UNIWERSYTET GDAŃSKI WYDZIAŁ CHEMII Pracownia studencka Katedry Analizy Środowiska Ćwiczenia laboratoryjne - teoria Benzoesan denatonium środek skażający do etanolu ANALIZA CHEMICZNA W KRYMINALISTYCE FIZYKOCHEMICZNE METODY BADAŃ W KRYMINALISTYCE Gdańsk, 2008 1
1. Benzoesan denatonium właściwości i zastosowanie Benzoesan denatonium (handlowa nazwa: Bitrex) jest najbardziej gorzką substancją znaną ludzkości [http://www.bitrex.com/]. Jest tak gorzki, ze przykładowo jedna łyżeczka do herbaty tej substancji rozpuszczona w basenie olimpijskim spowodowałaby gorzki smak wody. Odkryto go w 1958 roku i opatentowano w firmie Macfarlan Smith. Benzoesan denatonium jest białą stałą substancją dobrze rozpuszczalną w metanolu, etanolu, chloroformie, glikolu etylenowym, butanolu oraz izopropanolu. Wzór sumaryczny Bitrexu to C 28 H 34 N 2 O 3, wzór strukturalny podany jest na rys. 1. Synonimy nazwy: benzoesan benzylodietylo[(2,6-ksylilokarbamoilo)metylo]amoniowy, benzoesan N-[2-[(2,6-dimetylofenylo)amino]2-oksoetylo]N,N-dietylo-benzenmetyloaminium, benzoesan benzylolidokainy, bitrex, THS-839, WIN 16568, bitreks, denathonium benzoate, benzenemethanaminium. Rys. 1. Wzór strukturalny benzoesanu denatonium. Ze względu na gorzki smak jest dodawany do różnego rodzaju produktów w celu ich skażenia i zapobiegania przypadkowym zatruciom, przy czym nie stanowi on zagrożenia dla życia lub zdrowia. Bitrex jest wyczuwany smakiem przy stężeniu już 10 ppb zaś jest odczuwalnie gorzki przy stężeniu 50 ppb. Podobnie jak ludzie, gorzki smak tej substancji odczuwają również zwierzęta domowe, psy, koty, świnie i konie, oraz jelenie. Zależnie od 2
regulacji prawnych w różnych państwach dodaje się go do alkoholu skażonego w ilości 6 50 ppm, natomiast do innych produktów w ilości 10 100 ppm. Bitrex można dodawać do alkoholu technicznego, bioetanolu, płynów do spryskiwaczy samochodowych, herbicydów, środków do zwalczania myszy, szczurów i karaluchów i innych produktów. Bitrex może być również dodawany do różnego typu produktów chemii gospodarczej takich jak: środki do czyszczenia kuchni i łazienek, płyny do prania, płyny do płukania tkanin, mydła w płynie. Produkty zawierające Bitrex mogą być oznaczane logo producenta (rys. 1). Rys. 1. Produkty zawierające Bitrex oznakowane logo producenta (Macfarlan Smith; http://www.bitrex.com/). Dodawanie Bitrexu, obok stosowania tzw. bezpiecznych zamknięć, jest jednym ze sposobów chronienia dzieci przed przypadkowym spożyciem tych produktów i tym samym przed zatruciem. Małe dzieci odruchowo wsadzają wszystko do ust i próbują połykać różne płyny. Według danych producenta w Wielkiej Brytanii zdarza się około 35 tysięcy zatruć rocznie spowodowanych przypadkowym połknięciem środków chemicznych używanych w gospodarstwach domowych i ogrodach. 2. Nielegalny obrót alkoholem etylowym Ministerstwo Finansów RP [2007] przedstawiło Informację o funkcjonowaniu "szarej strefy" w polskiej gospodarce i przeciwdziałania jej przez służby skarbowe. Jednym z 3
elementów szarej strefy jest nielegalny obrót alkoholem etylowym. Do zagrożeń należy zaliczyć: wykorzystywanie do produkcji wyrobów alkoholowych alkoholu etylowego skażonego, przeznaczonego do wytwarzania produktów nieprzeznaczonych do konsumpcji przez ludzi (rozpuszczalniki, podpałki do grilla, rozmrażacze itp.), po uprzednim jego odkażeniu, przemyt alkoholu przez granicę wschodnią, nielegalną produkcję własną. Skalę zjawiska trudno oszacować. Służba celna w 2004 r. dokonała zajęcia na granicy państwa -181 tys. litrów przemycanych wyrobów alkoholowych, a w 2005 r. - 117 tys. litrów tych wyrobów. Pracownicy szczególnego nadzoru podatkowego z urzędów celnych podczas kontroli rynku wewnętrznego w 2004 r. dokonali zajęcia 20,2 tys. litrów alkoholu etylowego (w przeliczeniu na alkohol 100%) bez akcyzy, a w 2005 r. - 12,8 tys. litrów 100% alkoholu. 3. Benzoesan denatonium jako środek skażający do alkoholu etylowego Celem dodawania benzoesanu denatonium a także innych środków skażających do technicznego alkoholu etylowego jest walka z wykorzystywaniem do celów spożywczych produktów powstających na jego bazie. Główny człon nazwy benzoesanu denatonium pochodzi od angielskiego słowa denaturated, co oznacza skażony. Dodawanie środków skażających do alkoholu etylowego jest regulowane w Polsce ustawą. Ustawa z dnia 2 marca 2001 roku o wyrobie alkoholu etylowego oraz wytwarzaniu wyrobów tytoniowych: Art. 9. 4
1. Spirytus skaża się jednym ze środków skażających, który zmienia smak, zapach albo zabarwienie alkoholu etylowego w taki sposób, że bez zmiany istotnych właściwości alkohol etylowy ten staje się niezdatny do spożycia. 2. Minister właściwy do spraw rynków rolnych określi, w drodze rozporządzenia, środki dopuszczone do skażania alkoholu etylowego oraz minimalną ilość ich zastosowania w tym celu, mając na względzie, że środki te nie mogą zagrażać zdrowiu lub życiu ludzi, a jednocześnie muszą uniemożliwiać spożycie alkoholu etylowego nimi skażonego. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 25 czerwca 2008 roku w sprawie środków dopuszczonych do skażania alkoholu etylowego (Dziennik Ustaw 2008 Nr 120, Poz. 776) określa minimalną ilość benzoesanu denatonium: 2 g na 100 litrów 100% alkoholu etylowego jako pojedynczego środka skażającego. Odpowiada to stężeniu 20 mg/l. Dopuszcza się stosowanie środków skażających otrzymanych z połączenia benzoesanu denatonium (1g) oraz acetonu (2 l) lub alkoholu izopropylowego (2-propanolu) (6 l) lub ketonu etylowo-metylowego (2 l). Pozostałe środki dopuszczone do skażania alkoholu etylowego zawarte są w Tabeli 1. Rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 26 kwietnia 2004 r. w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego zwolniło od akcyzy alkohol etylowy skażony. Alkohol techniczny zwolniony od akcyzy jest tańszy od alkoholu spożywczego, co stwarza pokusę wykorzystywania go do celów spożywczych. Chodzi tutaj głównie o alkohol etylowy skażony stosowny do produkcji rozcieńczalników i rozpuszczalników, środków zapobiegających zamarzaniu (płynów do spryskiwaczy samochodów) oraz produktów ułatwiających rozpalanie ognia. Aby uniknąć oszustw akcyzowych, alkohol ten skażany jest środkami chemicznymi po to, by łatwo w laboratorium można go było odróżnić od alkoholu spożywczego. 5
Tabela 1. Wykaz środków dopuszczonych do skażania alkoholu etylowego wraz z minimalną ilością ich zastosowania. Na podstawie: Załącznika do rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 26 czerwca 2008 r. Lp. Środek skażający Minimalna ilość środka skażającego na 100 l alkoholu etylowego 100% 1 Aceton 3 l 2 Alkohol benzylowy 3 l 3 Alkohol butylowy 5 l 4 Alkohol izopropylowy (2-propanol) 10 l 5 Benzoesan denatonium 2 g 6 Benzyna 3 l 7 Bromek lub chlorek etylu 0,3 l 8 Eter etylowo-tert butylowy 3 l 9 Eter dietylowy 3 l 10 Ftalan dietylu 1 l 11 Keton etylowo-metylowy 3 l 12 Nafta frakcja naftowa z destylacji zachowawczej 2 l 13 Nipagina (aseptina) 3 kg 14 Octan etylu 5 l 15 Ogólny środek skażający zgodny z Polską Normą 0,5 l PN-C-97911 Ogólny środek skażający 16 Szelak 3 kg 17 Środek skażający otrzymany z połączenia benzoesanu 1 g denatonium oraz acetonu 2 l 18 Środek skażający otrzymany z połączenia benzoesanu 1 g denatonium oraz alkoholu izopropylowego (2-propanolu) 6 l 19 Środek skażający otrzymany z połączenia benzoesanu denatonium oraz 1 g ketonu etylowo-metylowego 20 Środek skażający otrzymany z połączenia glukonianu chlorheksydyny 20% roztworu wodnego (chlorhexidinum gluconicum) oraz ftalanu dietylu 0,8 l 21 Środek skażający otrzymany z połączenia jodu 0,1 kg krystalicznego oraz ftalanu dietylu 0,8 l 22 Środek skażający otrzymany z połączenia kwasu 2 kg salicylowego oraz ftalanu dietylu 0,8 l 23 Środek skażający otrzymany z połączenia olejku 1 kg eterycznego lub kompozycji zapachowej oraz alkoholu izopropylowego (2-propanolu) 6 l 24 Środek skażający otrzymany z połączenia oleju 1 l rycynowego oraz ftalanu dietylu 0,8 l 25 Toluol lub toluen 3 l 2 l 1 l 6
Rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 10 października 2007 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego określa, że alkohol etylowy skażony środkami dopuszczonymi do skażania alkoholu etylowego na podstawie przepisów odrębnych wydanych na podstawie ustawy z dnia 2 marca 2001 r. o wyrobie alkoholu etylowego oraz wytwarzaniu wyrobów tytoniowych i wykorzystywany do produkcji produktów nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi, z wyłączeniem rozpuszczalników i rozcieńczalników złożonych organicznych pozostałych, środków zapobiegających zamarzaniu i pozostałych płynów usuwających oblodzenie oraz produktów ułatwiających rozpalanie ognia, jest zwolniony od akcyzy. Rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 10 października 2007 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego określa ilość, dodanego benzoesanu denatonium jako środka skażającego zwolniony z akcyzy alkohol etylowy wykorzystywany do produkcji rozpuszczalników i rozcieńczalników złożonych organicznych pozostałych, środków zapobiegających zamarzaniu i pozostałych płynów usuwających oblodzenie oraz produktów ułatwiających rozpalanie ognia, na nie mniejszą niż 1 gram na 100 dm 3 100% alkoholu etylowego. Odpowiada to stężeniu 10 mg/l. Do skażania tych produktów wykorzystuje się także keton etylowo-metylowy (w ilości nie mniejszej niż 3 dm 3 na 100 dm 3 100% alkoholu etylowego) albo alkohol izopropylowy (w ilości nie mniejszej niż 10 dm 3 na 100 dm 3 100% alkoholu etylowego) albo octan etylu (w ilości nie mniejszej niż 5 dm 3 na 100 dm 3 100% alkoholu etylowego) albo środki dopuszczone do skażania na podstawie rozporządzenia Komisji 3199/93/WE. Dodawanie benzoesanu denatonium ma na celu wyeliminowanie procederu odzyskiwania alkoholu etylowego zawartego w ww. produktach produkowanych na bazie 7
zwolnionego z akcyzy skażonego alkoholu etylowego i wykorzystywaniu go następnie do celów spożywczych. 4. Oznaczanie benzoesanu denatonium metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) Benzoesan denatonium jest związkiem chemicznym o stosunkowo dużej masie cząsteczkowej i ponadto posiadającym grupy chromoforowe, co powoduje, że oznacza się go metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją spektrofotometryczną UV. Analizę jakościową wykonuje się poprzez porównanie czasu retencji analitu z czasem retencji wzorca otrzymanych w tych samych warunkach chromatograficznych. Analizę ilościową wykonuje się metodą krzywej kalibracyjnej czyli metodą krzywej wzorcowej. Analizę benzoesanu denatonium metodą HPLC prowadzi się w odwróconym układzie faz w warunkach elucji izokratycznej przy zastosowaniu detekcji detektorem spektrofotometrycznym (UV) przy długości fali 210 nm. Podczas analizy HPLC roztworu wzorcowego benzoesanu denatonium (BD) można uzyskać 2 piki chromatograficzne analitu odpowiadające dwóm formom występowania tego związku w roztworach wodno-alkoholowych: jonowi benzoesanowemu (B - ) oraz jonowi denatonium (D+) [Zuba et al., 2005a]. Występowanie dwóch lub większej ilości pików w analizie HPLC pojedynczego analitu jest zjawiskiem rzadkim, ale możliwym w przypadku analizy związków ulegających dysocjacji. Ponieważ stężenie zdysocjowanych jonów jest skorelowane z wyjściowym stężeniem badanego związku, to powoduje, że można wykonać analizę ilościową zawartości benzoesanu denatonium w alkoholu na podstawie każdego z pików zarówno piku jonu benzoesanowego jak i jonu denatonium. Tak więc analiza zawartości Bitrexu w alkoholu wykonana na podstawie na przykład piku jonu 8
benzoesanowego jest analizą pośrednią poprzez określenie zawartości jonów benzoesanowych. Maksimum absorpcji promieniowania UV jonu denatonium wynosi 205 nm natomiast jon benzoesanowy charakteryzuje się dwoma maksimami absorpcji: około 205 i 230 nm. Pomiary stężenia benzoesanu denatonium najczęściej prowadzi się przy długości fali 210 nm. Powoduje to zawężenie wyboru stosowanych faz ruchomych do rozpuszczalników, które nie pochłaniają promieniowania o tej długości fali: acetonitryl, metanol i woda. Do modyfikacji fazy ruchomej przy oznaczaniu benzoesanu denatonium stosuje się chlorek sodu lub 0,1 % kwas fosforowy. Dane operacyjne policji pokazują, ze osoby nielegalnie wprowadzające na rynek wyroby sporządzone na bazie skażonego spirytusu usuwają zawarty w nim Bitrex poprzez dodanie podchlorynu sodu [Zuba et al., 2005b]. Analizy HPLC próbek zakwestionowanych napoi alkoholowych wykazują tylko jeden pik jonu benzoesanowego. Zanik piku jonu denatonium w analizie HPLC może wskazywać na proceder usuwania benzoesanu denatonium ze skażonego spirytusu. Wyniki analizy HPLC mogą być potwierdzone na podstawie analiz LC-MS. Opracowano na podstawie: 1. Macfarlan Smith Limited (2008) http://www.bitrex.com/ 2. Ministerstwo Finansów Rzeczpospolitej Polskiej (2007). Informacja o funkcjonowaniu "szarej strefy" w polskiej gospodarce i przeciwdziałania jej przez służby skarbowe. http://www.podatki.gov.pl/dokument.php?const=1&dzial=617&id=60227&portalmf=870c4a b6813a788def066285b51155cf 3. Dariusz Zuba, Czesława Świegoda, Bogumiła Byrska, Wojciech Lechowicz. Determination of denatonium benzoate (bitrex) in denatured spirit preparations. Problems of Forensic Sciences 2005, LXIII, 275 287. 9
4. Dariusz Zuba, Czesława Świegoda, Bogumiła Byrska, Wojciech Lechowicz. Assessment of the efectiveness of denatonium benzoate (bitrex) removal from denatured spirit preparations using sodium hypochlorite. Problems of Forensic Sciences 2005, LXIII, 288 298. 10