Влияние кинетики процесса, протекающего в системе Fе(III) – органический реагент-восстановитель органической природы на величину антиокси

 

 

 

1.5.1. Определение порядков реакций и констант скорости

 

Чтобы составить  кинетическое уравнение, характеризующее  ту или иную систему, следует определить порядок реакции по различным переменным (концентрациям компонентов). Для этого применяют два способа, соответствующие двум формам записи кинетического уравнения - дифференциальной и интегральной. Как правило, дифференциальными методами (основанными на измерении начальной скорости) пользуются для установления порядка реакции, а интегральными - для определения констант.

С точки зрения методики эксперимента, для определения порядка реакции по какому-либо компоненту концентрацию этого компонента изменяют, поддерживая все прочие постоянными (большой избыток); по полученным данным строят зависимость измеряемого свойства от времени для различных концентраций, В случае дифференциальных методов затем определяют начальную скорость (тангенс угла наклона прямолинейного начального участка) для каждой кривой, в случае интегральных - используют сами измеренные значения регистрируемого свойства.

При таком  подходе изменения обусловлены лишь одним компонентом, концентрацию которого варьируют; именно к этому веществу и будет относиться найденный порядок реакции [30].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Экспериментальная часть

 

2.1 Аппаратура, материалы  и реактивы

 

Колориметр фотоэлектрический  по ГОСТ 12083-78 со светофильтром с  λ=(490±10)нм.

Кюветы с толщиной слоя 20мм.

Весы лабораторные общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 200г. Второго класса точности.

Колбы на 25, 50, 100, 250см³ по ГОСТ 1770-74.

Пипетки на 1, 5, 10см³ по ГОСТ 20292-74.

Воронки типа В по ГОСТ 25336-82.

Стаканы химические вместимостью 50 и 100см³ по ГОСТ 1770-74.

Бутылки стеклянные вместимостью 100, 250 и 500см³.

Баня водяная.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, растворы 1,8М и с(1/2 H₂SO₄)=0,01моль/дм³.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77 и раствор (1+1) по объему.

Спирт этиловый ректификованный  по ГОСТ 5962-67.

Ортофенантролин.

Железоаммонийные квасцы по ТУ 6-09-53559-97.

Кислота аскорбиновая, имп.

Рутин, имп.

Кверцетин по ТУ 6-09-10-745-78.

Катехол, имп.

Галловая кислота, имп.

Протокатеховая кислота, имп.

Феруловая кислота, имп

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

 

2.2 Приготовление растворов

 

2.2.1 Приготовление комплексного реагента для определения антиоксидантной активности

 

Навеску о-фенантролина массой 0,4950г вносят в термостойкий стакан на 100см³, добавляют 30-40см³ дистиллированной воды и растворяют при нагревании. Навеску железоаммонийных квасцов массой 0,7230г вносят в  мерную колбу на 250см³ и добавляют 5см³ HCl (с концентрацией 1М). Полученные растворы переносят в мерную колбу на 250см³ и доводят до метки дистиллированной водой.

Раствор выдерживается не менее 12 часов.

 

2.2.2 Приготовление раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,0001 моль/дм³

 

Навеску аскорбиновой кислоты  массой 0,0176г растворяют в колбе на 100см³ дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

Раствор хранят не более 12 часов.

 

2.2.3 Приготовление раствора кверцетина с концентрацией 0,0001 моль/дм³

 

Навеску кверцетина массой 0,03383г растворяют в 100см³ этилового спирта. Раствор кверцетина концентрацией 0,0001 моль/дм³ готовят разбавлением раствора кверцетина с концентрацией 0,001 моль/дм³ в колбе вместимостью 100 см³.

 

2.2.4 Приготовление раствора рутина с концентрацией 0,0001моль/дм³

 

Навеску рутина массой 0,0514г  вносят в колбу на 100см³, добавляют 30-40см³ дистиллированной воды и 25см³ этилового спирта, нагревают раствор до полного растворения. После охлаждения объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

 

2.2.5 Приготовление раствора галловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³

 

Навеску галловой кислоты массой 0,01701г растворяют в колбе на 100см³ дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

 

2.2.6 Приготовление раствора феруловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³

 

Навеску феруловой кислоты массой 0,01942г растворяют в колбе на 100см³ дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

 

2.2.7 Приготовление раствора катехола с концентрацией 0,0001моль/дм³

 

Навеску катехола массой 0,01101г растворяют в колбе на 100см³ дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

 

2.2.8 Приготовление раствора протокатеховой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³

 

Навеску протокатеховой кислоты массой 0,01541г растворяют в колбе на 100см³ дистиллированной водой; 10см³ полученного раствора переносят в колбу на 100см³ и доводят до метки.

 

2.3 Проведение испытаний

 

2.3.1 Построение кинетических кривых

 

В мерную колбу на 25 мл помещают по 0,25 см³ или 0,5 см³ раствора комплексного реагента, далее дистиллированную воду на 2/3 объема и V мл соответствующего раствора антиоксиданта. После доведения дистиллированной водой до метки раствор перемешивают и через 2 минуты проводят первый замер оптической плотности.   Далее значения оптической плотности измеряют  через 4, 6, 8, 10, 15, 20 , 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300  минут после смешивания.  Кинетические кривые снимают по три раза и строят зависимость аналитического сигнала от времени.

В качестве характеристики скорости берут угловой коэффициент  наклона линейного участка кривой в соответствующих координатах.

 

2.3.2 Построение градуировочного  графика

 

В мерные колбы вместимостью 25 см³ помещают по 0,25 или 0,5 см³ раствора комплексного реагента, и добавляют 0,0; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 см³ рабочего раствора антиоксиданта (аскорбиновой кислоты, кверцетина, галловой кислоты, рутина, феруловой кислоты, протокатеховой кислоты и катехола), доводят объем до метки дистиллированной водой. Растворы перемешивают. Содержание аскорбиновой кислоты, кверцетина, галловой кислоты, рутина, феруловой кислоты, протокатеховой кислоты и катехола в растворах равно соответственно 0; 0,2; 0,4; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0. Через время t измеряют оптическую плотность при λ = 490 нм в кюветах с толщиной поглощающего слоя 20 мм относительно раствора с количеством комплексного реагента 0,25 или 0,5 см³.

Строят график зависимости  оптической плотности от концентрации вещества. Полученные результаты обрабатывают методом наименьших квадратов.

 

2.3.3 Испытание красных вин

 

В колбу вместимостью 25 см³ добавляют 0,1; 0,2; 0,4 см³ разбавленного в соотношении 1:20 вина и 0,5 см³ комплексного реагента, доводят до метки дистиллированной водой. Через время t измеряют оптическую плотность раствора и строят кинетическую кривую или зависимость аналитического сигнала от объема вводимого в реакцию при фиксированном времени.

 

 

3 Результаты и их  обсуждение

 

Интерес к антиоксидантам вызван их способностью блокировать воздействие свободных радикалов и защищать человека от ряда опасных заболеваний. Создано большое количество методик определения индивидуальных антиоксидантов и их смесей в пищевых продуктах, лекарственных растениях, биологических добавках. Определение проводят методами ВЭЖХ, капиллярного электрофореза, реже вольтамперометрией. Спектрофотометрический анализ является наиболее распространенным среди этих методик, можно выделить способы, использующие индикаторные системы на основе редокс-систем Fe(III)-Fe(II) с введением фотометрического реагента.

В качестве реагента могут  использоваться, например, трипиридилтриазил, ортофенантролин, дипиридил, дикарбоновая кислота, ферразин. Эта группа методов  объединена термином FRAP( Ferric reducing antioxidant power). Известны аналоги метода FRAP в которых вместо Fe(III) окислителем служат соединения Cu(II), Сe(IV), Ru(IV). В изученной нами литературе, посвященной определению антиоксидантной, в основном внимание уделяется оптимизации условий определения, анализу реальных образцов и корреляции результатов, полученных различными методами. Вопросам химизма, кинетики и механизмов процессов, протекающих при определении антиоксидантой методом FRAP, уделяют внимание немногие авторы.

Кинетику окисления  антиоксидантов ионами  железа (III) в присутствии о-фенантролина изучали при комнатной температуре, вводя избыток окислителя и контролируя оптическую плотность раствора во времени. Продукт реакции – поглощающий в видимой области комплекс Fe(II)-о-фенантролин. В качестве основных объектов были выбраны аскорбиновая кислота, кверцетин, рутин, катехол, феруловая кислота, протокатеховая кислота, галловая кислота. В ходе эксперимента их начальные концентрации брали в диапазоне 0,2 – 5 мкМ. Градуировочные графики получали при фиксированном времени выдерживания реакционной смеси (рисунки 1,2).

Рисунок 1 – Градуировочные графики различных антиоксидантов при времени выдерживания 10 минут

Рисунок 2 – Градуировочные графики различных антиоксидантов при времени выдерживания 150 минут

Полученные зависимости  линейны в широких концентрационных интервалах, а их коэффициенты чувствительности достоверно различаются (таблица 1,2).

Таблица 1 – Характеристики градуировочных графиков при времени выдерживания 10 минут

Антиоксидант	Уравнение регрессии	R2
Аскорбиновая кислота	y = 0,043x + 0,006	0,9964
Катехол	y = 0,045x – 0,003	0,9612
Рутин	y = 0,039x + 0,008	0,9798
Галловая кислота	y = 0,055x + 0,009	0,9985
Протокатеховая кислота	y = 0,037x + 0,007	0,999
Феруловая кислота	y = 0,034x + 0,014	0,996
Кверцетин	y = 0,089x – 0,02	0,9919

Примечание: диапазон концентраций 1-5 мкМ.

Таблица 2 – Характеристики градуировочных графиков различных  антиоксидантов при времени выдерживания 150 минут

Антиоксидант	Уравнение регрессии	R2
Аскорбиновая кислота	y = 0,054x - 0,0002	0,9983
Катехол	y = 0,059x + 0,008	0,9968
Рутин	y = 0,084x – 0,024	0,9904
Галловая кислота	y = 0,116x + 0,011	0,9989
Протокатеховая кислота	y = 0,100x – 0,001	0,9996
Феруловая кислота	y = 0,040x + 0,012	0,9883
Кверцетин	y = 0,179x + 0,036	0,9889

Примечание: диапазон концентраций 0,2 – 5 мкМ.

Для облегчения сопоставления  данных, полученных для разных индикаторных систем, при разном времени удерживания  реакционной смеси нормировали коэффициент чувствительности по одному и тому же соединению – по аскорбиновой кислоте (таблица 3).

 

 

Таблица 3 – Нормирование коэффициентов чувствительности по веществу стандарту - аскорбиновой кислоте

Восстановитель	КАО/КАК
	Время реакции 10 мин	Время реакции 150 мин
Кверцетин	2,08	3,29
Галловая кислота	1,29	2,14
Рутин	1,05	1,09
Катехол	0,91	1,54
Феруловая кислота	0,79	0,74
Аскорбиновая кислота	1,00	1,00
Протокатеховая кислота	0,86	1,84