Визначення вмісту нікотину в тютюні та продуктах його згорання

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 І

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.

Цю реакцію крім нікотину дають анабазин, коніїн та ін. Однак форма кристалів вказаних речовин з реактивом Драгендорфа відрізняється від форми кристалів нікотину з цим реактивом.[5,с.255]

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. Форма кристалів рейнеката нікотину відрізняється від форми кристалів рейнеката анабазину.

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.

 

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.