ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОМ ХИМИИ, 2015, том 70, № 8, с. 811-820
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =
УДК 543.068.3:543.8
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУРИНОВЫХ АЛКАЛОИДОВ МЕТОДАМИ ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОННОГО И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНЖЕКЦИОННОГО АНАЛИЗА © 2015 г. Л. К. Шпигун1, Е. Ю. Андрюхина, Я. В. Шушеначев
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук
119991 Москва, Ленинский просп., 31 1Е-таИ: shpigun@igic.ras.ru Поступила в редакцию 14.08.2014 г., после доработки 17.12.2014 г.
Разработаны методы проточно-инжекционного и последовательного инжекционного определения пуриновых алкалоидов группы ксантина (кофеин, теофиллин, теобромин и эуфиллин) на основе их спектрофотометрического детектирования по реакции окислительного азосочетания с 3-метил-2-бензотиазолинонгидразон гидрохлоридом под действием периодата калия в слабокислой водной среде (рН 5—6). Диапазон определяемых концентраций составляет 3—500 мкг/мл. Производительность 120—180 ч-1. Показана возможность использования разработанных методов для контроля качества фармацевтических препаратов.
Ключевые слова: пуриновые алкалоиды, проточно-инжекционный анализ, последовательный ин-жекционный анализ, спектрофотометрическое детектирование.
Б01: 10.7868/80044450215080174
Среди гетероциклических азотсодержащих веществ, проявляющих значительную физиологическую активность, широко известны пу-
риновые алкалоиды, представляющие собой небольшую группу М-метилзамещенных ксантина:
О
Н3С
Н
N
9/>
N
о^ N
СНз Теофиллин (1,3-диметил-3,7-дигидро-1Н-пурин-2,6-дион)
Н
О
\
О
N1
N
СНз
СНз / 3
Т>8
НзС
О
N
О
N1
N
СНз
СНз / 3
»8
Теобромин (3,7-диметил-2,3,6,7-тетра-гидро-1Н-пурин-2,6-дион)
Кофеин (1,3,7-триметил-1Н-пурин-2,6(3Н,7Н)дион)
Этот интереснейший класс природных химических соединений встречается в продуктах растительного происхождения (листья чая, бобы какао, зерна кофе, орехи кола) и входит в состав ценнейших лекарственных средств и энергетических напитков [1-3]. В медицине препараты кофеина применяют при отравлениях наркотиками и другими ядами, а также как средства, стимулирующие ЦНС и сердечно-сосудистую систему. Недавние исследования (опыты на мышах) показали, что кофеин может предохранять животный организм от вредного воздействия ионизирующих излучений. Теобромин и теофиллин применяют в качестве
бронхолитиков или используют при спазмах сосудов головного мозга, коронарной недостаточности и застойных явлениях сердечной и почечной этиологии. Все три алкалоида можно применять как мочегонные средства. Однако передозировка алкалоидов группы ксантина может привести к вредным для здоровья человека последствиям [4]. Например, первые признаки интоксикации кофеином наблюдаются после приема более 300 мг кофеина, а подтвержденная летальная доза составляет около 10 г. Более токсичными являются главный метаболит кофеина — теофиллин и его производ-
ное эуфиллин: при внутривенном введении смертельная доза составляет 0.1 г.
Разработка простых и высокопроизводительных методов пуриновых алкалоидов определения в водных и других средах имеет первостепенное значение для оценки безопасности алкалоидсо-держащих пищевых продуктов, напитков и фармацевтических препаратов. В последние годы для этих целей широко используют методы жидкостной хроматографии и капиллярного электрофореза с амперометрическим, масс-спектрометри-ческим и УФ- или ИК-спектроскопическим детектированием [5—11]. Кроме того, разработаны относительно простые методы спектрофотометри-ческого, экстракционно-фотометрического и электрохимического контроля содержания пуриновых алкалоидов в различных объектах [12—21]. Основными недостатками большинства предложенных методов являются продолжительное время проведения анализа (20 мин и более) и/или необходимость использования дорогостоящего оборудования. В связи с этим одним из перспективных направлений создания экспрессных методов определения пуриновых алкалоидов представляется применение методологии проточно-инжекционного анализа (ПИА) [22—29] и последовательного инжекци-онного анализа (ПослИА) [30—32]. По сравнению с традиционными фармакопейными методами, ПИ-методы позволяют не только существенно повысить производительность анализа и снизить объемы потребляемых растворов, но и существенно улучшить воспроизводимость результатов [33]. При этом возможно использование нехроматографиче-ских способов разделения/концентрирования в сочетании с простыми регистрирующими устройствами, такими как спектрофотометрический и электрохимический детекторы. Однако в большинстве разработанных методов детектирование пуриновых алкалоидов проводят по собственному светопогло-щению растворов данных веществ в ультрафиолетовой области спектра, что негативно сказывается на селективности и чувствительности их определения. Отсутствие хромофорных группировок в молекулах пуриновых алкалоидов препятствует их спек-трофотометрическому определению в видимой области спектра. Для решения этой задачи предложено переводить пуриновые алкалоиды в окрашенные производные, главным образом, посредством реакций азосочетания продуктов щелочного гидролиза с солями диазония [5, 34—38]. Следует отметить, что эти аналитические процедуры довольно сложные.
Цель данной работы — создание автоматизированных методов ПИА и ПослИА для определения алкалоидов пуринового ряда в водных растворах на основе фотометрической реакции окислительного азосочетания с 3-метил-2-бензотиазолинонгидра-зоном (МБТГ) под действием периодат-ионов в слабокислой среде.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Реагенты и растворы. Исходные растворы тео-филлина и кофеина (0.01 М или 1000 мкг/мл), теобромина (0.0025 М или 500 мкг/мл) и парацетамола (1000 мкг/мл) готовили растворением точных навесок препаратов (98%, Acros Org.) в 100 мл воды. Исходный раствор МБТГ (0.01 М) готовили растворением точной навески препарата (97%, Sig-ma-Aldrich Chem. Comp.) в воде. Исходный раствор KIO4 (0.01 М) готовили растворением точной навески препарата (99.8%, Sigma-Aldrich Chem. Comp.) в 0.05 М ацетатном буферном растворе (рН 3—8). Все исходные растворы хранили в темных емкостях в холодильнике. Рабочие растворы готовили непосредственно перед использованием разбавлением исходных. Все растворы готовили на бидистилляте и при необходимости дегазировали пропусканием тока азота.
Аппаратура. Применяли установку FIAstar-5010 Analyzer (Tecator, Швеция), снабженную двумя программируемыми перистальтическими насосами и инжекционным клапаном-дозатором, в комплекте со спектрофотометрическим детектором 5023 с проточной кюветой (V = 18 мкл, l = 10 мм) и персональным компьютером. Схемы ПИА монтировали с использованием потокораспределитель-ных модулей типа Chemifold I и II той же фирмы, содержащих коммуникации в виде капиллярных трубок и спиралей внутренним диаметром 0.5 мм для соединения с инжектором и проточной кюветой детектора. Объем дозирующей петли инжектора варьировали в пределах 30—500 мкл.
Для реализации метода ПослИА использовали компьютеризированную установку FIAlab-3000 (FIAlab Instruments Inc., США), снабженную плунжерным насосом объемом 2.5 мл и мультипозици-онным инжекционным клапаном Cheminert (Valco Instrument Co., США), в комплекте с оптоволоконным детектором Ocean Optics USB-2000 (Ocean Optics Inc., США) с проточной Z-кюветой (Avantes, США) и источником излучения LS-1 (Ocean Optics Inc., США).
Для регистрации электронных спектров поглощения растворов использовали спектрофотометр модели JENWAY 6705 (Bibby Scientific Ltd.) c кварцевой кюветой (l = 10 мм). Значения рН растворов измеряли с помощью рН-метра 0Р—110 (Раделкис, Венгрия) с погрешностью ± 0.01 ед. рН.
Методики эксперимента. Экспериментальные исследования по разработке методик определения пуриновых алкалоидов на основе фотометри-рования реакции их совместного окисления с МБТГ проводили в проточных системах, схематически представленных на рис. 1 и 2. При разработке метода ПИА использовали трехканальную систему (рис. 1а), в которой микрообъемы пробы (V) вводили в непрерывный поток носителя (вода), который далее смешивался с потоками рас-
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУРИНОВЫХ АЛКАЛОИДОВ
=и (б)
Насос 1
vn
(а)
D
=л=
Колонка
Проба Насос 2
Носитель
L1 L2 _
-=|б30нм|Н|
-■// Слив
МБТГ
Рис. 1. Схематическое изображение системы ПИА со спектрофотометрическим детектированием алкалоидов по реакции окислительного сочетания с МБТГ с прямым вводом пробы (а) и с on-line извлечением мешающих компонентов на колонке, заполненной анионитом Амберлит IRA-401 (б). Условные обозначения см. в тексте.
Спираль-накопитель
L2
Носитель
Плунжерный насос
Рис. 2. Схематическое изображение системы ПослИА со спектрофотометрическим детектированием алкалоидов по реакции окислительного сочетания с МБТГ.
творов окислителя (периодата калия) и реагента (МБТГ). После протекания индикаторной реакции реакционная зона поступала в проточную кювету спектрофотометрического детектора, который непрерывно регистрировал оптическую плотность проточного раствора при предварительно выбранной длине волны (630 нм). Аналитическим сигналом служил скачок оптической плотности в реакционной зоне относительно оптической плотности
потока смеси растворов окислителя и МБТГ (нулевая линия).
Для реализации стадии отделения мешающих веществ, в частности, парацетамола, перед инжектированием пробу прокачивали через микроколонку, представляющую собой стеклянную трубку высотой 50 мм и внутренним диаметром 6 мм, заполненную сильноосновным анионобменником Амберлит IRA-401 (SERVA, Германия) в ОН-форме (рис. 1б).
X, нм
Рис. 3. Электронные спектры поглощения растворов кофеина (0.1 мМ) в отсутствие (1) и в присутствии (1') КЮ4 (10 мМ); смеси МБТГ (5 мМ) и КЮ4 (10 мМ) (2); смеси кофеина (1 мМ), МБТГ (5 мМ) и КЮ4 (10 мМ) (3). Фон: 0.05 М ацетатный буферный раствор, рН 5.5.
Разработку автоматического метода ПослИА определения пуриновых алкалоидов по реакции совместного окисления с МБТГ проводили в системе, изображенной на рис. 2, согласно разработанному протоколу аналитического цикла, представленному в табл. 1. Первоначально всю п
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.