Объекты исследования в химико-токсилогическом анализе на сильнодействующие и наркотические вещества

Из эндогенных соединений помимо жирных кислот в экстрактах из крови встречаются различные стероидные гормоны (тестостерон и др.), холестерин, которые в крови находятся в связанном состоянии с протеинами плазмы. При хранении крови более суток при комнатной температуре происходит новообразование алкоголя, достигая концентрации 1‰.

Слюна является продуктом секреции желез ротовой полости. Отобранную пробу центрифугируют и для хранения замораживают, чтобы замедлить активность ферментов. Хранить лучше всего слюну в склянках из тефлона или пропилена, чтобы избежать поглощения следовых количеств анализируемого вещества стенками стеклянной посуды. Установлено, что неионизированные формы токсического вещества, находящиеся в водном растворе плазмы, пассивно диффундируют в слюну, так что существует прямая зависимость между концентрацией анализируемого вещества в слюне и его концентрацией в крови.

Волосы представляют относительно гомогенный (с точки зрения агрегатного состояния) биологический субстрат. Являясь легкодоступным для отбора, они представляют значительный интерес в качестве объекта при проведении химико-токсикологического анализа как на неорганические, так и на органические вещества. При анализе волос наркотики могут быть обнаружены в отдаленные сроки после окончания их приема и в тех случаях, когда анализ биожидкостей дает отрицательный результат. Использование волос в качестве объекта исследования позволяет проследить динамику поступления наркотического вещества в организм человека. Анализ волос длиной 6-8 см (6-8 месяцев) позволяет судить о степени наркотической зависимости.

По сравнению с биожидкостями, исследование твердых кожных образований имеет целый ряд отличительных особенностей, которые накладывают отпечаток на все этапы проведения работ. Исследование волос включает в себя две принципиально важные с точки зрения интерпретации результатов стадии: предварительное исследование поверхности волос на присутствие анализируемых веществ и проведение очистки указанной поверхности от мешающих дальнейшему исследованию веществ с обязательной проверкой эффективности данной операции. К основным методам разрушения волос относятся следующие: экстракция органическими растворителями; кислотный или щелочной гидролиз; энзиматическое разрушение; экстракция органическими растворителями при сверхкритических условиях; термическое разложение объектов.

Желчь является продуктом секреторной деятельности печени, желчного пузыря и двенадцатиперстной кишки. Эта жидкость содержит большое количество воды, эндогенных веществ, подобных тем, которые находятся в крови, плазме и сыворотке, а также желчные кислоты и пигменты. Желчь различается по величине рН (в пределах 6,7-8,3), что заставляет контролировать рН в ходе подготовки к экстракции, а при необходимости использовать подходящий буфер. Рекомендуется пробу также центрифугировать при низких скоростях (для удаления холестерина) и осадить белки добавлением смеси хлороформ – метанол (2:1) или хлороформ – изопропанол (9:2).

Печень представляет собой центральный орган химического гомеостаза.

В печени находится большое разнообразие экзогенных и эндогенных веществ: продукты белкового, углеводного, жирового обменов, продукты биотрансформации экзогенных, в том числе токсических веществ. С точки зрения присутствия эндогенных и экзогенных веществ в экстракте из печени этот объект является самым неудобным вследствие их большого разнообразия.

Даже самая длительная и многоэтапная экстракция, например, кислых лекарственных средств дает в хлороформном экстракте до восьми разнообразных эндогенных соединений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭКСТРАКЦИЯ КАК МЕТОД ИЗОЛИРОВАНИЯ НАРОТИЧЕСКИХ И

ОДУРМАНИВАЮЩИХ СРЕДСТВ

 

В химико-токсикологическом анализе метод экстракции широко используется для изолирования токсических веществ из объектов биологического происхождения, для очистки вытяжек из биологического материала от примесей, для выделения токсических веществ из предварительно очищенных вытяжек, для концентрирования исследуемых веществ, находящихся в сильно разбавленных растворах.

Экстракция – процесс извлечения растворителями соответствующих веществ из различных объектов. Объекты, из которых извлекают соответствующие соединения, могут быть твердыми веществами или жидкостями. Поэтому процессы изолирования подразделяют на экстракцию в системе твердое тело – жидкость (твердожидкостная экстракция) и на экстракцию в системе жидкость-жидкость (жидкостная экстракция).

Экстрагент – органический растворитель, в индивидуальном состоянии или содержащий какие-либо реагенты, извлекающий (экстрагирующий) данное вещество из водной фазы.

В химико-токсикологическом анализе метод твердофазной экстракции применяется для изолирования исследуемых веществ из органов трупов, растений, почвы и других объектов. При экстракции веществ в системе твердое тело–жидкость в качестве экстрагентов применяют органические растворители.

Для данной системы в ряде случаев используют выщелачивание.

Выщелачивание – извлечение компонентов из твердых тел с помощью воды.

Жидкостная экстракция – процесс распределения растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами, одной из которых в большинстве случаев является вода, а второй – несмешивающийся с водой органический растворитель, взаимодействующая с извлекаемым веществом с образованием экстрагирующегося соединения.

Экстракт – отделенная жидкая органическая фаза, содержащая экстрагированное из водной фазы вещество.

Реэкстракция – процесс обратного извлечения вещества из экстракта в водную фазу.

Реэкстрагент – раствор реагента, используемый для извлечения вещества из экстракта.

Реэкстракт- отделенная водная фаза, содержащая вещество, извлеченное из экстракта.

Разбавитель – относительно инертный органический растворитель, прибавляемый к экстрагенту для улучшения его физических или экстракционных свойств.

Промывка – процесс частичного или полного удаления примесей из экстракта или реэкстракта.

Периодическая экстракция – экстракция вещества из одной и той же фазы, проводимая отдельными порциями экстрагента.

Непрерывная экстракция – экстракция, проводимая при непрерывном перемешивании одной жидкой фазы (другая жидкая фаза остается неподвижной).

Противоточная экстракция – экстракция, осуществляемая при встречном движении обеих фаз.

В лабораторных условиях экстракцию обычно проводят с помощью делительной воронки. В воронку помещают исследуемый раствор, содержащий растворенное вещество, подлежащее экстрагированию, и не смешивающийся с водой органический растворитель, которым извлекается экстрагируемое вещество из водного раствора. Воронка энергично встряхивается (обычно 2- мин). При этом обе жидкие фазы диспергируются друг в друга, образуя капли различного размера. Экстрагируемое вещество через границу раздела водной и органической фаз переходит из водной фазы в органическую до тех пор, пока в системе не наступит межфазное равновесие, при котором достигаются равновесные концентрации экстрагируемого вещества в водной и в органической фазах. При достижении межфазного равновесия скорость перехода растворенного вещества из водной фазы в органическую становится равной скорости перехода того же вещества из органической фазы в водную, т.е. осуществляется состояние динамического равновесия. После прекращения встряхивания обе жидкие фазы расслаиваются, причем тем быстрее, чем больше разница в плотности воды (водного раствора) и применяемого органического растворителя, плотность которого может быть как выше, так и ниже плотности воды.

Требования, предъявляемые к органическим растворителям

• Органический растворитель должен обладать способностью эффективно и по возможности избирательно извлекать экстрагируемое вещество из исследуемого раствора.

• Растворитель должен мало растворяться в воде и мало растворять воду, не гидролизоваться. Плотность органических растворителей по возможности должна отличаться от плотности воды.

• Растворитель должен быть нелетучим и достаточно высококипящим (температура кипения при атмосферном давлении должна быть выше 50оС).

• Органические растворители должны быть неогнеопасными, нетоксичными и дешевыми.

Растворители, которые обладали бы всеми этими свойствами в полной мере, встречаются редко. В химико-токсикологическом анализе наиболее часто используются следующие растворители: диэтиловый эфир, хлороформ, бензол, н-амилацетат, этилацетат, н-бутиловый, изоамиловый, изобутиловый спирты, н-гексан, н-гептан.

При использовании метода экстракции отсутствует химическое превращение разделяемых веществ и не образуются побочные продукты.

Вещества, выделенные с помощью метода экстракции, как правило, не содержат примесей, связанных с процессами адсорбции и окклюзии. Этот метод может использоваться для разделения термолабильных веществ.

Применение метода экстракции для концентрирования позволяет переводить вещества из сильно разбавленных растворов в небольшой объем органического растворителя.

Основные количественные характеристики процесса экстракции Для расчета количества вещества, которое экстрагируется органическими растворителями, необходимо знать константу и коэффициент распределения, степень экстракции.

Константа распределения вещества – величина, выражающая отношение концентраций распределяемого вещества, находящегося в водной и органической фазах (после наступления равновесия) в одной и той же форме.

где Р – константа распределения; [А]орг – концентрация вещества в фазе органического растворителя, моль/л; [А]водн – концентрация вещества водной фазе моль/л.

Величина константы распределения зависит от природы распределяемого вещества, состава и свойств применяемого экстрагента, температуры, при которой проводится экстракция. Эта константа не зависит от равновесных концентраций экстрагируемого вещества и объемов водной и неводной фаз.

Коэффициент распределения – отношение суммарной аналитической концентрации вещества в фазе органического растворителя к суммарной аналитической концентрации этого вещества в водной фазе (без учета того, в какой форме находится вещество в каждой фазе):

где D – коэффициент распределения; сорг – суммарная аналитическая концентрация вещества в фазе органического растворителя, моль/л; с водн – суммарная аналитическая концентрация вещества в водной фазе, моль /л.

Cтепень экстракции – отношение количества экстрагированного вещества к общему (начальному) количеству этого вещества в водном растворе:

где R – cтепень экстракции вещества, %; nорг – количество вещества, которое экстрагировалось органическим растворителем; nорг + nводн – общее (начальное) количество вещества в водном растворе.

Влияние различных факторов на процесс экстракции На экстракцию веществ органическими растворителями оказывают влияние различные факторы: природа экстрагируемого вещества, природа экстрагента, число экстракций, объем экстрагента, температура, рН среды, присутствие электролитов в водных растворах, скорость взбалтывания и др.).

Число экстракций и объем экстрагента. Чем больше число экстракций, тем выше степень извлечения экстрагируемого вещества.

Чем больше объем органической фазы экстрагента, т.е. чем выше отношение Vорг / Vводн, тем больше степень извлечения экстрагируемого вещества. Однако увеличение числа экстракций сильнее влияет на степень извлечения экстрагируемого вещества, чем увеличение объема экстрагента в то же число раз, поэтому одну и ту же степень извлечения можно получить, уменьшая объем экстрагента Vорг, но увеличивая число экстракций n. Обычно используют двукратный объем экстрагента по сравнению с водной фазой и применяют 2-6 последовательных экстракций.

Влияние рН среды на экстракцию. С повышением рН (т.е. с уменьшением концентрации водородных ионов в водном растворе) увеличивается диссоциация кислоты в растворе, что приводит к уменьшению ее недиссоциированных молекул. В результате понижается экстрагируемость слабой кислоты органическими растворителями.

При повышении концентрации водородных ионов (т.е. с понижением рН) в водном растворе увеличивается число недиссоциированных молекул, а следовательно, возрастает экстрагируемость веществ кислотного характера органическими растворителями.

При прибавлении кислот к органическим основаниям они переходят в соли. При этом увеличивается количество ионов и уменьшается количество недиссоциированных молекул. Вследствие этого уменьшается степень экстракции этих веществ органическими растворителями. От прибавления щелочей к солям органических оснований уменьшается количество ионов и увеличивается количество недиссоциированных молекул этих оснований. В результате этого, в щелочной среде увеличивается степень экстракции органических оснований.

Наибольшие количества амфотерных соединений экстрагируются при значении рН, соответствующем изоэлектрической точке этих веществ.

Влияние температуры на экстракцию. Изменение температуры влияет на константу распределения экстрагируемого вещества. Это объясняется тем, что при изменении температуры изменяется растворимость экстрагируемых веществ в каждой фазе, а также изменяется взаимная растворимость органической и водной фаз. Причем с изменением температуры растворимость вещества в каждой фазе изменяется неодинаково.