1 Жебентяев Александр Ильич
 Скачать 5.46 Mb.
|
|
7.6.14 . Особенности газохроматографического определения летучих токсикантов При анализе биологических жидкостей и тканей содержание летучих веществ определяют методом равновесной парогазовой фазы. Сущность метода ПГФ заключается в том, что анализируемый объект помещают в герметичный сосуд, выдерживают при определенной температуре, а затем газовую фазу вводят в хроматографическую колонку. В этом методе в испаритель хроматографа не попадают жидкие или твердые пробы, которые при разложении и сорбции могут вызывать дополнительные пики. Исключается загрязнение колонки и системы ввода пробы при анализе биологических жидкостей (кровь, моча). Метод ПГФ осуществляется в двух вариантах (статический и динамический). Статический метод заключается в установлении равновесия в герметичном сосуде (рассмотрен выше). В динамическом варианте газ непрерывно пропускают через жидкость или твердый материал. Алифатические спирты. Наибольшее значение в токсикологическом анализе имеют алифатические спирты – этанол и его суррогаты (т.е. вещества. сопутствующие или используемые для подмены этанола) – метанол, пропанол-2, изомеры бутилового и амилового спиртов. В молекулах спиртов гидроксильная группа способствует адсорбции на твердой фазе, поэтому пики спиртов асимметричны, что снижает точность их количественного определения. Поэтому для количественного и качественного определения спиртов используется вариант с переводом их в алкилнитриты - сложные эфиры спирта и азотистой кислоты. В качестве реактивов используют нитрит натрия и трихлоруксусную кислоту, которая осаждает белки и создает кислую среду для образования азотистой кислоты. CC1 3 COOH + NaNO 2 → HONO + CH 3 COONa (7.54) C 2 H 5 OH + HONO → C 2 H 5 ONO + H 2 O (7.55) Алкилнитриты низших спиртов являются летучими веществами уже при комнатной температуре и при анализе равновесной ПГФ не требуется нагревание. Для разделения алкилнитритов используются малополярные НФ - сквалан, полиметилфенилсиликон, винилин и др. Детектирование проводится при помощи ДТП (детектор по теплопроводности) или ПИД. Количественное определение спиртов выполняется методом внутреннего стандарта (пропанол-1) – т.е. вещества, которое в известной концентрации добавляется к пробе и к стандартным градуировочным растворам. Величиной, 288 Глава 7. Летучие токсиканты пропорциональной концентрации определяемого спирта, является отношение высот или площадей пика спирта к высоте или площади пика внутреннего стандарта. Этиленгликоль (ЭГ). Предложено два варианта определения ЭГ: а) определение ЭГ в нативном виде (газоадсорбционная хроматография), сорбент - полисорб-1, высокая температура колонки (150–180 ° С), детектор - ПИД. Чаще используется при анализе технических жидкостей. б) получение более летучих и менее полярных производных – например с алкилборными кислотами. Хлорсодержащие органические вещества. Определяются в нативном виде, для разделения используют малополярные НФ – сквалан и др. Детекторы – ДЭЗ, ПИД. Уксусная кислота. Предложено два варианта – а) определение по нативному соединению в присутствии фосфорной кислоты; б) определение в виде сложных эфиров (метил-, этилацетат). Фенол, крезолы. Известны три варианта – а) определение по нативным веществам с помощью силиконовых НЖФ или ПЭГ и их сложных эфиров; б) в виде силильных производных (цель их получения – снижение адсорбции на твердой фазе и увеличение летучести фенолов); в) получение бромпроизводных – для повышения чувствительности определения (детектор – ДЭЗ). Формальдегид. Полимеризуется в детектирующей системе, поэтому формальдегид определяют в виде производных – восстановление до метанола или метана, получение азометинов или гидразонов. 7.7. Характерные аналитические реакции обнаружения летучих токсикантов 7.7.1. Синильная кислота. Свойства и токсикологическое значение. Изолирование синильной кислоты и цианидов из биологических объектов проводят методом перегонки с водяным паром, учитывая особенности химических свойств цианидов: биоматериал, подкисляют щавелевой или винной кислотами, а собирают синильную кислоту в приемник, содержащий раствор гидроксида натрия. Синильная кислота – бесцветная жидкость (температура кипения 25,6 ºС, температура плавления – 13,3 ºС, плотность 0,699), легко смешивается с водой и некоторыми органическими растворителями. Синильная кислота – слабая кислота. При добавлении сильных кислот к цианидам сразу выделяется синильная кислота, которая может быть причиной отравлений со смертельным исходом. 289 Глава 7. Летучие токсиканты В природе синильная кислота в свободном состоянии не встречается, входит в состав природных химических соединений (гликозиды – амигдалин, пруназин, дуррин и др.) Амигдалин, содержащийся в семенах горького миндаля, косточках слив, вишен, персиков, под влиянием фермента эмульсина и кислот разлагается с выделением синильной кислоты, глюкозы и бензойного альдегида. Известны случаи смертельных отравлений у взрослых и детей. (7.56) (7.57) Синильная кислота угнетает цитохромоксидазу и клетки не усваивают кислород, поступающий с кровью. Наступает клеточное кислородное голодание, хотя кровь и содержит кислород. Цианиды блокируют также гемоглобин, что нарушает его функции. Токсикологическое значение НСN и её производных обусловлено сильной ядовитостью этих соединений. Ядовитость НСN в значительной степени обусловлена присутствием в ней изоциановой кислоты. NaCN и KCN широко применяют для извлечения благородных металлов из руд и в ювелирном деле. Это обусловлено тем, что цианиды способны давать с благородными металлами хорошо растворимые комплексы К[Au(CN) 2 ] , К[Ag(CN) 2 ], NaCN и KCN применяются для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Смертельной дозой НСN считают 0,05–0,1г , смертельной дозой КСN - 0,15–0,25г. Отравление и даже смертельное действие может быть вызвано при приёме внутрь 60–100 мл горько-миндальной воды. Производные синильной кислоты быстро разрушаются в органах трупа под действием различных факторов: −гидролиз НСN: HCN + 2H 2 O + H + + NH 4 + HCOOH (7.58) −превращение в роданиды под влиянием фермента роданазы: CH C O N C 12 H 21 O 10 H 2 O CH C N OH + 2C 6 H 12 O 6 CH C N OH C H + C N H O 290 Глава 7. Летучие токсиканты KCN + S → KSCN (7.59) −присоединение к веществам, содержащим альдегидную группу, например, к сахарам: C N H C OH H + C N R C O H R (7.60) −соединение с гемоглобином крови. Цианиды под действием влаги воздуха и диоксида углерода легко разрушаются с образованием гидрокарбоната и летучей HCN: KCN + CO 2 + H 2 O → KHCO 3 + HCN (7.61) Известны случаи, когда вместо цианида калия, применяемого в качестве средства для замышляемого отравления, оказался КНСО 3 Анализ объектов на наличие цианидов необходимо проводить в день поступления их в лабораторию. Обнаружение цианидов: 1. Реакция образования берлинской лазури. NaOH + HCN → NaCN + H 2 O (7.62) FeSO 4 + 6 NaCN → Na 4 [Fe(CN) 6 ] + Na 2 SO 4 (7.63) Na 4 [Fe(CN) 6 ] + FeCl 3 → FeNa [Fe(CN) 6 ] + 3NaCl (7.64) Выполнение реакции: к нескольким миллилитрам дистиллята, собранного в раствор щелочи, прибавляют 1–4 капли разбавленного раствора сульфата железа (II) и такой же объем разбавленного раствора хлорида железа(III). Смесь хорошо взбалтывают и нагревают на пламени газовой горелки почти до кипения, а затем охлаждают до комнатной температуры и прибавляют 10%-ный раствор хлороводородной кислоты до слабокислой реакции на лакмус. Появление синего осадка или синей окраски указывает на наличие синильной кислоты (цианидов) в дистилляте. Предел обнаружения: 20 мкг синильной кислоты в 1 мл раствора. При образовании берлинской лазури образуются и побочные продукты (гидроксиды железа). Заключение об отсутствии HCN даётся только после 48 часов, т.к. при следах HCN в присутствии органических веществ осадок 291 Глава 7. Летучие токсиканты берлинской лазури может выпадать медленно. При длительном отсутствии осадка добавляют раствор BaCl 2 . Образовавшийся BaSO 4 соосаждает берлинскую лазурь, и малые её количества выделяются быстрее. Выделившийся осадок берлинской лазури может быть представлен в качестве доказательства обоснованности заключения. 2. Реакция образования роданида железа. Реакция основана на том, что при нагревании цианидов с раствором полисульфида аммония образуется роданид, который с хлоридом железа (III) образует комплекс кроваво-красного цвета. KCN + (NH 4 ) 2 S 2 → KCNS + (NH 4 ) 2 S (7.65) 3KCNS + FeCl 3 → Fe(CNS) 3 + 3KCl (7.66) Выполнение реакции: к 2–3 мл исследуемого раствора прибавляют 3–5 капель 10-20%-ного раствора полисульфида аммония и смесь упаривают на водяной бане до небольшого объема. К упаренной жидкости по каплям прибавляют 8%-ный раствор хлороводородной кислоты до кислой реакции (по лакмусу), а затем прибавляют 1 каплю 10%- ного раствора хлорида железа (III). Появление кроваво-красной окраски указывает на наличие цианидов в растворе. При взбалтывании окрашенного раствора с диэтиловым эфиром окраска переходит в эфирный слой. Предел обнаружения: 10 мкг синильной кислоты в 1 мл. 3. Реакция образования бензидиновой сини. Соли меди (II) с цианидами образуют дициан (CN) 2 , который при взаимодействии с водой выделяет кислород, окисляющий бензидин. 2 HCN + Cu(CH 3 COO) 2 → Cu(CN) 2 + 2 CH 3 COOH (7.67) 2Cu(CN) 2 → (CN) 2 + 2 Cu(CN) (7.68) (CN) 2 + H 2 O → O + 2 HCN (7.69) H 2 N NH 2 HN NH H 2 N NH 2 + + H 2 O 2 O (7.70) Выполнение реакции: в колбу вносят 2–3 мл исследуемого раствора, к которому прибавляют 1 мл 10%-ного раствора винной кислоты. Колбу сразу же закрывают пробкой, к которой прикреплена 292 Глава 7. Летучие токсиканты влажная индикаторная бумага и нагревают несколько минут на водяной бане. При наличии синильной кислоты бумага синеет. 4. Реакция с пикриновой кислотой. Пикриновая кислота с цианидами в щелочной среде образует соль изопурпуровой кислоты красного цвета. Выполнение реакции: к 1 мл щелочного дистиллята прибавляют 1 мл 0,5 %-ного раствора пикриновой кислоты и слегка нагревают на водяной бане. При наличии цианидов раствор приобретает красную окраску. Мешают альдегиды, ацетон, сульфиты и др. 5. Реакция образования полиметинового красителя: к 2–3 мл дистиллята прибавляют 0,5 мл бромной воды, 1 мл 10% раствора трихлоруксусной кислоты, 0,5 мл 0,5% раствора гидразина сульфата и 3 мл пиридин-бензидиновой смеси. В присутствии цианид-ионов в растворе появляется оранжевое окрашивание, переходящее в красно- фиолетовое. Предел обнаружения – 0,2 мкг HCN в пробе. 6. Обнаружение цианидов методом микродиффузии. В наружнюю камеру прибора для микродиффузии помещают 2–4 мл крови (мочи или 1 г гомогената ткани) и прибавляют 3–4 капли 10% раствора серной кислоты. Во внутреннюю камеру прибора вносят 3,0 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия, прибор закрывают крышкой и оставляют на 3–4 часа при комнатной температуре. Из внутренней камеры в пробирку берут 1 мл жидкости, прибавляют 1 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия, 2 мл 1 М раствора двузамещенного фосфата натрия и 1 мл 0,25 % раствора хлорамина Т. Жидкость взбалтывают и через 2–3 мин прибавляют 3 мл реактива, содержащего барбитуровую кислоту и пиридин. Смесь взбалтывают и оставляют на 10 мин. При наличии цианидов в исследуемой пробе появляется красная окраска. Количественное определение НСN 1. При исследовании свежего трупного материала, а также при других объектах исследования (нетрупный материал) применяют титриметрическое определение. Дистиллят собирают в определённый объём 0,1 М AgNO 3 , избыток которого оттитровывают тиоцианатом аммония или калия. 2. При несвежем трупном материале титриметрический метод не применим, т.к. Н 2 S , содержащийся в объекте исследования, будет реагировать с AgNO 3 с образованием Ag 2 S . В этом случае неизвестно, сколько серебра связалось с CN - . Берут новую навеску, отгоняют HCN и H 2 S – образуются AgCN и Ag 2 S . Осадок отфильтровывают, обрабатывают избытком раствора аммиака, растворяющего AgCN и не растворяющего Ag 2 S и Ag. Фильтрат, содержащий комплекс [Ag(NH 3 ) 2 ]CN , подкисляют HNO 3 , выпадает AgCN. Его отфильтровывают, 293 Глава 7. Летучие токсиканты высушивают, сжигают, прокаливают, взвешивают металлическое серебро и производят расчёт на КСN. 3. Фотометрическое определение HCN по реакции образования полиметинового красителя (красно-фиолетовая окраска, длина волны – 530 нм): N N H (7.71) В качестве реактивов используют гидразин сульфат и пиридин. 4. Газохроматографическое определение. 5 грамм измельченного биоматериала помещают в пенициллиновый флакон, подкисляют и нагревают. В испаритель вводят 5 мл парогазовой фазы (носитель – хромосорб-2; НЖФ - дициандиэтилоксиэтан, детектор – катарометр, газ – гелий). Не мешают спирты, ацетон, формальдегид, алкилгалогениды. 7.7.2. Альдегиды и кетоны 7.7.2.1. Формальдегид Свойства и токсикологическое значение. Формальдегид – газ, хорошо растворяется в воде и обладает специфическим запахом, образуется при окислении метанола и неполном сгорании метана. Раствор, содержащий 36,5–37,5% формальдегида, называют формалином. При комнатной температуре формальдегид полимеризуется с образованием параформальдегида (СН 2 О) n Формальдегид применяется для получения пластических масс и фенолоформальдегидных смол, консервирования анатомических препаратов, протравливания зерна и обработки помещений с целью дезинфекции. Формальдегид оказывает антисептическое, дубящее и дезодорирующее действие. Небольшие количества формальдегида раздражают верхние дыхательные пути, высокие концентрации формальдегида могут вызывать мгновенную смерть в результате отека и спазма голосовой щели. При поступлении формальдегида через рот наблюдаются некротические поражения слизистой оболочки рта, появляется слюнотечение, тошнота, рвота, понос, развиваются дегенеративные поражения почек, печени, сердца и головного мозга. Метаболизм формальдегида в организме происходит с образованием метанола, метановой (муравьиной) кислоты и других продуктов. 294 Глава 7. Летучие токсиканты Изолируют формальдегид из биоматериала методом перегонки с водяным паром. Однако частично формальдегид находится в растворе в виде гидрата (метиленгликоля), который трудно перегоняется: HCHO + HOH → CH 2 (OH) 2 (7.72) Обнаружение формальдегида. 1 . Реакция с хромотроповой кислотой. Формальдегид с хромотроповой кислотой образует соединение, имеющее фиолетовую окраску. Этой реакции не мешают альдегиды уксусной, пропионовой кислот и хлоралгидрат. OH OH H SO 3 H HO 3 S + + C O H H C O H H SO 3 H HO HO H SO 3 H H 2 SO 4 крнц OH O C SO 3 H HO 3 S SO 3 H HO SO 3 H H H O HO O C SO 3 H SO 3 H HO 3 S OH HO 3 S H (7.73) В этой реакции концентрированная серная кислота является как водоотнимающим средством, так и окислителем. Методика выполнения реакции с хромотроповой кислотой: в пробирку вносят 3–5 капель исследуемого раствора или дистиллята, 4 мл 6 М раствора серной кислоты и несколько кристалликов 295 Глава 7. Летучие токсиканты хромотроповой кислоты, а затем пробирку нагревают в течение 10 мин на водяной бане до 60 ºС. При наличии формальдегида в пробе появляется фиолетовая окраска. Второй вариант реакции: в пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора, 0,2 мл 1%-го раствора хромотроповой кислоты в концентрированной серной кислоте, а затем прибавляют 5 мл концентрированной серной кислоты и взбалтывают. Появление фиолетовой или красно-фиолетовой окраски указывает на наличие формальдегида в исследуемом растворе. Предел обнаружения – 1 мкг НСОН в пробе. 2. С фуксинсернистой кислотой формальдегид дает синюю окраску. При рН ≥3 эту реакцию дают также ацетальдегид, нитробензальдегид; не мешает хлоралгидрат. В сильно кислой среде (рН = 0.7) реакция формальдегида с фуксинсернистой кислотой является специфичной (не мешают другие альдегиды). C NH NH 2 NH 2 SO 2 C NH 2 NHSO 2 H NHSO 2 H HO 3 S HCOH C NH NHSO 2 NHSO 2 C C OH H H OH фуксин фуксинсернистая кислота розовая окраска H H (7.74) Методика выполнения реакции с фуксинсернистой кислотой: в пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 2–3 капли концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки взбалтывают и охлаждают проточной водой, затем прибавляют 1 мл раствора фуксинсернистой кислоты. Появление сине-фиолетовой или красно-фиолетовой окраски указывает на наличие формальдегида. Предел обнаружения – 0,03 мкг НСОН в пробе. 3. С метиловым фиолетовым формальдегид дает сине- фиолетовую окраску. Методика выполнения реакции с метиловым фиолетовым: в пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 0,5 мл 10%-го раствора серной кислоты, а затем прибавляют такой же объем раствора 296 Глава 7. Летучие токсиканты метилового фиолетового, обесцвеченного сульфитом или гидросульфитом натрия. При наличии формальдегида в пробе появляется сине-фиолетовая окраска. Эта реакция не специфична для обнаружения формальдегида. Ее дают и некоторые другие альдегиды. 4. С морфином или кодеином формальдегид в присутствии концентрированной серной кислоты дает сине-фиолетовую окраску (предел обнаружения – 0,02 мкг НСОН в пробе). OH O H H H C H O H C H O OH H H O + + - 2H 2 O O C C OH H H H H O O C H C O H H O OH OH (7.75) Методика выполнения: в фарфоровую чашку вносят 1 мл исследуемого раствора и прибавляют 5 мл концентрированной серной кислоты. После охлаждения жидкости прибавляют 0,02–0,03 г кодеина. При наличии формальдегида сразу или через 5–10 мин появляется сине-фиолетовая или красно-фиолетовая окраска. 5. Формальдегид реагирует с кетоформой резорцина: 297 Глава 7. Летучие токсиканты O OH + HC O H O OH CH 2 + H 2 O (7.76) Методика выполнения: в пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 1 мл 1%-го раствора резорцина в 10%-ном растворе гидроксида натрия. Смесь нагревают в течение 3-5 мин на водяной бане. Появление розовой или малиновой окраски указывает на наличие формальдегида. Предел обнаружения – 0,03 мкг НСОН в пробе. Эту реакцию дают уксусный альдегид, акролеин, фурфурол и др. 6.Формальдегид восстанавливает ионы серебра при нагревании до металлического серебра. 2[Ag(NH 3 ) 2 ] + +HCOH + H 2 O → 2Ag + HCOO - + 3 NH 4 + + NH 3 (7.77) Методика выполнения: в хорошо очищенную от жира пробирку вносят 5 капель 1%-го раствора нитрата серебра и по каплям прибавляют 10%-ый раствор аммиака до растворения образовавшегося осадка гидроксида серебра. К полученному раствору прибавляют 1 мл исследуемого раствора, а затем смесь осторожно нагревают на пламени горелки. При наличии формальдегида происходит реакция образования «серебряного зеркала». Эта реакция успешно протекает при рН = 8–9. Нагревание пробирки должно быть умеренным. 7. При взаимодействии формальдегида с реактивом Фелинга образуется красный осадок оксида меди (I). COONa HC HC COOK O O Cu + + 2H 2 O COONa HC HC COOK OH OH 2 2 + HCOOH + Cu 2 O HCOH + (7.78) Методика выполнения: 1 мл исследуемого раствора вносят в пробирку, в которую прибавляют 1–2 капли 10%-го раствора гидроксида натрия до щелочной реакции (по лакмусу), а затем прибавляют 2–3 капли реактива Фелинга. Жидкость взбалтывают и нагревают на пламени газовой горелки. Образование желтого или красного осадка указывает на наличие формальдегида в исследуемом растворе. 298 Глава 7. Летучие токсиканты 8. Обнаружение формальдегида методом микродиффузии: помещают 3 мл крови (мочи) или 1 г гомогената тканей в наружную камеру прибора для микродиффузии, прибавляют 3–4 капли 10% раствора серной кислоты. Во внутреннюю камеру помещают 3,3 мл 0,15 М раствора сульфита натрия, закрывают прибор крышкой и оставляют на 4 часа. Из внутренней камеры берут 1 мл жидкости, прибавляют 0,2 мл 0,5% раствора хромотроповой кислоты и 3 мл концентрированной серной кислоты. Раствор перемешивают, нагревают на водяной бане в течение 15 мин и охлаждают. При наличии формальдегида в исследуемой пробе наблюдают появление красно-фиолетовой окраски раствора. 9. Определение формальдегида методом реакционной газовой хроматографии основано на реакции формальдегида с 2,4- динитрофенилгидразином. В результате реакции образуется 2,4- фенилгидразон формальдегида, который экстрагируют толуолом. Идентификация 2,4-фенилгидразона формальдегида проводится на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным, термоионным или электронозахватным детектором. HC O H + N NO 2 O 2 N NH 2 H N NO 2 O 2 N H N C H H + H 2 O (7.79) |