Новые методические подходы к контролю качества алкогольной продукции и к выявлению наркотических веществ в биологических средах хроматографическими и хромато-масс-спектрометрическими методами

Савчук, Сергей Александрович

Автореферат диссертации на тему "Новые методические подходы к контролю качества алкогольной продукции и к выявлению наркотических веществ в биологических средах хроматографическими и хромато-масс-спектрометрическими методами"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

005054/и*

На правах рукописи

Савчук Сергей Александрович

Новые методические подходы к контролю качества алкогольной продукции и к выявлению наркотических веществ в биологических средах хроматографическими и хромато-масс-спектрометрическими методами

Специальность 02.00.02 - Аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

- 8 НОЯ 2012

Санкт-Петербург 2012 г.

005054702

Работа выполнена в лаборатории токсикологии Национального научного центра наркологии Минздравсоцразвития. Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Яшин Яков Иванович, директор научно-технического центра «Хроматография»

доктор химических наук, профессор химического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Родников Олег Васильевич

доктор химических наук, профессор Буряк Алексей Константинович, заведующий лабораторией физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ФГБУ Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Ведущая организация:

ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» ФМБА

Защита состоится «13» декабря 2012 г. в 15 часов минут на заседании диссертационного совета Д 212.232.37 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199134, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д.41/43, БХА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. А.М.Горького по адресу: 199143, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9.

Автореферат разослан «_»_2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

/к.ф-м.н. Панчу к В.В./

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. К числу аналитических методов, наиболее широко используемых для контроля качества пищевых продуктов, относится газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием. Идентификация подлинности различного рода продукции и определение ксенобиотиков в биологических объектах являются близкими задачами, поскольку основываются на аналитическом определении набора примесных компонентов, определяющих свойства и/или происхождение объекта исследования.

Наряду с контролем качества пищевых продуктов существует ряд сходных проблем из различных отраслей человеческой деятельности, для решения которых можно применить близкие методические подходы для доказательства принадлежности объекта к определенной общности (группе), основанные на выявлении хроматографических маркеров специфичности этой общности объектов. К числу примеров подобных задач можно отнести установление способа производства алкогольных напитков и идентификации их фальсификатов, а также подлинности лекарственных препаратов. С учётом общемировой тенденции к росту числа фальсификатов наиболее популярной и востребованной продукции решение подобных задач стало особенно актуальным для современной аналитической химии.

При наличии большого числа аналитических лабораторий, призванных решать подобные задачи, вторым важным моментом является необходимость развития методических подходов, позволяющих унифицировать и автоматизировать собственно хромато-масс-спектрометрический анализ, и создать единый методический регламент, призванный повысить межлабораторную воспроизводимость получаемой аналитической информации.

Цель работы. Разработка общих методических подходов для контроля качества алкогольной и фармацевтической продукции на принципах хроматографических методов анализа.

Задачи исследования

1. На основании результатов хроматографического исследования различных объектов синтетического, промышленного и биологического происхождения:

• спиртных напитков и их фальсификатов,

• лекарственных препаратов и наркотических средств, характерных для них примесей и метаболитов,

выявить характерные для них маркерные соединения, позволяющие отнести контролируемый объект к определенным группам объектов этого типа;

2. Установить механизмы формирования артефактов и предложить способ выявления новых маркеров принадлежности к единой группе или способу производства;

3. Обосновать принципы унификации данных по параметрам удерживания, полученным на различных хроматографических колонках, и на их основе предложить новые подходы к оценке межлабораторной воспроизводимости. Выявить способы ее повышения и/или компенсации вариаций;

4. Определить критерии надежности автоматической идентификации аналитов по плохо разрешённым пикам с их деконволюцией программными средствами, выявить факторы, приводящие к получению ложных результатов, и предложить критерии выбора условий хроматографического анализа, позволяющие повысить надежность и правильность идентификации веществ в автоматических режимах хромато-масс-спектрометрического анализа;

5. Разработать систему постоянно обновляемых библиотек масс-спектров наркотических веществ, их производных, метаболитов и артефактов для

автоматизированного, АМБ18 скрининга с фиксированными хроматографическими временами удерживания;

6. Разработать способ идентификации новых метаболитов лекарственных и наркотических веществ, позволяющих более надежно различать новые вещества и продукты деградации компонентов пробы;

7. Разработать систему обмена аналитической информацией между лабораториями, выбрать алгоритмы распределенного доступа пользователей к базам ГХ-МС данных, включающих рабочие и новые тестовые версии библиотек масс-спектров, фиксированные времена удерживания целевых веществ и примеры экспертиз новых наркотических веществ.

Научная новизна работы

1. Предложен новый подход к идентификации аналитов по данным хроматографического анализа, основанный на ранжировании их признаков и заключающийся в дифференциации артефактов и информативных маркеров различных объектов анализа для установления их принадлежности определённым группам, различающимся по происхождению или способу производства.

2. Предложен и обоснован способ повышения правильности хроматографического анализа и интерпретации его результатов при выявлении фальсификатов алкоголя, летучих ядов и наркотических средств в биологических объектах. Общность подходов, реализованных в предложенном способе, подтверждена на примере выявления характера изменения нефтепродуктов в нефтяных загрязнениях различного времени образования.

3. Предложен подход к созданию системы лабораторий с однотипным ГХ-МС обеспечением, позволяющим транслировать масс-спектры целевых веществ с фиксированными абсолютными временами удерживания с колонки на колонку, с идентификацией широкого, постоянно обновляемого набора целевых соединений в режиме автоматического анализатора.

4. Предложен способ выявления и определения происхождения неизвестных веществ в спиртных напитках. На базе двухканального хроматографа разработана схема анализатора, позволяющего определять компоненты-идентификаторы, детектирование которых затруднено или невозможно методом ГХ-МС.

5. Предложен способ улучшения правильности автоматической деконволюции-идентификации аналитов с использованием нескольких процедур анализа с последовательно изменяемыми условиями пробоподготовки и хроматографического разделения.

6. Разработан способ идентификации новых метаболитов лекарственных и наркотических веществ, позволяющих более надежно различать новые вещества и продукты деградации компонентов пробы. Предложен способ выявления неизвестных веществ в биологических жидкостях пациентов, принимавших наркотические или психоактивные вещества.

Практическая значимость работы и использование полученных результатов.

1. Предложен подход к созданию системы лабораторий с однотипным ГХ-МС обеспечением, позволяющим транслировать масс-спектры целевых веществ с фиксированными абсолютными временами удерживания с колонки на колонку, с идентификацией широкого, постоянно обновляемого набора целевых соединений в режиме автоматического анализатора.

2. Разработана система удаленной идентификации и распознавания объектов сложного состава.

3. Предложен способ выявления и определения происхождения неизвестных веществ в спиртных напитках

4. На базе двухканального хроматографа разработана схема анализатора, позволяющего определять компоненты-идентификаторы, детектирование которых затруднено или невозможно методом ГХ-МС.

5. Разработаны методики выявления фальсифицированных спиртных напитков, которые применяются в арбитражных и производственных лабораториях предприятий ликероводочной и винно-коньячной промышленности, подтверждённые актами внедрения.

6. Разработаны методики определения летучих ядов, наркотических и сильнодействующих веществ, применяемые в химико-токсикологических лабораториях и химических отделениях судебно-медицинских бюро, подтверждённые актами внедрения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Принципы ранжирования признаков идентификационной значимости при выборе маркеров объектов анализа.

2. Принципы унификации данных по параметрам удерживания, полученных на различных хроматографических колонках, и оценки по ним «межлабораторной воспроизводимости».

3. Хроматографический способ дифференциации маркеров принадлежности к единой группе (виду) объектов анализа и аналитических артефактов, образующихся как в ходе анализе, так и и при длительном хранении проб.

4. Подход к созданию системы лабораторий с однотипным ГХ-МС обеспечением, позволяющим транслировать фиксированные хроматографические времена удерживания с колонки на колонку без анализа веществ сравнения и проводить идентификацию большого количества целевых соединений в автоматическом режиме.

5. Способ улучшения правильности автоматической деконволюции-идентификации путем использования нескольких процедур анализа с изменяемыми условиями пробоподготовки и хроматографического разделения.

6. Способ дифференциации новых метаболитов и веществ — артефактов в биологических объектах.

7. Схема хроматографического анализатора фальсифицированного алкоголя и летучих ядов на базе двухканального хроматографа.

Вклад автора. Постановка и решение основных хроматографических задач по выбору принципов и критериев идентификации подлинности объектов, систематизации методов определения подлинности алкоголя, наркотических веществ и выполнение экспериментальных исследований выполнено лично автором. Исследования состава нефтей и нефтяных загрязнений проведены совместно с Б.А.Руденко и Е.С.Бродским.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на следующих симпозиумах и конференциях: 13 th International Mass Spectrometry Conference. 29 August - 2 September 1994, Budapest, Hungary, International Sympos. on Applied Mass Spectrometry in the health sciences. European tandem mass spectrometry conference, Spain, Barselona, July 9-13, 1995,, Sixth Sympos. on Catecholamines and other Neurotransmitter in Stress. Slovakia, Smolenice Castle, June 19-24, 1995, 21th International Symposium on Chromatography. Sept. 15-20 1996 Stuttgart, Germany Book of Abstracts, No. P-460, p.302, 14th ICMS, International Mass Spectrometry Conference. Tampere, Finland, 25-29 August 1997, Analytical Chemistry International Conference, August 1997 Moscow, 21th International Symposium on Chromatography. Sept. 13-18 1998 Roma, Italy Book of Abstacts, No.P-434, p. 408, 21th International Symposium on Chromatography. Sept. 13-18 1998 Roma, Italy, Первая научно-практическая Конференция и Выставка "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции" 1-4 марта 1999 г. Пущино, Моск. обл., Всероссийская конференция "Анализ веществ и материалов" 16-21 апреля 2000 г. Москва, Вторая научно-практическая коференция "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции", 10-14 июля 2000 г., Пущино, 15th IMCS (International mass spectrometry conference 27aug.-lsent.. 2000, Barselona, Spain). Третья научно-практическая конференция и выставка "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции", Пущино

26-29 сент. 2001 г.; Научно-практическая конференция «Проблемы глубокой переработки сельскохозяйственного сырья и экологической безопасности в производстве продуктов питания XXI века, 4-10 сентября 2001 г. International congress on Analytical Sciences (ICAS-2006) june 25-30, 2006, Moscow, Russia 2-P15 p.43 и на конференциях, проводимых советом по хроматографии в г. Клязьма 2001-2009 г.г.

Публикации. По материалам диссертации получено 5 патентов, опубликовано 2 монографии, 52 статьи, из них 32 в журналах рекомендованных ВАК в том числе 4 аналитических обзора, результаты работы изложены в 41 тезисах докладов на отечественных и международных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из трех частей: «Методы хромато-масс-спектрометрического анализа в химико-токсикологическом исследовании спиртов и летучих ядов» (Главы 1-3), «Методы хромато-масс-спектрометрического анализа в химико-токсикологическом исследовании наркотических и сильнодействующих веществ» (Главы 4 и 5), «Методы селективного хроматографического анализа измененных нефтяных загрязнений» (Глава 6), выводов и списка литературы.

Содержание работы. В настоящей работе критически проанализированы существующие концепции системного подхода к решению рассматриваемой проблемы и на основании их рассмотрения предложены новые подходы к применению методов хромато-масс-спектрометрического анализа для решения экспертных задач идентификации подлинности исследуемых образцов, способов их производства, установления общности происхождения исследуемых объектов или их принадлежности их к единой массе (совокупности). Литературный обзор дан отдельно по главам, поскольку в каждой из глав обсуждаются разные приложения одной научной задачи. Литературный поиск показал, что по маркерному анализу алкоголя работ крайне немного. В основном это описание методик технологического контроля спиртных напитков. Маркерному анализу наркотических веществ

посвящены методики установления принадлежности образцов героина к единой массе Комитета по контролю наркотиков ООН 1Ж и работы по идентификации источников нефтяных загрязнений.

Общий подход к анализу спиртсодержащих жидкостей, наркотических веществ и нефтяных загрязнений (см. Схему 1) дан во введении. Этот подход заключается в следующем. При исследовании спиртных напитков на подлинность система компонентов, характерных для подлинного образца, определяется как набор и соотношение большого количества летучих веществ составляющих букет, маркеров возраста и сопутствующих соединений. Ароматизаторы, разбавители и другие, посторонние для подлинного образца вещества, также являются системой компонентов, указывающих на фальсификацию. Идентификация таких систем компонентов позволяет надежно выявлять суррогатный алкоголь и в первую очередь коньяки и вина. При выявлении суррогатов спиртов-ректификатов и водок установление природы спирта проводили по набору минорных примесных веществ, которые ранжировали по идентификационной значимости. Аналогичный подход по поиску и проверке устойчивости признаков применяли при идентификации природы нефтяных загрязнений и при выявлении новых метаболитов лекарственных препаратов, которые необходимо отличать от компонентов биологической матрицы и продуктов деградации известных исходного вещества и его известных метаболитов. Анализ роли некачественных, фальсифицированных и суррогатных алкогольных напитков в формировании феномена высокой алкогольной смертности в Российской Федерации и диагностика смертельных отравлений алкоголем и его суррогатами даны в главе 1, Совместное применение методов хроматографии и биологических тестов в оценке токсических свойств суррогатов алкоголя представлено в главе 3. Критерии идентификации подлинности спиртов и спиртных напитков представлены в 1 и 2 главе. В главе 3 на основании исследования состава суррогатов алкоголя предложен подход к определению летучих токсичных веществ в

биологических жидкостях организма. В главах 4 и 5 даны новые подходы к определению наркотических веществ на основе методов масс-спектрометрической деконволюции и фиксации абсолютных хроматографических времен удерживания. Там же представлены способы дифференциации новых метаболитов и веществ, образующихся при деградации компонентов пробы.

Еще одной проблемой, решаемой в этой работе, является выявление, разделение и систематизация хроматографических наложений. Практика показала, что хроматографические наложения появляются (даже в несложных органических матрицах) уже тогда, когда количество определяемых компонентов достигает 20-ти.

Несмотря на возможность хромато-масс-спектрометрии детектировать до нескольких веществ в одном хроматографическом пике, селективности этого метода не всегда хватает даже при использовании наиболее современных систем автоматической обработки масс-спектров. Это приводит к получению ложноотрицательных результатов и требует применения предложенных в этой работе подходов: процедуры проверки результатов автоматической идентификации или альтернативных методов хроматографического разделения. Аспекты выявления и разделения хроматографических наложений рассмотрены в главе 1, и в главе 5. В главе 6 представлены подходы к установлению нефтяного характера «старых» нефтяных загрязнений по характерному профилю сероароматических компонентов.

Схема 1. Общин подход к анализу спиртсодержащих жидкостей, наркотических веществ и нефтяных загрязнений

ВЫБОР ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. Оценка воспроизводимости времен удерживания при трансляции метода с колонки на колонку.

"5Г

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДЕТЕКТИРОЕ Оценка надежности многокомпоне компонентов в различных матрицах. ЇАІ нтн ІИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ, ой идентификации целевых

Пути выявления артефактов: исследование влияния компонентов матрицы, условий анализа и возможных взаимодействий компонентов пробы, воздействии природных или техногенных факторов на аналитические результаты.

Способ дифференциации новых маркеров фальсификации и веществ артефакхш

Способ

дифференциации новых метаболитов и веществ — артефактов в биологических объектах

Способ выявления устойчивых к биодеградации веществ нефтяного происхождения.

Хроматографические способы устранения мешающих влияний

базе

Анализатор на двухканального хроматографа, для определения компонентов-идентификаторов, детектирование которых затруднено методом ГХ-МС.

Автоматическая деконволюция-идентификация наркотических веществ в по масс-спектру и времени удерживания с распределенным доступом к обновляемым библиотекам и базам, данных, содержащим целевые вещества и вещества-артефакты, совместное применение ГХ и МС детекторов разных типов.

Совместное применение ГХ-МС и серо-селективного детектора.

МЕТОДЫ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ СПИРТОВ И ЛЕТУЧИХ ЯДОВ

Выявление и устранение артефактов и хроматографических наложений.

Для анализа спиртсодержащих жидкостей использовали следующую температурную программу: 75°С(1 мин), 10°С/мин, 190°С(60 мин), деление потока 1/12 - 1/16. Выявлен ряд хроматографических наложений (для фазы FFAP) , способных искажать результаты идентификации природы спирта. Это следующие вещества (в скобках даны характерные ионы при совместном определении): ацетон/метилацетат (m/z58/74);

бензальдегид/октанол-1 (m/z 105/83); этиленгликоль/этилдеканоат/масляная кислота (m/z62/88/60); метанол/трет-бутанол/метилэтилкетон (m/z31/59/72); кротоновый альдегид/толуол (m/z70/91); пропионовая кислота/2,3-бутиленгликоль/3,7-диметил-1,3,7-октатриен (m/z74/90/136); 1.1-диэтоксиэтан/этилацетат(ш/г103/88); бутилацетат/1,2-дихлорэтан (m/z73/63), акролеин/метилацеталь (1,1-диэтоксиметан) (m/z56/103),

лимонен/диэтилкротональ/ изоамиловый спирт (m/zl36/101/70), диэтилфталат/моноэтилсукцинат, этанол/бензол. Для разделения совместно элюирующихся компонентов нами предложен двухканальный хроматофаф. Двухканальный хроматограф для выявления фальсифицированного алкоголя и определения летучих ядов в биологических объектах [8]. При ГХ-МС анализе алкоголя на колонке FFAP не удается разделить идентификационно значимую пару веществ изопропанол/этанол. Разделению этих компонентов мешает вакуум на выходе из колонки, приводящий к уширению пика этанола. Наиболее эффективно удается разделить этанол и изопропанол в спирте при ДИП детектировании. Как показано выше, пламенно-ионизационный детектор неспецифичен и не позволяет определять коэлюирующиеся компоненты, однако это возможно на колонке PORA PLOT Q. Наличие сахара в дессертных спиртных напитках не позволяет корректно

определять в них состав летучих веществ. Однако, летучие вещества на фоне Сахаров возможно корректно определять методом парофазного анализа без термостатирования. Для решения перечисленных выше проблем разработана хроматографическая система, включающая следующие компоненты. Хроматограф с двумя узлами ввода, двумя пламенно-ионизационными детекторами и масс-спектрометрическим детектором. Каждый узел ввода оснащен автоинжектором с возможностью использования газоплотного шприца и шприца для ввода жидких проб. Канал 1: Колонка HP-FFAP подключена к масс-спектрометрическому детектору. Канал 2: Колонка HP-FFAP и колонка Рога PLOT Q, подключенные к одному инжектору через кварцевый тройник. Каждая из колонок подключена к пламенно-ионизационному детектору.

Нами изучено формирование артефактов и исследование изменения состава градуировочных смесей летучих веществ при хранении. При анализе спиртов и спиртных напитков (коньяков и водок) обнаруживали соединения и группы соединений, не характерные для исследуемых образцов. Часто эти соединения идентифицировали в напитках низкого качества, что могло быть поводом к их использованию в качестве маркеров непищевого или низкокачественного спирта. Для этого необходимо было выяснить, могли ли быть эти соединения артефактами продуктами распада лабильных компонентов пробы или могли образоваться при хранении образца. Для этого исследования использовали многокомпонентные смеси летучих кислот, фурановых соединений. Эти образцы хранили при комнатной температуре, и в течение нескольких лет фиксировали изменение их состава. Для исследования деградации Сахаров в инжекторе хроматографа анализировали 40%-ные водно-спиртовые настои огурца, арбуза, смеси с лактозой, сахарозой и фруктозой, используемые как компоненты рецептур при производстве водок и коньяков. Результаты представлены в табл.1. Наиболее лабильным соединением был кротоновый альдегид, который по нашим данным, трансформируется в диэтилкротональ при хранении.

Таблица 1 . Вещества-артефакты, образующиеся при хранении и анализе спиртных напитков и стандартных смесей__

Вещество - артефакт Характерис тичные ионы, m/z Врем я удер жива ния, мин Источник формирования артефакта Образец

2-Этилгексеналь 55;97;111 13.23 хранение Смесь «02-4» (см. рис 1)

1,1,3-триэтоксибутан 77; 103 12.84 То же Смесь «02-4»

1,1-диэтокси-З-метилбутан 75;103;115 8.06 То же Смесь «02-4»

1,1-диэтоксибутан 55;75; 103 7.38 То же Смесь «02-4»

1,1-Диэтоксиэтан 45;73;103 4.70 То же Смесь «02-4»

Диэтилацеталь фурфурола 97;125;170 15.96 То же Смесь «02-2-25» (см. рис 1)

Диэтоксифенилметан 79;107;135 18.24 То же Смесь «02-2-25»

Диэтилкротональ 87;101 10.72 То же Смесь «02-4»

Ацетон 58 3.42 То же водки

Паральдегид 89;117;131 8.40 То же Смесь ацетальдегида в этаноле

Гидрокси-2-пропанон 43;74 12.04 Распад Сахаров в инжекторе Спиртовой настой огурца, арбуза

Гидро кс иацетал ьдег ид 31;32;60 12.45 То же То же

Вещество m/z 55 55;58;86 13.88 То же То же

Муравьиная кислота 29;46 15.33 То же То же

2-Фуранметанол 69;81;98 17.42 То же То же

2-Гирокси-гамма-бутиролактон 44;57; 102 30.19 То же Водно-спиртовой р-р сахарозы

1,3- Дигидроксиацетон (димер) 31;43;60;72 26.75 То же То же

2-Гидрокси-2-циклопентен-1-он 55;69;98 19.32 То же То же

1,3-Дигидрокси-2- 31;43;60;72 26.72 То же То же

пропанон

Пример хроматографической дифференциации объектов по примесному составу. Различение синтетического спирта и спиртов биохимического происхождения. Синтетический спирт не разрешен к применению в пищевых и медицинских целях и внесен в Списки сильнодействующих и ядовитых веществ Постоянного комитета по контролю наркотиков. Синтетический этиловый спирт получают гидратацией этилена из попутных нефтяных газов. При синтезе образуется набор примесных компонентов (см. табл.2).

Сравнивая набор примесных компонентов синтетического спирта и спиртов, полученных с применением технологии ферментативного брожения (см. табл.3, можно видеть существенную разницу в компонентном составе этих объектов, что и явилось основой методики. Следует отметить, что предложенная методика не позволяет различить пищевой и гидролизный спирт, поскольку примесные соединения в этих спиртах идентичны и формируются в процессе ферментативного брожения. Наиболее сложной задачей является выявление синтетического спирта-ректификата, который содержит ограниченный набор примесных соединений в следовых концентрациях. Для решения этой задачи было исследовано более 300 образцов, из которых была сформирована база ГХ-МС данных и коллекция спиртов различного происхождения.

Критерии выбора и условия детектирования веществ-маркеров синтетического спирта-ректификата. Для целей идентификации синтетического спирта-ректификата наиболее пригодны такие примесные вещества, которые присутствуют в синтетическом спирте сырце в значительном количестве, являются нехарактерными для ферментных спиртов и трудно удаляются ректификацией и не образуются в спирте или спиртном напитке при длительном хранении. Совокупность идентификационных признаков дана в табл.2.

Таблица 2. Содержания (мг/л) летучих компонентов синтетических спиртов и

Вещество Спирт Спирты Коньяк Ректи- Ректифико

синтетич сырцы, и, фикован ванные

ескии фермен коньяч- ный спирты

неректиф тные, ные синтети фермент-

икованн виски спирты, ческии ные

ыи граппа спирт

Диэтиловый эфир 5-150 - - 0-3 -

Ацетальдегид 20-150 50-120 50-155 2-4 2-4

Этилформиат 3-5 5-25 5-25

Ацетон 5-60 0.3-1.0 0,3-2,0 1-3 1-3

Этилацетат 2.0-10.0 30-120 80-350 - 1-4

1,1-Диэтоксиэтан 80-220 5-20 5-20 1-5 -

Метанол 3-10 40-160 60-170 0.1-0.3 3-10

Метилэтнл кетон 20-100 0.1-0.3 0.2-1.0 0.3-2 -

изо-Пропанол 20-300 2-7 5-15 10-50 2-7

1,1 -Диэтоксипропан 8-15 0.3-3

трет-Бутанол 2-10 0.5-3

Метилпропилкетон 0.5-3.0

Диацетил - 0,1-0,5

Этилизопропилкетон 5-25 0.1-5.0

Изобутилацетат 1-3

втор-Бутанол 15-150 0.1-2.0 0,5- 1-10

150,0

Метилизобутил кетон 15-100 0.1-3.0

1,1-Диэтоксибутан 5-25

Пропанол-1 15-100 150-380 170 - 1-10

450

Кротоновын 5-50 0-3.0 - 0.1-3.0

альдегид

Метилбутилкетон 13-150

Изобутанол 1-10 270-650 270-650

Метилизопентилкетон 10-50

Изоамилацетат 1-10 3-10 3-10

Бутанол-1 1-8 1.0-8.0 1.0-8.0

Диэтилкротональ 2-150 0.1-0.5

Изоамиловый спирт 1-10 700- 700-

2500 2500

Метилизогексилкетон 8-20

Ацетоин 0-3 0,6-25

Этиллактат 10-50 35-

365,5

Уксусная кислота 8-40 50-450

Этилдеканоат 5-20 10-70

Фенилэтанол 3-25 7-30

Оценка результатов идентификации. Спирт сырец может быть

признан синтетическим, если его примесный состав соответствует составу, приведенному в табл.1 и 2. Вещества, характерные для синтетического спирта ранжировали по идентификационной значимости (см. табл.2) и делили на четыре группы по убыванию вклада в результат идентификации. При исследовании спирта-ректификата образец может быть идентифицирован как синтетический спирт, если он имеет признаки 1 или 2 группы и не менее двух признаков 3 группы. Наличие в образце веществ, отнесенных к признакам 4 группы, не противоречит природе синтетического спирта. Ярким примером признака 4 группы может служить ацетон, по наличию которого этиловый спирт часто ошибочно идентифицируют (согласно ГОСТ), как имеющий непищевую природу. В некоторых спиртах сырцах из зернового сырья наблюдали лимонен, стирол и вещества пиразинового ряда (2,6-диметилпиразин и 2,3-диметилпиразина, 2-этил-6-метилпиразин, 2-этил-5-метилпиразин, триметилпиразин, 2,6-диэтилпиразин). Эти вещества могут рассматриваться как маркеры нарушения технологии производства спирта.

Таблица 3. Пример ранжирования признаков по идентификационной

значимости. Маркеры синтетического спирта ректификата

Вещества-маркеры синтетического спирта т/г Идентификационная значимость признака Факторы, мешающие идентификации

Признаки 1 группы

Бутанол-2 59 В синтетическом спирте сырце -мажорная примесь. Не удаляется полностью при ректификации, не содержится в зерновых спиртах, не образуется при хранении Содержится в коньячном спирте

Признаки 2 группы

Метилэтилкетон (МЭК), (которому могут сопутствовать метилизопропилкето н, метилпропилкетон, метилизобутилкетон, этилизопропилкетон) 72 В синтетическом спирте сырце -мажорная примесь Не удаляется полностью при ректификации спирта, не содержатся в зерновых спиртах, не образуются при хранении. МЭК содержится в коньячном спирте, обнаруживается в водках из пищевого спирта как загрязняющая примесь неспиртовой природы.

трет-Бутанол 59 Характерен для синтетического спирта Обнаруживается редко по сравнению с другими признаками

Признаки 3 группы

Диэтиловый эфир 74 В синтетическом спирте сырце -мажорная примесь, не образуется при хранении Как правило, полностью удаляется при ректификации

Соотношение изопропанол/ метанол 10/1 для синтетического спирта и 1/10 для ферментного. По химии процесса синтетический спирт содержит следы метанола (метанол добавляют для разрушения карбогидратов при синтезе) и значительным содержанием изопропанола Некоторые образцы легально выпускаемых импортных водок (водка Finlandia) имеют низкое содержание метанола 1-2 мг/л и высокое содержание изопропанола 8 мг/л и по соотношению этих компонентов может быть идентифицирована как содержащая синтетический спирт. Некоторые образцы синтетического спирта характеризуются малым содержанием изопропанола.

Признаки 4 группы

Ацетон 58 Образуется при синтезе и хранении спирта из изопропанола, в синтетическом спирте может образовываться при хранении (более 3-х мес.) в водке из этилового спирта

ацетон может образоваться в большем количестве, поскольку синтетический спирт содержит больше изопропанола, чем ферментные спирты. В водке образуется при деградации Сахаров -компонентов рецептуры любого происхождения

1,1-Диэтоксиэтан 103 В синтетическом спирте сырце -мажорная примесь, не удаляется полностью при ректификации Может образоваться в любом этиловом спирте при хранении (более 3-х мес.) самого спирта или спиртного напитка, произведенного из него

Кротоновый альдегид 70 То же что и для ацетона Обнаруживается в некоторых пищевых может содержаться в этиловом спирте любого происхождения

Диэтилкротональ 101 Образуется из кротонового альдегида при хранении спирта может содержаться в этиловом спирте любого происхождения, содержащем кротоновый альдегид

Факторы, приводящие к ошибочной идентификации этилового спирта, как имеющего непищевую природу. Образование и накопление ацетона и сопутствующих веществ в водке при длительной выдержке. По существующей практике спирт или водка признаются произведенными из непищевого сырья при обнаружении в них следов ацетона (см. ГОСТ Р 51786-2001). Нами было проведено исследование изменения компонентного состава водки при ее длительной выдержке. После анализа образец водки, произведенный из пищевого спирта, не содержащего ацетон, выдерживали длительное время в герметично упакованной

стандартной бутылке. Повторный анализ, проведенный через 2 года, показал образование значительного количества ацетона длительного хранения. Этот результат был подтвержден анализом многих образцов водки после длительного хранения. Можно предположить, что одним из возможных путей образования ацетона может быть окисление изопропанола, которого содержится в водках от 1 до 6 мг/л. Окислителем может служить кислород, растворенный в водной фракции водки. Этот факт не позволяет использовать ацетон как основной маркер природы спирта, поскольку есть вероятность его образования в любых этиловых спиртах. Часто в водках обнаруживают до 8-10 мг/л ацетона, что нельзя объяснить только окислением изопропанол. Поэтому, другим важным источником ацетона в водке может служить деградация Сахаров - компонентов рецептур при длительном хранении образца, (см. табл. 1). В наибольшей степени к образованию ацетона склонны водки, содержащие инвертный сахар (данные С.Б. Максимовой).

Химический состав и токсичность образцов нелегальной алкогольной продукции. Нами проведено исследование химического состава и токсичности образцов суррогатной водки из двух регионов (Тыва и Ставропольский край), самогонов (более 80 образцов из 4-х регионов России), а также образцы этанолсодержащих технических жидкостей. Исследования токсических свойств самогонов проводили на лабораторных животных и использовали биологические экспресс-тесты. Показано, что токсическими свойствами обладают отходы ликероводочной промышленности - денатураты (эфиральдегидные фракции и кубовые остатки ректификации - концентраты сивушных масел) Большинство исследованных нами образцов суррогатов алкоголя из незаконного оборота имеют токсичность сравнимую с токсичностью контрольных образцов, при этом их органолептические свойства, как правило, отрицательны или их токсичность обусловлена веществами неалкогольной природы (этиленгликоль, диэтиленгликоль, метанол, 1,2-дихлорэтан). Полученные

результаты позволили сделать вывод о том, что причиной высокой алкогольной смертности в России является не повышенная токсичность суррогатов алкоголя, а негативные социальные факторы, провоцирующие увеличение потребления алкоголя [3].

Проблема выбора и идентификации денатурирующих добавок к этиловому спирту. Диэтилфталат, наряду с диэтиловым эфиром и кротоновым альдегидом, применялся для денатурации спиртов. Однако, диэтилфталат является распространенным компонентом антропогенного в том числе и лабораторного загрязнения, а также легко удаляется ректификацией из этанола. Для дифференциации диэтилфталата, как денатурирующего агента и источника «лабораторного» загрязнения, предложена методика, базирующаяся на дифференциации устойчивого фонового распределения эфиров фталевой кислоты (диизобутилфталата, дибутилфталата, диизооктилфталата) и профилей спиртных напитков содержащих диэтилфталат как денатурирующую добавку. Так, если диэтилфталат обнаруживается в образце в отсутствии других эфиров фталевой кислоты, можно говорить о идентификации его как денатурирующей добавки, в случае, если его концентрация минимальна, по сравнению с другими гомологами, он является компонентом лабораторного или техногенного зпагрчязнения. По нашему мнению, для денатурации можно использовать выявленные нами устойчивые маркеры синтетического спирта, см. табл. 3.

Идентификация подлинности коньяков и коньячных спиртов Эволюция летучих соединений в коньячных спиртах при выдержке и маркеры нарушения технологии коньячного производства. При выдержке молодых коньячных спиртов состав летучих соединений меняется. В спиртах происходит накопление уксусной кислоты от 35-50 мг/л до 150450 мг/л, которая частично переходит в этилацетат, наблюдается образование эфиров других летучих кислот, ацеталей, что положительно сказывается на органолептических свойствах коньячного спирта. Аналогичные процессы

происходят при изготовлении молодого коньячного спирта из некачественного (скисшего или окисленного) виноматериала. При этом, процессы этерификации принимают неконтролируемый характер и органолептические свойства такого напитка отрицательны. Такие образцы обычно разбавляют водно-спиртовой смесью, для устранения негативного влияния этилацетата и уксусной кислоты и добавляют ароматизаторы, что является наиболее распространенными разновидностями фальсификации.

Содержания компонентов коньячных спиртов типичные для отечественных коньяков приведены в табл. 1. Пример хроматограмм некачественных коньяков приведен на рис.1.

17 22 29 9р 32,89 35

25

їі_

9,10

5,6

29

17

V

I

22

\

/

35

32,89

\

90х

КОНЬЯК 5 зв.

отечественный

(КС получен дистилляцией

некачественного

виноматериала)

55

КОНЬЯК 5 зв.

отечественный

(разбавление

малоценными

продуктами)

Л_

Рис.1. Хроматограммы (ДИП) некачественных коньяков. 1-

ацетальдегид, 3 - метшформиат, 4 - ацетон, 5 - этилформиат, 6-метилацетат, 8 - этилацетат, 9 - метанол, 10- метгтэтилкетон, 14-этанол, 16- втор-бутанол, 17- пропанол-1, 22- изобутанол, 24 -изоамилацетат, 25 - бутанол-1, 29 - изоамиловый спирт, , 32 - гексанол-1, 33- циклогексапол - внутренний стандарт, 35 - уксусная кислота, 36 -фурфурол, 55 —фенилэтиловый спирт, 69,- этилоктаноат, 85 - диацетил, 89- этиллактат, 90 -ацетоин, , 96 — 1,2-пропиленгликоль.

На верхней хроматограмме идентифицированы компоненты - признаки окисленного коньячного спирта: диацетил, ацетоин в концентрации 25 и 280 мг/л, соответственно, а также 1,2-пропиленгликоль признак добавления ароматизатора. На нижней хроматограмме наблюдается занижение концентраций всех летучих компонентов в 2.5 — 3 раза по сравнению с типичными для отечественных коньяков, что свидетельствует о разбавлении образца водноспиртовой смесью.

Критерии оценки качества спиртных напитков по составу летучих компонентов. Развитие нежелательных процессов, отрицательно влияющих на органолептические свойства, оценивали по содержанию следующих компонентов: 1. Процессы скисания виноматериала выявляли по

повышенному содержанию уксусной кислоты_(выше 700 мг/л и

сопутствующих ей этиловых эфиров, прежде всего этилацетата (порок вин и коньяков «штих»). 2. Преобладание яблочно-молочного брожения над спиртовым оценивали по содержанию этиллактата (в качественных коньяках 50 - 200 мг/л). 3. Окислительные процессы контролировали по содержанию в пробах промежуточных продуктов метаболизма дрожжей диацетила, и ацетоина. С уровня концентраций 15-20 мг/л присутствие этих веществ сопровождается появлением в аромате ацетоновых тонов. 4. Качество виноматериала оценивали по содержанию втор-бутанола. Наличие втор-бутанола в коньячных спиртах и коньяках (более 15 мг/л) обычно связывают с микробиальной порчей сырья (виноматериала). 5. Наличие в коньяке цис-3-гексенола в содержании более 10 мг/приводит к появлению травянистых тонов в аромате и вкусе, наличие аллилового спирта в концентрации выше 3 мг/л вызывает горечь и жгучесть. 6. Разбавление коньячного спирта водноспиртовой смесью мы выявляли по пропорциональному снижению (против контрольных или типичных значений) концентраций высших спиртов как наиболее устойчивых к окислительным и этерифицирующим процессам. 7. Выявление ароматизаторов мы проводили по наличию 1,2-пропиленгликоля и бензилового спирта, глицерина, триацетина.

Методика определения состава компонентов древесины дуба в коньяках и коньячных спиртах методом хромато-масс-спектрометрии.

Разделение проводили на капиллярной колонке HP-5MS длиной 30 м, внутр. диаметром 0,25 мм, толщина пленки НФ 0,25 мкм. Температурная программа: 70(1 мин), 10°С/мин, 280°С(15мин). Количественный анализ проводили по выбранным ионам: m/z 152, 151, 178, 181, 182, 99, 164, 88,73. 213 и 59. В качестве внутреннего стандарта использовали о-ванилин концентрацией 2 мг/л.

Подготовка пробы для анализа. В виалу вместимостью 2 мл вносили 1660 мкл образца, 50 мкл внутреннего стандарта и 280 мкл бутилацетата. Экстракцию проводили в виале, анализировали верхний органический слой. Критерии оценки качества коньяков и коньячных спиртов по составу компонентов древесины дуба (маркеров возраста). Продукты этанолиза древесины дуба (ванилин и сиреневый альдегид и другие) накапливаются в коньячном спирте при его выдержке в определенных типичных соотношениях. Отсутствие в образце, каких либо маркеров, возраста (или изменение их соотношений) позволяет предположить добавление ароматизатора. Наиболее простой и часто встречающийся случай фальсификации возраста: добавление ванилина в коньячный спирт, при этом сиреневый альдегид и другие компоненты отсутствуют. Анализ образцов коньяка с негативными органолептическими признаками «можжевеловыми» тонами показал, что эти образцы содержат завышенное (примерно в 150-200 раз против типичного) содержание эвгенола, что свидетельствует об использовании сырой древесины для выдержки. Одним из наиболее значимых признаков подлинность при ГХ-МС анализе являются ißic- и транс- ß-метил-у-окталактоны (МО-лактоны) летучие вещества древесины дуба Полное отсутствие МО-лактонов отмечали в образцах сделанных на основе ароматизаторов. Завышенные содержания МО-лактонов наблюдали в коньяках изготовленных по «ускоренной» технологии выдержки (см.рис.2).

ГХ-МС определение летучих компонентов древесины дуба

Рис. 2. Фрагменты хроматограмм по выбранным ионам экстракта коньяка и коньячного спирта.

МЕТОДЫ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ

НАРКОТИЧЕСКИХ И СИЛЬНОДЕЙСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ

Предлагаемый нами методический подход [7-9] базируется на сумме двух известных принципов. Принцип первый - трансляция абсолютных фиксированных (по внутреннему стандарту) времен удерживания. В

газовой хроматографии метод трансляции фиксированных времен удерживания предложен фирмой Agilent (Hewlett Packard) в середине 90-х годов. Перенос фиксированных времен удерживания выполняют для однотипных колонок при одинаковой температурной программе, что

позволяет получить относительные и абсолютные фиксированные времена удерживания большого количества соединений с точностью не хуже 1% (+/-0.05 мин). В антидопинговом анализе при замене колонки абсолютные времена удерживания получают без анализа веществ сравнения по времени удерживания внутреннего стандарта, что регламентируется документами ВАДА, при этом погрешность трансляции должна быть не хуже 0.2 мин (WADA Technical Document TD2003IDCR). Обычно трансляцию выполняют таким образом, чтобы абсолютное время удерживания было в пределах «окна» поиска. Принцип второй - эффективный способ обработки масс-спектрометрическнх данных. «Система автоматической масс-спектрометрической деконволюции и идентификации» (AMDIS, Automated Deconvolution and Identification System), разработанный в институте NIST (США) в середине 90-х годов. Методы, базирующиеся на принципе деконволюции ГХ-МС данных, наиболее эффективны и являются основной тенденцией автоматической идентификации. Под деконволюцией понимают интегрированный набор процедур получения чистых спектров индивидуальных соединений при обработке ГХ-МС данных. Опознавание («восприятие») вещества происходит по совпадению максимумов и характера кривизны пиков ионных хроматограмм, экстрагируемых из полного ионного тока. Нами предложен подход, объединяющий методы трансляция времен удерживания и автоматической деконволюции. Для этого были разработаны библиотеки масс-спектров с временами удерживания, что позволило создать унифицированный метод автоматической идентификации с возможностью непрерывного обновления версий и применить его в системе химико-токсикологических лабораторий. Первые результаты, полученные нами в 7 лабораториях, были опубликованы в 2003 г. [59]. Устранение мешающих влияний при автоматической деконволюции-идентификации. Можно выделить следующие типы мешающих влияний при использовании программы автоматической обработки AMDIS. Это получение чистых спектров целевых соединений в сложных органических

матрицах с большим количеством соединений, образующих «сплошной» фон или идентификация минорных веществ, элюирующихся одним пиком с веществами, присутствующими в большой концентрации. Еще одним фактором, приводящим к «пропуску» вещества в пробе было искажение формы пика целевого вещества при перегрузке колонки (метаболиты 018, 1\¥Н-250). Также не удается идентифицировать вещества поздно элюирующиеся из колонки при выбранных температурных режимах хроматографирования (зопиклон, силденафил (виагра) и ее аналоги: варденофил, тадалофил). Перечисленные мешающие влияния устраняли, изменяя условия пробоподготовки и анализа следующим образом. В случае анализа сложных матриц (загнившие ткани, волосы, а также контрольные пробы биообъектов, проступающие в лабораторию при проведении профессионального тестирования, готовили шесть аликвот или навесок пробы 1-А6, которые анализируют (в последовательности с использованием автосамплера) по схеме, приведенной в табл. 4. Изменяемыми параметрами являются: деление потока при вводе пробы для снятия перегрузки колонки, использование «быстрой» и «плавной» температурных программ, что позволяет определять «тяжелые» вещества. Анализ дериватизованной и недериватизованной пробы позволяет элюировать вещества в области хроматограммы свободной от фона. Анализ гидролизованной и нативной пробы позволяет определять малые содержания конъюгированных и лабильных веществ, соответственно. Проблемы АМ018 идентификации обычно связаны с хроматографическими наложениями или деградацией определяемых веществ при пробоподготовке. Можно привести следующие примеры хроматографических наложений трудно разделяемые при автоматической деконволюции-идентификации. 1. Кетамин и идентифицированный нами ангидротрамадол (продукт деградации трампадола при кислотном гидролизе). 2. Норпромедол и продукт гидролиза диазепама 2-метиламино-5-хлорбензофенона (МБХ)..

Условия подготовки пробы(мочи) и анализа AI А2 A3 A4 А5 А6

Без гидролиза, экстрация смесью растворителей метиленхлорид, гептан, изопропанол (7:2:1) с высаливанием и добавлением карбонат-бикарбонатного буфера (рН 9) + + +

Гидролиз 5М НС1, экстакция (см. выше) + + +

Анализ нативного экстракта с делением (без деления) потока, «плавная*» температурная программа. + + + + + +

Анализ нативного экстракта с делением (без деления) потока, «быстрая**» температурная программа. + + + + + +

Анализ дериватизированного (ТФА или ТМС) экстракта с делением (без деления) потока, «плавная» программа. + + + + + +

Анализ дериватизированного (ТФА или ТМС) экстракта с делением (без деления) потока, «быстрая» программа. + + + + + +

(1мин), 15°С/мин, 280°С (25мин).

**«Быстрая», температурная программа: 100°С (1мин), 35°С/мин, 300°С (15 мин).

Трансляция фиксированных времен удерживания на колонки с метилфенилсилоксановон фазой. К настоящему времени трансляция метода выполнена на более чем 50 колонках HP-5MS производства фирмы J&W и на 4-х колонках VF-5MS производства фирмы Varian. Параметры колонок обеих фирм были одинаковы: длина колонок 30 м, внутренний диаметр 0.25 мм, толщина пленки неподвижной фазы 0.25 мкм. Использовали две температурные программы приведенные выше. Настройку шкалы фиксированных времен удерживания осуществляли по времени удерживания внутреннего стандарта - дифениламина, Заданное время удерживания 9.26 и 5.54 мин для «плавной» и «быстрой» программы получали, меняя давление или поток через колонку

При трансляции метода на колонки HP-5MS воспроизводимость фиксированных времен удерживания была не хуже ±0.05 мин. Попытки

транслировать метод на колонки разных производителей оказались менее удачными. Несовпадение фиксированных времен удерживания варьировало от 0.01 для никотина, амфетамина, метамфетамина до 0.8 мин для папаверина и хингамина, и до 1.5 мин для дегидроандростерона. Полученные результаты, как и в случае трансляции фиксированных времен на колонки FFAP, дают основания утверждать, что табличные индексы удерживания можно надежно использовать только в тех случаях, когда они получены на колонке одного производителя в условиях полностью идентичных выбранным для анализа. При этом, следует отметить важность и полезность применения табличных индексов удерживания в поисковом режиме при идентификации веществ по масс-спектру.

Контроль правильности измерений. Перед анализом серии проб анализировали заведомо положительные и отрицательные пробы (QC и BLANK). Между пробами анализировали этилацетат по «быстрой» программе для контроля фона прибора. При анализе проб контролировали интенсивность пика внутреннего стандарта.

Способ выявления неизвестных веществ в сложных органических матрицах биологического происхождения (на примере идентификации нового метаболита кетамина). Задача работы - выявить новые потенциально активные метаболиты, которые могли отвечать за побочные действие препарата. Нами предложены следующие этапы идентификации неизвестного вещества.

1. Выявление спектров с m/z совпадающими с базовыми ионами основного вещества или его метаболитов и составляющие систему признаков. Для веществ, родственных кетамину, это ионы m/z 237, 223, 221, 209, 207, 195, 180, 166, 153, 152, 138, 131, 115. На этом этапе выявили два новых вещества, которые могут являться потенциальными метаболитами, (см. табл.6).

2. Первоначально эти вещества были обнаружены в моче всех обследованных хирургических больных, получавших кетамин вместе с другими препаратами при анестезии (см. рис.3). Также их обнаружили и в

моче крыс, которым вводили кетамии. Исследовали примесный состав кетамина различных фирм-производителей. Показано, что исследуемые вещества не являются примесными компонентами кетамина. Эти вещества также могли быть артефактами - продуктами деградации известных метаболитов или самого кетамина при кислотном гидролизе, щелочной экстракции или анализе. Для проверки этого предположения проводили повторный анализ экстрактов с малым содержанием этих веществ после выдержки экстракта в среде насыщенной водной щелочи в течение 12 ч при 80°С. Анализ проводили при различных температурах инжектора (210310°С). Показано, что содержание этих веществ при повторном анализе и не изменилось.

3. Для выявления молекулярного иона проводили детектирование методом квадрупольной масс-спектрометрии и методом масс-спектрометрии типа «ионная ловушка», где из-за условий ионизации более выражены протонированные молекулярные ионы. Исследуемым веществам были приписаны четные молекулярные массы 208 и 206 а.е.м., которые позволили предположить отсутствие азота в молекуле исследуемых веществ. Анализ с беспламенным азотно-фосфорным детектированием также показал отсутствие атома азота в исследуемых веществах.

4. Функциональные группы у исследуемых веществ выявляли анализом дериватизованных проб. В качестве дериватизующих агентов использовали BSTFA и TFAA.. Исследуемые вещества дериватов не образовывали, что позволило идентифицировать их как дезаминоноркетамин и его ненасыщенный аналог дезамино-5,6-дегидроноркетамин. Предпритнята попытка встречного синтеза идентифицировангных веществ (A.A. Формановский). В результате синтеза был получен изомер эпоксиизомер дезаминоноркетамина с близхким масс-спектром, Как показали исследования, синтез этого соединения сложен из-за наличия активного водорода в положении 2 циклогексанонового кольца, что обусловило крайне необычные способности данных веществ к конъюгированию.

Исследование II стадии метаболизма (конъюгации) новых метаболитов кетамина. В предположении, что дезаминоноркетамин («1») и 5,6-дегидродезаминоноркетамин («2») могут быть артефактами, формирующимися при кислотном гидролизе, провели анализ свободных и гидролизованных фракций мочи хирургических больных и крыс, получавших кетамин. При кислотном гидролизе (5М НС1 90°С 45 минО отмечали резкое увеличение (на 1.5-2 порядка величины) концентрации обоих веществ, что и могло свидетельствовать об их артефактном образовании при кислотном гидролизе. Для проверки этого предположения те же пробы анализировали после ферментного гидролиза (Helix Pomatia, Sigma НР-2, рН 5,5 37°С, 24ч). При этом были получены сравнимые с предыдущим опытом результаты -также наблюдали резкое увеличение концентрации веществ «1» и «2». Ранее было показано, эти вещества не содержат функциональных групп и, соответственно, не образуют производных, в том числе и коньюгатов с глюкуроновой и другими кислотами. Однако, факт увеличения концентрации обоих веществ после ферментативного гидролиза говорит именно об образовании коньюгатов, причем фермент Helix Pomatia наиболее селективно разрушает О-гликозидную связь глюкуроконьюгатов. Нами предложено следующее объяснение этого наблюдаемого в эксперименте факта. Известно, что благодаря наличию подвижного атома водорода в положении 2 циклогексанонового кольца у веществ «1» и «2» (после потери аминогруппы на I стадии метаболизма) они являются таутомерами, способны образовывать енольную форму и, соответственно, коньюгировать с образованием О-глюкуронидов. При разрушении глюкуронида вещества «1» и «2» переходят в кето- форму, которая и фиксируется при анализе. Известно, что свободные енольные формы таутомеров не определяются хроматографическим анализом. Сам кетамин и его основные метаболиты норкетамин и 5,6-дегидроноркетамин выделяются с мочой преимущественно в неконьюгированном виде.

Таблица 5. Масс-спектры и фиксированные времена удерживания кетамина,

т\у - молекулярная масса Структур ная формула Масс-спектр квадрупольный Масс-спектр «ионная ловушка

Кетамин, т\у237 237,,20923,180,9, 166,1,152,7, П5,з, 2381М+Н)+25, 209,2,18099, 16640,15220, 115,5,

Норкетамин, ш\У223 223,, 19522,166,9,138,4, 131,6, 115,з, 102,2 2241м+Н]+50) 19520,16б99,13 132, 138,6,115,8, 1024О

5,6- Дегидроноркетам ин, ш\у221 сг 22199,153 50,13 840, 118« 2221м+н1+ 99,15350,13840,1 1856

Примесное вещество кетамина, ш\у237 ст. 2381М+Н]+52, 220,2,180,О,15299, 138,4,

Дезаминоноркета мин, rnw208 (новый метаболит1) 208, ,1739», 145,о, 12997,13829 2091М+н)+8„,173„,14525, 12940, 1385,115З5

Дезамино-5,6- дегидроноркетам ин (новый метаболит2) ш\У206 6° 2061,6899,17 182,1 З83, 2071М^25,6899,17 1 7„13 826

Хроматограмма (TIC) мочи хирургического больного через 30 ч после проведения многокомпонентной анестезии

Рис.За. Хроматограммы по полному ионному току мочи хирургического больного, получавшего кетамин и другие препараты внутривенного наркоза. 12, 13 - новый метаболит кетамина и его ненасыщенный аналог

Хроматограмма (ТІС) мочи крыс после инъекции 30мг/кг кетамина

^Ьшйалсе 4400000

Норкетамин

10.4Э

2. НОРКЕТАМИН

4. 5,6-ДЕГИДРО НОРКЕТАМИН

5.КЕТАМИН

12. ДЕЗАМИНОНОР-КЕТАМИН

13. 5,6-ДЕГИДРО-ДЕЗАМИНОНОР-КЕТАМИН

10.00 10-20 1040 10.60 10.80 11.00 11.20 11.40 11.Б

Рис.36. Хроматограммы по полному ионному мочи крыс, получавших кетамин (30 мг/кг). 12, 13 - новый метаболит кетамина и его ненасыщенный аналог.

Трамадол, связь между структурой метаболитов и примесных веществ. Методический подход выявления и идентификации новых метаболитов (описанный выше для идентификации новых метаболитов кетамина) применили для исследования препарата трамадол. В большинстве исследованных нами случаев метаболиты ТРМ в значимом количестве были зарегистрированы только в моче больных получавших ТРМ в дозе 50-100 мг. При этом основным метаболитом был О-деметилтрамадол, содержание которого не превышало 10% от содержания ТРМ определяемого в моче.

Для дифференциации метаболитов и примесных веществ ТРМ определяли состав примесей активного вещества препарата ТРАМАЛ (СгипеЩа1, Германия). Было обнаружено примесное вещество с молекулярной массой 261 а.е.м.. Масс-спектр и вероятная структура этого соединения, идентифицированного (по масс-спектру) как эпокситрамадол приведены в табл.5. Это вещество обнаруживали в следовых концентрациях и в моче больных, получавших ТРМ. Однако, в ряде исследованных случаев мы наблюдали иную картину. В пробах мочи, отобранных через 3 суток после проведения хирургической операции, регистрировали содержание эпокситрамадола сравнимое с содержанием самого ТРМ, что позволяют предположить кумуляцию эпокситрамадола в организме или путь метаболизма, приводящий к образованию метаболита со сходной структурой.

Таблица 6. Масс-спектры трамадола и родственных соединений

Вещество, мол. масса ЯТ, мин Масс-спектр(ионная ловушка)

Трамадол 263 а.е.м 19.01 263ГМ+НГ(8%); 58(100%)

Эпокситрамадол, примесное вещество ( и потенциальный метаболит) 261 а.е.м. 19.26 261 ГМГ(8%); 202(15%);

189(50%); 135(20%); 121(35%); 73(40%); 58(100%)

О-дезметил- трамадол 249 а.е.м. 19.19 250ГМ+Н1+П00%); 58(30%)

Продукт деградации трамадола (I) 245 а.е.м. 17.09 245ГМ1+(35%); 230(30%);

200(25%); 171(20%); 115(22%); 58(100%); 42(60%)

Продукт деградации трамадола (II) 245 а.е.м. 17.55 246ГМ+НГ(5%): 58(100%)

МЕТОДЫ СЕЛЕКТИВНОГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ИЗМЕНЕННЫХ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Идентификация нефтегенной природы деградировавших нефтяных загрязнений по профилю серосодержащих веществ. Детектор ГХ-8СЭ 8!еуег$ 350В, селективный к веществам, содержащим серу, и ранее использовали для анализа нефтей и нефтепродуктов. В нашем исследовании было необходимо выяснить, насколько профиль сероорганических соединений нефти специфичен и устойчив к воздействию природных факторов и может ли он являться маркером нефтяной природы загрязнений. Особенно сложно установить нефтегенный характер старых загрязнений подвергшихся изменению в объектах окружающей среды. Для этого исследовали «серный» профиль в нефтях разного возраста различных месторождений, разной степени окисленности и микробиальной деградации. Также исследовали состав серосодержащих соединений товарных нефтепрордуктов. Полученные результаты подтвердили литературные данные, согласно которым органическое вещества молодых осадков содержит преимущественно линейные, циклические насыщенные углеводороды, органические кислоты и стероиды растительного происхождения стеранового и тритерпанового рядов. Показавно, что сероорганические соединения в молодых осадках присутствуют в следовых концентрациях. Элементная сера накапливается в органическом веществе осадков на более поздней стадии генерации нефти в результате воздействия сульфатредуцирующих бактерий, которые потребляют кислород сульфатов морской воды.

с„ с„ с„ с,» с„

4

ч

^ С3 с-..

(а)

С37 Сз

(6)

г

/ .

ю

15

20

25

30 мин

Рис. 4. Хроматограммы ГХ-ДИП "свежей" нефти (а) и сильно деградировавших нефтепродуктов, выделенных из моллюсков (б). 1 пристан, 2 - фитан.

(в)

Рис. 5. Хроматофаммы серосодержащих (детектор хемилюминесцентный 85еуег5-350В) соединений в дизельном топливе (а), почве, загрязненной нефтепродуктами (б) и экстракте из морских моллюсков, отобранных в зоне нефтяного загрязнения (в). Детектор хемилюминесцентный 81еуегз 350В. 1 -бензотиофен; 2 - метилбензотиофены; 3 - диметилбензотиофены; 4 -дибензотиофен; 5 - метилдибензотиофены .

Далее, с увеличением глубины залегания при повышении температуры органическая сера взаимодействует с веществом осадков с образованием тиацикланов и меркаптанов, которые характерны для молодых нефтей. При дальнейшем упорядочении структуры соединений нефти происходит их ароматизация. При этом тиацикланы образуют ароматические гетеросоединения тиофенового ряда, характерные для зрелых нефтей. Вещества тиофенового ряда содержат и товарные нефтепродукты. Так, бензины содержат тиофен и его легкие алкилзамещенные гомологи, а керосины и дизельное топливо содержат гомологи бензо- и дибензотиофена. Нами исследован профиль серосодержащих соединений в старых и свежих нефтяных загрязнениях морских вод, тканях морских организмов и почвы, подвергшихся нефтяному загрязнению. Показано, что состав органических веществ старых нефтяных загрязнений морских вод близок органическому веществу молодых осадков и часто не содержит линейных алканов, имеющих типичное распределение и являющееся признаком нефтяного характера загрязнения. При этом показано, что профиль тиофеновых соединений в старых нефтяных загрязнениях подвержен микробиальной деградации в наименьшей степени и может служить маркером нефтегенной природы при определении нефтяных загразнений в объектах окружающей среды. Исследование почвы в тропическом регионе, содержащей старые (более 25 лет) проливы авиационного топлива показало устойчивость серного профиля дибензотиофенов.

Выводы

1. На основании результатов хроматографического анализа разработаны критерии идентификационной значимости маркеров, являющихся признаками фальсификации алкогольных напитков. Определены характеристические компоненты для выявления происхождения этилового спирта. Установлено, что основными идентификационными признаками синтетического спирта является содержание 2-бутанола и метилэтилкетона,

а дополнительными (при наличии основных) - содержание диэтилового эфира, ацетона, кротонового альдегида и его диэтилацеталя (продукт трансформации кротоналя), а также характерное соотношение концентраций изопропанола и метанола. Определен количественный уровень основных и дополнительных признаков.

2. Определены маркеры для идентификации подлинности коньяков и коньячных спиртов. Разработаны хроматографические критерии, позволяющие выявлять следующие типы фальсификаций: производство коньячного спирта из низкокачественного виноматериала, разбавление коньячного спирта водноспиртовой смесью, добавление ароматизаторов для искусственного состаривания коньяка.

3. Установлено появление артефактов при анализе и хранении образцов спиртных напитков и многокомпонентных градуировочных смесей. Показано, что наиболее лабильными и реакционноспособными соединениями являются кротоновый альдегид, летучие кислоты, производные фурана и углеводы, образующие ряд летучих продуктов при термической деструкции в инжекторе хроматографа.

4. Впервые установлено, что ацетон - показатель непищевого характера спирта по ГОСТ Р 51786-2001, может накапливаться в концентрациях до 3-10 мг/л в водках из пищевых спиртов, приготовленных по определенной рецептуре, при их хранении свыше трех месяцев и не может служить маркером непищевого характера спирта.

5. Для решения аналитических проблем контроля качества спиртных напитков предложена схема и разработан макет двухканального хроматографа с двумя узлами ввода, двумя колонками с неподвижными фазами разной полярности и двумя детекторами. Предусмотрена возможность дозирования жидких и газообразных проб.

6. Предложен способ унификации параметров удерживания, полученных на разных хроматографических колонках. Оценена возможность трансляции фиксированных времен удерживания. Для каждого из типов

колонок HP-FFAP, VF-WAX, HP-5MS, VF-5MS воспроизводимость фиксированных времен удерживания не хуже +/- 0.05 мин. При трансляции времён удерживания на идентичные по параметрам колонки разных производителей фиксированные времена удерживания изменялись от 0.01 до 1.5 мин. Установлено, что для ряда веществ (например: папаверина и некоторых стероидов) трансляция времен удерживания невозможна из-за значительных различий в их поведении на хроматографических фазах

исследуемых колонок.

7. Определены критерии надежности автоматической (AMDIS) идентификации наркотических средств в биообъектах. Установлено, что основными факторами, приводящими к получению ложноотрицательных результатов, является наличие фоновых компонентов, элюирующихся вместе с целевыми веществами. Для предотвращения наложений рекомендовано последовательное изменение условий анализа: нативные и дериватизованные экстракты анализировать в условиях «резкой» и «плавной» температурной программы, с вводом проб в режимах с делением и без деления потока.

8. Предложен способ дифференциации новых метаболитов и веществ -артефактов (примесей и продуктов термической и химической деградации препаратов при подготовке пробы и в процессе ГХ-МС анализа). Способ основан на результатах установления примесного состава применяемых лекарственных препаратов и их апробации на лабораторных животных. ... Идентифицирован новый метаболит кетамина - дезаминодегидрокетамин и примесное вещество трамадола - ангидротрамадол, аккумулирующееся в организме или являющееся метаболитом со структурой идентичной примесному веществу.

9. Предложенный подход, объединяющий методы трансляции времен удерживания и деконволюции масс-спектров, позволил создать унифицированный метод автоматической идентификации наркотических и психоактивных веществ, обеспечивающий возможность непрерывного

обновления версий масс-спектрометрических библиотек, содержащих фиксированные времена удерживания.

10. На основе предложенного подхода разработан комплекс методик анализа алкогольной продукции, разработаны методики определения летучих ядов и наркотических веществ в биологических объектах. Методики внедрены в арбитражных, криминалистических, судебно-химических и химико-токсикологических лабораториях, что подтверждено 24 актами внедрения.

11. Методические подходы, предложенные и разработанные для

идентификации алкогольной и фармацевтической продукции,

распространены на рещение задач идентификации нефтяных загрязнений.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Методические рекомендации

Монографии

1. Савчук СЛ., Нужный В.П. Рожанец В.В.. Химия и токсикология этилового спирта и напитков, изготовленных на его основе. Хроматографический анализ спиртных напитков М.2011, URSS. «Либроком» 181 с.

2. Нужный В.П. Рожанец В.В.. Савчук С.А.Химия и токсикология этилового спирта и напитков, изготовленных на его основе. Токсикология. М. 2011, URSS. «Либроком» 201 с.

3. Нужный В.П., Савчук С.А. Нелегальный алкоголь в России. Сравнительная токсичность и влияние на здоровье населения. Глава в коллективной монографии «Алкогольная катастрофа и возможности государственной политики в преодолении алкогольной смертности в России». Российская академия государственной службы при Президенте Российской Федерации, Совет Министров северных стран. М.Ленанд.2008 с. 172-231

Патенты

4. Савчук С.А., Чибисова М.В., Анохин Л.А., Способ выявления и определения происхождения неизвестных веществ в спиртных напитках Патент на изобретение (19)RU(11) 2392616 Cl МПК GOIN 30/02 (2006 01) Опубликовано 20.06.2010 бюлл. №17.

5. Савчук С.А. Апполонова С.А. Двухканальный газовый хроматограф для выявления фальсифицированного алкоголя и летучих ядов. Патент на полезную модель (19)RU(11) 83849 (13) U1 (51) МПК G01N 30/02 (2006.01). Опубликовано 20.06.2009 Бюл. № 17.

6. Савчук С.А. Система удаленной идентификации и распознавания объектов сложного состава Патент на полезную модель ( 19)RU( 11 ) 77474 (13) (51) МПК G06K 17/00 (2006.01). Опубликовано 20.10.2008 Бюл. №29.

7. Савчук С.А., Апполонова С.А. Способ идентификации наркотических и психоактивных веществ в биологических жидкостях. Патент на изобретение RU 2390771 С1 МПК GOIN 30/86 (2006 01). 0публиковано27.05.2010 бюлл. №15.

8. Савчук С.А., Чибисова М.В., Апполонова С.А. Анохин Л.А., Способ выявления неизвестных веществ в биологических жидкостях пациентов, принимавших наркотические или психоактивные вещества. Патент на изобретение RU 2419788. Опубликовано 18.05.2011 г.

Основные публикации по теме диссертации в журналах рекомендованных ВАК

9. Савчук С.А., Власов В.Н., Апполонова С.А., Арбузов В.Н., Веденин А.Н., Мезинов А.Б., Григорьян Б.Р. Применение хроматографии и спектрометрии для идентификации подлинности спиртных напитков (обзор). // Журнал Аналитической химии. 2001 Т. 56. № 3. С. 246-264.

Ю.Савчук С.А., Бродский Е.С., Формановский А.А.Газохроматографическое и хромато-масс- спектрометрическое определение гликолей в питьевой воде и спиртных напитках. //Журнал Аналитической Химии. 1999. Т.54. №8. С. 836-847.

П.Савчук С.А., Г.М. Колесов Маркеры природы этилового спирта: хроматографические методы их обнаружения.//Журнал Аналитической Химии. 2005. Т.60. №12. С. 1239-1250.

12.Арбузов В.Н., Савчук С.А.Идентификация водок методами ионной и газовой хроматографии. // Журнал Аналитической Химии. 2002. Т57. №5. С.515-521.

13.Савчук С.А., Нужный В.П. Химический состав и потенциальная токсичность образцов легальной и нелегальной алкогольной продукции // Наркология. №7. С.67-76

14.Нужный В.П., Савчук С.А.Токсичность алкогольных напитков и ацетон. //Токсикологический вестник. 2005. №6. С. 1-3.

15.Савчук С.А., Нужный В.П., Колесов Г.М. Факторы, влияющие на правильность определения диэтилфталата в водке, этаноле и образцах нелегальной алкогольной продукции. // Журнал Аналитической Химии. 2006. Т.61. №12. С.1301-1307.

16.Савчук С.А., Колесов Г.М. О правильности хроматографического определения эфиров фталевых кислот, как показателя фальсификации коньяков и коньячных спиртов. // Журнал Аналитической химии. 2007. № 8. Т. 62. С. 845-857.

17.Вязьмина H.A., Савчук С.А. Применение методов газовой хроматографии для идентификации происхождения спирта. //Журнал Аналитической Химии. 2002. Т 57. №8 С. 813-819.

18.Савчук С.А., Колесов Г.М. Хроматографические методы в контроле качества коньяков и коньячных спиртов. // Журнал Аналитической Химии. 2005. Т.60. №8. С.848-868.

19.Нужный В.П. Савчук С.А., Каюмов Р.И. Химико-токсикологическое исследование крепких алкогольных напитков домашнего изготовления (Самогон из разных регионов России). // Наркология. 2002. №5. С. 43-48.

20.Нужный В.П., Савчук С.А., Тюрин И.А., Белов С.К. Проблема денатурирующих добавок к этиловому спирту в связи с исследованием образцов нелегальной алкогольной продукции. // Токсикологический вестник. 2004. май-июнь. С.7-12.

21.Симонов Е.А., Сорокин В.И., Савчук С. А. Применение газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии для определения гамма-гидроксимасляной кислоты и её прекурсоров в объектах различного происхождения. // Журнал Аналитической Химии. 2004 Т59 №10 С. 1070-1076.

22.Савчук С.А., Веденин А.Н., Изотов Б.Н. Обнаружение летучих токсичных веществ в биологических жидкостях организма методом газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. // Наркология 2002. №3. С.37-45.

23.Б.А. Руденко, С.А.Савчук, Е.С.Бродский. Хроматографическое определение обезболивающих наркотических средств (Обзор). // Журнал Аналитической Химии. 1996. Т51.№2. 182-201.

24.Веселовская Н.В., Савчук С.А., Изотов Б.Н., Свойства и анализ опиоидного анальгетика трамадола (Обзор).// Вопросы наркологии 1998 №2. С. 41-53.

25.Савчук С.А., Веселовская Н.В., Бродский Е.С., Формановский A.A., Чистяков, Изотов Б.Н.// Применение хроматографии и хромато-масс-В.В.спектрометрии для изучения фармакокинетики и метаболизма пропофола, клофелина, фенциклидина и трамадола (Обзор). // Хим.-Фарм. Журнал. 1999. №10. С. 29-52.

26.Веселовская Н.В., Савчук С.А., Изотов Б.Н. Хроматографический анализ фенциклидина, его метаболитов и аналогов в биологических жидкостях (обзор).// Судебно медицинская экспертиза 1999. №2. С.20-25.

27.Савчук, С.А., Симонов Е.А., Сорокин, В.И. Дорогокупец О.Б., Веденин А.Н. Применение метода фиксации времен удерживания при хромато-масс-спектрометрическом и хроматографическом определении наркотических средств.// Журнал Аналитической Химии. 2004. Т59 №10. С. 1059-1069.

28.С.А.Савчук, Б.А.Руденко, Н.А.Давыдова, Е.С.Бродский, Т.Ф. Боровкова. Определение анестезирующего препарата кетамин в крови методом капиллярной газовой хроматографии с применением термоионного детектирования и хромато-масс-спектрометрии.//Журнал Аналитической Химии. 1995. Т50. №12. С. 1324-1329.

29.С.А.Савчук, Е.С.Бродский, Б.А.Руденко, А.А.Формановский, И.В.Михура, Н.А.Давыдова. Хромато-масс-спектрометрическое определение продуктов биотрансформации анестезирующего препарата Кетамин Журнал Аналитической Химии. 1997. Т52. №12. С. 1299-1311.

30.С.А.Савчук, Е.С.Бродский, А.А.Формановский, В.В.Ерофеев, Е.В.Бабанова, В.В. Чистяков, M.JI. Рабинович, О.А.Долина, Б.А.Руденко. Применение газовой хроматографии с селективным детектированием и хромато-масс-спектрометрии для идентификации метаболитов Кетамина и исследования процессов конъюгации Кетамина и его метаболитов в организмах человека и крыс. Журнал Аналитической Химии. 1998. Т53. №.6. С 663-670.

31.С.А.Савчук, Е.С.Бродский, А.А.Формановский, Е.В.Бабанова, Н.В.Веселовская, Б.Н.Изотов, Г.М. Родченков, В.В.Ерофеев, Б.А.Руденко Артефакты при хромато-масс-спектрометрическом определении препаратов для внутривенного наркоза (I). Трамадол, связь между структурой метаболитов и примесных веществ (II). // Журнал Аналитической Химии. 2000. Т 55. № 4. С.430-442.

32.ЛазаревВ,В., Галибин И.Е., Савчук С.А., Изотов Б.Н., Веденин А.Н., Р.П.Васина Фармакокинетика и метаболизм кетамина на фоне болюсного введения рентгеноконтрастных средств при рентгеноэндоваскулярных вмещательствах у детей. //Анестезиология и реаниматология. 2001. №1. С.38-43.

33.Симонов Е.А., Савчук С.А., Сорокин В.И. Кислун Ю.В. Клюев Е.А. Оксибутират, его прекурсоры и метаболиты. // Наркология. 2002. №3. С.12-19.

34.Барсегян С.С., Савчук С.А., Барам Г.И., Барсегян И.Б., Гелемеев В.Ф. Комплексное исследование экспертных объектов, содержащих дезоморфин.//Наркология. 2007. №2. С. 13-21.

35. С. А. Савчук, С. С. Барсегян, И. Б. Барсегян, Г. М. Колесов. Хроматографическое исследование экспертных образцов, содержащих дезоморфин. // Журнал Аналитической химии. 2008. Т 63. № 4. С. 396405.

36.Лазарев В. В., Михельсон В. А., Бураков А. А., Изотов Б. Н., Савчук С. А. Водный баланс и фармакокинетика кетамина при анестезиологическом обеспечении рентгеноэндоваскулярных вмешательств у детей. // Анестезиология и реаниматология. 2004. №1. С. 23-27.

37.А.М. Григорьев, С.А Савчук Согласование параметров обзорных библиотек газохроматографического удерживания. // Журнал Аналитической химии. 2010.Т1. 65. №. 4. С. 388-397.

38.Andrej Grigoryev, Sergey Savchuk, Aleksandra Melnik, Natal'ja Moskaleva, Jurij Dzhurko,Mihail Ershov, Aleksandr Nosyrev, Aleksandr Vedenin, Boris Izotov, Irina Zabirova, Vladimir Rozhanets. Chromatography-mass spectrometry studies on the metabolism of synthetic cannabinoids JWH-018 and JWH-073, psychoactive components of smoking mixtures/ // Journal of Chromatography B, 879 (2011) 1126-1136.

39.Andrej Grigoryev, Aleksandra Melnik, Sergey Savchuk, Anton Simonov, Vladimir Rozhanets. Gas and liquid chromatography-mass spectrometry studies on the metabolism of the synthetic phenylacetylindole cannabimimetic

JWH-250, the psychoactive component of smoking mixtures //Journal of Chromatography B, 879 (2011) 2519- 2526.

40.Бродский E.C., Савчук С. А. Определение нефтепродуктов в окружающей среде // ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 1998, том 53, № 12, с. 1238-1251

41.Савчук С. А., Руденко Б. А., Бродский Е. С., Сойфер В. С. Применение капиллярной хроматографии с хемилюминесцентным детектированием для определения серосодержащих соединений в нефтяных загрязнениях морских вод // ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 1995, том 50, М 11,с. 1181-1187

42.Руденко Б. А., Савчук С. А., Белушкин В. В., Золотова М. Ю., Кудин А. М., Лазейкин М. А. Изучение загрязненности нефтепродуктами некоторых акваторий Азовского моря // ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 1996, том 51, № 2, с. 219 - 225.

Публикации по теме диссертации в научно-практических журналах

43.Арбузов В.Н., Савчук С.А., Алешкин Б.М., Фролова И.В. Комплексное применение методик для определения подлинности водок. // Партнеры и конкуренты. Журнал для органов по сертификации и испытательных лабораторий Госстандарта России. 2001.№ 8. С. 22-25.

44.С.А.Савчук. К вопросу об идентификации природы этилового спирта.// Партнеры и Конкуренты. 2005. №1. С.32-38.

45.С.А.Савчук. К вопросу об идентификации природы этилового спирта (продолжение).//Партнеры и Конкуренты. 2005. №3. С.30-34.

46.Н.А.Вязьмина, С.А.Савчук. Идентификация примесей этанола с использованием хроматографических колонок различного типа // Партнеры и Конкуренты. 2005. №7. С.32-38.

47.Н.А.Вязьмина, С.А.Савчук. Идентификация примесей этанола с использованием хроматографических колонок различного типа. // Партнеры и Конкуренты. 2005. №7. С.22-27 (продолжение).

48.Вязьмина H.A., Савчук С.А.Исследование примесного состава этилового спирта и продуктов его ректификации. // Партнеры и Конкуренты. 2002. №2 С. 30-40.

49.С.А.Савчук, В.Н. Власов Идентификация винодельческой продукции методами высокоэффективной хроматографии и спектрометрии // Виноград и вино России. 2000. №5. С.5-13.

50.Савчук С.А. Контроль качества и идентификация подлинности коньяков хроматографическими методами. // Методы оценки соответствия. №8(2). С. 18-24.

51.Савчук С.А. Контроль качества и идентификация подлинности коньяков хроматографическими методами. // Методы оценки соответствия. №8(2). С. 30-36.

52.Нужный В.П., С.А.Савчук, Демешина И.В., Забирова И.Г., Листвина В.П., Самойлик Д.В., Суркова Л.А., Тезиков Е.Б. Состав и токсичность самогонов из сахара и меда. // Реферативный сборник новости науки и

техники ВИНИТИ 1999. серия Медицина. Выпуск Алкогольная болезнь. С. 1-10.

53.Нужный В.П., Савчук С.А., Демешина И.В., Забирова И.Г., Листвина В.П., Самойлик Д.В., Суркова Л.А., Тезиков Е.Б. Химический состав, острая и подострая токсичность крепких алкогольных напитков домашнего изготовления (самогоны). // Государственный комитет по стандартизации и метрологии РФ. Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная). Проблемы идентификации алкогольсодержащей продукции, Сборник трудов. Госстандарт России. Москва 2001. С.138-154.

54.Савчук С.А., Кобелев К.В., Рыжова Т.П., Арбузов В.Н., Апполонова С.А.,Симонов Е.А., Сорокин В.И. Применение новых хроматографических методов в исследовании пива. // Пиво и напитки 2003. №1. С. 15-21.

55.В.П. Нужный, С.А.Савчук. Алкогольная смертность и токсичность алкогольных напитков.// Партнеры и Конкуренты. 2005. №5. С.18-26.

56.В.П. Нужный, С.А.Савчук. Алкогольная смертность и токсичность алкогольных напитков. Партнеры и Конкуренты. 2005. №5. С.27-34 (продолжение).

57.В.П. Нужный, С.А.Савчук. Алкогольная смертность и токсичность алкогольных напитков. // Партнеры и Конкуренты. 2005. №6. С.27-34 (продолжение).

58.В.П. Нужный, С.А.Савчук Алкогольная смертность и токсичность алкогольных напитков. // Партнеры и Конкуренты. 2005. №7. С.25-31 (продолжение).

59.С.А.Савчук, А.Н.Веденин. Применение программы фиксации времен удерживания при хромато-масс-спектрометрическом определении анализируемых веществ. // Российский химический журнал (Ж.Рос.хим.об-ва им. Д.И.Менделеева). 2003. Т.ХЬУН. №1. С.141.

60.Лазарев В,В., Поляев Ю.А., Савчук С.А., Изотов Б.Н. Влияние болюсного введения рентгеноконтрастных средств на фармакокинетику кетамина и течение анестезии при рентгенохирургических вмешательствах у детей. //Научно-практический журнал "Детская больница". 2001. №2. С.12-17.

61.С.А.Савчук, А.Н.Веденин, А.В.Смирнов, Е.А.Симонов, О.Б.Дорогокупец, В.И.Сорокин, Ю.В.Кислун. Исследование влияния продуктов и лекарственных препаратов на правильность определения опиатов и некоторых других наркотических средств в биологических объектах (моче). // Лабораторный журнал. 2002. №2. 18-23.

Подписано в печать 06.09.2012 Заказ № 11922. Тираж 130 экз. Объем 1 п.л.

Отпечатано: ООО «ВП24» г. Москва, ул. Трубная, д. 21 Телефон 651-64-48. www.vp24.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора химических наук, Савчук, Сергей Александрович

1.1. Предмет рассмотрения, понятия и термины.

1.2. История вопроса и гипотеза.

1.3. Диагностика смертельных отравлений алкоголем и его суррогатами.

1.4. Диагностика несмертельных отравлений алкоголем и его суррогатами.

Глава 2. Хроматографический и хромато-масс-спектрометрический анализ спиртов и спиртных напитков.

2.1 .Обоснование выбора условий ГХ-МС и ГХ-ДИП анализа.

2.1.1. Аппаратура и методы для ГХ-МС определения летучих компонентов спиртов, коньяков, коньячных спиртов.

2.1.2. Условия хроматографического анализа коньяков и коньячных спиртов с пламенно-ионизационным детектированием (ГХ-ДИП).

2.1.3. Методы ГХ-МС и ГХ-ДИП парофазного анализа без термостатирования для исследования состава летучих компонентов вин и виноматериалов.

2.1.4. Методы определения состава компонентов древесины дуба в коньяках и коньячных спиртах методом спектрометрии в ультрафиолетовой и видимой области (УФ-ВИД) и хромато-масс-спектрометрии.

2.2. Критерии выбора внутреннего стандарта и состава калибровочной смеси летучих веществ.

2.3. Формирование артефактов и исследование изменения состава градуировочных смесей летучих веществ при хранении.

2.4. Выявление и устранение хроматографических наложений при определении летучих веществ.

2.5. Идентификация синтетического спирта и спиртов биохимического происхождения методом ГХ-МС анализа.

2.5.1. Формирование примесного состава синтетического спирта.

2.5.2. Критерии выбора и условия детектирования веществ-маркеров синтетического спирта-ректификата и оценка результатов идентификации.

2.5.3. Результаты изучения факторов, влияющих на правильность идентификации синтетического спирта.

2.5.4. Вещества, мешающие идентификации природы спирта по бутанолу

2.6. Роль ацетона в идентификации природы спирта. Образование и накопление ацетона в водке из пищевого спирта при ее длительном хранении.

2.7.Идентификация подлинности вин, коньяков и других дистиллированных спиртных напитков.

2.7.1. Вина.

2.7.2. Коньяки, коньячные спирты, бренди.

2.7.3. Выбор летучих компонентов для оценки качества коньяков и коньячных спиртов.

2.8. Типичные случаи фальсификации (выявление по составу летучих компонентов).

2.8.1. Выявление компонентов не характерных для коньяка.

2.8.2. Выявление ароматизаторов (1,2-Пропиленгликоль).

2.8.3. Выявление денатурирующих агентов (Диэтилфталат).

2.8.4. Фальсификация разбавлением.

2.9. Исследование соства компонентов древесины дуба, экстрагируемых в коньячный спирт.

2.9.1.Виды дубовой древесины, используемой в виноделии и производстве коньяка.

2.9.2. Метод УФ-ВИД спектрометрии. Типичные случаи фальсификации, выявляемые методом УФ-ВИД спектрометрии.

2.10. Исследовавание состава компонентов древесины дуба, переходящих в коньячный спирт, методом ГХ-МС на неподвижных фазах средней и малой полярности.

2.10.1. Полифенольные, фурановые компоненты.

2.10.2. Результаты сравнительного определения компонентов дубовой древесины в отечественных и зарубежных коньяках и коньячных спиртах.

2.10.3. Типичные случаи фальсификации, выявляемые методом ГХ-МС по состапву компонентов дубовой древесины.

2.11. Исследование факторов, влияющих на правильность определения денатурирующей добавки - диэтилфталата в коньяках и коньячных спиртах.

Глава 3. Совместное применение методов хроматографии и биологических тестов в оценке токсических свойств суррогатов алкоголя.

3.1. Исследование компонентного состава и потенциальной токсичности образцов легальной и нелегальной алкогольной продукции методами хроматографии и хроматомасс-спектрометрии.

3.1.1 .Сравнительное хроматографичское исследование состава технических и пищевых неректификованных этиловых спиртов (сырцов).

3.1.2. Потенциальная токсичность синтетического спирта, не очищенного ректификацией.

3.1.3. Спирты, полученные ферментативным брожением без ректификации.

3.1.4. Напитки домашней выгонки(самогон, чача).

3.1.5. Сравнительное хроматографическое исследование состава технических и пищевых ректификованных этиловых спиртов.

3.1.6. Исследование состава фальсифицированных водок из нелегального оборота.

3.2. Проблема выбора денатурирующих добавок и оценка их потенциальной токсичности в спиртах непищевого назначения.

3.3.Исследование токсических свойств самогонов на лабораторных животных и методами биологического тестирования.

3.4. Сравнительное хроматографическое и биологическое (экспресс-тест) исследование токсичности крепких алкогольных напитков домашнего изготовления (самогонов) из разных регионов России.

3.5. Исследование токсических свойств самогона на лабораторных животных, связь токсических свойств и химического состава.

3.6. Определение летучих токсичных веществ в биологических объектах, воде, напитках методом парофазного анализа без термостатирования.

3.6.1. Консервация проб и условия хранения.

3 6 2 Методика ГХ-МС определения летучих веществ методом Парофазного Анализа без Термостатирования.

3 63 Экспрессное газохроматографическое определение этанола.

3 6 4 Аппаратура и условия хроматографического анализа Условия хроматографического анализа, колонка HP-В ALC.

3 6 5 Метрологические характеристики метода Парофазного Анализа без

Термостатирования.

3 6 6 Исследование влияния температуры окружающей среды на правильность определения.

3 6 7 Определение летучих компонентов пива и сусла, оценка чувствительности метода.

3 6 8 Применение метода парофазного анализа без термостатирования для определение дихлорэтана в различных объектах.

3.7. Определение этиленгликоля в биологических объектах методами ГХ-ДИП и ГХ

Часть 2. МЕТОДЫ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ НАРКОТИЧЕСКИХ И

СИЛЬНОДЕЙСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ.

Глава 4. Хроматографическое определение обезболивающих наркотических средств.

41 ФЕНТАНИЛ.

4 2 ДРОПЕРИДОЛ.

4 3 КЕТАМИН.

4 4 ТИОПЕНТАЛ.

4 5 ПРОПОФОЛ.

4 6 КЛОФЕЛИН.

4 7 ФЕНЦИКЛИДИН.

4 8 ТРАМАДОЛ.

Глава 5. Разработка метода безэталонной трансляции - автоматической идентификации для ГХ-МС определения наркотических и сильнодействующих средств.

5.1. Обоснование нового методического подхода к системному ГХ-МС определению наркотических и сильнодействующих средств.

5.2. Ограничения и мешающие влияния при автоматической обработке по программе AMDIS.

5.3. Обоснование выбора условий подготовки пробы.

5.3.1. Условия подготовки пробы для веществ основного и нейтрального характера.

5.3.2. Условия подготовки пробы для веществ кислого характера (бензоилэкгонина, 11-нор-дельта-9-карбокси-тетрагидроканнабинола в моче).

5.4. Обоснование выбора хроматографического метода.

5.4.1. Выбор внутреннего стандарта.

5.4.2. Обоснование выбора хроматографических условий анализа.

5.4.3. Обоснование выбора масс-спектрометрического детектора.

5.5. Выявление факторов, влияющих на правильность идентификации контролируемых веществ.

5.5.1. Межлабораторная воспроизводимость времен удерживания.

5.5.2. Воспроизводитость времен удерживания при длительной работе колонки.

5.5.3. Влияние соэкстрактивных компонентов матрицы и концентрации целевых веществ на воспроизводимость времен удерживания.

5.5.4. Артефакты при многокомпонентном ГХ-МС определении наркотических и сильнодействующих веществ в биожидкостях.

5.5.5. Влияние кислотного гидролиза и щелочной экстракции на формирование артефактов.

5.5.5.1. Трамадол и кетамин.

5.5.5.2. Норпромедол II- МБХ.

5.5.5.3. Промедол - норпомедол I - норкетамин.

5.6. Методология выявления неизвестных веществ в сложных органических матрицах биологического происхождения (на примере идентификации нового метаболита кетамина).

5.7. Этапы идентификации неизвестного вещества.

5.8. Исследование II стадии метаболизма (коньюгации) новых метаболитов кетамина

5.9. Потенциальные фармакологические свойства новых метаболитов кетамина.

5.10. Трамадол, связь между структурой метаболитов и примесных веществ.

5.11. Сравнительное исследование метаболизма обезболивающих наркотических средств у наркологических больных, у хирургических больных при операционной травме, и у пострадавших при применении обезболивающих препаратов на фоне травматического шока.

5.12. Влияние некоторых пищевых продуктов и лекарственных препаратов на правильность идентификации наркотических средств в биологических объектах.

5.13. Определение силденафила (виагры) и его аналогов тадалафила и варденафила в биожидкостях и несертифицированных препаратах.

Глава 6. Определение нефтепродуктов в объектах окружающей среды.

6.1 Методы, применяемые в массовом анализе.

6.1.1 Применение ГХ и ГХ-МС для определения НП в объектах окружающей среды.

6.1.2 Другие методы определения НП в окружающей среде.

6.1.3. Извлечение НП из матрицы.

6.1.4. Идентификация источников нефтяных загрязнений.

6.1.5. Дистанционные методы обнаружения НП в окружающей среде.

6.1.6. Анализ деградировавших НП.

6.2. Применение капиллярной хроматографии с хемилюминесцентным детектированием для определения серосодержащих соединений в нефтяных загрязнениях морских вод.

6.3.Изучение загрязненности нефтепродуктами некоторых акваторий Азовского моря.

7. Выводы.

Введение диссертация по химии, на тему "Новые методические подходы к контролю качества алкогольной продукции и к выявлению наркотических веществ в биологических средах хроматографическими и хромато-масс-спектрометрическими методами"

Актуальность проблемы. К числу аналитических методов, наиболее широко используемых для контроля качества пищевых продуктов, относится газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием. Идентификация подлинности различного рода продукции и определение ксенобиотиков в биологических объектах являются близкими задачами, поскольку основываются на аналитическом определении набора примесных компонентов, определяющих свойства и/или происхождение объекта исследования.

Наряду с контролем качества пищевых продуктов существует ряд сходных проблем из различных отраслей человеческой деятельности, для решения которых можно применить близкие методические подходы для доказательства принадлежности объекта к определенной общности (группе), основанные на выявлении хроматографических маркеров специфичности этой общности объектов. К числу примеров подобных задач можно отнести установление способа производства алкогольных напитков и идентификации их фальсификатов, а также подлинности лекарственных препаратов. С учётом общемировой тенденции к росту числа фальсификатов наиболее популярной и востребованной продукции решение подобных задач стало особенно актуальным для современной аналитической химии.

При наличии большого числа аналитических лабораторий, призванных решать подобные задачи, вторым важным моментом является необходимость развития методических подходов, позволяющих унифицировать и автоматизировать собственно хромато-масс-спектрометрический анализ, и создать единый методический регламент, призванный повысить межлабораторную воспроизводимость получаемой аналитической информации.

Цель работы. Разработка общих методических подходов для контроля качества алкогольной и фармацевтической продукции на принципах хроматографических методов анализа.

Задачи исследования

1. На основании результатов хроматографического исследования различных объектов синтетического, промышленного и биологического происхождения: • спиртных напитков и их фальсификатов,

• лекарственных препаратови наркотических средств, характерных для них примесей и метаболитов, выявить характерные для них маркерные соединения, позволяющие отнести контролируемый объект к определенным группам объектов этого типа;

2. Установить механизмы формирования артефактов и предложить способ выявления новых маркеров принадлежности к единой группе или способу производства.

3. Обосновать принципы унификации данных по параметрам удерживания, полученным на различных хроматографических колонках, и на их основе предложить новые подходы к оценке межлабораторной воспроизводимости. Выявить способы ее повышения и/или компенсации её вариаций.

4. Определить критерии надежности автоматической идентификации аналитов по плохо разрешённым пикам с их деконволюцией программными средствами, выявить факторы, приводящие к получению ложных результатов, и предложить критерии выбора условий хроматографического анализа, позволяющие повысить надежность и правильность идентификации веществ в автоматических режимах хромато-масс-спектрометрического анализа;

5. Разработать систему постоянно обновляемых библиотек масс-спектров наркотических веществ, их производных, метаболитов и артефактов для автоматизированного, АМОГБ скрининга с фиксированными хроматографическими временами удерживания.

6. Разработать способ идентификации новых метаболитов лекарственных и наркотических веществ, позволяющих более надежно различать новые вещества и продукты деградации компонентов пробы.

7. Разработать систему обмена аналитической информацией между лабораториями, выбрать алгоритмы распределенного доступа пользователей к базам ГХ-МС данных, включающих рабочие и новые тестовые версии библиотек масс-спектров, фиксированные времена удерживания целевых веществ и примеры экспертиз новых наркотических веществ.

Научная новизна работы 1. Предложен новый подход к идентификации аналитов по данным хроматографического анализа, основанный на ранжировании их признаков и заключающийся в дифференциации артефактов и информативных маркеров различных объектов анализа для установления их принадлежности определённым группам, различающимся по происхождению или способу производства.