Способ количественного определения салицина методом вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде
METHOD FOR QUANTITATIVE DETERMINATION OF SALICIN BY VOLTAMMETRY ON A GLASS-CARBON ELECTRODE

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к вольтамперометрическому определению салицина на стеклоуглеродном электроде. Электрохимические, и, в частности вольтамперометрические способы определения салицина в настоящее время неизвестны. На практике для определения салицина в растительных экстрактах применяются методы спектрофотометрии, ВЭЖХ, капиллярного электрофореза.
Методы определения салицина
В настоящее время для определения салицина как индивидуального вещества используются в основном многочисленные хроматографические и родственные им методы. Так используется тонкослойная хроматография (ТСХ) с последующим денситометрическим определением индивидуальных веществ (фенологликозидов). Кроме того, применяется различные варианты высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), прежде всего с УФ-детектированием, а также хромато-масс-спектрометрия. В последнее время значительное внимание уделяется использованию метода высокоэффективного капиллярного электрофореза (ВЭКЭ). Кроме того, в некоторых случаях необходимо определение так называемого общего салицина. Под этим термином понимается суммарный салицин, образующийся при гидролизе многочисленных фенологликозидов (триандрина, популина и др.), который может происходить как при воздействии ферментов, так и при щелочном гидролизе данных веществ. Поэтому, в некоторых случаях экстракты из растительного сырья подвергают щелочному гидролизу с последующим определением суммарного салицина вышеупомянутыми методами, а также с помощью объемных методов (титрование) или фотометрии [1].
Недостатками выше указанных способов является большая стоимость оборудования, расходных материалов, а также сложность выполнения единичного анализа. Известен способ вольтамперометрического определения родственного салицину соединения - салициловой кислоты по пику окисления гидроксильной группы на электродах из углеродных материалов, в частности стеклоуглеродном электроде. Данный способ используется для определения салициловой кислоты в экстрактах различных растений и в готовых лекарственных формах [2]. Для прямого определения салицина этот способ непригоден в виду отсутствия в его молекуле свободных электрохимически активных гидроксильных групп, но он подходит в качестве аналога для косвенного вольтамперометрического определения салицина по сигналу окисления на стеклоуглеродном электроде соответствующего ему салицилового спирта (салигенина). В качестве прототипов изобретения взяты методы детектирования салициловой кислоты, в основе которых лежит электрокаталитический механизм ее окисления на различных модифицированных электродах [3-4]. Данные электроды обладают значительной чувствительностью, но сложны в изготовлении и эксплуатации для массового пользователя, поэтому не могут быть рекомендованы для широкой лабораторной практики.
Авторами изобретения впервые установлена возможность определения соответствующего салицину спирта (салигенина) по сигналу его окисления на стеклоуглеродном электроде.
Задачей заявленного изобретения являются разработка методики определения салицина в водных растворах и растительных экстрактах методом вольтамперометрии на экологически безопасном и простом в изготовлении и эксплуатации стеклоуглеродном электроде.
2
4
Поставленная задача достигается тем, что способ количественного определения салицина в диапазоне концентраций от 0,2 мкг/мл до 3,1 мкг/мл включает его предварительный гидролиз в водном растворе соляной кислоты с концентрацией 0,5 моль/л с последующим вольтамперометрическим определением получающегося при этом салицилового спирта (салигенина) методом окисления на стеклоуглеродном электроде в двухэлектродной системе. При этом накопление салигенина в перемешиваемом растворе проводят при барботировании инертным газом в течении 30 секунд при потенциале электролиза -0,4 В относительно насыщенного хлорид серебряного электрода, на фоновом электролите в виде водного раствора NaHPO с концентрацией 0,1 моль/л и рН=9,0 с последующей регистрацией анодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 25-30 мВ/с. Концентрацию салигенина определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов 0,7-0,8 В методом сравнения с высотой соответствующего пика в растворе, содержащем стандартный образец салицина с известной концентрацией, подвергнутый предварительному гидролизу одновременно с анализируемым раствором.
3
Массовую долю салицина в пробе вычисляют в мг/дм по формуле:
ст
х
ст
С - концентрация салицина в стандартном образце, Н и Н - высоты анодных пиков салигенина в анализируемом и стандартном образцах, соответственно.
Установленные условия анализа позволили количественно определять салицин на основе электроокисления, получающегося при его кислотном гидролизе салигенина на стеклоуглеродном электроде. Предлагаемый вольтамперометрический способ обладает удовлетворительными метрологическими характеристиками анализа. Диапазон определяемых концентраций от 0,2 мкг/мл до 3,1 мкг/мл.
Измерения проводили на компьютезированных вольтамперометрических анализаторах СТА (ООО «ИТМ», г. Томск).
Установленные условия анализа в предлагаемом способе впервые позволили экспрессно количественно определять салицин в модельных растворах после его кислотного гидролиза методом вольтамперометрии.
Пример 1
К водным растворам салицина с концентрацией 1,0 и 2,0 мг/мл в количестве по 5 мл добавляли по 5 мл водного раствора соляной кислоты с концентрацией 1 моль/л. Смеси перемешивали и нагревали на водяной бане в течение 60 мин при температуре 90°С для проведения реакции гидролиза салицина. После гидролиза в каждую смесь добавляли по 40 мл водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,125 моль/л для нейтрализации соляной кислоты и остановки реакции гидролиза. Полученные растворы последовательно анализировали на вольтамперометрическом анализаторе СТА в следующих условиях:
- рабочий электрод стеклоуглеродный, электрод сравнения хлоридсеребрянный;
- режим накопления салигенина на рабочем электроде при перемешивании раствора и при барботировании инертным газом (аргон) в течении 30 секунд при потенциале электролиза -0,4 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода,
2
4
- фоновый электролит водный раствор NaHPO с концентрацией 0,1 моль/л и рН=9,0 с последующей регистрацией анодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 25-30 мВ/с;
- в фоновый раствор объемом 10 мл вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора салицина с концентрацией 1,0 мг/мл и регистрировали вольтамперограмму;
- на полученной вольтамперограмме измеряли высоту пика салигенина при потенциале 0,75 В относительной вольтамперограммы фонового раствора, которая составила 1,04 нА;
- в полученный раствор повторно вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора салицина с концентрацией 1,0 мг/мл и регистрировали вольтамперограмму;
- на полученной вольтамперограмме измеряли высоту пика салигенина при потенциале 0,75 В относительной вольтамперограммы фонового раствора, которая составила 1,98 нА;
- в полученный раствор дополнительно вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора салицина с концентрацией 2,0 мг/мл и регистрировали вольтамперограмму;
- на полученной вольтамперограмме измеряли высоту пика салигенина при потенциале 0,75 В относительной вольтамперограммы фонового раствора, которая составила 3,89 нА.
В результате показано, что с увеличением в исходном растворе концентрации салицина в 2 раза высота пика салигенина в области 0,7-0,8 В увеличивалась в 1,90-1,96 раза, что можно использовать для аналитического контроля салицина в водных растворах.
Пример 2
Предварительная подготовка водного раствора экстракта коры осины с содержанием сухих веществ 10% (мас.) и салицина 5 мг/мл заключалась в том, что пробу экстракта объемом 50 мл высушивали при температуре 105°С до постоянной массы, заливали 50 мл метанола и кипятили с обратным холодильником 30 минут. Затем отфильтровывали раствор через бумажный фильтр, фильтр с осадком снова заливали 50 мл метанола, кипятили с обратным холодильником 30 минут и фильтровали. Процедуру экстракции и фильтрования повторили еще один раз. Полученные в результате троекратной экстракции фильтраты объединяли, к ним добавили 50 мл 0.1н NaOH для проведения щелочного гидролиза салицилатов и кипятили обратным холодильником 60 минут. После охлаждения в смесь добавили 50 мл 0,1 н HCI для нейтрализации щелочи и общий объем смеси доводили водой до 250 мл.
К аликвоте полученной выше смеси, а также к водным растворам салицина с концентрацией 1,0 и 2,0 мг/мл в количестве по 5 мл добавляли по 5 мл водного раствора соляной кислоты с концентрацией 1 моль/л. Смеси перемешивали и нагревали на водяной бане в течение 60 мин при температуре 90°С для проведения реакции гидролиза салицина. После гидролиза в каждую смесь добавляли по 40 мл водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,125 моль/л для нейтрализации соляной кислоты и остановки реакции гидролиза. Полученные растворы последовательно анализировали на вольтамперометрическом анализаторе в условиях, описанных в примере 1. В фоновый раствор объемом 10 мл вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора экстракта коры осины и регистрировали вольтамперограмму, на которой измеряли высоту пика салигенина при потенциале 0,75 В относительной вольтамперограммы фонового раствора, которая составила 1,02 нА. В полученный раствор повторно вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора салицина с концентрацией 1,0 мг/мл и регистрировали вольтамперограмму, на которой высота пика салигенина при потенциале 0,75 В составила 1,99 нА. В полученный раствор дополнительно вносили 20 мкл раствора, полученного в результате гидролиза и разбавления из раствора салицина с концентрацией 2,0 мг/мл и регистрировали вольтамперограмму, на которой высота пика салигенина при потенциале 0,75 В составила 3,94 нА.
Таким образом было доказано, что на вольтамперограмме гидролизованного раствора экстракта коры осины высота пика салигенина прямо пропорциональна концентрации салицина в экстракте коры осины до проведения реакции гидролиза и это может использоваться для количественного определения салицина в экстрактах из растительного сырья.
Проверку правильности предложенной методики проводили путем сравнения результатов вольтамперометрического определения салицина в экстракте коры осины с его определением методом ВЭЖХ по известной методике [5] на хроматографе Милихром А-02. Содержание салицина в экстракте коры осины составило 5,0% (мас.) по результатам определения методом ВЭЖХ и 4,9% (мас.) по результатам определения методом инверсионной вольтамперометрии, что подтверждает правильность разработанной методики количественного химического анализа.
Таким образом, впервые установлены условия выполнения количественного химического анализа салицина методом вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде. Предложенный способ прост, не требует большого количества реактивов и трудозатрат, также может быть приемлем в любой химической лаборатории, имеющей вольтамперометрический анализатор.
Данный способ может быть использован в фармацевтических исследованиях для определения салицина в сложных многокомпонентных растительных экстрактах. Показанный диапазон концентраций обеспечивает определение салицина в растениях (кора, листья, ветки), где его содержание находится в диапазоне 0.1-10.0% (мас.).
Литература
1. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение метаболизм и функции в растениях М, Наука, 1994, 240 с.
2. A.J. Torrino et al. Voltammetric determination of salicylic acid in pharmaceutical formulations of acetylsalicylic acid.// Talanta, 2004, V. 62, №2, p. 247-254.
3. Doulache M., Benchettora A., Trari M. Detector of salicylic acid by electrocatalytic oxidation at a nickel-modified glassycarbon electrode.//J. of Anal. Chem. 2014 V. 69, №1, p. 51-56.
4. W.D. Zhang et al. Electrochemical oxidation of salicylic acid at well-aligned multiwalled carbon nanotube electrode and its detection// J. Solid State Electrochem. 2010 V. 14 №9 p. 713-718.
5. Массовая концентрация УФ-поглощающих веществ. Методика выполнения измерений методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / ФР. 1.31.2006.02966. // Новосибирск. 2006. - 11 с.