Способ определения аспарагиновой кислоты в водном растворе

Способ определения аспарагиновой кислоты в водном растворе

Реферат

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при разработке процессов производства биологически активных пищевых добавок, поливитаминов, белковых смесей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является спектрофотометрический способ определения аспарагиновой кислоты по реакции с нингидрином [Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. - М.: Химия, 1970. - 344 с.].

Недостатки известного способа - трудоемкость, применение токсичного реагента - нингидрина, невозможность осуществления способа определения аспарагиновой кислоты в производственных условиях.

Технической задачей изобретения является разработка экспрессного способа определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе с применением безопасных реагентов, отличающегося простотой аппаратурного оформления.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе, включающем пробоотбор, приготовление водного раствора кислоты, количественное определение кислоты, новым является то, что к водному раствору аспарагиновой кислоты добавляют высаливатель - кристаллический сульфат лития в количестве 20-25 мас.% к количеству водного раствора кислоты, перемешивают, к водно-солевому раствору кислоты добавляют смесь гидрофильных растворителей в соотношении 10:1, причем смесь гидрофильных растворителей готовят из 55-55,5 мас.% бутилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 24-25 мас.% этилацетата, экстракт отделяют, определяют в нем количество аспарагиновой кислоты потенциометрическим титрованием, строя дифференциальную кривую зависимости изменения потенциала среды от объема титранта. Находят эквивалентный объем титранта, затраченного на титрование, затем по формуле (1) вычисляют массу аспарагиновой кислоты в экстракте (m_о) и соответствующий коэффициент распределения по формуле (2):

где С - концентрация титранта, моль/л; V - объем титранта, затраченный на титрование, мл; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

Степень извлечения (R, %) аспарагиновой кислоты рассчитывают по формуле (3):

где D - коэффициент распределения аспарагиновой кислоты между смесью растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.

Продолжительность анализа по предлагаемому способу 15-20 мин.

Технический результат заключается в разработке экспрессного способа определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе с применением безопасных реагентов, отличающегося простотой аппаратурного оформления.

Предлагаемый способ определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе осуществляют по следующей методике.

К 20 мл водного раствора аспарагиновой кислоты с исходной концентрацией 0,1-1 мг/мл добавляют 20-25 мас.% высаливателя (сульфат лития). Предварительно готовят смесь гидрофильных растворителей, состоящую из 55-55,5 мас.% бутилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 24-25 мас.% этилацетата, которую затем добавляют к водно-солевому раствору аспарагиновой кислоты в количестве 2 мл. Далее экстрагируют на вибросмесителе 5 мин (в течение этого времени достигается межфазное равновесие), выдерживают 1-2 мин, после расслаивания фаз экстракт отделяют, не захватывая водного слоя, количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования и титруют по кислотно-основному механизму. В качестве титранта применяют 0,01 моль/л раствор КОН в безводном этиловом спирте. При неводном титровании индикаторным электродом служит стеклянный электрод. Предварительные исследования показали, что он соответствует следующим требованиям: химическая инертность, четкость и воспроизводимость получаемого аналитического сигнала. В качестве электрода сравнения применяют хлоридсеребряный электрод, заполненный насыщенным раствором хлорида калия в этиловом спирте для предотвращения попадания воды из электрода в неводный раствор определяемой кислоты. Электродвижущую силу измеряют на высокоомном потенциометре.

На дифференциальной кривой потенциометрического титрования аспарагиновой кислоты имеется максимум, соответствующий содержанию кислоты в экстракте. Находят эквивалентный объем титранта, затраченного на титрование, затем по формуле (1) вычисляют массу аспарагиновой кислоты в экстракте (m_о) и соответствующий коэффициент распределения по формуле (2):

где С - концентрация титранта, моль/л; V - объем титранта, затраченный на титрование, мл; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

Степень извлечения (R, %) аспарагиновой кислоты рассчитывают по формуле (3):

где D - коэффициент распределения аспарагиновой кислоты между смесью растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.

В органическую фазу переходит 97-98% аспарагиновой кислоты от ее содержания в исходном растворе. Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

К 20 мл анализируемого водного раствора аспарагиновой кислоты добавляют 2 мл смеси растворителей, содержащей 55 мас.% бутилового спирта, 20 мас.% ацетона и 25 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 аспарагиновой кислоты добавляют высаливатель - кристаллический сульфат лития в количестве 20 мас.%. К 20 мл водно-солевого раствора аспарагиновой кислоты добавляют 2 мл смеси растворителей, содержащей 55 мас.% бутилового спирта, 20 мас.% ацетона и 25 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. Электрод сравнения - хлоридсеребряный, заполненный насыщенным раствором хлорида калия в этиловом спирте. Электродвижущую силу измеряют на высокоомном потенциометре, строят дифференциальную кривую потенциометрического титрования зависимости изменения ЭДС от объема титранта.

На дифференциальной кривой потенциометрического титрования аспарагиновой кислоты имеется максимум, соответствующий содержанию кислоты в экстракте. Находят эквивалентный объем титранта, затраченного на титрование, затем по формуле (1) вычисляют массу аспарагиновой кислоты в экстракте (m_о) и соответствующий коэффициент распределения по формуле (2):

где С - концентрация титранта, моль/л; V - объем титранта, затраченный на титрование, мл; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

Степень извлечения (R, %) аспарагиновой кислоты рассчитывают по формуле (3):

где D - коэффициент распределения аспарагиновой кислоты между смесью растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.

В органическую фазу переходит 97.9% аспарагиновой кислоты от ее содержания в исходном растворе. Достигается практически полное (97-98 мас.%-ное) извлечение аспарагиновой кислоты, способ выполним.

Пример 3

Анализ выполняют аналогично примеру 2, но к водному раствору аспарагиновой кислоты добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 25 мас.%. В органическую фазу переходит 97.6% аспарагиновой кислоты от ее содержания в исходном растворе. Достигается практически полное (97-98 мас.%-ное) извлечение аспарагиновой кислоты, способ выполним.

Пример 4

Анализ выполняют аналогично примеру 2, но к водному раствору аспарагиновой кислоты добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 30 мас.%. После экстракции выделяются кристаллы высаливателя, способ невыполним.

Пример 5

Анализ выполняют аналогично примеру 2, но к водному раствору аспарагиновой кислоты добавляют кристаллический сульфат лития в количестве 15 мас.%. В органическую фазу переходит 46% аспарагиновой кислоты от исходного содержания в анализируемом растворе. Практически полное (97-98 мас.%-ное) извлечение аспарагиновой кислоты не достигается. Способ невыполним.

Пример 6

Анализ выполняют, как в примере 2, но к водно-солевому раствору аспарагиновой кислоты добавляют трехкомпонентную смесь гидрофильных растворителей, содержащую 35 мас.% бутилового спирта, 55 мас.% ацетона и 10 мас.% этилацетата. В органическую фазу переходит 35.4 аспарагиновой кислоты от ее содержания в исходном растворе. Практически полное (97-98 мас.%-ное) извлечение аспарагиновой кислоты не достигается, способ невыполним.

Пример 7

Анализ выполняют, как в примере 2, но к водно-солевому раствору аспарагиновой кислоты добавляют трехкомпонентную смесь гидрофильных растворителей, содержащую 70 мас.% бутилового спирта, 25 мас.% ацетона и 5 мас.% этилацетата. В органическую фазу переходит 65.5% аспарагиновой кислоты от ее содержания в исходном растворе. Практически полное (97-98 мас.%-ное) извлечение аспарагиновой кислоты не достигается, способ невыполним.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика примеров определения аспарагиновой кислоты в водном растворе по заявляемому способу.

Таблица 1Сравнительная характеристика примеров определения аспарагиновой кислоты в водном растворе по заявляемому способу
Номер примера	Содержание высаливателя, мас.%	Состав экстрагента, мас.%	Степень извлечения аспарагиновой кислоты, %
бутиловый спирт	ацетон	этилацетат
1	-	55	20	25	-
2	20	55	20	25	97,9
3	25	55	20	25	97,6
4	30	55	20	25	-
5	15	55	20	25	46
6	20	35	55	10	80,3
7	70	25	25	5	65,5

Как следует из таблицы 1, положительный эффект по предлагаемому способу достигается при содержании высаливателя 20-25 мас.%, применении трехкомпонентной смеси гидрофильных растворителей, состоящей из 55- 55.5 мас.% бутилового спирта, 20-20.5 мас.% ацетона и 24-25 мас.% этилацетата и объемном соотношение смеси экстрагентов и водно-солевого раствора 1:10.

Предлагаемый способ определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе позволяет определять аспарагиновую кислоту в водном растворе на уровне концентраций 0,1-1 мг/мл (таблица 2).

Таблица 2Определение аспарагиновой кислоты в экстрактах, полученных при извлечении смесью гидрофильных растворителей заявляемого состава; n=4, Р=0,95
Содержание кислоты в водном растворе, мг	Содержание кислоты, в экстракте, мг
0,1	0,097±0,18
0,2	0,194±0,11
0,3	2,917±0,20
0,4	0,389±0,23
0,5	0,486±0,18
0,6	0,581±0,13
0,7	0,679±0,21
0,8	0,754±0,15
0,9	0,824±0,12
1,0	0,936±0,13

Способ определения количества аспарагиновой кислоты в водном растворе, включающий пробоотбор, приготовление водного раствора кислоты, количественное определение кислоты, отличающийся тем, что к водному раствору аспарагиновой кислоты добавляют высаливатель - кристаллический сульфат лития в количестве 20-25 мас.% к количеству водного раствора кислоты, перемешивают, к водно-солевому раствору кислоты добавляют смесь гидрофильных растворителей в соотношении 10:1, причем смесь гидрофильных растворителей готовят из 55-55,5 мас.% бутилового спирта, 20-20,5 мас.% ацетона и 24-25 мас.% этилацетата, экстракт отделяют, определяют в нем количество аспарагиновой кислоты потенциометрическим титрованием, строя дифференциальную кривую зависимости изменения потенциала среды от объема титранта, степень извлечения (R,%) аспарагиновой кислоты рассчитывают по формуле

R=D·100/D+r,

где D - коэффициент распределения аспарагиновой кислоты между смесью растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.