Экстракционно-хроматографическое определение наркотических средств и психотропных веществ в объектах сложного матричного состава

A comparison of the capabilities of two methods for extraction-chromatographic determination of narcotic drugs and psychotropic substances in various objects (syrups, ointments, tablets, herbal mixtures, etc.), the screening methanol method commonly used in the practice of customs and forensic examination and the proposed extraction method based on the use of water phase (in particular, water solutions of salts) for preliminary effective separation of analytes from matrix components was made. In extraction systems of hexane–water, hexane–aqueous solutions of inorganic salts (sodium chloride, dipotassium phosphate and potassium carbonate), chloroform–water, the method of gas chromatography – mass spectrometry was used to determine the distribution constants (P) of organic bases – narcotic drugs and psychotropic substances (N-methylephedrine, methamphetamine, amphetamine, methadone, dihydrocodeine, hydrocodone, oxycodone, ketamine, cocaine zolpidem, fentanyl, harmine, harmaline). Based on the obtained extraction characteristics of analytes and matrix components, the optimal extractants and extraction conditions, which ensure the maximum efficiency of separation of analytes and matrix components, as well as the concentration of the analyte were substantiated. The use of extraction using water and aqueous solutions of salts provides both a sharp decrease in the detection limit (from 10–3 to 10–7 mol/dm3) in comparison with the methanol method and stable working of chromatographic equipment due to the removal of thermally unstable matrix components was shown.Проведено сравнение возможностей двух методов экстракционно-хроматографического определения наркотических средств и психотропных веществ в различных объектах (сиропы, мази, таблетки, растительные смеси и т. д.), часто применяемого в практике таможенной и судебной экспертизы скринингового метанольного метода и предложенного экстракционного метода, основанного на использовании водной фазы (в частности, водных растворов солей) для предварительного эффективного разделения аналита и матричных компонентов. В экстракционных системах гексан–вода, гексан–водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия и карбонат калия), хлороформ–вода с использованием метода газовой хроматографии – масс-спектрометрии определены константы распределения (Р) органических оснований – наркотических средств и психотропных веществ (N-метилэфедрина, метамфетамина, амфетамина, метадона, дигидрокодеина, гидрокодона, оксикодона, кетамина, золпидема кокаина, фентанила, гармина, гармалина). На основании полученных экстракционных характеристик аналитов и матричных компонентов обоснован выбор оптимальных экстрагентов и условий экстракции, обеспечивающих максимальную эффективность разделения аналитов и матричных компонентов, а также концентрирование аналита. Показано, что применение экстракции с использованием воды и водных растворов солей обеспечивает как резкое снижение предела обнаружения (с 10–3 до 10–7 моль/дм3) по сравнению с метанольном методом, так и стабильное функционирование хроматографического оборудования за счет удаления термонестабильных и других матричных компонентов

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАЛИВАНИЯ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГИДРОФИЛЬНЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ИХ ДАЛЬНЕЙШЕГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Using gas chromatography methods with the quadrupole mass spectrometric detector and flame ionization detector, as well as high-performance liquid chromatography with the diode-matrix detector, the distribution constants of codeine, phenobarbital, modafinil, adrafinil, pseudoephedrine for hexane-water, hexane-water systems of inorganic salt solutions (sodium chloride, dipotassium phosphate, potassium carbonate and ammonium sulfate), chloroform-water, chloroform-aqueous solutions of inorganic salts (sodium chloride, dipotassium phosphate, potassium carbonate and ammonium sulfate) were determined. The principal possibility of quantitative extraction of all the investigated substances from the aqueous matrices by salting out was shown. The patterns of salting out of the studied substances from the aqueous solutions were established. In particular, the salting out ability of salts increased sharply with the increasing charge of the salt anion. A significant effect on the salting out effect was exerted by the nature of the extracted compound. It has been shown that the following compounds could be quantitatively recovered in the hexane: codeine, modafinil, and afrafinil. Due to their high hydrophilicity, phenobarbital and pseudoephedrine were not quantitatively extracted with the hexane even at the salt concentration close to the saturation. For the extraction of phenobarbital and pseudoephedrine, the more active but less selective chloroform was used. Based on the obtained values of the distribution constants of the substances and their acid-base properties, the extraction methods for the sample preparation of the various objects were proposed with determining the studied substances in them using salting out. The methodology for the determination of pseudoephedrine and codeine in drugs was tested. It was based on the preliminary removal of the matrix components by chloroform from the aqueous acidic solution and subsequent alkalization, salting out, and extraction with chloroform. The characteristics of the methods were as follows: detection limit for pseudoephedrine - 0.09 g/dm3 and for codeine - 0.07 g/dm3; standard deviation did not exceed 4% for both substances, range of determined concentrations for all-ephedrine  was 0.09 – 3.00 g/dm3, and for codeine - 0.07 - 4.00 g/dm3 respectively.Key words: salting out, chromatography, increment of methylene group, solution structure, Sechenov constant(Russian) DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.004S.M. Leshchev1, O.N. Mikhniuk2 , K.D. Kryzhny2, M.F. Zayats1 1Belarusian State University, ul. Leningradskaya, 14, Minsk, 220050, Republic of Belarus2State institute of advanced training and retraining of customs authorities of the Republic of Belarus, ul. Mogilevskaya, 45/4, Minsk, 220007, Republic of BelarusС использованием методов газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором квадрупольного типа и с пламенно-ионизационным детектором, а также высокоэффективной жидкостной хроматографии с диодно-матричным детектором определены константы распределения кодеина, фенобарбитала, модафинила, адрафинила, псевдоэфедрина  для систем гексан-вода, гексан-водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия, карбонат калия и сульфат аммония), хлороформ-вода, хлороформ-водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия, карбонат калия и сульфат аммония). Показана принципиальная возможность количественного извлечения всех исследованных веществ из водных матриц с применением высаливания. Установлены закономерности высаливания изученных веществ из водных растворов. В частности, высаливающая способность солей резко увеличивается с увеличением заряда аниона соли. Значительное влияние на эффект высаливания оказывает природа экстрагируемого соединения. Так показано, что в гексан могут быть количественно извлечены следующие соединения: кодеин, модафинил, афрафинил. Фенобарбитал и псевдоэфедрин ввиду их высокой гидрофильности количественно не извлекаются гексаном даже при концентрации соли близкой к насыщению.  Для экстракции фенобарбитала и псевдоэфедрина использован более активный, но менее селективный хлороформ. На основании полученных величин констант распределения веществ и их кислотно-основных свойств предложены экстракционные методики пробоподготовки различных объектов при определении в них изученных веществ с использованием высаливания. Апробирована методика определения псевдоэфедрина и кодеина в лекарственных препаратах, основанная на предварительном удалении матричных компонентов хлороформом из водного кислого раствора и последующим подщелачиванием, высаливанием и экстракцией хлороформом. Характеристики методик: нижний предел обнаружения составляет: для псевдоэфедрина – 0.09 г/ дм3, для кодеина – 0.07 г/дм3, стандартное отклонение не превышает 4 % для обоих веществ, диапазон определяемых концентраций: для вседоэфедрина – 0.09 – 3.00 г/дм3, для кодеина – 0.07 – 4.00 г/дм3 . Ключевые слова: высаливание, хроматография, инкремент метиленовой группы, структура раствора, константа СеченоваDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.00

Константы распределения и групповые инкременты органических веществ в экстракционных системах водный солевой раствор–гексан

In the extraction systems of hexane–aqueous solutions of potassium carbonate, ammonium sulfate and sodium chloride, the distribution of a number of organic compounds (benzyl alcohol, tetrahydrofuran, phenol, aniline, pyridine, pyridazine, pyrimidine, n-butylamine, diethylamine, triethylamine, benzylamine) was studied. It was shown that sodium chloride, the most frequently used as a salting out agent, is noticeably inferior in salting ability to potassium carbonate, dipotassium phosphate and ammonium sulfate, since it contains singly charged ions with a relatively low charge density. Using the method of group increments on the example of aliphatic alcohols, the salting out ability of a number of mineral salts with singly charged ions was evaluated. By the value of this ability, the salts studied are arranged in the following order: NaNO2 > NaCl > KCl ~ NaBr > NaClO4 > KJ > NH4NO3 > NH4SCN. At the same time, the salting out effect of the last four salts from the above series is small. Based on the usage of the group increment method, the nature of the salting out effect is additionally confirmed, which consists, first of all, in strengthening the structure of the saline solution and increasing the increment of the methylene group (ICH2) with increasing the salt concentration.В экстракционных системах гексан–водные растворы карбоната калия, сульфата аммония и хлорида натрия изучено распределение ряда органических соединений (бензиловый спирт, тетрагидрофуран, фенол, анилин, пиридин, пиридазин, пиримидин, n-бутиламин, диэтиламин, триэтиламин, бензиламин). Показано, что хлорид натрия, наиболее часто применяемый в качестве высаливателя, заметно уступает по высаливающей способности карбонату калия, гидрофосфату калия и сульфату аммония, поскольку содержит в своем составе однозарядные ионы со сравнительно невысокой плотностью заряда. С применением метода групповых инкрементов на примере алифатических спиртов проведена оценка высаливающей способности ряда минеральных солей с однозарядными ионами. По величине этой способности изученные соли располагаются в следующем ряду: NaNO2>NaCl>KCl~NaBr>NaClO4> KJ>NH4NO3>NH4SCN. При этом высаливающее действие последних четырех солей из указанного ряда невелико. На основании использования метода групповых инкрементов подтверждена природа эффекта высаливания, заключающаяся в первую очередь в усилении структуры солевого раствора и росте величины инкремента метиленовой группы (ICH2  ) с увеличением концентрации соли

Экстракция органических неэлектролитов н-гексаном из водных растворов гидрофосфата и ацетата калия

At a temperature of 20 ± 1 °C, the distribution of model substances of various classes of organic non-electrolytes in n-hexane – aqueous solutions of dipotassium phosphate and potassium acetate was studied. The increments of the methylene and functional groups of organic non-electrolytes are calculated. It has been shown that in case of dipotassium phosphate, the nature of the salting out effect is enhancing the structure of the salt solution and the growth of the methylene group increment. For potassium acetate, the increment of the methylene group slightly increases with increasing salt concentration, and for most functional groups it increases significantly. An explanation of the dependences of the increment values on the nature and composition of the salt solution is given.При температуре 20±1 °Cизучено распределение модельных веществ различных классов органических неэлектролитов в системах н-гексан–водные растворы гидрофосфата и ацетата калия. Рассчитаны инкременты метиленовой и функциональных групп органических неэлектролитов логарифма константы распределения. Показано, что в случае гидрофосфата калия природа эффекта высаливания в первую очередь заключается в усилении структуры солевого раствора и росте инкремента метиленовой группы. Для ацетата калия инкремент метиленовой группы незначительно растет с увеличением концентрации соли, а для большинства функциональных групп заметно увеличивается. Дано объяснение полученных зависимостей значений инкрементов от природы и состава солевого раствора

Экстракция лекарственных соединений класса бензодиазепинов из водных растворов и их последующее газохроматографическое определение

In extraction systems hexane–water, hexane–aqueous solutions of inorganic salts (sodium chloride, dipotassium phosphate and potassium carbonate), chloroform–water using the method of gas chromatography–mass spectrometry, the distribution constants of psychotropic substances, limited to movement through the customs border of the Republic of Belarus – alprazolam, lorazepam, temazepam, and as well as clozapine, a medicinal product permitted for movement, were determined. The greatest dynamics of the growth of the distribution constant versus salt concentration was observed in alprazolam. It was found that replacing hexane with chloroform leads to increasing the distribution constants and the quantitative extraction of all substances. However, for the selective extraction of substances from various objects and the simultaneous removal of matrix components, it is necessary to use the systems as hexane–aqueous solutions of salts or hexane–water. Based on the obtained values of the distribution constants of substances, extraction-chromatographic technique for the determination of organic non­electrolytes (benzodiazepines) in various objects is proposed. Metrological characteristics of the techniques are: relative standard deviation does not exceed 2 %, the range of determined concentrations in solutions is 0,05– 1,00 g/dm3.В экстракционных системах гексан–вода, гексан–водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия и карбонат калия), хлороформ–вода с использованием метода газовой хроматографии масс-спектрометрии определены константы распределения психотропных веществ (лекарственных препаратов), ограниченных к перемещению через таможенную границу Республики Беларусь (альпразолама, лоразепама, темазепама), и лекарственного препарата клозапина, который разрешен к перемещению. Наибольшая динамика роста константы распределения от концентрации соли наблюдалась у альпразолама. Найдено, что замена гексана на хлороформ приводит к росту констант распределения и количественному извлечению всех веществ. Однако для селективного извлечения веществ из различных объектов и одновременного удаления матричных компонентов необходимо использовать системы: гексан–водные растворы солей либо гексан–вода. На основании полученных величин констант распределения веществ предложены экстракционно-хроматографические методики определения органических неэлектролитов (бензодиазепинов) в различных объектах. Метрологические характеристики методик: относительное стандартное отклонение не превышает 2 %, диапазон определяемых концентраций в растворах: 0,05–1,00 г/дм3

The use of salting out for the extraction of hydrophilic biologically active substances from the aqueous solutions for their further chromatographic determination

Submitted 15 September 2019, received in revised form 15 October 2019Поступила в редакцию 15 сентября 2019 г., после исправлений 15 октября 2019 г.Using gas chromatography methods with the quadrupole mass spectrometric detector and flame ionization detector, as well as high-performance liquid chromatography with the diode-matrix detector, the distribution constants of codeine, phenobarbital, modafinil, adrafinil, pseudoephedrine for hexane-water, hexane-water systems of inorganic salt solutions (sodium chloride, dipotassium phosphate, potassium carbonate and ammonium sulfate), chloroform-water, chloroform-aqueous solutions of inorganic salts (sodium chloride, dipotassium phosphate, potassium carbonate and ammonium sulfate) were determined. The principal possibility of quantitative extraction of all the investigated substances from the aqueous matrices by salting out was shown. The patterns of salting out of the studied substances from the aqueous solutions were established. In particular, the salting out ability of salts increased sharply with the increasing charge of the salt anion. A significant effect on the salting out effect was exerted by the nature of the extracted compound. It has been shown that the following compounds could be quantitatively recovered in the hexane: codeine, modafinil, and afrafinil. Due to their high hydrophilicity, phenobarbital and pseudoephedrine were not quantitatively extracted with the hexane even at the salt concentration close to the saturation. For the extraction of phenobarbital and pseudoephedrine, the more active but less selective chloroform was used. Based on the obtained values of the distribution constants of the substances and their acid-base properties, the extraction methods for the sample preparation of the various objects were proposed with determining the studied substances in them using salting out. The methodology for the determination of pseudoephedrine and codeine in drugs was tested. It was based on the preliminary removal of the matrix components by chloroform from the aqueous acidic solution and subsequent alkalization, salting out, and extraction with chloroform. The characteristics of the methods were as follows: detection limit for pseudoephedrine -0.09 g/dm3 and for codeine -0.07 g/ dm3; standard deviation did not exceed 4% for both substances, range of determined concentrations for all-ephedrine was 0.09 – 3.00 g/dm3, and for codeine - 0.07 - 4.00 g/dm3 respectively.С использованием методов газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором квадрупольного типа и с пламенно-ионизационным детектором, а также высокоэффективной жидкостной хроматографии с диодно-матричным детектором определены константы распределения кодеина, фенобарбитала, модафинила, адрафинила, псевдоэфедрина для систем гексан-вода, гексан-водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия, карбонат калия и сульфат аммония), хлороформ-вода, хлороформ-водные растворы неорганических солей (хлорид натрия, гидрофосфат калия, карбонат калия и сульфат аммония). Показана принципиальная возможность количественного извлечения всех исследованных веществ из водных матриц с применением высаливания. Установлены закономерности высаливания изученных веществ из водных растворов. В частности, высаливающая способность солей резко увеличивается с увеличением заряда аниона соли. Значительное влияние на эффект высаливания оказывает природа экстраги­руемого соединения. Так показано, что в гексан могут быть количественно извлечены следующие соединения: кодеин, модафинил, афрафинил. Фенобарбитал и псевдоэфедрин ввиду их высокой гидрофильности количественно не извлекаются гексаном даже при концентрации соли близкой к насыщению. Для экстракции фенобарбитала и псевдоэфедрина использован более активный, но менее селективный хлороформ. На основании полученных величин констант распределения веществ и их кислотно-основных свойств предложены экстракционные методики пробоподготовки различных объектов при определении в них изученных веществ с использованием высаливания. Апробирована методика определения псевдоэфедрина и кодеина в лекарственных препаратах, основанная на предварительном удалении матричных компонентов хлороформом из водного кислого раствора и последующим подщелачиванием, высаливанием и экстракцией хлороформом. Характеристики методик: нижний предел обнаружения составляет: для псевдоэфедрина – 0.09 г/ дм3, для кодеина – 0.07 г/дм3, стандартное отклонение не превышает 4 % для обоих веществ, диапазон определяемых концентраций: для вседоэфедрина – 0.09 – 3.00 г/дм3, для кодеина – 0.07 – 4.00 г/дм3