Таблица 1. Кинетические кривые разложения аскорбиновой кислоты в водных буферных растворах при различных рН с(КН2Р04) = 0.05 М (5 х 10-4, мВ с)
мин рН 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 |Д5/Д^ 24 ч
1.0 342.8 342.5 342.1 344.7 343.8 343.6 345.0 343.8 343.9 343.4 0.01 267.7
1.4 335.4 336.8 335.5 335.5 335.3 333.0 333.1 331.2 330.9 329.8 0.12 45.4
2.9 330.1 332.9 329.6 325.8 322.2 318.2 314.4 310.5 306.9 303.5 0.59 9.3
3.9 324.2 318.2 308.6 300.3 293.0 286.2 278.5 272.2 266.0 260.4 1.42 6.5
4.4 322.9 304.2 288.6 274.8 264.0 252.9 243.0 238.0 228.4 219.4 2.30 6.0
5.6 314.7 288.0 270.6 257.9 247.9 240.0 231.3 223.4 216.1 209.5 2.34 6.5
6.8 341.3 338.5 336.9 329.8 326.9 323.5 320.5 316.7 316.5 316.4 0.55 -
7.2 331.2 330.1 328.9 327.4 326.2 327.2 324.9 325.3 324.2 324.4 0.15 221.9
7.8 336.8 335.5 334.5 330.7 329.3 328.2 326.5 324.9 324.1 322.7 0.31 -
8.4 343.1 342.0 339.8 339.0 338.7 336.8 335.3 334.3 333.5 331.9 0.25 213.2
метр рН-673М со стеклянным индикаторным электродом и насыщенным хлоридсеребряным электродом сравнения.
Приготовление растворов. Навеску 0.025 г АК помещали в мерную колбу емк. 100 мл, растворяли в 60 мл 0.1 М НС1, 0.1%-ной Н3Р04 или 0.05 М фосфатного буферного раствора с определенным рН, разбавляли до метки этим же раствором, перемешивали, измеряли рН и фильтровали через фторопластовый мембранный фильтр с размером пор 0.45 мкм. При изучении влияния органического растворителя его добавляли к навеске АК в колбе как первый компонент.
t, ч 0.08 0.30 0.
5, мВ с х 10"4 319.2 278.7 25
Методика эксперимента. Пробу 5 мкл вводили в колонку автоматическим дозатором и хромато-графировали с ПФ СН^ : 0.025 М КН2Р04 (рН 3.0) = 1 : 9 (об.). Продолжительность одного анализа 5 мин, таким же был интервал между измерениями площадей пиков. Каждый раствор готовили и анализировали не менее 3 раз.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Ниже представлены площади пиков АК (5) в разные моменты времени после начала реакции при рН 5.6:
0 0.80 24 120
.1 234.1 6.5 0.0
Видно, что в начальном периоде реакции (50 мин) площадь пика АК значительно уменьшилась (примерно на 27%). Поэтому можно судить об устойчивости АК в растворе по данным в этом интервале времени, не усложняя методику эксперимента промежуточными измерениями в последующие часы. Для получения дополнительной информации в некоторых случаях делали измерения через сутки и через несколько дней.
Влияние рН раствора. Кинетические кривые разложения АК при разных рН растворов приведены в табл. 1. Анализ хода кинетических кривых показывает, что в диапазоне рН 1.0-4.4 скорость разложения АК возрастает, при рН 5.4-7.2 снижается и при дальнейшем росте рН до 8.4 практи-
чески не изменяется. Данные, полученные через сутки для некоторых из этих растворов, соответствуют результатам по начальному периоду реакции - в области более высокой устойчивости остаточная концентрация АК выше (табл. 1).
Таким образом, зависимость скорости разложения АК в водных растворах от рН имеет максимум, а устойчивость выше в кислой среде. Для аналитических целей, например, при анализе многокомпонентного препарата в качестве растворителя можно рекомендовать 0.1%-ную Н3Р04 (рН 2.1). В этом случае площадь пика аскорбиновой кислоты постоянна в течение времени, достаточного для получения 3-4 последовательных хромато-грамм. Однако в большинстве случаев использо-
УСТОЙЧИВОСТЬ АСКОРБИНОВОЙ кислоты
825
Таблица 2. Кинетические кривые разложения аскорбиновой кислоты в водных буферных растворах при различном содержании органических растворителей с(КН2Р04) = 0.05 М, рН 5.6 ^ х 10-4, мВ с)
t, мин
c(ch3cn)>- об. % 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 |Д5/Дг | 24 ч
0 314.7 288.0 270.6 257.9 247.9 240.0 231.3 223.4 216.1 209.5 2.34 6.5
0.2 346.0 341.8 336.4 332.5 329.5 326.4 324.5 321.8 317.7 316.0 0.67 81.5
0.5 339.1 337.7 335.8 333.3 331.9 330.1 328.9 326.8 326.1 325.0 0.31 62.3
1.0 343.9 343.2 341.8 338.3 337.6 334.8 333.5 332.1 330.5 329.0 0.33 268.2
2.0 325.3 326.7 326.1 326.1 325.7 325.5 325.7 324.5 326.3 325.3 0.00 303.6
5.0 327.6 326.8 326.6 326.6 325.6 325.4 325.3 326.2 325.8 325.1 0.06 292.2
t, мин
c(c2h5oh)> об. % 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 |Д5/Дг | 24 ч
2.0 329.1 318.9 306.3 297.0 289.7 283.1 279.7 275.1 272.7 267.4 1.37 154.0
5.0 331.0 322.2 313.0 306.3 298.1 292.7 287.4 284.6 278.8 273.7 1.37 -
вание чисто водного растворителя неприемлемо, так как требуется добавление органического растворителя для повышения растворимости некоторых определяемых компонентов препарата.
Влияние концентрации ацетонитрила. В качестве органического растворителя выбран ацето-нитрил как один из основных компонентов используемых ПФ. Кинетические кривые разложения АК в присутствии разных количеств ацетонитрила при постоянном рН раствора приведены в табл. 2. Видно, что ацетонитрил значительно снижает скорость разложения АК. Уже при содержании ацетонитрила 0.2 об. % реакция замедляется примерно в 4 раза, при концентрации 2.0 об. % ее скорость достигает минимума и при дальнейшем добавлении растворителя не изменяется.
Для сравнения также изучено добавление этанола. Полученные результаты показали, что влияние этого растворителя значительно меньше (табл. 2).
Для растворения проб препаратов, содержащих АК, можно рекомендовать раствор, содержащий 5 об. % СН^ в 0.1%-ной Н3Р04. При содержании в пробе нерастворимых в воде компонентов содержание CH3CN может быть повышено.
Механизм разложения аскорбиновой кислоты в водном и водно-ацетонитрильном растворах.
Известно, что в водных растворах аскорбиновой кислоты существует равновесие между АК и продуктом ее окисления дегидроаскорбиновой кислотой (ДГАК) [4-6].
/CH2OH
HOHC O
HC C 2 \ / HC=CH
H° NOH
АК
HOHC
/
CH2OH
O
\ /O\ _ HC C \ / C=C
O O
ДГАК
O
Окисление протекает по свободнорадикально-му механизму, а ДГАК еще более неустойчива, чем АК и подвергается необратимой деструкции [6]. Поэтому смещение равновесия вправо способствует разложению АК. Поскольку аскорбиновая кислота имеет р^1 = 4.04 [7], в интервале рН 1-4 окисление сопровождается отщеплением двух протонов, а при рН > 5 - одного протона. В обоих случаях повышение рН должно смещать равновесие вправо, но при рН > 5 это влияние будет слабее.
Нельзя исключить и вероятность каталитического влияния следов ионов металлов, которые могут присутствовать в компонентах буферного раствора (КН2Р04, Н3Р04). Показано [1], что ди-гидрат динатриевой соли ЭДТА при содержании 0.001 М в подвижной фазе и в растворителе проб значительно замедляет скорость разложения АК. Этот эффект можно объяснить связыванием ЭДТА ионов тяжелых металлов.
По нашим данным, аналогичный эффект оказывает и повышение рН раствора. Один из наиболее активных катализаторов окисления АК - ионы меди(П) [8]. Начало рН осаждения гидроксида ме-ди(П) соответствует рН 5.5, полное осаждение происходит при рН 8-10 [9]. Снижением концентрации
2
А
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1,21
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4 Время, мин
Рис. 1. Хроматограммы раствора аскорбиновой кислоты (рН 2.0; 0.1%-ная Н3РО4) через 5 (1), 50 (2) мин, 24 (5) и 48 (4) ч после приготовления раствора.
катализатора можно объяснить значительное снижение скорости разложения АК при рН > 5.6.
Таким образом, с повышением рН раствора равновесие АК -—- ДГАК смещается вправо, что приводит к увеличению скорости разложения АК. При этом возрастают скорости как некаталитической, так и каталитической реакций. Влияние второй составляющей значительно уменьшается при рН > 6 в связи с переходом катализатора в неактивную малодиссоциированную форму. Поэтому можно предположить наличие максимума на кривой зависимости константы скорости разложения АК от рН раствора при рН 5-6.
Полученные нами данные подтверждают это предположение и представленную в литературе информацию. На рис. 1 приведены хроматограммы раствора АК в 0.1%-ной Н3Р04 через 5, 50 мин, 24 и 48 ч после приготовления. На всех хроматограммах присутствуют пики АК (¿уд ~ 1.4 мин, А,макс = 244 нм). На некоторых хроматограммах зарегистрирован также пик с ¿уд ~ 2.4 мин (А,макс = 208 нм). Поскольку площадь этого пика относительно мала и присутствует он не всегда, это - один из неустойчивых промежуточных продуктов разложения. По его спектральным характеристикам в соответствии с данными [6] можно предположить, что это - ДГАК.
Стабилизирующее аскорбиновую кислоту влияние некоторых азотсодержащих соединений описано в литературе. Так, изучено взаимодействие АК с цианатом натрия с образованием карбамил-аскорбата (КА) [10]. Авторы предполагают, что аналогичными процессами обусловлено токсическое действие ряда азотсодержащих веществ на биологические системы.
При действии ацетонитрила хроматографиче-ские свойства АК не изменяются, следовательно, ковалентные связи не образуются. Однако равновесие между АК и ДГАК смещается влево. По-видимому, образуется координационный комплекс (КК), что препятствует переходу АК в ДГАК.
нонс
/
сн2он
нс с \ / нс=сн / \ о он
нонс
/
сн2он
о
о
н2ксо
\ /ОХ
нс с \ / нс=сн / \ он он
сн3ск сн3ск
КК
Полученные нами данные позволяют также определить некоторые количественные характеристики реакции разложения аскорбиновой кислоты. Для элементарной реакции первого поряд-
3
0
устойчивость аскорбиновой кислоты
827
ln S 15.1
15.0 14.9 14.8 14.7 14.6 14.5
♦ 7
6
2
> 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Время, мин
Рис. 2. Логарифмические анаморфозы кинетических кривых разложения аскорбиновой кислоты при разных рН водного раствора
рН: 1 - 1.4; 2 - 2.9; 3 - 3.9; 4 - 4.4; 5 - 5.6; 6 - 7.8. 1 - 0.1%-ная Н3Р04; 2-6 - 0.05 М КН2Р04.
ка относительно исходного вещества А справедливо кинетическое уравнение
0 -kt c а = Сд е ,
(1)
где сА - начальная концентрация исходного вещества А, отвечающая начальному моменту времени; сА - концентрация этого вещества к моменту времени £ k - константа скорости.
Уравнение (1) можно переписать в логарифмической форме:
lnсА = lnсд - kt.
(2)
Согласно уравнению (2), для реакции первого порядка по А зависимость 1п сА от времени должна быть линейной.
Уравнение (2) можно переписать
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.