авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Определение жирных кислот в сапропеле методом хромато-масс-спектрометрии с применением водной вибромагнитной экстракции

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ТЮНИНА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В САПРОПЕЛЕ

МЕТОДОМ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОДНОЙ ВИБРОМАГНИТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ

02.00.02 – аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Томск – 2013 г.

Работа выполнена на кафедре органической химии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский

Томский государственный университет»

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент

Дычко Константин Александрович

Официальные оппоненты: Зибарева Лариса Николаевна, доктор химических

наук, старший научный сотрудник, Сибирский ботанический сад Томского государственного университета, зав. лабораторией фитохимии

Родин Игорь Александрович, кандидат химических наук, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра аналитической химии, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Сибирский

федеральный университет» (г. Красноярск)

Защита состоится « 17 » апреля 2013 г. в 14 час. 30 мин. на заседании

диссертационного совета Д.212.269.04 Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный Исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 30, корпус 2.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный Исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55

Автореферат разослан «_____» _марта 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. хим. наук, доцент Гиндуллина Т.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Липиды, входящие в состав различных видов природного сырья, обладают биологической активностью и находят применение для создания новых водорастворимых лекарственных средств, пищевых добавок, в традиционных методах грязелечения, в косметологии. Считается, что биологическое действие липидов обусловлено наличием в их структуре свободных и связанных жирных кислот (ЖК). Традиционным методом их выделения является экстракция с применением различных органических растворителей. Наиболее часто для этих целей используют метод Фолча с применением в качестве экстрагентов спирт–хлороформных смесей. В настоящее время приоритетным является разработка новых экологически безопасных, ресурсоэффективных методов экстракции с применением воды в качестве экстрагента. Меньшая экстракционная способность воды по сравнению с органическими растворителями требует более жёстких условий для эффективного извлечения целевых компонентов. В этой связи поиск оптимальных условий экстракции ЖК невозможен без разработки новых экспрессных и высокочувствительных методов их аналитического контроля. К числу таких методов относится метод хромато-масс-спектрометрии.



В качестве возобновляемого природного сырья для выделения липидов перспективно использование сапропелей. В Томской области такими запасами обладает «Санаторий «Чажемто». В нативном виде они широко применяются для курортного грязелечения как в санаториях Томской области, так и РФ, поскольку содержат широкий спектр биологически активных соединений. Однако химический состав этих сапропелей, содержащих липиды, изучен недостаточно. В значительной степени это связано с отсутствием высокочувствительных методик анализа, включающих эффективные стадии выделения целевых компонентов. Для повышения эффективности извлечения липидов из сапропелей в работе исследована возможность применения водной вибромагнитной экстракции. В этой связи разработка современных методик определения ЖК для изучения химического состава природного сырья, в том числе водных экстрактов сапропелей, является актуальным.

Работа выполнена в рамках заказа Министерства образования и науки РФ «Создание препаративных методов выделения и анализа биологически активных соединений из природных объектов и биологических жидкостей» 2008 - 2011 гг., № 01200903882; хоздоговорной работы «Создание технологии переработки сапропеля в продукт специального назначения путем вибромагнитного воздействия» № 862 по заказу ОГУЗ «Санаторий «Чажемто» (2011 г.).

Объект исследования – сапропель озера Карасёвое (Томская область «Санаторий «Чажемто»).

Предмет исследования – биологически активные липидные соединения, в том числе жирные кислоты (С10:n – С24:n).

Цель работы разработка методики определения жирных кислот в сапропелях методом хромато-масс-спектрометрии с применением водной вибромагнитной экстракции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Применить водную вибромагнитную экстракцию с целью интенсификации стадии выделения жирных кислот из сапропелей для их последующего определения методом хромато-масс-спектрометрии.

2. Определить рабочие условия (время вибромагнитного воздействия, соотношение сапропель–вода) и оценить эффективность извлечения жирных кислот из сапропелей посредством водной вибромагнитной экстракции методами гравиметрии и хромато-масс-спектрометрии.

3. Разработать методику определения жирных кислот методом хромато-масс-спектрометрии с применением стандартных образцов фирмы Sigma, включающую выбор условий хроматографического разделения кислот ненасыщенного ряда, расчет относительных коэффициентов чувствительности и оценку метрологических характеристик.

4. Применить разработанную методику для оценки содержания свободных и связанных жирных кислот в сапропеле озера Карасёвое и экстрактах на его основе.

Научная новизна работы.

  1. Разработана новая методика эффективного извлечения жирных кислот из сапропелей методом водной экстракции в условиях вибромагнитного воздействия.
  2. Создана методика определения жирных кислот на примере сапропеля озера Карасёвое методом хромато-масс-спектрометрии, включающая стадию пробоподготовки с применением вибромагнитной экстракции. Правильность методики доказана сопоставлением результатов анализа стандартного образца фирмы Sigma.
  3. Получены новые данные о жирнокислотном составе сапропеля озера Карасёвое и экстрактов на его основе («Паста-пелоид» и «Водный коллоидный экстракт»).

Практическая значимость работы.

1. Создан и запатентован вибромагнитный экстрактор «Многофункциональное устройство для переработки природного органического сырья в жидкой среде», позволяющий эффективно и экологически безопасно выделять жирные кислоты из природных сапропелей.

2. С применением водной вибромагнитной экстракции интенсифицирована стадия пробоподготовки сапропелей и разработана методика определения жирных кислот методом хромато-масс-спектрометрии.

3. Разработанный способ водной вибромагнитной экстракции нашёл практическое применение для получения экстрактов на основе сапропеля озера Карасёвое (Томская область): «Паста-пелоид» и «Водный коллоидный экстракт». Первый экстракт предназначен в качестве косметического средства, для лечения кожных заболеваний; отмечен серебряной медалью на 5-й Биотехнологической выставке-ярмарке «РосБиоТех-2011», г. Москва. Второй экстракт может быть использован как субстанция для получения косметических и лекарственных средств; способ получения отмечен бронзовой медалью на 23-й Международной выставке изобретений, инноваций и технологий «ITEX 2012», Малайзия.

4. Разработанная методика определения жирных кислот методом хромато-масс-спектрометрии может быть положена в основу временной фармакопейной статьи при утверждении полученных экстрактов в качестве лекарственных препаратов, а также использоваться для контроля качества природного сырья и для экспертизы препаратов на основе пелоидов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика эффективного и экологически безопасного выделения полярных органических соединений из сапропеля методом вибромагнитной экстракции с применением воды в качестве экстрагента.

2. Методика хромато-масс-спектрометрического определения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в сапропелях (в виде метиловых эфиров) в режиме селективного ионного мониторинга по характеристическим ионам с учетом значений коэффициентов относительной чувствительности; результаты сравнительного определения жирных кислот с использованием стандарта фирмы Sigma.

3. Результаты тестирования реальных объектов (сапропель озера Карасёвое, экстракты «Паста-пелоид» и «Водный коллоидный экстракт») на содержание свободных и связанных жирных кислот методом хромато-масс-спектрометрии с применением водной вибромагнитной экстракции.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, доложены и обсуждены на следующих научных конференциях: IV Международная конференция «Экстракция органических соединений» (2010 г., Воронеж); XV Международная экологическая конференция «Экология России и сопредельных территорий» (2010 г., Новосибирск); Всероссийская конференция с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» (2010 г., Казань); II Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Ресурсоэффективные технологии для будущих поколений» (2010 г., Томск); Международная научно-практическая конференция «Химия и жизнь» (2011, 2012 гг., Новосибирск); VI Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2012. Аналитическая химия» (2012 г., Санкт-Петербург); IV Всероссийская научная конференция с международным участием «Новые достижение в химии и химической технологии растительного сырья» (2012 г., Барнаул); Общероссийская с международным участием научная конференция «Полифункциональные химические материалы и технологии» (2012 г., Томск).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 1 патент, 14 материалов конференций и тезисов докладов.

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в постановке цели и задач исследования, планировании и проведении экспериментальных работ, обработки и обсуждении результатов, формулировании выводов, написании публикаций. Автор принимал участие в создании вибромагнитного экстрактора, разработке способа водной экстракции, получении экстрактов на основе сапропеля и оформлении необходимой документации для прохождения сертификации. Автор являлся непосредственным разработчиком методики хромато-масс-спектрометрического определения жирнокислотного состава в сочетании с водной вибромагнитной экстракцией липидов из сапропеля.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, 4 приложений и списка использованной литературы. Материалы диссертации изложены на 121 странице, включают 16 таблиц, 33 рисунка. Список использованной литературы включает 103 наименования.

В первой главе представлен литературный обзор по исследованию химического состава сапропелей. Рассмотрены способы выделения липидов с применением различных растворителей и различных способов экстракции. Рассмотрены возможности применения современных физико-химических методов анализа при изучении состава жирных кислот. Во второй главе описан способ отбора проб сырья, реагенты, схема и принцип работы вибромагнитного экстрактора, методики эксперимента и расчетные формулы. В третьей главе представлены и обсуждены результаты, связанные с особенностями вибромагнитного воздействия на сапропель. Проведена оценка выхода экстрактивных веществ с применением комплекса экспрессных методов аналитического контроля (определение цветности, гравиметрии и спектрофотометрии). Методом электронной микроскопии показано, что увеличение выхода экстрактивных веществ связано с диспергированием сырья. В четвертой главе приведена разработанная методика определения метиловых эфиров жирных кислот методом хромато-масс-спектрометрии с применением стандартного образца фирмы Sigma. Оптимизированы условия хроматографического разделения метиловых эфиров олеиновой, линолевой и линоленовой кислот; рассчитаны коэффициенты их относительной чувствительности для проведения количественных расчетов в режиме селективного ионного мониторинга по характеристическим ионам; представлены метрологические характеристики разработанной методики. Приведены результаты анализа реальных образцов сапропеля и экстрактов, полученных с применением водной вибромагнитной экстракции.





ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВОДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИБРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

1. Выбор условий выделения экстрактивных веществ

с применением водной вибромагнитной экстракции

Для интенсификации процесса извлечения липидов, включающих насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, из сапропелей использовали вибромагнитный экстрактор, принципиальная схема которого представлена на рис. 1. Экстрактор состоит из реакционной емкости, куда загружается сырье с экстрагентом, магнитной катушки и вибрирующей пластины. В зоне активации создаются следующие параметры: скорость затопленных струй до 20 м/с; сдвиговая скорость до 15·103 с-1; перепад давления в зоне активации до 3 атм; частота основного воздействия 50 Гц; частота модуляции основного воздействия до 10 Гц; магнитная индукция в зоне активации до 1,9 Тл. Совокупность данных параметров способствует интенсивному перемешиванию, снятию диффузионных затруднений, увеличению массопереноса, возникновению кавитации, диспергированию сырья, повышению экстракционной способности воды. Все эти факторы позволяют интенсифицировать процесс извлечения внутриклеточных липидных соединений.

Для выбора оптимальных условий выделения экстрактивных веществ из сапропеля озера Карасёвое с применением вибромагнитного воздействия варьировали различные соотношения сапропель–экстрагент (1:2, 1:3, 1:5) и время экстракции. Аналитический контроль выхода экстрактивных веществ осуществляли методами гравиметрии, цветометрии, спектрофотометрии.

На рис. 2 представлены зависимости выхода экстрактивных веществ при различных соотношениях сапропель–вода и времени экстракции, полученные методом гравиметрии. Из рисунка следует, что насыщение экстракта наблюдается при соотношении 1:3 в течение 120 мин. Дальнейшее увеличение соотношения сапропель–вода и времени экстракции практически не приводят к увеличению выхода целевого продукта. Эта закономерность подтверждена методом определения цветности.

На рис. 3 приведены результаты изменения интенсивности цвета водного экстракта от времени вибромагнитного воздействия. Окраску экстракта сравнивали с окраской эталонов BY (коричневато-желтая шкала) в соответствии с Государственной Фармакопеей РФ 2007 г. Установлено, что наибольшая интенсивность окраски экстракта также достигается за 120 мин и в дальнейшем практически не изменяется.

Дополнительно были проведены исследования по изучению динамики изменения оптической плотности хлороформных извлечений из водных экстрактов сапропеля от времени вибромагнитного воздействия. Оптическая плотность определялась методом спектрофотометрии при длине волны 440 нм, толщина кюветы 1 см. По результатам проведенных исследований установлено, что максимальное извлечение экстрагируемых соединений наблюдается при 120 мин вибромагнитного воздействия и соотношении сапропель–вода 1:3.

Методом электронной микроскопии изучены твёрдые остатки сапропеля до и после вибромагнитного воздействия (рис. 4).

Из рис. 4а следует, что нативный сапропель имеет включения размером от 10 мкм до 50 мкм и остатки растительных волокон. Размеры частиц сапропеля после водной вибромагнитной экстракции (рис. 4б) меньше 10 мкм. Известно, что при размерах частиц 10 мкм и меньше клеточные перегородки оказываются разрушенными, что облегчает выход экстрактивных органических веществ, включая липидные соединения.

Таким образом, вибромагнитное воздействие в водной среде обеспечивает

диспергирование сырья и разрушение клеточной структуры, что способствует увеличению степени извлечения органических соединений.

2. Сравнение степени извлечения полярных органических соединений водой в условиях вибромагнитной экстракции и встряхивания

Для сравнения выхода полярных органических соединений (ПОС) использовали водные экстракты сапропеля, полученные в течение 120 мин при соотношении сырье–вода 1:3 в условиях вибромагнитного воздействия и встряхивания. Далее проводили дополнительную экстракцию смесью спирт–хлороформ. На делительной воронке отделяли хлороформный экстракт и упаривали до постоянной массы в токе азота. Сухой экстракт в дальнейшем обозначен как липидный комплекс (ЛК). Схема выделения липидных комплексов представлена на рис. 5.

  Схема выделения липидных-0

Рис. 5 – Схема выделения липидных комплексов

Результаты гравиметрического анализа (рис. 6) свидетельствуют о том, что степень извлечения ПОС водной вибромагнитной экстракцией увеличивается в 10 раз.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что водная вибромагнитная экстракция приводит к интенсификации экстракции полярных органических соединений из сапропеля.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНЫХ И СВЯЗАННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В САПРОПЕЛЕ МЕТОДОМ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

(ГХ-МС)

Для создания методики определения жирных кислот в сапропелях методом ГХ-МС, включающей эффективный способ их извлечения посредством водной вибромагнитной экстракции, в работе особое внимание было уделено изучению состава свободных и связанных жирных кислот, входящих в состав липидов озера Карасёвое. Свободные жирные кислоты входят в состав веществ растительного и животного происхождения и представляют собой насыщенные и ненасыщенные кислоты, как правило, с четным числом атомов углерода. Связанные кислоты входят в состав триглициридов, гликоглициридов и фосфоглициридов. Считается, что они отвечают за биологическую активность липидов, входящих в состав сапропелей. Наибольший интерес представляют ненасыщенные кислоты, так как они способны ограничивать свободно-радикальное окисление. Для выделения связанных жирных кислот проводят щелочной гидролиз липидных комплексов с дальнейшим модифицированием выделенных свободных и связанных кислот в эфиры для последующего их определения методом газовой хроматографии или хромато-масс-спектрометрии.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.