rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2023-19-4-115-127rmjournal-426Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsКоличественное определение кофеина методом высокоточного кулонометрического титрованияCaffeine Quantification Via High-Precision Coulometric Titrationhttps://orcid.org/0000-0001-7288-8254ШимолинА. Ю.ShimolinA. Yu.

Шимолин Александр Юрьевич – старший научный сотрудник лаборатории физических и химических методов метрологической аттестации стандартных образцов

Researcher ID: Q-5745–2017

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Alexandr Yu. Shimolin – Senior Engineer of the Laboratory of Physical and Chemical Methods for Metrological Certification of Reference Materials

Researcher ID: Q-5745–2017

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

alex-shimolin@uniim.ruУНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202324092023194115127Copyright © Шимолин А.Ю., 20232023Шимолин А.Ю.Shimolin A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/426

Кофеин традиционно используется для оценивания и контроля метрологических характеристик жидкостных хроматографов, в том числе при испытаниях в целях утверждения типа средств измерений. В последние годы с ростом требований к вопросу обеспечения метрологической прослеживаемости как результатов измерений, получаемых с помощью средств измерений, так и средств испытаний использование кофеина в виде реактива при поверке, калибровке, испытаниях в целях утверждения типа стало противоречить требованиям действующих нормативных правовых актов в области обеспечения единства измерений.

Цель исследования состояла в разработке и апробации методики количественного определения кофеина в кофеине первичным методом кулонометрического титрования для метрологического обеспечения метода ВЭЖХ с точностью не более 1 % абс.

В ходе данного исследования проведен подробный анализ методов определения содержания кофеина в различных матрицах, а также разработана и апробирована методика определения массовой доли кофеина в кофеине методом кулонометрического титрования. Для разработанной методики измерений определены метрологические характеристики: диапазон измерений массовой доли кофеина от 97,00 % до 99,99 %, расширенная неопределенность (P = 0,95, k = 2) 0,14 %, что в 2–6 раз превосходит по точности используемые титриметрические методики анализа. Сопоставление полученных результатов с результатами измерений массовой доли кофеина методом ВЭЖХ подтвердили коммутативность метода кулонометрического титрования с методом ВЭЖХ, что позволяет его применить для разработки СО состава кофеина для метрологического обеспечения метода ВЭЖХ.

Теоретическая значимость исследования состоит в доказательстве теоретических аспектов возможности применения метода кулонометрического йодометрического титрования для высокоточного количественного определения чистых органических соединений пуринового ряда.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности применения разработанной методики количественного определения кофеина в кофеине первичным методом кулонометрического титрования с применением ГЭТ 176 для разработки стандартного образца состава кофеина и обеспечении на его основе метрологической прослеживаемости результатов измерений методом ВЭЖХ к государственным первичным эталонам, воспроизводящим единицу величины «массовая доля компонентов», и единицам международной системы единиц SI.

Caffeine has traditionally been used to assess and control the metrological characteristics of liquid chromatographs. In recent years, with increasing requirements for the traceability of measurement results, the use of caffeine as a reagent for verification, calibration, and type approval tests has started to contradict the effective regulations governing measurement uniformity. This study aims to develop and test a procedure of caffeine quantification in caffeine via primary coulometric titration for the metrological support of high-performance liquid chromatography (HPLC) with an accuracy of no more than 1 % abs. In the course of work, a detailed analysis of methods for determining caffeine content in various matrices was carried out; in addition, a procedure for determining caffeine mass fraction in caffeine via coulometric titration was developed and tested. A comparison of the obtained results with caffeine mass fraction measurements performed using HPLC confirmed the commutativity of coulometric titration and HPLC. The developed procedure of caffeine quantification in caffeine via primary coulometric titration employing GET 176 can be used to develop a caffeine composition reference material and to provide metrological traceability of HPLC measurements on its basis to state primary standards reproducing the «mass fraction of components» and to SI units (Systeme international d’unites, SI).  

эталонГЭТ 176кулонометрияйодометриякофеинВЭЖХвысокоэффективная жидкостная хроматографияпрослеживаемостьметодикакулонометрическое титрованиеstandardGET 176coulometryiodometrycaffeineHPLChigh-performance liquid chromatographytraceabilityprocedurecoulometric titrationИсследование проведено при финансовой поддержке УНИИМ – филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Авторы выражают благодарность и глубокую признательность коллективу лаборатории метрологии влагометрии и стандартных образцов УНИИМ – филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» за выполнение измерений массовой доли кофеина методом ВЭЖХ на ГВЭТ 208-1.The study was funded by UNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology. The authors express their gratitude and deep appreciation to staff from the Laboratory of Moisture Measurement and Reference Materials of UNIIM for measuring caffeine mass fraction via HPLC by means of GVET 208–1.ReferencesRichter W. Primary methods of measurement in chemical analysis // Accreditation and Quality Assurance. 1997. Vol. 2. P. 354–359. https://doi.org/10.1007/s007690050165W. Richter. Primary methods of measurement in chemical analysis. Accreditation and Quality Assurance. 1997;2:354–359. https://doi.org/10.1007/s007690050165Турусова Е., Насакин О. Е. Применение фотогенерированного йода для количественного определения кофеина в лекарственных средствах // Биофармацевтический журнал. 2022. Т. 14, № 4. https://doi.org/0.30906/2073-8099-2022-14-4-33-38Turusova E. V., Nasakin O. E. The application of photo-generated iodine for quantitative determination of caffeine in medicines. Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2022;14(4). https://doi.org/0.30906/2073-8099-2022-14-4-33-38Воронцова О. С. Сравнительный анализ методов определения кофеина в кофе, растворимых кофейных и энергетических напитках // Здоровье и окружающая среда. 2015. Т. 25, № 2. С. 193–196.Vorontsova O. S. Comparative analysis of methods for caffeine determination in coffee, soluble coffee and energy drinks. Zdorove i okruzhajushhaja sreda. 2015;25(2):193–196. (In Russ.).Сравнительный анализ методов определения кофеина в кофе / С. И. Соловьева [и др.] // Контроль качества продукции. 2021. URL: https://ria-stk.ru/mos/adetail.php?ID=8214 (дата обращения: 10.01.2023).Solov’eva S. I., Serazhutdinova L. D., Malyh M. A., Dolgunina L. V., Vasil’eva E. V. Comparative analysis of methods for determining caffeine in coffee. Kontrol’ kachestva produkcii. Available via Standards and quality. https://ria-stk.ru/mos/adetail.php?ID=8214. [Accessed: 8 August 2022]. (In Russ.).Мякиньков А. Г. Определение содержания кофеина в чае и кофе классическими аналитическими методами // Пищевая и перерабатывающая промышленность // Реферативный журнал. 2003. № 1. С. 304.Mjakinkov A. G. Determination of the caffeine content in tea and coffee by classical analytical methods. Pishhevaja i pererabatyvajushhaja promyshlennost’. Referativnyj zhurnal 2003;1:304. (In Russ.).Евлашенкова И. В., Аскалепова О. И., Алешина И. Г. Определение содержания кофеина в чае и кофе классическими аналитическими методами // Известия вузов. Пищевая технология. 2000. № 2–3. С. 88–90.Evlashenkova I. V., Askalepova O. I., Aleshina I. G. Determination of caffeine content in tea and coffee by classical analytical methods. Izvesti vuzov. Pishhevaja tehnologija. 2000;2(3):88–90. (In Russ.).Liandi Ma. Determination of the purity of potassium iodate by constant-current coulometry // Accreditation and Quality Assurance. 2002. Vol. 7, № 4. P. 163–167. https://doi.org/10.1007/s00769-002-0441-7Liandi Ma. Determination of the purity of potassium iodate by constant-current coulometry. Accreditation and Quality Assurance. 2002:7(4):163–167. https://doi.org/10.1007/s00769-002-0441-7Toshiaki A., Mariko M., Tatsuhiko T. Precise coulometric titration of sodium thiosulfate and development of potassium iodate as a redox standard // Talanta. 2007. Vol. 73, № 2. P. 346–351. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.03.052Toshiaki A., Mariko M., Tatsuhiko T. Precise coulometric titration of sodium thiosulfate and development of potassium iodate as a redox standard. Talanta. 2007;73(2):346–351. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.03.052Shimolin A. J., Sobina A. V., Zyskin V. M. Potassium iodate purity determination by high precision coulometric titration: New measurement procedure implementation // New measurement procedure implementation: Collection of works 2nd International Ural Conference on Measurements (UralCon), Chelyabinsk, 16–19 October 2017. Chelyabinsk: IEEE. 2017. P. 311–315. https://doi.org/10.1109/URALCON.2017.8120729Shimolin A. J., Sobina A. V., Zyskin V. M. Potassium iodate purity determination by high precision coulometric titration: New measurement procedure implementation. In: New measurement procedure implementation: Collection of works 2nd International Ural Conference on Measurements (UralCon), Chelyabinsk, 16–19 October 2017. IEEE; 2017;311–315. https://doi.org/10.1109/URALCON.2017.8120729Государственный первичный эталон на основе кулонометрии ГЭТ 176–2013: роль в метрологическом обеспечении аналитических измерений и перспективы развития / А. В. Собина [и др.] // 175 лет ВНИИМ им. Д. И. Менделеева и Национальной системе обеспечения единства измерений: тезисы доклада международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 14–15 июня 2017 г. С. Петербург: ФГУП ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, 2017. С. 92–93.Sobina A. V., Terentiev G. I., Zyskin V. M., Shimolin A. Yu. State primary standard based on coulometry GET 176–2013: role in the metrological support of analytical measurements and development prospects. In: 175 years of VNIIM im. D. I. Mendeleev and the National System for Ensuring the Uniformity of Measurements. International scientific and practical conference, St. Petersburg, 14–15 June 2017, abstracts, p. 92–93.Report of the CCQM-K152. Assay of potassium iodate / A. Sobina [et al.] // Metrologia. 2020. Vol. 58, № 1A. P. 08005. https://doi.org/10.1088/0026–1394/58/1A/08005Sobina A., Shimolin A., Sobina E., Tabatchikova T., Ortiz-Aparicio J. L., Lara-Manzano J. V. et al. Report of the CCQM-K152. Assay of potassium iodate. Metrologia. 2020;58(1A):08005. https://doi.org/10.1088/0026–1394/58/1A/08005Key Comparison Dat a Base. Calibrition and Measurement Capabilit yes / BIPM [website]. URL: https://www.bipm.org/kcdb/cmc/quicksearch?includedFilters=&excludedFilters=&page=0&keywords=iodate+uniim (дата обращения: 04.08.2022).Key Comparison Data Base. Calibrition and Measurement Capabilityes. Available via KCDB. https://www.bipm.org/kcdb/cmc/quicksearch?includedFilters=&excludedFilters=&page=0&keywords=iodate+uniim. [Accessed: 8 August 2022]. (In Russ.).Atomic weights of the elements 2019 // IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. 2021. URL: https://www.qmul.ac.uk/sbcs/iupac/AtWt (дата обращения: 04.08.2022).Atomic weights of the elements 2019. Available via Queen Mary University of London. https://www.qmul.ac.uk/sbcs/iupac/AtWt. [Accessed: 8 August 2022]. (In Russ.).Шимолин А. Ю., Собина А. В. Разработка стандартного образца состава йодата калия // За нами будущее: тезисы доклада I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов к 180-летию Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им. Д. И. Менделеева. СПб: Издательский дом «ПремиумПресс», 2022. С. 248–251.Shimolin A., Sobina A. Development of a reference material for the composition of potassium iodate. In: We are the future. In: All-Russian scientific and practical conference of young scientists and specialists dedicated to the 180th anniversary of the All-Russian Research Institute of Metrology named after V. I. D. I. Mendeleev, collection of theses of reports, Publ. Premium Press, St. Petersburg; 2022. P. 248–251. (In Russ.).Разработка государственного вторичного эталона и стандартных образцов состава на основе жидкостной и газовой хроматографии / О. С. Шохина [и др.] // Стандартные образцы. 2017. Т. 13. № 1. С. 9–26. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2017-13-1-9-26Shokhinaa O. S., Medvedevskikh M. Yu., Krashenininaa M. P., Makarova S. G., Krylovb A. I., Tkachenkob I. Yu. et al. Development of the state secondary measurement standard and certified reference materials for composition on the basis of liquid and gas chromatography. Measurement Standards. Reference Materials. 2017;13(1):9–26. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2017-13-1-9-26 (In Russ.).Перельман В. И. Краткий справочник химика. 6-е изд. М.: Госхимиздат, 1963. 620 с.Perel’man V. I. Brief reference book of the chemist. 6th ed. Goskhimizdat, Moscow, 1963. 620 p. (In Russ.).Asakai T., Hioki A. Reliability in standardization of sodium thiosulfate with potassium dichromate // Microchemical Journal. 2015. Vol. 123. P. 9–14. https://doi.org/10.1016/j.microc.2015.05.012Asakai T., Hioki A. Reliability in standardization of sodium thiosulfate with potassium dichromate. Microchemical Journal. 2015;123:9–14. https://doi.org/10.1016/j.microc.2015.05.012

The authors declare that there are no conflicts of interest present.