Визначення вмісту нікотину в тютюні та продуктах його згорання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Клас алкалоїдів налічує більше 2000 представників свого виду і нікотин є одним із найяскравіших представників гетероциклічних сполук. Нікотин являється фізично активною речовиною, що має яскраво виражений вплив на живі організми. Для людського організму нікотин представляє собою сильну отруту, що спрямовує свою дію переважно на нервову, дихальну і серцево-судинну систему.

Нікотин у великих кількостях міститься в тютюнових виробах. Виявляється, до нікотину можна звикнути і це звикання призводить до тютюнової залежності. Саме тому за наших часів це стало актуальною проблемою. Тютюнопаління є дуже шкідливим для здоров'я і може призвести до багатьох захворювань. В усіх країнах ведеться активна боротьба з тютюнопалінням: заборона палити в людних місцях, попереджальні написи на упаковках цигарок та строгий контроль за якістю виготовлення тютюнових виробів.

На мою думку, визначення вмісту нікотину є дуже важливим, так як від цього залежить здоров'я багатьох людей. Якщо вміст буде вищий ніж вказано на упаковці, то споживач отримає більшу дозу і для його організму це буде стрес, але через деякий час він звикне і його організм буде потребувати більшого надходження нікотину до організму. Тому в багатьох лабораторія ведеться контроль по вмісту нікотину в тютюні.

Темою нашої роботи ми обрали: «Визначення вмісту нікотину в тютюні та продуктах його згорання». Саме тому метою нашого дослідження було з'ясувати переваги та недоліки методів визначення нікотину та практично дослідити можливість визначення його в тютюні гравіметричним методом.

Гіпотеза дослідження полягала у тому, що за допомогою гравіметричного методу аналізу можливе приблизне визначення вмісту нікотину у тютюні.

Об'єктом дослідження є нікотин, як представник класу алкалоїдів, а предметом дослідження - визначення вмісту нікотину в тютюнових виробах.

Для досягнення поставленої мети та перевірки гіпотези дослідження, нами використовувались такі методи:

1)аналіз наукової літератури;

2)опрацювання методик практичного визначення нікотину, в тому числі ДСТУ;

3)методи виділення та ізолювання алкалоїдів з біологічного матеріалу;

4)гравіметричний метод визначення алкалоїдів;

5)математична обробка результатів практичної роботи.

Розділ 1. Загальні властивості алкалоїдів та нікотину зокрема

1.1 Хімічні властивості алкалоїдів

Поняття алкалоїди не є строгим. Прийнято алкалоїдами(від лат. alkali - луг та грец. eidos - вид) називати нітрогеновмісні органічні сполуки гетероциклічної будови, що володіють яскраво вираженою фізіологічною дією на організм людини і тварин. Більшість алкалоїдів має складну будову.

Лікувальні і отруйні властивості екстрактів багатьох рослин були відомі ще в глибокій давнині. Будова першого алкалоїду - коніїну - було установлено в 1886г., і після цього розвиток хімії алкалоїдів пішов вперед величезними кроками. Алкалоїди є продуктами обміну речовин в рослинах. Найбільш багаті алкалоїдами дводольні рослини, а серед них сімейства макових, айстрових, жовтецевих, пасльонових і маренових.

Оскільки зазвичай в одній групі рослин містяться алкалоїди, близькі за структурою, то класифікація алкалоїдів проводиться, як правило, по групі рослин, в яких вони є. Наприклад, алкалоїди болиголову, алкалоїди аракової пальми алкалоїди пасльонових, алкалоїди коки, алкалоїди опію і так далі. В даний час виділено і охарактеризовано вже більше 2000 алкалоїдів з них лише 50 міститься в тваринах.

В ході еволюції вищі рослини виробили так звану метаболічну екскрецію, що робить можливим накопичення вторинних сполук в організмі, що продукує їх, але зовні метаболітично активних центрів - зазвичай у вакуолях і клітинній стінці. Алкалоїди виявлені у тварин, не завжди синтезуються самим організмом; інколи їх походження пов'язане з характером їжі. Так бобри нагромаджують алкалоїд касторамін, який дуже близький до алкалоїду дезоксинуфаридину, що міститься в кореневищах кубушки жовтої, використовуваною ними в їжу.

В більшості випадків алкалоїди знаходяться в рослині у вигляді солей органічних і неорганічних кислот. Локалізуються переважно у визначених частинах (органах) рослин, наприклад в хінного дерева - головним чином в корі, в аконіту - в бульбах, в кокаїнового куща - в листі. Вміст алкалоїдів в тканинах зазвичай складає десяті - соті долі відсотка і рідко доходить до 10-15% (кора хінного дерева).

Довгий час біологічні функції алкалоїдів в рослинному організмі були невідомі. Частіше за них вважали кінцевими продуктами обміну речовин, або іншими екстрактами. Проте було доведено, що алкалоїди активно втручаються у перебіг обмінних процесів. Можливо, алкалоїди також захищають рослини від поїдання тваринами, тобто є антифедантами.

Всього виділяють 6 груп алкалоїдів: піридинова (нікотин), хінолінова (хінін, стріхнін), ізохинілова (папаверин, кураре), фенантренова (морфін, кодеїн), тропінова (атропін) і пурінова (кофеїн).

Небагато алкалоїдів є рідинами або леткими сполуками, більшість ж вдалося виділити в кристалічному вигляді; останні містять оксиген, в перших його немає. Більшість алкалоїдів оптично активні, і притому обертають поляризоване світло ліворуч. Алкалоїди майже всі гіркі на смак; у невеликій кількості багато хто з них має збуджуючу дію на нервову систему, у великих же дозах вони часто є вельми отруйними.

Через цю збуджуючу дію рослини, що містять алкалоїди, відвіку уживалися людьми то для приготування напоїв (чай, кава--заради кофеїну, какао-заради теоброміну), то для паління (тютюн, опіум), то для жування (листя коки). Зловживання деякими алкалоїдами, особливо збризкуваннями морфію або нюханням кокаїну, веде до дуже тяжких наслідків. Крім того, окремі алкалоїди володіють специфічною фізіологічною дією, через що часто використуються в медицині.

Все це відвіку збуджувало великий інтерес до вивчення алкалоїдів. З'ясувалося, що всі вони представляють аміни, вторинні або третинні, але не первинні, а іноді--амонійні основи.

Основні (лужні) властивості алкалоїдів виражені в різній мірі.(Дивись Додаток А) У природі частіше зустрічаються алкалоїди, які відносяться до третинних, рідше - до вторинних або до четвертинних амонійних основ. Завдяки основному характеру алкалоїди утворюють солі з кислотами різної ступені міцності. Солі алкалоїдів легко розкладаються під дією їдких лугів і аміаку, при цьому виділяються вільні основи. Завдяки основному характеру, алкалоїди при взаємодії з кислотами утворюють солі і дають подвійні солі з хлорною платиною та іншими комплексними сполуками. Наприклад: коніїн підкислений HCl.

Ця властивість використовується при виділенні і очищенні алкалоїдів, їх кількісному визначенні і здобутті препаратів.

Солі алкалоїдів, як правило, добре розчинні у воді(цитизин, метилцитизин, кофеїн) та в етиловому спирті (особливо в розбавленому при нагріванні). Погано або зовсім нерозчинні в більшості органічних розчинників (хлороформ, етиловий ефір, дихлоретан та ін.). Але відомі солі деяких алкалоїдів, погано розчинні у воді (сульфат хініну, сульфат таспіну), а також солі алкалоїдів, які розчиняються в органічних розчинниках. Наприклад, гідробромід скополаміну розчиняється в хлороформі.[11]

Алкалоїди вступають в реакції, залежні від наявності в їх молекулах різних функціональних груп. Наприклад, морфін містить фенольну гідрооксильну, тому він з лугами утворює феноляти; дає кольорові реакції з FеС1₃. Деякими алкалоїдами є складні естери, (атропін, скополамін), що піддаються гідролізу кислотами і лугами. Наприклад: атропіну сульфат (лікарський засіб) піддається гідролізу з утворенням тропанолу і тропової кислоти, тропова кислота вступає в реакцію нітрації при нагріванні з азотною кислотою (реакція Віталі-Морена).[3]

Сульфат атропіну

+

Тропанол тропова кислота

1.2 Історія відкриття нікотину

Тютюн - це культивована рослина роду Nicotiana. Споживання тютюну в Америці нараховує тисячу років. Є дані, що вже в 1 сторіччі до нашої ери індіанці майя в Центральній Америці палили тютюн на релігійних церемоніях. Сторіччя по тому паління тютюну поширилося на інші частини Північної і Південної Америки. На той час, як у 15 сторіччі прибули європейці, тютюн вирощувався тубільцями в багатьох частинах Америки.

Коли Христофор Колумб прибув у Західну півкулю в 1492 році, деякі члени його екіпажу побачили тубільців, що палили і стали першими європейцями, що зіткнулися із тютюном. Після повернення в Іспанію помітили, що один із членів екіпажу Колумба, Родріго де Херес, палить і за це інквізитори кинули його у в'язницю. Місцеві жителі побачили, що дим виходить із його носа, і вирішили, що він заполонений дияволом.

У 1560 році французький посол у Португалії Жан Ніко (Jean Nicot) відправив тютюнове насіння королеві-матері Франції, будучи впевненим, що тютюн лікує багато хвороб. На честь Ніко тютюновій рослині було дано ботанічне ім'я Nicotiana, а сторіччя по тому слово нікотин також пішло від його імені. Наприкінці 16 сторіччя сер Вальтер Реліг активно пропагандував тютюн в Англії. Згодом паління стало популярним у всій Європі.

По мірі того, як споживання тютюну зростало, у деяких країнах намагалися це приборкати. У 1606 році король Іспанії Філіп III випустив указ, що обмежував вирощування тютюну. У 1610 році в Японії вийшли укази, спрямовані як проти тих, хто палить, так і проти тих, хто вирощує тютюн. Ще жорсткішим було ставлення до тютюну в Росії, де патріарх відніс паління і нюхання тютюну до категорії смертних гріхів. У 1634 році цар випустив указ проти споживання тютюну, згідно якого палії або продавці тютюну, що попалися вперше, будуть позбавлятися носа. У ряді випадків, при повторному порушенні, винних засуджували до смерті. Папа Римський наказав, щоб люди, що приносять тютюн у Римсько-католицьку церкву, були відлучені від церкви - дим люльок і сигар мішався з пахощами благовонній, а деякі ченці кашляли під час святих співів пісень. У 1604 році король Англії Джеймс I анонімно написав "Протест Тютюну".

Зростання популярності тютюну частково пояснювалася тим, що багато хто вважав, що тютюн має позитивні лікувальні властивості. Проте, були й окремі роботи про те, що тютюн шкідливий. В 1761 році англієць доктор Джон Хілл випустив те, що вважається першим клінічним описом випадку раку, викликаного тютюном.

Цей алкалоїд уперше виділили в чистому вигляді в 1828 році вчені Посельт і Рейман. Споживання тютюну здобуло величезний поштовх у 1881 році, коли американцем Джеймсом Бонзаком була запатентована машина для випуску сигарет. Машина, що стала діяти в 1884 році, після покращень замінила непродуктивний ручний метод, і такий засіб різко зменшились виробничі витрати.

1.3 Фізичні та хімічні властивості нікотину

Нікотин (піридин-3-N-метилпіролідин) належить до алкалоїдів, що містяться в окремих видах тютюну і в ряді інших рослин (очиток їдкий, хвощ польовий, ваточник, деякі види плауна та ін.). Крім нікотину в тютюні міститься ряд інших алкалоїдів. Нікотин є сильною подвійною основою, яка з кислотами утворює ряд солей.

Нікотин - безбарвна масляниста рідина (т. кип 247,6 ° С)., швидко темніє на повітрі. При температурах нижче 60 ° С і вище 210 ° С нікотин змішується з водою, а в інтервалі температур від 60 ° С до 210 ° С він обмежено розчиняється у воді. Нікотин добре розчиняється в багатьох органічних розчинниках. Він екстрагується органічними розчинниками як з кислих, так і з лужних водних розчинів. Однак великі кількості нікотину екстрагуються з лужних розчинів. Нікотин з водою утворює азеотропну суміш. Тому він переганяється з водяною парою.

Метаболізм. В організмі нікотин розкладається головним чином в печінці. Метаболізм нікотину відбувається шляхом його окиснення і N-диметилювання. В процесі метаболізму відбувається розрив пірролідинового кільця і N-метилювання піридинового кільця. При окисленні нікотину утворюється котинін, котрий зазнає подальших перетворень. Зазначені вище метаболіти нікотину виділяються з організму з сечею. Відмічено наявність у сечі тільки слідів незміненого нікотину. [14]

Будова нікотину. При окисленні нікотину утворюється нікотинова (3-піридинкарбонова) кислота

Окислення може бути проведене перманганатом, азотною кислотою, хромовою кислотою і іншими окисниками. Цей факт показує наявність в нікотині піридинового кільця, зв'язаного в в-положенні із залишком C₅H₁₀N

Нікотин є сильною двутретинною основою і має метильну групу біля атому Нітрогену.

Будова залишку С₅Н₁₀N була з'ясована шляхом вивчення продуктів бромування нікотину та їх розпаду. При бромуванні нікотину в присутності води відбувається утворення речовини складу С₁₀Н₈N₂Вг₂О₂, названої дибромтіконіном. Атоми Оксигену та Брому при цьому входять не в піридинове ядро, а в залишок C₅H₁₀N, оскільки при окисненні дибромтіконіна виходить нікотинова кислота.[8]

При дії лугів дибромтіконін піддається розпаду з утворенням нікотинової кислоти, метиламіну і малонової кислоти. Це показує, що в нікотині мають бути залишки

Сполуки цих залишків показують, що ми маємо в нікотині ланцюг з чотирьох атомів вуглеводню,

Замкнутого за допомогою групи >N - CH₃. Якщо відкинути малоймовірні структури з 4- та 3-членими кільцями, то для нікотину залишається лише будова

алкалоїд нікотин тютюн ізолювання

Будова і розпад дибромтиконіна виражаються в цьому випадку схемою

1.4 Біологічна роль нікотину

Нікотин зустрічається природним чином в тютюнових рослинах. У великих кількостях він є дуже токсичним.

Поглинання нікотину в організмі залежить від рівнів pН при його надходженні. Поглинання нікотину з кислотного диму сигарет відбувається в легенях. Лужний дим від тютюну з трубок і сигар дозволяє нікотину абсорбуватися через слизову оболонку в роті. Абсорбція через легені є більш швидкою. З легенів нікотин швидко надходить у кров і мозок.

Нікотин діє через спеціальні клітинні утворення, або рецептори, розташовані в місцях з'єднання нервових клітин, або синапсах, у мозку і м'язовій тканині. Ці рецептори мають спроможність розпізнавати нікотин і реагувати на нього, коли він є присутнім в організмі. У результаті змінюється робота синапса, тобто спотворюється передача нервового імпульсу, що управляє станом судин, м'язової тканини, залоз зовнішньої або внутрішньої секреції. Коли рецептори сигналізують про присутність нікотину, кров'яний тиск зростає, а периферичний кровообіг сповільнюється. Хвилі в мозку змінюються, що дає поштовх кільком ендокринним і метаболічним ефектам.

Психічний і фізичний стан палія, а також ситуація, у якій відбувається паління, може впливати на те, яким чином окрема сигарета буде впливати на психологічне сприйняття і фізіологічну реакцію, наприклад, воно може викликати відчуття як розслабленості, так і бадьорості. У стресових ситуаціях сигарета може діяти як заспокійливий засіб, а в ситуації розслабленості - як симулянт.

Як тільки організм звикне до функціонування при визначеному рівні нікотину в крові, він намагається підтримувати цей рівень, і палії почувають необхідність продовжувати приймати цей наркотик. Переважна більшість регулярних паліїв мають нікотинову залежність.

Нікотин - надзвичайно сильна отрута, яка діє переважно на нервову систему, травлення, а також на дихальну і серцево-судинну системи. Експерименти на тваринах ще в минулому столітті показали безперечний вплив нікотину на нервові реакції. Наприклад, якщо на оголену тканину нерва накласти ватку з нікотином, то для його подразнення потрібна значно менша сила струму, ніж на контролі. Ставили досліди із собаками, у яких знімали черепну коробку і нікотин наносили на різні ділянки мозку. І в цих випадках реакція, наприклад, у вигляді м'язових рухів була значно швидша і від меншої сили струму, ніж до застосування нікотину. Більше того, висока концентрація розчину нікотину зумовлювала судорожні скорочення тієї групи м'язів, яка перебувала під контролем даної ділянки мозкової речовини. Без будь - якої додаткової дії струмом! При цьому приступи не виникали після кількох повторень нікотинового подразнення. Виявляється, до нікотину можна звикнути.[15]

Висновки до розділу

1)Алкалоїди це речовини, які мають чітко виражені основні властивості і знаходяться в рослинах у вигляді органічних солей і неорганічних кислот.

2) Нікотин міститься в культивованій рослині роду Nicotiana. Він має дуже велику історію свого існування, що характеризувалася його масовим розповсюдженням та початком протесту проти нього.

3)Нікотин являється одним із представників класу алкалоїдів і є сильною подвійною основою, яка з кислотами утворює ряд солей.

4) Нікотин - безбарвна масляниста рідина, що швидко темніє на повітрі, добре розчиняється в багатьох органічних розчинниках та також екстрагується органічними розчинниками як з кислих, так і з лужних водних розчинів.

5) Нікотин є сильною основою і має метильну групу біля атому Нітрогену, що дозволяє проводити ряд специфічних реакцій.

6) Нікотин діє через спеціальні клітинні утворення, або рецептори, розташовані в місцях з'єднання нервових клітин, після надходження в організм великих доз нікотину відбувається пригнічення і параліч нервової системи, зупинка дихання з наступним припиненням серцевої діяльності.

7) Нікотин не застосовується в медицині, але він широко застосовується в сільському господарстві для боротьби з шкідниками рослин.

Розділ 2. Визначення вмісту нікотину у різних об'єктах

2.1 Якісне визначення нікотину

Для виявлення нікотину, виділеного з біологічного матеріалу, застосовують ряд реакцій.

Реакція з реактивом Драгендорфа. Виявлення цього алкалоїду проводиться за допомогою реактиву Драгендорфа. При наявності нікотину в досліджуваному розчині після додавання реактиву Драгендорфа в полі зору мікроскопа спостерігаються зростки кристалів вигляді птахів, що летять, літери К або букви X.(Дивись Мал. 2.1.) Межа виявлення: 1 мкг нікотину в пробі.

Мал. 2.1. Кристали Нікотину(А) і Анабазину(Б) з реактивом Драгендорфа.

Реакція з сіллю Рейнеке. При наявності нікотину утворюються зростки призматичних кристалів.(Дивись Мал. 2.2.) Межа виявлення: 1,2 мкг нікотину в пробі.

Мал. 2.2. Кристали нікотину з сіллю Рейнеке

Реакція з пікриновою кислотою. До декількох крапель розчину залишку після випару хлороформного екстракту додають 2 краплі насиченого розчину пікринової кислоти. Спостерігають утворення жовтого кристалічного осаду (анабазін) і зростки кристалів з тонких голок (нікотин).(Дивись Мал. 2.3.) Реакція неспецифічна.

Мал. 2.3. Кристали нікотину з пікриновою кислотою

Реакція з розчином йоду в діетиловому ефірі. В пробірку вносять 1 мл розчину досліджуваної речовини в діетиловому ефірі і додають 1 мл 10%-го розчину йоду в діетиловому ефірі. Через кілька хвилин суміш каламутніє, а потім випадає смолистий осад, що містить голчасті рубіново-червоні кристали з темно-синім відтінком. Анабазин не дає цієї реакції.

Реакція з формальдегідом. На годинникове скло або на крапельну пластинку наносять 1-2 краплі досліджуваного розчину і 2 краплі 4%-го водного розчину формальдегіду. Суміш нагрівають, потім додають краплю концентрованої азотної кислоти. У присутності нікотину розчин набуває червону або рожеве забарвлення. Анабазин не дає цієї реакції.

Реакція з n-диметиламінобензальдегідом. На годинникове скло або на крапельну пластинку наносять краплю концентрованої соляної кислоти, в яку вносять кристалик n-діметіламінобензальдегіду. Поруч з цією краплею поміщають краплю досліджуваного розчину. Краплі з'єднують за допомогою скляної палички із загостреним кінцем. При наявності нікотину в досліджуюваному розчині в місці зіткнення крапель спостерігається рожеве забарвлення, що переходить у фіолетове. Забарвлення зберігається близько доби.

Фармакологічне випробування на нікотин. На спинку жаби наносять очищене за допомогою ТСХ витяжку з об'єкту. Жаба через 30-60 хв. приймає характерну позу.(Дивись Мал. 2.4.-2.6.) Використовується як підтверджуюча проба.[2, с.140]

Мал. 2.4. Реакція жаби на нікотин.

Мал. 2.5. Реакція жаби на вератрин.

Мал. 2.6. Реакція жаби на стрихнін.

Інші реакції на нікотин. Нікотин можна виявити за допомогою реакцій з реактивом Бушарда, розчином ваніліну і пергідролем.

2.2 Методи кількісного визначення нікотину

Існує дуже багато методик кількісного визначення нікотину. Найпоширенішими з них є гравіметричні, титрометричні та інструментальні. Гравіметричний метод базується на осадженні аналізованого алкалоїду різними реактивами і вимірюванні маси даного осаду. Титрометричний - на титруванні алкалоїдів або їх солей кислотами чи основами. Інструментальний - переважно на спектральних характеристиках речовин. Але спочатку потрібно ізолювати з органічного матеріалу досліджуваний алкалоїд.

2.2.1 Методи ізолювання алкалоїдів

Для виділення нікотину з біологічного матеріалу застосовується метод перегонки з водяною парою і метод, заснований на настоюванні досліджуваного матеріалу з підкисленою водою.

Ізолювання підкисленою водою. Цей метод є одним з найбільш ефективних і доступних. Солі багатьох лікарських і наркотичних речовин краще розчиняються в підкисленій воді, ніж у підкисленому спирті. Вода, підкислена щавлевої кислотою, була запропонована в 1856 р. С.Макадамом для виділення алкалоїдів з біологічних об'єктів. Для очищення витяжки було використане активоване вугілля.

У 1865 р. Г. Драгендорф для підкислення об'єкта при ізолюванні алкалоїдів запропонував використовувати сірчану кислоту. Однак способи подальшої обробки витяжок були занадто громіздкі, і тому ці методи не отримали широкого розповсюдження.

У 1942 р. А.В.Степанова і М. Д.Швайкова розробили метод екстракції алкалоїдів підкисленою водою з рослинних об'єктів (харчових продуктів). Цей метод в 1947 р. був модифікований і застосований А.А.Васильєвою для екстракції алкалоїдів зі свіжих біологічних об'єктів, після чого підкислена вода стала широко використовуватися в практиці хіміко-токсикологічного аналізу при ізолювання різних токсичних речовин.

Ці методи отримали подальший розвиток і вдосконалення у роботах багатьох вчених. В.Ф.Крамаренко і його учнями (В.І.Поповою, Б.В.Швидким, З.С.Рокач та ін). Були вивчені оптимальні умови екстракції алкалоїдів з трупного матеріалу і з водних розчинів. Ними було встановлено оптимальне значення рН для максимальної екстракції алкалоїдів, умови руйнування комплексу алкалоїдів з білками і вивчені впливи електролітів і їх оптимальної концентрації на ізолювання отруйних речовин, способи осадження білків і видалення їх з отриманих водних витяжок. Процес фільтрування був замінений центрифугуванням. Визначено придатність методу при аналізі як свіжого, так і загнилого трупного матеріалу.

Розробка і детальне вивчення оптимальних умов екстракції дозволили внести зміни і в раніше запропоновані методи ізолювання лікарських та наркотичних речовин.

Метод Степанова - Швайкової

1-й етап. Наважку рослинного об'єкта масою 5 г заливають водою очищеною (1:12), підкисляють оксалатною(щавлевою) кислотою до рН = 2-2,5 і настоюють 2 години. Водну витяжку центрифугують протягом 30 хв при 3000 об. / хв. Прозору рідину відокремлюють від осаду.

2-й етап. Центрифугат екстрагують послідовно хлороформом при рН = 2, потім при рН = 10 після підлужування 25% розчином аміаку.

Метод В.Ф.Крамаренко

1-й етап. Наважку подрібненого об'єкта масою 100 г заливають 0,02 М розчином сірчаної кислоти (рН = 2,5) і настоюють 2 рази: 2 год і 1 ч. Водні витяжки центрифугують, відділяють від осаду, насичують сульфатом амонію і знову центрифугують. Центрифугат (рН = 2,5) екстрагують діетиловим ефіром з метою очищення.

2-й етап. Водну фазу після підлужування до рН = 8,5-9 розчином гідроксиду натрію екстрагують 4 рази хлороформом.

Оцінка методу. У методі максимально враховані хімічні властивості алкалоїдів і органічних підстав. Тому умови ізолювання і подальшої екстракції оптимальна для визначення алкалоїдів.

Порівняння наведених методів (Дивись Додаток Б Табл. 4) дозволяє провести вибір умов ізолювання в залежності від конкретних умов.

2.2.2 Методи визначення вмісту нікотину в тютюні

Одним із найпоширеніших видів інструментального визначення алкалоїдів в тютюні є метод спектрофотометрії(ДСТУ30038-93).

Суть методу полягає в тому, що подрібнену пробу тютюну піддають перегонці з водяною парою в сильно лужному розчині, потім проводять визначення спектрофотометрії вмісту алкалоїдів в дистиляті і обчислення процентного вмісту в перерахунку на нікотин.

Для аналізу нам знадобляться хімічно чисті реактиви NaCl, NaOH, H₂SO₄ з молярною концентрацією 2 моль/л та 0,05моль/л та наступне обладнання: ваги, сушильна шафа, апарат для перегонки з водяним паром, кювети кварцові з оптичною довжиною 1см та спектрофотометр з довжинами хвиль 230 - 290нм.

Відібрану лабораторну пробу потрібно розділити на дві проби для досліду. Перед подрібненням пробу висушують в сушильній шафі. Подрібнена проба має проходити через сито. Для точності аналізу проводять два незалежних досліди при однакових умовах. Пробу для аналізу відбирають в кількості 0,2 - 2,0г і переносять в перегону колбу апарата для перегонки з водяним паром і доливають до неї 5 - 25см³ дистильованої води, 20 - 40г NaCl та 5 см³ розчину NaOH. Суміш переганяють в мірну колбу місткістю 250 см³, котра містить 10 см³ розчину сульфатної кислоти з концентрацією 2моль/л. Збирають 220-- 250 см3 дистиляту і доливають дистильовану воду до відмітки (об'єм V₁). Якщо необхідно, фільтрують його через фільтрувальний папір, щоб позбавитися від помутніння. З мірної колби піпеткою частину дистиляту об'ємом (V₂), зазвичай 25 см³, переносять в іншу мірну колбу місткістю (V₃), зазвичай 100 см3, і розбавляють до відмітки сульфатною кислотою концентрацією 0,05М. Контрольний розчин (еталон), розбавляють 10 см³ сульфатної кислоти(С=2М) дистильованою водою, місткістю 250 см³, а потім розбавляють згідно з методикою для дистиляту. За допомогою спектрофотометра вимірюють поглинаючу здатність досліджуваного розчину, використовуючи контрольний розчин (еталон) при довжині хвиль 236, 259 і 282 нм. Якщо поглинання при довжині хвиль 259 нм перевищує 0,7, то вимірювання слід повторити при меншому об'ємі V₂ на стадії розбавлення.

Відкоректоване значення спектральної поглинаючої здатності А (екстензія) обчислюють згідно з отриманими даними по формулі:

де А₂₃₆, А₂₅₉, А₂₈₂ -- отримані значення спектральної поглинаючої здатності при довжині хвиль 236, 259 і 282 нм.

Результат досліду обчислюють як процентне відношення до маси алкалоїдів тютюну (у вигляді нікотину) в пробі (відносно сухої маси).[12]

2.2.3 Методи визначення вмісту нікотину в тютюновому димі

Розглянемо методи визначення вмісту нікотину в тютюновому димі такі, як спектрометричний(ДСТУ 30438-96) та газової хроматографії(ДСТУ30570-98).

Отже спектрометричний метод оснований на перегонці з парою аліквотної частини метанолового або ізопропанолового розчинів конденсату сигаретного диму відбувається в два етапи. Підкислення розчину мінеральною кислотою і видалення нейтральних і кислих речовин, що випаровуються з парою шляхом дистиляції. Потім дистиляція нікотину на основі цього розчину після підлуговування. Спектрометричний вимір поглинання дистиляту від лужної дистиляції і розрахунок вмісту нікотину.

Для звичайних випробувань можна використовувати нікотинову сіль, відкалібровану відносно чистого нікотину. Також знадобиться апарат для перегонки з паром, спектрометр довжиною хвилі від 230 нм до 290 нм по нормативній документації. Кювети кварцові спарені з оптичною довжиною 1 см, NaOH з концентрацією 8 М, H₂SO₄ з молярною концентрацією 1 моль/л та 0,025моль/л.

Ця методика застосовна для конденсату диму, отриманого від сигарет з вмістом нікотину близько 1,5 міліграма на сигарету.[7]

Вміст нікотину міліграм/сиг, для кожного прикурювання обчислюють за формулою:

де а -- поглинання (коефіцієнт питомої абсорбції) нікотину в 0,025 моль/дм³ розчину сірчаної кислоти (тобто при максимальному поглинанні 259 нм);

А -- виправлена величина поглинання (гасіння), розрахована з величин поглинання, виміряних при 236, 259 і 282 нм;

l-- оптична довжина кювети, см;

V₀ -- об'єм метанолового або ізопропанолового розчину сирого конденсату диму, см3;

V₁-- аліквота об'єму V₀, використана при дистиляції, см³;

V₂ -- об'єм дистиляту при лужній дистиляції, см³;

V₃ -- аліквота дистиляту V₂, вживана для подальшого розбавлення до V₄, см³;

V₄ -- об'єм, до якого розбавляється аліквота V₃ дистиляту, см³;

n -- кількість сигарет, прокурених в пастку.

Метод газової хроматографії оснований на зібранні конденсату головного струменя диму розчиненого в розчиннику. Вміст нікотину в аліквотній пробі розчину визначають методом газової хроматографії і обчислюють вміст нікотину в конденсаті диму.

Для цього знадобиться: газ-носій -- гелій або азот по ГОСТ 9293, додаткові гази -- повітря і водень по ГОСТ 3022 високої міри чистоти для полум'яно-іонізаційного детектора, 2-пропанол (ізопропанол) по НД з максимальним вмістом води 1,0 мг/см³, внутрішній стандарт n-гептадекан по НД або хінальдину по НД (міра чистоти не менше 99 %), екстракційний розчинник -- 2-пропанол, що містить 0,5 г/дм³ внутрішнього стандарту, стандартна речовина -- нікотин (міра чистоти не менше 98 %), калібрувальні розчини(нікотин розчиняють в екстракційному розчиннику для здобуття не менше чотирьох калібрувальних розчинів, концентрація яких повинна охоплювати область можливого вмісту нікотину в аналізованій пробі (зазвичай від 0,02 до 2,0 мг/см³)).

Аліквотні частини (0,002 см³) досліджуваної проби вводять в газовий хроматограф. Відношення між піком нікотину і піком внутрішнього стандарту розраховують на основі даних площ піків (або висот). Проводять два визначення однієї і тієї ж проби, з яких розраховують середнє значення.

Концентрацію нікотину в досліджуваній пробі розраховують за допомогою калібрувального графіка або лінійного рівняння регресії. По концентрації нікотину в досліджуваній пробі розраховують вміст нікотину в конденсаті диму, а з нього -- вміст нікотину в прокурених цигарках. Результати випробувань виражають в міліграмах на сигарету по кожному каналу з точністю до 0,01 міліграма, а середнє значення -- з точністю до 0,1 міліграма.[6]

2.3 Практичне визначення вмісту нікотину в тютюні

Як вже зазначалось вище, для визначення нікотину використовуються переважно інструментальні методи аналізу. Але ми ці методи не застосовували тому, що не маємо сучасного та спеціалізованого обладнання і для фотометричного визначення нікотину ми не мали стандартного його розчину.

Саме тому в нашій роботі ми використали гравіметричний метод аналізу. Для аналізу нами було обрано марку цигарок «Три Толстяка» з приблизним вмістом нікотину в димі 1,2мг(відібрали 10 цигарок, маса тютюну в них 7,9532 г). Ізолювання нікотину з тютюну проводили за методом Степанова-Швайкової у водному розчині підкисленим оксалатною кислотою до pH=2 і дали цій витяжці настоятися на протязі двох діб. Відділяли розчин від рослинних решток на воронці Бюхнера, з'єднаною з водоструменевим насосом. Тим часом почали готувати розчин Драгендорфа:

Для приготування нам потрібно 4 г BiОNO₃, а так як у нас був лише Bi(NO₃)₃*5Н₂О, то розраховуємо за рівнянням реакції його масу.

BiОNO₃> Bi(NO₃)₃*5Н₂О

4KI+ Bi(NO₃)₃*5Н₂О>K [BiI₄]+3KNO₃+5Н₂О

На наступний день розчин профільтрували і довели до мітки дистильованою водою.

Екстрагування ми проводили хлороформом при pH=2, добре помішували та переносили у ділильну лійку і відділяли нижній шар(хлороформний). Перша порція хлороформу була 4мл, тобто ми екстрагували нікотин з кислого середовища і відділили нижній шар. До залишку розчину ми долили 25% розчин аміаку до pH=10. Далі так само трьома порціями хлороформу по 4мл ми екстрагували нікотин з лужного середовища. Дали хлороформному шару відстоятися на протязі 30хвилин.

Хлороформний шар ми перенесли у випарювальну чашку і випарували весь хлороформ. Залишок нікотину ми розбавили водою і додали хлоридної кислоти до кислої реакції середовища. Додали до розчину реактив Драгендорфа і отримали оранжевий осад. Осад дозрівав на протязі однієї доби. Зважили годинникове скельце з фільтрувальним папером. Потім промивали осад декантацією 100 мл 3% розчину KI та 100 мл дистильованої води. Цей фільтрувальний папір з осадом просушили на протязі 3годин і зважили на часовому скельці.

Оскільки в димі міститься 1,2 мг нікотину, то в одній цигарці у тютюновому листі міститься як мінімум в 2-3 рази більше нікотину, тобто більше 3,6мг. Оскільки нікотин за рахунок двох атомів Нітрогену є двохкислотною основою, то можна передбачити, що катіон нікотину утворить сполуку з двома тетрайодобісмутат(ІІІ)-йонами:

Для визначення маси нікотину за рівнянням реакції можна скласти таку пропорцію:

М(C₁₀H₁₅N₂) - M(BiI₄^-)*2

m(C₁₀H₁₅N₂) - m(осаду)

m(C₁₀H₁₅N₂)= , тобто 45,8 або 4,58.

Висновки до розділу ІІ

1) Для виявлення нікотину, виділеного з біологічного матеріалу, застосовують ряд реакцій: реакція з реактивом Драгендорфа, з сіллю Рейнеке, з пікриновою кислотою, з розчином йоду в діетиловому ефірі, з формальдегідом, з n-диметиламінобензальдегідом та реакції фармакологічного випробування на нікотин.

2) Для виділення нікотину з біологічного матеріалу застосовують методи перегонки з водяною парою і метод, заснований на настоюванні досліджуваного матеріалу з підкисленою водою.

3) А.В.Степанова і М. Д.Швайкова, Крамаренко В.Ф. розробили метод екстракції алкалоїдів підкисленою водою з рослинних об'єктів.

4)Вміст нікотину в тютюні можна визначити кількісно за допомогою методу спектрофотометрії(ДСТУ30038-93) та в тютюновому димі за допомогою методів спектрометрії(ДСТУ 30438-96) та газової хроматографії(ДСТУ30570-98).

5)В своїй роботі ми використовували метод гравіметрії, хоча він не застосовується у лабораторних дослідженнях вмісту нікотину у різних об'єктах.

6)Одержані результати гравіметричного визначення вмісту нікотину є напівкількісними, оскільки під час практичної роботи було допущено велику кількість спрощень і втрат: склад гравіметричної форми остаточно не зясований, втрати при промиванні осаду та при екстракції нікотину теж важко оцінити.

Висновки

1)Алкалоїди це нітрогеновмісні органічні сполуки гетероциклічної будови, що володіють яскраво вираженою фізіологічною дією на живі організми, мають чітко виражені основні властивості і знаходяться в рослинах у вигляді органічних солей і неорганічних кислот.

2) Нікотин міститься в культивованій рослині роду Nicotiana. Він має дуже велику історію свого існування, що характеризувалася його масовим розповсюдженням(вважали, що він має лікувальною властивості) та початком протесту проти нього(перший клінічний опис випадку раку викликаного тютюном).

3)Нікотин являється одним із представників класу алкалоїдів. Це безбарвна масляниста рідина, що швидко темніє на повітрі, добре розчиняється в багатьох органічних розчинниках та також екстрагується органічними розчинниками як з кислих, так і з лужних водних розчинів. Він є сильною подвійною основою та має метильну групу біля атому Нітрогену, що дозволяє проводити ряд специфічних реакцій .

4) Нікотин є отрутною речовиною. Він вражає центральну і периферичну нервову систему. Особливо характерним є дія нікотина на ганглії вегетативної нервової системи. Нікотин діє через спеціальні клітинні утворення, або рецептори, розташовані в місцях з'єднання нервових клітин, після надходження в організм великих доз нікотину відбувається пригнічення і параліч нервової системи, зупинка дихання з наступним припиненням серцевої діяльності.

5) Нікотин не застосовується в медицині, але він широко застосовується в сільському господарстві для боротьби зі шкідниками рослин.

6) Для виділення нікотину з біологічного матеріалу застосовують методи перегонки з водяною парою і метод, заснований на настоюванні досліджуваного матеріалу з підкисленою водою, а для виявлення нікотину застосовують ряд реакцій: реакція з реактивом Драгендорфа, з сіллю Рейнеке, з пікриновою кислотою, з розчином йоду в діетиловому ефірі, з формальдегідом, з n-диметиламінобензальдегідом та реакції фармакологічного випробування на нікотин.

7)Вміст нікотину в тютюні можна визначити кількісно за допомогою методу спектрофотометрії(ДСТУ30038-93) та в тютюновому димі за допомогою методів спектрометрії(ДСТУ 30438-96) та газової хроматографії(ДСТУ30570-98).

8) В своїй роботі ми використовували метод гравіметрії (він не застосовується у лабораторних дослідженнях вмісту нікотину у різних об'єктах). Одержані результати гравіметричного визначення вмісту нікотину є напівкількісними, оскільки під час практичної роботи було допущено велику кількість спрощень і втрат: склад гравіметричної форми остаточно не з'ясований, втрати при промиванні осаду та при екстракції нікотину теж важко оцінити.

10) Не дивлячись на такі результати, гравіметричний метод залишається майже єдиним доступним методом для кількісного дослідження вмісту алкалоїдів у навчальній лабораторії.

Список використаної літератури

1) Алкалоиды, общая характеристика [Елетронний ресурс].- Режим доступу до інформації:

http://www.fito.nnov.ru/special/alkaloids/

2)Вергейчик Т.Х. Токсикологическая химия/Тамара Харитонова Вергейчик. - М.: МЕДпресс-информ, 2009. - 400с.;

3)Домбровський А.В. Органічна хімія: Навч. посібник/А.Домбровський, В.Найдан. - К.: Вища школа, 1992. - 503с.;

4)Ким А.М. Органическая химия: Учебное пособие/Александр Михайлович Ким. -[3-е изд.]. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2002.-791с.;

5)Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия/Василий Филиппович Крамаренко. - К.: Выща школа, 1989. - 447с.;

6)Определение содержания никотина в конденсате дыма. Метод газовой хроматографии[Електронний ресурс]/ГОСТ 30570-98.- Режим доступу:

http://www.russgost.ru/catalog/item16849

7)Определение содержания никотина в конденсате дыма. Метод спектрометрии[Електронний ресурс]/ГОСТ 30438-96.- Режим доступу:

http://www.russgost.ru/catalog/item16846

8)Орехов А.П. Химия алкалоидов/Александр Павлович Орехов. -[2-е изд.]. - М.: Академия наук СССР, 1955. - 828с.;

9)Племенков В.В. Введение в химию природных соединений.- Казань, 2001.- 376с.;

10)Садыков А.С. Химия алкалоидов/ Абид Садыкович Садыков. - Ташкент: Академия наук узбекской ССР, 1956.-220с.;

11) Свойства алкалоидов [Електронний ресурс]/ Н.И.Гриякевич Л.Н.Сафронич.- Режим доступу до тексту:

http://www.ximicat.com/ebook.php?file=grijkevich_farm.djvu&page=52

12)Табак и табачные изделия. Определение алкалоидов в табаке. Спектрофотометрический метод[Електронний ресурс]/ГОСТ 30038-93.- Режим доступу:

http://www.russgost.ru/catalog/item16823

13)Токсикологическая химия: Учебник для вузов/[под ред. Т.В. Плетеневой]. - М.: ГЭЩТАР-Медиа, 2005.-512с.;

14)Швайкова М.Д. Токсикологическая химия/Мария Дмитриевна Швайкова. -[3-е изд.]. - М.: Медицина, 1975. - 376с.;

15) Шкідливість нікотину на організм людини[Електронний ресурс] ].- Режим доступу до реферату:

http://www.br.com.ua/referats/Medicina/25394-2.html

Додатки

Таблиця4. Порівняльна оцінка методів ізолювання алкалоїдів(по даним В.Ф.Крамаренко)

Алкалоїди	Процент ізолювання по методу
	Стаса-Отто	Васильєвої	Крамаренко
Морфін	18-21	21-24	47-51
Кодеїн	24-26	ЗЗ-40	59-63
Кокаїн	17-19	25-32	53-56
Хінін	14-18	23-41	63-69
Пахікарпін	19-22	54-58	66-70
Стрихнін	22-26	30-34	50-56
Скополамін	11-16	35-39	61-66
Бруцин	29-32	27-33	51-55
Атропін	22-27	31-37	59-64
Час аналізу	7-8 днів	4-6 ч	4-6 ч

Размещено на Allbest.ru

...