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

Полная исследовательская публикация ___________ Барыкин Н.В., Черданцева Е.В. и Матерн А.И.

Размещено на http://www.allbest.ru/

38 _______________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2012. Vol.31. No.7. P.33-37.

Тематический раздел: Физико-химические исследования. Полная исследовательская публикация

Подраздел: Органическая химия. Регистрационный код публикации: 12-31-7-33

г. Казань. Республика Татарстан. Россия. _________ ©--Бутлеровские сообщения. 2012. Т.31. №7. __________ 33

Химико-технологический институт. Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина

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

Барыкин Николай Владимирович,

Черданцева Елена Викторовна

и Матерн Анатолий Иванович

Аннотация

витамин раствор молярный светопоглощение

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.

Ключевые слова: витамины группы В, количественное определение, молекулярная спектроскопия в УФ и видимой областях.

Введение

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.

Основные функции витамина В₂:

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

Ш 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, цель-ное 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 значимость имеет фосфорилированная форма пиридоксаля.

Основные функции витамина В₆:

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

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

Ш более пятидесяти пиридоксальфосфатных 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, фолацин, витамин В_с)

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

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

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

Основные функции витамина В₉ определяются его участием в:

Ш ферментативных реакциях;

Ш обмене аминокислот;

Ш пуриновом и пиримидиновом обмене;

Ш процессе кроветворения и эмбриогенеза;

Ш 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 спектроскопии в УФ и видимой областях.

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

А_j = е_(i,j)•l•c_i

A₁ = е₍₁,₁₎lc₁+ е₍₂,₁₎lc₂+...+ е_(n,₁₎lc_n

A₂ = е₍₁,₂₎lc₁+ е₍₂,₂₎lc₂+...+ е_(n,₂₎lc_n

...

A_m = е₍₁,_m)lc₁+ е₍₂,_m)lc₂+...+ е_(n,_m)lc_n,

где A_j - 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;

c_i - 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 концентрацией HCl 0.1 моль/дм³) необходимо взять соответствующую навеску, рассчитанную по формуле (3):

m = c_i•V•M_i•10^-3, (3)

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

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

Навеску количественно перенести в колбу Навеску витамина В₉ необходимо взять в колбе с притертой пробкой, после чего добавить 10.00 см³ раствора HCl (1 моль/дм³), закрыть пробкой и растворить при нагревании. 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 пере-нести 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 (е_i,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 концентрации (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.

Табл. 1

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

На рис. 2 показан спектр светопоглощения раствора тройного поливитамина при рН = 1.

Рис. 2 Спектр светопоглощения раствора тройного поливитамина

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

A₂₈₇= е_(1,287)lc₁+ е_(2,287)lc₂+ е_(3,287)lc₃

A₃₄₁= е_(1,341)lc₁+ е_(2,341)lc₂+ е_(3,341)lc₃

A₃₇₅= е_(1,375)lc₁+ е_(2,375)lc₂+ е_(3,375)lc₃

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

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

1.93= 7500c₁ + 7600c₂ + 17200c₃

0.43= 5600c₁ + 5300c₃

0.33= 10300c₁ + 1300c₃

Результаты определения содержания компонентов в тройном поливитамине представ-лены в табл. 2, 3.

Табл. 2

Определение массового содержания витаминов В₂, В₆, В₉ в поливитамине

Табл. 3

Расчетная концентрация i-ого компонента в растворе поливитамина (c_i); Относительная погрешность определения концентрации i-ого компонента (д_i)

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.

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. 696 с.

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. 503 с.

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

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

7. Дёрффель К. Статистика в аналитической химии: пер с нем. М.: Мир. 1994. 268 с.

Размещено на Allbest.ru