Визначення вмісту нікотину в тютюні та продуктах його згорання

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]

           

 

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

В 10 мл HNO₃ розчинили m _{наважки} (Bi(NO₃)₃*5Н₂О)= 6,7587г.

В15 мл Н₂О розчинили m _{наважки}(KI)=13,6305г.

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.;