Применение метода ионной хроматографии при отравлениях минеральными неорганическими кислотами

Publication in electronic media: 21.12.2011 under http://journal.forens-lit.ru/node/603
Publication in print media: Актуальные вопросы теории и практики судебно-медицинской экспертизы, Красноярск 2007 Вып. 5

Т. С. Кандыба, О. А. Дукова, О. П. Калякина

КГУЗ "ККБСМЭ", г. Красноярск

Разработана методика ионхроматографического определения минеральных кислот в стенке желудка в виде соответствующих анионов. Проведено сравнение результатов исследования 30 образцов стенки желудка. Установлен качественный и количественный естественный (фоновый) ионный состав. Степень извлечения соответствующих анионов кислот при пробоподготовке в условиях данной лаборатории для стенки желудка составляет - 65%. Методика предназначена для токсикологических анализов и апробирована при проведении судебно-химических исследований при отравлениях кислотами.

В практике судебно-химического исследования при подозрении на отравление кислотами и их солями исключают: серную кислоту, азотную кислоту, хлористоводородную кислоту, нитриты и нитраты солей щелочных металлов и аммония.

Минеральные кислоты имеют очень широкое применение в различных областях промышленности и в быту. Встречаются, как случайные, так и умышленные отравления.

Смертельной дозой при приемах внутрь являются:

• Для H₂S0₄- 5 мл
• Для HN0₃ - 8 мл
• Для HCI около 15 мл
• Для N0₃- 5 - 9 г

Отравления минеральными кислотами относятся к производственным отравлениям и чаще всего связаны с несоблюдением техники безопасности. Однако известны криминальные случаи обливания кислотами, что приводит к судебно-химическому исследованию одежды, белья и пятен на них.

Типичная схема судебно-химического исследования при подозрении на отравления кислотами включает множество стадий пробоподготовки, которая занимает более 2 суток. Непосредственно химический анализ с учетом применяемых методик и классических химических методов исследования отличается большой трудоемкостью, низкой селективностью и специфичностью. А в случаях перехода свободных кислот в их соли, обнаружение вообще делается невозможным, т.к. последние являются составными частями организма.

Это побудило нас усовершенствовать методику пробоподготовки и внедрить метод ионной хроматографии для судебно-химических исследований при отравлениях кислотами.

Ионная хроматография на сегодняшний день является в мире арбитражным методом анализа при исследовании состава неорганических анионов водных растворов. Обладая поистине фантастической производительностью (небольшое время анализа), метод обладает минимальной инструментальной погрешностью и высокой воспроизводимостью результатов.

Особенности метода ионной хроматографии:

• возможность определения требуемых ионов за один анализ в пробах с мешающими ионами и/или органическими соединениями;
• универсальность - определение катионов и анионов (в том числе органических);
• широкий выбор проверенных методик по различным областям применения от экологического контроля до анализа напитков и технических продуктов.

Преимущества метода:

• низкий предел обнаружения метода с химическим подавлением фона до 2-4 мкг/л (для анионов);
• широкий линейный диапазон определения с электронным подавлением фона 5-25000 мкг/л (для хлорид-аниона);
• минимальная величина пробы 200-500 мкл;
• возможность автоматизации всех стадий процесса от пробоподготовки до детектирования;
• относительно высокая производительность при использования автосамплера. Ограничения метода:
• ограниченно используется для анализа органических соединений;
• ограниченно используется для анализа металлов;
• ограниченно используется для анализа полимеров;
• не используется для анализа газов [1 ].

Теоретические основы метода ионной хроматографии

Ионная хроматография - метод разделения органических и неорганических ионов, высокоэффективный вариант ионообменной хроматографии с применением кондуктомет-рического детектирования разделенных ионов [2]. В основе метода ионной хроматографии лежит процесс ионного обмена между ионообменником и анализируемым раствором.

Ионный обмен заключается в том, что некоторые вещества (ионообменники) при погружении в раствор электролита поглощают из него катионы или анионы, выделяя в раствор эквивалентное число других ионов с зарядом того же знака [3].

Разделение анионов производится на анионообменниках, содержащих фиксированные группы -NR₃, -NHR₂, -NH₂R и анионы как противоионы. Наиболее распространенными элюентами при определении анионов являются (1-5)'10~3 М растворы карбоната, гидрокарбоната или гидроксида натрия [4].

Время и порядок элюирования анионов определяется их зарядом и размером гидратированного иона. Ионы удерживаются тем сильнее, чем больше их заряд и размер гидратированного иона. Элюирующая способность подвижной фазы возрастает с увеличением концентрации ионов, содержащихся в ней, и их сродства к ионообменнику [5].

Результатом ионхроматографического исследования является хроматограмма - график зависимости электропроводности исследуемого раствора от времени анализа, т.е. каждый пик на хроматограмме [6].

Таким образом, с помощью метода ионной хроматографии можно определить ионный состав практически любого жидкого объекта [7].

Материалы и методы исследования

Реактивы, приборы и методика эксперимента

В работе использовали следующие реактивы:

• Na₂C0₃, ч. д. а.;
• NaHC-О₃, ч. д. а.;
• NaF, ч. д. а.;
• NaCl, ч. д. а.;
• NaN0₂, ч. д. а.;
• KN0₃, ч. д. а.;
• Na₂S0₄, ч. д. а.;
• Na₃P0₄, ч. д. а.;
• бидистиллированная вода.

В работе использовали следующие приборы и посуду:

1. ионный хроматограф «Цвет-3006» с кондуктометрическим детектором: петля-дозатор 30 мкл, предварительная колонка 200x6 - смешанный слой сорбента КУ-2 и АВ-17 с зернением 100-200 мкм и емкостью 2 мгэкв/л, разделительная колонка 120х5 -сорбент КанК-АСт с зернением 14 мкм и емкостью 0,01 мгэкв/л, подавительная колонка 200x6 - сорбент КУ-2 с зернением 100-200 мкм и емкостью 1 мгэкв/л;
2. шприц медицинский;
3. мерные колбы и цилиндры;
4. центрифуга;

Перед началом работы готовили концентрированный раствор элюента: 60 ммоль NaHC-O₃ и 50 ммоль Na₂C0₃. Затем готовили рабочий раствор элюента: 25 мл концентрированного раствора элюента помещали в колбу на 500 мл и доводили до метки бидистиллированной водой. Рабочий раствор готовили каждый день, так как он устойчив одни сутки.

Стандартные смеси анионов готовили путем разбавления индивидуальных растворов анионов с концентрацией 1 г/л. Используемый стандартный раствор шестикомпонентной смеси ионов содержал фторид-иона - 2 мг/л, хлорид-иона - 10 мг/л, нитрит-иона -15 мг/л, нитрат-иона - 20 мг/л, сульфат-иона - 20 мг/л, фосфат-иона - 25 мг/л.

Ионный хроматограф прогревали 20 минут каждый раз после включения, в то же время пропускали элюент для кондиционирования колонки. Скорость потока элюента 1,5 мл/мин.

Анализируемый раствор вводили в петлю-дозатор с помощью медицинского шприца и сразу же запускали программу записи хроматограммы. После окончания анализа фиксировали полученные хроматограммы, обрабатывали их и редактировали. Проводили три параллели опыта.

Методика пробоподготовки стенки желудка

20 г измельченной стенки желудка заливали 80 мл бидистиллированной водой, через 24 часа смесь фильтровали. Далее исследовали полученную водную вытяжку (диализат).

Концентрацию анионов кислот рассчитывали с использованием стандартных растворов шестикомпонентной смеси анионов. За количественную характеристику брали площади соответсвтующих пиков. Площадь пиков и время удерживания определяли с помощью программы Chromatograf, а редактирование хроматограмм проводили с помощью программы Origin 5.0. Хроматографические параметры стандартной шестикомпонентной смеси анионов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Хроматографические параметры стандартной шестикомпонентной смеси анионов

Определение концентрации ионов в исследуемой пробе проводили методом стандартов по формуле 1.

где Сх - концентрация компонента в анализируемой пробе, Сст - концентрация этого же компонента в стандартном растворе, hx - высота пика компонента на хроматограмме пробы, hCT - высота пика этого же компонента на хроматограмме стандартного раствора, к - коэффициент пересчета (для стенки желудка к = 0,65).

Для определения степени извлечения по данной методике в условиях лаборатории к контрольным образцам стенки желудка добавляли водные растворы анионов кислот известной концентрации.
Для определения естественного (фонового) ионного состава холостой стенки желудка исследование проводили в условиях методики.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные хроматограммы стандартной шестикомпонентной смеси анионов, холостой стенки желудка и стенки желудка с затравкой различными кислотами приведены на рисунках 1-6.

Рис. 1. Хроматограмма стандартной шестикомпонентной смеси анионов желудка.

Рис. 2. Хроматограмма диализата холостой стенки

Рис. 3. Хроматограмма диализата затравки стенки желудка серной кислотой.

Примечание: Для более наглядности используется наложение хроматограммы исследуемой пробы на хроматограммы стандартов (рис. 4).

Рис. 4. Хроматограмма диализата затравки стенки желудка серной кислотой с наложением на холостую пробу стенки желудка.

Рис. 5. Хроматограмма диализата затравки стенки желудка соляной кислотой.

Рис. 6. Хроматотрамма диализата затравки стенки желудка нитратами и нитритами. Нитриты в биологических объектах окисляются до нитратов.

Количественно были проанализированы 30 проб холостой стенки желудка, в том числе с гнилостными изменениями. Установили качественный и количественный естественный (фоновый) ионный состав (Р=0,95, n=30) - таблица 2.

Степень извлечения морфина в условиях данной лаборатории составила для стенки желудка - 65±3%.

Метод ионной хроматографии был апробирован и использован при судебно-химическом исследовании реального случая отравления серной (Рис. 7).

Рис. 7.

Таким образом, метод ионной хроматографии может применяться в судебно-химической экспертизе при отравлениях минеральными неорганическими кислотами и их солями. Исследованию можно подвергать не только органы, но и биологические жидкости, в частности кровь. Данный метод отвечает всем требованиям, предъявляемым современным к физико-химическим методам исследования.

Список литературы

1. Современные методы анализа и оборудование в санитарно-гигиенических исследова-
   ниях (научно-практическое руководство) / Под ред. проф. Онищенко Г.Г. и Шестопалова Н.В. -М: ФГУП «Интерсэн», 1999. - 496 с.
   154
2. Хроматография. Основные понятия. Терминология: Сборник научно-нормативной терминологии /'Отв. редактор С.А. Волков. -М.:Химия, 1997. - 48 с.
3. Золотое, Ю.А. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн 1. Общие вопросы. Методы разделения: Учеб. для вузов /Ю.А. Золотое, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред. Ю.А. Зо-лотова. -М.: Высш. шк., 2002. - 351 с.
4. Количественный анализ хроматографическими методами / Отв. ред. Э. Кац - М.: Мир, 1990. - 320 с.
5. Шведт, Г. Хроматографические методы в неорганическом анализе /Г. Шведт. - М.: Мир, 1984. - 252 с.
6. Фритц, Дж. С. Ионная хроматография /Дж, С. Фритц. -М.: Наука, 1984 - 315 с.
7. Качин, С. В. Методы твердофазной спектроскопии и ионной хроматографии в анализе объектов окружающей среды / С. В. Качин, О. П. Калякина, Н. А. Козель, О. Н. Кононова, С. А. Сагалаков. - Красноярск: Краснояр. гос. ун-т, 2003 - 88 с.