Способ кулонометрического определения содержания органических кислот в растительном сырье и их препаратах

Изобретение относится к области фармации. Способ осуществляют в пересчете на яблочную кислоту путем кулонометрического титрования, причем в основе лежит взаимодействие исследуемого образца с кулонометрическим титрантом - электрогенерированными гидроксид-ионами, образующимися при электролизе воды в присутствии фонового электролита - водного раствора сульфата калия, при постоянной силе тока 5,0 мА, содержание органических кислот (X, г) в пересчете на яблочную кислоту в исследуемом образце рассчитывается по формуле

X=I×t×M/F

где I - сила тока, 0,005 A; t - время достижения конечной точки титрования, с; М - молярная масса эквивалента яблочной кислоты, 67 г/моль; F - постоянная Фарадея 96485 Кл/моль. Достигается простота, экспрессность и достоверность анализа. 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области фармации. Оно может быть использовано для стандартизации лекарственного растительного сырья и препаратов из лекарственного растительного сырья по содержанию органических кислот в пересчете на яблочную кислоту. Яблочная кислота в лекарственном растительном сырье является одной из доминирующих кислот и пересчет содержания органических кислот на яблочную кислоту в лекарственном растительном сырье и препаратах из лекарственного растительного сырья рекомендуется нормативной документацией: Государственная Фармакопея. Плоды шиповника. Плоды рябины. 11-е изд. Вып.2, Медицина, Москва (1990), с.294-297; изменения №4 к ст.39 от 28.04.1999; Фармакопейная статья 42-2341-99, Холосас; Фармакопейная статья 42-3727-99. Сок каланхое; Временная фармакопейная статья 42-3471-99. Плоды калины свежие; Временная фармакопейная статья 42-3472-99. Сироп калины, поэтому пересчет содержания органических кислот в лекарственном растительном сырье и препаратах из лекарственного растительного сырья проводится на яблочную кислоту.

Известны способы определения содержания органических кислот в пересчете на яблочную кислоту в лекарственном растительном сырье и препаратах из лекарственного растительного сырья, рекомендуемых нормативной документацией: в плодах шиповника и рябины, основанный на титровании гидроксидом натрия с индикацией конечной точки титрования по смешанному индикатору (фенолфталеин с метиленовым синим) (Государственная Фармакопея. 11-е изд. Вып.2, Медицина, Москва (1990), с.294-297; изменения №4 к ст.39 от 28.04.1999); в препарате «Холосас», основанный на титровании гидроксидом натрия с индикацией конечной точки титрования по смешанному индикатору (фенолфталеин с метиленовым синим); в препарате «Сок каланхое», основанный на титровании гидроксидом натрия с индикацией конечной точки титрования по индикатору бромтимоловому синему (Фармакопейная статья 42-3727-99. Сок каланхое); в плодах калины свежих, основанный на потенциометрическом титровании гидроксидом натрия (Временная фармакопейная статья 42-3471-99. Плоды калины свежие); в препарате «Сироп калины», основанный на потенциометрическом титровании гидроксидом натрия (Временная фармакопейная статья 42-3472-99. Сироп калины). Недостатком данных методик является при потенциометрическом титровании: необходимость предварительной стандартизации титранта, трудность определения точки эквивалентности из кривой титрования, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты; длительность и трудоемкость; для титриметрических методов - необходимость предварительной стандартизации титранта, длительность, трудоемкость, трудность фиксации конечной точки титрования ввиду собственной окраски водного извлечения из растительного сырья, при этом результаты отличаются невысокой точностью из-за субъективности восприятия изменения окраски индикатора, трудность определения точки эквивалентности из кривой титрования, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты.

Известен способ определения свободных органических кислот путем добавления равных порций 0,1 М раствора гидроксида натрия с последующей фиксацией рН и построением графической зависимости рН - объем гидроксида натрия (Федоровский Н.Н., Махарова А.И., Сорокина А.А., Ольшанская О.В. Потенциометрическое титрование в анализе водных извлечений. Фармация, 2008, №2, с.15-16). По полученной кривой титрования рассчитывается содержание органических кислот. Недостатком этой методики является трудность определения точки эквивалентности из кривой титрования, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты, длительность и трудоемкость методики.

Известна методика определения суммы органических кислот после пропускания через хроматографическую колонку с последующим титрованием промывных вод 0,1 М раствором гидроксида натрия по индикатору бромтимоловому синему (Горбунова Т.А., Даргаева Т.Д. Стандартизация сухого сока каланхое. Ресурсоведческое и фитохимическое изучение лекарственной флоры СССР. Научные труды ВНИИ Фармации, 1991, т.2, с 5). При этом часть органических кислот остается недотитрованной, т.к. рН перехода окраски бромтимолового синего 6,0-7,6, а рН точки эквивалентности при титровании слабых кислот сильным основанием смещена в щелочную сторону. Недостатком этой методики также является трудность определения точки эквивалентности из кривой титрования, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты, длительность и трудоемкость методики.

Известна методика определения суммы органических кислот после пропускания водного извлечения через катионит КУ-2 с последующим титрованием промывных вод 0,1 М раствором гидроксида натрия потенциометрически до значения рН=7 (Олеников Д.Н., Танхаева Л.М., Николаева Г.Г., Маркарян А.А. Методика количественного определения суммарного содержания органических кислот в растительном сырье. Растительные ресурсы. 2004, Вып.3, с.112-116). При этом часть органических кислот также остается недотитрованной, т.к. рН точки эквивалентности при титровании слабых кислот сильным основанием смещена в щелочную сторону. Недостатком этой методики также является трудность определения точки эквивалентности из кривой титрования, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты, длительность и трудоемкость методики.

Известен «Способ определения органических кислот» (SU 1125536 А, Кишиневский госуниверситет, 23.11.1984), по которому определяют электрохимически неактивные или необратимо восстанавливающиеся органические кислоты путем регистрации переменно-токовых полярограмм деполяризатора до и после введения кислоты и по уменьшению высоты пика деполяризатора рассчитывают концентрацию кислоты, причем в качестве деполяризатора используют вещества, продукты обратимого восстановления которых взаимодействуют в приэлектродном слое с определяемой кислотой. Недостатком этой методики является работа с токсичной ртутью, т.к. в полярографическую ячейку входит ртутно-капающий электрод; регистрация полярограмм; проведение сложных расчетов; длительность и трудоемкость, к тому же метод может быть не пригодным для лекарственного растительного сырья, т.к. водное извлечение из лекарственного растительного сырья помимо органических кислот может содержать и сопутствующие вещества (дубильные вещества, флавоноиды), которые могут изменять свойства деполяризатора.

Известен «Способ определения суммы органических кислот в продуктах переработки винограда, ягод и плодов» (SU 1097946 А1, Краснодарский политехнич. ин-т, 15.06.1984). К анализируемой пробе добавляют раствор ацетата натрия, измеряют величину рН смеси, определение суммы органических кислот осуществляют по калибровочному графику, построенному по эталонным растворам. Недостатком данной методики является длительность и трудоемкость, т.к. требуется построение калибровочного графика для каждого вновь приготовленного раствора ацетата натрия. Необоснован пересчет на яблочную кислоту.

Известен «Способ количественного определения органических кислот или их ангидридов» (SU 731372 F1, МГУ, 30.04.1980) путем потенциометрического титрования кислоты в водно-органическом растворителе 0,1 N раствором КОН в изо-пропиловом спирте. Недостатками данной методики являются длительность и трудоемкость, использование токсичных органических растворителей. Необходимо проводить предварительную стандартизацию титранта; строить кривую титрования для определения точки эквивалентности, к тому же определение точки эквивалентности из кривой титрования затруднительно, т.к. титруется смесь кислот, каждая из которых имеет свою точку эквивалентности, связанную с природой кислоты.

Известен «Способ количественного определения яблочной кислоты в плодоовощных продуктах» (SU 539269 А1, ВНИИ виноградарства и виноделия, 15.12.1976). Полученный элюат смеси всех органических кислот спектрофотометрируют при длине волны 270-280 нм и по оптической плотности рассчитывают содержание яблочной кислоты в продукте. Недостатком этого метода является его неспецифичность, т.к. наряду с органическими кислотами в области 270-280 нм могут давать полосы поглощения и фенолкарбоновые кислоты за счет поглощения при этой длине волны не только С=O карбоксильной группы, но и фенольной группы (З.Гауптман, Ю.Грефе, Х.Ремане «Органическая химия», М.: Химия, 1979 г., с.44, 318), что будет искажать результаты. Метод длителен и трудоемок.

Наиболее близким к предлагаемому является «Способ идентификации подлинности вина» (RU 2384841 С1, ГОУ ВПО «КубГТУ», 20.03.2010) с помощью электрогенерированных гидроксид-ионов, образующихся при электролизе водного раствора хлорида натрия. По кривой титрования рассчитывают число эквивалентов ионов Н⁺ и по соотношению рассчитанных по определенной формуле чисел эквивалентов и численному значению, находящемуся в пределах 0,5±0,1, судят о натуральности вина. Недостатком данной методики является длительность и трудоемкость, т.к. требуется построение кривых титрования и проведение сложных расчетов, что требует дополнительных затрат времени. К тому же не обосновано сравнение с численным значением 0,5±0,1 и не приведена формула определения содержания органических кислот в пересчете на яблочную кислоту.

Задачей заявленного изобретения является разработка простого, экспрессного и достоверного способа определения органических кислот в водном извлечении из растительного сырья и препаратах из растительного сырья.

Поставленная задача достигается при кулонометрическом титровании образца (аликвоты водного извлечения из растительного сырья) электрогенерированными гидроксид-ионами, которые образуются при электролизе воды и легко взаимодействуют с содержащимися в аликвоте кислотами. Фоновым электролитом служит водный раствор сульфата калия. Содержание органических кислот (X, г) в пересчете на яблочную кислоту в аликвоте водного извлечения рассчитывается по формуле

Х=I×t×M/F,

где I - сила тока, 0,005 A; t - время достижения конечной точки титрования, с; М - молярная масса эквивалента яблочной кислоты, 67 г/моль; F - постоянная Фарадея 96485 Кл/моль.

Пример. Определение содержания органических кислот в пересчете на яблочную кислоту в аликвоте водного извлечения из плодов шиповника.

Электрогенерацию гидроксид-ионов проводили из воды на платиновом электроде при постоянной силе тока 5,0 мА - изначально заданная величина. Фоновым электролитом служил насыщенный раствор сульфата калия, разбавленный водой, очищенной в соотношении 1:7.

В кулонометрическую ячейку на 50,0 мл вносят 20-25 мл фонового электролита, помещают рабочий (платиновый), вспомогательный (платиновый), соединенные с устройством (например, гальваностатом), поддерживающим постоянный ток в цепи 5 мА, (генераторная цепь) и индикаторные электроды (стеклянный и хлорсеребрянный, соединенные с рН-метром (индикаторная цепь)). Включают индикаторную цепь, при этом рН-метр показывает значение рН фонового электролита (например, 6,3). Включают генераторную цепь. При этом генерируются гидроксид-ионы и рН среды увеличивается. При достижении определенного значения рН (например, 8,5) генераторная цепь выключается. Далее в ячейку вносят аликвоту водного извлечения (0,4-0,5 мл), содержащую органические кислоты. При этом органические кислоты взаимодействуют с электрогенерированными гидроксид-ионами и рН среды уменьшается. Далее включают одновременно генераторную цепь и секундомер. При этом опять генерируются гидроксид-ионы до первоначально заданного значения рН 8,5. По достижении этого значения выключают секундомер и генераторную цепь. Снимают показания секундомера - время достижения конечной точки титрования.

Содержание органических кислот в пересчете на яблочную кислоту (X, г) в аликвоте водного извлечения рассчитывают по формуле

Х=I×t×M/F,

где I - сила тока, 0,005 А; t - время достижения конечной точки титрования, с; М - молярная масса эквивалента яблочной кислоты, 67 г/моль; F - постоянная Фарадея, 96485 Кл/моль.

Далее по известной формуле рассчитывают содержание органических кислот (%) в пересчете на яблочную кислоту в плодах шиповника. Определение проводят при комнатной температуре.

Преимущества данного способа: оттитровывается вся сумма кислот, независимо от природы кислоты; отсутствие необходимости предварительной стандартизации титранта, построения кривых титрования и расчета точки эквивалентности, что сокращает время анализа; предварительное удаление из фонового электролита возможных примесей кислого характера повышает точность анализа, т.к. титруются только кислоты вносимой пробы; малые расходы фонового электролита; экспрессность и простота проведения эксперимента. Сопутствующие вещества (фенольные соединения, дубильные вещества, биофлавоноиды и др.) не мешают определению органических кислот в водном извлечении из растительного сырья, что подтверждается методом добавок (табл.3).

Отсутствие систематической ошибки в предлагаемом способе определения органических кислот в растительном сырье было показано методом «введено»-«найдено» и методом добавок (табл.2 и табл.3 соответственно).

Таблица 2
Кулонометрическое определение яблочной кислоты по реакции с электрогенерированными гидроксид-ионами (n=5, Р=95%).
Введено, мкг	Найдено, мкг	Sr
97	97±2	0,014
152	151±2	0,010
204	202±4	0,016

Таблица 3
Определение содержания органических кислот с добавками яблочной кислоты к водному извлечению из плодов шиповника в пересчете на яблочную кислоту (n=11, Р=95%).
Найдено органических кислот, мкг	Добавлено яблочной кислоты, мкг	Рассчитано органических кислот, мкг	Найдено органических кислот, мкг	Относительная ошибка, %
81	55	136	135±1	0,92
81	77	158	157±1	0,71
81	99	180	180±1	0,62

Способ определения содержания органических кислот в растительном сырье в пересчете на яблочную кислоту путем кулонометрического титрования, отличающийся тем, что в основе лежит взаимодействие исследуемого образца с кулонометрическим титрантом - электрогенерированными гидроксид-ионами, образующимися при электролизе воды в присутствии фонового электролита - водного раствора сульфата калия, при постоянной силе тока 5,0 мА, содержание органических кислот (X, г) в пересчете на яблочную кислоту в исследуемом образце рассчитывается по формуле
X=I·t·M/F,
где I - сила тока, 0,005 A;
t - время достижения конечной точки титрования, с;
М - молярная масса эквивалента яблочной кислоты, 67 г/моль;
F - постоянная Фарадея 96485 Кл/моль.