CC BY
196
Том 151, кн. 1
Естественные науки
2009
УДК 543.544.51+343.977
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕНАТУРИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ ДЕНАТОНИЙ БЕНЗОАТА В ЭТИЛОВОМ СПИРТЕ И СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЯХ
И.М. Фицев, М.В. Чибисова Аннотация
Рассмотрены различные инструментальные способы (ГХ, ХМС, ИК) определения денатурирующей добавки денатоний бензоата в этиловом спирте и спиртосодержащих жидкостях, являющихся объектами судебной криминалистической экспертизы. Показано, что обнаружение денатоний бензоата на уровне концентраций 1-10-4 - 8-10-3мг/мл, позволяет относить этиловый спирт к непригодному для производства алкогольной продукции.
Ключевые слова: денатурирующие добавки, газовая хроматография, ИК-спектро-скопия, анализ алкогольной продукции.
Введение
В последнее время отмечается значительное увеличение поступления на рынок незаконного оборота алкоголя его суррогатов. Среди них устойчивую позицию занимают спиртосодержащие жидкости (ССЖ), приготовленные на основе денатурированного этилового спирта, содержащего в том числе вредные химические вещества, представляющие реальную опасность для жизни и здоровья вероятных потребителей. Постановлением Правительства Российской Федерации от 3 июня 2004 г. № 349 определен Перечень денатурирующих добавок [1] для этилового спирта и спиртосодержащей продукции из всех видов сырья, среди которых четыре денатурирующие добавки: кротоновый альдегид, бензин, керосин и производное лидокаина - К-[2-[(2,6-диметилфенил)амино]-2-окоэтил]К,К-диэтилбензолметанаммоний бензоат (синонимы: бензоат, бит-рекс) - репеллент для птиц [2, 3] - вещество 3-го класса опасности [4]. Содержание битрекса в денатурированном алкоголе, согласно Перечню [1], должно составлять не менее 0.001 мас. %. Информация о кожно-резорбтивном, эмбрио-тропном, гонадотропном, мутагенном и канцерогенном воздействиях битрекса на человеческий организм в доступной отечественной и зарубежной литературе отсутствует. Какие-либо государственные гигиенические нормативы по применению битрекса в качестве денатурирующей добавки для этилового спирта и спиртосодержащей продукции из всех видов сырья до настоящего времени Роспотребнадзором не разработаны. В то же время на потребительском рынке присутствуют товары, в частности фломастеры и краски для детей, содержащие в своем составе денатурированный битрексом этанол.
Из предложенных методов определения битрекса известны методические указания [5] по его определению методами спектрофометрии (СФ) и тонкослойной хроматографии (ТСХ) в диапазонах 0.00025-0.0025 мас. %. Недостаток СФ-определения (^max 410 нм), основанного на образовании продуктов реакции битрекса с бромфеноловым синим и их последующем извлечении бензолом из кислой среды, состоит в мешающем действии четвертичных солей аммония, различных алкалоидов и окрашенных веществ. В связи с этим одним из доступных и относительно недорогих методов определения битрекса, предложенных для лабораторий контролирующих органов, в том числе и для экспертно-криминалистических подразделений органов внутренних дел (ЭКП ОВД), выполняющих исследования ССЖ, остается метод ТСХ. Таким образом, в распоряжении лабораторий, осуществляющих контроль качества, оборота этилового спирта и алкогольной продукции, отсутствуют надежные и высокочувствительные арбитражные способы определения денатоний бензоата. Вместе с тем в настоящее время в литературе отсутствуют сведения об использовании методов газовой хроматографии (ГХ), в том числе и с масс-селективным детектором (ГХ-МС), для обнаружения в денатурированном алкоголе денатоний бензоата. ГХ и ГХ-МС по сравнению с ТСХ обладают большей чувствительностью и позволяют надежно выявлять микроколичества анализируемого вещества в диапазоне 10-6 - 10-9 г. Следовательно, задача качественного и количественного определения денатурирующей добавки битрекс в этиловом спирте, спиртосодержащей продукции из всех видов сырья, ССЖ, а также суррогатах алкоголя представляется актуальной.
Цель настоящей работы состоит в установлении условий детектирования битрекса методами ГХ, ГХ-МС и ИК-спектроскопии, а также разработке методики его качественного и количественного определения в этиловом спирте, спиртосодержащей продукции и суррогатах алкоголя.
1. Экспериментальная часть
Аппаратура. Использовали хроматограф «Кристалл 2000М» (ЗАО СКБ «Хроматэк», г. Йошкар-Ола, Россия) с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) применяя для расчета индекса удерживания стандартную капиллярную кварцевую колонку «DB-1» (100%-ный диметилполисилоксан, l = 50 м, d = 0.20 мм, толщина пленки фазы 0.33 мкм, фирма «Agilent Technologies», США), газ-носитель - азот (ос. ч). Для ГХ-МС использовали хроматомасс-спектрометры «TurboMass Mass Spectrometer» («Perkin-Elmer», США) и «6890 Network GS System» - «5973N Network Mass Selective Detector» («Agilent Technologies», США). Применяли однотипные кварцевые капиллярные колонки типа «Elite Series PE-5» (5%-ный дифенил-, 95%-ный диметилполисилоксан, l = 30 м, d = 0.25 мм, толщина пленки фазы 0.25 мкм) или «HP-5 MS», газ-носитель гелий (99.995%). Применяли метод десорбции электронов под действием лазера с поверхности матрицы (MALDI) на времяпролетном масс-анализаторе «MALDI-TOF Dynamo» («Thermo Finnigan», США). В качестве матрицы использовали 1,8,9-тригидроксиантрацен. Мощность лазера составляла 48.75 мВт, количество импульсов - 12-18 при скорости сканирования 0.12 с и калибровочных коэффициентах а = 0.2450, b = 0.1783.
Выявление денатоний бензоата в исследуемых объектах осуществляли путем сравнения времени удерживания со временем удерживания денатоний бензоата на хроматограмме его свободного образца по индексу удерживания, для определения которого использовали стандартную смесь н-алканов, по масс-спектрам электронного удара (ЭУ), сравнивая масс-спектр с библиотечным (библиотеки масс-спектров «NIST», «WILEY», «NBS», «Pfleger» США), и по пику молекулярного иона, полученного в условиях MALDI.
Регистрацию ИК-спектров осуществляли в KBr с использованием приставки диффузного отражения на ИК-Фурье спектрометре типа «Spectrum BX FT-IR» («Perkin-Elmer», США) при следующих условиях: разрешение 4, усиление 1, число сканирований 32, интервал записи 4000-400 см-1.
Реагенты. Применяли битрекс (ЗАО НПО «Химсинтез» г. Красноармейск, Россия) с содержанием действующего начала не менее 97.9%. Использовали спирт этиловый ректификованный пищевой «Альфа» и «Высшей очистки», н-пропиловый спирт и хлороформ (х. ч.), 25%-ный водный аммиак (ч. д. а), 80%-ную Н3РО4 (ч.), BaCl2 (ч.д.а), стандартную смесь н-алканов по ASTM D2887 («Sigma-Aldrich Inc.», США), бидистилированную воду. Раствор битрекса (С = 5-10 мг/мл) готовили растворением точной навески препарата в водно-эта-нольных растворах крепостью не ниже 40 об. %, приготовленных на этиловом спирте «Альфа» и «Высшей очистки».
2. Результаты и обсуждение
Исследование методами газовой хроматографии, хроматомасс-спектро-метрии и инфракрасной спектроскопии. Для газохроматографического определения битрекса с ПИД осуществляли подбор оптимальных условий определения. При этом было установлено, что наилучшие результаты в ГХ достигаются при следующих условиях: температура инжектора - 250 °С, температура ПИД - 280 °С, температура колонки изменялась от 200 °С до 280 °С, со скоростью 10 °С/мин. Пробу вводили в хроматограф в режиме с делением потока 1 : 50. В приведенных выше условиях хроматографического разделения установлено, что битрекс детектируется в виде индивидуального симметричного пика. С использованием колонки, параметры которой указаны выше, были проведены эксперименты по установлению индекса удерживания битрекса. Оказалось, что битрекс элюируется между н-алканами с числом углеродных атомов С25 и С26, а его индекс удерживания, рассчитанный по известному алгоритму с использованием неисправленного времени удерживания при указанных выше условиях линейного программирования температуры [6], равен 2557.
Полученные результаты использовали в ГХ-МС с ЭУ. Наиболее оптимальными оказались следующие условия проведения ГХ-МС-определения битрекса: температура программируемого «split/splitless» инжектора - 250 °С, скорость изменения температуры колонки в интервале от 200 °С до 270 °С равнялась 10 °С/мин, скорость потока газа носителя - 1 мл/мин, деление потока 1 : 50. Температура ионного источника составляла 200 °С, а температура интерфейса ГХ-МС равнялась 250 °С. Регистрацию хроматограмм проводили по полному ионному току и энергии ионизации 70 эВ (ЭУ) в области значений m/z 25-450 а. е. м и скорости сканирования 0.25 с. Все определения, так же как в и случае ГХ,
Рис. 1. Ионная хроматограмма свободного образца денатоний бензоата (С = 0.5 мг/мл): 1 - дигидростильбен; 2 - бензилбензоат; 3 - лидокаин; 4 - денатоний бензоат
Денатоний бензоат
100-1
176
%-
130
|28
f29 42 51 J !.......IiLI-.IL..,
56
77
65 72 LiLiL
84
105
120
■ 'iiL
,131
146 160
146 J ..ni
174
Л.....
-177
233
234
Scan В+ а) 4.1 Se6
307
253 2g.. .........|......_323_
■ | ■■■■!'■'■!■'" |'■■■ | |'■'■!■'■'I'■■■!■'■'!■■■■!■'■■!■■'■ | ■■■■!'■'■!■■■'|'■'■!■'■■!'■" | ■■■'I'"■!■'■'I ■■■■ I'" ■!■■"!■■■■ | "■■!■■ "!■■■■!'■■■Г'1'l
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
38-
19-
2S
105
77
56
39
72
Sá 91
122
1 48
132
1 76
б)
233
20 40 ¿0 SO 100 120 140 1 dO 180 200 220 240 Imalníbj Bercytílelhyl-í2.t.-xylytarbjrnoylrrielhy[l^rnrnoríurn tereoate
Рис. 2. а) экспериментальный масс-спектр электронного удара денатоний бензоата;
б) библиотечный масс-спектр денатоний бензоата (CAS № 3734-33-6), библиотека масс-спектров «NIST»
I
100 во 96 ВО' 40 20
200 250 300 350 400 450 m/z
Рис. 3. Молекулярный ион денатоний бензоата, зарегистрированный в условиях MALDI-TOF масс-спектромерии
выполняли в трёх повторностях. При этом на ионной хроматограмме детектировали основной пик (rt = 11.03 мин, рис. 1), в масс-спектре которого отчетливо проявляются фрагменты, подтверждающие сложную структуру молекулы бит-рекса (рис. 2 а, б). Кроме битрекса, в условиях ГХ-МС при исследовании содержащих его растворов были обнаружены следы исходных компонентов для синтеза битрекса: дигидростильбена, бензилбензоата и лидокаина.
Для получения пика молекулярного иона, нестабильного в условиях метода
ЭУ, в условиях для MALDI-TOF масс-спектрометрии был зарегистрирован от-
+
четливый молекулярный ион битрекса M ■ 325 (рис. 3), подтверждающий результаты, полученные ранее методами ГХ и ГХ-МС.
Для количественного ГХ-ПИД- или ГХ-МС-определения детекторы хроматографов калибровали по модельным смесям, представляющим собой этаноль-ные растворы свободного образца денантоний бензоата в динамическом диапазоне концентраций 0.02-5.00 мг/мл. Непосредственное детектирование битрекса с концентрацией 0.02 мг/мл (раствора, наиболее близкого к пределу обнаружения) проводили не менее 10 раз, так как стандартное отклонение (0.33) этой величины можно рассматривать как характеристику точности методики определения [7]. Установлено, что площадь ГХ-пика линейно зависит от концентрации битрекса, а уравнение градуировочного графика, например, в условиях ГХ-МС имеет вид: ^ика (у.е.) = а + bC, где а = (5.10-104 ± 0,35-104); b = = (1.39-106 ± 0.02-106); С - содержание битрекса, мг/мл; n = 10, r = 0.998. Предел обнаружения битрекса, вычисленный по 3.5-критерию, составляет 8-10-3 мг/мл (без предварительного концентрирования). С целью повышения чувствительности определения битрекса исследовали возможность ввода пробы без деления потока и концентрирования проб спиртосодержащих жидкостей (коэффициент концентрирования 200) с последующей экстракцией в хлороформ. Последнее повышает чувствительность ГХ-определения битрекса до 1-10 мг/мл и позволяет дополнительно использовать метод ИК-спектроскопии для качественного определения битрекса. В последнем случае в качестве сравнения можно использовать ИК-спектр нативного образца битрекса (рис. 4). В инфракрасном спектре денатоний бензоата имеются полосы поглощения, характерные для
со LD
СЧ
го
ст1
Рис. 4. ИК-спектр денатоний бензоата, элюированного из слоя сорбента пластины «БогЬШ ПТСХ-АФ-В-УФ»
четвертичных аммониевых солей (3022 см-1), ароматических вторичных амидов (1681, 1605, 1374, 1291 см-1) и их 1,3-замещенных (1605, 879 см-1). Следовательно, при отсутствии возможности проведения испытаний методами ГХ или ГХ-МС возможно, использование ИК-спектроскопии в сочетании с приемами и способами препаративной ТСХ, основанной на элюировании разделенных компонентов пробы ССЖ из слоя сорбента и их последующую идентификацию методом ИК-спектроскопии.
Таким образом, результаты, полученные в ходе проведенных исследований, позволяют рекомендовать предложенные способы для определения бит-рекса в этиловом спирте, спиртосодержащей продукции, ССЖ, суррогатах алкоголя, в том числе и в экспертно-криминалистической практике при производстве судебных экспертиз. При выявлении в объекте исследований денатоний бензоата делается вывод о наличии денатурирующей добавки с указанием его массовой доли. Присутствие денатоний бензоата в этиловом спирте и ССЖ, изготовленных из такого спирта, на основании ГОСТ Р 51786-2001 [8] позволяет отнести этиловый спирт к непригодному для производства алкогольной продукции, а спиртосодержащую продукцию на его основе - к ССЖ, изготовленным из спирта этилового, непригодного для производства алкогольной продукции. Спирт этиловый синтетический, технический и пищевой, непригодный для производства алкогольной продукции включен в «Список ядовитых веществ», утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2007 г. № 964 [9].
Авторы выражают свою глубокую признательность за помощь, оказанную при проведении экспериментов по МАЬБ1-ТОР ведущему научному сотруднику Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН кандидату химических наук С.Е. Соловьевой.
Summary
I.M. Fitsev, M.V. Tchibisova. Determining the Denaturic Additive of Denatonium Ben-zoate in Ethyl Alcohol and Alcohol Solutions.
The article considers different instrumental ways (GC, GC-MS, IR-specrtoscopy) of the determination denaturic additives of denatonium benzoate in ethyl alcohol and alcohol solutions being the objects of criminalistic expertise. It is shown that finding denatonium benzoate at a rate of concentrations 1-10-4 - 8-10-3 mg/mL allows regarding ethyl alcohol as unfit for alcohol production.
Key words: denaturants, gas chromatography, IR-spectroscopy, alcohol-containing products analysis.
Литература
1. Приложение к постановлению Правительства Российской Федерации от 3 июня 2004 г. № 349. Перечень денатурирующих добавок (ингридиентов) для этилового спирта и спиртосодержащей продукции из всех видов сырья // Рос. газ. - 2006. -8 июня. - № 4087.
2. Методические указания по установлению ОБУВ вредных веществ в воздухе рабочей зоны. - М.: МЗ СССР, 1985. - 265 с.
3. Методические указания по применению расчетных и экспресс-экспериментальных методов при гигиеническом нормировании химических соединений в воде водных объектов. - М.: МЗ СССР, 1979. - 138 с.
4. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. - М.: Госстандарт СССР, 1976. - 6 с.
5. Определение массовой концентрации битрекса (денатоний бензоата) в этиловом спирте и спиртосодержащей продукции из всех видов сырья методами спектрофотомет-рии и тонкослойной хроматографии // Методические указания МУК 4.1.1489-03. -М.: МЗ РФ, 2003. - С. 23.
6. Высокоэффективная газовая хроматография / Под ред. К. Хайвера. - М.: Мир, 1993. - 228 с.
7. Доерфель К. Статистика в аналитической химии. - М.: Мир, 1969. - 240 с.
8. ГОСТ Р51786-2001 «Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографи-ческий метод определения подлинности». - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 10 с.
9. «Список ядовитых веществ», утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2007 г. № 964 «Об утверждении списков сильнодействующих и ядовитых веществ для целей статьи 234 и других статей Уголовного кодекса Российской Федерации, а также крупного размера сильнодействующих веществ для целей статьи 234 Уголовного кодекса Российской Федерации» // Рос. газ. - 2008. - 16 янв. - № 4563.
Поступила в редакцию 13.11.08
Фицев Игорь Михайлович - кандидат химических наук, заместитель начальника отдела специальных экспертиз Экспертно-криминалистического центра МВД по Республике Татарстан, г. Казань.
E-mail: fitzev@mail.ru
Чибисова Маргарита Вячеславовна - главный эксперт 12-го отдела Экспертно-криминалистического центра МВД России, г. Москва.
E-mail: mvchibisova@mail.ru
