СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОПРИМЕСЕЙ МЫШЬЯКА И СУРЬМЫ В РАСТИТЕЛЬНОМ ЛЕКАРСТВЕННОМ СЫРЬЕ
METHOD FOR DETERMINING TRACE IMPURITIES OF ARSENIC AND STIBIUM IN VEGETABLE MEDICAL MATERIAL

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в системе контроля за содержанием металлов-загрязнителей в лекарственном растительном сырье.
Применение лекарственных растительных средств, даже при соблюдении правил сельскохозяйственной и производственной практики, увеличивает общее потребление человеком токсичных элементов, присутствующих в лекарственном растительном сырье (ЛРС), причем признаки отравления и патологических изменений могут не проявляться. Вследствие способности к биоаккумулированию, среди большого количества химических веществ, поглощаемых дикорастущими растениями, особое внимание заслуживает мышьяк и его соединения. Предполагают, что мышьяк поглощается растениями вместе с водой, однако возможно его активное поглощение из воздуха. Содержание мышьяка в растениях, произрастающих на незагрязненных почвах, изменяется в пределах 0,00-1,50 мг/кг сухой массы. В условиях загрязнения растения могут накапливать экстремально высокие количества мышьяка, свыше 6000 мг/кг сухой массы. Совместно с мышьяком в результате активно поглощения происходит накопление сурьмы и ее соединений. Среднее содержание ее в наземной части растений оценивается в 0,06 мг/кг [Ельчининова О.А. Микроэлементы-биофилы и тяжелые металлы в лекарственных растениях Северного Алтая / О.А. Ельчининова, Т.А. Рождественская, Е.Ю. Черных - Мат. междунар. Конф. «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных территорий: настоящее, прошлое и будущее - Горно-Алтайск. - 2008. - С. 51-56]. Содержание мышьяка и сурьмы, как один из «показателей безопасности», контролируется требованиями СанПиН в объектах окружающей среды и пищевых продуктах и напитках, но в фармакопейных статьях раздела «Лекарственное растительное сырье» Государственной Фармакопеи СССР XI издания отсутствует [Терешкина О.И. Сравнительный анализ отечественного и зарубежного подходов к нормированию мышьяка в лекарственном растительном сырье / О.И. Терешикина, И.А. Самылина, И.П. Рудакова, И.В. Гравель / Биомедицина. - 2011. - №3. - С. 86-90].
Известен способ определения содержания токсичных элементов в сырье и в продукции сахарного производства основанный на переводе жидкой пробы в атомарное состояние путем электротермической атомизации с последующим определением оптической плотности атомного пара анализируемого элемента в растворе. К недостаткам способа следует отнести применение дорогостоящего оборудования и наличие в одном приборе водорода и печи, нагретой до 900 (800)°С, что является источником повышенной опасности [RU №2239828, G01N 33/02, опубл. 10.11.2004].
Известен способ определения мышьяка в средствах лекарственных для животных, кормах и кормовых добавок способом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием метода микроволновой минерализации проб. [ПНДФ 14.162:4.140-98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в природных, питьевых и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии. - М.: Из-во стандартов, 1998. - 17 с.].
К недостаткам относится трудоемкая, многостадийная пробоподготовка и низкая воспроизводимость результатов анализа.
Известен электрохимический способ определения мышьяка, основанный на восстановлении всех форм элемента до арсина, накоплением аналита на поверхности графитового электрода при постоянном потенциале 0,0 В в течение 90 секунд с использованием золота как коллектора арсина и регистрации аналитического сигнала в виде пика катодного тока при потенциале от -0,8 до -0,9 В в режиме дифференциально-импульсной вольтамперометрии [RU №2302628, G01N, опубл. 10.07.2007]. Подготовка аналитической пробы предполагает проведение «мокрого» озоления смесью концентрированных минеральных кислот: серной + азотной + хлороводородной = 1 мл + 2 мл + 1 мл, которая приводит к частичной потери мышьяка вследствие образования летучего хлорида.
усл
3
Известен способ определения сурьмы, основанный на переводе элемента и его соединений в стибин с последующим отгоном в спиртовый растров частично окисленного дифенилкарбазида, с последующим фотометрированием образуемого продукта при 590 нм (ε=4,0·10) [RU №2321853, G01Ν 33/18, G01Ν 31/22, G01Ν 21/78, G01Ν 21/27, опубл. 10.04.2008].
Несмотря на высокую селективность способа он не приемлем для определения микропримесей сурьмы в ЛРС вследствие низкой чувствительности.
Известен способ определения мышьяка в лекарственных формах, основанный на переводе всех соединений мышьяка в гидрид, полученный по реакции цинк-кислота с последующим отгоном его через бумагу, ингибированную раствором дихлорида ртути (предел обнаружения - 0,5 мкг), обработкой носителя раствором иодида калия с последующей визуальной индикацией количества микропримеси по интенсивности и размеру образуемого пятна, т.е. носит полуколичественный характер (ГФ СССР XI). В данном испытании предусмотрено определение мышьяка и в органических препаратах после кипячения до обугливания в присутствии серной кислоты.
Наиболее близким к заявленному изобретению является фотохимический способ определения мышьяка в присутствии сурьмы [RU 2347219, G01N 33/02 опубл. 20.02.2009], основанный на восстановления до гидридов соединений мышьяка и сурьмы в анализируемой пробе смесью, содержащей 40-50%-ный раствор иодида калия, 10-30%-ный раствор аскорбиновой кислоты, 4 M раствор соляной кислоты и цинка металлического с дальнейшим их отгоном вначале через поглотительную ячейку, содержащую спиртовой раствор частично окисленного дифенилкарбазида, а затем через последовательно присоединенную к первой ячейке поглотительную ячейку, содержащую фотогенерированный иод. При этом в первой поглотительной ячейке отгон осуществляют до изменения окраски поглотительного раствора, в котором затем определяют содержание сурьмы по изменению оптической плотности, а отгон через вторую поглотительную ячейку, содержащую фотогенерированный иод, осуществляют до уменьшения количества иода, фиксируемого амперометрически по изменению силы тока в ячейке, с последующим облучением светом поглотительного раствора до первоначального значения иода. Содержание мышьяка и сурьмы в анализируемых пробах определяют по изменению силы тока и времени генерации иода в ячейке и оптической плотности поглотительного раствора для мышьяка и сурьмы соответственно.
Однако чувствительность колориметрического определения сурьмы не позволяет определять низкие его содержания.
Задачей настоящего изобретения является разработка достоверного способа определения микропримесей мышьяка и сурьмы в лекарственном растительном сырье, расширяющая арсенал способов данного назначения.
Технический результат заявленного изобретения состоит в повышение точности и предела обнаружения мышьяка и сурьмы в ЛРС.
Это достигается тем, что способ определения микропримесей мышьяка и сурьмы в лекарственном растительном сырье, включающий перевод соединений мышьяка и сурьмы из анализируемой пробы в соответствующие гидриды путем восстановления смесью, содержащей 40%-ный раствор иодида калия, 10%-ный раствор аскорбиновой кислоты, 4 M раствор соляной кислоты, цинк металлический, отгон гидридов через ячейку, содержащую поглотительный раствор, согласно изобретению анализируемую пробу, содержащую мышьяк и сурьму, предварительно переводят в жидкую форму, а для перевода в гидриды из нее берут две части, при этом одну часть, для удаления мышьяка, обрабатывают концентрированной соляной кислотой, выпаривают и сухой остаток растворяют в 4 M растворе соляной кислоты, ячейку, содержащую поглотительный раствор, включающий 0,5 M раствор иодида калия, ацетатный буферный раствора с рН 5,6 и смесь сенсибилизаторов аурамина:флуоресцеина:эозината натрия в молярном соотношении 1:1:1 продувают кислородом воздуха в течение 1-2 минут и облучают светодиодной лампой до образования фотогенерированного иода, отгон гидридов из обеих частей анализируемой пробы через фотогенерированный иод осуществляют до прекращения изменения количества иода в ячейке, фиксируемого амперометрически по изменению силы тока в цепи, после отгона гидридов раствор в поглотительной ячейке вновь продувают кислородом воздуха в течение 1-2 мин и облучают до установления в ней первоначального количества иода и по изменению силы тока и времени генерации иода в ячейке судят о количестве мышьяка и сурьмы.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что для перевода ЛРС в жидкую форму пробу ЛРС массой 0,5-3,0 г в фарфоровой чашке смешивают с небольшим количеством воды, выпаривают досуха на водяной бане, обугливают на электроплитке до прекращения выделения дыма, а затем помещают в муфель, нагретый до 250°С. Температуру муфеля повышают до 450°С со скоростью 50°С в час, при этом получают белую золу. После охлаждения пробу растворяют в 10 мл 4M растворе хлористоводородной кислоты, количественно переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят водой до метки (ГОСТ-26929-86 стр. 5).
Полученный раствор делят на 2 части. Одна часть (образец 1) содержит суммарное количество мышьяка и сурьмы, а другую часть для удаления мышьяка обрабатывают концентрированной соляной кислотой, выпаривают досуха и остаток растворяют в 4 M растворе соляной кислоты (образец 2).
После чего полученные образцы переводят в гидриды смесью, содержащей 40%-ный раствор иодида калия, 10%-ный раствор аскорбиновой кислоты, 4 M раствор соляной кислоты, цинк металлический. Затем, для определения мышьяка и сурьмы в образцах ЛРС, проводят отгон образца 1 и образца 2 через ячейку, содержащую фотогенерированный иод, полученный путем облучения светодиодной лампой поглотительного раствора, содержащего 0,5 M раствор иодида калия, ацетатный буферный раствора с рН 5,6 и смесь сенсибилизаторов аурамина:флуоресцеина:эозината натрия в молярном соотношении 1:1:1, который предварительно продувают кислородом воздуха в течение 1-2 минут.
Содержание иода в поглотительной ячейке контролируют амперометрически с двумя поляризованными электродами. После проведения генерации проводят отгон гидридов элементов через полученный поглотительный раствор, до прекращения изменения иода, что соответствует установлению постоянного значения силы тока. После окончания отгона поглотительный раствор содержащий остаток иода вновь продувают кислородом воздуха в течение 1-2 мин и облучают до установления в ней первоначального количества иода.
к
a.ч.
По изменению силы тока и времени генерации судят о суммарном содержании мышьяка и сурьмы (образец 1) и только сурьмы (образец 2). Для определения содержания мышьяка из результатов отгона (изменение силы тока и временя генерации титранта) образца 2 необходимо вычесть результаты отгона (изменение силы тока и временя генерации титранта) образца 1. Содержание мышьяка и сурьмы в образце лекарственного растительного сырья рассчитывают по следующей формуле: , мкг где Ц.д. - цена деления модифицированной установки, рассчитанная по времени генерации и силе тока;  - изменение силы тока/ времени генерации титранта с учетом постановки холостого и контрольного опытов; V - емкость мерной колбы; V - объем аликвотной части аналита; 3 - коэффициент пересчета количества ммоль иода вступившего в реакцию с арсином/ стибином.
Для определения достоверности полученных результатов использовали метод добавок и метод ААС (ПНДФ 14.162:4.140-98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в природных, питьевых и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии. - М.: Изд-во стандартов, 1998. -17 с.).
Облучение светодиодной лампой обеспечивает монохроматичность света, что позволяет регулировать степень возбуждения молекул и тем самым достигать высокой селективности реакции, при постоянстве скорости генерации иода в присутствии соответствующего сенсибилизатора. Использование предложенной смеси сенсибилизаторов позволяет охватить всю видимую область спектра, что способствует увеличению количества молекул являющимися переносчиками лучистой энергии, т.е. увеличению скорости образования фотогенерированного титранта, а в целом повышению чувствительности и сокращению времени единичного определения.
Способы, рекомендованные ГФ СССР, носят либо полуколичественный характер, либо характеризуются низкой воспроизводимостью, требуют большой массы навески анализируемого образца и, как следствие, длительны в исполнении. Предложенный метод автоматизирован, т.е. исключает наличие визуальной ошибки, низкие затраты на реактивы, так как установка, а следовательно, и сама система могут быть использованы многократно.
Осуществление способа приведено в примере 1.
Пример 1. Определение микропримесей мышьяка и сурьмы в листьях ЛРС.
Для перевода ЛРС в жидкую форму однородную пробу ЛРС массой 0,5-3,0 г в фарфоровой чашке смешивают с небольшим количеством воды, выпаривают досуха на водяной бане, обугливают на электроплитке до прекращения выделения дыма, а затем помещают в муфель, нагретый до 250°С. Температуру муфеля повышали до 450°С со скоростью 50°С в час, при этом получали белую золу. После охлаждения пробу растворяют в 10 мл 4 М раствора хлористоводородной кислоты, количественно переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят водой до метки. Полученный раствор делят на 2 части. Одна часть (образец 1) содержит суммарное количество мышьяка и сурьмы, а другую часть для удаления мышьяка обрабатывают 5 мл НСl (ρ=1,19 г/мл), выпаривают досуха и остаток растворяют в 10 мл 4 M раствора НСl (образец 2).
Гидриды мышьяка и сурьмы получали по реакции цинк-кислота, для чего образец (1 или 2) помещают в реакционную колбу для отгона объемом 25 мл, содержащую 1,5 мл 40%-ного раствора иодида калия, 1 мл 10%-ного раствора аскорбиновой кислоты, необходимые для предварительного восстановления элементов до трехвалентного состояния) и 10-15 мл 4 M раствора соляной кислоты. Через 15 минут в колбу вводят 4 г цинка и присоединяют ее с помощью газоотводной трубки к поглотительной ячейкой. Образуемый водород восстанавливает соединения мышьяка (III) и сурьмы (III) до гидридов и переводит их в поглотительную ячейку. Перед отгоном поглотительный раствор в ячейке, содержащий 40 мл 0,5 M раствора иодида калия, 20 мл ацетатного буферного раствора, 10 мл раствора смеси сенсибилизаторов аурамина:флуоресцеина:эозината натрия в молярном соотношении 1:1:1, продувают в течение 1-2 мин воздухом и облучают светом светодиодной лампы. О концентрации титранта судят по изменению тока в цепи. После генерации иода отключают источник света и последовательно проводят отгон обоих образцов до прекращения уменьшения силы тока в цепи амперометрической установки. В среднем, время отгона составляет 20-25 мин в зависимости от количества мышьяка и сурьмы в пробе. После отгона поглотительный раствор вновь продувают воздухом в течение 1-2 мин, облучают светом светодиодной лампы и измеряют время генерации, пошедшее на восполнение убыли иода в ячейке.
По изменению силы тока и времени генерации судят о суммарном содержании мышьяка и сурьмы (образец 1) и только сурьмы (образец 2). Для определения содержания мышьяка из результатов отгона (изменение силы тока и временя генерации титранта) образца 1 необходимо вычесть результаты отгона (изменение силы тока и временя генерации титранта) образца 2. Поглотительный раствор в ячейке следует заменить после выполнении 20-30 анализов.
Дополнительная обработка анализируемого образца 5 мл НСl (ρ=1,19 г/мл) с дальнейшим ее выпариванием и растворением сухого остатка в 10 мл 4 M растворе НСl позволяет проводить селективное определение сурьмы при содержании мышьяка в пробе до 30 мкг (таблица 1). Результаты фотохимического титрования анализируемых образцов приведены в таблице 2, 3. Содержание мышьяка и сурьмы в ЛРС контролировали методом добавок и методикой рекомендованной НД (ПНДФ 14.162:4.140-98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в природных, питьевых и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 17 с.).
Согласно полученным результатам (табл. 2, 3) в большинстве исследуемых образцов содержания экотоксикантов не превышало допустимого уровня (Бурченко, Т.В. Показатели содержания тяжелых металлов в листья Geum urbanum L и Geum rivale L, произрастающих на территории белоруской области / Т.В. Бурченко, А.В. Лазарев // Научные ведомости. Серия Естественные науки. - 2011. - №.3 (98). - С. 59-66) и варьировалось от 0,2 до 0,3 мг/кг, что определяется наличием активного поглощения. Однако в образце лопуха войлочного наблюдали максимально высокое содержание мышьяка, что скорее обуславливается средой его произрастания.
Таким образом, фотохимическое определение мышьяка и сурьмы позволяет проводить определение экотоксикантов на уровне 0,01 и 0,016 мкг по силе тока и 0,007 и 0,011 мкг по времени генерации йода в поглотительной ячейке для мышьяка и сурьмы соответственно, с ошибкой определения, не превышающей 5,0%.
Пример 2. Определение мышьяка и сурьмы в этанольных извлечениях листьев ЛРС проводили аналогичного примеру 1.
Для перевода минеральных солей, входящих в состав ЛРС, в жидкую форму однородную пробу ЛРС массой 0,5-3,0 г экстрагируют на водяной бане 40 мл 40% этиловым спиртом, при кипении экстрагента в течение 30 мин с дальнейшей лиофилизацией при щадящем температурном режиме (40°С) (Величко В. В. Элементный состав листьев, корней и экстрактов лопуха войлочного / В.В. Величко, М.А. Ханина / Журнал «Медицина и образование в Сибири» Сетевое научное издание Новосибирского государственного медицинского университета (http://www.ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=537). Дата обращения 5.04.2013 11.30). После охлаждения пробу растворяют в 10 мл 4 М раствора хлористоводородной кислоты, количественно переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят водой до метки. Полученный раствор делят на 2 части. Одна часть (образец 1) содержит суммарное количество мышьяка и сурьмы, а другую часть для удаления мышьяка обрабатывают 5 мл НСl (ρ=1,19 г/мл, выпаривают досуха и остаток растворяют в 10 мл 4 M раствора НСl (образец 2).
Результаты, представленные в табл. 4, 5, свидетельствуют лишь о незначительном уменьшении содержания мышьяка и сурьмы в анализируемых образцах ЛРС. Таким образом, проведение дополнительных операций пробоподготовки приводит к увеличению времени единичного анализа, при получении практически неизменных результатов определения.