Способ определения глицина в водном растворе
Владельцы патента RU 2277085:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при разработке процессов непрерывной ферментации белков. Способ определения глицина в водном растворе заключается в приготовлении водного раствора глицина, экстракции и дальнейшего анализа органической фазы, отличается тем, что к водному раствору глицина (рН≈5) добавляют 20-25 мас.% высаливателя - сульфата лития, экстрагируют трехкомпонентной смесью гидрофильных растворителей, состоящей из 65-65.5 мас.% изопропилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 14-15 мас.% этилацетата при объемном соотношении смеси экстрагентов и водно-солевого раствора 1:10, при этом неводный концентрат анализируют методом потенциометрического титрования. Технической задачей изобретения является повышение степени извлечения глицина до 98-99% и анализ органической фазы с использованием безопасных реагентов. 1 табл.
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при разработке процессов непрерывной ферментации белков.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ экстракционного определения аминокислот в водных растворах с применением динонилнафталинсульфокислоты (С.В.Смирнова, И.И.Торочешникова, И. В. Плетнев. Экстракция аминокислот динонилнафталинсульфокислотой в присутствии дициклогексил-18-краун-6 // Вести. Моск. ун-та. Серия 2. Химия. 2000. Т.41. №3. С.186-188.), включающий приготовление водного раствора глицина, экстракцию и анализ водной фазы.
Недостатками способа являются низкая степень извлечения глицина (не более 40%), применение токсичного соединения - нингидрина - при спектро-фотометрическом анализе водного раствора глицина.
Технической задачей изобретения является повышение степени извлечения глицина до 98-99%, анализ органической фазы с применением безопасных реагентов.
Техническая задача достигается тем, что в способе определения глицина в водном растворе, включающем приготовление водного раствора глицина, экстракцию и анализ органической фазы, новым является то, что к водному раствору глицина (рН≈5) добавляют 20-25 мас.% высаливателя - сульфата лития, экстрагируют трехкомпонентной смесью гидрофильных растворителей, состоящей из 65-65.5 мас.% изопропилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 14-15 мас.% этилацетата при объемном соотношении смеси экстрагентов и водно-солевого раствора 1:10, неводный концентрат анализируют методом потенциометрического титрования.
Технический результат заключается в повышении степени извлечения глицина из водного раствора до 98-99%, проведение анализа концентрата с использованием безопасных реагентов.
Предлагаемый способ определения глицина в водном растворе осуществляется по следующей методике.
К 20 мл водного раствора глицина с pH≈5 (исходная концентрация глицина 0.05-0.1 мг/мл) добавляют 20-25 мас.% высаливателя - сульфата лития, 2 мл смеси гидрофильных растворителей (65-65.5 мас.% изопропилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 14-15 мас.% этилацетата) и экстрагируют на вибросмесителе до установления межфазного равновесия (5 мин). После расслаивания (1-2 мин) органическую фазу количественно отделяют от водной фазы и анализируют методом потенциометрического титрования по кислотно-основному механизму. Титрант - 0,01 моль/л раствор КОН в безводном этиловом спирте. Индикаторный электрод - химически нейтральный стеклянный электрод, характеризующийся максимальным изменением потенциала вблизи точки стехиометричности. Электрод сравнения - хлоридсеребряный, заполненный насыщенным раствором хлорида калия в этиловом спирте для предотвращения попадания воды из электрода в органическую фазу. Электродвижущую силу измеряют на высокоомном потенциометре, строят дифференциальную кривую потенциометрического титрования зависимости изменения ЭДС от объема титранта.
На дифференциальной кривой потенциометрического титрования глицина имеется максимум, соответствующий содержанию кислоты в экстракте. В органическую фазу переходит 98-99% глицина от его исходного содержания в анализируемом растворе.
Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
К 20 мл анализируемого водного раствора глицина (рН≈5) добавляют 2 мл смеси растворителей, содержащей 65 мас.% изопропилового спирта, 20 мас.% ацетона и 15 мас.% этилацетата. Экстрагируют на вибросмесителе 5 мин. Экстракция смесью гидрофильных растворителей в отсутствие высаливателя не приводит к образованию органической фазы, способ невыполним.
Пример 2
К анализируемому раствору глицина (рН≈5) добавляют кристаллический сульфат лития до получения раствора с содержанием соли 20 мас.%. К 20 мл водно-солевого раствора глицина добавляют 3 мл смеси растворителей, содержащей 65 мас.% изопропилового спирта, 20 мас.% ацетона и 15 мас.% этилацетата. Экстрагируют на вибросмесителе 5 мин, экстракт отделяют, не захватывая водного слоя, количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования и титруют 0,01 моль/л раствором КОН в безводном этиловом спирте. Индикаторный электрод - химически нейтральный стеклянный электрод, характеризующийся максимальным изменением потенциала вблизи точки стехиометричности. Электрод сравнения - хлоридсеребряный, заполненный насыщенным раствором хлорида калия в этиловом спирте для предотвращения попадания воды из электрода в органическую фазу. Электродвижущую силу измеряют на высокоомном потенциометре, строят дифференциальную кривую потенциометрического титрования зависимости изменения ЭДС от объема титранта.
На дифференциальной кривой потенциометрического титрования глицина имеется максимум, соответствующий содержанию кислоты в экстракте. Степень извлечения (R,%) глицина рассчитывают по формуле
R=D·100/D+r,
где D - коэффициент распределения глицина между смесью растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.
В органическую фазу переходит 98,9% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Достигается практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина, способ выполним.
Пример 3
Анализ выполняют, как в примере 2, но к водному раствору глицина добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 25 мас.%. В органическую фазу переходит 98.6% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Достигается практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина, способ выполним.
Пример 4
Анализ выполняют, как в примере 2, но к водному раствору глицина добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 30 мас.%. После экстракции выделяются кристаллы высаливателя, способ невыполним.
Пример 5
Анализ выполняют, как в примере 2, но к водно-солевому раствору глицина добавляют трехкомпонентную смесь гидрофильных растворителей, содержащую 45 мас.% изопропилового спирта, 10 мас.% ацетона и 45 мас.% этилацетата. В органическую фазу переходит 35.6% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 6
Анализ выполняют, как в примере 2, но к водно-солевому раствору глицина добавляют трехкомпонентную смесь гидрофильных растворителей, содержащую 70 мас.% изопропилового спирта, 25 мас.% ацетона и 5 мас.% этилацетата. В органическую фазу переходит 80,3% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 7
Анализ выполняют, как в примере 2, но при рН водно-солевого раствора глицина, равном 3. В органическую фазу переходит 65,6% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 8
Анализ выполняют, как в примере 2, но при рН водно-солевого раствора глицина, равном 4. В органическую фазу переходит 70,1% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 9
Анализ выполняют, как в примере 2, но при рН водно-солевого раствора глицина, равном 6. В органическую фазу переходит 39,7% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 10
Анализ выполняют, как в примере 2, но при рН водно-солевого раствора глицина, равном 7. В органическую фазу переходит 49,6% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается, способ невыполним.
Пример 11
Анализ выполняют, как в примере 2, но к водному раствору глицина добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 15 мас.%. В органическую фазу переходит 54% глицина от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (98-99 мас.%-ное) извлечение глицина не достигается. Способ невыполним.
В таблице приведена сравнительная характеристика примеров определения глицина в водном растворе по заявляемому способу.
Как видно из таблицы, положительный эффект по предлагаемому способу достигается при содержании высаливателя 20-25 мас.%, применении трехкомпонентной смеси гидрофильных растворителей, состоящей из 65-65.5 мас.% изопропилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 14-15 мас.% этилацетата и объемном соотношение смеси экстрагентов и водно-солевого раствора 1:10.
| Сравнительная характеристика примеров определения глицина в водном растворе по заявляемому способу | ||||||
| Номер примера | Содержание высаливателя, мас.% | рН анализируемого раствора | Состав экстрагента, мас.% | Степень извлечения глицина,% | ||
| изопропиловый спирт | ацетон | этилацетат | ||||
| 1 | - | 5 | 65 | 20 | 15 | - |
| 2 | 20 | 5 | 65 | 20 | 15 | 98,9 |
| 3 | 25 | 5 | 65 | 20 | 15 | 98,6 |
| 4 | 30 | 5 | 65 | 20 | 15 | - |
| 5 | 20 | 5 | 45 | 10 | 45 | 35,6 |
| 6 | 20 | 5 | 70 | 25 | 5 | 80,3 |
| 7 | 20 | 3 | 65 | 20 | 15 | 65,6 |
| 8 | 20 | 4 | 65 | 20 | 15 | 79,1 |
| 9 | 20 | 6 | 65 | 20 | 15 | 39,7 |
| 10 | 20 | 7 | 65 | 20 | 15 | 49,6 |
| 11 | 15 | 5 | 65 | 20 | 15 | 54,0 |
Способ определения глицина в водном растворе, включающий приготовление водного раствора глицина, экстракцию, анализ органической фазы, отличающийся тем, что к водному раствору глицина (рН≈5) предварительно добавляют высаливатель - сульфат лития до концентрации в растворе 20-25 мас.%, экстракцию проводят трехкомпонентной смесью гидрофильных растворителей, состоящей из 65-65.5 мас.% изопропилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 14-15 мас.% этилацетата, при объемном соотношении смеси экстрагентов и водно-солевого раствора 1:10.
