KRYSTYNA KANIA, K A T A RZ Y N A PYTLAKOW SKA
S P E K T R O F O T O M E T R Y C Z N E O Z N A C Z A N I E M O L IB D E N U W M A T E R IA L E R O Ś L IN N Y M , Ż Y W N O Ś C I I P R E P A R A C IE F A R M A K O L O G IC Z N Y M
S PE C T R O P H O T O M E T R IC D ETER M IN A TIO N O F M O LY BDENUM IN V EG ETA BLE M A TERIAL, F O O D AND PH A RM A C EU TICA L CO M PO UN D
Zakład Chemii Analitycznej, Instytut Chemii, Uniwersytet Śląski,
40-006 Katowice, ul. Szkolna Kierownik: prof. dr hab. F. Buhl
Oznaczano molibden w suszu lucerny, ziarnie grochu, fasoli i soi oraz prepa racie witaminowo-mineralnym Multi-tabs. Zastosowano metodę spektrofotome- tryczną wykorzystującą reakcję z 2,3,7-trihydroksyfenylofluoronemw obecności ka tionowego surfaktanta - bromku benzylododecylodimetyloamoniowcgo.
WSTĘP
M o lib d e n je s t p ie rw ia stk ie m n ie zb ę d n y m dla w łaściw ego rozw oju roślin, z w ie rząt i ludzi [3, 4]. U ro ślin w chodzi w skład enzym ów , m iędzy innym i re d u k ta z y az o ta n o w e j i n itro g e n a z o w e j, k tó re b io rą u d z ia ł w p ro c e sa c h w iąz an ia a z o tu i red u k c ji az o ta n ó w . Je st ró w n ież sk ła d n ik ie m enzym ów - oksydaz b ęd ą cy c h k a ta liz a to ra m i innych p ro c e só w zach o d zący ch w ro ślin a ch . M o lib d e n je s t p o b ie ra n y p rz e z rośliny w sp o só b b ierny; je g o przy sw ajaln o ść ro śn ie w raz ze w zro ste m p H gleby, co tłu m ac zy się zw ięk szen iem stę ż e n ia ro zp u szczaln y ch fo rm te g o p ierw iastk a.
F izjo lo g iczn e z a p o trz e b o w a n ie n a m o lib d e n je s t ró ż n e d la różn y ch g a tu n k ó w roślin. W yższe z a p o trz e b o w a n ie w y kazują rośliny z ro d zin y m otylkow ych i krzyżow ych o ra z rośliny ro sn ą c e n a p o d ło ż u o d u że j zaw artości a z o ta n ó w . B ra k m o lib d e n u p ro w a d z i w k o n se k w e n cji do z a m ie ra n ia sto żk ó w w zro stu , n ek ro z y liści i za n ik u kw iatów . U z u p e łn ie n ie za w arto śc i te g o p ie rw ia stk a p rze z w p ro w a d z e n ie go ja k o sk ła d n ik a naw ozów m in e raln y c h , cz ęsto sto so w a n e w naw ozach dla roślin o zd o b n y c h , p o w in n o być o s tro ż n e w p rz y p a d k u u p ra w rolniczych, gdyż n a d m ia r m o lib d e n u je s t szkodliw y dla ludzi i zw ierząt.
R o śliny są w ró żn y sp o só b o d p o r n e na zbyt w ysoką z a w a rto ść m o b iln e g o m o lib d e n u w glebie. M o ty lk o w e m o g ą przysw oić d o o k o ło 350 p p m M o, przy śre d n ie j o k o ło 0,5 PPm , b ez objaw ów toksyczności [4]. Z b o ż a są z n a c z n ie b a rd z ie j w rażliw e n a w ysokie stę ż e n ie m o lib d e n u w g le b ie, a je g o n a d m ia r m o lib d e n u p o w o d u je w o sta te c z n e j fazie z a h a m o w a n ie rozw oju i w zro stu roślin.
136 К. Kania, К. Pytlakowska N r 2
M o lib d en p o ch o d zący z o d p a d ó w przem ysłow ych i k o m u n a ln y c h je s t n ie b e z p ie c z n y d la śro d o w isk a, gdyż je s t rozpuszczalny a z a te m ła tw o d o stę p n y d la roślin. N a te re n a c h zanieczyszczonych stw ie rd z o n o je g o z a w arto ść w tra w a c h w y n o szą cą d o 200 p p m [4].
Ja k o b io p ie rw ia ste k , m o lib d e n je s t rów n ież n ie z b ę d n y d la w łaściw ego ro zw o ju ludzi i zw ierząt. D z ie n n a d aw k a w pożyw ieniu d o ro słe g o c z ło w ie k a w ynosi 2,7 - 3,7 n g M o [4].
W o rg a n iz m ie człow ieka m o lib d e n je s t sk ła d n ik ie m m e ta lo e n z y m ó w , w tym en z y m u flaw o p ro te in o w e g o , k tó ry uczestniczy w p ro c e sa c h re d o k s i k a ta liz u je m e ta b o liz m pu - ryn.
W w a ru n k a c h n a tu ra ln y c h nie w ystępuje n ie d o b ó r te g o m ik ro e le m e n tu . N a to m ia s t w re jo n a c h o podw yższonej zaw arto ści M o w g le b ac h , ro ślin a c h i w o d zie o b se rw u je się to ksyczność te g o m e ta lu w sto su n k u do człow ieka. N a d m ia r m o lib d e n u p o w o d u je d e fo rm a c ję kości, są to zm iany zb liżo n e do gośćca, ta k ż e p o d a tn o ś ć n a p r ó c h n ic ę zębów o ra z z a b u rz e n ia w p rzysw ajaniu b ia łek i tłuszczów . T o n eg a ty w n e , to k sy czn e d z ia ła n ie m o lib d e n u w y stę p u je cz ęsto w sto su n k u d o zw ierząt. W sp o só b n a jb a rd z ie j szczególny dotyczy to przeżuw aczy, krów i ow iec, m niej o d n o si się d o k o n i i trzo d y ch lew n ej. Z a w a rto ś ć m o lib d e n u 20 - 100 p p m p o w o d u je objaw y z a tru c ia , k tó ry m i m o g ą być a n e m ia , sp a d e k cięż aru , z a b u rz e n ia ru ch o w e o ra z o g ra n ic z e n ie p ło d n o śc i i la k tac ji. F izjo lo g iczn e d zia ła n ie m o lib d e n u zależy o d in te rak cji z innym i p ie rw ia stk a m i. D la zw ie rząt w aż n a je s t w łaściw a p ro p o rc ja m iedzi d o m o lib d e n u , k tó ra z ko lei zależy od ich zaw arto ści a ta k ż e o d p o zio m u siarki w paszy [4].
Z e w zględu na toksyczność m o lib d e n u dla ludzi i zw ie rząt w aż n a je st k o n tro la je g o za w arto śc i w p ró b k a c h p o c h o d z e n ia ro ślin n e g o , w o d ac h i żyw ności. S to so w a n e d o te g o ce lu m e to d y an a lity cz n e p ow inny cechow ać się w ysoką czu ło ścią, gdyż o z n a c z a się s tę ż e n ia rz ę d u p p m i niższe. P o ż ą d a n ą ce ch ą je s t ró w n ież se lek ty w n o ść d a n e j m e to d y , co z m n iejsza p ro b le m u su w an ia w pływu su b stan cji p rz e szk a d zając y ch . W ś ró d innych te c h n ik , tak ich ja k A S A i IC P -A E S zn a cz ąc e m iejsce z a jm u ją m e to d y s p e k tro f o to m e try c z n e [1, 2, 6 -8 , 10, 11]. Ich z a le tą je st niższa niż d la w y m ien io n y ch w cześniej te c h n ik g ra n ic a o zn a cz aln o ści, n a to m ia st o g ó ln ie ja k o m e to d y o p a r te n a re a k c ja c h chem iczn y ch są m niej selektyw ne.
W naszej pracy, d o o zn a c z a n ia m o lib d e n u z a sto so w a n o m e to d ę s p e k tro fo to - m e try c z n ą , o p a rtą n a rea k cji z fen y lo flu o ro n em w o b e c n o śc i k a tio n o w e g o s u rfa k ta n ta : b ro m k u b en z y lo d o d e c y lo d im e ty lo a m o n io w e g o [6].
C e le m p rac y było w yk azan ie m ożliw ości za sto so w a n ia w yżej w y m ie n io n ej m e to d y d o o z n a c z a n ia M o w p r e p a ra ta c h o zró żn ico w an ej z a w arto śc i o z n a c z a n e g o sk ła d n ik a i o ró żn y m sk ła d zie chem icznym .
M A TERIAŁY I M ETODYKA A paratura
Pomiary spektrofotom etryczne wykonano na spektrofotom etrze SPEK OL 11 produkcji C.Zeiss. Używano kuwet o grubości warstwy absorbującej 5 cm.
M ateriał roślinny rozdrabniano w wysokoobrotowym młynku wirnikowym firmy FR ITSC H z sitem o średnicy otworów 1 mm.
Próbki preparatu Multi-tabs mineralizowano w kolumnie mineralizacyjnej firmy HACH. M ateriał roślinny spalano w piecu muflowym.
Odczynniki
Roztwór m olibdenu (VI) o stężeniu 1 mg /ml przygotowano przez rozpuszczenie 0,7500 g tritlenku molibdenu M0O3 cz.d.a. (M erck) w 12,5 ml 2 mol /1 roztworu N aO H . Roztwór lekko zakwaszono kwasem solnym i rozcieńczono wodą redestylowaną w kolbie miarowej na 500 ml.
Roztwór fenylofluoronu (PF) o stężeniu 5*10' mol /1 otrzymano przez rozpuszczenie odważki 0,0800 g 2,3,7-trihydroksy-9-fenylo-6-fluoronu cz.d.a. (PO CH ) w metanolu z dodatkiem 1,0 ml stężonego HC1 i rozcieńczenie do 500 ml metanolem.
Roztwór bromku benzylododecylodimetyloamo (ST) o stężeniu 0,1 mol/l otrzymano przez rozcieńczenie 185 ml preparatu Sterinol ( POLFA ) wodą redestylowaną do objętości 500 ml. Preparat Sterinol jest 10%, wodnym roztworem bromku benzylododecylodimetyloamoniowego; jego gęstość wynosi 1,06 g/ml.
Wszystkie pozostałe odczynniki używane do mineralizacji i oznaczania miały stopień czystości cz.d.a. Do przygotowywania roztworów używano wody redestylowanej.
Wykreślenie krzywej wzorcowej spektrofotometrycznego oznaczania molibdenu
Krzywą wzorcową spektrofotom etrycznego oznaczania molibdenu wykreślono zgodnie z m e todyką zamieszczoną w pracy [6].
Do kolbek miarowych o pojemności 25 ml wprowadzono od 0.5 - 4.5 ng Mo. Do każdej kolbki dodano 5 ml 0.1 mol/l ST, 0.6 ml 5*10' 4 PF, 2.5 ml 1 mol/l HC1 i uzupełniono do kreski wodą redestylowaną. Absorbancję prób zmierzono przy 526 nm, w kuwetach 5 cm, względem ślepej próby.
Wyliczone współczynniki równania regresji krzywej wzorcowej: у = ax + b, gdzie x jest zm ienną niezależną c m o [|ig/25ml], у zm ienną zależną A, wynoszą: a = 0,2176 i b = 0,0083 a współczynnik korelacji r ma wartość 0,9998. Przygotowanie próbek, mineralizacja i oznaczanie molibdenu
a) M ateriał roślinny i próbki żywności
Łodygi i liście lucerny pocięto na drobne kawałki, suszono na powietrzu a następnie w su szarce w tem peraturze nie przekraczającej 60°C. Ziarno grochu, fasoli i soi suszono w suszarce w takiej samej tem peraturze. Próbki rozdrobniono w młynku wirnikowym, uzyskując ziarno o średnicy lm m . Zm ielone próbki przechowywano w zamkniętych naczyniach szklanych.
Do oznaczania molibdenu odważano po 5,0000 g analizowanego materiału. Próbki umieszcza no w tyglach platynowych i spalano w tem peraturze 150 - 200°C w otwartym piecu muflowym. Po zakończeniu wstępnego spalania zamykano drzwiczki pieca i stopniowo przez 2 h podnoszono tem peraturę ogrzewania do 450°C. W tej tem peraturze prażono próbki przez 2 h. Po upływie tego czasu tygle wyjęto z pieca, ochłodzono i przykryto szkiełkami zegarkowym. Popiół zwilżono 3 ml wody redestylowanej uchylając szkiełka, dodano 1 ml stężonego kwasu solnego, ogrzano do wrzenia i oddzielono osad od przesączu na miękkim sączku. Przesącz zachowano a sączki z osadem umieszczono ponownie w tyglach, spopielono i prażono w tem peraturze 500°C przez 30 minut. Do popiołu dodano 1 ml stęż. HF i odparowano powstały SiF4 na elektrycznej płycie grzewczej. Suchą pozostałość zwilżono 3 ml wody redestylowanej, 1 ml stężonego HCI i oddzie lono osad od przesączu na miękkim sączku. Połączone przesącze zebrano do kolbki o pojemności 50 ml, uzupełniono do kreski wodą redestylowaną i oznaczono molibden m etodą fenylofluoro- nową w obecności bromku benzylododecylodimetylo-amoniowego. W tym celu do kolbek mia rowych na 25 ml odmierzono po 5 ml mineralizatu i dalej postępowano tak jak podczas wykreślania krzywej wzorcowej.
Próbki z dodatkiem wzorca przygotowano wprowadzając 10 |ig Mo w postaci roztworu wzorcowego do odważki analizowanej substancji. Następnie przeprowadzono mineralizację i o- znaczenie m olibdenu w sposób opisany powyżej.
138 К. Kania, К. Pytlakowska N r 2
Tabletki preparatu rozdrabniano i zmielono w moździerzu porcelanowym na jednolity pro szek. Do mineralizacji odważano po 0,1000 g masy tabletkowej i umieszczano w kolbie minera- lizatora HACH. Do próbki dodawano 5 ml stężonego H2SO4 i ogrzewano w tem peraturze około 190°C. Aby uzyskać klarowny, bezbarwny roztwór, podczas mineralizacji dodaw ano czterokrotnie po 3 ml perhydrolu. Czas mineralizacji wynosił 30 minut. Po zakończeniu ogrzewania roztwór ochłodzono, przeniesiono do kolbki miarowej na 1 0 0 ml, uzupełniono wodą redestylowaną do kreski i wymieszano.
Aby oznaczyć molibden, 2 ml analizowanego roztworu umieszczano w kolbce miarowej na 25 ml i dalej postępow ano tak jak podczas wykreślania krzywej wzorcowej.
W YNIKI I ICH O M Ó W IEN IE
P o d o b n ie ja k w p rz y p a d k u innych m ik ro e le m e n tó w , m o lib d e n w y kazuje p o zytyw ne d z ia ła n ie n a o rg an iz m y żyw e w o k re ślo n y m z a k re sie stę ż e ń . N a to m ia s t przy p r z e k r o cz en iu d o p u sz c z a ln e g o , b e z p ie c z n e g o s tę ż e n ia , m o ż e być p rzyczyną z a tr u ć u ludzi i zw ie rząt. D la te g o w a ż n e je s t o z n a c z a n ie je g o za w arto śc i w p ró b k a c h p o c h o d z e n ia n a tu ra ln e g o .
D o te g o celu m o ż e być w y k o rz y sta n a, sto so w a n a w n in iejszej p rac y m e to d a sp e k - tro fo to m e try c z n a . P o le g a o n a n a u tw o rz e n iu b a rw n e g o k o m p le k su M o (V I) z 2 ,3,7-tri- h y d ro k sy fe n y lo flu o ro n e m w o b ec n o śc i b ro m k u b e n z y lo d o d e c y lo d im e ty lo a m o -n io w e g o [6]. M e to d a c h a ra k te ry z u je się w ysoką czułością; e = 1,05* 105, a m ożliw ość p rz e p ro w a d z e -n ia rea k cji w kw aśnym śro d o w isk u p o zw a la w y elim in o w ać w pływ innych jo n ó w i w k o n se k w e n cji p rz e p ro w a d z ić o z n a c z e n ie m o lib d e n u b ez w s tę p n e g o w y d zie lan ia.
A n aliz o w a n y m a te r ia ł z a w ie ra ł zró ż n ic o w a n e ilości m o lib d e n u . Z a w a rto ś ć o z n a c z a n e g o sk ła d n ik a d e te r m in u je w ielk o ść odw ażki i w dużym s to p n iu sto so w a n y sp o só b m in e raliz ac ji. M a te ria ł ro ślin n y i z ia rn a g ro c h u fasoli i soi, g d zie s p o d z ie w a n o się za w a rto śc i m o lib d e n u rz ę d u p p m , m in e ra liz o w a n o m e to d ą su c h ą. D o analizy o d w a ż a n o 5 g p ró b k i; a przy ta k d u żej o d w aż ce korzystniejszy je s t te n sp o só b m in e ra liz a c ji [9]. M in e ra liz a c ja d u żej p ró b y n a m o k ro je s t k ło p o tliw a te c h n ic z n ie . W y m ag a użycia dużych ilości kw asów , k tó ry ch n a d m ia r należy u su n ą ć z p ró b k i. W ią ż e się to z d łu g o trw ały m o d p a ro w y w a n ie m . Istn ie je ró w n ie ż n ie b e z p ie c z e ń stw o w p ro w a d z e n ia ra z e m z kw asam i zan ieczy szczeń do an a liz o w a n e j p ró b k i. S to so w an a m in e ra liz a c ja su c h a n ie stw a rz a te g o ro d z a ju p ro b le m ó w . W tym p rz y p a d k u is to tn a je s t te m p e r a tu ra p ra ż e n ia , k tó ra m usi być d o b r a n a tak , aby u n ik n ą ć s tr a t o zn a c z a n e g o sk ła d n ik a .
A n a liz o w a n e p ró b k i m a te ria łu ro ślin n e g o i żyw ności p r a ż o n o w te m p e r a tu r z e nie p rz e k ra c z a ją c e j 500°C, co z a b e z p ie c z a p rz e d stra ta m i m o lib d e n u . P o sp o p ie le n iu
i w y p ra że n iu , ro z p u sz c z a n o su c h ą p o z o s ta ło ść w HC1 ( 1 + 3 ) i o d p a r o w a n o k r z e m io n k ę w p o sta c i S iF 4 p o d o d a n iu d o p ró b k i stę ż o n e g o H F [8]. C z y n n o ść ta je s t k o n ie c z n a , gdyż w yniki o trzy m y w a n e b ez u su n ię c ia S i 0 2 nie są p o w ta rz a ln e .
O z n a c z e n ie m o lib d e n u w suszu lucerny, z ia rn a c h g ro c h u , faso li i soi p rz e p ro w a d z o no w sp o só b o p isa n y w części e k s p e ry m e n ta ln e j. A n a liz o w a n o ró w n ież p ró b k i z d o d a t kiem w zo rca m o lib d e n u . W yniki za m ie sz c z o n o w ta b e li 1. N a ich p o d sta w ie m o ż n a stw ierd zić, że sto s o w a n a m e to d a sp e k tro fo to m e try c z n a p o zw a la o z n a c z a ć m ik ro g ra m o - w e za w arto śc i m o lib d e n u z d u ż ą p recyzją. W z g lę d n e o d c h y le n ie s ta n d a rd o w e n ie p rz e k ra c z a 1% . W p ró b k a c h z d o d a tk ie m w zo rca o z n a c z o n o m o lib d e n z b łę d e m nie p rze k ra c z a ją c y m 4 % .
T a b e l a I . Wyniki oznaczania molibdenu w m ateriale roślinnym, żywności i preparacie witaminowo - mineralnym
Results of the determ ination o f molybdenum in vegetable material, food and pharmaceutical com pound
* Dodaw ano 10 ng m olibdenu do 5 g próbki
P re p a ra t w itam inow o - m ineralny M u lti-tab s jest produkow any przez duńską firm ę F errgsan. W ystępuje między innym i w postaci tabletek o m asie 0,5 g. Z aw iera zestaw w itam in i m ikroelem enty, w tym m olibden w ilości 250 pg. Z e względu na tak znaczną zaw artość m olibdenu nie analizow ano całych tabletek, lecz je rozdrabniano i odw ażano 0,1000g otrzym anego, je d n o ro d n eg o proszku. W tym przypadku zastosow ano m in era
lizację na m okro za pom ocą stężonego H 2 S O 4 i perhydrolu, k tó rą przeprow adzono
w kolum nie m ineralizacyjnej firmy H ach. Ogrzew ając p róbkę przez 30 m inut w te m p era tu rz e około 190°C uzyskano klarowny, bezbarw ny roztw ór, w którym oznaczono m olibden w sposób opisany w części eksperym entalnej. Wyniki oznaczania m olibdenu w p re p aracie M ulti - tabs zam ieszczono w tabeli I. Błąd oznaczania, obliczony w sto sunku do zaw artości deklarow anej przez p roducenta nie przekracza 2% , a względne odchylenie standardow e wynosi 2,4% (Tab. I).
WNIOSKI
Z astosow ana m eto d a oznaczania m olibdenu w m ateriale roślinnym , żywności i p re paracie w itam inow o - m ineralnym charakteryzuje się d o b rą precyzją i dokładnością, co przedstaw iono za pom ocą odchylenia standardow ego, p ro cen tu odzysku w zorca i błędu w zględnego w stosunku do w artości deklarow anej. Pozwala również oznaczać zaw artości m olibdenu rzędu ppm bez w stępnego oddzielania.
140 К. Kania, К. Pytlakowska N r 2
S PE C T R O P H O T O M E T R IC D ETER M IN A TIO N O F M O LYBDENU M IN V EG ETA B LE M A TERIAL, F O O D A N D P H A R M A C EU TIC A L C O M PO U N D
Summary
A spectrophotom etric m ethod was applied for determ ination of molybdemun in dried lucer ne, grains of soya, peas and bean and vitamin-mineral com pound - Multi-tabs. The m ethod is based on the reaction between molybdenum (VI) and 2,3,7-trihydroxyphenylfluorone in the presence of benzyldodecyldimethylammonium bromide. In all samples it was possible to deter mine molybdenum content directly, after mineralization without its preliminary separation. Accuracy of the determ ination of molybdenum were checked by the m ethod of standard addition, or by comparison with producer data.To establish the precision of the m ethod, the standard deviation and relative standard deviation were calculate.
PIŚM IENNICTW O
1. Cruses Blanco C., Garcia Compana A., Ales Barrero F., Roman Ceba М.: Simultaneous spectrophotom etric determ ination of traces of molybdenum and boron in plant leaves. Anal. Chim. Acta 1993, 283, 213-223.
2. Garcia Compana A., Ales Barrero Roman Ceba М., Fernandez Gutiererez A.: Spectrofluo- rimetric determ ination of molybdenum in vegatal tissues and pharm aceutical com pound with alizarin red S in micellar medium. Analyst 1994, 119, 1903-1906.
3. Hay R. W.: Chemia bionieorganiczna, PWN, Warszawa, 1990.
4. Kabata-Pendias A., Pendias H. \ Biochemia pierwiastków śladowych, PWN, Warszawa, 1990. 5. Kamińska W., Kardasz Т., Roszyk E.} Roszyk S., Strahl A., Strojek Z.: M etody suchej
mineralizacji m ateriału roślinnego do oznaczeń zawartości niektórych makro- i m ikroele mentów. Roczniki Gleboznawcze, 1983, 34, 133-151.
6. Kania K , Buhl F.: Spectrophotom etric determ ination of molybdenum by means 7. of phenylfluorone and lauryldimethylbenzylammonium bromide. Chem. Anal. 1993, 38, 613-617.
7. Martinez Vidal J. L., Fernandez Alba A .R\, Spectrophotom ertic determ ination of molybdenum in vegetal tissues, soils and pharmaceutical com pounds with mandelohydroxamic acid. Analyst 1990, 115, 329-331.
8. Molina Diaz A., Pascual Reguera M.J., Linan Veganzones E., Fernandez de Cordova M.L., Capitan Vallvey L.F.: First derivative solid - phase speectrophotom etric determ ination of molybdenum at the ng ml’1 level. Talanta 1996, 43, 185-191.
9. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubala Z.\ Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin, katalog, Warszawa, 1991.
10. X u Q., Yuan X:, Flow-injection spectropofotom etric determ ination of molybdenum in plants. Fenxi Huaxue 1992, 20, 319-321.
11. Yu Y., Peng S., Huang J.-. Synthesis of 7-(2-carboxy-4-brom obenzoazo)-8-hydroxyquinoli- ne-5-sulfonic acid ( CBB ) and spectrophotom etric determ ination of molybdenum in foods. H uaxue Shiji 1992, 14, 337-339.
К . K a n i a , К . P y t l a k o w s k a
