Метилбензтиазолилазокетоксим в качестве избирательного аналитического реагента на ионы кобальта в биологических объектах и способ фотометрического определения кобальта в биологических объектах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

O ll И C A H И Е < 891667

ИЗОБРЕТЕНИЯ к авторском свидетельству (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Занвлено 31.05.79(21) 2772813/23-04 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.81 ° Бюллетень Ме 47

Дата опубликования описания 26.12.81 (5I )lVl. Кл.

С 07 D 277/82

С 09 В 45/10

G 01 т 33/16

Хооударственный комитет по делам иэебретеннй и открытий (SS) ДК 547. .7 89.61.07 (088.8) (72) Авторы изобретения

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. N. Кирова и Свердловский научноисследовательский институт курортологии и физиотерапии (71) Заявители (54) МЕТИЛБЕНЗТИАЗОЛИЛАЗО КЕТОКСИМ В КАЧЕСТВЕ

ИЗБИРАТЕЛЬНОГО АНАЛИТИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА НА ИОНЫ

КОБАЛЬТА В БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ И СПОСОБ

ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОБАЛЬТА

В БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ

2 ктах (нижний предел обнаружения кобаль та равен 0,5g/10 Mn), а также недостаточно избирательны: мешающими ионами являются ионы железа, меди, марганца и никеля. Кроме того, эти реагенты обладают недостаточно широкой областью рН комплексообразования (4,0-8,0 для ПААФ и 5,0-9,0 для ПААК) и малой контрастностью реакции.

Определение содевжания кобальта в биологических обьектах сводится к анализу следовых (1 0 -1 0 %) и ультраследовых (1 0 -1 0 %) количеств кобальта); А так как кобальт всегда почти встречается совместно с никелем, марганцем, алюминием, хромом и т.д. и содержится в ультраследовых количествах, то для определения кобальта необходимы не только чувст« вительные, но и селективные методы анализа, Этим обьясняется отсутствие м тодик для определения кобальта в биологических объектах, отличаюшихся одновременно высокой чувствительностью и избирательностью.

Изобретение относится к химическому соединению, а именно к метилбензтиазолилазокетоксиму формулы

N г .0Н сн (т)

5 в качестве кобальта (рН 3.5-5,7). го реагента на ионы кобальта в биологических объектах и к способу фотометрического определения кобальта в биологических объектах, Известны 2-(2-пиридил-азо)-5-диэтил15

-м-аминофенол (ПААФ) и 5-(2-пиридил-азо)-2-моноэтиламино-и-крезол (ПААК) в качестве аналитических реагентов на ионы кобальта в биологических объектах, в частности в растительном материале jl).,О

Однако эти реагенты обладают недостаточной чувствительностью для обнаружения с помошью их слеаовых и ультраследовык количеств кобальта в биологических объеЛ. Ф. Дубинина, Л. И. Медведева, Л. Б. Дацуя, Е. В. Понизовская и Г. Н. Липунова

67

4 ионы кобальта в биологических объектах и способом фотометрического определения кобальта в биологических объектах.

Способ фотометрического определения кобаль а в биологических объектах включающий приготовление из органа гомогената, добавление серной кислоты (d =1,34) и азотной кислоты (с7 =1,37) до обугливания массы, перекиси водорода до просветления раствора, упаривание до влажных солей и растворение в бидистиллированной воде, а также образование окрашенного комплекса кобальта с реагентом., в каче« стве которого используют метилбензтиазолилазокетоксим и определение проводят при 630 нм в водно-этанольной среде при рН 3,5-5,7;; 6,7 10,4, создаваемом аммиачно-ацетатным буфером, с последующим добавлением концентрированной ук-. сусной или соляной кислоты до рН 1,03,0.

8916

Ц Ой ю I,р hl

8 Ю вЂ” С

Н + C H„OAfo

Выход продукта, считая на- гидразон, составляет 80% от теоретического. Исходным продуктом для получения бензтиазолил-2-гидразона является каптакс - доступный и дешевый продукт

Строение МБАКО доказано данными элементного анализа, масс-спектрометрии1 ИК- и ПМР-спектроскопии. В массспектрах этого соединения имеется пик молекулярного иона - 220. В ИК-спект рах продукта в СС2, в области 31003600 см " имеется интенсивная полоса поглощения 3580 см " ., отнесенная к

4 о, оксимной группы. В ПМР-спектрах, снятых в ДМСО, протоны бензоядра поглощают в области 7,3-8,2 м.д. (м), протон оксимной группы - в области 1 1,7- Ж

13,6 м.д.

Для синтезированного продукта формулы Г спектрофотометрическим методом определена константа ионизации, pK =

8,4530,02, ro есть МБАКО является Ы слабой кислотой.

Индивидуальность продукта подтверждена хроматографически R 0,87 (этилИзвестен способ спектрофотометричест ого определения кобальта в биологических, объектах с помощью ПААФ и ПААК, который заключается в том, что исследуемый озоленный биологический материал подвергают взаимодействию с ПААФ или ПААК в ацетатно-цитратной среде (рН 5), с последующеф обработкой насьпценным раствором комплексона 1Ц при 80 С в тео чение 30 мин, экстракцией комплекса 10 хлороформом и фотометрированием раствора при 570 нм (определение с ПААФ) ипи 530 нм! (определение с ПАЛК) (11, Однако этот метод определения кобальта с помощью IZAAK и ПААФ разрабо- 15 тан для растительного материала, где кобальт содержится в больших количествах, чем в тканях органов животных, и отличается недостаточной чувствительностью и селективностью. 20

Цель изобретения - повышение селективности и чувствительности реакции обнаружения кобальта в биологических объектах.

ЦЕль достигается метилбензтиазолил- 25 азокетоксимом формулы Т в качестве избирательного аналитического реагента на

N етилбензтиазолилазокетоксим (МБАКО) получают нитрозированием бензтиазолил-2-гидразона ацетальдегида амилнитритом в бензоле при нагревании.

Схема процесса: ацетат).

МБАКО представляет собой желтое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и растворимое в спирте, хлороформе и других органических растворителях, образуя желтые растворы (3. 1т, 380 нм), окраска которых не меняется во времени.

Пример 1. Синтез МБАКО.

К бензольному раствору 6г(0,03моль) бензтиазолил-2-гидразона ацетальдегида приливают порциями 7 мл (0,06 моль) свежеприготовленного амилнитрита, реакционную смесь нагревают на водной бане . в течение 15 мин, а затем выдерживают

2 ч при комнатной температуре. После этого бензол отгоняют и выпавший осадок дважды перекристаллизовывают из этилового спирта. Выход 80% or теоретического Ттт 215 С (этанол), М 220 (массо спектр), ИК-спектр: т10< 3580 см " (ССВ ). Спектр ПМР: 7,3-8,2 (м) (протоны бензоядра), 11,7-13,6 м.д. (ОН), 9

891667 (1I1 q ю Ъ

О 9

1 II

"" cr!

СН

Найдено, %: С 49,26, I 3,77; 25 53. 5 14,69.

Сс 1 1 4 0.

Вычислено,%: С 49,19; 11 3,64;

М 25,43; S 14,55.

Индивидуальность продукта подтверждена хроматографически: К 0,87 (элюент: этилацетат).

Комплекс МБАКО с кобальтом полу« чают следующим образом. М

К горячему этанопьному раствору

2,2 r (0,01 моль) МБАКО приливают холодный водный раствор 1,5 г (0,006 моль) хпорида кобальта. Выпав ший черный мелкокристаллический осадок комплекса при комнатной температуре от фипьтровывают и перекристалпизовывают из этанола. Выход 80% от теоретического. Тп 230 С (этанол),1п,<< 630нм (E 3,9.10 ) (этанол).

Найдено,%: С 43,15:, 1-! 3,13;

М 22,90; Со 1 1,52. С,g Н<4 М д g g 0 Co.

Вычислено,%: С 43,46; Н 2,82; с1 22,54; Со 11,87.

Индивидуальность продукта подтверждена хроматографически gq 0,89 (хлороформ:этилацетат 6:1 ).

TBK как реагент нерастворим в воде, то для изучения его комплексования с ионами металлов выбрана водноэтаноль3О ная среда (9:1). В этих условиях

МБАКО взаимодействует с ионами же-леза (II), меди (1 ), кобальта (II) с образованием красных (дпя железа и меди) и синих (для кобальта) комплексных соединений. Наиболее контрастная реакция наблюдается с ионами кобальта (II):

Ь Х 250 нм, F 33,0-10 . Для комн4. лексного соединения реагента с железом (П) — Ь l 110 нм, Я 1,0 10, для комплекса с медью (П) — Ь Х 1 70 нм, О,& 10 Ионы ванадия (У), висмута (П), серебра (1), свинца (П), кадмия(П), цинка (П), вольфрама (Уl ), молибдена (УП), марганца (П), ртути (11), никеля (11) не образуют окрашенных соединений с реагентом.

В спиртовой среде МБАКО вступает в реакцию с ионами никеля (П) (б 1,42 $ х10) меди (П) (Е 2,85 10 ) и коse бальта (П) (Е 5,70 1 0 ) . Ионы ванадия (У), желаза (Ш), висмута (II), серебра (1), свинца (11), цинка (П), кадмия (IQ, вольфрама (Уl), молибдена (УП), марган на (П), ртути (П) в этих условиях не образуют окрашенных соединений с реаген том.

Область РН комплексообразования

3,0-1 0,4. б

Изучение возможности экстракции комплексных соединений различными растворителями показало, что хлороформ (толуол) и ксилол извлекают только комплексы кобальта с МБАКО в широком интервале РН 3, 5-1 0,4.

Установлено, что комплексы реагента с кобальтом (П), медью (П), железом (П) и никепем (II) обладают различной устойчивостью к кислотам. Поэтому если в раствор этих комплексов добавить кислоту (РН 3,5), то неизменным остается только комплекс кобальта, очевидно, изза своей кинетической инертности. Он устойчив во .всем интервале рН 0-14,0.

Реакция образования комплексного со единения МБАКО с кобальтом протекает

6 ч. Однако проведение реакции при нагревании сокращает время образования комплекса до 5 мин.

Электромиграционным методом показано отсутствие заряда у комплекса кобаль та. Методом насыщения установлен со-Щ став комплекса Со:R,"1:2; К -6,5 10

Рассчитан моляриый коэффициент по гашения комплекса E. 3,0 10 (вода:

:этанол 9:1). Найдена хорошая подчиня емость закону Бугера-Ламберта в пределах 0,1-8,0 мкг/10 мл.

Комплекс МБАКО с кобальтом был выделен в кристаллическом состсяний.

По данным элементного анализа его состав Сой . В электронном спектре (видимая область) комплекс имеет полосу поглощения с).„„„ 630 нм (H O, С НЕОН=

=9;1), которая совпадает сХ„ исследуемого комплекса в растворе. В ИК-спектре комплекса в области 3100-3600 см

»1 отсутствует полоса 1 ОН, что свидетельствует об участии этой группы в комплексообразовании.

На основании полученных данных можно предложить следующую структуру комплекса

Ф

16

7 891

В таблице приведены сравнения физико-химических характеристик известных реагентов на ионы кобальта и метилбен.".тиазолилазокстоксима (МБАКО) .

Как видно из приведенной таблицы,при сравнимом мопярном коэффициенте пога-, шения, реагент-МБАКО обладает рядом преимуществ, а именно: расширена оптимальная область рН комплексообраэования, значительно (в 2 раза) увеличена контрастность реакции, уменьшен нижний предел обнаружения кобальта, т.е. увеличена чувствительность реакции, и самое главное - нет необходимости избавЪяться от мешающих ионов. Реагент

МБАКО селективен: В случае экстракционно-фотометрического определения кобальта в растительном материале с пом;ошью ПАЛК и ПААФ, который характеризуется высокой чувствительностью и селективностью, необходимо 30 минутное кипячение раствора с комппексоном Ш для удаления мешающих ионов.

Повышение чувствительности и селективности реакции обнаружения кобальта ,в тканях органов животных достигается способом фотометрического определения кобальта в биологических обьектах.

В этих условиях устойчивыми являются только комплексы МБАКО с кобальтом, мешающих ионов нет, Пример 2. Методика фотометрического определения кобальта в биологических объектах с помощью МБАКО.

В специальном приборе-гомогенизаторе из сырого органа готовят его гомогенат. Затем гомогенат количественно переносят в химический стакан, выпаривают и добавпиот дпя сжигания по 0,5мл

HgS 0 (6 1,34) и HNOg(1,37) до полного обугливания массы. После этого по каплям добавляют Н 0, до просветления раствора и раствор выпаривают до влажных солей. Последние растворяют при нагревании в бидистийтированной воде, после охлаждения раствор фильтруют и доводят до метки в мерной колбе на 25 мл. Аликвотную часть полученного раствора (5 мл) берут в стаканчик и ацетатным буфером устанавливают рН 3,5-5,7. Затем к раствору добавляют

2 мл 0,05%-ного этального раствора ре« агента и стакан нагревают на плитке до образования первого пузырька. После развития окраски (3-5 мин) растворы охлаждают, добавляют 0,2-0,3 мл концентрированной уксусноя или соляной кислоты и переносят в мерные колбы на

10 мл. Разбавляют их до метки водой и

667 8 измеряют оптическую плотность прн равно 630 нм. Подобным образом готовят и измеряют оптическую плотность раствора сравнения. Содержание кобальта находят по калибровочному графику, используя метод добавок.

При необходимости повысить чувствительность, образующий комплекс может быть экстрагирован 2 мл хлороформа и оптическая плотность измерена на 3 равно 630 нм. Содержание Со находят по ка либровоч ному графику.

Кроме того, учитывая растворимость кобальтового комплекса МБАКО в органи« ческих растворителях, NBAKO можно использовать для концентрирования и последующего фотометрическоГо определения коДальта в биологических объектах.

Наибольщии интерес в качестве экстрагента представляют хлороформ (и толуол), отвечающие требованиям, предъявля« емым к растворителям, применяемым для экстракции. Существенное значение на выбор хлороформа (толуола) оказала его селективная способность в широком интервале рН (3,5-10,4) извлекать иэ водноспиртового раствора только комплексные соединения кобальта с МБАКО. Степень извлечения 97,4%. Контрастность реакции при этом составляет 250 нм, 6 8,4*10 (рН3,5-5,7) и 9,6 10 (рН 6,7-10,4.). Относительная ошибка определения не превышает 5%, метод отличается хорошей воспроиэводимостью, избирательностью и достаточно прост в исполнении, Пример 3. Способ концентрации и последующего фотометрического определения кобальта при анализе донных от ложений и растений.

Пробу сжигают в Н Ь 0 (ос.ч.) и

НлОл, растворяют в 20 мл уксусной кислоты (1:10). Для осаждения большого количества сульфатов, присутствующих в донных отложениях, добавляют 2 мл

50%-ного BaCEg и отфильтровывают. Осадок промывают водой и объем раствора доводят до 50мл, К аликвотной части полученного раствора (5 мл) добавляют

1 мл 0,01%-ного раствора М БАКО, наг ревают в течение 3-5 мин и доводят рН до 7,5-9,0 25%-ной М Н ОН. Затем дважды (по 5 мл) экстрагируют топуолом кобальтовый комплекс МБАКО (при этом реагент не экстрагируется). Объем вытяжки толуопа доводят до 1 0 мп в мер«ои

Другими методами определить содержание кобальта в гомогенатах органов животных не удалось.

891 6С)7 колбе на 10 м t и измеряют .>птическую плотность при ). равном 630 нм. Содержание кобальта находят по калибровочному графику.

При использовании этоro способа было определено с ошибкой, не превышающей

5%, что содержание кобальта составляет мг %: в печени белых крыс 0,1055, в легких 0,4042„почках 0,1650„селезенке 0,3809; крови 0,5000.

Таким образом, метод спектрофотометрического определения кобальта в биологических объектах при использовании в качестве реагента метилбензтиазолилазокетоксима отличается селективностью и высокой чувствительностью.

Реагент

МВАКО

3,5-1 0,4

4,0-8,0

5,0-9,0

130

110

250

В спиртовом растворе

8,6 7,4

Количественных данных по молярному коэффициенту погашения: для экстракции хлороформом нет

Мешающие ионы

Си, Мп,М Cu, Fe,Ni

Устраняют добавлением комплексона Ш и нагреванием раствора при 80оС в течение 30 мин

0,5$ /10 мл 0,5 /10мл 0,1 /10 мл

Формула изобретения могената, добавление сернои кислоты

{ф 1,34) и азотной кислоты (д 1,37) до обугливания массы, перекиси водорода до просветления раствора, упаривание до влажных солей и растворение в бидистиллированной воде, а также образование окрашенного комплекса кобальта с реагентом, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности и чувствительности реакции, в качестве реагента используют метилбензтиазопилазокетоксим и определение проводят при 630 нм в водно-этанольной среде при рН 3,5-5,7, 6,7-10,4, создаваемом аммиачнс ацетатным буфером, с последу» юшим добавлением концентрированной уксусной или соляной кислоты по рН 1,03,0.

1. Метилбензтиазолилазокетоксим фс>рмулы I в качестве избирательного аналитического реагента на ионы кобальта в биологических объектах. И

2. Способ фотометрнческoro определения кобальта в биологических объектах, включающий прнготов ение их органа гс

Оптимальное значение рН комплексообразования

Максимум светопоглощения, . > щс к >им реагента комплекса ь1

Молярный коэффициент поглс щения, E.. 10

Нижний предел обнаружения кобальта

В спиртов -водном растворе

3,0 при рН 3,5-5,7

6,3 при рН 6,7-10,4

При экстракции хлороформом:

5,4 при рН 3,5-5,7

9,6 при рН 6,7-10,4

Отсутствуют

891667

H стон ники информации, принятые во внимание при экспертиз .

1. Самохвалов С. Г., Титова А. A., Песис А. С. Применение пнридилазосое12 динений для фотометрического определения кобальта в растительном материале.

Химия в сельском хозяйстве", 1973, т. 11, No 1111, с. 69-73 (прототип), Составитель H. Капитановаi редактор P. Цицика Текред М Надь Корректор Н. Швыдкая .Заказ 1 1 141/33 Тираж 4 46 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", .г. Ужгород, ул. Проектная, 4