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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«КУБАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУ ВПО  КубГУ)

 

Кафедра аналитической  химии

 

 

Допустить дипломника

к защите в ГАК 

10 июня 2011 г.

Научный руководитель,

канд. хим. наук, доц.

Т.Г. Цюпко

___________________

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

ВЛИЯНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА, ПРОТЕКАЮЩЕГО В СИСТЕМЕ  
Fе(III) – ОРГАНИЧЕСКИЙ РЕАГЕНТ-ВОССТАНОВИТЕЛЬ ОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ НА ВЕЛИЧИНУ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ

 

Работу выполнила _{__________________________________________________________}Е.С.Величко

Факультет               химии и высоких технологий, ОФО  

Специальность      «Химия» -020101

Нормоконтролер,

канд. хим. наук, ст. преп. _{_______________________________________________}О. Б. Воронова

 

 

 

 

 

Краснодар 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .4

1 Аналитический обзор. 5

1.1 Классификация антиоксидантов и их общая характеристика .5

1.2 Основные классы природных антиоксидантов 8

1.3 Определение антиоксидантной активности индивидуальных веществ,      растительного сырья и пищевых продуктов. 11

1.4 Спектрофотометрические методы определения антиоксидантной

активности 12

1.4.1 Методы определения антиоксидантной активности с применением реагентов радикального характера 12

1.4.2 Методы, основанные на использовании комплексов переходных металлов и определении суммы восстановителей .13

1.5 Кинетические методы 17

1.5.1 Определение порядков реакций и констант скорости 19

2 Экспериментальная часть. 20

2.1 Исходные реактивы, материалы и используемая аппаратура. 20

2.2 Приготовление растворов 21

2.2.1 Приготовление комплексного реагента для определения антиоксидантной активности 21

2.2.2 Приготовление раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,0001 моль/дм³ 21

2.2.3 Приготовление раствора кверцетина с концентрацией 0,0001 моль/дм³ 21

2.2.4 Приготовление раствора рутина с концентрацией 0,0001моль/дм³ 21

2.2.5 Приготовление раствора галловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.2.6 Приготовление раствора феруловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.2.7 Приготовление раствора катехола с концентрацией

0,0001моль/дм³ 22

2.2.8 Приготовление раствора протокатеховой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.3 Проведение испытаний 23

2.3.1 Построение кинетических кривых 23

2.3.2 Построение градуировочного  графика 23

2.3.3 Испытание красных вин 24

3 Результаты и их  обсуждение. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 43

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .44

ПРИЛОЖЕНИЕ А. 48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цепные реакции с  участием свободных радикалов являются основной причиной окислительного разрушения клеточных мембран, денатурации белков и нуклеиновых кислот, что приводит к возникновению различных патологических состояний.

В нормальном состоянии  образование свободных радикалов  в организме регулируется действием антиоксидантной защитной системы, включающей ферменты, сывороточные белки, гормоны, витамины, низкомолекулярные сульфидные соединения и органические кислоты. Присутствуя даже в незначительных количествах, антиоксиданты способны стабилизировать активные свободные радикалы, значительно замедляя или ингибируя, протекающие по цепному механизму, окислительные реакции.

Источниками антиоксидантов для человека могут служить пищевые продукты и напитки на основе растительного сырья, антиоксидантные свойства, которых обусловлены такими биологически активными веществами как фенольные соединения, витамины, протеины, сахара, карбоновые и аминокислоты. Поэтому антиоксидантная активность пищевых продуктов является одним из показателей, определяющих их биологическую ценность. Антиоксиданты также широко используются для предотвращения окислительной порчи жиросодержащих продуктов в процессе производства и хранения. Однако применение синтетических антиоксидантов ограничено из-за их возможного токсического действия.

В настоящее время  наиболее популярны методы оценки антиоксидантной  активности, основанные на ингибировании  окисления различных липидных субстратов с последующим определением продуктов  окисления. Большинство этих методов, относящихся к данной группе, являются длительными и дают плохо воспроизводимые результаты.

 

 

1 Аналитический обзор

 

1.1 Классификация антиоксидантов  и их общая характеристика

 

В настоящее время  наблюдается повышенный интерес  к изучению антиоксидантных свойств  ряда пищевых продуктов растительного происхождения, таких как фрукты, овощи, соки, чай, вино, кофе, какао, что связано с их ролью в предупреждении дегенеративных заболеваний, вызванных свободнорадикальными окислительными процессами, протекающими в организме.

Образование свободных радикалов является естественным метаболическим процессом анаэробных организмов, однако воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды, таких как УФ излучение, радиация, загрязнения атмосферы, гидросферы, литосферы и пищевых продуктов химическими соединениями приводит к активации окислительно-восстановительных реакций с участием кислорода и избыточному образованию кислородсодержащих радикалов.

Антиоксиданты – вещества, устраняющие или задерживающие окисление органических компонентов [1].

Выделяют две группы антиоксидантов – неорганической и органической природы. Последние разделяют на природные и синтетические антиоксиданты, в структуре молекул, которых содержатся функциональные группы, легко принимающие участие в радикальных и окислительно – восстановительных реакциях [2].

Антиоксиданты также  делят на водорастворимые и жирорастворимые.

К водорастворимым антиоксидантам относятся: аскарбиновая кислота (витамин  С), природные полифенольные соединения, в частности, флавоноиды, оксиароматические  кислоты, катехоламины, индоламины, производные кумаринов, фитоэстрогены, тиоловые соединения (цистеин, гомоцистеин, таурин, глютанион и др.), некоторые олигопептиды.

К жирорастворимым антиоксидантам относят витамин Е (токоферолы и  токотриенолы), каротиноиды, ретинол (провитамины и витамин А), убихинон. Жирорастворимые антиоксиданты защищают от свободных радикалов биомембраны, их липидные структуры [3].

Как правило, окисление  органических соединений – радикальный  цепной процесс, в котором цепь превращений ведут пероксидные радикалы.

Антиоксиданты добавляются  в органические среды или продукты питания для прерывания окислительных  процессов посредством реагирования с пероксидными радикалами или самим  кислородом в них. Следовательно, основным критерием эффективности или  активности антиоксидантов является их способность поглощать кислород в объеме раствора [4].

Свободные радикалы —  атомы или молекулы, имеющие на внешней оболочке один или несколько  неспаренных электронов.

Свободные радикалы действуют  как акцепторы водорода:

RO

+ InH₂ → ROOH + InH

InH

+ InH → In + InH₂ .

Существуют и другие механизмы действия радикалов [5], [6].

Механизм действия антиоксидантов в зависимости от его природы может быть различен. Поэтому все биоантиоксиданты условно делят на 4 группы:

– антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, перокси-даза, утилизирующие пероксид водорода);

– комплексоны ионов  металлов, тормозящие их окисление и вос-становление;

– низкомолекулярные  соединения, взаимодействующие с  радикалами и образующие малоактивные продукты;

– высокомолекулярные соединения (белки) во внеклеточной среде, проявляющие  антиоксидантные свойства[7], [8].

В соответствие с механизмом действия антиоксиданты делятся на два класса: первичные и вторичные [9].

Первичные или цепь-обрывающие (chain-breaking) антиоксиданты (фенольные соединения, токоферолы) прерывают свободнорадикальные цепные реакции окисления, ингибируя генерацию алкильных радикалов (L˙) на стадии инициирования и/или пероксирадикалов (LOO˙) и алкоксильных радикалов (LO˙), на стадии распространения, образуя стабильный радикал (A˙):

 

L˙ + AH → LH + A˙

LOO˙ + AH → LOOH + A˙                               1.6

LO˙ + AH → LOH + A˙,

где AH – антиоксидант.

 

Вторичные антиоксиданты  замедляют скорость окисления, не вызывая  обрыва цепной реакции окисления. Механизм действия вторичных антиоксидантов может быть различен:

 – связывание ионов  металлов, катализирующих окисление,  например, железа (фенольные соединения, аскорбиновая кислота);

 – проявление синергетического  эффекта за счет регенерации первичных антиоксидантов (аскорбиновая кислота, лимонная кислота);

 – подавление синглетного кислорода (β-каротин);

 – разрушение липидных перекисей до продуктов, не вступающих в цепные реакции (ферменты);

 – взаимодействие  с кислородом (аскорбиновая кислота).

Цепь-обрывающие антиоксиданты  могут быть натурального и синтетического происхождения. Синтетические антиоксиданты (бутилгидрокситолуол, бутилгидроксианизол, трет-бутилгидрохинон и пропилгаллат) широко используются в пищевой промышленности для предотвращения окислительной порчи жиросодержащих продуктов. Однако предпочтение отдается консервантам природного происхождения, что связано с возможным токсическим и канцерогенным действием синтетических антиоксидантов. Кроме того, многие природные антиоксиданты (например, растительные фенольные соединения) обладают более высокой антиоксидантной активностью по сравнению с их синтетическими аналогами [10].

При сочетании некоторых  антиоксидантов с другими соединениями может наблюдаться синергетический (усиливающийся), так и эффект ингибирования (подавления).

Для того чтобы не допускать  нарушений антиоксидантного баланса  в организме необходимо вовремя  компенсировать недостаток собственных резервов антиоксидантной защиты за счет внешних источников антиоксидантов. Повышенная потребность в антиоксидантах возникает:

– при неблагоприятных климатических условиях проживания;

– при особых профессиональных условиях труда;

– при особых физиологических состояниях организма;

– при интенсивной физической нагрузке и при недостаточной физической активности;

– при стрессовых состояниях;

– при инфекционных заболеваниях;

–при неинфекционных заболеваниях таких, как воспаление легких, бронхиальная астма;

– при острых и хронических бытовых и производственных интоксикациях;

– при наличии вредных привычек;

– при побочном действие лекарств, приводящем к усилению процессов перекисногоокисления липидов.

 

1.2 Основные классы  природных антиоксидантов

 

Большое количество известных антиоксидантов  можно классифицировать по разным признакам.

Особенности антиоксидантного действия веществ определяются в  первую очередь их химической природой, поэтому выделяют две группы антиоксидантов – неорганические и органические АО. В структуре молекул органических АО содержатся функциональные группы,  принимающие участие в радикальных и окислительно-восстановительных реакциях [7]. Органические АО разделяют на природные и синтетические АО. Природные антиоксиданты и их смеси широко используются в клиниках и оздоровительных центрах, они включены в программы диетического питания. Основные природные антиоксиданты — флавоноиды, ароматические гидрооксикислоты, антоцианы, витамины С и Е, каротиноиды и др. Исключительное значение имеют антоцианы, так как благодаря заряду на атоме кислорода в кольце антоцианидины и антоцианины легче проникают через мембраны клеток. В последние десятилетие на первый план выходят биофлавоноиды, обладающие антиканцерогенными, антисклеротическими, противовоспалительными и антиаллергическими свойствами/ По антиоксидантной активности они в десятки раз превосходят витамины Е, С и b-каротин. Особенно эффективно сочетание био-флавоноидов, содержащихся в овощах, ягодах, фруктах, зернах, орехах [11].

Другая классификация АО основана на их растворимости. Выделяют две группы: 1) гидрофильные (водорастворимые) АО, например, аскорбиновая кислота, мочевая кислота, цистеин и 2) липофильные (жирорастворимые) АО - токоферолы, ретинол, билирубин и т.п. [12]. Эта классификация не связана с механизмом действия антиоксидантов.

По механизму действия выделяют  АО косвенного (опосредованного) действия и АО прямого (направленного) действия. АО косвенного действия способны снижать интенсивность свободнорадикального окисления только в биологических объектах (от клеточных органелл до целого организма), но неэффективны in vitro. Механизмы их действия могут быть различны: активация (реактивация) антиоксидантных ферментов; подавление в организме реакций, приводящих к образованию активных форм кислорода; сдвиг реакций свободнорадикального окисления в сторону образования менее реакционноспособных соединений; селективная индукция генов, кодирующих белки систем антиоксидантной защиты и репарации повреждений; нормализация обмена веществ и т.д. Более того, препараты, обладающие совершенно иной фармакологической активностью, также могут снижать интенсивность процессов свободнорадикального окисления и степень окислительного повреждения in vivo. При патологиях интенсивность свободнорадикального окисления повышена в той или иной степени практически во всех случаях. Естественно, что нормализация тех или иных обменных процессов в организме должна приводить к снижению продукции активных форм кислорода и подавлению свободнорадикального окисления. Таким образом, любое вещество, нормализующее метаболические процессы в организме, способно проявить «антиоксидантный» эффект.

Антиоксиданты прямого действия, наоборот, обладают непосредственными антирадикальными свойствами, которые можно обнаружить в тестах in vitro. Б. Холлиуэлл и Дж. Гатридж определяют такие АО, как «любую субстанцию, которая, присутствуя [в среде] в низкой концентрации, сравнимой с концентрацией способного окисляться субстрата, достоверно снижает или предотвращает окисление этого субстрата». Большую часть широко используемых лекарственных препаратов антиоксидантного действия составляют АО прямого действия. Им же уделяется основное внимание при поиске новых АО, имеющих перспективы клинического или коммерческого применения. Это связано с тем, что первичный скрининг таких АО можно эффективно проводить с использованием относительно простых тест-систем in vitro. Эффективность АО прямого действия меньше зависит от функционального состояния метаболических систем организма [12].

Удобным способом классификации  представляется совмещение перечисленных классификаций, т.е. подразделение АО по наличию в структуре молекулы определенных функциональных групп,  связанных с проявлением антиоксидантных свойств. В этом случае наиболее наглядна взаимосвязь между химической структурой и свойствами АО, т.е. зависимость между наличием определенных функциональных групп и механизмом действия. АО прямого действия можно разделить на пять основных категорий: доноры протона; полиены; катализаторы, ловушки радикалов; комплексообразователи [12]. Среди АО прямого действия можно также выделить соединения фенольного типа (полифенолы). К наиболее важным антиоксидантам относятся:

 

 

Действие полифенолов  связано с их эффективным взаимодействием  их с пероксидными радикалами. С этим связано применение антиоксидантов для увеличения сроков хранения различных лекарственных форм. Биологическая активность некоторых полифенольных АО обусловлена стереоэлектронными эффектами ароматического и хроманового колец, орто- и пара-положением гидроксильных групп, их mpem-бутильным экранированием, образованием семихинонных форм, тиолсодержащими соединениями, хелатированием металлов переменной валентности, рецепторным взаимодействием с клеточной мембраной и т.д. [8]

 

1.3 Определение антиоксидантной активности индивидуальных веществ, растительного сырья и пищевых продуктов

 

Интерес к изучению антиоксидантных  свойств пищевых продуктов, являющихся источником природных антиоксидантов, сопровождается разработкой новых, эффективных методов определения антиоксидантной активности (АОА). В настоящие время известно достаточно большое количество методов оценки антиоксидантной способности индивидуальных соединений и суммарной антиоксидантной активности растительного сырья и пищевых продуктов. Наиболее популярными являются методы, основанные на способности антиоксидантов ингибировать окисление жиров, связывать свободные радикалы, восстанавливать ионы металлов переменной валентности.

 

1.4 Спектрофотометрические методы определения антиоксидантной активности

 

Обычно выделяют две  группы методик спектрофотометрического  определения АОА реальных объектов:  а) методики, связанные с применением  реагентов радикального характера;  б) методики, основанные на окислительно-восстановительных реакциях, например на восстановлении антиоксидантами Fe(III) до Fe(II).

 

1. Методы определения антиоксидантной активности с применением реагентов радикального характера

 

Наиболее известным  способом оценки АОА [108] является методика, основанная на взаимодействии реагента DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразил (C18H12N5O6, M = 394,33), растворенного в метаноле, с антиоксидантами (АН) по схеме:

DPPH* + AH → DPPH-H + A*.

В результате восстановления DPPH антиоксидантом снижается пурпурно-синяя  окраска DPPH в метаноле, а реакция  контролируется по изменению оптической плотности при 514 нм обычными спектрофотометрическими методами. Примером может быть работа [13]. Авторы исследовали антиоксидантную активность и фенольный состав экстрактов Rhus coriaria L. Экстракция проводилась метанолом, в результате чего были получены две фракции – водная и этилацетатная. Органическая фаза затем была подвергнута разделению на Sephadex LH-20. АОА экстракта и фракций была определена при помощи тиоционата  железа и DPPH-радикальным методом. Фенольный состав активных фракциий был определен методом HPLC-MS. Те фракции, которые показали наибольшую АОА, были богаты антоцианами и гидролизованными танинами.

Другой известный спектрофотометрический метод определения АОА основан  на применении в качестве радикал-реагента 2,2′-азино-бис(3-этилбензтиазолино-6-сульфоновой кислоты (ABTS). Рабочий раствор, содержащий 2,0 мМ ABTS и 0,86 нМ пероксидазы хрена в 50 мМ фосфатном буфере (рН=7,0), загружается в количестве 240 мкл в ячейки 96-луночной планшеты. Туда же добавляется 10 мкл образца и 25 мкл 1 мМ раствора перекиси водорода в 50 мМ фосфатном буфере. Отсчет времени до начала образования зеленой окраски радикала ABTS+ начинался немедленно. Система калибровалась по аскорбиновой кислоте, выстраиванием зависимостей времени индукции (до появления зеленой окраски) от концентрации аскорбиновой кислоты. АОА образцов выражали в количестве 1 мг аскорбиновой кислоты на г исследованного растения.

 

2. Методы, основанные на использовании комплексов переходных металлов и определении суммы восстановителей

 

Для большинства биологически важных антиоксидантов (флавоноидов, фенолкарбоновых  кислот, токоферолов, аскорбиновой кислоты) характерна высокая восстановительная  активность, в том числе, по отношению  к ионам металлов переменной валентности, например, Fe⁺³, Cu⁺², Ru⁺⁴. На этом свойстве основано несколько способов определения антиоксидантов в различных объектах [14 – 17]. Для определения антиоксидантной активности индивидуальных соединений и пищевых продуктов обычно используют две системы, содержащие Fe⁺³: феррицианид К₃Fe(CN)₆ [18] и Fe⁺³ – TPTZ (трипиридилтриазин) [19 - 21].

Наиболее известны методики определения  АОА, основанные на восстановлении антиоксидантами (например, аскорбиновой кислотой) соединений железа (III) и фотометрировании комплексов Fe(II) с разными реагентами лигандного характера (пиридил -2,6-дикарбоновая кислота, ферроцин, трипиридилтриазин, o-фенантролин, дипиридил и др.). Этот способ определения АОА в англоязычной литературе называют методом FRAP (ferric reducing/antioxidant power) [22]. Он позволяет определять низкомолекулярные антиоксиданты, обладающие восстановительными свойствами. При низких рН восстановление Fe(III)-трипиридилтриазинового комплекса в Fe(II)-комплекс сопровождается появлением интенсивной голубой окраски. Метод отличается простотой, быстротой и небольшими затратами при исполнении.

При взаимодействии антиоксидантов или объектов, обладающих антиоксидантными свойствами с феррицианидом [К₃Fe(CN)₆] происходит его восстановление до ферроцианида [К₄Fe(CN)₆]. Реакцию проводят при температуре 50 ºС в течение 20 – 30 мин. Содержание ферроцианида в реакционной системе определяют спектрофотометрическим способом по реакции с FeCI₃, в результате которой образуется окрашенный комплекс ферроцин (берлинская лазурь), абсорбирующий в видимой области спектра (λ_max = 700 нм):

К₃Fe⁺³(CN)₆ + ē ® К₄Fe⁺²(CN)₆

К₄Fe⁺²(CN)₆ + FeCI₃ ® КFe⁺³[Fe⁺²(CN)₆].

Оптическая плотность  раствора пропорциональна антиоксидантной  активности исследуемого объекта, которую  обычно выражают в эквивалентах аскорбиновой кислоты. Метод используется для оценки антиоксидантной активности индивидуальных веществ и пищевых продуктов: антрохинонов, аскорбиновой и галловой кислот [23], листовых овощей , специй.

При восстановлении Fe⁺³, связанного в бесцветный комплекс с трипиридилтриазином (Fe⁺³ – TPTZ) образуется окрашенное соединение (Fe⁺² – TPTZ) с максимумом поглощения при 593 нм. Величина оптической плотности зависит от антиоксидантной активности исследуемого объекта, которую выражают в мМ Fe⁺²/дм³ [24], а также относительно активности вещества-стандарта: тролокса или аскорбиновой кислоты. Метод используется для определения антиоксидантной активности пищевых продуктов: черного и зеленого чая [25], фруктов, вина [19, 20], меда [21], кофе, и лекарственных растений.

Теоретически  обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования индикаторной системы Fe(III)/Fe(II)−о-фенантролин и  вещества стандарта – аскорбиновой кислоты для определения АОА [26]. В ходе исследований было изучено влияние ряда индивидуальных восстановителей (галловой кислоты, кверцетина, рутина, аскорбиновой кислоты) на индикаторную систему и установлено, что аналитический сигнал линейно зависит от их концентраций в широком диапазоне. На этой основе разработана методика определения антиоксидантной активности красных сухих вин. Так как разбавление анализируемого образца может привести к изменению его вещественного состава, в частности за счет протекания гидролиза, для проведения анализа необходимо оптимизировать условия: разбавлять в постоянном соотношении 1:200, а через 60 минут добавлять «стоп-реагент».

Авторами работы [27] была теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования индикаторных окислительно-восстановительных систем Fe(III)/Fe(II)−о-фенантролин и Fe(III)/Fe(II)−2,2^/-дипиридил для определения суммарной антиоксидантной активности ряда пищевых продуктов. Показано, что регистрируемый аналитический сигнал является результатом совместного действия всех присутствующих в исследуемом объекте восстановителей органической природы, а величина антиоксидантной активности – интегральной. Разработана методика определения суммарной антиокcидантной активности пищевых продуктов спектрофотометрическим методом. По предлагаемой методике с использованием изучаемых индикаторных систем определена антиоксидантная активность ряда пищевых продуктов и растительного сырья.

Для определения  АОА также применяют методики, связанные с применением в  качестве реагентов-окислителей соединений меди (II) и рутения (IV) и церия (IV).

Авторы [28] недавно разработали метод определения АОА на основе Ce (IV). Цель этой работы состоит в том, чтобы изменить существующее спектрофотометрическое определение основанное на восстановлении церия так, чтобы Ce (IV) выборочно окислял бы антиокидантные   составы, но не лимонную кислоту и восстановленные сахара. Окислительно-восстановительный потенциал Ce (IV) - окислитель был подобран в H₂SO₄ 0.3 M H₂SO₄ + 0.7 M Na₂SO₄ в водной среде так, чтобы выборочно окислить АО, но не лимонную кислоту, простой сахар, и другие фармацевтические компоненты. Последовательность АОА в эквивалентах тролокса (TEAC)  кверцетин>рутин> галловая кислота> катехин> кофейная кислота> феруловая кислота> naringenin> naringin> тролокс> аскорбиновая кислота была установлена на основе предложенного метода, и, как выяснилось, была сопоставима с результатами  найденными другими методами определения АО. Также примечательно, что была найдена полная АОА naringin и рутина гидролизованных в кислой среде, не измеренная ранее другими методами TAC. Модифицированный метод на основе Ce (IV) работал в присутствии лимонной кислоты и восстановленных сахаров, не изменяя определения полной АОА кверцетина. Одновременный гидролиз и окисление naringin – еще одно преимущество перед другими подобными методами определения. Предложенный метод определения TAC с Ce (IV) является простым, дешевым, быстрым, и может быть легко применим в скромно снабженных обычных лаборатория.

 

 

 

1.5 Кинетические методы

В действительности любой химический процесс, независимо от его природы, протекает с конечной скоростью и стремится к установлению равновесия, так что можно выделить две характерные области - кинетическую (динамическую) и равновесную (статическую); последняя реализуется, когда все протекающие в системе реакции достигли состояния равновесия. Обе области можно использовать для получения разнообразной аналитической информации. Скорость протекания химических реакций зависит от таких факторов, как температура, давление или концентрация реагентов, а также от присутствия катализаторов, активаторов или ингибиторов. Некоторые реакции (например, нейтрализация сильных кислот сильными основаниями) идут столь быстро, что равновесие достигается практически сразу, тогда как другие (независимо от их термодинамической выгодности) протекают настолько медленно, что изменения не удается заметить даже после того, как пройдет значительное время. Такова хорошо известная реакция между мышьяком(III) и церием(IV) при комнатной температуре [29].

Исследовать скорости реакций в зависимости от экспериментальных условий крайне важно, так как знание кинетических свойств системы позволяет химику изменять скорость в соответствии со своими потребностями. Тщательно подбирая условия, можно добиться того, что скорость реакции какого-либо компонента смеси будет заметно отличаться от скорости реакции других, т. е. обеспечить избирательность анализа. Самые медленные при обычных условиях реакции можно резко ускорить, устанавливая подходящую температуру или добавляя катализатор, способствующий снижению активационного барьера.

Кинетические  методы классифицируют по разным признакам. Вероятно, лучшая классификация опирается на деление на каталитические и некаталитические методы. В свою очередь, каталитические методы подразделяются на классы в зависимости от типа реакции; некаталитические классифицируют по назначению - для определения отдельных компонентов или нескольких сразу (дифференциальные кинетические методы).

Кинетические  методы, несмотря на некоторую сложность  проведения анализа в динамических условиях, имеют определенные преимущества перед равновесными. Они дают возможность использовать самые разнообразные химические реакции, непригодные для проведения определения в статическом режиме (например, медленные). В системах с медленно протекающими реакциями, по мере их приближения к завершению, может наблюдаться увеличение роли побочных процессов, но для кинетических методов это обычно не создает проблем. В кинетических методах можно использовать реакции протекающие не количественно и непригодные для равновесных вариантов. Кинетические методы характеризуются большими возможностями в случае анализа следов благодаря более высокой чувствительности (особенно если используют каталитические реакции). Кинетические методы позволяют раздельно определять близкородственные соединения за счет различия в скорости их взаимодействия с одним и тем же реагентом (дифференциальные методы).

В то же время  весьма серьезный недостаток кинетических методов состоит в необходимости  каждый раз при проведении анализа тщательно воспроизводить условия эксперимента. Воспроизведение условий реакции для кинетических методов всегда значит гораздо больше, чем для равновесных (поскольку время в них всегда является важнейшей переменной).

Возрастание роли кинетических методов можно связать с потребностью в определении ультрамалых (несколько нанограммов и меньше) содержаний при анализе высокочистых веществ, объектов окружающей среды и биологических образцов; развитием представлений о механизмах реакций и в особенности с огромными достижениями в приборостроении, в частности, автоматизации и компьютеризации.