СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ВОДНЫХ СРЕД ЭКСТРАКЦИЕЙ В СОЧЕТАНИИ С ВЫМОРАЖИВАНИЕМ Российский патент 2007 года по МПК B01D11/04 C02F1/22 

Изобретение относится к гидрохимии, аналитической химии, биохимии, экологии, криомедицнне, фармакологии, судебной медицине, криминалистике и может быть использовано для выделения как природных, так и синтетических, техногенных органических веществ из водных сред, водосодержащих биологических жидкостей (моча, кровь и др.) и водных экстрактов-вытяжек различных объектов.

Известен способ выделения органических веществ, сочетающий экстракцию и вымораживание [1]. Растворенные органические соединения переводят из предварительно охлажденной до температуры, близкой к температуре замерзания, водной среды в нерастворимый в воде сжиженный легкий углеводород (н-бутан, изобутан, пропан) при постоянном перемешивании до полной кристаллизации воды.

Однако указанный способ [1] имеет ряд серьезных недостатков:

- для осуществления процесса требуется сложное технологическое оснащение, специальное оборудование для предварительного охлаждения-сжижения газа бутана (пропана), система термостатирования и термоизоляции, постоянное перемешивание и др.;

- эффективность извлечения существенным образом зависит от условий эксперимента, интенсивности диспергирования органического экстрагента в объеме кристаллизующейся воды и т.п.;

-многостадийность, значительные трудовые и энергетические затраты.

Известен способ [2] очистки сточных вод от высококонцентрированных мелкодисперсных органических и минеральных примесей, в том числе от синтетических и полусинтетических смазочно-охлаждающих жидкостей, в котором после химического разложения композиции фосфорной кислотой при рН 4,6 и добавления алифатических спиртов, эффекта отделения органической фазы от воды добиваются процедурой замораживания до (-3)-(-4)°С с последующим оттаиванием смеси до 0-(+5)°С.

Однако указанный способ [2] имеет ряд серьезных недостатков:

- для осуществления процесса требуется сложное технологическое оснащение, специальное оборудование для охлаждения-сжижения аммиака, система термостатирования и термоизоляции, трубопроводы, различного назначения емкости и др.;

- многостадийность, значительные трудовые и энергетические затраты;

- не может быть использован для выделения из биологических жидкостей природных гидрофильных органических веществ и медицинских препаратов, концентрации которых в исходной пробе обычно очень малы (0,5÷10 мг% - органические кислоты в крови и моче [3], менее 10 мг/л - терапевтические концентрации большинства лекарственных препаратов в крови [4]), поскольку принцип выделения целевых веществ и водорастворимого экстрагента изопропанола в качестве отдельной органической фазы при замораживании-оттаивании базируется на большом содержании выделяемых органических примесей в исходном образце (4% по объему), которые «..вместе с экстрагентом после оттаивания всплывают наверх...» на поверхность жидкой воды в резервуаре для разделения смеси;

- не применим для работы с малыми объемами исходного образца, например, при анализе биологических жидкостей (кровь, моча и т.п.), где объем пробы обычно не превышает нескольких миллилитров;

- ограниченно применим при анализе органического вещества природных и минеральных вод, поскольку позволяет использовать в этом случае только нерастворимые в воде спирты.

Технический результат - улучшение экономических показателей и исключение многостадийности.

Это достигается тем, что целевые органические вещества извлекают из воды, водосодержащих биологических жидкостей, водных вытяжек различных объектов путем предварительного добавления в объем пробы растворимого органического экстрагента (ацетонитрил, ацетон, диэтиловый эфир и т.п.) и последующего охлаждения приготовленного раствора до кристаллизации водной части. В результате в выделяющийся в отдельную жидкую фазу добавленный органический растворитель на поверхности твердого льда переходят извлекаемые органические вещества. Полученный жидкий органический экстракт с целевыми компонентами отделяют от замороженной части образца. При размораживании твердой части образца и повторном замораживании вновь в жидкую фазу выделяется: оставшаяся часть органического растворителя, содержащая экстрагируемые компоненты. Количество циклов «размораживания-замораживания» для увеличения степени извлечения целевых веществ зависит от объема и физико-химических свойств добавляемого экстрагента.

Пример 1.

Образец воды массой 38 г, содержащий уксусную и пропионовую кислоты в концентрациях 11,4 мкг/г и 10,7 мкг/г соответственно, поместили в стеклянный флакон с завинчивающейся пробкой емкостью 50 см³. Добавили 2 см³ ацетонитрила марки «Химически чистый для хроматографии» (сорт 6, ТУ 6-09-06-1099-83). Герметично закрыв завинчивающейся пробкой флакон, содержимое перемешали до растворения. Полученный раствор поместили в морозильную камеру бытового холодильника «Саратов» (температура -15±1°С). После кристаллизации водной части образца на поверхности льда образовался слой жидкой фазы органического растворителя, который отделили декантацией в отдельную пробирку. Масса экстракта составила 0,254 г. Методом газожидкостной хроматографии установлено содержание органических кислот в экстракте: уксусной - 77,0 мкг/г, пропионовой - 198,0 мкг/г.

Оставшуюся твердую часть пробы (лед) разморозили при комнатной температуре, перемешали и вновь поместили в морозильную камеру бытового холодильника. После кристаллизации водной части на поверхности льда вновь образовался слой жидкости ацетонитрила. Масса экстракта составила 0,260 г, а концентрации органических кислот в нем по данным ГЖХ-анализа соответственно - 240,0 мкг/г уксусной и 267,5 мкг/г пропионовой.

Пример 2.

В первый флакон (проба) с завинчивающейся пробкой емкостью 100 см³ поместили 25,5 г утренней мочи пациента Б., 10 г дистиллированной воды и 2 см³ ацетонитрила марки «Химически чистый для хроматографии» (сорт 6, ТУ 6-09-06-1099-83). Во второй аналогичный флакон (проба с добавкой) поместили 25,5 г утренней мочи пациента Б., 9,8 г дистиллированной воды, 0,2 г стандартного раствора органических кислот с концентрацией уксусной 2167 мкг/г и пропионовой 2030 мкг/г, а также 2 см³ ацетонитрила марки «Химически чистый для хроматографии» (сорт 6, ТУ 6-09-06-1099-83). Флаконы герметично закрыли завинчивающимися крышками. Содержимое перемешали встряхиванием. Пробы поместили в морозильную камеру холодильника «Саратов» (температура -15±1°С). После кристаллизации водной части исследуемых образцов с поверхности льда декантацией собрали жидкую органическую фазу. Массы экстрактов составили соответственно в первом флаконе (проба) - 0,186 г, во втором (проба с добавкой) - 0,234 г. В результате ГЖХ-исследования установлено содержание органических кислот:

- в первом экстракте (проба) концентрация уксусной кислоты 26,0 мкг/г, пропионовой 11,0 мкг/г;

- во втором экстракте (проба с добавкой) концентрация уксусной кислоты 39,0 мкг/г, пропионовой 59,0 мкг/г.

Оставшуюся твердую часть пробы разморозили и, перемешав, вновь поместили в морозильную камеру бытового холодильника. После кристаллизации водной части пробы из первого флакона путем декантации получено 0,306 г органического экстракта, из второго - 0,202 г. Концентрация органических кислот, как показал ГЖХ-анализ, составила соответственно:

- в экстракте из первого флакона (проба) уксусной 18,0 мкг/г, пропионовой 22,1 мкг/г,

- в экстракте из второго флакона (проба с добавкой) уксусной кислоты 62,1 мкг/г, пропионовой 29,9 мкг/г.

Пример 3.

В пенициллиновый флакон емкостью 15 см³ поместили 1 см³ сыворотки крови пациента С. Добавили 0,2 г стандартного раствора бензоата натрия 169,0 мкг/г.Содержимое перемешали и добавили 2 см³ 50%-ного водного раствора трихлоруксусной кислоты для седиментации белков. Тщательно перемешав, добавили 1 см³ ацетонитрила. Вновь перемешали и поместили в морозильную камеру бытового холодильника «Саратов» (температура -15±1°С). После того, как водная часть пробы замерзла, декантацией отделили органический прозрачный слой жидкого экстракта ацетонитрнла. Его масса составила 0,287 г. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии установлено содержание бензойной кислоты в экстракте 21,9 мкг/г.

Пример 4.

Пробу мочи в количестве 8 мл с содержанием оксазепама 5÷10 мкг/мл и феназепама 16÷32 мкг/мл помещают в пенициллиновый флакон емкостью 15 мл. Добавляют 2 мл диэтилового эфира, герметично закрывают полиэтиленовой пробкой и тщательно перемешивают. Во флакон добавляют 0,4 мл ацетонитрила и, закрыв полиэтиленовой пробкой, помещают в морозильную камеру холодильника (температура минус 14-18°С) для вымораживания водной части полученной смеси. После образования в нижней части флакона твердой фазы льда выделившийся верхний жидкий слой диэтилового эфира и ацетонитрила (около 1,5-2 мл) полностью сливают в другой пенициллиновый флакон. Оставшейся ледяной части пробы дают растаять при комнатной температуре, добавляют новую порцию диэтилового эфира в количестве 0,5 мл, после перемешивания и добавления 0,2 мл ацетонитрила подвергают дополнительному циклу замораживания, помещая вновь в морозильную камеру холодильника. После вымораживания водной части образца выделяющийся над поверхностью льда жидкий органический экстракт декантируют в первую порцию экстракта. Процедуру дополнительной экстракции с 0,5 мл эфира и 0,2 мл ацетонитрила повторяют. Растворители после трехкратного извлечения из объединенного экстракта удаляют выпариванием в потоке воздуха, регулируя его интенсивность и избегая конденсации влаги. Сухой остаток растворяют в 100 мкл ацетонитрила и направляют на исследование с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детектированием (ВЭЖХ). Степень извлечения из мочи оксазепама - от 60 до 77%, феназепама - от 78 до 81%. Чувствительность метода (при детекции на длине волны 230 нм, дозируемом объеме пробы в инжектор хроматографа 10 мкл) составляет не хуже 0,5 мкг по оксазепаму и 2,0 мкг по феназепаму бензодиазепина в аналитической пробе.

Предлагаемый способ позволяет:

- выполнить прямое одностадийное извлечение растворенных органических веществ в растворители, смешивающиеся с водой (ацетонитрил, ацетон, диэтиловый эфир и т.п.),

- уменьшить материальные, энергетические и трудовые затраты.

Источники информации

1. А.А.Русинова, Ю.М.Полежаев, А.И.Матерн. Концентрирование растворов вымораживанием. Аналитика и контроль, 1999, № 4, с.4-10.

2. В.Т.Письменко. Е.А.Кареев, Л.И.Булдаковская. Способ разложения синтетических и полусинтетических СОЖ. Патент RU 2129990 (Кл. C02F 1/26, С10М 175/04), 1999, 6с.

3. Биохимические методы исследования в клинике. (Справочник) Под ред. акад. А.А.Покровского, М.: Медицина, 1969, с.596.

4. С.К.Еремин, Б.Н.Изотов, Н.В.Веселовская. Анализ наркотических веществ. Рук-во по хим.-токс. анализу наркотических и других одурманивающих средств. М.: Мысль, 1993, с.266.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии, фармакологии и других областях для извлечения органических соединений из водных сред. В пробу, содержащую целевые органические вещества, добавляют растворимый в воде органический растворитель и замораживают. В процессе замораживания органический растворитель с экстрагированными органическими веществами выделяется в отдельную жидкую фазу. Получаемый органический экстракт отделяют, когда водная часть пробы заморожена. Изобретение позволяет исключить сложное технологическое оснащение, многостадийность, снизить энергетические затраты.

Способ извлечения органических веществ из водных сред, включающий вымораживание водной части и экстракцию растворенных соединений в добавленный растворимый в воде органический растворитель, выделяющийся в отдельную жидкую фазу в процессе замораживания, отличающийся тем, что получаемый органический экстракт отделяют, когда водная часть заморожена.