Определение молекулярной серы в минеральных водах "Мацеста" и ее аналога "Новонукутская"

Ранее при изучении методом хромато-масс-спектрометрии твердофазных экстрактов (ТФЭ) бальнеологически активных веществ рассола из Новонукутского источника и препарата, выделенного из него, было показано, что основными продуктами являются сера S8, циклические полиядерные сераорганические соединения, а также диалкилполисульфиды [1].

Изучение состава биологически активных веществ в минеральных водах (МВ) и препаратах из них служит источником информации для выбора методов получения и стабилизации лечебных свойств таких препаратов. По общепринятой точке зрения, главным лечебным компонентом сульфидных МВ является сероводород, а образование молекулярной серы в МВ возможно при окислении сероводорода кислородом воздуха или, например, по схеме, предложенной Хальбергом, микроорганизмами, окисляющими далее серу в сульфат [2]. Однако скорость таких процессов незначительна при комнатной температуре и, особенно, в присутствии фиксирующих добавок.

Цель работы - анализ содержания молекулярной серы в водных растворах МВ методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в условиях устойчивой сорбции и десорбции молекулярной серы методом ТФЭ.

Методика эксперимента. Пробы фиксировались после отбора из источника, отстаивания и декантации добавлением 10 об.% этилового спирта. Препарат из рассола МВ «Новонукутская» получен согласно [3].

Извлечение активных компонентов из исследуемых образцов проводили, прокачивая анализируемый раствор, содержащий 10% ацетонитрила от общего объема пробы, через сорбирующий патрон фирмы «Supelco», C18, для лучшего контакта с обращенно-фазным сорбентом. После пропускания пробы патрон для ТФЭ сушили 40 мин в водоструйном вакууме, промывали раствором 1,5 мл ацетонитрила-воды (1:1) для удаления эфиров фталевой кислоты, сушили 40 мин и элюировали 1,5 мл гексана. Пробы №2, 6 через 24 ч экстрагировали гексаном при соотношении МВ-гексан 10:1.

ВЭЖХ. Хроматографические эксперименты выполняли на микроколоночном жидкостном хроматографе Милихром А-02 (ЗАО «ЭкоНова», Новосибирск) с колонкой размером 2×75 мм, заполненной сорбентом ProntoSIL-120-5-C18, 5 мкм. Условия хроматографирования: подвижная фаза смесь (85:15) ацетонитрила с водой, градиент 500 мкл до 100% ацетонитрила и 500 мкл 100% ацетонитрила, со скоростью расхода элюента 0,2 мл/мин, температура колонки 45 °С, одновременное фотометрическое детектирование при 200 и 220 нм. Пик серы идентифицировали по двум параметрам: времени удерживания (TR) и спектральному отношению. Значение R рассчитывали как отношение площадей пиков серы, зарегистрированных при детектировании при соответствующих длинах волн (R=А220/А200). Количественное измерение проводили способом внешнего стандарта. Для приготовления растворов сравнения использовали серу квалификации особо чистая (ос. ч.), гексан и ацетон ос. ч., для хроматографии - ацетонитрил для ВЭЖХ («Крио-хром», Санкт-Петербург).

МВ «Новонукутская» - рассол хлоридно-натриевого состава с минерализацией до 55 г/дм³ и концентрацией растворенного сероводорода до 450 мг/дм³, применяется при лечении воспалительных заболеваний органов движения и опоры, периферической и центральной нервной системы.

Обнаруженные в пробах исходной МВ и выделенного из нее препарата циклические полисульфиды можно отнести к экзотическим компонентам, так как присутствие циклических полисульфидов в МВ в литературе не встречается. Недавно органические полисульфиды обнаружены в донных отложениях Финского залива [4]. Необходимо отметить, термин «полисульфиды» применим к органическим и неорганическим соединениям со связью сера-сера, однако соединения, содержащие группы (RSxR1, x>3, где R1=H) называют полисульфанами. Эти соединения растительного происхождения хорошо известны, и особенно аллицин, распад которого приводит к образованию от диаллилдисульфида до диаллилтетрасульфида и даже диаллилгептилсульфида.

В препарате, полученном из МВ «Новонукутская», по данным хромато-масс-спектроскопии, присутствуют те же соединения [5]. В.Н. Бехтерев и соавт. [6] обнаружили в экстрактах Мацестинских МВ, обладающих такими же бальнеологическими свойствами, как МВ «Новонукутская», присутствие тиольных, сульфидных и тионовых фрагментов, что совпадает с нашими данными. Однако из-за уширения пиков, соответствующих сере на хроматограммах, авторы [6] не определили в масс-спектрах элементную серу. Такое уширение пиков, соответствующих молекулярной сере, характерно при образовании аллотропов в испарителе газового хроматографа.

Поэтому было интересно оценить содержание (S⁰) методом ВЭЖХ в МВ «Новонукутская» и «Мацестинская». Как отмечено ранее, газожидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией не является привлекательным методом для количественного определения следов серы из-за возможности образовании аллотропов в испарителе хроматографа.

Метод жидкостной хроматографии позволяет регистрировать циклы серы с различным числом атомов, находящихся в «нативном» виде. Предел обнаружения с помощью обращенно-фазовой жидкостной хроматографии для серы составляет 10 мг/г [7]. Нами использовалась методика микроколоночной обращенно-фазовой ВЭЖХ, разработанная для определения элементарной серы в донных осадках озера Байкал [8].

Хроматограмма стандартного раствора молекулярной S8 приведена на рис. 1.

Как видно из приведенных хроматограмм (рис. 2-4), условия выбранного элюирования позволяют с высоким разрешением отделить пик серы от пиков сопутствующих компонентов экстракта, а двухволновое детектирование - идентифицировать пик серы с высокой степенью достоверности.

Сорбция в ТФЭ пробах МВ «Новонукутская» и «Мацеста» молекулярной серы в таких высоких концентрациях оказалось неожиданной, так как сера практически не растворима в воде [9]. Более того, как оказалось, через сутки при комнатной температуре при стоянии на воздухе МВ и выделения сероводорода молекулярная сера выделяется в виде тонкой пленки на поверхности воды (см. таблицу, пробы 2, 6).

При потере сероводорода или при переходе сульфанов в полисульфиды рН этих МВ сдвигается в кислую область на две единицы. Такое изменение первоначального значения рН наблюдалось во всех пробах, что также подтверждает наличие H2Sn, так как сульфаны обладают более кислыми свойствами, чем сероводород [11].

Константа проницаемости (РМ) сероводорода через бислойные липидные мембраны достаточно высока и составляет 0,5±0,4 см/с (для сравнения РМ для кислорода составляет примерно 0,0050±0,0006 см/с) [12]. Полярность сульфанов и сероводорода близка и, следовательно, проницаемость сульфанов через мембраны так же велика, как проницаемость сероводорода. Также можно предположить, что сульфаны являются транспортными молекулами, доставляющими молекулярную серу в организм при лечении сероводородными водами. Тогда возникает вопрос о роли молекулярной серы, образующейся при распаде, в бальнеологических свойствах сероводородных МВ. Как известно, сера оказывает противоаллергическое действие, очищает кровь, стимулирует клеточное дыхание, улучшает работу мозга, поддерживает упругость и здоровый цвет кожи. Она необходима для образования кератина и меланина. Однако роль сульфанов и влияние аллотропии совсем не принималось во внимание, что связано с трудностью определения таких соединений серы и отсутствием методик анализа в водных средах.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования, написание текста: В.Х., А.С., Д.М.

Сбор и обработка материала: В.Х., Д.М.

Редактирование: А.С.