Глава III. МЕТОДЫ АНАЛИЗА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Химико-токсикологическое исследование биологического материала на наличие токсических веществ состоит из нескольких этапов: изолирование исследуемых соединений из объектов биологического происхождения, очистка полученных вытяжек от примесей, выделение исследуемых веществ из предварительно очищенных вытяжек, идентификация и количественное определение выделенных веществ. Для выполнения отдельных этапов химико-токсикологического анализа применяются соответствующие химические, физические и физико-химические методы.

Для изолирования токсических веществ из органов трупов в основном применяются методы экстракции, выщелачивания, разрушения биологического материала, перегонки с водяным паром и др.

Очистка вытяжек из биологического материала осуществляется с помощью методов экстракции, диализа, хроматографии в тонких слоях сорбентов, адсорбционной молекулярной хроматографии на колонках, гель-хроматографии и др.

Значительно большее число методов применяется для идентификации и количественного определения токсических веществ, выделенных из биологического материала. Для идентификация указанных веществ применяются качественные реакции, методы хроматографии в тонких слоях сорбентов, газожидкостной хроматографии, спектроскопии в УФ-и ИК-областях, электрофореза, микрокристаллоскопии, микродиффузии и др.

Одну из групп методов, применяемых для обнаружения токсических веществ, составляют фармакологические, биохимические и другие методы. Обнаружение ядовитых веществ с помощью этих методов производят специалисты соответствующих областей науки (фармакологи, биохимики).

Для количественного определения ядовитых веществ, выделенных из биологического материала, применяются чувствительные фотоколориметрические, спектрофотометрические, газохро-матографические и другие методы.

Некоторые перечисленные выше методы описаны в литературе по аналитической химии, фармацевтическому анализу, биохимии и по некоторым другим дисциплинам. Учитывая специфику и особенности химико-токсикологического анализа (см. гл. I, § 2), не всякий метод и не всякая реакция, применяемые в аналитической химии и фармацевтическом анализе, пригодны для целей химико-токсикологического анализа.

Ряд указанных выше методов, применяемых в токсикологической химии, не описан в учебниках и учебных пособиях по различным дисциплинам, изучаемым студентами фармацевтических институтов и факультетов. Это обстоятельство затрудняет изучение студентами курса токсикологической химии.

Остановимся на описании некоторых методов, применяемых в химико-токсикологическом анализе.

МЕТОД ЭКСТРАКЦИИ

В современном 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. Этот метод применяется для обнаружения токсических веществ при помощи некоторых качественных реакций, для количественного определения этих веществ экстракционно-фотометрическими методами, для концентрирования исследуемых веществ, находящихся в сильно разбавленных растворах, и для ряда других целей.

Экстракция — процесс извлечения растворителями соответствующих веществ из различных объектов. Объекты, из которых извлекают соответствующие соединения, могут быть твердыми веществами и жидкостями. Поэтому процессы извлечения подразделяют на экстракцию в системе твердое тело — жидкость и на экстракцию в системе жидкость — жидкость (жидкостную экстракцию).

Для экстракции веществ в системе твердое тело — жидкость в качестве экстрагентов применяют органические растворители. Извлечение соответствующих веществ из твердых тел водой называется выщелачиванием.

В химико-токсикологическом анализе метод экстракции в системе твердое тело — жидкость и метод выщелачивания применяются для изолирования исследуемых веществ (целевых компонентов) из органов трупов, растений, почвы и других объектов.

Процесс экстракции (выщелачивания) целевых компонентов из биологического материала является многостадийным. Основными стадиями этого процесса являются: проникновение экстра-гента в клетки и ткани трупного материала и в другие объекты, в которых находится исследуемое вещество, растворение целевого компонента в экстрагенте или взаимодействие целевого компонента с экстрагентом в клетках и тканях биологического материала, перенос растворенного целевого компонента через оболочки клеток в межклеточное пространство и смешивание извлеченных из клеток веществ с основной массой экстрагента.

Степень изолирования исследуемых веществ из биологического материала зависит от растворимости извлекаемых веществ в экстрагенте, структуры (пористости) биологического материала, проникающей способности экстрагентов в клетки и ткани биологического материала, степени его измельчения, интенсивности перемешивания смеси измельченного биологического материала и экстрагента, кратности настаивания биологического материала с экстрагеитом, температуры, рН среды и ряда других факторов. Влияние отдельных перечисленных выше факторов на изолирование токсических веществ из биологического материала приводится ниже (см. гл. V, § 2—4).

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.

Извлечение вещества из фазы органического растворителя в водную фазу называется реэкстρакцией.

Некоторыми преимуществами метода экстракции объясняется широкое применение его не только в токсикологической химии, но и в химической технологии, фармации, биохимии и т. д. При использовании методов 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 оправдывает себя при разделении термолабильных веществ. Использование метода экстракции для концентрирования позволяет переводить вещества из сильно разбавленных растворов в небольшой объем органического растворителя.

Переход экстрагируемого вещества из одного растворителя в другой происходит в результате разности концентраций и неодинаковой растворимости этого вещества в обоих растворителях. Этот процесс происходит до тех пор, пока не наступит равновесие концентраций извлекаемого вещества в одном и другом растворителях.

Исследования показали, что экстрагируемость химических соединений зависит от растворимости их в воде и в несмешивающихся с водой органических растворителях, применяемых для экстракции. Подтверждением этого является то, что коэффициент распределения некоторых веществ приблизительно равен отношению их растворимостей в органическом растворителе и в воде.

Органические растворители, которые применяются для экстракции органических соединений, оказались непригодными для экстракции большого числа неорганических соединений. Поэтому сделаны попытки найти подходящие экстрагенты для извлечения неорганических соединений из водных растворов. Проведенные исследования показали, что для экстракции неорганических соединений в качестве экстрагентов с успехом могут быть использованы некоторые карбоновые и сульфоновые кислоты, отдельные фосфорорганические соединения, высокомолекулярные амины, соли четвертичных аммониевых оснований и др. Эти вещества при экстракции взаимодействуют с неорганическими соединениями и их ионами. Кроме перечисленных соединений в качестве экстрагентов для ионов металлов предложены так называемые хелатирующие агенты (вещества, растворы которых с ионами металлов образуют хелаты). К числу хелатирующих агентов относятся; купферон, 8-оксихинолин, дитизон, дитиокар-баматы и др.

В связи с применением перечисленных выше веществ для экстракции неорганических соединений и их ионов изменилось представление об экстрагентах. В настоящее время под экстрагентом понимают органический растворитель (содержащий или не содержащий другие компоненты), который извлекает вещество из водной фазы. Составная часть экстрагента, химически взаимодействующая с извлекаемым веществом, называется реа гентом.

В зависимости от состава и свойств экстрагентов экстракционные системы подразделяются на две группы. К первой группе относятся экстракционные системы с так называемым «физическим» распределением компонентов. В этих системах отсутствует химическое взаимодействие между экстрагентом (органическим растворителем) и экстрагируемыми веществами. Различная растворимость некоторых веществ, а следовательно, и неодинаковая экстрагируемость их объясняются физическими свойствами этих веществ и экстрагеитов (дипольный момент, диэлектрическая проницаемость и др.).

Свойства некоторых органических растворителей, применяемых в качестве экстрагентов, приведены в табл. 1.

Ко второй группе относятся экстракционные системы, в которых экстракция осуществляется за счет химического взаимодействия извлекаемых веществ с экстрагентами. Эффективность разделения веществ в таких системах зависит от прочности образующихся соединений или комплексов. Эти экстракционные системы используются для извлечения неорганических веществ.

Экстракция с помощью экстрагентов, взаимодействующих с экстрагируемыми веществами, является более сложным процессом, чем экстракция, основанная на физическом распределении. При использовании экстрагентов, взаимодействующих с экстрагируемыми веществами, процессы экстракции могут осложняться побочными реакциями. В ряде случаев одновременно может происходить экстракция нескольких различных соединений.