CC BY
43
Макарова Ольга Викторовна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, o.makarova@ksc.ru Кузнецов Сергей Александрович
доктор химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, s.kuznetsov@ksc.ru
Okunev Maxim Aleksandrovich
PhD Student, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, m.okunev@ksc.ru Dubrovskii Anton Reshatovich
PhD (Engineering), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, a.dubrovskii@ksc.ru Makarova Olga Viktorovna
PhD (Engineering), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, o.makarova@ksc.ru Kuznetsov Sergey Aleksandrovich
Dr. Sc. (Chemistry), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, s.kuznetsov@ksc.ru
DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.031 УДК 615.322
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ЭКСТРАКТОВ НА ОСНОВЕ ГЛУБОКИХ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
О. И. Паукшта12, Н. С. Цветов1,2, В. И. Петрова1
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
2Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, Апатиты, Россия
Аннотация
Антиоксидантная активность является важной характеристикой растительных экстрактов. Одним из методов ее определения является фосфомолибдатный метод, в основе которого лежит образование растворимого в воде окрашенного комплекса и спепктрофотометрическое определение его концентрации. В последнее время активно развиваются методы получения растительных экстрактов с использованием глубоких эвтектических растворителей (deep eutectic solvents, DES), состоящих из двух и более веществ. В состав многих DES входит хлорид холина, наличие которого затрудняет определение антиоксидантной активности экстрактов на основе DES фосфомолибдатным методом, поскольку в ходе реакции образуется нерастворимый комплекс. Целью настоящей работы является модификация фосфомолибдатного метода определения антиоксидантной активности экстрактов на основе DES. Описаны модификации метода путем добавки к смеси ацетона для переведения образующегося комплекса в раствор. Ключевые слова:
глубокие эвтектические растворители, антиоксидантная активность.
DEVELOPMENT OF METHOD FOR DETERMINING ANTIOXIDANT ACTIVITY OF EXTRACTS BASED ON DEEP EUTECTIC SOLVENTS
O. I. Paukshta12, N. S. Tsvetov12, V. I. Petrova1
1Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC "Kola Science Centre RAS", Apatity, Russia
2Apatity Branch of Murmansk State Technical University, Apatity, Russia Abstract
Antioxidant activity is an important characteristic of plant extracts. One of the methods to determine it, is the phosphomolybdate method, which is based on the formation of a water-soluble colored complex and the spectrophotometry determination of its concentration. Recently, methods for obtaining plant extracts using deep eutectic solvents (DES), consisting of two or more substances, have been actively developed. Many DES contain
choline chloride. The presence of choline chloride makes it difficult to determine the antioxidant activity of DES-based extracts by the phosphomolybdate method since an insoluble complex is formed during the reaction. The aim of this work is to modify the phosphomolybdate method for determining the antioxidant activity of DES-based extracts by adding acetone to the mixture to transfer the resulting complex into solution. Keywords:
deep eutectic solvents, antioxodant activity.
Антиоксиданты — это вещества, замедляющие или предотвращающие свободнорадикальные окислительные процессы, происходящие в живом организме. К природным антиоксидантам относятся витамин С (или аскорбиновая кислота), мочевая кислота и её соли (ураты), витамин Е, Р-каротин, полифенольные соединения и другие вещества [1]. Поскольку в основе действия многих биологически активных веществ (БАВ) лежит уменьшение влияния окислительного стресса на организм, в число значимых характеристик растительных экстрактов входит антиоксидантная активность. Одним из методов определения антиоксидантной активности веществ является фосфомолибдатный метод [2], который основан на восстановлении Mo (VI) в Mo (V) с последующим формированием окрашенного комплекса в кислой среде. В классической методике аликвоту экстракта смешивают с реакционным раствором (0,6 М серной кислоты, 28 мМ фосфата натрия и 4 мМ молибдата аммония). Смесь термостатируют при 95 °С в течение 90 мин. После охлаждения смеси до комнатной температуры спектрофотометрически измеряется экстинция при 695 нм. Раствор сравнения содержит реакционный раствор, смешанный с аликвотой растворителя, который использовался для получения экстракта и его термостатируется в тех же условиях, что и образец. Для определения концентрации окрашенного комплекса предварительно строится градуировочный график с использованием растворов аскорбиновой кислоты известных концентраций.
Одним из перспективных способов экстракции БАВ из растительного материала является экстракция с применением глубоких эвтектических растворителей (deep eutectic solvents, DES). DES состоят, как правило, из двух компонентов, смешанных в определённых молярных соотношениях [3]. Компоненты DES, образуя эвтектическую смесь, способны связываться друг с другом посредством водородных связей. Один из компонентов выступает в роли акцептора водородной связи, а второй — донора. В качестве акцептора водородных связей, как правило, используются четвертичные аммониевые соли, например хлорид холина. В качестве донора могут выступать органические кислоты (малоновая, лимонная и т. д.), многоосновные спирты (например, глицерин), мочевина и другие соединения. DES характеризуются температурой плавления ниже 100 °С, что гораздо меньше, чем у индивидуальных компонентов [4-6].
Классический фосфомолибдатный метод невозможно применять для определения антиоксидантной активности экстрактов на основе DES, поскольку хлорид холина образует в ходе указанной реакции нерастворимый в воде комплекс. Однако в ряде работ указано, что такой комплекс растворим в смеси ацетона с этанолом [7].
Цель работы — разработка модификации фосфомолибдатного метода определения антиоксидантной активности экстрактов на основе DES, содержащих хлорид холина.
В работе были использованы дигидроортофосфат калия KH2PO4 и четырехводный молибдат аммония (NH4bMoO2-4H2O (оба реагента с чистотой более 99 %, «Вектон», Россия), концентрированная серная кислота (концентрация кислоты более 94 %, «НеваРеактив», Россия), аскорбиновая кислота (чистота более 99,7 %, HUGESTONE, Китай), медицинский этаноловый спирт (96 %, RFK Company, Россия), дистиллированная вода.
Для приготовления DES использовались хлорид холина (99 %, RONGSHENG BIOTECH), малоновая кислота (99,5 %, Chemical Line) и глицерин (99,0 %, Vekton). DES приготавливали путём смешения необходимого количества реагентов (хлорид холина : малоновая кислота в соотношении 1 : 1; хлорид холина : глицерин в соотношении 1 : 2) и нагревания их до 80 °С с периодическим перемешиванием. Поскольку чистые DES имеют достаточно высокую вязкость, их смешивали с водой в соотношении 1 : 1 по массе.
Для разработки метода были приготовлены градуировочные растворы аскорбиновой кислоты с концентрациями 100-1000 мкг/мл в смесях DES, хлорида холина и малоновой кислоты, а также хлорида холина и глицерина, разбавленных водой.
Для спектрофотометрических измерений использовался фотоколориметр КФК-3 (ЗОМЗ).
Было опробовано две модификации фосфомолибдатного метода.
1. Реакционный раствор представлял собой водно-органическую смесь.
Для приготовления реакционного раствора смешивались водный раствор реагентов, содержащий 0,6 мМ серной кислоты, 28 мМ фосфата натрия и 4 мМ молибдата аммония, этанол и ацетон в объемном соотношении 1 : 4 : 2. К 2 мл реакционного раствора приливали 200 мкл градуировочного раствора. Полученные смеси каждого градуировочного раствора с реакционным термостатировались в течение 90 мин при температуре 70 °С. Температура проведения реакции использовалась ниже, чем в оригинальном методе, чтобы предотвратить вскипание смесей. После охлаждения образцов до комнатной температуры спектрофотометрически измеряли оптическую плотность каждого образца при длине волны 805 нм. Для этой длины волны наблюдается максимум поглощения образующегося комплекса.
Было установлено, что данный метод обладает низкой воспроизводимостью результатов и небольшим диапазоном линейности.
2. Процесс, протекающий в водной среде, с последующим добавлением ацетона.
В отличие от первого способа, реакция проводилась в соответствии с классическим фосфомолибдатным методом. К 1 мл реакционного раствора (0,6 мМ серной кислоты, 28 мМ фосфата натрия и 4 мМ молибдата аммония) приливали 100 мкл градуировочного раствора. Однако было установлено, что реакция протекает медленнее, поэтому смеси термостатировались в течение 3 ч. При этом по окончании реакции образовывался темно-синий осадок. Для его растворения к полученной смеси приливали 2,5 мл ацетона. Далее измеряли экстинцию образовавшейся гомогенной смеси при 805 нм.
В результате были получены линейные градуировочные графики для растворов аскорбиновой кислоты в DES состава хлорид холина и малоновая кислота (рис., а), а также DES состава хлорид холина и глицерин (рис., б).
а б
Экспериментальные результаты экстинций градуировочных растворов, содержащих хлорид холина и малоновую кислоту (а) и хлорид холина и глицерин (б), модифицированным фосфомолибдатным методом
Для растворов DES состава хлорид холина и малоновая кислота линейность наблюдается во всем диапазоне приготовленных концентраций аскорбиновой кислоты, в то время как в случае DES состава хлорид холина и глицерин линейный диапазон наблюдается только для концентраций аскорбиновой кислоты 200-700 мкг/мл.
В результате работы была разработана модификация фосфомолибдатного метода для определения антиоксидантной активности экстрактов на основе DES, представляющих собой смеси хлорида холина с малоновой кислотой и хлорида холина и глицерина. Разработанная модификация была протестирована с использованием градуировочных растворов аскорбиновой кислоты в указанных DES. Данная модификация метода позволит определять антиоксидантную активность растительных экстрактов на основе DES, содержащих хлорид холина.
Работа выполнена при поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации (грант Президента Российской Федерации МК-566.2020.11).
Литература
1. Накопление микроэлементов и аскорбиновой кислоты в лекарственных растениях / В. Г. Свириденко и др. // Проблемы здоровья и экологии. 2012. Т. 33, № 3. С. 137-142.
2. Prieto P., Pineda M., Aguilar M. Spectrophotometry Quantitation of Antioxidant Capacity through the Formation of a Phosphomolybdenum Complex: Specific Application to the Determination of Vitamin E // Anal. Biochem. 1999. Vol. 269, No. 2. P. 337-341.
3. New horizons in the extraction of bioactive compounds using deep eutectic solvents: A review / M. H. Zainal-Abidin et al. // Anal. Chim. Acta. 2017. Vol. 979. P. 1-23.
4. Deep eutectic solvents: syntheses, properties and applications / Q. H. Zhang et al. // Chem. Soc. Rev. 2012. Vol. 41, No. 21. P. 7108-7146.
5. Zhao H., Baker G. A. Ionic liquids and deep eutectic solvents for biodiesel synthesis: A review // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013. Vol. 88, No. 1. P. 3-12.
6. Smith E. L., Abbott A. P., Ryder K. S. Deep Eutectic Solvents (DESs) and Their Applications // Chem. Rev. 2014. Vol. 114, No. 21. P. 11060-11082.
7. Koning A. J. De. A sensitive method for the microdetermination of choline // Anal. Chim. Acta. 1963. Vol. 29, No. C. P. 510-516.
Сведения об авторах
Паукшта Оксана Ивановна
студентка, Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, г. Апатиты, Россия Цветов Никита Сергеевич
кандидат химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты; Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, г. Апатиты, Россия, tsvet.nik@mail.ru Петрова Валентина Ивановна
ведущий инженер, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Paukshta Oksana Ivanovna
Student, Apatity Branch of Murmansk State Technical University, Apatity, Russia Tsvetov Nikita Sergeevich
PhD (Chemistry), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity; Apatity Branch of Murmansk State Technical University, Apatity, Russia, tsvet.nik@mail.ru Petrova Valentina Ivanovna
Leading Engineer, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia
DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.032 УДК 544.526.5: 549.514.62: 666.9.035
НОВЫЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ НАНОДОБАВКИ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА И ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ДЛЯ САМООЧИЩАЮЩИХСЯ БЕТОНОВ
К. А. Поживина
Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, Апатиты, Россия
Аннотация
В качестве фотокаталитических добавок в бетоны рассмотрены порошкообразные композиты диоксида титана и диоксида кремния с высокоразвитой поверхностью (183-534 м2/г), синтезированные из техногенных отходов. Изучен их состав и произведена оценка фотокаталитической активности по деструкции красителя метиленового синего при УФ-облучении. Подобрана концентрация ПАВ, при которой фотокаталитическое разложение достигает наибольших значений. Ключевые слова:
диоксид титана, фотокатализатор, диоксид кремния, композит, наночастицы, самоочищающийся бетон.
