способ хроматографического определения молочной кислоты

Формула изобретения

Способ определения молочной кислоты методом ионоэксклюзионной хроматографии, предусматривающий разделение на сульфокатионообменнике на основе полистирола с использованием в качестве элюента раствора кислоты в смеси с органическим растворителем и детектирование, отличающийся тем, что в качестве полистирола используют сверхсшитый полистирол со степенью сшивки > 100%, в качестве кислоты и органического растворителя соответственно используют 5-20 мМ раствор серной кислоты и 1-10 об. % ацетонитрила, при этом разделение проводят при температуре 50-70^oС, а детектирование осуществляют спектрофотометрически.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии и представляет собой способ хроматографического определения молочной кислоты. Определение содержания молочной кислоты имеет важное значение для контроля качества продуктов молочно-кислого брожения (квас, рассолы и др.) при их производстве и хранении, так как готовность продукта определяется степенью завершенности молочно-кислого брожения, а возможная порча может быть связана с развитием побочных типов брожения (уксуснокислое, масляно-кислое). Таким образом, предложенный способ может найти применение при экспрессном контроле качества продуктов молочно-кислого брожения - квасов и рассолов.

Определение молочной кислоты в продуктах ферментативных брожений проводят в различных вариантах высокоэффективной жидкостной хроматографии, обеспечивающих отделение молочной кислоты от сопутствующих органических кислот и других компонентов пробы, а также имеющих высокую чувствительность детектирования.

Известен способ определения молочной кислоты методом ионной хроматографии в виде лактата, отделяемого от других компонентов пробы на колонке, заполненной анионообменником. Хроматографическая система состоит из насоса, двух систем переключения потока подвижной фазы, 3-4 колонок, системы подавления фоновой проводимости и кондуктометрического детектора. Разделение проводят при комнатной температуре и использовании в качестве элюента 5 мМ раствора Na₂В₄О₇. Молочная кислота удерживается около 6 мин [Suzuki Y. // J. Chromatogr. A. 1997. V. 733. Р. 123].

В этом случае невозможно напрямую определять молочную кислоту в пробах, содержащих большие количества неорганических анионов. Для исключения влияния неорганических анионов необходимо использовать устройства переключения потока подвижной фазы, несколько последовательно соединенных хроматографических колонок и систему подавления фоновой проводимости для повышения чувствительности детектирования. Сложное устройство хроматографической системы снижает надежность системы и повышает стоимость анализа.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ ионоэксклюзионного определения молочной кислоты с использованием сульфокатионита на основе полистирол-дивинилбензола (ПС-ДВБ) низкой степени сшивки (2-10%) в Н⁺-форме с использованием кондуктометрического детектирования. Используют колонку Dionex IEC длиной 220 мм и внутренним диаметром 9 мм, заполненную сульфокатионообменником на основе ПС-ДВБ с 9% сшивки, и кондуктометрическое детектирование. Модельная смесь органических кислот (лимонная, винная, яблочная, янтарная, молочная, фумаровая и уксусная) разделяется при использовании в качестве элюента 2 мМ октансульфокислоты в 2%-ном изопропаноле и температуре 40^oС и линейной скорости элюента 0,75 см/мин (объемная скорость 0,5 мл/мин) [Dionех Application Note. AN 21. July 1987].

Продолжительность разделения смеси - 40 мин (молочная кислота удерживается около 15 мин). При определении молочной кислоты этим способом наблюдается перекрывание хроматографических пиков янтарной и молочной кислоты, которое затрудняет определение молочной кислоты в присутствии янтарной. Сульфокатиониты на основе ПС-ДВБ низкой степени сшивки набухают в элюентах, содержащих органический растворитель, что приводит к увеличению рабочего давления в хроматографической системе и изменению свойств сорбента, невоспроизводимости результатов. Необходимо использовать большие по размеру (диаметром 8-12 мм и длиной до 30 см) колонки. Объем колонки составляет почти 15 см³.

Решаемой задачей является устранение перечисленных выше недостатков.

Решаемая задача достигается предложенным способом при использовании в качестве сорбента сульфокатионообменника на основе сверхсшитого полистирола (ССПС) со спектрофотометрическим детектированием. В качестве элюента используют 5-20 мМ серную кислоту с добавлением 1-10 об.% ацетонитрила и разделение ведут при температуре 50-70^oС.

Отличия предложенного способа состоят в том, что для разделения используют сорбент на основе ССПС и ведут его в 5-20 мМ растворе серной кислоты в смеси с 1-10 об.% ацетонитрила, температуре 50-70^oС^oи детектирование осуществляют спектрофотометрически.

Использование сульфированного ССПС, который имеет высокую механическую прочность и высокую удельную поверхность, позволяет использовать высокие объемные скорости элюентов, содержащих органические растворители. Таким образом, использование сульфокатионообменника на основе ССПС позволяет уменьшить почти в 4 раза объем сорбента и увеличить в 4 раза линейную скорость элюента. Замена изопропанола на ацетонитрил позволяет увеличить чувствительность детектирования, так как прекращение поглощения ацетонитрила лежит при 190, а изопропппола при 210 нм. Замена кондуктометрического детектирования на спектрофотометрическое позволяет улучшить чувствительность детектирования органических кислот. Хроматографическое разделение при 50-70^oС и использование добавки в элюент 1-10 об.% ацетонитрила позволяет сократить время анализа и увеличить хроматографическую эффективность. Использование меньшей температуры разделения, так же как и использование элюента без добавки ацетонитрила, увеличивает время анализа и уменьшает хроматографическую эффективность разделения. Разделение органических кислот при более высокой температуре, так же как и более высокое содержание ацетонитрила в элюенте, приводит к нежелательному уменьшению селективности разделения. Использование в качестве элюента более дешевой серной кислоты также является преимуществом предлагаемого способа. Интервал концентраций 5-20 мМ является достаточным для селективного разделения серной кислоты, и выход за указанные рамки не имеет смысла. В этих условиях достигается полное разделение молочной и янтарной кислоты.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

5 мкл модельной смеси 11 карболовых кислот (щавелевая, винная, гликолевая, яблочная, малоновая, молочная, лимонная, уксусная, малеиновая, янтарная) и лактида вводят в хроматограф для ВЭЖХ, снабженный фотометрическим детектором с длинной волны 210 нм. Разделение ведут на колонке, заполненной сульфокатионообменником на основе ССПС (степень сшивки > 100%), длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. В качестве элюента используют 10 мМ раствор серной кислоты с содержанием ацетонитрила 5 об.%. Температура хроматографической колонки - 65^oС. Объемная скорость элюента 0,5 мл/мин. Концентрацию молочной кислоты находят по уравнению градуировочного графика, построенного по площадям пиков, соответствующих концентрации раствора 0, 2,5, 5, 10, 20, 30, 40 и 50 мг/мл молочной кислоты. Указанный диапазон концентраций соответствует содержанию молочной кислоты в пищевых продуктах ферментативных брожений. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 15 мин. Набухания сорбента отмечено не было. В этом случае наблюдается полное разделение молочной и янтарной кислот и получаются воспроизводимые результаты.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, только элюент содержит 1 об.% ацетонитрила, температура разделения 70^oС и концентрация элюента 5 мМ и объемная скорость элюента 1,0 мл/мин. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 25 мин.

Пример 3.

Аналогично примеру 1, только элюент содержит 10 об.% ацетонитрила, температура разделения 50^oС и концентрация элюента 20 мМ. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 9 мин.

Пример 4.

Аналогично примеру 1 анализируют квас, огуречный (см. чертеж) и капустный рассол. Проводят предварительное фильтрование пробы через фильтр с диаметром пор 0,2 мкм. Разделение проводят при температуре 65^oС, объемной скорости 1,0 мл/мин, а в качестве элюента используют 10 мМ серную кислоту с содержанием ацетонитрила 4 об.%.

Таким образом, предложенный способ позволяет определять селективно молочную кислоту в присутствии янтарной кислоты, сократить время анализа, уменьшить объем используемой колонки, повысить чувствительность определения молочной кислоты, получать воспроизводимые результаты при использовании элюентов, содержащих органический растворитель, снизить стоимость анализа.