Количественное определение витаминов группы "В" при совместном присутствии методом молекулярной спектроскопии в УФ и видимой областях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Количественное определение витаминов группы "В" при совместном присутствии методом молекулярной спектроскопии в УФ и видимой областях

Проанализированы спектры поглощения растворов субстанций витаминов, на основании которых рассчитаны молярные коэффициенты светопоглощения витаминов по закону Бугера-Ламберта-Бера. Определены содержания (моль/дм3) компонентов в тройном поливитамине, в результате решения системы линейных алгебраических уравнений, с использованием рассчитанных молярных коэффициентов светопоглощения растворов витаминов В2, В6, В9.

Получены результаты с погрешностью 4%, что в массовом выражении составило 0.04-0.10 мг. Современный человек живет в обстановке постоянного стресса и ухудшающейся экологии, что приводит к увеличению потребности в витаминах и поливитаминных комплексах. В свою очередь, производство поливитаминных препаратов нуждается в постоянном контроле качества, для которого требуется высокочувствительный метод анализа, позволяющий проводить определение витаминов в смеси (поливитаминном препарате). Витамины В2, В6, В9 являются важными биологически-активными природными соединениями, которые обеспечивают нормальное функционирование организма человека [1].

Витамин В2

Рибофлавин - водорастворимый витамин флавиновой природы.

Впервые был выделен в кристаллическом виде из сыворотки молока и белка яиц в 1933 году Рихардом Куном (Richard Kuhn). В 1935 г. - впервые синтезирован.

Рис.1

Основные функции витамина В2:

? участвует в построении ряда ферментов, участвующих в процессах энергетического обмена, участвуют в синтезе белков, жиров;

? входит в состав зрительного пурпура, защищающего сетчатку от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей.

Животный организм не способен к синтезу рибофлавина и получает его либо с пищей, либо в результате синтеза кишечной микрофлорой.

Важными источниками витамина В2 являются [2]: говяжья печень, почки, сердце, цельное молоко и молочные продукты, яичный желток, дрожжи, зерновые культуры и зеленые овощи.

Витамин В6

Водорастворимый витамин. Открыт Паулем Дьёрди (Paul Gyцrgy) в 1934 г.

В 1938 г. - выделен в кристаллическом состоянии.

Различают три индивидуальных вещества, обладающих свойствами витамина В6:

Все три формы легко превращаются друг в друга, но наибольшую биологическую значи-мость имеет фосфорилированная форма пиридоксаля.

Рис.2

молярный витамин субстанция

Основные функции витамина В6:

? принимает участие (в составе различных ферментов) в метаболизме аминокислот;

? влияет на активность ряда ферментов углеводного обмена и метаболизм жирных кислот;

? более пятидесяти пирилоксальфосфатных ферментов катализируют разнообразные реакции (декарбоксилирование аминокислот, рацемизация, дегидрирование, гидролитическое расщепление субстратов).

Пиридоксин поступает в организм с продуктами питания животного и растительного происхождения.

Важными источниками витамина В6 являются [2]: мясо, говяжья печень, почки, мозги, икра трески, желток яиц, молоко, хлебные злаки и зеленые овощи.

Витамин В9 (синонимы: фолиевая кислота, фо-лацин, витамин Вс)

Представляет собой птериновое кольцо, связанное с остатком глутаминовой кислоты через остаток парааминобензойной кислоты.

Относится к водорастворимым витами-нам, однако плохо растворяется в воде, хорошо - в слабощелочных растворах и при нагревании в кислых растворах.

Рис.3

В 1931 году Люси Уиллс (Lucy Wills) опубликовал в British Medical Journal статью [3], в которой уделил большое внимание использованию экстракта дрожжей в качестве лекарст-венного средства против анемии.

Основные функции витамина В9 определяются его участием в:

? ферментативных реакциях;

? обмене аминокислот;

? пуриновом и пиримидиновом обмене;

? процессе кроветворения и эмбриогенеза;

? регуляции кроветворения, в том числе: обеспечение нормального образования форменных элементов крови (эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов).

Важными источниками витамина В9 являются [2]: зеленые овощи и фрукты, земляника, хлеб, говяжья печень.

Экспериментальная часть

В качестве метода количественного определения был выбран метод молекулярной спектроско-пии в УФ и видимой областях.

Данный метод относится к среднечувствительным и позволяет определять значения концент-раций в диапазоне 10-6-10-4 моль/дм3 [4, 5]. Кроме того, метод спектрофотометрии позволяет опреде-лять концентрации компонентов в смеси, используя свойство аддитивности оптической плотности по основному закону поглощения электромагнитного излучения (закон Бугера-Ламберта-Бера):

где Aj - оптическая плотность смеси при j-ой длине волны;

е(i,j) - коэффициент поглощения i-ого компонента при j-ой длине волны, дм3/(см•моль) или дм3/(см•мг);

l - толщина поглощающего слоя, см;

ci - концентрация i-ого компонента, моль/дм3 или мг/дм3.

Проанализированы спектры поглощения растворов субстанций витаминов с молярной концентрацией порядка 10-5-10-4 моль/дм3. В качестве растворителя использована хлороводородная кислота с молярной концентрацией 1 моль/дм3.

Выбор растворителя обусловлен тем, что в кислой среде:

Ш повышается растворимость витамина В9;

Ш исследуемые витамины находятся в протонированных формах [2], которые более стабильны.

Приготовление растворов субстанций витаминов. Для приготовления 100.00 см3 раствора субстанции витамина с концентрацией 10-4 моль/дм3 в хлороводородной кислоте (с молярной концент-рацией HCl 0.1 моль/дм3) необходимо взять соответствующую навеску, рассчитанную по формуле (3):

где ci - молярная концентрация i-ого компонента, моль/см3;

V - объем раствора, см3; Mi - молярная масса i-ого компонента, г/моль.

Навеску количественно перенести в колбу вместимостью 100.00 см3, добавить 10.00 см3 раствора HCl с молярной концентрацией 1 моль/дм3. Дистиллированной водой довести объем в колбе до метки, тщательно перемешать.

Проанализированы спектры поглощения искусственно-приготовленных тройных поливитаминов.

Приготовление растворов тройного поливитамина. Взять навеску субстанций витамина В9 (2.0 мг) в колбе с притертой пробкой, добавить 10.00 см3 раствора HCl (1 моль/дм3), закрыть пробкой и растворить при нагревании. Полученный раствор навески количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100.00 см3.

Взять навески субстанций витаминов В2 и В6 (1.0 и 2.0 мг соответственно), количественно перенести их в ту же мерную колбу. Дистиллированной водой довести объем в колбе до метки, тщательно перемешать.

Спектрофотометрические исследования. Съемки спектров светопоглощения проведены на спектрофотометре SHIMADZU UV-mini 1240 в кварцевых кюветах с толщиной поглощающего слоя l = 1.000 см в диапазоне длин волн от 190 до 540 нм. Всего проведено 33 съемки спектров светопоглощения растворов субстанций витаминов (по 11 на каждый). На основании полученных спектров рассчитаны молярные коэффициенты светопоглощения (еi,j) по закону Бугера-Ламберта-Бера (табл. 1).

По результатам измерений оптических плотностей растворов поливитамина составлена система линейных алгебраических уравнений с тремя неизвестными.

В результате решения данной системы уравнений методом Крамера [6] определены концент-рации (моль/дм3) каждого компонента в тройном поливитамине.

Для оптимизации работы и экономии времени математические расчеты и статистическая обработка данных [4, 7] проведены с использованием программы Microsoft Office Excel.

Результаты и их обсуждение

При рН = 1 для растворов витаминов характерны максимумы поглощения при следующих длинах волн, нм (рис. 1): В2 - 222, 263, 375 и 443; В6 - 206 и 290; В9 - 205 и 296.

После анализа полученных спектров выбраны три длины волны: с равной силой поглощают свет (рис. 1): В2 и В6 при 287 нм, В2 и В9 при 341 нм; при 375 нм наблюдается максимум поглощения В2.

Казалось бы, вместо длины волны 375 нм эффективнее использовать длину волны 443 нм, так как в этом случае наблюдается больший максимум поглощения В2, а поглощение остальными компонентами значительно меньше (см. рис. 1). Однако, использование этой длины волны приводит к увеличению погрешности определения концентраций компонентов поливитамина.

Рис. 1. Спектры светопоглощения растворов: (а) - витамина В2; (б) - витамина В6; (в) - витамина В9

Этот факт объясняется тем, что доверительный интервал определения молярного коэффициента поглощения витамина В9 при 443 нм больше чем при 375 нм, и составляет 26.9% и 8.9% (соответственно) от среднего значения.

Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 1.

Таблица. 1. Значения молярных коэффициентов поглощения витаминов (еi,j) и оптических плотностей растворов тройного поливитамина (А) при соответствующих длинах волн

Рис. 2. Спектр светопоглощения раствора тройного поливитамина

Подставив экспериментальные данные в систему уравнений (2), получили систему урав-нений (4):

Индексам 1, 2, 3 соответствуют обозначения витаминов В2, В6, В9.

Например, для эксперимента №1 (l = 1.000 см):

Результаты определения содержания компонентов в тройном поливитамине представлены в табл. 2, 3.

Таблица. 2. Определение массового содержания витаминов В2, В6, В9 в поливитамине

Таблица. 3. Расчетная концентрация i-ого компонента в растворе поливитамина (ci);

Относительная погрешность определения концентраций компонентов поливитамина составляет 4%, а абсолютная погрешность определения масс компонентов составляет 0.04-0.10 мг.

Таким образом, выбранный метод показал хорошие результаты (табл. 2, 3) при определении содержания компонентов в тройной системе.

молярный витамин субстанция

Выводы

Спектрофотометрический метод анализа с использованием свойства аддитивности оптической плотности позволяет получать хорошие результаты при определении малых концентраций (10-5-10-4 моль/дм3) компонентов поливитаминных препаратов.

На первом этапе, работа велась с субстанциями, непосредственно из которых изготовляются витаминные препараты, что облегчает адаптацию данного метода анализа к использованию на производстве. Рассмотренная система идеализирована: она содержит всего три компонента, в то время как реальные поливитамины содержат от шести и более компонентов. Возможно усовершенствование метода, в том числе, путем увеличения выборки молярных коэффициентов поглощения компонентов и увеличения числа компонентов в системе.

Литература

1.Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия: учебник для вузов. М.: Дрофа. 2004. 640с.

2.Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия: учебник. Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета. 2002. 696с.

3.Wills L. Treatment of "pernicious anaemia of pregnancy" and "tropical anaemia". BMJ. 1931. http://www.bmj.com/content/1/3676/1059.

4.Золотов Ю.А., Дорохова М.А., Фадеева В.И. Основы аналитической химии. Т. 2. Методы химического анализа: учебник для вузов. М.: Высш. шк. 2004. 503с.

5.Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим и спектро-фотометрическим методам анализа. Л.: Химия. 1976. 376с.

6.Письменый Д.Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс. М.: Айрис-пресс. 2006. 608с.

Размещено на Allbest.ru