Новые экстракционные системы для определения  -аминокислот в водных средах 02. 00. 02 Аналитическая химия

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук
Саратов 2007

Работа выполнена на кафедре аналитической химии ГОУ ВПО

Воронежская государственная технологическая академия
Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор химических наук, профессор

университет

Защита диссертации состоится « 8 » ноября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 по химическим наукам при Саратовском государственном университете по адресу: 410012, Саратов, ул. Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

Саратовского государственного университета по адресу:

410012, Саратов, ул. Астраханская, 83.

Автореферат разослан « » 2007 г.

октор химических наук Сорокин В.В.

Актуальная задача аналитического контроля производства аминокислотных препаратов связана с надежным определением биологически активных веществ. Она относится к одной из приоритетных в аналитической химии, ее решение возможно с применением жидкостной экстракции и последующего анализа концентрата различными электрохимическими методами.

В качестве экстрагентов органических веществ разных классов традиционно применяются гидрофобные растворители. Анализ известных коэффициентов распределения α-аминокислот в разнохарактерных экстракционных системах приводит к выводу о малой эффективности гидрофобных растворителей и их неприменимости для извлечения аминокислот из водных сред, например, из ферментационных растворов и белковых гидролизатов.

Гидрофильные растворители образуют двухфазные системы в присутствии высаливателей, изменяющих активность воды. Такие экстрагенты обеспечивают практически полное извлечение аминокислот из водных сред, при этом возможны определения компонентов в равновесной органической фазе в отсутствии стадии реэкстракции. Применение гидрофильных экстрагентов расширяет возможности титриметрического анализа. Это связано с

тем, что в среде органического растворителя сила слабых аминокислот возрастает, становится возможным их селективное определение без предварительного разделения.

Цель работы  Теоретическое и экспериментальное обоснование применения гидрофильных растворителей различных классов, а также их смесей для экстракционного извлечения α-аминокислот из водных сред.

При этом решались следующие задачи:

– установление общих закономерностей межфазного распределения α-аминокислот в системах органический растворитель – водно-солевой раствор;

 разработка математической модели и оптимизация условий экстракционного извлечения α-аминокислот методами математического планирования эксперимента;

– изучение влияние физико-химических свойств экстрагентов и α-аминокислот на эффективность межфазного распределения;

– применение изученных систем для разработки новых способов определения α-аминокислот в водных средах.

Впервые для извлечения α-аминокислот из водных сред применена экстракция трехкомпонентной смесью гидрофильных растворителей н.бутиловый спирт  этилацетат – ацетон. По полученным результатам установлен состав комплексов, образующихся при извлечении α-аминокислот трехкомпонентной смесью растворителей из водно-солевого раствора.

Методами математического планирования эксперимента оптимизированы составы тройных смесей растворителей, обеспечивающих практически полное извлечение α-аминокислот из водно-солевых растворов.

Для определения α-аминокислот в экстрактах на основе гидрофильных растворителей применены электрохимические методы анализа.

– закономерности экстракции α-аминокислот гидрофильными растворителями и их смесями, обобщающие влияние свойств изученных систем на межфазное распределение α-аминокислот;

– установленные в идентичных условиях экстракционные характеристики α-аминокислот;

– новые способы извлечения и раздельного определения α-аминокислот в бинарных смесях, применимые для анализа водных сред и фармацевтических препаратов;

– математическая модель экстракции α-аминокислот гидрофильными растворителями и их смесями.

Апробация работы Материал диссертации доложен на XV и XVI Российских молодежных конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2005, 2006); 71  73 конференциях «Науковi досягнення молодi  виришенню проблем харчування людства в XXI столiттi» (Киев, 2005  2007); Международном симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2005); III Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2005), International Congress on Analytical Sciences ICAS 2006 (Moscow, 2006); XXI International Symposium on Physico- Chemical Methods of Separation «Ars Separatoria 2006» (Torun, Poland, 2006); Общероссийских конференциях молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2006, 2007), Всероссийской конференции «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования. Создание новых физиологически активных веществ» (Воронеж, 2007), II Всероссийской конференции «Аналитика России» (Краснодар, 2007), отчетных конференциях ВГТА (2005 – 2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 34 работы, в том числе 13 статей, материалы 13 докладов всероссийских и международных конференций, 8 патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 172 источника, и приложения (акты апробации и внедрения практических разработок, материалы Роспатента РФ). Работа изложена на 151 странице машинописного текста, включает 34 таблицы и 29 рисунков.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Приведен обзор современных способов извлечения и концентрирования аминокислот. Обобщены известные способы определения аминокислот в водных средах, пищевых продуктах, фармацевтических препаратах. Сделан вывод об отсутствии систематических исследований экстракции -аминокислот гидрофильными растворителями.

ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. Приведены структурные формулы и некоторые свойства объектов исследования  -аминокислот (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, аргинин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутамин, метионин, фенилаланин, тирозин, триптофан). В качестве экстрагентов изучены гидрофильные растворители: спирты (пропиловые, бутиловые), кетон (ацетон), эфир (этилацетат) и их смеси.

Обязательным условием применения гидрофильных растворителей как экстрагентов является насыщение водной фазы электролитом. В качестве высаливателя наиболее эффективен нерастворимый в спиртах, кетонах и эфирах сульфат лития, который "положительно" гидратируется, т.е. стабилизирует структуру водного раствора. В водной фазе, содержащей Li₂S0₄, отсутствует органический растворитель, мольные соотношения соль  вода практически постоянны и не зависят от природы экстрагента.

Экстракты анализировали методами потенциометрического (иономер И-130) и кондуктометрического титрования (2ВМ-509 TESLA) и методом капиллярного электрофореза (Капель-105).
ГЛАВА III. МНОГОФАКТОРНЫЕ МОДЕЛИ ЭКСТРАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ ГИДРОФИЛЬНЫМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ.

Для исследования влияния различных факторов на экстракцию аминокислот применены методы планирования эксперимента, построены математические модели экстракции двух видов:

• 
  для систем с неограниченно растворимым в воде экстрагентом (изопропиловый спирт, модель 1) ;
  

• 
  для систем с частично растворимым в воде экстрагентом (этилацетат, модель 2).
  

В результате статистической обработки экспериментальных данных (табл. 1) получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс экстракции с учетом влияния учитываемых факторов. В качестве примера приводим данные планирования эксперимента для аланина при экстракции изопропиловым спиртом.