Быстрое определение общего содержания полихлорированных бифенилов, дибензофуранов и дибензодиоксинов в воде и пищевых продуктах методом реакционной хромато-масс-спектрометрии
На правах рукописи
ВЕТОХИН МИХАИЛ ЛЬВОВИЧ БЫСТРОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО СОДЕРЖАНИЯ ПОЛИХЛОРИРОВАННЫХ БИФЕНИЛОВ, ДИБЕНЗОФУРАНОВ И ДИБЕНЗОДИОКСИНОВ В ВОДЕ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ МЕТОДОМ РЕАКЦИОННОЙ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ 02.00.02. – аналитическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
МОСКВА 2007
Работа выполнена на кафедре аналитической химии химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Научный консультант: доктор химических наук, профессор Ревельский Игорь Александрович
Официальные оппоненты: доктор химических наук Буряк Алексей Константи нович, Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, г. Москва доктор химических наук Хизбуллин Фаиз Фарвазо вич, Научно-исследовательский институт безопас ности жизнедеятельности Республики Башкорто стан, г. Уфа
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт химических средств защиты растений, г. Москва
Защита состоится 24 октября 2007 года в 16 часов 10 минут в ауд. 344 на засе дании диссертационного совета Д 501.001.88 по химическим наукам при Мос ковском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, химический факультет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан 19 сентября 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук Торочешникова И.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Загрязнение окружающей среды обусловливает необходимость постоянного эколого-аналитического контроля качества воды и продуктов питания. Полихлорированные органические соединения (ПХОС), та кие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), дибензофураны (ПХДФ) и дибен зодиоксины (ПХДД) – ксенобиотики, поступающие в биосферу с продукцией или же отходами многочисленных производств, относятся к суперэкотоксикантам.
Эти вещества, кроме токсичности и персистентности, обладают также способно стью к биоаккумуляции и биоконцентрированию в организме человека. Многие из них проявляют канцерогенную и мутагенную активность, вызывая серьезные заболевания человека, и являются причиной генетических заболеваний. Пре дельно допустимые концентрации (ПДК) рассматриваемых соединений состав ляют до 2·10-11 г/л в воде и до 1·10-9 г/кг в пищевых продуктах, выраженные в диоксиновом эквиваленте (ДЭ).
Сложность химического состава, близость химической структуры изомеров соединений этих классов, нахождение в природных объектах в ультраследовых концентрациях и трудность выделения из объектов окружающей среды предо пределяют высокие требования к методикам и приборам, как по чувствительно сти, так и по селективности определения.
Существующие стандартные методы анализа ПХДФ, ПХДД основаны на определении 17 изомеров, содержащих атомы хлора в 2,3,7,8- положении, при этом ПХБ определяют отдельно. Определение изучаемых соединений остается чрезвычайно трудоемким, дорогостоящим, продолжительным во времени и, в связи с этим, не всегда доступно для рядовых аналитических лабораторий и ре гулярного мониторингового контроля.
Методология скрининга, которая допускает неправильные положительные результаты, но полностью исключает неправильные отрицательные результаты, вполне оправдана при мониторинге ПХОС, поскольку, большая часть анализи руемых проб не загрязнена экотоксикантами.
Большой практический интерес при разработке скрининговых процедур представляют методы группового определения ПХДД, ПХДФ, ПХБ, т. е. методы суммарного (общего) их определения. К методам суммарного определения от носятся полное перхлорирование и полное дехлорирование, т.е. перевод смеси Автор выражает искреннюю благодарность ведущему научному сотруднику кафедры аналитической химии химического факультета МГУ, к.х.н. И.Н. Глазкову за неоценимую помощь в работе и обсуждении результатов.
групп различных изомеров ПХДД, ПХДФ, ПХБ в одно соединение, количественно отражающее общее содержание группы соединений данного класса в пробе.
Основными недостатками всех способов перхлорирования являются дли тельность проведения реакции, использование больших объемов токсичных растворителей и проведение реакции перхлорирования вне газохроматографи ческой системы, что значительно усложняет анализ и приводит к потере опре деляемых соединений.
Более перспективным, на наш взгляд, является использование метода ка талитического гидродехлорирования. При использовании данного метода реак ция дехлорирования проводится в реакторе с различными катализаторами (палладий, платина, никель). Компоненты смеси подвергают каталитическому гидрированию в специальном реакторе, присоединённом к газовому хромато графу, или в инжекторе газового хроматографа в потоке водорода. Так, в случае реакции гидродехлорирования смесь ПХДД должна превращаться в дибензоди оксин (ДД), ПХДФ в дибензофуран (ДФ), ПХБ в бифенил (БФ). Далее продук ты реакции разделяют на колонке газового хроматографа и детектируют. Основ ными преимуществами метода гидродехлорирования являются простота и воз можность его осуществления непосредственно в испарителе газового хромато графа, без потерь определяемых соединений.
Изучение литературы, посвященной анализу ПХДД, ПХДФ, ПХБ, показыва ет, что число публикаций по гидродехлорированию невелико. Обширное иссле дование применения метода реакционной газовой хроматографии для анализа ПХДД, ПХДФ, ПХБ проведено лишь в одной работе, где автором исследованы зависимости степени каталитического гидродехлорирования ПХБ, ПХДФ и ПХДД от природы катализатора, температуры проведения реакции и количества опре деляемого вещества (до 10-10г) и предложен способ быстрого определения груп пового содержания ПХБ, ПХДФ и ПХДД в органических растворах при их одно временном присутствии в смеси. В целом, в большинстве известных работ воз можность гидродехлорирования изучали для относительно больших количеств полихлорированных органических соединений (10-8 10-5 г), что явно недоста точно при организации эколого-аналитического контроля объектов окружающей среды и продуктов питания.
Актуальным является снижение пределов определения ПХБ, ПХДФ и ПХДД с использованием метода гидродехлорирования, что может обеспечить осуществление скрининга различных проб на содержание этих опасных экоток сикантов на уровне ПДК и разработка способов анализа объектов окружающей среды и пищевых продуктов с использованием этого метода.
В связи с этим, целью работы являлась разработка способов скрининга проб воды и жиросодержащих пищевых продуктов на общее содержание ПХДД, ПХДФ, ПХБ методом реакционной хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Провести сравнительное изучение различных типов детектирования БФ, ДФ и ДД – продуктов конверсии, образующихся в результате реакции каталитического гидродехлорирования ПХБ, ПХДФ, ПХДД.
Разработать способ селективного удаления БФ, ДД и ДФ, которые могут при сутствовать в исследуемых объектах, на стадии ввода больших по объёму проб до перевода ПХБ, ПХДФ, ПХДД в реактор газового хроматографа.
Изучить возможность группового определения ПХБ, ПХДФ и ПХДД в органи ческих растворах (экстрактах) с использованием каталитического гидродехлори рования и последующим хромато-масс-спектрометрическим определением про дуктов конверсии для пикограммовых количеств этих веществ.
Разработать способ скрининга проб воды на групповое содержание ПХБ, ПХДФ и ПХДД, основанный на соответствующей пробоподготовке и использова нии реакционной ГХ/МС.
Разработать способ скрининга проб жиросодержащих пищевых продуктов на групповое содержание ПХБ, ПХДФ и ПХДД, основанный на селективном выде лении этих соединений из матрицы и использовании реакционной ГХ/МС.
Научная новизна работы:
1. Проведено сравнительное изучение детектирования БФ, ДФ и ДД, образую щихся в результате реакции каталитического гидродехлорирования, с использо ванием фото-ионизационного и масс-селективного детекторов. Показано, что использование масс-селективного детектора позволяет значительно снизить пределы детектирования исследуемых соединений по сравнению с фото ионизационным детектором.
2. Исследованы условия гидродехлорирования ПХДД, ПХДФ и ПХБ в диапазоне количеств 10-11 – 10-8 г и предложен способ их количественной конверсии до ДД, ДФ и БФ и последующего ГХ/МС определения.
3. На основании проведенных исследований разработан способ группового оп ределения ПХДД, ПХДФ и ПХБ в органических растворах (экстрактах), основан ный на их каталитическом гидродехлорировании и хромато-масс спектрометрическом определении продуктов конверсии (ДД, ДФ и БФ). Предел обнаружения способа обеспечивает возможность группового определения рас сматриваемых соединений на уровне 5·10-14 г/мкл в органическом растворе (экс тракте) при объеме анализируемой пробы, равном 100 мкл.
4. Исследованы условия, необходимые для селективного удаления БФ, ДФ и ДД из смеси ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Разработан способ селективного удаления БФ, ДФ и ДД на стадии ввода больших по объему проб органических растворов (экс трактов) до перевода ПХБ, ПХДФ, ПХДД в реактор газового хроматографа, с предварительным удалением растворителя вне аналитической системы.
5. Исследованы условия, необходимые для селективного выделения ПХБ из жиросодержащих продуктов питания. Разработан способ их определения, осно ванный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле, с последующим уда лением экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кисло той, выделении ПХБ с использованием гель-проникающей хроматографии и анализе полученного концентрата методом газовой хроматографии (ГХ) с элек тронозахватным детектором (ЭЗД).
6. Исследованы условия микрожидкостной экстракции ПХБ, ПХДФ и ПХДД из воды и разработан способ скрининга проб воды на групповое содержание этих соединений при их одновременном присутствии в воде, основанный на микро жидкостной экстракции, вводе больших проб органического экстракта в систему ГХ/МС с предварительным удалением растворителя вне системы и масс селективном определении соответствующих продуктов конверсии.
7. Исследованы условия селективного выделения ПХДД, ПХДФ и ПХБ из жиро содержащих продуктов питания при их совместном присутствии. Разработан способ скрининга проб на групповое содержание ПХДД, ПХДФ и ПХБ, основан ный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле, деструктивном удалении экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кислотой, вы делении фракции ПХБ, ПХДФ, ПХДД с использованием гель-проникающей хро матографии и анализе полученного концентрата с использованием каталитиче ского гидродехлорирования с последующим определением продуктов конверсии методом ГХ/МС.
Практическая значимость работы:
1. Разработан способ скрининга ПХБ в жиросодержащих продуктах. Предел обнаружения предложенного способа составляет 2,5 ·10-7 г/кг при объеме анали зируемого экстракта, равном 10 мкл.
2. Разработан способ скрининга проб жиросодержащих продуктов на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Предложенный способ позволяет определять групповое содержание ПХДД в образцах жира на уровне 7,5·10-9 г/кг жира, ПХДФ – 4,0·10-9 г/кг жира и ПХБ – 6,3·10-12 г/кг жира в ДЭ.
3. Разработан способ скрининга проб питьевой воды на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Способ обеспечивает возможность группового определения ПХДД и ПХДФ в воде на уровне 3,0·10-13 г/л и ПХБ 3,3·10-15 г/л в ДЭ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования зависимости степени конверсии ПХДД, ПХДФ и ПХБ до ДД, ДФ и БФ при проведении реакции каталитического гидродехлориро вания от количества вещества в диапазоне масс 10-11 – 10-8 г, объёма иссле дуемого раствора, в присутствии и в отсутствии растворителя.
2. Результаты сравнительного изучения детектирования ДД, ДФ и БФ, обра зующихся в результате реакции каталитического гидродехлорирования, с ис пользованием фото-ионизационного и масс-селективного детекторов.
3. Способ группового определения ПХДД, ПХДФ и ПХБ в органических раство рах (экстрактах), основанный на их каталитическом гидродехлорировании и по следующем хромато-масс-спектрометрическом определении соответствующих продуктов конверсии.
4. Способ селективного удаления БФ, ДД и ДФ на стадии ввода больших по объёму проб до перевода ПХБ, ПХДФ, ПХДД в реактор газового хроматографа, с предварительным удалением растворителя вне аналитической системы.
5. Способ скрининга проб жиросодержащих продуктов питания на содержание ПХБ, основанный на их селективном выделении из матрицы и определении ме тодом газовой хроматографии с ЭЗД (предел обнаружения 2,5 ·10-7 г/кг при объеме анализируемого экстракта, равном 10 мкл).
6. Способ скрининга проб жиросодержащих продуктов питания на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД, основанный на их селективном выделении из матрицы, каталитическом гидродехлорировании этих соединений и хромато масс-спектрометрическом определении соответствующих продуктов конверсии (предел обнаружения ПХДД – 7,5·10-9 г/кг жира, ПХДФ – 4,0·10-9 г/кг жира и ПХБ – 6,3·10-12 г/кг жира в ДЭ).
7. Способ скрининга водных проб на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД, основанный на выделении этих соединений из воды, каталитическом гидроде хлорировании и хромато-масс-спектрометрическом определении соответствую щих продуктов конверсии (предел обнаружения – ПХДД и ПХДФ в воде на уров не 3,0·10-13 г/л и ПХБ 3,3·10-15 г/л в ДЭ).
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на Международных симпозиумах «7-th International symposium on hyphenated tech niques in chromatography and hyphenated chromatographic analyzers» (Брюгге, Бельгия, 2002 г.), «25-th International symposium on capillary chromatography» (Ри ва дель Гранда, Италия, 2002 г.), на Всероссийском симпозиуме "Хроматогра фия и хроматографические приборы" (Клязьма, Россия, 2004 г).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано работ: 2 статьи и 4 тезиса докладов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы. Во введении обосновывается актуальность темы и цель ра боты, ее новизна и практическая значимость. Обзор литературы описывает зна чимость диоксиновой проблемы, физико-химические свойства, причины токсич ности изученных соединений, современные методы определения ПХБ, ПХДФ, ПХДД, последующие главы содержат экспериментальные результаты. Диссер тация изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 20 рисунков и 35 таблиц. Список литературы содержит 203 работы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Оборудование, исходные вещества и методика эксперимента При выполнении данной работы использовали следующее оборудование:
газовый хроматограф модели «HRGC 5300» (Carlo Erba Instruments, Италия), оборудованный инжектором для ввода пробы с делением/без деления потока, фотоионизационным детектором (ФИД) (ХромдетЭкология, Россия), с УФ лам пами с энергией фотонов 10,6 и 9,6 эВ;
газовый хроматограф модели «HRGC 5300» (Carlo Erba Instruments, Италия), оборудованный инжектором для ввода пробы с делением/без деления потока, электронозахватным детектором (ЭЗД) (Carlo Erba Instruments, Италия);
хромато-масс-спектрометр Agilent 5973N (Agilent Technologies, США), вклю чающий газовый хроматограф 6890N и квадрупольный масс-селективный детек тор;
полупрепаративный жидкостный хроматограф, оборудованный УФ детекто ром и инжектором для ввода пробы объемом 250 мкл;
генератор водорода модели ГВЧ-12К НПП (Химэлектроника, Россия);
ультразвуковая ванна модели «Bransonic 220» (Германия);
сорбционное устройство для ввода больших проб в ГХ систему;
капиллярная колонка длиной 30 м, внутренним диаметром 0,32 мм, с приви той неподвижной фазой CP – Sil 8 CB lowbleed/MS;
капиллярная колонка длиной 25 м, внутренним диаметром 0,32 мм и толщи ной пленки привитой неподвижной фазы SE-54 0,45 мкм;
капиллярная колонка длиной 20 м, внутренним диаметром 0,32 мм и толщи ной пленки привитой неподвижной фазы DAI 5 мкм;
колба для микрожидкостной экстракции;
PTFE колонка длиной 220 мм и внутренним диаметром 0,8 мм;
силикагель (Kieseigel 60, размер частиц 70-230 мкм, Merсk, Германия);
Bio-Beads SX-3 (Bio-Rad Laboratories, Inc, США).
В качестве исходных растворов использовали растворы следующих со единений:
растворы дибензодиоксина с концентрацией 1·10-5 г/мкл, октахлордибензо диоксина (ОХДД) с концентрацией 5·10-7 г/мкл, октахлордибензофурана (ОХДФ) с концентрацией 5·10-7 г/мкл в толуоле («Экрос», Россия);
раствор декахлорби фенила (ДХБ) с концентрацией 1·10-8 г/мкл в циклогексане («Dr Ehrenstotfer GmbH», Германия);
раствор полихлорированных бифенилов (7 индивидуальных соединений) с концентрацией каждого компонента 1·10-7 г/мкл в гексане (ULTRA Scientific PCB Mixture for EPA Method 525, США). Исходные растворы бифенила и дибензофурана готовили растворением навески твердых веществ («Merck», Германия) в гексане. В таблице 1 представлены структурные формулы исследованных соединений.
Для проведения реакции гидродехлорирования применяли палладиевую проволоку. Проволоку, скрученную в спираль, помещали между двумя пробками из кварцевой ваты во вкладыш испарителя газового хроматографа и активиро вали катализатор в потоке водорода при температуре 2500С (в течение одного часа) и 3500С (в течение двух часов). Водород использовали в качестве газа носителя и восстанавливающего реагента одновременно.
Для идентификации продуктов реакции гидродехлорирования ПХБ, ПХДФ и ПХДД с использованием фото-ионизационного детектора применяли кварце вую капиллярную колонку длиной 25 м с внутренним диаметром 0,32 мм и тол щиной пленки привитой неподвижной фазы SE-54 0,45 мкм. Для разделения продуктов реакции гидродехлорирования – БФ, ДФ и ДД было использовано программирование температуры колонки от 500С до 1500С. Поток газа-носителя через колонку составлял 4,5 мл/мин. Режим работы ФИД: температура – 2500С, вспомогательный газ – водород (20 мл/мин). Все количественные расчеты про водили с использованием площадей хроматографических пиков.
Масс-спектрометрическую идентификацию продуктов каталитического гидродехлорирования (ДД, ДФ и БФ) осуществляли в режиме селективного ион ного детектирования по массам 154, 168, 184 с использованием времен удержи вания соответствующих веществ. Масс-спектры получали при ионизации элек тронным ударом (ЭУ) пучком электронов с энергией 70 эВ. Температура источ ника ионов составляла 230оС, температура квадруполя 150оС, напряжение на электронном умножителе 1400 В, энергия электронов – 70 эВ, начало сканиро вания – через 5 минут после ввода пробы.
Таблица 1. Структурные формулы исследуемых ПХОС и продуктов их гидроде хлорирования Молекулярная Соединение Формула Структурная формула масса Cl Cl 2,3-диХБ C12H8Cl2 233, Cl 2,4,5-триХБ C12H7Cl3 257,54 Cl Cl Cl Cl 2,2’,4,4’-тетраХБ C12H6Cl4 291,99 Cl Cl Cl Cl Cl 2,2’,3,4,6-пентаХБ C12H5Cl5 326,43 Cl Cl Cl Cl 2,2’,4,4’,5,6’-гексаХБ C12H4Cl6 360,88 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl 2,2’,3,3’,4,4’,6-гептаХБ C12H3Cl7 395,32 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl 2,2’,3,3’,4,5’,6,6’-октаХБ C12H2Cl8 429,77 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Декахлорбифенил C12Cl10 498,66 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Октахлордибензофуран C12Cl8O 443,76 Cl Cl O Cl Cl Cl Cl Cl O Cl Октахлордибензодиоксин C12Cl8O2 459, Cl Cl O Cl Cl Бифенил C12H10 154, Дибензофуран C12H8O 168, O O Дибензодиоксин C12H8O2 184, O Разделение веществ проводили в режиме программирования температуры от 40оС до 250оС на капиллярной колонке с привитой неподвижной фазой CP – Sil CB lowbleed/MS.
Газохроматографический анализ ПХБ проводили на газовом хроматогра фе модели “HRGC 5300” (Carlo Erba Instruments, Италия). Разделение ПХБ про водили с использованием кварцевой капиллярной колонки SE-54 длиной 25 м с внутренним диаметром 0,32 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,45 мкм.
Для детектирования ПХБ использовали электронозахватный детектор. Вспомо гательный газ в детектор – азот, скорость подачи 40 мл/мин, газ-носитель – азот.
Скорость потока газа-носителя составляла 3 мл/мин, температура детектора 3000С. Хроматографическое разделение и определение ПХБ проводили в режи ме программирования температуры от 500С до 2800С.
Ввод больших проб органических растворов в газовый хроматограф осу ществляли с помощью сорбционного устройства, которое представляло собой кварцевую трубку, заполненную кварцевой ватой, в металлическом корпусе.
Изучение условий проведения реакции каталитического гидродехлориро вания и газохроматографическое определение продуктов реакции гидро дехлорирования с использованием фото-ионизационного и масс селективного детекторов На первом этапе работы оптимизировали условия газохроматографиче ского определения смеси бифенила, дибензофурана и дибензодиоксина, как продуктов гидродехлорирования, изучаемых соединений с использованием фо то-ионизационного детектора и масс-селективного детектора, а также изучали принципиальную возможность гидродехлорирования декахлорбифенила, окта хлордибензодиоксина и октахлордибензофурана до бифенила, дибензодиокси на и дибензофурана в диапазоне количеств 10-11 – 10-8 г.
В более ранних работах была показана возможность количественного (100%) гидродехлорирования малых (10-9 – 10-8 г) количеств ПХБ, ПХДФ, ПХДД на палладиевой проволоке с использованием фото-ионизационного детектора.
Дальнейшее снижение предела обнаружения ПХБ, ПХДФ, ПХДД может быть достигнуто с применением более чувствительных и селективных детекторов та ких, как масс-селективный. Для этого были оптимизированы условия газохрома тографического определения БФ, ДФ и ДД, как конечных продуктов гидродехло рирования, с применением масс-селективного детектора. Разделение веществ проводили в режиме программирования температуры на капиллярной колонке с привитой неподвижной фазой CP – Sil 8 CB lowbleed/MS. В ходе исследования выяснили, что оптимальными параметрами газохроматографического опреде ления БФ, ДФ и ДД являются: начальная изотерма 40оС (в течение 5 мин), на грев со скоростью 30оС/мин до 250оС, конечная изотерма 250оС (в течение мин). Время окончания регистрации хроматограммы около 17 минут. Поток газа носителя через колонку – 3 мл/мин.
Для расчета минимального детектируемого количества вещества в вы бранных условиях непосредственно в инжектор газового хроматографа вводили 1 мкл растворов смеси БФ, ДФ ДД в гексане с концентрацией каждого компонен та 10-10 и 10-11 г/мкл. Ввод проб непосредственно в инжектор газового хромато графа осуществляли в режиме без деления потока с помощью микрошприца объемом 10 мкл, объем пробы составлял 1 мкл. Пределы детектирования БФ, ДФ, ДД в режиме селективного ионного детектирования составили 4,1·10-13, 5,7·10-13, 6·10-13 г/мкл соответственно. За минимально детектируемое принимали такое количество, для которого отношение сигнал/шум составляло 3:1. В табл. приведено сравнение пределов детектирования (ПД) полученных с масс селективным детектором и фото-ионизационным детектором.
Таблица 2. Пределы детектирования БФ, ДФ, ДД, полученные с масс селективным и с фото-ионизационным детекторами ПД с ФИД, ПД с МС, Соединение 10-11 г/мкл 10-13 г/мкл Бифенил 5,0 4, Дибензофуран 5,0 5, Дибензодиоксин 4,0 6, В результате проведенных исследований показано, что использование масс-селективного детектора в режиме регистрации одного иона позволяет зна чительно (на два порядка) снизить пределы детектирования исследуемых со единений.
При изучении условий конверсии ПХБ, ПХДФ, ПХДД до БФ, ДФ, ДД, соот ветственно, в качестве модельных смесей использовали растворы смеси ДХБ с концентрацией 3,2·10-10 г/мкл и ОХДФ, ОХДД с концентрацией каждого компо нента 2,5·10-10 г/мкл в гексане. Также использовали растворы смеси ДХБ с кон центрацией 3,2·10-11 г/мкл и ОХДФ, ОХДД с концентрацией каждого компонента 2,5·10-11 г/мкл в гексане. Непосредственно в инжектор газового хроматографа вводили 1 мкл раствора смеси модельных соединений. Газохроматографиче ское определение продуктов реакции гидродехлорирования проводили в усло виях, выбранных ранее.
Нами было показано, что при температуре инжектора 300°С–360°С на блюдалась практически 100% конверсия модельных соединений до БФ, ДФ, ДД.
Кроме того, было установлено, что степень конверсии не зависит от количеств вещества в диапазоне количеств 10-11–10-8г.
Таким образом, на основании исследованных условий гидродехлорирования ПХДД, ПХДФ и ПХБ в диапазоне количеств 10-11 – 10-8 г предложен способ их количественной конверсии до ДД, ДФ и БФ.
Изучение возможности ввода больших по объему проб органических рас творов ПХБ, ПХДФ, ПХДД в систему ГХ/МС с предварительным удалением растворителя вне системы, с последующим гидродехлорированием этих соединений и детектированием продуктов конверсии с использованием масс-селективного детектора Возможность ввода больших по объему проб органических растворов ис следуемых модельных соединений ПХБ, ПХДФ, ПХДД с удалением растворите ля вне системы, с последующим их гидродехлорированием на катализаторе в инжекторе газового хроматографа до ДБ, ДФ и БФ, обеспечивает снижение пре дела их обнаружения в объектах окружающей среды и позволяет осуществлять после извлечения из исследуемого объекта ввод всего концентрата в реактор.
Дальнейшее снижение предела обнаружения ПХБ, ПХДФ, ПХДД может быть достигнуто не только путем ввода всего органического экстракта, полученного на стадии извлечения анализируемых соединений из образца и пробоподготовки, но и за счет более низкого предела масс-селективного детектирования.
На первом этапе работы оптимизировали условия ввода в газохромато графическую систему с сорбционного устройства 1 мкл смеси ДХБ, ОХДФ и ОХДД. Для этого использовали растворы смеси ДХБ с концентрацией 3,2·10- г/мкл и ОХДФ, ОХДД с концентрацией каждого компонента 2,5·10-10 г/мкл в гек сане. После нанесения пробы на сорбционное устройство выбирали условия ко личественной термодесорбции с сорбционного устройства в реактор с после дующим проведением реакции гидродехлорирования в инжекторе газового хро матографа и масс-селективным определением продуктов конверсии. Показано, что количественная термодесорбция исследуемых соединений осуществляется потоком водорода со скоростью 5 мл/мин, при температуре картриджа 2500С в течение 10 мин. Отметим что, в выбранных нами условиях наблюдается количе ственная термодесорбция и конверсия (97-101 %) ДХБ, ОХДД и ОХДФ. Далее изучали возможность ввода в газохроматографическую систему при помощи сорбционного устройства больших по объему проб (100 мкл), содержащих ДХБ, ОХДФ и ОХДД с предварительным удалением растворителя вне аналитической системы и переводом концентрата в ГХ систему, с последующим проведением реакции гидродехлорирования непосредственно в инжекторе газового хромато графа. Для этого использовали растворы смеси ДХБ с концентрацией 3,3·10- г/мкл и ОХДФ, ОХДД с концентрацией каждого компонента 2,5·10-12 г/мкл в гек сане. После нанесения 100 мкл раствора модельных соединений на сорбцион ное устройство приступали к изучению возможности удаления растворителя вне газохроматографической системы. Показано, что степени переноса с сорбцион ного устройства указанных количеств ДХБ, ОХДФ, ОХДД, с последующим их гидродехлорированием в выбранных условиях, составляют 84 96%.
На основании проведенных исследований показана возможность сниже ния предела обнаружения ПХБ, ПХДФ и ПХДД за счет использования сочетания ввода больших проб органических растворов в газохроматографическую систе му с предварительным удалением растворителя вне хроматографа, термоде сорбции в реактор хроматографа с последующим каталитическим гидродехло рированием концентрата этих соединений и масс-селективного детектирования продуктов конверсии. Таким образом, нами разработан способ группового опре деления ПХДД, ПХДФ и ПХБ в органических растворах (экстрактах), основанный на их каталитическом гидродехлорировании и хромато-масс спектрометрическом определении продуктов конверсии (ДД, ДФ и БФ). Показа но, что предел обнаружения составляет 5·10-14 г/мкл при объеме пробы раствора смеси ДХБ, ОХДФ, ОХДД, равной 100 мкл.
Изучение возможности селективного отделения БФ, ДФ, ДД от ПХБ, ПХДФ, ПХДД до ввода концентрата в реактор При анализе органических растворов (экстрактов) на суммарное содержа ние ПХБ, ПХДФ, ПХДД методом каталитического гидродехлорирования возника ет вопрос не только о содержании ПХБ, ПХДФ, ПХДД, но и о селективности их определения в связи с тем, что в природных объектах возможно присутствие БФ и в меньшей степени ДД и ДФ. Для решения этой проблемы на стадии удаления растворителя вне аналитической системы, необходимо было выбрать условия, при которых вместе с растворителем удалялись бы БФ, ДФ, ДД, а их хлориро ванные конгенеры оставались бы в картридже на кварцевой вате. Кроме того, необходимо было выяснить степень удаления не только БФ, ДФ, ДД, но и мини мизировать, либо исключить удаление ПХБ, ПХДФ, ПХДД с сорбционного уст ройства.
С этой целью была изучена возможность селективного отделения БФ, ДФ, ДД от ПХБ, ПХДФ, ПХДД в зависимости от температуры и времени термоде сорбции.
Для изучения возможности селективного отделения БФ, ДФ, ДД от ПХБ, ПХДФ, ПХДД до ввода концентрата в реактор использовали растворы БФ, ДФ, ДД в гексане с концентрацией каждого компонента 2,5·10-9 г/мкл. Для выбора ус ловий, исключающих захват хлорированных конгенеров в процессе удаления БФ, ДФ, ДД, использовали растворы 7 полихлорированных бифенилов (табл.3) в метаноле с концентрацией каждого компонента 1·10-10 г/мкл, как наиболее лег колетучих из класса ПХБ, ПХДФ и ПХДД. Объем наносимой на кварцевую вату пробы составлял 1 мкл. В инжектор хроматографа помещали пустой вкладыш без катализатора. На начальном этапе проводили изучение возможности удале ния исследуемых соединений с сорбента. Далее рассчитывали степень перено са при различной температуре (ТТ0С) и времени термодесорбции при данной температуре в токе водорода. Использовали следующую схему анализа:
нанесение 1 мкл раствора изучаемых соединений;
селективная термодесорбция вне ГХ системы;
соединение сорбционного устройства с инжектором ГХ;
термодесорбция в течение 10 мин при 2500С потоком водорода 5 мл/мин.
Результаты исследования селективной термодесорбции смеси БФ, ДФ, ДД и смеси 7 полихлорированных бифенилов приведены в табл. 3.
В результате проведенного исследования нами выбраны условия, обеспе чивающие возможность селективного отделения БФ, ДФ, ДД от ПХБ, ПХДФ, ПХДД до ввода в реактор последних. Показано, что при температуре 1150С и предварительной термодесорбции в течение 15 минут не происходит удаления наиболее легколетучих хлорированных конгенеров ПХБ, в то время как БФ, ДФ, ДД практически полностью удаляются. Отсутствие потерь наиболее легколету чих ди- и три-хлор бифенилов означает, что не должно быть потерь и более вы сококипящих изомеров ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Данный подход позволяет более точно определять суммарные содержания ПХБ, ПХДФ, ПХДД за счет исключе ния влияния фонового содержания соответствующих продуктов конверсии в экс тракте. Таким образом, разработан способ селективного удаления из концентра та БФ, ДФ, ДД, которые могут присутствовать в анализируемом экстракте.
На следующем этапе работы нашей целью являлась разработка способа группового определения ПХБ, ПХДФ, ПХДД в питьевой воде.
Таблица 3. Результаты исследования условий селективной термодесорбции смеси БФ, ДФ, ДД и смеси полихлорированных бифенилов (n=4;
P=0,95) Время, Остаток после термодесорбции, ТТ, 0С Соединение мин % Бифенил 90 15 11± Дибензофуран 90 15 25± Дибензодиоксин 90 15 48± Бифенил 115 15 2± Дибензофуран 115 15 4± Дибензодиоксин 115 15 3± Хлорированные бифенилы 2,3-ди 115 15 90± 2,4,5-три - - 84± 2,2’,4,4’-тетра - - 80± 2,2’,3,4,6-пента - - 93± 2,2’,4,4’,5,6’-гекса - - 103± 2,2’,3,3’,4,4’,6-гепта - - 117± 2,2’,3,3’,4,5’,6,6’-окта - - 106± Разработка способа определения группового содержание ПХБ, ПХДФ и ПХДД в воде, основанного на микрожидкостной экстракции, вводе боль ших проб органического экстракта в реактор ГХ/МС системы с предвари тельным удалением экстрагента вне системы, каталитическом гидроде хлорировании и анализе продуктов конверсии с использованием фото ионизационного и масс-селективного детектора В качестве образца для исследований нами была выбрана водопроводная вода. Образцы воды были отобраны из центральной системы водоснабжения химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
На начальном этапе работы оптимизировали условия микрожидкостной экстракции ПХБ, ПХДФ и ПХДД. В результате исследований было показано, что наибольшая степень извлечения исследуемых соединений достигается при про ведении процедуры экстракции по следующей схеме:
Добавление 5 мл метилового спирта, содержащего известное количество смеси ДХБ, ОХДФ, ОХДД, в колбу для микрожидкостной экстракции.
Добавление 300 мл пробы анализируемой воды в колбу для экстракции.
Перемешивание пробы в ультразвуковой бане в течение 10 минут.
Добавление 500 мкл гексана и перемешивание в течение 10 минут.
Разделение органической и водной фаз в течение 10 минут.
После сбора экстракта приступали к вводу полученного экстракта в газо хроматографическую систему с помощью сорбционного устройства. Наносили 100 мкл экстракта в сорбционное устройство и осуществляли удаление раство рителя вне ГХ системы. Далее соединяли сорбционное устройство с инжекто ром, термодесорбировали и определяли ДД, ДФ и БФ продукты конверсии ДХБ, ОХДФ, ОХДД с использованием ФИД и МС детекторов.
Оценку правильности предложенного нами способа определения ПХБ, ПХДФ, ПХДД в воде проводили методом “введено-найдено”. Для этого при ана лизе воды методом ГХ/ФИД вводили добавку ДХБ, ОХДФ, ОХДД, которая со ставляла 3,2·10-8, 2,5·10-8, 2,5·10-8 г соответственно. При анализе воды методом ГХ/МС добавка ДХБ, ОХДФ, ОХДД составляла 3,2·10-10, 2,5·10-10, 2,5·10-10 г соот ветственно. Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД, при вводе 100 мкл по лученного экстракта с сорбционного устройства при использовании метода ГХ/ФИД, представлены в табл. 4.
Таблица 4. Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД в воде (объем анализи руемой пробы 100 мкл) при использовании метода ГХ/ФИД (n=6;
P=0,95) Соединение Введено, нг Найдено, нг ДХБ 32 26± ОХДФ 25 22± ОХДД 25 20± Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД, при вводе 100 мкл получен ного экстракта с сорбционного устройства при использовании метода ГХ/МС, представлены в табл. 5.
Таблица 5. Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД в воде (объем анализи руемой пробы 100 мкл) при использовании метода ГХ/МС (n=6;
P=0,95) Соединение Введено, нг Найдено, нг ДХБ 0,32 0,28±0, ОХДФ 0,25 0,21±0, ОХДД 0,25 0,21±0, Таким образом, исследованы условия микрожидкостной экстракции ПХБ, ПХДФ и ПХДД из воды и разработан способ скрининга проб воды на групповое содержание этих соединений при их одновременном присутствии в воде, осно ванный на микрожидкостной экстракции, вводе больших проб органического экс тракта в систему ГХ или ГХ/МС с предварительным удалением растворителя вне системы и масс-селективном определении соответствующих продуктов кон версии. Предел обнаружения предложенного способа дает возможность группо вого определения ПХДД, ПХДФ и ПХБ в воде на уровне 2,5·10-10 г/л с использо ванием фото-ионизационного детектора и 2,5·10-12 г/л с использованием масс селективного детектора при объеме анализируемого экстракта, равном 100 мкл.
На рис.1 приведена блок-схема скрининга проб воды на групповое содержа ние ПХДД, ПХДФ и ПХБ.
Образец воды Микрожидкостная экстракция Отбор микроэкстракта для ГХ анализа Нанесение части микроэкстракта на термодесорбционное устройство Предварительная термодесорбция БФ, ДД и ДФ с удалением растворителя вне аналитической системы Термодесорбция ПХДД, ПХДФ и ПХБ в реактор ГХ/МС системы ГХ/МС анализ продуктов гидродехлорирования ПХБ, ПХДФ, ПХДД (БФ, ДФ, ДД) Рис 1. Блок-схема скрининга проб воды на групповое содержание ПХБ, ПХДД, ПХДФ.
Разработка способа скрининга проб жиросодержащих продуктов питания на содержание ПХБ, основанного на их селективном выделении из матри цы и определении методом газовой хроматографии с электронозахватным детектором На следующем этапе работы нашей целью являлась разработка способа группового определения смеси полихлорированных бифенилов, как модельных соединений при изучении возможности определения ПХБ, ПХДФ, ПХДД, в пи щевых продуктах методом каталитического гидродехлорирования. Для этого не обходимо было разработать способ получения экстрактов, содержащих ПХБ, из жировой ткани и разработать процедуру очистки полученных экстрактов, чтобы обеспечить селективное выделение ПХБ из матрицы и возможность их после дующего определения. Необходимо также было выбрать оптимальные условия газохроматографического определения ПХБ в полученных экстрактах методом ГХ с ЭЗД.
Очистка жировых экстрактов на силикагеле, импрегнированном серной кислотой Одним из важнейших этапов определения ПХБ в жиросодержащих продук тах является очистка экстрактов жиросодержащих продуктов от сопутствующих жиров и примесей. Известно, что, пропуская органический экстракт над концен трированной серной кислотой, возможно деструктивное удаление жиров. Серная кислота также может быть нанесена на силикагель. Преимуществами использо вания кислотной очистки являются экспрессность и способность удалять боль шие количества жира. На первом этапе наших исследований был изучен этот способ, который описан в литературе. В качестве растворителя для проведения экстракции использовали гексан.
Схема подготовки образцов куриного или свиного жира была следующей:
Измельчение и гомогенизация образца.
Отбор части образца для анализа (1 г).
Добавление 10 мкл смеси 7 полихлорированных бифенилов с концентраци ей каждого компонента 1·10-7 г/мкл в качестве внутреннего стандарта.
Добавление безводного сульфата натрия Na2SO4 (2 г).
Ультразвуковая экстракция в течение 30 минут. В качестве растворителя ис пользовали гексан объемом 10 мл.
Повторная экстракция 10 мл гексана. Объединение экстрактов.
Гравиметрическое определение жира с помощью упаривания досуха извест ной части полученного экстракта (5 мл экстракта).
Добавление 6 г силикагеля, импрегнированного серной кислотой, к остав шейся части экстракта и встряхивание в течение 1 минуты. После отделения экстракта силикагель промывали 2 порциями гексана по 2 мл, экстракты и смы вы объединяли.
Упаривание очищенного экстракта до 100 мкл и перенос в герметично закры вающийся пузырек для последующего газохроматографического анализа.
Газохроматографический анализ 1 мкл полученного экстракта показал, что степени извлечения ПХБ, введенных в пробу, составили от 78 до 100 %. Да лее была изучена возможность ГХ анализа всего полученного экстракта. Объем анализируемой пробы составлял 100 мкл. В случае ГХ анализа всего экстракта предел обнаружения ПХБ должен быть на 2–3 порядка ниже в зависимости от навески образца. Проведенный ГХ анализ всего экстракта показал, что добить ся полного удаления сопутствующих жиров при использовании изученного спо соба не представлялось возможным, поскольку уровень фонового сигнала на полученных хроматограммах значительно превышает предел детектирования искомых соединений. Полного удаления жиров не происходило даже после по вторной очистки экстракта. Увеличение количества концентрированной серной кислоты, нанесённой на силикагель с 55% до 65%, также не приводило к более полному удалению сопутствующих жиров. В результате полученных данных можно было сделать вывод о том, что добиться полного удаления извлекаемых жиров и других соединений, осложняющих определение ПХДД, ПХДФ и ПХБ в одной пробе, используя для очистки экстрактов только силикагель, импрегниро ванный серной кислотой, не представлялось возможным. Поэтому необходима дополнительная очистка полученных экстрактов.
Изучение возможности определения ПХБ в жировых образцах с примене нием гель-проникающей хроматографии Для решения задачи по дальнейшей очистке полученных экстрактов была изучена возможность использования метода эксклюзионной хроматографии.
При этом использовали хроматографическую колонку, заполненную сорбентом Bio-Beads S-X3, который представляет собой нейтральные гидрофобные порис тые частицы сополимера дивинилбензола-стирола с различной степенью сшив ки. Для выделения фракции ПХБ из экстрактов, очищенных силикагелем с сер ной кислотой, использовали 22х0,8 см колонку, заполненную 6 г S-X3 Bio-Beads (Bio-Rad Laboratories, Inc). Смесь этилацетат-циклогексан (1:1) использовали в качестве элюента.
На начальном этапе работы необходимо было выяснить время выхода из гель-проникающей хроматографической колонки фракции ПХБ, представляю щей интерес. Время выхода фракции ПХБ определяли по времени выхода мо дельной смеси ПХБ, состоящей из семи индивидуальных соединений ПХБ, с концентрацией 1·10-7 г/мкл каждого компонента. Аликвоту 0,25 мл вводили в ко лонку через петлю объемом 250 мкл, а затем элюировали со скоростью мл/мин. Для детектирования ПХБ применяли УФ детектор с длиной волны нм. Показано, что время выхода интересующей фракции, содержащей ПХБ, ле жит в интервале между 7,0 и 10,5 мин. После выделения фракции ПХБ ее упа ривали до 0,5 мл и проводили газохроматографический анализ 1 мкл концентра та. Способ ввода 1 мкл очищенного экстракта ПХБ из жировых тканей с помо щью сорбционного устройства аналогичен описанному ранее способу.
Степени извлечения изучаемых ПХБ составили от 76 до 93%. Предел об наружения предложенного способа составил 2,5·10-9 г/г при объеме анализи руемого экстракта, равном 1 мкл.
С целью снижения предела обнаружения ПХБ нами были проведены экс перименты по ГХ анализу проб очищенного экстракта объемом 2 мкл, 5 мкл, мкл, 20 мкл и 50 мкл с помощью сорбционного устройства способом, аналогич ным описанному ранее.
Как показали наши исследования, при объеме анализируемой пробы 2, или 10 мкл уровень фонового сигнала позволяет достоверно идентифицировать ПХБ, введенные в образцы куриного и свиного жира, и снизить предел обнару жения исследуемых соединений на порядок, по сравнению с вводом 1 мкл полу ченного экстракта. Однако при объеме исследуемой пробы 20 мкл уровень фо нового сигнала возрастает, а при объеме пробы 50 мкл уровень фона значи тельно превышает предел детектирования искомых соединений.
Таким образом, исследованы условия, необходимые для селективного выделения ПХБ из жиросодержащих продуктов питания. Разработан способ их определения, основанный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле, с последующим деструктивным удалением большей части экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кислотой, выделении ПХБ с использо ванием гель-проникающей хроматографии и анализе части полученного после упаривания концентрата методом ГХ с ЭЗД. Предел обнаружения предложенно го способа составляет 2,5 ·10-7 г/кг при объеме пробы очищенного экстракта, равном 10 мкл. При этом необходимо отметить, что допустимый уровень содер жания ПХБ в пищевых продуктах, установленный в России, составляет 1– 5·10-3 г/кг.
Разработка способа скрининга проб жиросодержащих продуктов питания на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД, основанного на их селектив ном выделении из матрицы, каталитическом гидродехлорировании этих соединений и хромато-масс-спектрометрическом определении соответст вующих продуктов конверсии На следующем этапе работы нашей целью являлась разработка способа группового определения ПХБ, ПХДФ, ПХДД в пищевых жиросодержащих про дуктах. В ходе проведенных исследований нами было выяснено, что процедура получения экстрактов, содержащих ПХБ, ПХДФ, ПХДД, из жировой ткани анало гична описанной ранее для ПХБ. Способ очистки полученных экстрактов также включает две стадии: очистка на силикагеле, импрегнированном серной кисло той, и выделение фракции, содержащей ПХБ, ПХДФ, ПХДД, из полученных экс трактов методом гель-проникающей хроматографии. Было показано, что время выхода интересующей фракции, содержащей ПХБ, ПХДФ, ПХДД, находилось в интервале 7,2 и 10,9 мин. Таким образом, в результате наших исследований было показано, что способ селективного выделения ПХБ, ПХДФ, ПХДД из жиро вой ткани аналогичен способу описанному выше для ПХБ.
После выделения фракции ПХБ, ПХДФ, ПХДД ее упаривали до 0,5 мл и проводили анализ части полученного после упаривания концентрата с исполь зованием каталитического гидродехлорирования с последующим определением продуктов конверсии методом ГХ/МС. Как показали наши исследования, макси мальный объем вводимой пробы с помощью сорбционного устройства, при ко тором уровень фонового сигнала позволяет достоверно идентифицировать ПХБ, ПХДФ, ПХДД составлял 10 мкл.
Оценку правильности предложенного способа суммарного определения ПХБ, ПХДД, ПХДФ в пробах пищевых жиросодержащих продуктах проводили методом “введено-найдено”. В качестве модельных соединений использовали смесь ДХБ, ОХДФ, ОХДД с содержанием каждого компонента 3,2·10-10, 2,5·10-10, 2,5·10-10 г соответственно. Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД, при вводе 10 мкл полученного концентрата с сорбционного устройства с предвари тельным удалением растворителя, последующим проведением реакции гидро дехлорирования и масс-спектрометрическим детектированием продуктов реак ции, представлены в табл. 6.
Таблица 6. Результаты определения ДХБ, ОХДФ, ОХДД в образцах куриного жира при объеме пробы концентрата, равной 10 мкл (n=3;
P=0,95) Продукт гидроде Соединение Введено, нг/г жира Найдено, нг/г жира хлорирования ДХБ 3,2 БФ 2,5±0, ОХДФ 2,5 ДФ 1,7±0, ОХДД 2,5 ДД 1,9±0, Таким образом, исследованы условия селективного выделения ПХДД, ПХДФ и ПХБ из жиросодержащих продуктов питания при их совместном присут ствии. Разработан способ скрининга проб на групповое содержание ПХДД, ПХДФ и ПХБ, основанный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле, де структивном удалении экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кислотой, выделении фракции ПХБ, ПХДФ, ПХДД с использованием гель-проникающей хроматографии и анализе части полученного после упарива ния концентрата с использованием каталитического гидродехлорирования с по следующим определением продуктов конверсии методом ГХ/МС. Предел обна ружения предложенного способа составляет – 2,5·10-11 г/г при объеме пробы концентрата, равной 10 мкл. На рис. 2 представлена блок-схема скрининга проб пищевых жиросодержащих продуктов на групповое содержание ПХБ, ПХДД, ПХДФ.
Образец Жидкостная экстракция в ультразвуковом поле Очистка экстракта на силикагеле, импрегнированном серной кислотой Выделение фракции ПХБ, ПХДФ, ПХДД методом гель-проникающей хроматографии Упаривание Отбор концентрата для ГХ анализа Нанесение части концентрата на термодесорбционное устройство Предварительная термодесорбция БФ, ДД и ДФ с удалением растворителя вне аналитической системы Термодесорбция ПХДД, ПХДФ и ПХБ в реактор ГХ/МС системы ГХ/МС анализ продуктов гидродехлорирования ПХБ, ПХДФ, ПХДД (БФ, ДФ, ДД) Рис. 2. Блок-схема скрининга проб пищевых жиросодержащих продуктов на групповое содержание ПХБ, ПХДД, ПХДФ.
Расчет содержания ПХБ, ПХДФ, ПХДД, выраженного в диоксиновом экви валенте, в пищевых продуктах и воде Для сравнения биологической активности различных конгенеров ПХБ, ПХДФ и ПХДД в литературе была предложена концепция эквивалентов токсич ности или коэффициентов токсичности. Согласно этому подходу, токсичность или биологическая активность определенного конгенера выражается относи тельно активности 2,3,7,8-ТХДД. Так называемые эквивалентные токсичные концентрации рассчитываются путем умножения концентраций индивидуальных конгенеров на соответствующее данному конгенеру значение коэффициента токсичности, в результате получают индивидуальную концентрацию, выражен ную в диоксиновом эквиваленте токсичности.
Полученные нами результаты анализа, выраженные в концентрации ко нечного продукта гидродехлорирования, можно представить в виде диоксиново го эквивалента. Это позволяет нам судить о степени загрязненности анализи руемой пробы и сравнить полученные данные с существующими значениями ПДК. Полученные экспериментальные данные, выраженные в диоксиновом эк виваленте, представлены в табл. 7.
Таблица 7. Пределы обнаружения в исследуемых объектах, выраженные в диоксиновом эквиваленте Пределы обнаружения, выраженные в Способ Объект диоксиновом эквиваленте*** детектиро анализа вания ПХДД ПХДФ ПХБ 3,0·10-11 г/л 2,8·10-11 г/л 3,3·10-13 г/л ФИД Вода* 3,0·10-13 г/л 2,8·10-13 г/л 3,3·10-15 г/л МСД 7,5·10-9 г/кг 4,0·10-9 г/кг 6,3·10-12 г/кг Куриный и МСД свиной жир** жира жира жира * при объёме анализируемой пробы 1л;
** при объёме анализируемой пробы 1г;
***значения пределов обнаружения могут быть снижены при увеличении объёма ана лизируемой пробы.
Таким образом, нами разработаны способы быстрого скрининга проб воды и жиросодержащих продуктов питания на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Предложенные способы позволяют определять эти экотоксиканты в ди оксиновом эквиваленте на уровне ПДК и ниже, отличаясь сравнительной про стотой выполнения и используемого оборудования. Предложенные способы мо гут применяться для быстрого выявления загрязнений вод и жиросодержащих пищевых продуктов такими опасными экотоксикантами, как ПХБ, ПХДФ, ПХДД, и позволят решить проблемы, связанные с регулярным мониторинговым контро лем этих соединений в различных объектах, при этом все рассматриваемые со единения, в отличие от существующих методов, определяются одновременно.
ВЫВОДЫ 1. Проведено сравнительное изучение детектирования ДД, ДФ и БФ, как про дуктов реакции гидродехлорирования ПХДД, ПХДФ и ПХБ, с использованием фото-ионизационного и масс-селективного детекторов. Показано, что использо вание масс-селективного детектора позволяет значительно снизить пределы де тектирования исследуемых соединений по сравнению с фото-ионизационным детектором.
2. Исследованы условия гидродехлорирования ПХДД, ПХДФ и ПХБ в диапазо не количеств 10-11 – 10-8 г и предложен способ их количественной конверсии до ДД, ДФ и БФ.
3. На основании проведенных исследований разработан способ группового оп ределения ПХДД, ПХДФ и ПХБ в органических растворах (экстрактах), основан ный на их каталитическом гидродехлорировании и хромато-масс спектрометрическом определении продуктов конверсии (ДД, ДФ и БФ). Способ обеспечивает возможность группового определения рассматриваемых соедине ний на уровне 5,0·10-14 г/мкл в органическом растворе (экстракте).
4. Исследованы условия, необходимые для селективного удаления ДД, ДФ и БФ из смеси ПХБ, ПХДФ, ПХДД. Разработан способ селективного удаления ДД, ДФ и БФ на стадии ввода больших по объему проб органических растворов (экс трактов) до перевода ПХБ, ПХДФ, ПХДД в реактор газового хроматографа, с предварительным удалением растворителя вне аналитической системы.
5. Исследованы условия, необходимые для селективного выделения ПХБ из жиросодержащих продуктов питания и разработан способ их определения, ос нованный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле анализируемых об разцов, с последующим деструктивным удалением экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кислотой, выделении ПХБ с использова нием гель-проникающей хроматографии и анализе части полученного концен трата методом ГХ с ЭЗД. Предел обнаружения предложенного способа состав ляет 2,5·10-7 г/кг при объеме анализируемого экстракта, равном 10 мкл.
6. В результате проведенных исследований разработан способ скрининга проб воды на групповое содержание ПХБ, ПХДФ, ПХДД при их совместном присутст вии в воде, основанный на микрожидкостной экстракции, вводе больших проб органического экстракта в реактор системы ГХ/МС с предварительным удалени ем экстрагента вне системы и масс-селективном определении соответствующих продуктов конверсии. Способ обеспечивает возможность группового определе ния ПХДД и ПХДФ в воде на уровне 3,0·10-13 г/л и ПХБ 3,3·10-15 г/л в ДЭ.
7. Исследованы условия селективного выделения ПХДД, ПХДФ и ПХБ из жиро содержащих продуктов питания при их совместном присутствии и разработан способ скрининга проб на групповое содержание ПХДД, ПХДФ и ПХБ, основан ный на жидкостной экстракции в ультразвуковом поле, деструктивном удалении экстрагируемых жиров на силикагеле, импрегнированном серной кислотой, вы делении фракции ПХБ, ПХДФ, ПХДД с использованием гель-проникающей хро матографии и анализе части полученного концентрата с использованием ката литического гидродехлорирования с последующим определением продуктов конверсии методом ГХ/МС. Предложенный способ позволяет определять груп повое содержание ПХДД в образцах жира на уровне 7,5·10-9 г/кг жира, ПХДФ – 4,0·10-9 г/кг жира и ПХБ – 6,3·10-12 г/кг жира в ДЭ.
Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:
1. Напалкова О.В., Ревельский И.А., Глазков И.Н., Яшин Ю.С., Ветохин М.Л. Бы строе групповое определение полихлорированных бифенилов, дибензофуранов и дибензодиоксинов, основанное на газохроматографическом анализе продук тов гидродехлорирования. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.
1999. Т.65 № 5. С. 3-8.
2. Vetokhin M.L., Glazkov I.N. Napalkova O.V., Revelsky I.A. Virus E.D. Fast total group PCDDs, PCDFs and PCBs determination on ppt level. /1-th International sym posium on hyphenated techniques in chromatography and hyphenated chroma tographic analyzers. Brugge. Belgium. February 6-8. 2002. P. 169.
3. Napalkova O.V., Vetokhin M.L., Glazkov I.N., Revelsky I.A. Fast total group PCDDs, PCDFs and PCBs determination on ppt level / 25th International Symposium on Capillary Chromatography. Riva del Garda. Italy. May 13-17. 2002. P. L-02.
4. Ветохин М. Л., Глазков И. Н., Напалкова О. В., Ревельский И. А. Групповое определение полихлорированных бифенилов, дибензофуранов, дибензодиокси нов, основанное на их каталитическом гидродехлорировании и газохроматогра фическом определении продуктов реакции. // Заводская лаборатория. Диагно стика материалов. 2003. № 2. С. 3-9.
5. Ветохин М.Л., Глазков И.Н., Ревельский И.А., Вирюс Э.Д. Применение гель проникающей хроматографии при определении полихлорированных бифенилов в образцах свиного жира. / Всероссийский симпозиум «Хроматография и хрома тографические приборы». Россия. Клязьма. 15–19 марта. 2004. С. 225.
6. Ветохин М.Л., Глазков И.Н., Ревельский И.А., Вирюс Э.Д. Применение гель проникающей хроматографии при определении полихлорированных бифенилов в образцах свиного жира. // Информационно-аналитический журнал «Химиче ская и биологическая безопасность». 2005. №1-2. C. 58.