DK149460B - Fremgangsmaade og apparat til bestemmelse af med damp flygtige organiske baser, isaer alkaloider fra tobak - Google Patents

Description

149460 \

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til bestemmelse af med damp flygtige organiske baser, især alkaloider fra tobak, ved vanddampdestillation af alkaliseret materiale, der indeholder de omhandlede organiske baser, og efterfølgende isolation og bestemmelse af de organiske baser, samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket apparat består af et vanddampdestillationsapparat med et destillationsoverløb samt en køler og en ekstraktionsbeholder .

Ved den velkendte metode til bestemmelse af organiske baser, der er flygtige med damp, især plantealkaloider, såsom nikotin, adskilles basen før den kvantitative bestemmelse fra det materiale, der indeholder de organiske baser, ved alkalisk vanddampdestillation, hvorpå de i destillatet vundne alkaloider, f.eks. nikotin, 149460 2 adskilles fra ledsagestofferne ved hjælp af specifikke fældningsmidler og bestemmes gravimetrisk eller titrimetrisk.

Denne fremgangsmåde er især på grund af adskillelsesoperationen af baserne, der skal bestemmes, samt deres kvantitative bestemmelse, tidsrøvende og kræver skolet arbejdskraft.

I den senere tid udføres bestemmelsen af nikotin i destillatet - efter adskillelse af forstyrrende ledsagestoffer - ved hjælp, af et spektrofotometer eller et kolorimeter. Heller ikke denne variation af den kendte metode er tilfredsstillende, selv om tiden til bestemmelse af nikotinen er noget kortere end ved den foran beskrevne metode, idet den stadig er for lang, og de nødvendige apparaturer er forholdsvis dyre og krasver meget nøjagtigt indstillede kemikalier og eventuelt standardopløsninger for at kunne opstille standardkurver.

Der kendes også metoder til bestemmelse af flygtige organiske baser, især nikotin fra tobak, ved hvilke de organiske baser isoleres ved ekstraktion med organiske opløsningsmidler. Derved får man alment højere analyseværdier end ved vanddampdestillationen. Grunden hertil er, at ikke blot ekstraheres de flygtige organiske baser, men også andre alkaliske spaltningsprodukter, især ammoniak og alkaliseringsmiddel, ekstraheres ved ekstraktionen over i organisk opløsningsmiddel, og disse stoffer forfalsker værdien af den tilsigtede kvantitative bestemmelse. En yderligere ulempe ved ekstraktionsmetoden består i, at ekstraktions- eller opløsningsmiddelfasen skal renses efter ekstraktionen, som praktisk talt altid foregår ved samtidig rystning. Yderligere må den ved ekstraktionen regelmæssigt dannede emulsion brydes, og forstyrrende farvekomponenter må fjernes ved hjælp af særlige klaringsmidler, f.eks. ved hjælp af et Cellit ®-filter eller aktivt kul. Dette arbejde er tidsrøvende og forårsager desuden et vist tab.

Udvindingen af nikotin ved alkalisk vanddampdestillation har ikke de ovenfor beskrevne ulemper, men er på den tidligere praktiserede måde meget omstændelige og tidsrøvende.

Selv om alkaloidet udfældes efter destilleringen, hvorefter det filtreres og tørres, kræver den gravimetriske bestemmelse så megen tid, at fremgangsmåden især ved løbende fabrikationskontrol eller ved seriebestemmelser med simple midler og uden skolet arbejdskraft praktisk talt ikke kommer i betragtning.

Formålet med opfindelsen er at angive en fremgangsmåde af ovennævnte art, som er hurtig og simpel og kan anvendes, af mindre 3 149460 skolet personale.

Dette opnås med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ledes de varme baser, der er befugtet med damp, og som er flygtige med damp, direkte over i et opløsningsmiddel, hvori de organiske baser, der fortrinsvis er alkaloider, opløses selektivt, medens de uorganiske baser hovedsagelig opløses i en vandig fase, som dannes af den kondenserede damp, og som efter destillationen adskilles fra det organiske lag, hvorpå de med damp flygtige organiske baser, der befinder sig i det organiske opløsningsmiddel, bestemmes kvantitativt.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er en variant af vanddampdestillationsfremgangsmåden, ved hvilken dampene indeholdende flygtige organiske baser, der går over ved destillationen, ikke som hidtil sædvanligvis kondenseres ved køling og oparbejdes yderligere, men uden køling ledes direkte ind i et organisk opløsningsmiddel, som fortrinsvis indeholder så meget salt (elektrolyt), at der efter endt destillation foreligger en mættet vandig fase. De varme destillationsdampes højere temperatur bevirker en accelereret ekstraktion af de flygtige organiske baser i den organiske fase. På grund af den ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fortrinsvis anvendte relativt høje destillations'hastighed opnås samtidig en fordelagtig intensiv gennemblanding af den vandige og den organiske fåse, således at ekstraktionen foregår særlig hurtigt. Endvidere adskilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen det organiske og det vandigelag i forlaget rent og praktisk talt øjeblikkeligt, så snart destillationen er til ende, uden at man som ved den tidligere anvendte ekstraktionsmetode behøver at anvende emulsionsbrydende middel eller en emulsionsbrydende proces.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen udmærker sig især ved, at den selektive adskillelse af de flygtige organiske baser, f.eks. alkaloider, fortrinsvis nikotin, fra det undersøgte materiale foregår i en enkelt arbejdsgang og i selve apparatet. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen adskilles nemlig under destillationen overraskende de med damp flygtige baser med'det samme i organiske baser, f.eks. nikotin, og uorganiske baser, f.eks. ammoniak, optaget i hvert sit lag, idet den organiske base nikotin overgår kvantitativt i den organiske fase. Da der som allerede omtalt yderligere ingen emulsionsdannelse foregår mellem den organiske og den vandige fase, kan man efter destillationen, der kræver ca 10 mi- 4 149460 nutter, adskille de to faser fra hinanden med det samme på simpel måde f.eks. ved afledning af den vandige fase og derpå bestemme nikotinet i den organiske fase direkte, f.eks. potentiometrisk eller acidometrisk.

Ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen bestemmes fortrinsvis indholdet af med damp flygtige organiske baser fra findelt plantemateriale, især findelt tobak. Imidlertid kan naturligvis også indholdet i filtre, f.eks. cigaretfiltre, og såkaldte røgkondensater af disse baser bestemmes.

Særlig fordelagtigt og i de fleste tilfælde endog nødvendigt er det at gøre materialet, der skal undersøges for organiske baser, alkalisk ved iblanding med en'alkaliseringsvæske (lud). Til blandingen af alkaliseringsvæske og det undersøgte materiale kan • der til fremskyndelse af kvantitativ destillation eller adskillelse af de organiske med damp flygtige baser på i og for sig kendt måde tilsættes et uorganisk salt, især kogsalt.

Det har vist sig, at sidstnævnte foranstaltning ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen i modsætning til de kendte fremgangsmåder ikke ubetinget er nødvendig, og den er kun fordelagtig ved anvendelse af en stor mængde alkaliseringsvæske i forhold til det undersøgte materiale (f.eks. mere end 20 ml 1% NaOH til 1 g tobak).

Det er nemlig konstateret, at uddrivelseshastigheden af nikotinet indenfor et relativt bredt område af mængdeforholdet mellem plantemateriale og alkaliseringsmiddel og/eller -væske hovedsagelig er bestemt af damp- eller destillationshastigheden og af dette mængdeforhold.

De udførte forsøg viser således, at man, når man til 1 g tobak tilsætter højst 20 ml alkaliseringsvæske, kan afdestillere nikotinet uden NaCl-tilsætning nøjagtig så hurtigt kvantitativt fra tobakken, som når der tilsættes NaCl til tobak og alkaliseringsmiddel. - ·

Ved en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden anvendes der således til 1 g af det undersøgte materiale højst 20 ml alkaliseringsvæske, medens der intet salt sættes til den blanding, der skal destilleres.

Der anvendes med fordel en dampdestillationshastighed på mindst 10 ml/minut, og navnlig indenfor intervallet 10-15 ml/minut, idet man har fundet at nikotin uddrives hurtigst ved en dampdestillationshastighed på 10 ml/minut eller derover.

Ved en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden indehol- 5 149460 der det organiske opløsningsmiddel fortrinsvis så meget salt, især kogsalt, beregnet på destillatets slutrumfang (kondensat), åt der opstår en mættet opløsning.

Opfindelsen angår som nævnt tillige et apparat til udførelse af fremgangsmåden. Dette apparat er ejendommelig ved det i krav 2's kendetegnende del anførte. Et vanddampdestillationsapparat er over et destillationsoverløb forbundet med en ekstraktionsbeholder, på hvis nederste del der findes en afløbshane, og hvis øverste del er udstyret med en køler, idet destillationsoverløbet udmunder i et i ekstraktionsbeholderen anbragt rør, hvis anden munding ligger i nærheden af ekstraktionsbeholderens laveste punkt.

Den ende af dette rør,der munder ud i ekstraktionsbeholderen, udstyres med fordel med en gasfordeler, f.eks. en glasfritte, hvorigennem destillatdampene ledes i fin og jævn fordeling i ekstraktionsmidlet .

Rørets munding, hvorigennem destillatdampene tilledes ekstraktionsbeholderen, anbringes med fordel så højt over ekstraktionsbeholderens bund, at det også ved slutningen af destillationen endnu ligger knebent over eller i alt fald ubetydeligt under grænselaget mellem ekstraktionsmidlet og det ved ekstraktionsbeholderens bund ansamlede vandige kondensat.

I ekstraktionsbeholderen ifølge opfindelsen foregår der af ovennævnte grunde en sæirlig hurtig og skarp adskillelse af de med damp flygtige organiske baser fra destillatdampenes vandopløselige bestanddele, især uorganiske baser, fordi der ved siden af hinanden finder tre ekstraktioner sted, nemlig to gas/væskeekstraktioner henholdsvis mellem de i ekstraktionsbeholderen opstigende destillatdampe og det organiske opløsningsmiddel, der danner den kontinuerlige fase, og mellem det i dispers fase gennem det organiske opløsningsmiddel nedrislende vandige kondensat og opløsningsmidlet, samt en væske-væske-ekstraktion mellem den organiske opløsning og det vandige kondensat, idet alle tre ekstraktioner praktisk talt forløber efter modstrømsprincippet.

Opfindelsen skal forklares nærmere ved hjælp af et apparat til udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Apparatet består af en destillationskolbe 5, hvori der er indført en elektrisk dyppekoger 11 gennem en med en trådklemme 7 sikret sleben prop 10. Gennem en anden sleben prop 12 er indsat et stigrør 6, der er sikret med en trådklemme 7. Ved hjæl]$ af en sleben prop 13 er destillationskolben 5 udstyret med en destillations- 6 149460 opsats 4 af kendt art, som er udstyret med et destillationsoverløb 3 ved hjælp af en sleben forbindelse 14, der er udstyret med to fjedre 8. Destillationsoverløbet 3 munder ud i et rør 15, som strækker sig ind i en ekstraktionsbeholder 1. Destillationsoverløb 3 og røret 15 er forbundet med hinanden over en sleben kugle 16. Ekstraktionsbeholderen 1 er nederst udstyret med en afløbshane 9 og bærer en køler 2 ved hjælp af en slebet prop 17. Den nederste del af røret 15 strækker sig langt ned i ekstraktionsbeholderen 1, således at dets munding 18 ligger nær afløbshanen 9.

Ved en foretrukken udførelsesform for opfindelsen fyldes destillationskolben 5 til ca 2/3 af dens rumfang med vand. Derefter tilsættes 2 g tobak, der er pulveriseret, sammen med 15 ml af en 15% natronlud gennem destillationsopsatsen 4.

I ekstraktionsbeholderen 1 er der anbragt 50 ml toluen, og der tilsættes ca 40 g natriumklorid. Derefter sammensættes de enkelte dele til det på tegningen viste apparat, og dyppekogeren tilsluttes en ikke vist elektrisk strømkilde. Destillationen kan ifølge opfindelsen fuldendes i løbet af 10 minutter, i hvilket tidsrum 130-150 ml destillat tilledes ekstraktionsbeholderen 1.

Ved tilledning af det varme destillat til det kolde, med natriumklorid mættede toluen ekstraheres det med dampen medførte nikotin kvantitativt af toluen. Så snart destillationen er fuldendt, adskilles opløsningsmiddel-vand-blandingen skarpt, og den vandige fase (vand med deri opløst natriumklorid) udledes gennem udløbshanen 9. Til nikotinbestemmelse udtages så opløsningsmiddel (ekstraktfasen) fra ekstraktionsbeholderen, og den kvantitative bedømmelse udføres på kendt måde, f.eks. ved acidimetrisk titrering.

Til undersøgelse af indflydelsen af de forskellige arbejdsbetingelser, især med hensyn til sammensætningen af destillatansatsen på analyseresultatet, udføres flere forsøgsrækker, hvis vigtigste kendetegn er sammenfattet i nedenstående tabel I, II og III.

7 149460

Tabel I

Konstante fortyndingsforhold ved forskellige natronlud-koncentrationer

For- Destillationsansats Varighed af Konstateret søg destillationen nikotinindhold a) 2 g tobak + 20 ml NaOH 30% 10 min 2,67/2,58% b) 2 g tobak + 20 ml NaOH 15% 10 min 2,86/2,79% c) 2 g tobak + 20 ml NaOH 10% 10 min 2,82/2,84% d) 2 g tobak + 20 ml NaØH 5% 10 min 2,/5/2,78% e) 2 g tobak + 20 ml NaOH 2% 10 min 2,71/2,72% f) 2 g tobak + 20 ml NaOH 1% 10 min 2,67/2,70%

Tabel II

Variable fortyndingsforhold ved konstant NaOH-koncentration

For- Destillationsansats Varighed af Konstateret søg destillationen nikotinindhold a) 2 g tobak + 1% NaOH 20 ml 10 min 2,67/2,70% b) 2 g tobak + 1% NaOH 30 ml 10 min 2,65/2,62% c) 2 g tobak + 1% NaOH 40 ml 10 min 2,59/2,-60% d) 2 g tobak + 1% NaOH 50 ml 10 min 2,30/2,15% e) 2 g tobak + 1% NaOH 70 ml 10 min 1,94/1,84% f) 2 g tobak + 1% NaOH 100 ml 10 min 1,63/1,62%

Tabel III

Samme betingelser som i II b) og d), dog under tilsætning af NaCl

For- Destillationsansats Konstateret søg nikotinindhold a) 2 g tobak + 30 ml NaOH 1% + 15 g NaCl .2,60% b) 2 g tobak + 50 ml NaOH 1% + 25 g NaCl 2,71% 8 149460

Af ovenstående forsøgsreultater ses det, at 1) Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen behøver man ikke som alkaliseringsvæske at anvende så højt koncentreret lud som ved kendte metoder (ved hvilke der f.eks. anvendes 8N, dvs. ca 3 2%'s natronlud) for hurtigt at kunne opnå praktisk talt fuldstændig uddrivelse af nikotinen der skal bestemmes, men der anvendes fortrinsvis 2-15% lud, og selv med kun 1% NaOH opnås der stadig et mindst lige så godt resultat som der opnås med 30% natronlud ved den kendte metode (se tabel I).

2) Det fundne nikotinindhold falder betydeligt, når der per g tobak anvendes mere end ca 20 ml alkaliseringsvæske (se tabel II, se henholdsvis forsøg a-c og forsøg d-f).

3) Tilsætningen af NaCl til blanding af tobak og alkaliserings-væsken der skal destilleres ved anvendelse af mindre end ca 20 ml alkaliseringsvæske per g tobak (se tabel II, forsøg b) og (tabel III, forsøg a) har ingen signifikant gunstig indflydelse på det fundne nikotinindhold, mens der ved anvendelse af mere end ca 20 ml alkaliseringsvæske pr. g tobak ved blanding af destillationsansatsen med NaCl kan forhindres et fald af nikotinindholdet der skal bestemmes (se tabel II, forsøg d) og tabel III (forsøg b)) .

Skal man i stedet for nikotinindholdet i tobak f.eks. bestemme nikotinindholdet i cigaretfiltre, er det nødvendigt at anvende et apparat af den i tegningen angivne art, hvor destillationsoverløbet 3 er udstyret med en yderligere sleben prop 19, hvori der er anbragt en dråbetragt 20 med trykudligning.

Nikotinbestemmelsen udføres i dette apparat f.eks. på følgende måde: I destillationsopsatsen 4 tilsættes 10 (udskårne) filtre, 20 ml metanol og 5 ml ^SO^, hvorpå dråbetragten 20 påsættes og fyldes med 10 ml 30%'s natronlud.

Derefter destilleres 100 ml i surt miljø, idet der endnu ikke er påfyldt ekstraktionsmiddel i ekstraktionsbeholderen 1, destillatet udtømmes fra ekstraktionsbeholderen 1 og kastes bort.

I ekstraktionsbeholderen tilsættes derefter 5.0 ml toluen og 50 g NaCl, og nu lader man natronluden dryppe fra dråbetragten 20 til destillationsopsatsen 4 og destillerer videre i 10 minutter som skildret ovenfor ved bestemmelse af nikotinindholdet i tobak.

Til undersøgelse af reproducerbarheden af analyseresultaterne opnået ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen og deres overens 9 149460 stemmelse med de ved traditionelle metoder bestemte værdier kon-taktedes et neutralt institut til udførelse af sammenligningsanalyser, hvorved der konstateredes god reproducerbarhed af analyseværdierne ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen og resultater i overensstemmelse med de der er fundet ved de klassiske nikotinbestemmelsesmetoder, hvilket fremgår af nedenstående tabel IV.

Tabel IV

Nikotinindholdet bestemt efter:

Prø- Fremgangsmåden Spektrofotometer- Pikratmetoden ve ifølge opfindelsen metoden x) x) 1 1,67% 1,68% 1,56% 2 1,36% 1,35% 1,35% 3 2,45% 2,44% 2,44% 4 0,88% 0,87% 0,95% 5 2,23% 2,17% 2,18% ' 6 1,01% 0,90% 0,97% x) med vanddampdestillation og kondensation af destillatet forud for adskillelse og bestemmelse af nikotinet.