Применение пирогаллового красного в качестве фотометрического реагента для определения сурьмы в растительном сырье

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ ПИРОГАЛЛОВОГО КРАСНОГО В КАЧЕСТВЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУРЬМЫ В РАСТИТЕЛЬНОМ СЫРЬЕ

Е.В. Турусова, О.Е. Насакин

ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Аннотация

Разработана спектрофотометрическая (СФ) методика определения микропримеси сурьмы в растительном сырье (РС), основанная на перегонке стибина в поглотительную систему, содержащую пирогалловый красный водорастворимый (ПГКВ), йод и ацетатный буферный раствор (4.6). Введение в поглотительную систему раствора йода обусловлено необходимостью предварительного окисления SbH₃ до солей Sb⁺³, которые, взаимодействуя с реагентом, образуют ионный ассоциат (ИА) состава М:И = 1:1 и максимумом светопоглощения при 378 нм и молярным коэффициентом светопоглощения 5.94•10³. Для устранения влияния избытка окислителя на результаты определения сурьмы, в поглотительную систему, после образования фотометрируемой формы, вводили раствор тиосульфата натрия. Совпадение спектральных характеристик продуктов комплексообразования ПГКВ с солями Sb³⁺ и SbH₃ позволяет утверждать, что по составу образуемые ИА идентичны друг другу.

Линейная зависимость аналитического сигнала от концентрации ксенобиотика наблюдается в интервале 0.2ч3.0 мкг. Разработанная методика позволяет регламентировать содержание сурьмы в присутствие солей As³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Ag⁺, Mo⁶⁺, V⁵⁺. Рассчитанные пределы обнаружения и количественного определения методики составили (0.821 и 2.46) мг/кг соответственно.

Апробацию методики проводили на образцах дикорастущего РС (Chamomillae flores), заготовленного в Чебоксарском, Алатырском и Канашском районах Чувашской Республики в период 20172019 гг. На основании полученных результатов установлено превышение содержания ксенобиотика в 1.3ч2.6 раза относительно эталонного образца (АО «Иван-чай», Россия), причем верхняя граница превышения соответствует образцам, заготовленным в Канашском районе. Незначительная корреляция содержания ксенобиотика в исследуемых образцах в данный период скорее связана с различной степенью активного поглощения соединений сурьмы растениями в вегетационный период.

Разработанная СФ методика определения сурьмы в РС проста в исполнении, не требует дорогостоящего аппаратурного оформления, а, следовательно, может быть рекомендована для определения ксенобиотика в условиях любой контрольно-аналитической лаборатории.

Ключевые слова: стибин, пирогалловый красный водорастворимый, растительное сырье.

Abstract

THE APPLICATION OF PYROGALLIC RED AS A PHOTOMETRIC REAGENT FOR DETERMINATION OF ANTIMONY IN PLANT RAW MATERIALS

V Turusova, O. E. Nasakin

FSBEI of HE "Chuvash State University named after I.N. Ulyanova”

A spectrophotometric method for determining the trace amounts of antimony in plant materials based on antimony distillation into an absorption system containing pyrogallic red water-soluble, iodine, and acetate buffer solution (4.6) has been developed. The introduction of iodine solution into the absorption system is necessary for preliminary oxidation of SbH₃ up to salts Sb⁺³ interacting with the reagent form an ion associate of composition M: R = 1: 1 and a maximum light absorption at 378 nm and a molar light absorption coefficient of 5.94 Ч 103. Sodium thiosulfate solution has been introduced into the absorption system after the formation of the photometric form to eliminate the effect of excess oxidizing agent on the results of antimony determination. The coincidence of spectral characteristics of pyrogallic red water soluble complexation products with the Sb³⁺ and SbH₃ salts states that the composition of the formed ionic associates are similar to each other.

The linear dependence of the analytical signal on the xenobiotic concentration is observed in the range of 0.2-3.0 мg. The developed technique allows us regulating the antimony content in the presence of salts As³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Ag⁺, Mo⁶⁺, V⁵⁺. The calculated limits of detection and quantification of the procedure were (0.821 and 2.46) mg / kg, respectively.

The methodology was tested on samples of wild-growing (Chamomillae flores~) harvested in Cheboksary, Alatyr and Kanash regions of the Chuvash Republic in the period from 2017 to 2019.

According to the obtained results, xenobiotic content was exceeded by 1.3ч2.6 times with respect to the reference sample (Ivan Chai JSC, Russia) where the upper limit of the excess corresponds to samples prepared in the Kanash region. An insignificant correlation of the xenobiotic content in the studied samples in this period is more likely associated with a different degree of active absorption of antimony compounds by plants during vegetation season.

The developed spectrophotometric method for the determination of antimony in plant materials is simple to implement, it does not require equipment, and, therefore, it can be recommended for determining xenobiotics in any monitoring and analytical laboratory.

Keywords: antymony, pyrogallic red water-soluble, plant material.

Введение

Загрязнение почвы тяжелыми металлами, в том числе и сурьмой, стало серьезной экологической проблемой, обусловленной бурным ростом горнодобывающей и химической отраслей промышлености [1]. Согласно авторам работы [1] фоновое содержание сурьмы в почвах варьируется от 0.3 до 8.6 мг/кг, однако на участках техногенеза ее количество может превышать регламентируемое в несколько раз [2, 3]. Закисление почвы на таких участках повышает фитодоступность соединений сурьмы [4-6], что приводит к биоаккумуляции ее растениями, в том числе и лекарственными. Потребление подобных образцов в терапевтических целях сопровождается блокировкой тиоловых групп белков и ферментов, что в конечном итоге приводит к гипоксии [4, 7]. Несмотря на токсичность и канцерогенность ее соединений, сурьма не входит в перечень «тяжелых металлов», количественное содержание которых регламентируют в растительном сырье (РС) (ОФС.1.5.3.0009.15). Тем не менее, проблема «экологической безопасности» РС актуализирует необходимость внедрения в фармацевтический анализ методы ее количественного определения. В настоящее время в аналитической практике наибольшее применение получили методы атомно-абсорбционной [8-13], атомно-флуоресцентной [14-17] и рентгено-флуоресцентной [18] спектрометрии, возможности которых ограничиваются не только сложностью аппаратурного оформления, но и необходимостью применения высокочистых реактивов. Спектрофотометрические (СФ) методы не требуют подобной спецификации реагентов, в связи, с чем широко используются в аналитической практике.

Цель настоящей работы: исследование реакции комплексообразования стибина с пирогалловым красным водорастворимым (ПГКВ) и разработка методики количественного определения сурьмы в РС.

Методика эксперимента

Объекты исследования: образцы РС, заготовленные на территории Алатырского, Чебоксарского и Канашского районов Чувашской Республики (ЧР). Заготовку сырья и отбор средней пробы проводили согласно ОФС. 1.1.005.15. Для исключения влияния антропогенных факторов загрязнения сбор производили в 500 м от автотранспортных дорог. Изучение анатоморфологических признаков отобранных образцов не выявило изменений в их строении. В качестве эталона использовали фармацевтическую субстанцию «Ромашки цветки» (Chamomillae flares') (АО «Иван-чай», Россия). Пробоподготовку образцов проводили в соответствии с методикой, рекомендованной ОФС.1.5.3.0009.15.

Рабочий раствор сурьмы готовили разведением государственного стандартного образца (ГСО) в 0.1 М растворе HCl непосредственно перед проведением анализа. В работе использовали йодид калия, аскорбиновую кислоту, ПГКВ, ацетат свинца, гидроксид калия, йод, тиосульфат натрия квалификации «чда», цинк и соляную кислоту квалификации «хч», этиловый спирт (95 % об.). Рабочие растворы Mo (VI), V (V), Cu (II), Bi (III), Pb (II), Hg (II), Cd (II), As (III), Ag (I) готовили разведением ГСО непосредственно перед выполнением анализа. Кислотность, необходимую для образования фотометрируемой формы, создавали введением в поглотительную систему ацетатного буферного раствора (рН 4.6).

Минерализат, полученный по методике, рекомендованной [19], из 20 г РС, растворяли в 5.0 см³ 4 М раствора HCl и количественно переводили в круглодонную колбу [20], содержащую 1.5 см³ 40 %-ного раствора йодида калия, 1.0 см³ 10%-ного раствора аскорбиновой кислоты и 10-15 см³ 4 М раствора HCl (общая кислотность составляла: 4 М по НС1). Спустя 15 мин в колбу вносили 4 г гранулированного цинка и присоединяли ее к поглотительной ячейке, содержащей 5.0 см³ 2.0•10^-4 М спиртового раствора ПГКВ, 1.0 см³ 2.0•10^-5 М раствора Хм 3.0 см³ ацетатного буферного раствора (рН 4.6). Перегонку проводили в течение 35 мин. Содержимое поглотительной ячейки количественно переносили в мерную колбу емкостью 25.0 см³, прибавляли 0.5 см³ 1.0•10^-5 М раствора тиосульфата натрия, доводили до метки диализованной водой и фотометрировали при 378 нм относительно раствора сравнения.

О содержании сурьмы в пробе судили по градуировочному графику (рис. 1). Правильность полученных результатов подтверждали методом добавок и данными арбитражного метода [21].

Рис. 1. Зависимость оптической плотности фотометрируемой формы от количества введеной сурьмы

Изучение состава образуемого ионного ассоциата (ИА) устанавливали на основе методов молярных отношений и изомолярных серий.

Результаты и обсуждение

Известно, что реакции комплексообразования протекают достаточно сложно и на состав образуемого соединения оказывает влияние множество факторов, в том числе кислотность. Согласно [22] образование ИА Sb³⁺ с реагентом протекает в слабокислой среде (рН 4.5). Анализ зависимости, представленной на рис. 2, подтверждает литературные данные о протекании реакции в интервале рН 3.8ч4.5.

Так как в реакцию комплексообразования с ПГКВ вступают соли Sb³⁺, проводили предварительное окисление стибина раствором йода, избыток которого в поглотительной ячейке может привести к протеканию ряда побочных реакций. В действительности присутствие избытка окислителя в поглотительной системе привело к появлению минимума на спектре поглощения (рис. 3, кривая 3).

Рис. 3. Спектр поглощения ИА, образованного в результате взаимодействия ПКВ с солями Sb³⁺ (1), стибина в присутствии окислителя (2-с последующим его устранением, 3-без устранения), стибина в отсутствие окислителя (4) и реагента (5)

Наблюдаемое можно обосновать наложением спектров поглощения образуемого комплекса, продуктов электрофильного замещения реагента, и избытка окислителя. Введение в поглотительную систему тиосульфата натрия позволяет разрушить избыток окислителя и восстановить спектральные характеристики продукта реакции (рис. 3, кривая 2). В отсутствие окислителя образование ИА не наблюдалось (рис. 3, кривая 4, 5).

Максимальный аналитический сигнал окрашенной формы наблюдается при 378 нм (рис. 3). Совпадение спектральных характеристик продуктов комплексообразования ПГКВ с солями Sb³⁺ и SbH₃ (рис. 3, кривые 1, 2) позволяет утверждать, что по составу образуемые ИА идентичны друг другу. Молярный коэффициент светопоглощения составил 5.94•10³.

Стехиометрические коэффициенты реакции комплексообразования устанавливали методом молярных отношений и изомолярных серий (рис. 4), согласно которым стибин взаимодействует с реагентом в присутствии окислителя в молярном соотношении М:Я = 1:1.

Несмотря на сложность микроэлементного состава аналита, предложенная поглотительная система позволяет регламентировать содержание сурьмы в присутствии солей As³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Ag⁺, Mo⁶⁺, V⁵⁺ (табл. 1). Исследования проводились в соответствии с методикой, по которой получена градуировочная зависимость с той лишь разницей, что восстановление всех форм сурьмы и перегонка гидрида проводилась в присутствии третьего компонента.

Рассчитанные пределы обнаружения и количественного определения разработанной методики составили (0.821 и 2.46) мг/кг соответственно.

Апробацию разработанной методики проводили на образцах дикорастущего РС, заготовленного в ЧР в период 2017-2019 гг. В связи с тем, что для сурьмы и ее соединений отсутствует нормативная документация, регламентирующая содержание ксенобиотика в РС, при определении его «экологической безопасности» отталкивались от найденного ее количества в эталонном образце.

Рис. 4. Зависимость изменения оптической плотности раствора от молярного соотношения комплексообразователя и лиганда (а) и состава изомолярного раствора (б), СЎў_ь=3.27ЃE10^-6 М, С_пгкв= 5.00•10^-6 М)

лиганд сурьма изомолярный раствор

Таблица 1. Результаты определения сурьмы в присутствии металлов и металлоидов, содержание которых регламентируют в соответствии с О ФС.1.2.2.2.0012.15