Способы концентрирования и очистки.

Принципы и методы обнаружения колич. Определения орг. И неорг.ядов. Требования к методам хим.-токсиколог.анамиза.

Химико-токсикологический анализ ядовитых соединений проходит в 4 этапа:

I. Изолирование (выделение);

II. Концентрирование и очистка;

III. Анализ;

IV. Оценка полученных результатов.

 

I. Изолирование - это этап выделения ядовитого соединения (ЛС) из биообъектов полярными растворителями: водой или этанолом, в основе которых лежит процесс экстракции.

Факторы, определяющие эффективность экстракции.

1. Природа растворителя и его объем;

2. Физико-химические свойства определяемого соединения: растворимость, константа ионизации.

3. Значение рН, при котором проводится экстракция, и свойства применяемой кислоты;

4. Способ и время экстракции;

5. Особенности подготовки объекта для экстракции.

1.1. Природа растворителя

. Основные требования, предъявляемые к органическим растворителям (экстрагенту):

1) Высокая растворяющая способность (должен хорошо извлекать исследуемое вещество);

2) Применяемый растворитель должен характеризоваться избирательностью и (или) селективность, т.е. он должен извлекать из растворов только одно соединение или группу родственных соединений.

3) Растворитель должен иметь незначительную растворимость воде, а вода не должна растворяться в этом растворителе;

4) Органический растворитель должен быть низкокипящим (Ткип ≤ 50ºC). Это обеспечивает легкость его регенерации после экстракции;

5) Плотность органических растворителей должна отличаться от плотности воды и водных растворов. При большей разности плотностей жидкостей, разделение фаз происходит быстрее;

6) Растворители не должны быть огнеопасными и ядовитыми.

Недостатки растворителей.

Помимо способности хорошо растворять и хорошо диффундировать в ткани может возникнуть проблема с концентрированием полученной вытяжки (в случае использования воды). Этанол хорошо растворяет липиды и вещества эндогенного характера, полученный экстракт получается загрязненным, что создает сложности при его очистки, но в отличие от воды спиртовые извлечения легче подвергаются концентрированию.

1.2. Объем растворителя.

В хим.-токс. анализе эмпирически было выведено соотношение сырья (органической ткани и экстрагента). Более приемлемым является соотношение 1:2, если в качестве экстрагента используется этанол, допускается взятие его по объему больше, т.к. он легко концентрируется простым упариванием на водяной бане.

2. Физико-химические свойства определяемого соединения

. Чем больше в молекуле органического соединения имеется полярных групп (- ОН, - NH2, - COOH, - C = O), т.е. групп, способных ионизироваться или образовывать водородную связь, тем лучше они растворяются в водной фазе.

Чем больше неполярных групп (алкильные радикалы, сопряженные связи), тем хуже такие соединения растворяются в воде, и легче в органической фазе.

1. Значение рН и его выбор. Определяется степенью ионизации ЛС. Чем больше рК, тем более ЛС растворимо в водяной фазе и меньше в органической фазе.

Например, атропин - основание, для того чтобы его растворить в водной фазе, его необходимо перевести в ионизированное состояние, т.е. при рН ≤ 7,8 атропин полностью находится в ионизированном состоянии.

α=99%

 

 

Фенобарбитал:

 

Если экстрагируемое вещество неизвестной химической структуры, то в этом случае ориентируются на то, что это более слабая кислота или сильное основание, и подбирают оптимальное значение рН.

 

2. Способы экстракции.

Процесс экстрагирования может проводиться 3 способами:

1- Одноразовая экстракция (объект исследования заливают соответствующим экстрагентом и затем сливают полученный экстракт);

2- Мацерация (объект заливают экстрактом, настаивают длительное время, после сливают полученную вытяжку);

3- Непрерывное экстрагирование (происходит постоянный приток свежего экстрагента с последующим настаиванием и сливом полученного экстракта);

Из перечисленных методов в ХТА наиболее часто используют мацерацию с двухкратным настаиванием.

Время экстракции.

Концентрация анализируемого вещества в тканях и растворители должны находиться в равновесии, последнее достигается в течении 30 - 60 минут. При более продолжительном экстрагировании в большом количестве вымываются балластные вещества и загрязняют экстракт. В случае использования этанола время экстракции 30 - 60 мин.. В ряде случаев при использовании метода Стасса - Уотта предусматривается более длительное настаивание.

5.Подготовка объекта к извлечению:

3 варианта:

1) Измельчение тканей:

Используется 2 способа измельчения ткани:

• крупное измельчение;

• гомогенизация;

2) Лиофилизация биообъекта: Заключается в вымораживании биообъекта, т.е. высушивание ткани при очень низкой температуре.

3) Простое вымораживание

В основном используют первый способ. При вымораживании выход ЛС увеличивается на 20% по сравнению с извлечением, проводимом гомогенизацией.

Преимущества лиофилизации:

а) возможность max экстракции ЛС

б) в объекте не происходит разложения соединений, получаются пористые массы, которые подлежат длительному хранению. Это важно в случае длительной транспортировки объекта

. Недостаток: дорог; требует использования специального оборудования.

При вымораживании может происходить процесс выкристализации. При последующем размораживании и измельчении, ткань рвется и соединение легче выходит, но повышается риск извлечения балластных веществ.

При лиофилизации объект представляет собой порошок, из которого ЛС очень легко извлекается, в качестве экстрагента используют этанол.

 

II. Концентрирование и очистка.

При использовании в качестве экстрагентов воды и этанола, получается в любом случае водно-спиртовое извлечение. Для концентрирования полученного извлечения используется два способа:

1) экстракция органическим растворителем;

2) хроматография - происходит не только концентрирование, но и очистка от соэкстрактивных веществ.

Экстракция - переход исследуемых соединений из одной фазы в другую.

 

27. Судебно-химическая экспертиза (исследование) вещественных доказательств осуществляется в соответствии с законодательствами СССР и союзных республик о здравоохранении, уголовными и уголовно-процессуальными кодексами союзных республик, приказами и нормативными актами Минздрава СССР.

Судебно-химическая экспертиза (исследование) производится с целью обнаружения и количественного определения или исключения веществ, которые при определенных условиях могут вызвать смерть человека или нарушение здоровья. Она может способствовать улучшению качества лечебной помощи при

интоксикациях и профилактике отравлений некоторыми ядами в различных регионах страны.

Судебно-химическая экспертиза (исследование) вещественных доказательств производится на основании постановлений органов дознания и следствия или определения суда, а также по направлениям судебно-медицинских экспертов.

Отдельные исследования могут производиться по письменным направлениям лечебных учреждений с целью установления приема токсичного для организма человека вещества, для проведения и оценки эффективности лечения.

Судебно-химические экспертизы и исследования проводятся в судебно-химических отделениях судебно-медицинских лабораторий бюро судебно-медицинской экспертизы органов здравоохранения.

В судебно-химических отделениях судебно-медицинских лабораторий министерств здравоохранения союзных республик проводятся как первичные, так и повторные исследования.

В Научно-исследовательском институте судебной медицины Министерства здравоохранения СССР выполняются особо сложные первичные экспертизы и исследования, переэкспертизы.

В постановлении о назначении судебно-химической экспертизы должны быть указаны: краткие обстоятельства дела, объекты, направляемые на исследование, и точно сформулированные вопросы, требующие разрешения.

Вместе с постановлением обязательно направляются:

опись вещественных доказательств с подробным описанием каждого объекта, формы и объемов сосудов, укупорки, опечатывания и текста этикеток;

выписка из акта судебно-медицинского исследования трупа с изложением предварительных сведений и основных данных исследования трупа, подписанная судебно-медицинским экспертом;

заверенная копия истории болезни, если умерший находился на лечении.

Если необходимые материалы не были присланы, то они должны быть затребованы, а проведение исследования может быть задержано до их получения, за исключением случаев проведения анализа на быстроразлагающиеся ядовитые вещества.

Вещественные доказательства вместе с документами в судеб-но-химическое отделение поступают только через канцелярию бюро судебно-медицинской экспертизы при соответствующем письменном указании начальника бюро на постановлении о проведении судебно-химической экспертизы или на сопроводительном документе судебно-медицинского эксперта.

Вещественные доказательства из канцелярии бюро в нераспечатанном виде поступают под расписку в судебно-химическое отделение.

Вещественные доказательства незапакованные и неопечатанные или с повреждениями упаковки, поступившие из города, в ко-

тором функционирует судебно-медицинская лаборатория, подлежат возврату в учреждение, направившее их для исследования. Это требование не распространяется на объекты, полученные из других населенных пунктов. О ненадлежащей упаковке или о нарушении ее составляется акт, один экземпляр которого высылают в учреждение, приславшее объекты исследования, и проводится их судебно-химическое исследование.

Вещественные доказательства и сопроводительные документы регистрируются в регистрационном журнале судебно-химического отделения по утвержденной Минздравом СССР форме.

Поступившие в судебно-химическое отделение вещественные доказательства тщательно осматриваются экспертом-химиком и подробно описываются в рабочем журнале.

Эксперт-химик должен установить полное совпадение полученных объектов с описанием их в постановлении о назначении судебно-химической экспертизы или в сопроводительном документе.

При отсутствии отдельных объектов и при обнаружении объектов, не указанных в постановлении или сопроводительном документе, составляется акт.

Эксперт-химик отвечает за сохранность объектов исследования с момента их получения. Он ведет подробные записи в рабочем журнале, в который помимо описания вещественных доказательств ежедневно вносятся все данные о проведенных процессах, реакциях и полученных результатах, включая все материалы по количественному определению.

Эксперт-химик тщательно изучает все материалы по проводимой экспертизе и составляет план исследования. Судебно-химическое исследование производится на определенное соединение или группу веществ, указанных в постановлении или сопроводительном документе.

Если из материалов дела, данных изучения объектов вытекает необходимость в проведении анализа на другие вещества, то эксперт-химик обязан расширить исследование.

При отсутствии задания о проведении анализа на конкретное вещество исследование осуществляется по схеме общего судебно-химического исследования в соответствии с перечнем ядовитых веществ, определяемым приказом Минздрава СССР.

 

28. Факторы, влияющие на процесс экстракции:

1. Природа органического растворителя;

2. Значение рН среды;

3. Коэффициент распределения;

4. Соотношение водной и органической фазы;

5. Время экстракции;

6. Кратность экстракции.

 

1.Природа органического растворителя. В качестве растворителя используют вещества, имеющие высокую растворяющую способность по отношению ко многим лекарственным соединениям. Растворимость определяется диэлектрической проницаемостью и дипольным моментом. Обычно выбирают растворитель со средней величиной диэлектрической проницаемости.

Требования к органическим растворителям:

1) Максимальное различие между растворимостью органического растворителя и водой.

2) Растворитель должен быть низкокипящим, чем меньше Ткип органического растворителя, тем легче происходит процесс концентрирования органической фазы. Наиболее универсальным растворителем является диэтиловый эфир, который используется для извлечения веществ кислого и нейтрального характера. Для веществ основного характера используют хлороформ.

3.Коэфициент распределения – это отношение концентрации ЛС, перешедшего в органическую фазу при экстракции, к концентрации ЛС, оставшегося в водной фазе при экстракции.

С орг.ф.

Кр=

С водн.ф.

Чем выше Кр, тем эффективнее процесс экстракции.

Для барбитала Кр в х/ф равен 0,7 Кр в эфире = 5,4

Для определения неизвестного барбитурата берут органический растворитель, используемый для веществ кислого характера. Если исследованию подвергаются кровь и моча, то водная и органическая фаза берется в соотношении 1:10.

При исследовании веществ основного характера добавляют несколько капель изоамилового спирта, это необходимо для того чтобы предотвратить адсорбцию ЛС на стенках сосуда. Обычно используют 3-х кратную экстракцию.

При экстракции веществ с низким значением Кр к основному экстрагенту добавляют небольшое количество высших спиртов или к водной фазе - электролиты ((NH4)2SO4, Na2SO4, NaCl), при этом понижается растворимость веществ, что приводит к высаливанию последних.

 

Схема распределения ЛВ при экстракции

 

кровь экстракт веществ

моча экстракция кислого характера

(водные извлечения рН = 2 диэтиловым эфиром

из тканей печени и

почек)

 

Вещества кислого характера представляют собой органические ароматические кислоты: салициловая, барбитуровая и ее производные (фенобарбитал, барбитал, этаминал натрия);

вещества нейтрального характера: фенацетин;

вещества слабоосновного характера: антипирин, анальгин, амидопирин, производные пурина (рКа  1).

Водное извлечение подщелачивают (рН 9-11) и проводят экстракцию хлороформом. При экстракции веществ основного характера, у которых рКа>1 (алкалоиды (жидкие) никотин, анабазин, кониин; производное тропана - атропин, скополамин, гиосциамин, кокаин; производные фенантренизохинолина – морфин, кодеин, героин; производные бензилизохинолина - папаверин, наркотин; производные индола - стрихнин, бруцин; синтетические азотсодержащие соединения - промедол, амидопирин; производные фенотиазина, 1,4-бензодиазепина). Перечисленные ЛВ являются обязательными при исследовании отравлений на неизвестные яды.

Хроматографические методы, используемые для концентрирования.

Используют 2 метода:

1) адсорбционная хроматография. Метод не универсален, т.к. его применяют для концентрирования отдельных групп (производных барбитуровой кислоты).Сорбент активированный уголь.

2) ионообменная хроматография. Не универсальна, т.к. используется для концентрирования отдельных групп (морфина).

Ш. Очистка

1) грубая очистка

2) тонкая очистка

 

1) Грубая очистка включает в себя несколько вариантов:

а) смена растворителя. В этом случае экстракцию проводят этанолом, после чего растворитель упаривают и сухой остаток растворяют в воде. В водную фазу не переходят вещества гидрофобного характера (жиры, липиды, слизи и др.).

б) сублимация - возгонка из сухого остатка при определенной температуре (вещество не должно разлагаться при нагревании). Сухой остаток нагревают и на охлаждающей поверхности получают возгон, который исследуют химическими методами (осадочные, цветные, микрокристаллоскопические реакции).

в) метод осаждения белков электролитами (высаливание). Для осаждения применяют электролиты с концентрацией 5 – 25%: (NH4)2SO4, вельфрамат Na, CСl3COOH.

 

2) Тонкая очистка включает в себя два варианта:

а) экстракционный метод;

б) хроматографический метод.

а) используется для веществ кислотно-основного характера (3<pKa<11). В качестве органической фазы используют диэтиловый эфир, т.к. CHCl3 труднее подвергается реэкстракции. Проводят для производных фенотиазина, папаверина, промедола, атропина и др. соединений, соли которых достаточно хорошо растворимы в данном растворителе.

 

Принцип экстракционной очистки.

 

 

В органической фазе остаются липиды, пигменты и др. вещества эндогенного характера, которые не растворимы в воде, Природные соединения находятся в неиногенном состоянии: основания с рКа более 9 и кислоты с рКа < 1.

б) используется адсорбционная хроматография в тонком слое сорбента (ТСХ).

 

29. ЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ, мол. спектры, обусловленные квантовыми переходами из одного электронного состояния молекулы в другое. Переходы, при к-рых происходит поглощение кванта электромагн. излучения, образуют Э. с. поглощения. Переходы, сопровождающиеся испусканием излучения, образуют Э. с. испускания. Э. с. расположены, как правило, в видимой и УФ областях спектра, они являются ценным источником сведений о строении молекул и межмол. Взаимодействиях.

Спектры поглощения. У подавляющего числа известных многоатомных молекул Э. с. поглощения определяются переходами из основного синглетного состояния S0 в возбужденные синглетные состояния Si (т. наз. S0 Si-спектры). При комнатной и более низких т-рах почти все молекулы находятся на нулевом колебат. уровне. Полосы поглощения обусловлены переходами с нулевого колебат. уровня S0-состояния на разл. колебательные уровни Si-состояний (рис. 2). Ввиду того, что возбужденные состояния быстро дезактивируются, в Э. с. поглощения обычно не наблюдаются полосы, связанные с переходами S1 Si или T1 Тi. Их удается зарегистрировать Лишь с помощью импульсных ламп или лазеров, позволяющих создать на короткое время заметную заселенность T1- и S1-состояний. Получаемые при этом спектры T1 Ti- и S1 Si -поглощения наз. спектрами наведенного поглощения.

Поглощение света отдельно взятой молекулой - анизотропный процесс.

Исследования по электронным спектрам поглощения.

Для идентификации ЛС по УФ- спектрам возможно их проведение только для веществ, относящихся к III группе (см. лекции по спектральным характеристикам) и очень ограниченно для веществ II группы. Практически провести четкую идентификацию веществ II группы не удается.

Исследования по электронным спектрам поглощения можно проводить, когда у анализируемых соединений имеет место сопряжение хромофора с ауксохромом, т.е. возможны электронные переходы с π→π* и n→π*.