21/04, С 12 Q 1/68. Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Arzahl von Transgenkopien in gentechisch veränderten Zellen / Fiehn Christoph, Wettschureck Nina, Krauthoff Alexandra. – № 19718705.6; заявл. 2.5.97; опубл. 5.11.98. 21. Detection of genetically modified BT-maize in cooked food products by PCR / A. Rizzi, F. Agosti, D. Daffonchio // Ital. Journal of Food Science. – 2001. – 13, № 3. – С. 265-273. 22. Garcia-Caňas V. Quantitation of transgenic Bt event-176 maize using double quantitative competitive polymerase chain reaction and capillary gel electrophoresis laser-induced fluorescence / Virginia Garcia-Cañas, Alejandro Cifuentes, Ramón González // Analytical Chemistry. – 2004. – 76, № 8. – С. 2306-2313. 23. Chiacchierini E. Studio statistico applicator alla metodica di campionamento di sementi transgeniche / E. Chiacchierini, D. Restuccia, G. Vinci // Tecn. Molit. – 2005. – 56, № 6. – С. 611-616. 24. ГОСТ Р 52173:2003 Сырье и продукты пищевые. Метод идентификации генетически модифицированных источников растительного происхождения. 25.ГОСТ Р 52174:2003 Сырье и продукты пищевые. Метод идентификации генетически

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

модифицированных источников растительного происхождения с применением биологического микрочипа. 26. ДСТУ ISO 21569:2008 Продукти харчові. Методи виявлення генетично модифікованих організмів та їх похідних. Якісний метод на основі аналізу нуклеїнової кислоти 27. ДСТУ ISO 21570:2008 Продукти харчові. Методи виявлення генетично модифікованих організмів та їх похідних. Кількісний метод на основі аналізу нуклеїнової кислоти 28. ДСТУ ISO 21571:2008 Продукти харчові. Методи виявлення генетично модифікованих організмів та їх похідних. Екстрагування нуклеїнової кислоти. 29. ДСТУ ISO 224276:2008 Продукти харчові. Методи виявлення генетично модифікованих організмів та їх похідних. Основні вимоги і визначення 30. ДСТУ CEN/TS 15568:2008 Продукти харчові. Методи виявлення генетично модифікованих організмів та їх похідних. Відбір проб 31. ДСТУ ISO/TS 21098:2009 Додаткові процедури та інформація щодо методів аналізування на основі нуклеїнової кислоти, описаних в ISO 21569, ISO 21570, ISO 21571. 32. ДСТУ ISO 24276:2008. Методи виявлення генетично модифікованих організмів і продуктів з їхнім вмістом. Основні вимоги, терміни та визначення понять. 33. ПЦР «в реальном времени» /Ребриков Д.В., Саматов Г.А., Трофимов Д.Ю. и др..: под ред. д.б.н. Д.В.Ребрикова – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 223с. 34. ДСТУ 5021.1:2008 Соя. Ідентифікація генетично модифікованих організмів. Частина 1 Методи відбирання та правила готування проб. 35. ДСТУ 5021.2:2008 Соя. Ідентифікація генетично модифікованих організмів. 36. Чмиленко Ф.А. Теория измерительноинформационного аналитического сигнала. Днепропетровск. Вісник ДНУ. Сер. Хімічні науки.1988. № 1. С.160-168.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III) с амидами 2-оксо-4-гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты

И.И. Леоненко1, А.В. Егорова1, Л.Н. Огниченко1, А.В Ляховский1,Д.И. Александрова1, И.В. Украинец2, В.Е. Кузьмин1, В.П. Антонович1 1

Физико-химический институт им. А.В. Богатского НАН Украины, 65080 Одесса, Люстдорфская дорога, 86, Украина; e-mail: yegorova@interchem.com.ua 2 Национальный фармацевтический университет, 61002 Харьков, ул. Блюхера, 4, Украина Поступила 22 ноября 2010 г./ Принята к публикации 4 деабря 2010 г. При помощи 2D-QSРR моделей, построенных на симплексных и циркулярных дескрипторах, дифференцированных на основе информационных потенциалов атомов, для ряда производных амидов гидроксихинолин-3- карбоновой кислоты установлена связь люминесцентных характеристик комплексов европия (III) и тербия (III) со структурой лигандов. Полученные адекватные консенсусные модели обладают достаточной прогнозирующей способностью (R2test=0,9150,986) и указывают на приоритетное влияние на квантовый выход люминесценции и время жизни возбужденного состояния ионов лантанидов электростатического фактора и Ван-дерваальсовых взаимодействий. I.I. LEONENKO, А.V. YEGOROVA, L.N. OGNICHENKO, A.V LIAHOVSKY,D.I. ALEKSANDROVA, I.V. UKRAINETS, V. E. KUZ’MIN,V.P. ANTONOVICH. QSРR ANALYSIS OF THE LUMINESCENT CHARACTERISTICS OF Еu(III) AND Тb(III) COMPLEXES WITH 2-OXO-4-HYDROXYQUINOLINE-3CARBOXYLIC ACID AMIDES - Relationships of the luminescent characteristics of europium (III) andterbium (III) complexes of hydroxyquinoline carboxylic acid amide derivatives with their structure has been established by means of 2D-QSРR models, which were constructed on the simplex and circular descriptors weighed by informational potentials of the atoms. The received consensus models are adequate, offers satisfactory predicting ability (R2test=0,915-0,986) and indicate priority influence of electrostatic factor and Van der Waals relationships on the quantum yield of luminescence and the lifetime of the excited state of lanthanide ions. Ключевые слова: 2D-QSРR модели, люминесценция, европий, тербий, гидроксихинолин-3- карбоновые кислоты Keywords: 2D-QSРR models, luminescence, europium, terbium, hydroxyquinoline-3-carboxylic acids Лантаниды (Ln) и их соединения широко используются в медицине и технике, для получения функциональных материалов различного назначения [1, 2]. Все практические приложения основаны на характеристической 4fлюминесценции Ln(III), усиленной (сенсибилизированной) за счет внутримолекулярного переноса энергии возбуждения с триплетных уровней лиганда на излучательные уровни ионов лантанидов [3, 4]. Сенсибилизированная люминесценция ионов Ln(III) (СЛЛ) предложена для высокочувствительного определения ряда лантанидов в природных объектах, функциональных материалах и особо чистых соединениях РЗЭ [5-7]. В настоящее время СЛЛ широко применяют для люминесцентного определения широкого круга биологически-активных веществ, включая лекарственные препараты [8-12], для изучения ДНК - гибридизации и создания ДНК -

зондов, а также в гомогенном и гетерогенном иммунном анализе [13,14]. Необходимо констатировать, что в СЛЛ ряд вопросов связи между величиной аналитического сигнала (интенсивностью люминесценции – Iлюм, ее квантовым выходом - Ф, временем жизни возбужденного состояния– ) и природой лиганда, энергетическим зазором (разностью между энергиями триплетного уровня лиганда и возбужденного уровня иона Ln) еще не получили строгого теоретического обоснования. Поэтому в настоящее время эффективно применяют хемометрические подходы для количественных оценок зависимости физикохимических свойств комплексов лантанидов от природы лигандов [15-17].

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

Особенно перспективно применение QSPR1 методов на основе симбиоза симплексного представления молекулярной структуры [18] и модели информационного поля молекул [19-21]. Ранее нами был проведен анализ влияния структуры лигандов – производных амидов 2оксо-4-гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты на квантовый выход люминесценции и время жизни возбужденного состояния иона лантанида [22]. Было выявлено приоритетное влияние электростатики, электронной поляризуемости лигандов и их топологии на изучаемые свойства. В настоящей работе проведен анализ люминесцентных свойств новых комплексных соединений лантанидов с пиколин- и фурфурилсодержащими амидами 2-оксо-4-гидроксихинолин3-карбоновой кислоты. Некоторые из изученных комплексов предложены в качестве аналитических форм для определения тербия в высокочистых оксидах РЗЭ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 1. Реактивы и аппаратура В работе использовали стандартные растворы (0,1 моль/л, 1 мг/мл) хлоридов тербия и европия, которые готовили из соответствующих оксидов высокой чистоты. Концентрацию полученных растворов контролировали комплексонометрически с индикатором арсеназо I в уротропиновом буферном растворе при рН 7,0±0,2. Рабочие растворы хлоридов лантанидов готовили разбавлением стандартных растворов водой. Использованные реагенты, пиколин- и фурфурилсодержащие амиды 2-оксо-4гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты (табл. 1), были синтезированы, очищены и идентифицированы в соответствии с данными [23]. -3 Растворы (1·10 моль/л) реагентов L1-12 получали растворением точных навесок в диметилформамиде (ДМФА). Рабочие растворы реагентов готовили соответствующим разбавлением водой. Значение рН растворов устанавливали с помощью 40%-ного раствора уротропина. Стандартный раствор хинина сульфата (1·10-2 моль/л) (Fluka) готовили растворением точной навески в 1 моль/л H2SO4. Стандартный раствор (1·10-2 моль/л) комплекса рутения [Ru (2,2/дипиридил)3]Сl2×6 Н2О (―Fluka‖) готовили растворением точной навески в воде.

QSPR – Quantitative Structure - Property Relationship (КЗСС - Количественная зависимость между структурой и свойством). Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

В работе использовали все реактивы квалификации не ниже ч.д.а. и бидистиллированную воду. Спектры люминесценции и возбуждения, а также кривые затухания люминесценции регистрировали с помощью спектрофлуориметра Cary Eclipse (Varian) с ксеноновой лампой 150W. Все измерения проводили при комнатной температуре (21-23 С). Спектры люминесценции ионов европия (III) регистрировали в области (560–650) нм с λмакс = 580 нм, 590 нм и 612 нм 5 7 5 7 5 7 (переходы D0 F0, D0 F1 и D0 F2, соответственно); тербия (III) – (480–620) нм с λмакс = 490 нм, 545 нм и 590 нм (переходы 5D4 7F6, 5D4 7F5, 5 D4 7F4, соответственно). Спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре UV-2401 PC (Shimadzu). Значения энергии триплетных уровней органических реагентов определяли на основании анализа спектров фосфоресценции их комплексов с гадолинием при 77ºK [24]. Расчет величин соотношения интенсивностей (η) был проведен в соответствии с работой [25]: для комплексов тербия (III) по формуле η = I(5D4→7F5)/I(5D4→7F4), а для комплексов европия (III) по формуле η = I(5D0→7F2)/I(5D0→7F1). Для получения кривых затухания люминесценции изученных комплексов использовали возбуждение образца импульсами света, полное время интегрирования сигнала составляет 6 мс. Значения времен жизни возбужденного состояния ионов лантанидов вычисляли с использованием программного обеспечения Cary Eclipse. Значения рН растворов измеряли с помощью рН-метра Lab 850 (Schott Instruments GmbH, Germany) со стеклянным электродом, калибровку которого проводили с помощью стандартных буферных растворов. 2. Построение QSPR моделей. Для построения QSPR моделей было использовано 2 подхода: симплексный [21] и циркулярный [26]. Эти подходы позволяют генерировать структурные параметры соединений на основе симбиоза модели информационного поля с циркулярным или симплексным представлением молекулярной структуры. В симплексном представлении молекулярной структуры молекула рассматривается как система различных четырехатомных фрагментов фиксированного состава, структуры, хиральности и симметрии [18]. Атомы в симплексе могут быть дифференцированы на основе различных характеристик, в частности, по типам атомов, по различным физикохимическим свойствам, а также по потенциалам информационных полей на атомах, что дает возможность учитывать взаимные влияния атомов, оп-

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

ределяемые их природой, а также топологией молекулы. Подробно данный подход описан в [22], где представлено разбиение на симплексы молекулы аланина с учетом топологических информационных потенциалов.

Циркулярная модель представляет молекулы произвольного строения в виде унифицированного псевдоцикла с однозначно определенным порядком атомов с помощью решения «задачи коммивояжера» для молекулярного графа (рис 1).

Рис.1. Схема получения фрагментарных дескрипторов на базе циркулярной модели молекул на примере 2-хлор-1-(2-метил-азиридин-1-ил)-этанона.

На основе псевдоцикла рассчитывают 2 группы дескрипторов - спектральные и фрагментные. Спектральные дескрипторы получают путем сопоставления атомам в псевдоцикле физико-химических характеристик, при этом сама структура представляется в виде одного или нескольких числовых рядов, отражающих распределение соответствующих свойств по псевдоциклу. Далее для этих спектров проводят гармонический анализ, что позволяет отразить структурные особенности молекулы в целом: от отдельных фрагментов (высокочастотные гармоники) до всей молекулы (низкочастотные гармоники) и в рамках циркулярной модели в качестве дескрипторов используются величины амплитуд гармоник. Для формирования фрагментных циркулярных дескрипторов используется идеология симплексного метода: в качестве дескриптора выступает количество фрагмента определенной длины, выбранного при последовательном обходе псевдоцикла. Для определения меток при выборе фрагментов используют тот же подход, что и в симплексном методе.

и квантовый выход люминесценции их комплексов с ионами Eu(III) и Tb(III). Кроме 12 реагентов (L31-42), приведенных в табл.1, в настоящей работе использованы экспериментальные данные для 30 других соединений этого класса (L1-30), представленные в нашей предыдущей статье [22]. Для построения моделей с большим числом молекулярных дескрипторов использовали метод частичных наименьших квадратов (PLS) [27]. При построении PLS-соотношений предварительно были отсеяны взаимно коррелированные параметры и использован генетический алгоритм [28] для формирования начальных наборов дескрипторов. Качество моделей оценивалось по следующим показателям: R2test – коэффициент детерминации для тестовой выборки - определяет прогностическую способность получаемых моделей в условиях прогноза соединений, не участвующих в обучении; СКО - среднеквадратичное отклонение между предсказанными и найденными значениями свойства.

В рамках вышеописанных подходов был проведен анализ влияния структуры производных амидов 4-гидрокси-1,2-дигидрохинолин-2-оксо3-карбоновой кислоты (табл. 1) на время жизни 40

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

Таблица 1. Спектрально-люминесцентные характеристики лигандов (*) и их комплексов с ионами лан-5 -5 танидов (CTb = СEu = 1·10 моль/л; CL = 5·10 моль/л) Tb(III) №L

Т*, см

Реагент

-1

*, нм

Eu(III)

4 ,10 * λвозб, нм

τ, мкс

,, τ, мкс

CH3 OH

N H

22220

313

2,49

335

0,48

1350

0,32

1015

22370

313

2,53

336

0,47

1240

0,40

1020

22150

313

2,46

334

0,47

1130

0,34

930

22120

313

2,43

326

0,45

1080

0,28

860

22200

313

2,45

327

0,40

1090

0,30

830

20530

339

1,75

315

0,23

790

0,20

660

21140

338

1,93

314

0,30

1095

0,23

880

20830

338

2,04

326

0,30

1070

0,21

880

20550

331

2,54

346

0,33

915

0,20

1010

20580

335

1,76

328

0,25

795

0,12

840

20570

326

1,35

315

0,35

1000

0,28

850

20750

331

1,38

327

0,18

310

0,11

830

C2H5

CH3 OH

N H C3H7

CH3 OH

N H C4H9

CH3 OH

N H C5H11

CH3 OH

N H C6H13 OH

N H

O O

CH3

N S

N H O O

O OH

O N H

CH3

CH3 OH

N H

N N H

O O

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

плетных уровней изученных лигандов больше 5 энергии возбужденных уровней D4 иона Tb(III) -1 (20500 см ), что делает возможным передачу им энергии возбуждения. Интенсивность люминесценции иона Eu(III) в соединениях с этими реагентами также велика. Можно предположить, что происходит передача энергии возбуждения c лиганда на энергетический уровень 5D1 (19000 см-1) европия (III) с последующей безызлучательной релаксацией до первого возбужденного 5 -1 состояния D0 (17300 см ), с которого и происходит излучение иона Eu(III) (рис. 2).

Комплексообразование пиколин- и фурфурилсодержащих амидов 2-оксо-4гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты с ионами Ln(III) протекает в широком интервале значений рН – от 3,0 до 11,0 с максимумами люминесценции при рН 7,0–9,0. Установлены спектрально-люминесцентные характеристики двойных комплексов европия (III) и тербия (III) с данными реагентами (табл. 1). Из этих данных следует, что энергии три-

а) 600

Eu-L31

Iлюм, отн. ед.

500

Iлюм, отн.ед.

Tb-L31

400 300 200 100 0

Eu-L31

б) 800

260 280 300 320 340 360 380 400 Длина волны, нм

600 400

Tb-L31

200 0 450

500

550 600 650 700 Длина волны, нм

750

Рис.2. Спектры возбуждения (а) и спектры люминесценции (б) комплексов европия и тербия с L31 (СTb=1×10-7 моль/л; CEu=1×10-6 моль/л; CLn : СL31=1:5). Изучена кинетика затухания люминесценции Eu(III) и Tb(III) в комплексах с L31-42. Для примера на рис. 3 приведены кривые затухания люминесценции комплексов лантанидов (III). 1000

Iлюм, отн. ед.

800

Tb ( 1350 мкс)

600

Eu (1015 мкс)

400 200 0

Время жизни, мс

Рис.3. Кривые затухания люминесценции комплексов Ln(III)–L31 (СLn(III)= 1×10-5 моль/л; СL31= 5×10-5 моль/л).

Квантовые выходы люминесценции (Ф) комплексов Eu(III) и Tb(III) с L31-42(табл. 1) были рассчитаны при λвозб = 320 нм, pH = 7,0-9,0 относи2+ тельно [Ru(bipy)3] (Ф = 0,028) и сульфата хинина (Ф = 0,546 в 1 моль/л H2SO4) [29]. Как видно из табл. 1, достаточно высокие значения квантовых выходов люминесценции комплексов являются свидетельством низкой безызлучательной дезактивации энергии возбуждения. Установлено, что ионы лантанидов образуют с исследованным классом соединений комплексы с соотношением компонентов Ln(III):лиганд = 1:3 (в избытке лиганда). Максимальная интенсивность люминесценции изученных комплексов наблюдается в водных растворах. Органические растворители, поверхностно-активные и донорно-активные вещества практически не влияют на интенсивность люминесценции данных комплексов. Одним из параметров, определяющим влияние поля лигандов на 4f – оболочку иона лантанида, является величина соотношения интенсивностей (η) двух полос спектра люминесценции – одной, соответствующей сверхчувствительному переходу, и другой, не соответствующей ему или соответствующей магнитнодипольному переходу [25]. Мы установили, что величины η для комплексов Eu(III) (9,64 – 9,91),

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

Tb(III) (6,69 – 8,21) с указанными реагентами в большинстве случаев больше либо сопоставимы с величинами η, полученными ранее для широко применяющихся комплексов лантанидов [5], что является свидетельством значительного влияния природы изученных лигандов на вероятность излучательных переходов 4f – электрона в ионе лантанида с возбужденного на ниже расположенные уровни. Наблюдаемая разница в величинах квантовых выходов и времен жизни, очевидно, зависит от совокупности факторов (величин зарядов на донорных атомах, поляризуемости связи металл – лиганд, электронодонорной способности заместителей). В результате QSPR анализа удалось получить набор адекватных моделей, реализующих оба указанных выше подхода (симплексный и циркулярный) к описанию молекулярной структуры. Расширенная выборка соединений (L1-42) была использована для построения моделей для каждого люминесцентного свойства. На началь-

ном этапе были сформированы пять наборов, в каждом из которых 20% составляли тестовые молекулы. Следует отметить, что каждая молекула входит в тест только один раз. Затем строились соответствующие PLS модели для каждого набора. В таблице 3 представлены результирующие модели, полученные в рамках симплексно-информационного и циркулярного представления молекулярной структуры, а также общая консенсусная модель. Результатом последней является среднее значение величин свойств, рассчитанным по двум предыдущим моделям. Как видно из таблицы 2, все указанные QSPR модели обладают хорошей прогнозирующей способностью (R2test). На рис. 4 представлены зависимости наблюдаемых и предсказанных значений квантового выхода и значений времени жизни возбужденного состояния ионов лантанидов для комплексов ионов Eu(III) (а) и ионов Tb(III) (б).

1200

0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 -0,05

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

наблюдаемые значения

0,40

наблюдаемые значения

0,40 0,35 0,30 0,25 0,20

0,30

0,35

0,40

0,45

800 700 600 500

600

800

1000

предсказанные значения

1200

в)

0,45

0,25

900

400

0,50

0,20

1000

400

предсказанные значения а)

0,15 0,15

1100

0,50

1900 1700 1500 1300 1100 900 700 700

900

1100

1300

1500

1700

предсказанные значения

б)

г)

1900

Рис.4. Зависимость наблюдаемых и предсказанных значений квантового выхода (а,б) и времени жизни (в,г) для комплексов ионов Eu(III) и ионов Tb(III) соответственно.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

Таблица 2. Статистические характеристики 2D-QSРR моделей для квантового выхода и времени жизни люминесценции комплексов ионов Eu(III) и Tb(III). выборка

исследуемое свойство

симплексная

Код метода M2

0.959

0.022

циркулярная

0.961

0.021

консенсусная

0.977

0.017

симплексная

0.965

40.3

циркулярная

0.979

31.8

консенсусная

0.985

27.5

симплексная

M2 M1

0.915

0.03

циркулярная

0.962

0.02

консенсусная

0.960

0.02

симплексная

0.968

48.0

0.986

32.3

0.984

35.1

модель

квантовый выход комплексы ионов Eu(III) время жизни

квантовый выход комплексы ионов Tb(III)

циркулярная

время жизни

консенсусная

M1 M3

СКО

test

Таблица 3. Структуры новых лигандов, для которых проводился виртуальный скрининг, и предсказанные для них значения люминесцентных свойств. № 1

Реагент 2 OH

Время жизни Eu (III) M3 4

Квантовый выход Tb (III) M1 5

Времяжизни Tb (III) M1 6

0.21

743

0.38

961

0.22

749

0.34

948

0.16

772

0.34

936

0.19

733

0.34

927

0.13

865

0.31

964

O N H

Квантовый выход Eu (III) M1 3

O O

O N

N H N

O O

O N H

N H

O O

Cl OH

O N H

47 N

CH3

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

N H

CH3

0.20

867

0.32

1104

0.18

863

0.28

1079

0.17

889

0.30

1046

0.17

937

0.29

790

0.19

812

0.35

1029

0.22

802

0.35

993

0.19

843

0.34

1022

0.14

872

0.30

956

0.13

916

0.30

928

0.15

921

0.31

982

0.21

811

0.35

1033

CH3

N H O

CH3

N H

CH3

N H O

H3C O

N H

HO O

N H

O Cl

N H N

O O

O N H

O O

CH3 N H

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

N H

0.17

947

0.29

1025

0.17

905

0.33

931

0.16

913

0.34

716

0.15

825

0.38

893

CH3

N S

N H

60 O

N H

O O C2H5 OH

N H

62 N

O O

А)

В)

поляризуемость другие 11% топология 13% 11%

топология 3%

поляризуемость другие 11% 15%

ВДВВ 18%

36% электростатика

Б) поляризуемость 7%

другие 12%

ВДВВ 18%

липофильность 11%

липофильность 18%

48% электростатика

Г) другие 8% 2% поляризуемость

липофильность 17%

ВДВВ 13%

25% топология 25% электростатика

5% липофильность

ВДВВ 16% топология 10%

47% электростатика

Рис.5. Относительное влияние некоторых структурных факторов на квантовый выход (а,б) и время жизни (в,г) для комплексов ионов Eu(III) и ионов Tb(III) соответственно. 46

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

Для интерпретации полученных зависимостей «структура - свойства» и для прогноза свойств новых соединений (L43-63) (таблица 3) мы использовали те модели, которые дают минимальные значения СКО для каждого конкретного свойства. В рамках полученных моделей возможно определить относительное влияние различных физико-химических факторов на исследуемое свойство. Для этого необходимо просуммировать и сравнить вклады атомов в регрессионной модели отдельно для каждой группы, соответствующей тому или иному способу дифференциации. На рис.5 представлены относительные влияния некоторых структурных факторов на квантовый выход и время жизни люминесценции, соответственно. Как следует из рисунков, для всех люминесцентных свойств изучаемых соединений ведущим структурным фактором является электростатический (25-48%). По всей вероятности, распределение зарядов на атомах существенным образом определяет как внутри-, так и межмолекулярные взаимодействия. Кроме того, как видно из полученных диаграмм, во всех случаях важна роль вандерваальсовых взаимодействий (VDW, 13-18%). Липофильность лигандов, препятствующая проникновению к ионам Eu(III) и Tb(III) молекул воды, тушащих люминесценцию, также играет заметную роль. Интересно отметить, что влияние липофильности лигандов более заметно для люминесцентных свойств комплексов Tb (17-18%) и менее для комплексов Eu (5-11%). Обратная ситуация наблюдается для электронной поляризуемости. Роль последней более важна для комплексов Eu(III), чем для комплексов Tb(III). Топология лигандов, по существу отражающая их строение, в большей степени сказывается на квантовом выходе исследуемых соединений и в меньшей степени влияет на время жизни люминесценции. Другие структурные факторы (индивидуальность атомов, их масса, способность выступать донором или акцептором водородной

связи) в сумме оказывают влияние на люминесцентные свойства в пределах 8-15%. Важным преимуществом использованных подходов является возможность построения легко интерпретируемых QSPR моделей, на основе которых можно рассчитать влияние каждого атома на исследуемое свойство. Не вдаваясь в детали, можно выявить общие тенденции влияния структуры на люминесцентные свойства исследуемых комплексов. Все рассматриваемые соединения можно представить общей схемой, состоящей из общего скелета и варьируемых фрагментов «А», «В», «D»:

O N H

A N

B Из анализа полученных моделей следует, что наиболее перспективны в плане люминесцентных свойств лиганды, содержащие в качестве фрагмента «А» незамещенные циклогексановое или бензольное кольца. В качестве фрагмента «В» наиболее перспективны (С2 - С6) неразветвленные алкилы и фурфурильный фрагмент. В качестве фрагмента «D» вне конкуренции для комплексов Eu(III) и Tb(III) – алкилзамещенные 1,3,4–тиадиазолы и пиколины. Хотя общие тенденции влияния структуры исследуемых соединений на их люминесцентные свойства понятны, следует помнить, что для разных комплексов баланс влияния различных структурных факторов на квантовый выход и на время жизни люминесценции может существенно отличаться. Об этом свидетельствуют результаты прогноза люминесцентных свойств для новых (еще не изученных) соединений (L4362), представленных в таблице 4.

Таблица 4. Результаты определения тербия в высокочистых оксидах РЗЭ (n=5, P=0.95) -4

Ln2O3

Найдено (СTb ±∆x), 10 %

Gd2O3

5.8 ± 0.4

0.058

La2O3

2.4 ± 0.2

0.062

Y2O3

6.5 ± 0.2

0.049

Среди приведенных соединений нет ни одного, которое бы могло быть явным лидером с поМетоды и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

зиции и квантового выхода и времени жизни люминесценции. Для того, чтобы как-то оптими47

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

Методика Стандартные растворы анализируемых оксидов РЗЭ: навеску прокаленных оксидов растворяли в соляной кислоте, ее избыток удаляли выпариванием, остаток растворяли в воде и готовили растворы с содержанием вещества 1 мг/мл. 100 80

Iлюм, %

зировать выбор перспективных соединений из указанной выборки в плане люминесцентных свойств в целом, мы проранжировали значения. Далее упорядочили данные соединения по суммарному рангу, определяющего люминесцентные свойства в целом как для комплексов Eu(III), так и Tb(III). Для соединений 43-63 можно привести следующий ряд по мере уменьшения суммарных характеристик люминесцентных свойств для Eu(III) и Tb(III): 58 > 50≈ 52 > 53 > 57 > 54 > 48 ≈ 56 ≈ 59 ≈ 60 > 49 ≈ 55 > 44 > 43 > 45 > 62 > 47 > 46 > 51 > 61. По результатам проведенных QSPR исследований нами установлено, что изученные комплексы с амидами 2-оксо-4-гидроксихинолин-3карбоновой кислоты, содержащими алкилзамещенный 1,3,4–тиадиазольный (L15-17) и γпиколиновый (L31-35) фрагменты, оказались более чувствительными аналитическими формами для люминесцентного определения лантанидов. Поиск новых эффективных лигандов для комплексов Eu и Tb, обладающих высокими характеристиками люминесцентных свойств, следует искать среди соединений общей формулы:

60 40 20 0 Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

O N R2 H

Рис.6. Интенсивность люминесценции Tb (%) в присутствии 100-кратных избытков других Ln (CTb=1×10-6 М, CLn=1×10-4 М, CL31=5×10-6 М).

R1 где R1 - алкильные заместители оптимальной длины (С2-С3) и R2- .тиадиазольный или γ-пиколиновый фрагменты. Изученный комплекс с Tb(III) – L31 оказался чувствительной аналитической формой для люминесцентного определения тербия. Для нее изучено влияние посторонних лантанидов на относительную интенсивность люминесценции Tb(III). Показано, что интенсивность люминесценции максимальна на элементах – основах, в атомах которых либо отсутствуют 4f – электроны (La, Y), либо полностью заполнена 4f – оболочка (Lu), либо резонансный уровень расположен выше резонансного уровня тербия (Gd) (рис. 6). При остальных элементах – основах происходит значительная дезактивация возбуждѐнного состояния молекулы комплекса Tb(III) ионами РЗЭ. Данная аналитическая форма предложена для количественного определения Tb(III) в высокочистых оксидах La2О3, Y2О3 и Gd2О3.

Рабочие растворы анализируемых оксидов РЗЭ (10 мкг/мл) готовили разбавлением стандартных растворов в 100 раз. Определение проводили по методу добавок следующим образом: по 1 мл рабочего раствора анализируемого оксида РЗЭ помещали в три мерные колбы вместимостью 10 мл, в две из них добавляли разные количества рабочего раствора хлорида тербия такой концентрации, которая увеличивает Iлюм ~ в 2 и 3 раза, 0.1 мл раствора реагента L31 (1·10-3 моль/л), разбавляли водой до объѐма 6-7 мл, прибавляли 0,4 мл 40 % раствора уротропина и доводили водой до 10 мл. Регистрировали интенсивность люминесценции тербия в области 530 – 560 нм. По величине полученных пиков (λ = 545 нм) рассчитывали содержание тербия в анализируемых образцах. Содержание Tb(III) в мкг/мл рассчитывают по формуле метода добавок: Cx = Cд

Ix / (Ix+ д - Ix)

где Cx – концентрация Tb(III), мкг/мл;

QSPR анализ люминесцентных свойств комплексов Eu(III) и Tb(III)

Ix, I x+ д — соответственно Iлюм пробы и пробы с добавкой Tb(III) (с учетом Iлюм контрольной пробы); Cд — концентрация добавки Tb(III), мкг/мл. Результаты определения тербия в оксидах РЗЭ приведены в таблице 4. ВЫВОДЫ Показана эффективность хемометрических подходов при анализе связи люминесцентных характеристик комплексов европия (III) и тербия (III) со структурой лигандов – производных амидов гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты. Использованные консенсусные 2D-QSPR модеЛИТЕРАТУРА 1 Bünzli J.-C., Comby S., Chauvin A.-S., Vandevyver C. D.B. New Opportunities for Lanthanide Luminescence // J. Rare Earths 2007. – 25. – P. 257-274. 2 Santos C. M., Harte A. J. ,Quinn S. J., Gunnlaugsson T. Recent developments in the field of supramolecular lanthanide luminescent sensors and self-assemblies // Coord.Chem. Rev. – 2008. 252. – P. 2512-2527. 3 Samuel A. P., Moore E. G., Melchior M. , Xu J., Raymond K.N. Water-Soluble 2Hydroxyisophthalamides for Sensitization of Lanthanide Luminescence // Inorg. Chem. – 2008. - 47. – Р. 7535-7544. 4 Gu G., Tang R., Zheng Y., Shi X. Synthesis, characterization and fluorescence properties of novel pyridine dicarboxylic acid derivatives and corresponding Tb(III) complexes // Spectrochim.Acta Part A. – 2008. – 71. – Р.209–214. 5. Полуэктов Н.С., Кононенко Л.И., Ефрюшина Н.П., Бельтюкова С.В. Спектрофотометрические и люминесцентные методы определения лантанидов. – К.: Наукова думка, 1989. – 256 с. 6 Wu X. , Wang Y. , Sun S., Yang J., Guo C., Han Y., Du A. Enhanced Fluorescence of Eu-GdOxolinic Acid-CTMAB System and Its Application to the Determination of Europium (III) at Ultra-Trace Amount // Anal.Lett. – 2004. – 37. – P. 2739 - 2752 7 Lin P., Zheng H., Zhu Q., Xu J. A new Fluorimetric Reagent for Highly Selective and Sensitive Determination of Terbium Ion // Microchim. Acta – 2002. – 140. - Р. 125-129. 8 Murray B.S; New E.J; Pal R.; Parker D. Critical evaluation of five emissive europium(III) complexes as optical probes: correlation of cytotoxicity, anion and protein affinity with complex structure, stability and intracellular localisation profile // Org.Biomol.Chem. – 2008. – 6.- P. 2085-2094.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

ли для широкой выборки из 62 комплексов показали удовлетворительную прогнозирующую способность и указали на приоритетное влияние на квантовый выход и время жизни люминесценции комплексов электростатических и Вандер-ваальсовых взаимодействий, а также липофильности лигандов. Комплекс тербия (III) с одним из лучших из предсказанных моделями лигандов использован в качестве аналитической формы для высокочувствительного люминесцентного определения тербия в высокочистых оксидах лантана, иттрия и гадолиния.

9. Rieutord A., Prognon P., Brion F., Mahuzier G. Liquid chromatographid determination using lanthanides as time - resolved luminescence probes for drugs and xenobiotics: advantages and limitations // Analyst. – 1997. – 122. - P. 59R - 66 R. 10 Eliseeva S.V. and Bunzli J.-C. Lanthanide luminescence for functional materials and biosciences // Chem. Soc. Rev. – 2010. – 39. - P. 189–227. 11 Thibon A., Pierre V.C. Principles of responsive lanthanide-based luminescent probes for cellular imaging // Anal. Bioanal. Chem. – 2009. – 394. P. 107–120. 12 Bunzli J.-C. Lanthanide Luminescent Bioprobes (LLBs) // Chem. Lett. – 2009. – 38. - Р. 104-109. 13. Motson G., Fleming J., Brooker S. Potential applications for the use of lanthanide complexes as luminescent biolabels // Advan. Inorg. Chem. – 2004. – 55. – P. 361 – 431. 14 Karhunen U., Jaakkola L., Wang Q., Lamminmaki U., Soukka T. Luminescence Switching by Hybridization Mixed Lanthanide Complex Formation // Anal. Chem. -2010. – 82. - P.751–754. 15 Qi Y.-H., Zhang Q.-Y., Xu L. Correlation analysis of the structures and stability constants of gadolinium(III) complexes // J. Chem. Inf. Comput. Sci. – 2002. – 42. – P. 1471-1475. 16. Кузьмин В.Е., Мешкова С.Б., Артеменко А.Г. Анализ связей интенсивности люминесценции ß-дикетонатов лантанидов (III) с их структурой в рамках решеточной модели // Коорд. химия. – 2000. – 26, № 9. – С. 705-710. 17. Коровин Ю.В., Кузьмин В.Е., Русакова Н.В., Жилина З.И., Водзинский С.В., Юданова И.В. Влияние природы мезо – заместителей в порфиринах на излучательную способность ионов иттербия в комплексах с порфиринами // Журн. неорг. химии. – 2003. – 48, № 3. – С. 489493.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 38-50

18 Kuz’min V., Artemenko A., Polischuk P., Muratov E., Khromov A., Liahovskiy A., Andronati S., Makan S. Hierarchic System of QSAR Models (1D-4D) on the Base of Simplex Representation of Molecular Structure // J. Mol. Mod. – 2005. – 11, №6. – P. 457-467. 19 Кузьмин В.Е. Моделирование информационного поля молекул // Доклады НАНУ. – 2000. – № 3. – С. 159-163. 20 Kuz’min V.E., Ognichenko L.N., Artemenko A.G. Modeling of the informational field of molecules // J. Mol. Model. - 2001. – 7, № 7. – Р. 278-285.

28 Rogers D., Hopfinger A.J. Application of Genetic Function Approximation to Quantitative Structure-Activity Relationships and Quantitative Structure-Property Relationships // J. Chem.Inf. Comp. Sci. – 1994. – 34, № 4. – P. 854-866 29 Galaup C., Carrie M.-C., Tisnes P., Picard C. Time-resolved luminescence in aqueous solution – new europium labels derived from macro(by)cyclic ligands with aminocarboxylic units // Eur. J. Org. Chem. – 2001. - №11. – Р. 2165-2175.

21 Kuz’min V.E., Artemenko A.G., Muratov E.N., Polischuk P.G., Ognichenko L.N., Liahovsky A.V., Hromov A.I., Varlamova E.V. Virtual Screening and Molecular Design Based on Hierarchical QSAR Technology. From Springer-Verlag New York Inc. Recent Advances in QSAR Studies Methods and Applications. Series: Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics , Vol. 8. Part I, Chapter 5. Puzyn, Tomasz; Leszczynski, Jerzy; Cronin, Mark T.D. (Eds.), 2010, 423 p. 22 Александрова Д.И., Егорова А.В., Огниченко Л.Н., Скрипинец Ю.В.Украинец И.В, Кузьмин В.Е., Антонович В.П. Влияние структуры лигандов – производных амидов 2-оксо-4гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты на люминесцентные характеристики их комплексов с ионами лантанидов // Методы и объекты химического анализа. – 2008.– 3, № 1. – С. 50–63. 23 Українець І.В., Ель Каяль С.А., Горохова О.В., Сидоренко Л.В. Cинтез та протитуберкульозна активність метилзаміщених піридил-2амідів 1-R-2-оксо-4-гідроксихінолін-3-карбонових кислот // Фармацевтичний журнал. — 2004. — № 4. — С. 47-53 24 Паркер С. Фотолюминесценция растворов. - М.: Мир, 1972. - 503 с. 25 Sinsha S.P. Fluorescence and laser action on rare earth chelates In: Spectroscopy in Inorganic Chemistry. Ed. C.N.R. Rao and J.R. Ferraro. – New-York: Acad. Press. – 1971. - V.2.- P. 255-288. 26 Артеменко А.Г., Ляховский А.В., Муратов Е.Н., Басок С.С., Лозицкий В.П., Федчук А.С., Гридина Т.В., Кузьмин В.Е. QSAR анализ противогерпетической активности макрогетероциклических соединений и их структурных аналогов // Доклады НАНУ.-2010.- №.4. – С. 131-136. 27 Rännar S., Lindgren F., Geladi P., Wold S. A PLS Kernel Algorithm for Data Sets with Many Variables and Fewer objects. Part 1: Theory and Algorithm // J. Chemometrics. – 1994. – 8. – P. 111125.

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними ПАР

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними поверхнево-активними речовинами О.В. Зуй Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, бульвар Вернадського 42, 03680 Київ, e-mail: olegzuy@hotmail.com Надійшла 7 грудня 2010 р./ Прийнята до друку 14 грудня 2010 р. Досліджено склад малорозчинних іонних асоціатів молібдосилікатної, молібдованадоарсенатної та молібдованадофосфатної гетерополікислот з довголанцюговими катіонними поверхневоактивними речовинами методами зсуву рівноваги та молярних відношень після фільтрування через целюлозні фільтри, застосовуючи хемілюмінесцентні реакції іонних асоціатів з люмінолом. Використано суму світла та його максимальну інтенсивність як характеристики систем. Молярне співвідношення компонентів у складі ІА, встановлене методом зсуву рівноваги, відповідає співвідношенням, визначеним методом молярних відношень. O.V. ZUI. APPLICATION OF CHEMILUMINESCENCE FOR THE DETERMINATION OF COMPOSITION OF ION ASSOCIATES OF HETEROPOLY ACIDS WITH CATIONIC SURFACTANTS – Composition of sparingly soluble ion associates of molybdosilicic, molybdovanadoarsenic, and molybdovanadophosphoric heteropoly acids with long-chain cationic surfactants has been examined by equilibrium shift method and molar ratio method after filtration through the cellulose filters, applying chemiluminescence reactions of ion associates with luminol. Integral light amount and maximum light intensity were used as characteristics of the system. Molar ratio of components in ion associate determined by equilibrium shift method coincides with ratio found by molar ratio method. Ключові слова: хемілюмінесценція, іонні асоціати гетерополікислот, склад сполук, метод зсуву рівноваги, метод молярних відношень Keywords: chemiluminescence, ion associates of heteropoly acids, compounds composition, equilibrium shift method, molar ratio method Іонні асоціати катіонних поверхнево-активних речовин (КПАР), а також інших азотвмісних органічних катіонів з гетерополікислотами (ГПК) широко застосовуються у фотометричному, електрохімічному, хемілюмінесцентному, хроматографічному, рентгенофлуоресцентному та інших варіантах аналізу [1-5]. Склад цих іонних асоціатів (ІА) вивчали гравіметричним методом [6-8], методом амперометричного титрування [2], елементним аналізом, порівнянням ІЧ-спектрів та ін. [6,7] за досить високих концентрацій у розчині, а також при препаративному виділенні. Склад ІА молібдованадофосфатної ГПК з КПАР вивчався також методом зсуву рівноваги у розчинах із застосуванням хемілюмінесцентного (ХЛ) методу [3]. ХЛ метод було запропоновано використовувати для вивчення комплексоутворення в ХЛ реакціях академіком А.К. Бабко [9]. У якості властивостей системи були обрані такі характеристики ХЛ реакцій, як сума виділеного світла (∑) та його максимальна інтенсивність (Іmax). Школою А.К. Бабка метод застосовано і розвинено для вивчення взаємодій різних компонентів у розчинах між собою, в результаті цих взаємодій посилюється

чи послаблюється хемілюмінесценція з ХЛ індикаторами [10–13], причому для швидких спалахоподібних ХЛ реакцій залежності, отримані із застосуванням суми світла, виявились ідентичними залежностям, отриманим при застосуванні максимальної інтенсивності світіння. В роботах [6,7] склад ІА (КПАР)3РМо12О40 та (КПАР)3РW 12О40 при довжині вуглеводневого ланцюга КПАР 12–18 атомів вуглецю доведено гравіметричним, елементним аналізом, ІЧ- та ЯМР-спектроскопією, однак, за досить високих концентрацій. Відзначається, що при рН 1,0 – 2,5 у розчині при утворенні ІА ГПК-КПАР стабілізується кеггінівська структура гетерополіаніону, а при рН вище 4,3 можливе утворення лакунарних (дефектних) структур. В той час як у випадку забарвлених катіонів органічних реагентів для встановлення складу ІА застосовується порівняння молярних коефіцієнтів поглинання розчинів різних аналітичних форм, у випадку незабарвлених катіонів ПАР встановлення складу ІА ГПК становить певні труднощі. Тут доцільно застосувати вимірювання ХЛ сигналів, а саме, їх інтегральної суми та інтенсивності, як характеристик системи. З літератури [14–16] відомо, що

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 51-57

гетерополікислоти молібдованадофосфатна, молібдованадоарсенатна, молібдосилікатна, молібдованадогерманатна структури Кеггіна реагують з лужним розчином люмінолу з виділенням інтенсивного світіння у водному, гомогенному середовищі. При цьому ГПК, що містять інші адденди, наприклад, сполуки вольфраму, виявляють набагато слабше світіння з люмінолом, ніж у випадку молібденових аддендів. Введення ванадію в координаційну сферу молібденових ГПК значно підвищує світіння [14–16]. В наші дні проявляється інтерес до використання гетерополікислот P, As, Si, Ge саме в гетерогеннохемілюмінесцентному аналізі для визначення ультрамікроконцентрацій названих елементів. Необхідно вивчати склад і властивості відповідних аналітичних форм ГПК та їх іонних асоціатів з КПАР. Цим пояснюється вибір об’єктів даного дослідження (іонні асоціати гетерополікислот, утворених фосфором, арсеном, силіцієм; адденди – сполуки молібдену та ванадію). В попередніх роботах нами досліджено склад ІА молібдованадофосфатної [3], молібдованадоарсенатної [17], молібдосилікатної [18] кислот з деякими КПАР методом зсуву рівноваги з використанням ХЛ детектування. У зв’язку з високою чутливістю визначення Р, As, Si при реакціях відповідних ІА з лужним розчином люмінолу розроблено високочутливі методики визначення гетерополіутворюючих елементів. Метою даної роботи було підтвердження складу утворюваних ІА іншим методом. Для цього обрано метод молярних відношень з хемілюмінесцентним детектуванням.

ву воронку Бюхнера з ефективною площею фі2 льтрування 1,1 см . Методика експерименту В мірних колбах готували розчини ГПК, витримуючи суміш компонентів протягом 15 хв, а далі їх суміші з КПАР у потрібних співвідношеннях, і витримували протягом 30 хв для встановлення рівноваги утворення ІА. Далі розчини переносили у воронку Бюхнера і фільтрували через паперові фільтри зі швидкістю 20 мл/хв. Об’єм розчину, що фільтрується, при застосуванні методу зсуву рівноваги – 150 мл, при застосуванні методу молярних відношень – 10 мл. Фільтри з концентратом переносили в кювету люмінометра, що розташована у кюветному від-3 діленні приладу, і дозували 0,5 мл 2∙10 М розчину люмінолу в 1 М розчині КОН, реєструючи при цьому світіння. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Досліджено утворення ІА КПАР з ГПК ХЛ методом. Реакція ГПК з КПАР відбувається у водному розчині. Утворюються ІА у вигляді колоїдних часточок та осаду, які сорбуються при фільтруванні на целюлозному фільтрі і детектуються ХЛ методом на його поверхні люмінолом, при цьому використовуються та Imax як властивості системи при реакції з люмінолом. Приклади ХЛ сигналів наведені на рис. 1, з якого видно, що світіння закінчується за 3–20 с і що холосте світіння мінімальне.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Реагенти, прилади Використовували люмінол, цетилтриметиламоній бромід (ЦТБ), цетилпіридиній бромід (ЦПБ), тетрадецилтриметиламоній бромід (ТДТБ), додецилтриметиламоній бромід (ДДТБ), додецилпіридиній бромід (ДДПБ) фірми Aldrich, тетрадецилпіридиній бромід (ТДПБ) Шебекіно (Росія), гідроксид калію ос.ч., сірчану кислоту х.ч. Всі розчини готували на фоні деіонованої води, одержаної з апарату Milli-Q (США). Готували 1 М розчин КОН, розчини 1 10-3 М H4PVMo11O40 (PVMo), H4AsVMo11O40 (AsVMo), H4SiMo12O40 (SiMo) ГПК зливанням оптимальних кількостей компонентів молібдату амонію, ванадату натрію та сірчаної кислоти, готували також -3 розчини 9 М та 0,9 М H2SO4, 1 10 M розчин люмінолу на фоні 1 М КОН. Хемілюмінесцентні сигнали (їх максимальну інтенсивність та суму світіння) вимірювали на люмінометрі Triathler (Фінляндія). Для фільтрування розчинів використовували паперові фільтри Filtrak №388 (або фільтри „червона стрічка”) та розбірну тефлоно-

Рис.1. ХЛ сигнали для різних концентрацій фосфору з додаванням ДДПБ в оптимальних умовах сорбційно-хемілюмінесцентного визначення.Концентрації фосфору: 1 – 0 мкг/л, 2 – 0,1 мкг/л, 3 – 0,2 мкг/л, 4 – 0,3 мкг/л, 5 – 0,4 мкг/л, 6 – 0,5 мкг/л, 7 – 0,6 мкг/л. Кожен пік відповідає введенню нової проби. Вивчення складу ІА молібдованадофосфатної ГПК з катіонними ПАР. Досліджено утворення ІА PVMo ГПК з КПАР ДДПБ та ЦПБ. На рис. 2 показана залежність хемілюмінесценції сорбатів на фільтрі від кон© О.В. Зуй

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними ПАР

центрації ПАР у розчині. Для визначення співвідношення [КПАР] до [ГПК] у іонному асоціаті застосовано метод зсуву рівноваги. Результати представлено на рис. 3, з якого видно, що утворення ІА відбувається ступінчасто з підвищенням концентрації КПАР, утворюються ІА зі співвідношенням [ДДП] : [ГПК] = 1:1; 2:1; 3:1, і при певній концентрації ДДПБ утворюється електронейтральний ІА з PVMo ГПК зі співвідношенням компонентів 4:1. З рис. 2 видно, що залежність інтенсивності світіння холостого досліду від концентрації КПАР являє собою пряму лінію, близьку і практично паралельну осі абсцис. З рисунка видно, що молібдат та ванадат КПАР не викликають світіння при контакті з люмінолом. Відомо, що катіонні ПАР з молібдатом утворюють нерозчинні у воді осади [19]. Однак, не вступаючи в ХЛ реакцію з люмінолом, ці осади фізично блокують світіння ІА ГПК–КПАР з люмінолом. Після досягнення максимуму на кривих (рис. 2, криві 2–4) хемілюмінесценція зменшується. Схожий ефект при збільшенні концентрації органічного катіону при рентгенофлуоресцентному детектуванні силіцію та фосфору у вигляді ІА відповідних молібденових ГПК з триоктиламіном на целюлозних фільтрах спостерігався в роботі [5]. Використовуючи метод зсуву рівноваги, нами показано [3], що у випадку цетилпіридиній броміду теж утворюється нейтральний ІА з молібдованадофосфатною кислотою зі співвідношенням компонентів 4:1.

Рис.2. Залежність максимальної інтенсивності ХЛ сигналів ІА РVMo ГПК – КПАР на фільтрах від концентрації ДДПБ у розчині. Концентрації фосфору: 1 – 0 мкг/л; 2 – 0,4 мкг/л; 3 – 0,8 мкг/л; 4 – 1,6 мкг/л.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Рис.3. Визначення співвідношення компонентів [ДДП]:[PVMo] в іонному асоціаті методом зсуву рівноваги. Концентрації фосфору: 1 – 0,4 мкг/л; 2 – 0,8 мкг/л; 3 – 1,6 мкг/л. рН = 1,7. Використовуючи метод молярних відношень при концентрації ГПК 6∙10-7 М, тобто за умов досить високої стійкості як ГПК, так і утворюваного ІА (рис. 4), нами підтверджено склад ІА при рН 1,7 (ДДП)4PVMo11O40. Вивчена стехіометрія взаємодії також при рН 1,0 – оптимальному рН фільтрування розчину. При рН 1,0 (рис. 5) методом молярних відношень знайдено, що стехіометрія взаємодії становить [ДДП]:[PVMo] = 3:1, тобто утворюється ІА (ДДП)3НPVMo11О40 у зв’язку з тим, що в більш кислих розчинах відбувається часткова протонізація молібдованадофосфатної кислоти. Це узгоджується з даними літератури про більш легке відщеплення перших трьох протонів від молібдованадофосфатної кислоти [20]. Окремими дослідами встановлено, що додавання розчину КПАР до розчину ГПК не впливає на висоту піка ХЛ сигналу при приливанні розчину люмінолу. Тобто, спалахоподібний характер хемілюмінесценції дозволяє використовувати у якості характеристик системи як максимальну інтенсивність, так і суму світла. Вивчення складу ІА молібдованадоарсенатної ГПК з катіонними ПАР. Оптимальне рН розчину для сорбції іонного асоціату молібдованадоарсенатної ГПК з КПАР на целюлозному фільтрі – 1,0. Слід відзначити, що рН 1 є оптимальним для сорбції і всіх інших ІА ГПК, що досліджувалися. Вивчення взаємодії молібдованадоарсенатної ГПК з КПАР при оптимальному рН сорбції 1,0 методом молярних відношень за умов достатньо високої стійкості (рис. 6) показало, що в цьому випадку при взаємодії тетрадецилпіридинію (ТДП) з ГПК утворюється ІА (ТДП)4AsVMo11O40, що свідчить про легке відщеплення і заміну всіх чотирьох протонів у гетерополікислоті Н4AsVMo11О40.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 51-57

Рис.4. Визначення складу ІА ДДПБ з PVMo ГПК методом молярних відношень за максимальною інтенсивністю (1) та сумою світіння (2) при рН 1,7. СPVMo = 6∙10-7 М, CV(V) = 1,2∙10-4 М, СМо = 3∙10-3 М.

Рис.5. Визначення складу ІА ДДПБ з PVMo ГПК методом молярних відношень за максимальною інтенсивністю (1) та сумою світіння (2) при рН 1,0. СPVMo = 6∙10-7 М, CV(V) = 1,2∙10-4 М, СМо = 3∙10-3 М.

Вивчення стехіометрії взаємодії молібдосилікатної ГПК з КПАР. У випадку молібдосилікатної ГПК [18] при вивченні залежності максимума ХЛ сигналів від концентрації різних ПАР у розчині виявилося, що ПАР С16 у складі ІА викликає найвище світіння з люмінолом. Методом зсуву рівноваги та молярних відношень при рН 1,8, що є оптимальним для утворення молібдосилікатної ГПК, встановлено утворення іонного асоціату з

цетилтриметиламонієм (ЦТ) складу (ЦТ)4SiMo12O40. В умовах методики аналізу для зниження межі виявлення Si та нівелювання впливу іонів Р, As, Ge застосоване підкислення розчину до = 0,5 M. Методом молярних відношень (рис. 7) показано, що навіть в умовах великого надміру сірчаної кислоти на паперовому фільтрі осаджується і далі викликає світіння люмінолу електронейтральний іонний асоціат (ЦТ)4SiMo12O40.

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними ПАР

Рис.6. Визначення складу ІА ТДПБ–AsVMo ГПК методом молярних відношень за максимальною інтенсивністю (1) та сумою світіння (2). СAsVMo = 6∙10-7 М, CV(V) = 1∙10-3 М, СМо = 1∙10-2 М, рН = 1,0.

Рис.7. Визначення складу ІА ЦТБ з SiМо ГПК методом молярних відношень за максимальною інтенсивністю (1) та сумою світіння (2) в середовищі 0,5 М H2SO4. СSiMo = 2∙10-7 М, СМо(VI) = 2,5∙10-3 M, Cсірчаної кислоти = 0,5 М. Як відмічено вище, із залежностей, наведених на рис. 2, а також на рис. 4–6, видно, що значення хемілюмінесценції спочатку збільшуються до досягнення максимуму, а далі зменшуються. Підвищення значень ХЛ сигналів пов’язане з утворенням іонних асоціатів ГПК та збільшенням їх кількості на сорбенті. Максимуми на вказаних кривих відповідають максимальному утворенню ІА ГПК з КПАР. При подальшому

підвищенні концентрації КПАР спостерігається зниження хемілюмінесценції. На рис. 2, 4–6 цей ефект пояснюється утворенням ІА ізополімолібдату з КПАР, який фізично блокує світіння. Проведено елементний аналіз концентратів на фільтрах, що містять ІА SiMo ГПК з КПАР, на вміст силіцію та молібдену [18]. Досліджені концентрати, отримані на фільтрах при вихідних концентраціях у розчині, що фільтрується, [Si] =

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 51-57

3,6∙10-7 M та [ЦТБ] = 1,5∙10-6 М, 3∙10-6 М, 6∙10-6 М при рН 1,8. Отримано співвідношення у концентратах на фільтрах Si:Mo відповідно 1:12,1; 1:13,5; 1:26, що свідчить про співосадження ізополімолібдату КПАР з ІА SiMo ГПК–КПАР в останніх двох випадках. В той же час у сильнокислому середовищі молібден знаходиться у вигляді катіонів молібденілу, і молібдат ПАР утворитися не може. Зниження суми та максимальної інтенсивності світіння на рис. 7 пояснюється утворенням сполук типу [(ЦТ)5SiMo12O40]+, [(ЦТ)6SiMo12O40]2+ і т.п., що є позитивно зарядженими і здатними проходити через позитивно заряджений фільтр у фільтрат. Фільтр є позитивно зарядженим при контакті з розчином 0,5 М H2SO4 у зв’язку з тим, що рН ізоелектричної точки целюлози становить 2,7 [21], тому при рН <2,7 відбувається протонування гідроксильних груп поверхні целюлози. Виконано аналіз концентратів на фільтрах, отриманих в умовах зниження хемілюмінесценції (рис. 7, СЦТ/СSi = 4:1; 5:1; 6:1; 7:1) на вміст ІА SiMo ГПК по “сині” методом дифузного відбиття додаванням до фільтру з концентратом краплини підкисленого розчину аскорбінової кислоти [22]. Встановлено, що значна частина силіцію ( 40% від введеної в розчин кількості) переходить у фільтрат при співвідношеннях СЦТ/СSi = 5:1; 6:1; 7:1 (рис. 7). Це свідчить про утворення позитивно заряджених сполук типу [(ЦТ)5SiMo12O40]+ , які здатні проходити через позитивно заряджений фільтр у фільтрат. Доказом утворення таких сполук слугують дані по електролізу отриманих фільтратів, причому в католіті було знайдено 40% силіцію, введеного в розчин. Концентрування іонних асоціатів ГПК-КПАР на фільтрі при фільтруванні розчинів, в яких вони утворені, спричинене двома факторами: 1) фізичне осадження осаду, 2) сорбційне кількісне утримування колоїдних часточок ІА на фільтрі. Фізичне осадження осаду пов’язане з його низьким добутком розчинності, обумовленим силами електрохімічного зв’язку катіона та аніона. Проте, враховуючи добутки розчинності ІА ГПК з органічними катіонами (ОК), наведені в [2], -26 -28 а саме, 1∙10 – 1∙10 для (ОК)3РМо12О40, очевидно, що осад ІА при концентрації фосфору 1∙10-8 М – 4∙10-8 М ще не утворюється. Беручи до уваги дані рисунка 2 (криві 2-4), які свідчать про концентрування ІА на фільтрах в цих умовах, можна зробити висновок, що ІА утворюють-8 ся і сорбуються на фільтрі уже при Ср = 1∙10 М не лише за рахунок електростатичної взаємодії, а також за рахунок водневих зв’язків та гідрофобної взаємодії. Таким змішаним сорбційно-фільтраційним механізмом концентрування досягається повнота виділення ІА на фільтрах і висока чутливість ХЛ детектування на поверхні сорбента.

Отже, молярне співвідношення компонентів у складі ІА, встановлене методом зсуву рівноваги, відповідає співвідношенням, визначеним методом молярних відношень, що свідчить про правильність визначення складу іонних асоціатів при застосуванні принципів фізико-хімічного аналізу. ВИСНОВКИ • Гетерополікислоти фосфору, арсену, силіцію, германію структури Кеггіна утворюють з рядом КПАР іонні асоціати, нерозчинні у воді, які кількісно відокремлюються від водного розчину фільтруванням і на поверхні сорбенту реагують з люмінолом з виділенням світла. • Хемілюмінесцентним методом, застосовуючи методи зсуву рівноваги та молярних відношень, вивчено склад утворюваних сполук. У якості аналітичного сигналу використано суму світла та максимальну інтенсивність світіння. ЛІТЕРАТУРА 1. Taguchi S., Ito-Oka E., Masuyama K., Kasahara I., Goto K. Application of organic solventsoluble membrane filters in the preconcentration and determination of trace elements: spectrophotometric determination of phosphorus as phosphomolybdenum blue // Talanta. – 1985. – 32. – P. 391–394. 2. Ткач В.І. Гетерополіаніони як аналітичні реагенти на азотвміщуючі органічні речовини. – Дніпропетровськ: ДДУ, 1995. – 196 с. 3. Zui O.V., Birks J.W. Trace analysis of phosphorus in water by sorption preconcentration and luminol chemiluminescence // Anal. Chem. – 2000. – 72. – P. 1699–1703. 4. Басова Е.М., Кондик Е.Ю., Дорохова Е.Н. Одновременное определение фосфора и кремния методом нормально-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии // Журн. аналит. химии. – 1998. – 53, № 2. – С. 152–159. 5. Медвецкий А.В., Тихомирова Т.И., Сорокина Н.М., Цизин Г.И. Концентрирование фосфат- и силикат-ионов на целлюлозных фильтрах в виде гидрофобных ионных ассоциатов гетерополикислот с три-n-октиламином // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. – 2004. – 45, № 4. – С. 250–254. 6. Коваленко А.С., Ильин В.Г., Филиппов А.П. Мезопористые молекулярные сита и нанопериодические материалы // Теорет. и эксперим. химия. – 1997. – 33, № 5. – С. 322–337. 7. Филиппов А.П., Коваленко А.С., Ильин В.Г. Соединения аниона [PMo12O40]3- с катионными ПАВ, образующие нанопериодические структуры // Теорет. и эксперим. химия. – 1998. – 34, № 3. – С. 184–190. © О.В. Зуй

Застосування хемілюмінесценції для визначення складу іонних асоціатів гетерополікислот з катіонними ПАР

8. Morita K, Kaneko E. Spectrophotometric determination of arsenic in water samples based on micro particle formation of Ethyl VioletMolybdoarsenate // Anal. Sci. – 2006. – 22. – P. 1085–1089.

15. Луковская Н.М., Билоченко В.А. Хемилюминесцентные реакции для определения мышьяка (V) в виде гетерополисоединений // Журн. аналит. химии. – 1977. – 32, № 11. – С. 2177–2181.

9. Бабко А.К. Физико-химический анализ равновесий комплексообразования в растворах // Журн. неорг. химии. – 1962. – 7, № 3. – С. 454– 462.

16. Луковская Н.М., Билоченко В.А. Хемилюминесцентные методы определения германия // Журн. аналит. химии. – 1979. – 34, № 3. – С. 477–480.

10. Луковская Н.М., Богословская Т.А. Изучение комплексообразования золота (III) с бромидом и роданидом по ингибированию хемилюминесценции // Журн. аналит. химии. – 1974. – 29, № 4. – С. 674–681. 11. Луковская Н.М., Богословская Т.А. Хемилюминесцентная реакция окисления люминола хлоридом золота (III) // Укр. хим. журн. – 1975. – 41, № 5. – С. 529–534.

17. Зуй О.В. Сорбционнохемилюминесцентное определение следов мышьяка в водах // Химия и технология воды. – 2007. – Т. 29, № 2. – С. 160–170.

12. Луковская Н.М., Богословская Т.А. Хемилюминесцентное определение некоторых органических азотсодержащих соединений по реакции люминола с персульфатом и серебром // Журн. аналит. химии. – 1981. – 36, № 5. – С. 961–967.

19. Sameer N., Markwei M., Ramarao B.V., Francis R.C. Recovery of molybdate from dilute aqueous solutions by complexation with cationic surfactants and extraction with isobutanol // Ind. Eng. Chem. Res. – 2008. – 47. – P. 428–433.

13. Луковская Н.М., Богословская Т.А. Хемилюминесцентная реакция люминола с хлоридным комплексом таллия (III) // Укр. хим. журн. – 1985. – 51, № 7. – С. 746–749. 14. Пилипенко А.Т., Митрополитска Е.В., Луковская Н.М. Новые хемилюминесцентные реакции люминола в присутствии солей ванадия // Укр. хим. журн. – 1973. – 39, № 1. – С. 73– 75.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

18. Зуй О.В. Определение кремния хемилюминесцентным методом с использованием катионных поверхностно-активных веществ // Вопросы химии и химической технологии. – 2004. - № 5. – С. 9–13.

20. Кожевников И.В., Матвеев К.И. Гетерополикислоты в катализе // Успехи химии. – 1982. – 51. – С. 1875–1896. 21. Paper chemistry. Second edition / Ed. J.C. Roberts. – London, Glasgow, Weinheim, New York: Blackie Academic & Professional, 1996. – 267 p. 22. Пат. № 64597 Україна, МПК (2006) G01N 21/47 G01N 30/00. Спосіб визначення силіцію у водному середовищі (фотометрія) / О.В. Зуй, С.О. Доленко. – № 2003076515; заявл. 11.07.2003; опубл. 25.04.2008, Бюл. № 8. – 10 с.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8 та використання їх в аналізі харчових об'єктів

Є.Є. Костенко Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська 68, 01033 Київ, Україна, e-mail: kee@nuft.edu.ua Надійшла: 7 грудня 2010 р./ Прийнята до друку: 14 грудня 2010 р. Установлены условия иммобилизации сульфофталеиновых красителей на поверхности анионита АВ-17x8. Изучено взаимодействие Cu (II), Pb (II), Zn (II), Hg (II), Fe (III), Sn (IV), Zr (IV), Ti (IV) с полученными твердофазными реагентами. Определены: оптимальные условия реакций, количественные характеристики состава и прочности образующихся на поверхности комплексов; показатели эффективности анионообменников с иммобилизованными сульфофталеиновыми красителями. Разработан ряд новых твердофазно-спектрофотометрических методик для определения ионов металлов в пищевых объектах. E.E. KOSTENKO. THE ANALYTICAL CHARACTERISTICS OF THE IMMOBILIZATION SULPHOPHTALEIN DYES AT THE SURFACE ANIONITE АВ-17x8 AND THEIR USING IN ANALYSIS OF FOOD OBJECTS. The conditions of the immobilization sulphophtalein dyes at the surface anionite АВfound. The interaction of Cu (II), Pb (II), Zn (II), Hg (II), Fe (III), Sn (IV), Zr (IV), Ti (IV) with the surface regents was studied. The optimum conditions of the reactions, quantitative characteristics of the composition and the surface compounds stability; the effective dates of the surface anionite with the immobilization sulphophalein dyes have been obtained. A new solid-phase spectrophotometric procedures was developed for determination of the metal iones in the food objects. Ключові слова: сорбционно-спектрофотометрическое определение ионов металлов, иммобилизованные сульфофталеиновые красители. Key words: the solid-phase spectrophotometric definition of the metal iones, the immobilization sulphophalein dyes. Нині екологічно чиста харчова продукція виробляється як на харчових підприємствах, так і у великій кількості фермерських господарств. Тому контроль якості цієї продукції повинен проводитись на місцях виробником або районними СЕС. Через значне зростання собівартості аналізу при застосуванні високочутливих та селективних методів визначення іонів металів (наприклад, ICPMS), які відсутні в лабораторіях харчових підприємств і районних СЕС, більшість лабораторій контролю якості широко використовують прості та надійні фотометричні та атомноабсорбційні методи. Тому наукове обґрунтування і розробка комбінованого спектрофотометричного забезпечення екологічного контролю харчових продуктів на вміст нормованих речовин на рівні 0,1−0,5 ГДК і нижче є актуальною задачею аналітичної хімії. Комбінування методу селективного концентрування іонів металів за допомогою сульфофталеїнових барвників (ксиленоловий оранжевий, метилтимоловий синій, пірокатехіновий фіолетовий, еріохромціанін R, хромазурол S) [1-3], 58

іммобілізованих на полімерних іонообмінниках, з їх наступним визначенням у фазі сорбенту методом твердофазної спектрофотомерії дозволяє вирішити проблеми недостатньої чутливості методу фотометричного визначення іонів металівтоксикантів і одержувати концентрат визначуваних елементів безпосередньо у місці пробовідбору. Прозорість зернят дозволяє вимірювати світлопоглинання аналітичної форми безпосередньо у фазі іонообмінника, обминаючи стадію реекстракції або десорбції. Це значно скорочує час проведення експерименту, підвищує ступінь концентрування і зменшує можливість додаткового забруднення аналіту та втрати його. Аналіз даних літератури свідчить, що для отримання аналітичної форми, зазвичай, використовують сорбційне концентрування іонів металів хелатоутворювальними смолами, чи їх попереднє оброблення значним надлишком органічного реагенту із наступним вилученням продукту реакції у фазу іонообміника за рахунок утворення іонних асоціатів. Такий підхід малопридатний для використання в аналізі харчових © Є.Є. Костенко

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

продуктів та об єктів навколишнього середовища і має суттєві кінетичні обмеження. Тому розробка нових твердофазних аналітичних реагентів (ТФР) на основі іонообмінників, що поєднують в собі властивості селективних сорбентів та хромофорних реагентів, є актуальною. У літературі є окремі відомості щодо аналітичного застосування згаданих сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на іонообмінниках [4-14], але систематичне дослідження хімікоаналітичних властивостей таких гетерофазних реагентів не проводилось. Тому метою даної роботи стало дослідження: іммобілізації сульфофталеїнових барвників на АВ-17 8, хімікоаналітичних характеристик отриманих гетерофазних реагентів і аналітичне застосування їх для твердофазно-спектрофотометричного визначення Cu(II), Pb(II), Zn(II), Fe (III), Hg(II), Cd(II), Sn(IV) Zr(IV), Ті(IV) у харчових об'єктах. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Реагенти. Вихідні 0,1 моль/дм3 розчини солей Cu(II), Pb(II), Zn(II), Fe (III), Hg(II), Cd(II), Sn(IV) Zr(IV), Ті(IV) готували розчиненням наважок: CuSO4 5 Н2О (х.ч.), Zn0 і Cd0 (ос.ч.) у 0,1 і 1,0 моль/см3 Н2SO4; Pb(NO3)2, Fe(NO3)3 6 H2O, Hg(NO3)2 0,5 3 0 0 H2O (х.ч) у 0,1 моль/см НNO3 [15]; Sn [16], Ті (ос.ч.), ZrCl4 (х.ч) у НС1 (ос.ч.) + Н2О2, 0,02 і 5,0 моль/дм3 НС1. Стандартизацію проводили: йодометрично (Cu) [17], комплексонометрично (Pb) [18], (Zn) [19], гравіметрично (Fe) [15], (Zr) [20], перманганатометрично (Fe) [15], меркуриметрично (Hg) [21], броматометрично (Ті) [3]. В роботі використовували ксиленоловий оранжевий (КО), метилтимоловий синій (МТС), пірокатехіновий фіолетовий (ПКФ), хромазурол S (ХАЗ), еріохромціанін R (ЕХЦ), бромпірогаловий червоний (БПЧ) ч.д.а. (Chemapol). Використовували НС1, HNO3, NaOH, NaС1 ос.ч (Merk). Водні розчини цитрату калію К3Сіt (0,5 моль/дм3), аскорбінової кислоти (0,02 моль/дм3), 0,1 % гідроксиламіну готували з наважок препаратів кваліфікації ч.д.а. Воду очищали, як описано в роботі [22]. Робочі розчини готували розведенням вихідних перед проведенням експерименту. Методики експерименту. В роботі використовували аніонообмінник АВ-17 8 (АВ) з розмірами зерен 0,30 мм, який готували до роботи за рекомендаціями, наведеними у публікаціях [23-29]. Підготовлений АВ-СІ використовували для іммобілізації сульфофталеїнових барвників з водних розчинів. Отримані твердофазні барвники (ТФБ) представляють собою прозорі різнозабарвлені гранули, які при = 480-520 нм пропускають до 50 % світла і тривалий час зберігаються під водою в щільно закритій темній склянці.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Стандартизацію аніонообмінників з іммобілізованими сульфофталеїновими барвниками не проводили, оскільки для синтезу їх використовували стандартні іонообмінники і барвники, склад яких визначений ТУ виробника. Крім того, дослідження хіміко-аналітичних властивостей аніонообмінників з іммобілізованими барвниками показали, що для різних партій АВ і барвників кількісні характеристики сорбційних і комплексоутворювальних властивостей іммобілізованих реагентів залишаються незмінними. Методики вимірювань і обробки результатів. Сорбцію барвників та іонів металів іонообмінниками з іммобілізованими барвниками вивчали в статичних умовах, контролюючи склад розчину над іонообмінником спектрофотометричним методом (за поглинанням барвника чи комплексу металу з фотометричним реагентом) та методом диференціальної полярографії (за відновленням іонів металу) [19,30-37]. Поглинання світла продуктами, що утворилися у фазі іонообмінника, вимірювали з використанням прийомів твердофазної спектрофотометрії як описано в роботі [6]. Кювету з товщиною поглинаючого шару 0,1 см заповнювали суспензією іонообмінника у дистильованій воді, добиваючись найбільш щільної упаковки зернят сорбенту. Кювету розташовували безпосередньо перед віконцем детектора. Шкалу пропускання встановлювали на відмітку 100%, використовуючи аналогічну кювету з іонообмінником без барвника. За результатами вивчення кінетики сорбції при різних об„ємах (25, 50, 100, 300, 500, 800, 1000 см3) і масі іонообмінника готували серії розчинів зі сталими концентраціями солей металів і рН. За результатами досліджень будували залежності ступеня вилучення (Г%) від рН, часу сорбції та об„єму розчину. Константи сорбції сульфофталеїнових барвників (k) обчислювали за рівнянням k = 1/b amax, де b – відрізок, що відсікає пряма, побудована в координатах [C]/aі – [C], де [C] – рівноважні концентрації відповідних форм барвників, аі -вміст (моль/г) адсорбованого барвника [38, 39]; аmax – максимальна сорбційна ємність (СОЄ) іонообмінників за іммобілізованими барвниками (моль/г). Ступінь вилучення (Г, %) барвників іонообмінниками розраховували за формулою: Г, % = (С0R – [R–]) 100 / C0R, де C0R -- загальна концентрація барвника (моль/дм3), [R–] – рівноважна концентрація барвника у розчині, 3 моль/дм . Константи сорбції іонів металів обчислено за лінеаризацією ізотерм їх сорбції аналогічно вищевикладеному. Ступінь вилучення (Г, %), кое3 фіцієнт розподілу (D, см /г) розраховували за 0 +z 0 формулами: Г, % = (С М – [M ]) 100 / C М; D = Г 0 V / (100 – Г) m, де С М - загальна концентрація 3 +z іонів металу, моль/дм , [M ] - рівноважна кон59

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

центрація іонів металу у розчині, моль/дм3, V – об єм розчину, дм3; m – маса сорбенту, г. Склад, стійкість комплексів металів з барвниками та форму ліганду, що координується до іону металу визначали за методом БентаФренча [40], використовуючи метод зсуву рівноваги. Для цього готували серії розчинів з С0М = const і зростаючою концентрацією іммобілізованого ліганда, а також серії розчинів зі 0 зростаючою концентрацією іонів метала і С R = const та вимірювали оптичну густину твердих фаз, як це описано в роботі [41]. Будували залежності +z lg Ai/(Amax Ai) lg [HmR] (або lg [M ]) і за tg знаходили кількість координованих молекул ліганда або іонів металу. Хімічні форми металів у розчині при заданому значенні рН знаходили за значеннями констант стійкості гідроксокомплексів металів [42]. Константа сорбції металу (k) дорівнює константі рівноваги реакції взаємодії іонів металів з іммобілізованими на АВ сульфофталеїновими барвниками, що відбувається за схемою (1):

M R, M + R (1) де: M – іони металу в розчині (Мz+ і його гідроксокомплекси),

- іммобілізований на аніо-

нообміннику барвник; M R - металокомплекс у фазі іонообмінника. Для визначення кількості протонів, що входять з лігандом до складу комплексу, готували серію розчинів, у яких С0М була сталою а значення рН змінювались, і використовували іоніт з однією й тією ж концентрацією іммобілізованого реагенту С0R. За результатами вимірювання оптичної густини твердої фази будували графік залежності lg (A – АR )/(Amax A)2 від pH, і за tg цієї залежності визначали кількість протонів, що відщеплюється від ліганда в наслідок комплексоутворення за реакцією: M(OH)n

z-n

Hm R

M Hm-xR

+(x-n)Н + n H2O. (2)

Коефіцієнт n знаходили за кількістю гідроксогруп у хімічній формі металу, що переважає в розчині при заданому значенні рН, у відповідності з константами стійкості гідроксокомплексів металів [40]. Коєфіцієнт m, тобто кількість протонів у переважаючій протолітичній формі іммобілізованого барвника при заданому значенні рН, знаходили за літературними даними про протонування відповідних хелатоутворюючих груп у хелатоутворюючих іонітах [43-45] (до речі, їх константи протонування близькі до констант протонування цих же груп у розчині). Константа стійкості ( ) металокомплексу, що утворюється у фазі іонообмінника, відповідає ЗДМ реакції: z+

M +

Hm хR

M Hm-xR , (3)

і може бути обчислена за рівнянням (4):

= z+

[M Hm-xR] [Mz ] [Hm xR]

(4)

де: [M ] – рівноважна концентрація іонів металу в розчині в оптимальних умовах сорбції (моль/дм3), обчислена з урахуванням гідролізу z+ 0 за рівнянням [M ]= С М/Ф, де Ф – функція Фроон i ОН неуса, Ф = 1 + – константа стійі [OH ] ; i кості i-того гідроксокомплексу в розчині [40]; [ M Hm-xR ] – рівноважна концентрація комплексу у фазі іоніту, моль/г, що дорівнює параметру ізотерми аі = (С М [M ]) V / mc; [Hm x R] – концентрація відповідної протолітичної форми іммобілізованого барвника в оптимальних умовах сорбції, моль/г, яку обчислювали з урахуванням протолітичних рівноваг ФАУ іммобілізованого барвника за формулою 0

[Hm xR]

(аmax ai )

H( m- x )

[H ]m-x ,

N Hj

[H ] j

j 0

де Hj-константа протонізації ФАУ барвника за j-тим ступенем (у розрахунках використовували значення констант дисоціації ФАУ відповідних сульфофталеїнових барвників, введених до складу полімерних комплексоутворювальних сорбентів [43-45]); аmax – максимальна сорбційна ємність (СОЄ) модифікованих сорбентів за іонами металу при вказаній ємності за реагентом (моль/г). Підстановка вказаних величин у рівняння (4) і логарифмування його призводить до рівняння (5), за яким обчислювали константи стійкості для всіх досліджуваних систем: lg де

= lg k + lgФ - lg (m - x) =

(m - x) , m- x

H( m- x ) N

[H ]

(5)

[H ] j

j 0

Апаратура. Спектри світлопоглинання розчинів знімали, користуючись спектрофотометрами СФ-46 і SPECORD UV VIS. Пропускання гранул іонообмінника у воді вимірювали на КФК-3 в кюветі з  = 0,1 см при оптимальній довжині хвилі (λопт) відносно іонообмінника. Кислотність розчинів контролювали іономіром И-160 зі скляним електродом. Ультразвукову пробопідготовку проводили у відповідності до рекомендацій, викладених у роботі [46], користуючись установкою УП-1 фірми SELMI (акустична потужність 20 Вт/см2, частота 43 кГц). Полярографічне і атомно-абсорбційне визначення металів виконували за допомогою полярографа ПУ-01 і атомноабсорбційного спектрометра С-115-М1.

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Дослідження іммобілізації барвників. Спочатку досліджували умови іммобілізації сульфофталеїнових барвників КО, МТС, ПКФ, ЕХЦ, ХАЗ на поверхні АВ-С1. Встановлено, що наявність сульфогруп у молекулах сульфофталеїнових барвників призводить до сорбції їх аніонних форм на поверхні аніонообмінника за схемою: АВ-CІ + HmR АВ+-HmR + CI (6) При цьому функціонально-активні угруповання (ФАУ) барвників залишаються вільними для комплексоутворення [47-49]. Oптимальним виявилось використання АВ у хлоридній формі. Іонообмінники, що отримано з ОН -форми менш стабільні у часі, а їх хіміко-аналітичні властивості, в ряді випадків, не збігаються з властивостями барвників у розчині. Показано, що сорбція барвників залежить від рН і природи кислоти. Найкращі результати отримані для сульфатнокислотних розчинів. Процес дещо уповільнюється з розчинів хлоридної та нітратної кислот. Встановлено, що сульфофталеїнові барвники практично повністю (на 98 %) сорбуются на АВ в інтервалі рН 2,5 – 5 (рис. 1). Г(1), %

100 90 80 70 60 50

100

H6R

90 H5R-

H3R3H4R2-

80 70

0,7

0,6 0,5

0,4 0,3

0,2 0,1 0 400

500

600

700 , нм

Рис. 2. Спектри світлопоглинання МТС у розчині (1) та у фазі аніонообмінника (2) при рН 2,2 і при рН 7 (криві 3 і 4 відповідно)

60 50

тилформаміді, диметилсульфоксиді) показало, що барвники практично не десорбуються ними. Дані літератури щодо кислотно-основних властивостей окремих хелатоутворювальних іонообмінників з вбудованими фрагментами барвників та модифікованих кремнеземів свідчать про певну схожість умов іонізації функціональноактивних угруповань реагентів у розчині та у твердій фазі (рис. 2). Це дозволяє передбачати хіміко-аналітичні властивості іммобілізованих форм аналітичних реагентів та планувати умови їх застосування для концентрування та визначення іонів металів.

0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,2 3,5 4 4,5 5 pH

Рис.1. Сорбція КО на АВ (1) та криві розподілу протолітичних форм КО залежно від рН розчину (Ско= 4·10-5 моль/дм3, V/m=200 см3/г, = 30 хв., рКа1=1,15; рКа2= 2,58; рКа3=3,23; рКа4= 6,40) При рН 2,5 утримання барвників на АВ послаблюється. З огляду на це іммобілізацію аналітичних реагентів на АВ проводили в діапазоні 3,0 рН 4,0 з метою досягнення високих ступенів вилучення барвника та його одноабо двохцентрового зв язування лише за рахунок депротонованих сульфогруп за схемою (6). Дослідження поведінки іонообмінників з іммобілізованими сульфофталеїновими барвниками у органічних розчинниках (етанолі, ацетоні, димеМетоды и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Сульфофталеїнові барвники як з органічних, так і з водних розчинів сорбуються АВ-С1 протягом 1-2 годин. Показано, що короткотривала дія ультразвуку на систему іонообмінник-сульфофталеїновий барвник дозволяє скоротити термін іммобілізації останнього вдвічі [6, 7]. З огляду на дані літератури про дію УЗ на аніоніт можна стверджувати, що прискорення іммобілізації барвників на АВС1 під впливом УЗ відбувається за рахунок конформаційних змін в структурі АВ і прискорення масообміну в його порах. Сорбція барвників іонообмінниками описується ізотермами L – та Н – типів (рис. 3, табл. 1), що свідчить про їх високу спорідненість до іонообміника. Показано, що при іммобілізації сульфофталеїнових барвників не досягається повне зв язування всіх іонообмінних груп АВ в іонні асоціати, тим не менше, на аніонообміннику сорбція барвників досягає сталої величини. Постійність значень СОЄ для різних барвників та лінеаризація ізотерм сорбції в координатах Ленгмюра в усьому вивченому інтервалі концентрацій, свідчить про те, що всі центри іммобілізації зв„язані з молекулами барвників за схемою (6). 61

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Рис. 3. Ізотерми сорбції ХАЗ на АВ (1), Fe (III) на

ХАЗ

(2), Fe (III) на АВ (3), Sn (IV) на Sn (IV) на АВ (5)

ЕХЦ

(4),

Таблиця 1. Параметри сорбції сульфофталеїнових барвників на АВ-17 8-СІ (Діапазон рН 2,5 – 5; 2,5 рНопт 4,0; Р = 0,95, n = 3) Реагент Тип аmax 10 5, k 105, 3 ізомоль/г дм /моль терми ПКФ Н 1,70 0,10 ХАЗ Н 1,67 0,11 БПЧ L 3,25 1,58 0,10 КО L 3,01 1,48 0,12 МТС L 2,69 1,32 0,14 Видно, що найбільші значення СОЄ спостерігаються для барвників найменш розгалуженої (ПКФ, ХАЗ) структури, яка дозволяє таким барвникам легко проникати у гідрофобну матрицю АВ до іонообмінних груп. Іммобілізовані барвники десорбуються в розчин дією 2-6 М розчинів сильних кислот і основ. Іонообмінники з іммобілізованими сульфофталеїновими барвниками добре зберігаються під шаром води протягом, принаймні, 6 місяців. Хіміко-аналітичні властивості твердофазних аналітичних форм на основі сульфофталеїнових барвників Дослідження взаємодії іонів металів з сульфофталеїновими барвниками, іммобілізованими на аніонообміннику АВ-17 8 Далі досліджували вилучення іонів Cu(II), Pb(II), Zn(II), Fe (III), Hg(II), Cd(II), Sn(IV) Zr(IV), Ті(IV) іонообмінниками з іммобілізованими барвниками. Металокомплекс барвника у фазі іонообмінника можна одержати двома способами: 1) сорбцією комплексу, утвореного у розчині [14]; 2) 62

взаємодією катіонів металів, що знаходяться у розчині, з барвником, попередньо іммобілізованим на аніоніті. Наші дослідження показали, що сорбція комплексу має кінетичні обмеження можливо через повільну дифузію низькозарядженої та об ємної комплексної частинки до іонообмінного центру смоли. Тому використовували другий спосіб, який виявився значно ефективнішим. Дослідження комплексоутворення з іммобілізованими барвниками включало: вивчення залежностей ступеню вилучення від рН, концентрації металу, об„єму розчину, часу контакту фаз і знаходження оптимальних умов сорбції; побудову ізотерм сорбції; визначення складу та обчислення констант стійкості комплексів, утворених у фазі іоніту; прогнозування селективності сорбційно-спектрофотометричного визначення іонів. Оптимальні умови вилучення іонів металів з водних розчинів іммобілізованими на АВ сульфофталеїновими барвниками наведено в табл.2. Вивчення залежностей ступіню вилучення іонів металів від об„єму розчину і маси сорбенту показало, що у статичних умовах концентрування можливе з V = 50,0 – 500,0 см3 (табл. 2) ( при наважці сорбенту mc 0,3 г). Таблиця 2. Оптимальні умови взаємодії іонів металів з Hm R (mc = 0,3 г, V = 50,0 см3; І = 0,1М) 3 Система рНопт у рНопт у , хв. Vmax,cм сорбент розчині і Pb-КО 1-7 5-6 20 500 Pb-ПКФ 1-7 5 20 500 Fe-КО 1-5 1,5 20 500 Fe-ПКФ 5-7 6,0 20 500 Sn-ПКФ 5-7 3-5 20 500 Zr-ХАЗ 3-7 2-5 20 600 Ті-ЕХЦ 1-5 5 20 600 Повнота вилучення іонів металів швидко зростає зі збільшенням рН, досягаючи для деяких металів максимальних значень вже при рН 1 (табл. 2, рис. 4, крива 1). Лише для катіонів, що найбільш схильні до гідролізу, ділянка максимального вилучення металу починалась з більш високих рН. Подальше збільшення рН для всіх досліджуваних іонів металів призводить до посилення впливу конкурентної реакції утворення +z n M(OH)n і тому погіршує вилучення. Показово, що інтервал рН максимального виходу комплексу у фазі іоніту значно ширший, ніж оптимальний діапазон рН комплексоутворення для тих же реагентів у розчині (табл. 2). Для легкогідролізуючих катіонів досліджено можливість неспецифічної сорбції оксо- та гідроксоаніонів аніонітом, що не містить барвника. За © Є.Є. Костенко

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

цих умов спостерігалось часткове вилучення іонів металів: Hg (II) – 13 %; Сd (II) – 16 %; Сu(II) – 8 %; Sn (IV) – 36 %; Ti (IV) – 19 % (рис. 3, криві 3, 5). З порівняння кривих (2) і (3) для Fe (III), (4) i (5) для Sn (IV) видно, що сорбція металу значно посилюється при переході від вихідного аніоніту до аніоніту з іммобілізованим барвником, що відповідає уявленням про комплексоутворення як основну причину сорбції металу на аніоніті з іммобілізованим барвником.

Рис. 4. Залежності сорбції Fe (III) на ХАЗ від рН (1)і (2,3), Pb (II) на МТС від (4,5) (1- = 12 год.; 2 -рН 7; 3 -УЗ 2 с., рН 7; 4- рН 1, 5- УЗ 2 с.,mс=0,3 г, V = 50 см3, λ=620 нм, переміш.=20 хв., Більшість ізотерм сорбції іонів металів на аніонообміннику з іммобілізованим барвником належить до Н- і L-типу (рис. 3, табл. 3) [50]. Це свідчить про можливість застосування відповідних іонітів з іммобілізованими барвниками для концентрування іонів металів при їх низькому вмісті у розчині. Вийняток складає сорбція Sn (IV) на АВ з іммобілізованим ЕХЦ; Sn (IV) на КОАВ; Cd(II) на ПКФ-АВ; Sn (IV) на МТС-АВ, де спостерігаються ізотерми S-типу. Максимальна ємність іонообмінників з іммобілізованими барвниками за іонами металів у всіх системах близька або практично співпадає з їх ємністю за барвниками (табл. 3). Це свідчить про утворення у фазі сорбенту металокомплексів еквімолярного складу. Сорбційна рівновага встановлюється при контакті фаз протягом 20 хвилин для більшості систем за вийнятком іонів легкогідролізуючих металів, коли рівновага встановлюється повільніше, протягом 3−12 годин, що створює проблеми при практичному застосуванні іонообмінників з іммобілізованими барвниками. Для подолання цієї проблеми можна застосувати дію ультразвуку (УЗ). Нами показано, що у випадку застосування 2-х секундної дії УЗ у всіх системах термін Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

встановлення сорбційної рівноваги скорочується до 20 хвилин (рис. 4). Ступінь вилучення іонів металів також зростає на 5 – 26%. Наприклад, вилучення іонів Cd (II) на КО-АВ – з 78% до 93%; іонів Zn (II) на КО-АВ – з 76% до 92% [4,6,7]. Це можна пояснити конформаційними змінами в структурі іонообміннників з іммобілізованими барвниками та посиленням масообміну в їх порах. Збільшення ступеня вилучення під впливом УЗ можна пояснити зміною локального оточення центрів зв язування, при якій більша їх кількість стає доступними для іонів металу, тобто полімерний ланцюг під впливом УЗ набуває конформаційної рухомості. Враховуючи вищевикладене, можна припустити, що з двох можливих схем сорбції іонів металів на поверхні H m R (специфічна і неспецифічна) переважає перша: за рахунок комплексоутворення з іммобілізованими барвниками. Порівняння іонообмінників з іммобілізованими барвниками за ефективністю вилучення іонів металів та за максимальною ємністю дозволяє визначити межі їх використання. Встановлено, що ефективність запропонованих іонітів з хромофорними реагентами характеризується високими значеннями коефіцієнтів розподілу особливо після дії УЗ (D 104, табл. 3, 4) при оптимальних значеннях кислотності середовища. За цією ознакою досліджувані іони металів поділяються на дві групи: ті, що можна концентрувати та розділяти на модифікованих сорбентах у кислому середовищі (рН 0,5 – 2,5) і у слабко кислому та нейтральному середовищі (рН 3,0 – 7,0) (табл. 5). Порівняння сорбційних властивостей іонітів з іммобілізованими барвниками за значеннями рН, при яких спостерігається вилучення 50 % іонів металів (рН1/2) показало, що вони можуть бути використані як для групового концентрування іонів металів, так і для їх розділення. Значення рН1/2 для вилучення металу у фазу іонообмінника з іммобілізованим барвником зазвичай нижче, ніж рН напівперетворення катіонів металу у комплекс у розчині. Це створює додаткові можливості регулювання селективності визначень за рахунок кислотності при використанні твердофазного реагенту. Визначення максимальної ємності іонообмінників з іммобілізованими барвниками за іонами металів (табл. 6) дозволило встановити, що для забезпечення ефективного вилучення іонів токсичних металів з розчинів харчових об єктів або з питної води достатньо, наприклад, 1 кг: КО , ПКФ , МТС, ЕХЦ R, ХАЗ S для концентрування іонів Hg (II) з 1000,0 Дл води;

КО , ПКФ, МТС, ЕХЦ R, ХАЗ S для концентрування іонів Cd (II) з 500,0 Дл води [7], тощо.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Таблиця 3 .Основні параметри сорбції іонів металів на Система

Zr Ті Sn Fe Pb Cu Cu Pb

ХАЗ ХАЗ ХАЗ ХАЗ МТС ХАЗ ПКФ ДТПМ БПЧ

Hm R (mc = 0,3 г)

Тип ізотерм

amax 10 5, моль/г (М)

amax 10 5, моль/г (HmR)

1,59

1,67

Область Генрі amax 5 10 , моль/г (М) 0 – 1,1

1,60

1,67

0 – 1,0

1,66

1,67

0 – 0,9

1,55

1,67

1,20

k 10 , дм3/мо ль

D 10 , cм3/г

2,56

3–9

3,8

5–9

9,8

–

1–9

0 – 1,2

2,30

7,0

1,9

1,32

0 – 0,5

0,94

1–7

1,40

1,67

0 – 0,7

0,82

6–7

1,0

1,32

1,70

0 – 0,5

0,71

5–9

2,6

1,32

1,58

0 – 0,5

–

5–7

1,9

Таблиця 4. Максимальні значення коефіцієнтів розподілу (D 104, см3/г)при оптимальній кислотності розчину для систем

М Pb (II)

Hm R

(дія УЗ – 2 с.)

Реагент

Zn (II) Cd (II) Fe (III) Sn (IV) Zr (IV)

КО МТС КО КО ХАЗ КО

рНопт 1,0

Dmax 104, см3/г 16,5

3,0

3,9

6,0

1,32

1,0

16,5

1,0

19,8

1,0

16,5

Таблиця 5 .Значення рН розчинів, при яких спостерігається вилучення 50% іонів металів на

Hm R

(рН1/2) М

КО

МТС

ПКФ

ЕХЦ

ХАЗ

Cu (II) Pb (II) Zn (II) Cd (II) Hg II) Fe (III) Sn (IV) Zr (IV) Ti (IV)

0,5 0,5 3,0 3,0 0,5 0,5 0,5 0,3

0,25 0,5 0,5 3,0 2,0 1,5 1,5

2,5 0,5 1,0 4,0 1,5 4,0 2,0 2,0 5,0

0,5 5,0

3,0 2,0 2,0 2,0 0,5 2,0 0,5 1,0 0,5

3,5 0,5 2,0 1,0

Таблиця 6. Максимальна ємність аніонообмінників з іммобілізованими барвниками за металами, мг/г

Hm R

Ті

КО ПКФ МТС ЕХЦ ХАЗ

1,0

2,59

1,03

1,64

2,67

0,91

1,64

1,55

1,01

2,50

1,20

1,30

3,32

0,88

1,82

1,37

0,72

0,92

2,48

1,12

1,65

3,08

0,79

1,56

0,93

2,48

1,16

3,22

1,84

1,37

0,78

1,05

2,71

1,58

3,12

0,90

1,98

1,37

0,76

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

РЛК ГДК ГДК

1,0 0,5-100

2,73 0,03 0,05-10 3

- ГДК у питній воді, мг/дм ;

5,0 3-200

0,003 0,001 0,25 0,010,0055,0 2,0 0,6 - ГДК у харчових продуктах, мг/кг.

200

1,44 -

Таблиця 7. Константи стійкості комплексів іонів металів з барвниками у фазі сорбенту та у розчині 3 (дм /моль) (Р = 0,95, n = 6) М Zr(IV)

Реагент АРС

lg (сорбент) 34,3 0,6

рН 5,0

lg 1 розчин 39,8 0,1

рН 1,0

Fe(III) Pb(II) Ti(IV) Zr(IV) Hg(II) Cu(II) Pb(II) Zn(II) Cu(II) Zn(II) Cd(II) Ti(IV) Cd(II) Cu(II)

АРС АРС КХТС СФАЗ СФАЗ СПАДНС КО КО ПКФ МТС МТС ЕХЦ ХАЗ ХАЗ

16,1 0,5 12,2 0,6 24,0 0,5 12,3 0,8 4,3 0,7 11,5 0,5 13,2 0,7 13,0 0,4 9,9 0,8 7,2 0,5 18,6 0,6 19,1 0,7 6,9 0,5 8,5 0,4

5,0 5,0 6,0 2,0 1,0 5,0 5,0 5,0 5,0 3,0 7,0 5,0 5,0 6,0

28,7 0,2 23,1 0,2 33,7 0,5 39,5 0,3 31,9 0,4 20,1 0,3 24,6 0,2 28,76[56] lg 11=16,50 [55] 24,3 0,4 27,7 0,5

3,0 5,0 5,0 2,0 3,0 6,8 5,0 6,0 5,0 6,0 5,0

lg lg

6,0 6,4-6,8

Про утворення комплексів у фазі іоніту свідчать зміни у спектрах світлопоглинання іонообмінників з іммобілізованими барвниками після іх обробки розчинами солей металів. В спектрах поглинання комплексів, утворених у фазі сорбенту максимуми поглинання спостерігаються в тому ж діапазоні довжини хвилі, що і для комплексів, утворених у розчині (рис. 5, криві 2, 4, 5). Оскільки відомо, що за обраних умов у розчині утворюються комплекси складу М : HmR = 1 : 1, можна припустити, що у фазі іоніту утворюються комплекси такої ж стехіометрії. Це припущення підтверджено результатами визначення складу металокомплексів у фазі іоніту за методом зсуву рівноваги та близькістю значень максимальної сорбційної ємності за барвником та катіоном металу. Завдяки тому, що функціонально-активні угруповання іммобілізованих барвників не беруть участь у закріпленні на матриці, в ряді гетерофазних систем досягається висока контрастність реакцій. Наприклад, для реакцій іонів Pb(ІІ), Hg(ІІ) з

ЕХЦ

=220 нм, для іонів

Cu(ІІ) з

МТС

МТС ХАЗ і

=130 нм, для іонів Pb(ІІ), Zn(ІІ), Ті(IV) з

=130 нм, для іонів Fe(ІІІ) з

=100 нм. Встановлено, що у більшості випадків контрастнішими є реакції за участю твердофазних реагентів з менш розгалуженою структурою. Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

11=10,80

[55] 11=9,40 [55]

Рис. 5. Спектри світлопоглинання МТС (1,3), Pb МТС (2,4) i Pb-МТС (5) (рН 1; 1,2- = 12 год., 3,4-УЗ 2 сек., = 20 хв., mс=0,3 г, V = 50 3 см ,  = 0,1 см, к.пр.-АВ; 5 - СPb=2·10-5 моль/дм3,СМТС= 4·10-5 моль/дм3,  = 0,1 см, к.пр.Н2О) Для оцінки відносної стійкості поверхневих комплексів нами в ряді робіт використовувались підходи, що не передбачали математичного врахування констант гідролізу металів та іонізації ФАУ іммобілізованих барвників [4-14, 51-53]. 65

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Оскільки отримані результати виявились заниженими, стійкість металокомплексів у досліджуваних системах визначали за рівнянням (5). Окремі результати наведені у табл. 7. За стійкістю металокомплексів з іммобілізованими на АВ реагентами впорядковано іони металів наступним чином: М Fe(III) Pb(II) Zn(II) Hg(II)

ПКФ: Ti(IV)

Fe (III) Pb(II) Ті(IV)

Cu(II)

Zr(IV)

Pb(II)

Аналогічна залежність спостерігається для іонів М(ІІ) у кислому і слабкокислому середовищі, коли гідроліз відсутній, наприклад, для комплексів Pb(II) при рН 1,0: барвники можна розташувати у наступний ряд: ПКФ КО МТС . Аналогічно для комплексів, які утворюють іони

КО : Zr(IV) Cu(II) Cd(II); Hg(II)

Cu(II) при рН 5,0: ПКФ КО . Отримані залежності дають можливість прогнозувати як хіміко-аналітичні властивості пропонованих твердофазних реагентів, так і кількісне вилучення іонів металів іонообмінниками з іммобілізованими барвниками (р[М] 6) при сталій іонній силі. Показово, що утворенню найменш стійких комплексів у фазі іонообмінника відповідають ізотерми сорбції S-типу. За величинами констант стійкості були обчислені коефіцієнти селективності гетерофазних реакцій (табл. 8), які дозволили прогнозувати селективність обміну твердофазних реагентів. Ці дані у поєднанні з результатами вивчення оптимальних умов взаємодії іонів металів з іммобілізованими сульфофталеїновими барвниками дозволили планувати створення нових твердофазних реагентів з наперед заданими властивостями і нових методик визначення іонів досліджуваних металів. Так, за даними табл. 8, селективне визначення Ti(IV) в присутності інших іонів металів забезпечують всі досліджувані іонообмінники. З іншого боку, сполуки Ti (IV) i Zr (IV) заважають визначенню інших іонів металів з іммобілізованими барвниками. Проте у харчових об„єктах їх немає. Визначенню іонів Zr (IV) заважають тільки іони Ті(IV). Іммобілізований на АВ ХАЗ може бути застосований для визначення іонів Hg (II) у харчових об єктах тощо.

Zn(II)

М МТС : Fe(III) Zn (II) Hg(II); М ЕХЦ :

Cd(II);

Cd(II)

Cu (II)

Zr(IV)

Hg(II)

Pb (II);

М ХАЗ : Ті(IV)

Hg (II) Zr(IV) Fe(III) Zn(II) Cu(II) Pb(II) Cd(II). У всіх системах спостерігається зменшення стійкості комплексів з одним і тим же барвником у послідовності М(IV) М(ІІІ) М(ІІ), що узгоджується з літературними даними для розчинів [3, 54, 55]. Аналіз констант стійкості комплексів з різними барвниками у розчині та у фазі аніонообмінника показав, що іони Fe(III), Pb(II), Hg(II), Cu(II), Zn(II) утворюють більш стійкі комплекси з барвниками менш розгалуженої структури. Наприклад, за стійкістю комплексів, що утворює Fe(III) при різних значеннях рН, іммобілізовані барвни-

ХАЗ S 3,0) КО

ки можна розташувати у наступний ряд:

(рН 7,0) ПКФ (рН 5,0) МТС (рН (рН 1,0). На перших місцях знаходяться барвники з менш розгалуженою структурою ( ПКФ , ХАЗ S) і стеричні перешкоди менші, ніж при утворенні комплексів Fe (III) з

МТС[7].

Таблиця 8. Коефіцієнти селективності М

ХАЗ Hg/ M

Pb(II) Cu(II) Hg(II) Zn(II) Cd(II) Fe(III) Zr(IV) Ti(IV)

ПКФ

КО

Pb/

Pb/ M

2000 50 4000 2000 2 0,11 1

Zr/ 13 1,6 10 1,2 1013 10 8 10 12 6 10 1,6 1013 10

80 200 1 1 1

рН 5-7 5-7

1 10 1,6 104 500 4 9,8 10 2,3 106

4100 50 200 6 106 1 1 1

Таблиця 9. Основні параметри сорбції іонів Pb (II) на аmax БПЧ 1,58 10 5моль/г,

Fe/ M

M 4

200 150

Pb(II) Pb(II), ДТПМ

ЕХЦ

МТС

0,12 1

БПЧ (n = 5, P = 0,95, mc = 0,3 г,

amax, 10 5 моль/г 1,25 1,32

Г, % 87,7 99,8

D,10 cм /г 1,12 1,90

V,см

50-300 50-300

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

Дослідження взаємодії іонів Плюмбуму з дітіопірилметаном і бромпірогаловим червоним у фазі аніонообмінника АВ-17 8 Раніше було показано, що утворення різнолігандних металокомплексів з металохромними індикаторами та похідними піразолону у розчинах сприяє підвищенню чутливості і селективності визначення металів. З метою поліпшення аналітичних властивостей твердофазних реагентів на основі аніонообмінника досліджено взаємодію Pb (II) з дітіопірилметаном (ДТПМ) та БПЧ, що іммобілізований на АВ. Вибір органічних реагентів, які використані у різнолігандних системах, зумовлений тим, що різнолігандні системи іонів Pb (ІІ) з бромпірогаловим червоним і органічними основами характеризуються високими хіміко-аналітичними характеристиками [18]. Метал-індикаторним методом встановлено, що в розчині іони Pb (ІІ) утворюють з ДТПМ безбарвний комплекс складу Pb(ДТПМ)2+[56], який в присутності БПЧ утворює змішанолігандний комплекс складу 1 : 1 : 1. Комплекс Pb (II) з ДТПМ не сорбуються аніонообмінником. При використанні АВ з іммобілізованим БПЧ сорбція Pb (II) в присутності ДТПМ призводить до зміни спектру поглинання продукту у фазі іонообмінника порівняно з продуктом, одержаним за відсутності ДТПМ. Це дозволяє припустити, що у фазі іонообмінника утворюються різнолігандний комплекс за участю ДТПМ. Сорбційна рівновага встановлюється протягом 3 годин. Причому більше 60,0% іонів Pb (ІІ) вилучається протягом перших 20 хвилин. Значення lg = 9,5 0,5 при І = 0,1 М. Основні параметри сорбції представлені в табл. 9. Аналітичне застосування іммобілізованих сульфофталеїнових барвників для аналізу харчових продуктів На основі отриманих даних про іммобілізацію сульфофталеїнових барвників на аніонообміннику та про взаємодію іонів металів чи їх комплексів з іммобілізованими барвниками розроблено методики твердофазного спектрофотометричного (ТФС) визначення іонів металів у харчових об єктах; запропонована схема встановлення мікроелементного складу харчових продуктів, зокрема, харчових грибів. Методика твердофазного спектрофотометричного визначення іонів Pb (II) за допомогою KO застосована при встановленні здатності основних компонентів молока (казеїна і лактози) зв язувати іони даного токсичного металу. Оцінка метрологічних характеристик розроблених методик виконана на різних об єктах аналізу із застосуванням методу добавок, стандартних зразків та порівнянням з іншими методами аналізу. Відносне стандартне відхилення розроблених методик ТФСвизначення не перевищує 0,10, що свідчить про Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

задовільну відтворюваність результатів. З табл. 10-13 видно, що розроблені методики перевищують більшість стандартних та кращі аналогічні, відомі з літератури, за чутливістю та селективністю. 4 3 Високі коефіцієнти розподілу (D 10 см /г) іонів металів сприяють зниженню межі визначення при застосуванні іммобілізованого барвника порівняно з реакцією в розчині. За значенням Сmin пропоновані методики сорбційноспектрофотометричного визначення іонів металів поступаються тільки методам атомноабсорбційного (ААС) визначення іонів Cd(II) і Hg(II) і полярографічного визначення іонів Cd(II) [57, 58]. Проте, Сmin пропонованих методик достатнє для визначення іонів Cd(II) і Hg(II) у харчових продуктах на рівні ГДК. У випадку визначення іонів Pb(II), Zn(II), Cu(II), Fe(III) розроблені методики мають переваги порівняно зі стандартними методиками визначення іонів металів у харчових продуктах [57], оскільки дають можливість визначати ці іони на рівні ≤0,1– 0,5 ГДК [59]. Зростання селективності визначень з барвниками, іммобілізованими на аніонообміннику, пояснюється зміною мікрооточення досліджених барвників при іммобілізації. Експресність запропонованих методик забезпечується впливом ультразвуку на аналізований зразок під час його пробопідготовки, а також на систему розчин зразка – іонообмінник з іммобілізованим барвником під час встановлення сорбційної рівноваги. Іонообмінники з іммобілізованими барвниками та методики твердофазного спектрофотометричного визначення за їх участю екологічно безпечні, оскільки не потребують використання токсичних органічних реагентів; прості у виконанні та економічно вигідні через низьку собівартість використовуваних матеріалів і реагентів. ВИСНОВКИ З метою здійснення систематичного контролю якості об'єктів харчових технологій та довкілля в аналітичних лабораторіях підприємств, районних СЕС і фермерських господарств запропоновано використання в якості гетерофазних реагентів іонообмінника АВ-17 8 з іммобілізованими сульфофталеїновими барвниками для твердофазного спектрофотометричного визначення мікрокількостей Cu (II), Pb (II), Zn (II), Hg (II), Cd (II), Fe (III), Sn (IV), Zr (IV), Ti (IV) безпосередньо у фазі сорбента на рівні 0,1-0,5 ГДК. Запропонований підхід не передбачає використання складного коштовного обладнання і токсичних реагентів. Відсутність стадії десорбції аналіту дозволяє досягати високих коефіцієнтів 5 3 розподілу і концентрування (D = 1 .10 дм /г і К = 30,0).

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Таблиця 10 . Метрологічні характеристики розроблених твердофазно-спектрофотометричних методик (Сmin розраховано для максимального коефіцієнту розподілу; аналітичний відгук А) Діапазон лінійності ГГ, мкг/см3

Сmin, мкг/см3

600

0,05 – 1,82

0,0046

560

0,20 – 10,0

0,021

540

0,12 – 6,0

0,02

640

0,20 – 12,0

0,021

660

0,065 – 5,2

0,01

660

0,20 – 16,0

0,02

580

0,20 – 1,0

0,03

620

0,20 – 4,0

0,02

500

0,065 – 5,2

0,01

640

0,20 – 1,6

0,04

600

0,13 – 5,0

0,013

ЕХЦ ЕХЦ

570

0,24 – 10,0

0,04

560

0,09 – 9,1

0,009

ХАЗ ХАЗ ХАЗ ХАЗ ХАЗ

600

0,20 – 4,0

0,02

620

0,06 – 4,5

0,007

580

0,20 – 20,0

0,02

500

0,18 – 1,8

0,015

600

0,12 – 7,0

0,01

Аналіт

Твердофазний реагент

Zr(IV)

KO KO KO ПКФ ПКФ ПКФ МТС МТС МТС МТС ЕХЦ

Pb(II) Sn(IV) Pb(II) Zn(II) Hg(II) Cu(II) Pb(II) Zn(II) Cd(II) Cu(II) Sn(IV) Zr(IV) Pb(II) Fe(III) Hg(II) Zr(IV) Sn(IV)

опт,

нм

СДВ

100/0,01

Гексаоксоциклоазохром

160

СДВ

Гексаоксоциклоазохром Fe-KO

Непоруватий кремнезем

Література

КО

CPb/Sn

ПАНволокно з слабкоосновним аніонообмінником полісульфамідна мембрана РІП М IV

CPb/Fe

500/0,3

CPb/Hg

V/m

ТФС

CPb/Cd

Метод детектування

> 103

500

> 103

[9]

−

> 103 −

−

[60]

−

[61]

200

−

600 0

150

500

[61]

100

−

[62]

CPb/Zn

Сmin, мкг/дм3

КО

CPb/Cu

Іммобілізований реагент

АВ-17-8

хв

Сорбент

Таблиця 11. Порівняльна характеристика розробленої та відомих сорбційно-спектроскопічних методик визначення Pb(II) ( -термін встановлення гетерогенної рівноваги)

> 103

> 103 4

200/1

120

−

СДВ

200/1

120

СДВ

100/0,1

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

Таблиця 12. Хіміко-аналітичні характеристики твердофазних реагентів, запропонованих для аналізу харчових об єктів(Методики: (А)-нова, (Б)-стандартна, (Ф)-фотометрична, (П)-полярографічна, (ААС)атомно-абсорбційна з УЗ пробопідготовкою, (ПК)-порівняльна колориметрична у вигляді тетрайодмеркуриата купруму Аналіт

Твердофазний реагент

рНопт

Сmin (А), мкг/дм3

Сmin [57,58], мкг/дм3 (мкг/кг)

(Б)

ГДК, мкг/кг 3 (мкг/ дм ) [59]

Zn(II)

МТС

3,0-9,0

200 (П) 20 (ААС)

3,0 10

Cd(II)

МТС

7,0

20 (П) 4 (ААС)

100

Hg(II)

ХАЗ

1,0

800 (ПК) 0,1 (ААС)

Fe(III)

ХАЗ

7,0

200 (Ф) 100 (ААС)

5000

Sn(IV)

ХАЗ

1,0-9,0

200 (Ф)

200 103

Zr(IV)

КО

1,0

0,46

Визначенню не заважають іони

1:50-Fe(III); 1:500-Сu(II), Pb(II), Cd(II), Hg(II),Co(II), Ni(II), Sn(IV), Zr(IV), Ti(IV); 1:1000-лзм,F , Cl , NO3 , Ac , SO42 , 2 2 2 CO3 , S2O3 , C2O4 1:10-Fe(III), Нg(II); 1:500-Pb(II); 1:1000Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Sn(IV), Zr(IV), Ti(IV), лзм,SO42 , Cl ,NO2 , Ac , NO3 ,F , 2 CO3 1:10-Sn(IV); 1:1000-Cd(II), Cu(II), Zn(II), 2 Pb(II), Fe(III), Zr(IV), Ti(IV), лзм, Ас , SO4 , 2 NO3 , F , CO3 1:10-Cu(II),Zn(II), Ti(IV), Sn(IV);1:50Cd(II);1:1000-Pb(II),Zr(IV), Hg(II), лзм, Cl , SO42 ,CO32 , NO3 ,ClO4 1:10-Hg(II); 1:1000-Fe(III); Сd(II), Cu(II),Pb(II), Zn(II), Ti(IV), лзм, NO3 , SO42 , Cl ,CO32 , Ac , S2O32 1:10-Fe(III); 1:500-Рb(II), Hg(II); 1:1000Sn(IV), лзм, Cu(II), Zn(II), Cd(II), NO 3 , Cl ,CO32 , SCN , SO42 , Ac , Asc ,Тіосечовина

Таблиця. 13. Результати аналізу харчових об'єктів за новими (А) і стандартними (Б) методиками (n=3, Р=0,95) Аналіт (X)

Реагент

Методи (А)/(Б)

Об'єкт аналізу; зразка

Sn (IV)

КО

(А)ТФС (Б) Ф

Модельна суміш, 3 100 см

КО

(А)ТФС (Б) П.

Молоко 3 “Білосвіт”, 1 дм Молоко 3 “Яготинське”, 1 дм Молоко 3 “Кагма”, 1 дм Молоко 3 “Слав яночка”, 1 дм

Pb (II)

(V)

Внесено, мкг

24 24 24 40 40 40 40

Pb (II)

ПКФ

(А)ТФС (Б) П.

Молоко 3 “Білосвіт”, 1 дм Молоко 3 “Яготинське”, 1 дм Молоко 3 “Кагма”, 1 дм Молоко 3 “Слав яночка” 1 дм

40 40 40 40

Pb(II)

ПКФ

ТФС/П

Печериця, 25 г

Zn (II)

ПКФ

(А)ТФС (Б)П (А)ТФС (Б)ААС

Майонез “Провансаль №1”, 10 г

Hg (II)

ПКФ

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

– 0,05

Знайдено, мкг (А)

мкг/см3 22 2 25 2 24,5 0,6 31 2 71 2 38 2 80 3 41 3 81 2 36 3 78 3 31 2 71 3 38 2 80 3 41 3 81 2 36 3 78 3 0,050 ± 0,003 0,100 ± 0,004 7,3 0,4 18,1 0,7 Сліди 12,2 0,4

0,04 0,03 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,03 0,01 0,03 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,03 0,01 0,03 0,01 0,03 0,03

0,02 0,02 0,01

Знайдено, мкг (Б)

мкг/см3 24 5 26 2 26 2 31 3 71 3 40 3 81 2 41 2 81 2 36 3 77 3 31 3 70 3 40 3 81 2 41 2 81 2 36 3 77 3 0,060 ± 0,004 0,110 ± 0,005 7,7 0,5 17,8 0,8 0,004 0,001 10,4 0,3

0,08 0,03 0,02 0,03 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,03 0,01 0,04 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,03 0,01 0,03 0,05

0,03 0,02 0,10 0,01

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

Cu (II)

Pb (II)

Zn (II)

Cd (II)

МТС

(А)ТФС (Б)П

Майонез з часником, 35 г

МТС

(А)ТФС (Б)П

Мінеральна вода “Трускавецька”, 3 1,5 дм

МТС

(А)ТФС (Б)П

Мінеральна вода 3 жанська”, 1,5 дм

МТС

(А)ТФС (Б)П

Штучна суміш, 3 100 см

0,3 0,6 1 1,5 “Лу-

Яловичі нирки, 10 г

10 20 0,1 0,2 10 20

Мінеральна вода “Мор3 шинська”, 1 дм

ХАЗ

(А)ТФС (Б)П (А)ТФС (Б) Ф (А)ТФС (Б)П

ХАЗ

(А)ТФС (Б) Ф

Полісолодовий екстракт, 0,1 г

ХАЗ

(А)ТФС (Б)ААС

Майонез 10 г

Hg(II)

ХАЗ

ТФС/П

Печериця, 25 г

– 0,05

Sn (IV)

ХАЗ

(А)ТФС (Б)П

М'ясо яловиче, консервоване 10 г

– 10

Cu (II) Sn (IV) Pb (II)

Fe (III)

Hg (II)

ЕХЦ ЕХЦ

Сардінела в маслі консервована,10 г Питна вода, 1 дм

5 50 30 50

“Провансаль”,

ЛІТЕРАТУРА 1. Бабко А.К., Пилипенко А.Т. Фотометрический аналіз. – М.: Химия, 1968. – 387 с. 2. Марченко З. Фотометрическое определение элементов: Пер. с польск. -М.: Мир, 1971. - 501 с. 3. Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. – М.: Мир, 1975. – 499 с. 4. Костенко Є.Є. Визначення Cd (II) за допомогою метилтимолового синього методом твердофазної спектрофотометрії // Укр. хім. журн.- 2007. – Т. 73, № 10. - С. 113 – 117. 5. Костенко Е.Е. Твердофазное спектрофотометрическое определение Cu (II) с применением метилтимолового синего // Заводская лаборатория. – 2008. – Т. 74 , № 1. – С. 9 – 13. 6. Костенко Є.Є. Визначення Fe (III) з хромазуролом S // Укр. хім. журн. – 2009. – Т. 75, № 3-4. – С.107 - 112 7. Костенко Є.Є. Хіміко-аналітичні властивості іммобілізованих на АВ-17-8 барвників та використання їх в аналізі // Тр. Сесії наукової ради з проблем аналітичної хімії. – Крим, Новий Світ, 2009. – С. 28. 8. Костенко Е.Е. Твердофазное спектрофотометрическое опредение свинца с хромазу70

10 – 10

0,33 0,04 0,58 0,03 0,91 0,05 1,3 0,2 2,3 0,2 2,8 0,3 19 3 29 3 38 2 0,21 0,05 0,28 0,02 0,42 0,03 9,9 1,5 21 2 32 3 12,2 0,4 24,5 0,8 7,6 0,5 17,5 0,5 5,0 0,3 11 1 55 6 30 3 59 3 83 4 Сліди 10,8 0,3

0,05 0,02 0,02 0,07 0,03 0,04 0,07 0,04 0,02 0,09 0,03 0,03 0,06 0,04 0,03

Не знайдено 0,052 ± 0,002 8,5 0,4 18,1 0,8

0,03 0,03

0,01 0,01 0,03 0,01 0,02 0,04 0,07 0,04 0,02 0,02 0,01

0,02 0,02

0,29 0,03 0,62 0,06 0,90 0,04 1,3 0,1 2,3 0,2 2,8 0,2 19 2 29 2 39 3 0,20 0,01 0,33 0,02 0,39 0,03 9,8 1,1 21 2 32 3 12,4 0,3 24,8 0,4 7,6 0,5 17,5 0,5 5,0 0,6 10 1 55 8 33 3 66 3 77 3 0,004 0,001 10,2 0,4 Не знайдено 0,050 ± 0,003 8,1 0,5 18,4 0,6

0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,02 0,05 0,03 0,03 0,02 0,02 0,03 0,15 0,04 0,04 0,02 0,02 0,02 0,01 0,05 0,05 0,06 0,02 0,01 0,01 0,10 0,02 0,03 0,05

0,02 0,01

ролом S // Журн. аналит. химии. – 2010. – Т. 65, № 4. – С. 1 – 6. 9. Костенко Є.Є. Твердофазне спектрофотометричне визначення плюмбуму з використанням ксиленолового оранжевого // Вісник Харківського нац. ун-ту. Серія: Хімія. – 2007. - Вип. 15 (38), № 770. – С. 104 – 108. 10. Костенко Е.Е. Твердофазное спектрофотометрическое определение свинца с использованием метилтимолового синего // Современные наукоемкие технологии. – 2007. - № 12. – С. 13 – 19. 11. Костенко Є.Є. Взаємодія Zn (II) з іммобілізованим на аніонообміннику АВ-17 8 ксиленоловим оранжевим // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2007. – Вып. 3/4 (27). – С. – 63 – 65. 12. Костенко Е.Е. Oпределение Zn (II) с помощью метилтимолового синего методом твердофазной спектрофотометрии // Изв. Вузов. Химия и химическая технология. – 2007. – Т. 50, № 10. – С. 45 – 48. 13. Костенко Є.Є. Комплексоутворення Zr (IV) з твердофазним ксиленоловим оранжевим // Вісник Київського нац. ун-ту. Серія: Хімія. – 2008 – Т. , № , С.

Хіміко-аналітичні властивості сульфофталеїнових барвників, іммобілізованих на аніоніті АВ-17x8

14. Брыкина Г.Д., Марченко Д.Ю., Шпигун О.А. Твердофазная спектрофотометрия // Журн. аналит. химии. - 1995. - Т. 50, № 5. - С. 484 491. 15. Коростелев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. - М: Химия, 1967. 16. ГОСТ 19251. 5-79. Олово. Методы определения олова. – Взамен ГОСТ 19251. 5-73; Введ. 01.01.80. – М.: Изд-во стандартов, 1979. – С. 27 – 29. 17. Подчайнова В.Н., Симонова Л.Н. Аналитическая химия элементов. Медь. - М.: Наука, 1990. - 274 с. 18. Полянский Н.Г. Аналитическая химия элементов. Свинец. - М.: Наука, 1986. -352 с. 19. Живописцев В.П., Селезнева Е.А. Аналитическая химия цинка. - М.: Наука, 1975. - 193 с. 20. Анализ минерального сырья / Под ред. Ю.Н. Книпович, Ю.В. Морачевского. – Л.: Госхимиздат, 1956. – 767 с. 21. Гладышев В.П., Левицкая С.А., Филиппова Л.М. Аналитическая химия ртути. - М.: Наука, 1974. - 224 с. 22. Методы анализа чистых химических реактивов. – М.: Химия, 1984. – 280 с. 23. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии. М.: Высшая школа, 1968. 279 с. 24. Тулупов П.Е. Стойкость ионообменных материалов.- М.: Химия, 1984.-231 с. 25. Полянский Н.Г. Сравнительное изучение термической устойчивости сульфокатионитов при их нагревании в воде // Журн. прикладн. химии. - 1959. - Т. 32, № 4. - С. 735 - 742. 26. Полянский Н.Г., Акопов Г.А., Исаева Г.Я., Стаханова В.В. Исследование физикохимических свойств макропористых фосфорнокислых катионитов // Журн. прикладн. химии. 1973. - Т. 46, № 5. - С. 1086 - 1090. 27. Казанцев Е.И., Сапогов Н.В., Виноградов В.М. ИК-спектры сульфофенолформальдегидного катионита КУ-1, окисленного HNO3, KbrO3 и FeCl3 // Изв. вузов. Химия и хим. технол. - 1968. - Т. 11, № 7. - С. 780 - 784. 28 Горбунов Г.В., Полянский Н.Г. О кондиционировании катионитов // Журн. физич. химии. - 1978. - Т. 52, № 5. - С. 1259 - 1262. 29. Тулупов П.Е. О влиянии числа поперечных связей и некоторых других факторов на термическую устойчивость сульфокатионита КУ2 в третичных амиленах // Журн. прикладн. химии. - 1966. - Т. 39, № 7. - С. 1661 - 1663. 30. Костенко Є.Є., Ковбаса В.М., Бутенко О.М., Кабан О.П. Фотометричне визначення мікрокількостей купруму (ІІ) у нових харчових продуктах // Наукові праці УДУХТ. - 2002. - № 11. С. 75 -76. 31. Костенко Е.Е., Христиансен М.Г., Бутенко Е.Н. Определение свинца (II) в питьевой

воде с помощью сульфоназо III. // Химия и технология воды. - Т. 24, № 6. - С. 558 - 561. 32. Спосіб визначення мікрокількостей меркурію (ІІ): Пат. № 49538 А. Україна. МПК 7 СО1G13/00 Є.Є. Костенко. - № 2001128967; заявлено 25.12.2001; Опубл. 16.09.2002., Бюл. № 9. – 3 с. 33. Бирмантас И.И., Ясинскене Э.И. Фотометрическое определение микроколичеств железа с использованием пирокатехинового фиолетового // Журн. аналит. химии. - 1965. - Т. 20, № 7. - С. 811 - 813. 34. Багдасаров К.Н., Коваленко П.Н., Шемякина М.А. Изучение комплексов индия, кадмия, висмута с ксиленоловым оранжевым и их использование для фотометрического определения названных элементов // Журн. аналит. химии. - 1968. - Т. 23, В. 4. - С. 515 - 520. 35. Спиваковский В.Б. Аналитическая химия олова. – М.: Наука, 1975. – 245 с. 36. Елинсон С.В., Петров К.И. Аналитическая химия циркония и гафния. – М.: Наука, 1975. – 419 с. 37. Otomo M. The spectrophotometric determination of titanium with hydrogenperoxide and xylenol orange // Bull. Chem. Soc. Japan. - 1963. - Vol. 36, № 10. - P. 1341 - 1346. 38. Запорожець О. А.. Адсорбовані на кремнеземах органічні реагенти у комбінованих спектроскопічних і тест-методах аналізу: Дис…докт. хим. наук: 02.00.02 / Київський нац. ун-т ім. Т. Шевченка. – Київ., 2003. – 34 с. 39. Моросанова Е.И. Нековалентно иммобилизованные на кремнеземах аналитические реагенты для концентрирования, разделения и определения неорганических и органических соединений // Автореф. Дис. … д-ра хим. наук: 02.00.02 / Моск.гос. ун-т. – М., 2001. – 48 с. 40. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. М.: Химия, 1968. - 364 с. 41. Пилипенко А.Т., Сафронова В.Г., Закревская Л.В. Модифицирование катионообменника. КУ-23 4-(2-пиридилазо)резорцином для концентрирования и фотометрического определения тяжелых металлов // Журн. аналит. хим. - 1989. - Т. 44, № 9. - С. 1594 – 1598. 42. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1979.-475 с. 43. Салдадзе К.М., Копылова - Валова В.Д. Комплексообразующие иониты. – М.: Химия, 1980. – 336 с. 44. Мясоедова Г.В., Саввин С.Б. Хелатообразующие сорбенты. – М.: Наука, 1984. – 164 с. 45. Toshikatsu Sata Ion Exchange Membranes. – Japan.: advancing the chemical sciences, 2002. – 327 p. 46. Чмиленко Ф.А., Бакланов А.Н. Ультразвук в аналитической химии. Теория и практика. – Днепропетровск: РИЦ Днепропетр. ун-та, 2001. – 263 с.

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1

Методы и объекты химического анализа, 2011, т.6, №1, с. 58-72

47. Брыкина Г.Д., Лебедева Г.Г., Агапова Г.Ф. Определение циркония в горных породах методом твердофазной спектрофотометрии // Журн. аналит. химии. - 1990. - Т. 45, № 9. - С. 1838 - 1842. 48. Костенко Е.Е., Штокало М.Й. Твердофазная спектрофотометрия - эффективный метод определения тяжелых металлов в пищевых объектах // Журн. аналит. химии. - 2004. - Т. 59, № 12. - С. 1158 – 1164 49. Гельферих Ф. Иониты и ионный обмен. – М.: Издатинлит, 1962. – 490 с. 50. Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986, 475 с. 51. Трофимчук А.К. Эквивалентная степень координации металла как количественная характеристика комплексообразующих сорбентов // Укр. хим. журн. – 1990. – Т. 56, № 9. – С. 930 935. 52. Холин Ю.В., Зайцев А.Н., Донская Н.Д. Выбор модели описания равновесий комплексообразования CoCl2 с аминопропилкремнеземами в диметилформамиде // Журн. неорг. химии. – 1990. – Т. 35, № 6. – С. 1569 - 1574. 53. Трофимчук А.К. Достоверность и целесообразность определения констант устойчивости комплексов на поверхности сорбентов // Укр.хим.журн. – 1994. – Т.60, № 12. – С.818 – 822. 54. Бишоп П.. Индикаторы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979. - ч. 1. - 398 с.; ч. 2. - 402 с. 55. Stability constants of metal-ion complexes. Part. B. Organic Ligands / Ed. D.D. Perrin. – Oxford- N.Y., Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt: Pergamon Press, 1988. – 1263 p. 56. Штокало М.Й., Костенко Є.Є., Компанієць Н.С., Долгарьов А.В. Вивчення комплексу Pb (II) з дитіопірилметаном метал - індикаторним методом. // Укр. хім. журн. - 2002. - Т. 68, № 8. - С. 99 - 102. 57. Сырье и продукты пищевые. Методы определения токсичных элементов. – М.:Госстандарт СССР, 1986. 58. Чміленко Ф.О., Соболь Л.В. Хімічний контроль якості продуктів харчування. – Дніпропетровськ.: РВВ ДНУ, 2001. – 136 с. 59. СанПиН. 43-123-4089-56. Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышъяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах. –М.: Минздрав СССР, 1986. 60. Трутнева Л.М., Швоева О.П., Саввин С.Б. Иммобилизованный ксиленоловый оранжевый как чувствительный элемент для волоконно - оптических сенсоров на торий (IV) и свинец (II) // Журн. аналит. химии. - 1989. - Т. 44, № 10. - С. 1804 - 1808. 61. Петрова Т.В., Джераян Т.Г., Саввин С.Б. Сорбционно-спектроскопическое и экстракционно-спектрофотометрическое определение свинца гексаоксациклоазохромом в сточных водах //

Журн.аналит.химии. – 1990. – Т. 45, № 3. – С. 579 – 584. 62. Цюкало Л.Є.. Іммобілізовані на поверхні кремнезему фталексони – твердо фазні реагенти для сорбційно-спектрофотометричного і візу− ального тест-визначення Pb(II), Zn(II), F I 2− C2O4 : Автореф. дис…канд. хим. наук: 02.00.02 / Київський нац. ун-т ім. Т. Шевченка. – Київ., 2006. – 18 с.