Изолирование токсических веществ путем экстракции и сорбции

Наиболее распространенный способ выделения ядов – их извлечение из объектов с помощью различных растворителей. В токсикологической химии путем экстракции выделяют ядовитые вещества из твердой фазы: различные ткани, органы, растительные объекты, - и из жидкой фазы: кровь, моча, слюна, промывные воды желудка, перитонеальная жидкость и др. Выделение токсических веществ из жидкой фазы (реэкстракция) часто используется и для очистки извлечений от примесей эндогенных соединений. Таким образом, жидкостная экстракция является одним из главных способов выделения многих ядов из биологических объектов.

Характерной особенностью лекарственных и наркотических веществ является их способность давать ионизированные и неионизированные формы. Существование различных форм зависит от величины константы ионизации вещества и значения рН среды. Для кислот константа ионизации определяется уравнением:

 

 

или в логарифмической форме:

 

 

Для оснований:

 

в логарифмической форме:

 

 

Исходя из этих уравнений, можно считать, что кислота будет полностью (99,9%) ионизирована при рН=рКа+3, а основание – при рН=рКа-3. Эта закономерность справедлива для водных растворов. В смешанных или неводных растворителях эти соотношения могут изменяться, иногда на значительную величину.

Достичь условий полной ионизации веществ удается не всегда. В этих случаях ограничивают значения рН до величины рКа+/-2 и даже меньше. При этом следует учитывать, что при рН=рКа только 50% вещества будет находиться в ионизированной форме.

Эти закономерности используют как при извлечении ядовитых веществ, так и при очистке полученных экстрактов. Соли кислот и оснований хорошо растворимы в воде и спирте и практически не растворяются в органических растворителях. Свободные кислоты и основания хорошо растворимы в органических растворителях и плохо растворимы в воде и спиртовых смесях.

Метод извлечения ядовитых веществ из твердых объектов (твердая фаза) водным или спиртовым раствором кислоты или основания практически всегда является первым этапом изолирования. На этом этапе измельченные внутренние органы заливают экстрагентом, устанавливают необходимое значение рН и настаивают в течение определенного времени. Выбор растворителя и время настаивания зависят от многих факторов.

Вода и спирт как наиболее часто применяемые растворители отвечают многим требованиям, предъявляемым к экстрагентам. В них хорошо растворяются многие соли оснований и кислот.

Время настаивания зависит от скорости проникновения экстрагента внутрь ткани. Продолжительность настаивания определяется моментом наступления равновесия между концентрацией токсического вещества в ткани и окружающей жидкости.

Вода имеет большое сродство к тканям. Она содержится в большом количестве в органах человека: в мышцах – до 75-78%, в печени – до 70-75%. Поэтому вода легко проникает в ткани. Время настаивания объекта с водой и наступление равновесия составляет 1-2 ч.

Спирт денатурирует белковые молекулы на поверхности кусочков биологического материала, его проникновение в ткани затрудняется, и равновесие возникает не менее чем через 6 часов.

Для создания необходимого значения рН среды объект с экстрагентом подкисляют органической или неорганической кислотой. Природа кислоты может оказывать влияние на степень изолирования алкалоидов и органических оснований из биологического материала. Чем лучше растворяются соли ядовитых веществ в данном растворителе, тем лучше они будут извлекаться.

Применение минеральных кислот для подкисления объектов ограничивается возможностью гидролиза эфироподобных токсических веществ (атропин, кокаин и др.) и белковых молекул.

При необходимости одновременного определения ядовитых веществ и их метаболитов могут возникнуть трудности в подборе условий их извлечения. Метаболиты часто значительно отличаются по физико-химическим свойствам от самих ядов. Поэтому для их извлечения требуются иные растворители и значения рН среды. В таких случаях изолирование ядов и их метаболитов иногда рекомендуется проводить из разных навесок объекта.

Выбор величины рН при изолировании обычно учитывает только возможность извлечения ядовитых веществ. Однако пептиды тканей также могут ионизироваться и переходить в раствор. Оптимальным значением рН, препятствующим такому переходу, было бы значение рН, равное изоэлектрической точке белка. В реальных условиях этого достичь не удается. Поэтому извлечения из биологических объектов, полученные на первом этапе, всегда содержат примеси белковых молекул и других эндогенных веществ, а поэтому требуют применения различных способов очистки.