О применении электродиализа при судебнохимическом анализе алкалоидов

За последние годы внимание исследователей все больше привлекает метод изолирования алкалоидов путем электродиализа. Этот метод может представлять интерес и для целей судебнохимического анализа.

Электродиализ можно характеризовать как процесс ускоренного переноса частиц, заряженных электричеством, через капиллярную структуру мембран. Введение -последних значительно усложняет процесс электролиза, поэтому нельзя представлять себе электродиализ как простую сумму двух процессов — электролиза и диализа. Большую роль играют также процессы перемещения воды и коллоидных частиц под действием тока (электроосмос и электрофорез).

Первые работы по практическому применению электродиализа были проведены в 1889 г. для очистки сахарного сиропа от следов электролитов.

Электродиализу подвергаются вещества неорганической и органической природы, диссоциированные в водных растворах, т. е. электролиты. Из органических веществ сюда можно отнести алкалоиды и органические основания, различные амины и аминокислоты, производные барбитуровой кислоты и т. д. Вещества с очень большой молекулой (например, белки) и электронейтральные вещества (например, сахар, желатина, некоторые антибиотики и др.) электродиализу не подвергаются.

Существенное влияние на ход электродиализа оказывают такие факторы, как материал электродов и мембран, рН среды, температура жидкости и т. д. При электродиализе алкалоидов особенно важно соблюдение условий температуры и рН, так как в ходе процесса температура жидкости имеет тенденцию к повышению за счет работы тока, некоторые же алкалоиды при одновременном воздействии нагревания и электрического тока могут изменяться.

Для целей токсикологического анализа электродиализ стал применяться сравнительно недавно. Литература в этой области не превышает 15 работ, главным образом французских.

Первыми такими работами можно считать работы Табона и Базиля (1935—1936) по изолированию арсената натрия, органических препаратов мышьяка, стрихнина, веронала и фтора из токсикологического материала. Авторы показали, что изолирование этих веществ путем электродиализа происходит быстрее и с меньшей затратой труда, чем при применении классических методов.

Фабр и Официальский изолировали стрихнин и веронал из 'биологического материала посредством электродиализа и показали, что этот метод исключает образование эмульсий и позволяет изолировать алкалоид из объектов, богатых липоидами.

Марик и Роша предложили усовершенствованный аппарат для работы с биологическим материалом.

В отечественной литературе были опубликованы co я С. Л. Архангеловой об опытах применения электро диализа для целей — токсикологии и высказаны соображения в пользу применения электродиализа как метода, давшего хорошие результаты.

И. В. Соколова сообщала об электродиализе биологического материала, смешанного со стрихнином, и материала из отравленных животных. Продукты, полученные в результате изолирования, исследовались качественной реакцией на стрихнин (с бихроматом калия в концентрированной серной кислоте). По мнению автора, качественное определение стрихнина, выделенного этим методом, возможно лишь при использовании не менее 5 мг его. В работе не приведена методика электродиализа и не дана количественная оценка результатов.

В 1955—1957 гг. в иностранной литературе появились работы по токсикологическому применению злектродиализа. Об изолировании из крови хинина и стрихнина сообщил Прейсс. Несколько позднее он предпринял попытки изолировать из биологического материала барбитураты электродиализом. Об опытах по применению электродиализа для целей токсикологии сообщила в 1957 г. Колянкевич. Интересна работа французского исследователя Молля. Автор применил электродиализ для изолирования ряда веществ, в том числе алкалоидов, из различных объектов, причем в тех случаях, когда классические методы анализа очень сложны или бессильны, метод электродиализа оказывается вполне удовлетворительным, например, при изолировании алкалоидов из объектов, богатых жирами, содержащих сахар, смолы и т. п.

В настоящей работе мы ставили перед собой задачу изучить метод электродиализа на примере алкалоида, имеющего токсикологическое значение, и попытаться разработать методику электродиализа для изолирования этого алкалоида из судебнохимических объектов.

В качестве примера алкалоида мы использовали стрихнин. Выбор основывался на следующих соображениях: стрихнин имеет токсикологический интерес, подвергается электродиализу сравнительно быстро, не претерпевая при этом химических изменений и, следовательно, мог слух жить хорошей моделью для изучения метода.

Нами был собран прибор, включаемый в цепь (постоянного тока (от выпрямителя тока), в цепь включали также измерительные приборы для контроля за режимом тока.

Изучив рекомендации различных авторов, мы нашли, что наиболее приемлемым для работы с судебнохимическим материалом может явиться прибор И. Е. Ласкина, который был нами несколько видоизменен. Взамен сетчатых электродов, закрепленных в крышке прибора, мы воспользовались плоскими, прямоугольными электродами, погруженными на дно сосуда (рис. 1). Каждый электрод предварительно был обернут в материал мембраны, наподобие мешочка так, чтобы на рабочей поверхности электрода находился один слой мембраны. Сосуд для электродиализа был стеклянный, объемом около 1 л, в нем находилась жидкость или соответствующим образом подготовленный объект, в катодное и анодное отделения наливали дистиллированную воду. Конструкция прибора создавала свободный доступ к любой части прибора в ходе работы, что было важно для исследований.

Для того чтобы выбрать оптимальные условия для изолирования стрихнина, мы вначале изучили процесс злектродиализа на его водных растворах, содержащих 1 мг нитрата стрихнина в 100 мл воды (стрихнин добавляли в виде 0,1 % водного раствора, предварительно проверенного количественно).

Оценку всех опытов проводили количественно, для чего был разработан колориметрический метод определения малых количеств стрихнина.

Мы изучали влияние на электродиализ материала электродов и мембран, рН и температуры жидкости, перемешивания ее и режима тока.

Дл я электродов проверяли следующие материалы: медь электролитическая, сталь нержавеющая (Марки ЭЯ-1Т), уголь электродный, графит подшипниковый (в различных сочетаниях попарно). Лучшие результаты были получены со стальным и графитовым электродами (соответственно катод и анод), с которыми мы проводили дальнейшую работу. Размер электродов 75X150 мм.

В качестве материала для мембран использовали пергаментную бумагу, целлофан и коллодий (удельный вес 0,76), с помощью которого были приготовлены мембраны по Бехольду: фильтровальную бумагу пропитывали коллодием, который затем фиксировали дистиллированной водой. Эти материалы мы проверили в различных сочетаниях. Наилучшие результаты дало применение пары мембран: пергаментная бумага — у катода, коллодиевая по Бехольду — у анода.

Относительно влияния рН жидкости на электродиализ в литературе имеются указания на то, что алкалоиды легче изолируются, если электродиализ ведется в кислой среде. Проверив влияние некоторых минеральных и органических кислот (соляной, серной, виннокаменной, щавелевой, уксусной), мы выбрали виннокаменную кислоту, которая обеспечивает достаточно кислую реакцию и не дает нежелательных вторичных продуктов при электродиализе. В ходе процесса рН жидкости контролировали капельным методом, предложенным Н. А. Тананаевым и А. Н. Тананаевым. Оптимальные условия рН, при которых следует вести процесс равны 5,5—6,5; такая кислотность достигается прибавлением 5—10 мл 100/о водного раствора виннокаменной кислоты.

Рис. 1. Прибор для электродиализа.

Рис. 2. Динамика изолирования стрихнина из его водных растворов электродиализом.

Оптимальные температурные условия при работе с биологическим материалом — не выше 40°, для этого необходимо внешнее охлаждение сосуда льдом или проточной водой. Следует отметить, что при работе с водными растворами повышение температуры жидкости не мешает изолированию стрихнина, но при работе с биологическим материалом нагревание влияет на проницаемость мембран, и при температуре выше 40° в католит могут переходить загрязняющие вещества.

Необходимо перемешивание смеси, особенно при работе с биологическим материалом. Мы осуществляли перемешивание путем барботирования пузырьков воздуха через смесь (от аспиратора).

Оптимальный режим тока — 60 V при плотности тока не более 10 mА/см.

На рис. 2 показана динамика изолирования стрихнина из водных растворов. Кривые обозначают изолирование стрихнина при оптимальных условиях с применением различных мембран: А — пергаментная и коллодиевая; Б — целлофановые; В —пергаментная и целлофановая.

Таким образом, мы установили условия, при которых за 6—8 часов удавалось изолировать от 80 до 100% стрихнина из его водных растворов. Такое время было намечено нами преднамеренно для того, чтобы не выходить из пределов оптимального времени, затрачиваемого на судеб- нохимический анализ алкалоидов.

В опытах с токсикологическим материалом объектом исследований служила печень. К измельченному объекту за 24 часа до опыта добавляли нитрат стрихнина в растворе и тщательно смешивали с объектом.

Изолирование путем электродиализа проводили в четырех вариантах в зависимости от порядка обработки объекта и применяемого растворителя (табл. 1).