CC BY
9
УДК 614.777:628.1911-074:543.5-14
В. И. Ляшенко, Р. К. Г акал
ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ВОДЫ: ПРИЕМЫ ПОДГОТОВКИ ПРОБЫ
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзсева
Охрана здоровья населения и выявление особенностей его формирования под влиянием химических и физических факторов окружающей среды, и в том числе загрязненного водного бассейна, являются главной задачей профилактической медицины [3, 4]. Вопросы контроля качества воды в связи с развитием химической промышленности и дальнейшей химизацией различных отраслей народного хозяйства тесно связаны с совершенствованием методологии санитарно-хими-ческих исследований, базирующихся на современных инструментальных методах анализа. К таким методам в первую очередь можно отнести газовую хроматографию, обладающую высокой чувствительностью по отношению к определяемым в воде веществам различной химической . природы.
В настоящей работе обобщены некоторые доминирующие тенденции, получившие развитие в газохроматографическом анализе воды в последние годы.
Распространенным приемом, обеспечивающим газохроматографический анализ микропримесей в воде, является их экстракция не смешивающимся с водой растворителем. Например, галоидные производные метана экстрагировали из питьевой воды пентаном и 1 мкл экстракта анализировали при 100°С на колонке (4 мХ Х'.75 мм) с хромосорбом Ш-НР, обработанным ИРАР (10 мас-%). При использовании детектора электронного захвата и расходе азота 40 мл/мин предел обнаружения дихлорбромида метана составил 3-Ю-13 г в анализируемой пробе и до 2-Ю-12 г для его трибромида [7].
Метиленхлорид использовали для экстракции из сточных вод анилина и его галоид-, нитро- и смешанных галоиднитропроизводных. В режиме программирования температур от 80 до 230°С (4°С/мин) и при применении термоионного детектора предел обнаружения указанных соединений составлял 0,005—0,01 мкг/л в их анализе на кварцевой капиллярной колонке (30 мХ Х0,25 мм) с 5Е-54 [23].
Фенольные соединения для их последующего анализа газожидкостной хроматографией извлекались из воды бензолом. Степень извлечения анализируемых соединений составляла 100%, а предел обнаружения для крезола и галоидпроиз-водных фенола равнялся соответственно 2 и 0,5 мкг/л.
Значительным преимуществом экстракционных методов являются возможность многократно подвергать экстракт газохроматографическому
анализу, что повышает достоверность результа-тов, а также универсализм, позволяющий извле-^ кать из водной пробы вещества различной химической природы.
Часто используется отгонка легколетучих компонентов, например летучих жирных кислот [2], с водяным паром с дальнейшим растворением отгона в летучем растворителе и анализом полученного раствора.
Вместе с тем анализ аликвотной части экстракта значительно снижает чувствительность определения, что требует применения не всегда доступных селективных и чувствительных детекторов. Поэтому в целях повышения чувствительности хроматографического определения, особенно легколетучих веществ, используют их паро-фазный анализ. Теоретические основы и аппаратурное оформление метода парофазного ана-лиза летучих компонентов детально рассмотре-
ны в обзоре В работе
13].
У
24] описан газохроматографический анализ легколетучих углеводородов в паровой фазе при 50°С. Анализируемую пробу вводили шприцем в испаритель хроматографа нагретым до 70 °С и анализировали на капиллярной колонке (60 мХ0,25 мм), обработанной ДВ-5 или ДВ-1701, при ступенчатом повышении температуры от 70 °С (20 мин) до 80 (3°С/мин) и затем до 150°С (20 мин) и использовании детектора электронного захвата.
Однако в простом варианте парофазный анализ применяют нечасто ввиду недостаточного объема вводимой в хроматограф парогазовой пробы, что отражается на чувствительности анализа.
Поэтому чаще микропримеси из загрязненной воды извлекают методом газодинамической экстракции воздухом или инертным газом, обогащают десорбированную пробу путем вымораживания в охлаждаемой ловушке (таким, например, способам обогащали пробу, содержащую галоидуглеводороды [25]) или с помощью сорбции на различных сорбентах. Существуют варианты, предусматривающие обогащение газового экстракта непосредственно на сорбенте аналитической колонки [17] или прямой газо- ^ хроматографический анализ газового экстракта, * вводимого в определенном объеме непосредственно через испаритель хроматографа; таким способом, например, анализировали галоидпро-паны и бутаны [18].
Среди сорбентов, применяемых для концентрирования микропримесей при их динамической
экстракции из водных растворов, наряду с наиболее часто используемым для этих целей те-наксом йС используют также сферон ББА, кар-бохром С, пропак О, а также активные угли [1, 11, 12, 14, 15, 20, 21, 29, 30].
Применение тенакса вС обусловлено его высокими сорбционными свойствами, сочетающимися с наибольшей полнотой извлечения микро-¿иримесей, в том числе и высококипящих [27]. ^О'днако при этом отмечается, что тенакс ОС является эффективным сорбентом для улавливания высокомолекулярных иеполярных соединений. Для полярных низкомолекулярных веществ (метанол, этанол, ацетон и др.) эффективность улавливания низка и существует опасность проскока [31].
При использовании активных углей возникают трудности, связанные с извлечением накопленных компонентов, преодолеваемые применением небольших навесок этих сорбентов (1— 10 мг), которые обрабатывают летучим растворителем или термодесорбцией в потоке инертного газа. Так, разработан газохроматографиче-ский метод определения в воде следов бензино-. вых углеводородов, основанный на динамической ^газовой экстракции, сорбции на активном угле и извлечении сорбированных веществ метиленхло-ридом [19]. Примеси определяют в 500 мл воды, через которую в течение 1 ч продувают азот со скоростью 60 мл/мин при 20°С через поглотитель, содержащий 10 мг указанного сорбента.
Галоидметаны извлекают аналогичным образом из пробы воды объемом 1 л и также сорбируют на активном угле, извлекая их для последующего анализа термодесорбцией при 200СС [28].
Изучены возможности применения динамического отбора проб паровой фазы для определе-, ния следовых количеств органических соедине-^ний различных классов путем экстракции их из 1 л воды воздухом в замкнутом объеме, сорбции на активных углях, экстракции метиленхлоридом с последующим газохроматографическим анализом на кварцевой капиллярной колонке (25 мХ Х0,25 мм) с СР-БП-б в режиме программирования температуры от 25°С [8].
Для газохроматографического определения парафиновых углеводородов С7—С19, а также ароматических и хлорированных углеводородов проводили их динамическую экстракцию в течение 2 ч, улавливая выделяющиеся вещества в поглотитель, содержащий 1,5 мг активного угля. Обогащенную пробу экстрагировали 5 мл серо-X углерода и хроматографировали 2 мкл экстрак-* та на стеклянной капиллярной колонке (20 мХ Х0,4 мм), содержащей СР-ЭИ-в [15].
Легколетучие компоненты (т. кип. от 20 до 120°С) десорбировали из водных образцов (100 мл) потоком воздуха в течение 5 мин при 25°С. Фильтры помещали в испаритель хроматографа (225 °С) и осуществляли термодесорб-
цию микропримесей в токе гелия (13 мл/мин) в течение 7 мин в ловушку с силанизированным хромосорбом, охлажденную до температуры жидкого азота. Десорбцию компонентов проводили при 80 °С с последующим хроматографиро-ванием их на капиллярной колонке (40 мХ Х0,32 мм) с SE-54 в режиме программирования температуры от 25 до 160°С [11].
Вариант колоночного концентрирования нит-розофенолов в результате пропускания 10 мл исследуемой водной пробы через колонку (20 смХ ХЮ мм) с амберлигом ХАД-5 со скоростью 1 — 3 мл/мин и последующей экстракцией сорбированных веществ эфиром использован в работе [5].
В ряде случаев в газохроматографическом анализе загрязняющих воду примесей применяются высокочувствительные и селективные методы реакционной хроматографии, основанные на предварительном превращении анализируемых соединений в соответствующие производные. Например, в работе [22] описана методика определения фенольных соединений, предусматривающая превращение их в пеитафторбензоильные производные, экстракцию гексаном и анализ на кварцевой капиллярной колонке с SP-2I00 при программировании температуры от 150 до 240°С (5°С/мин).
Комбинированный метод определения нитрил-уксусной кислоты, включающий иззлечение ее из водной пробы на анионите биорад АД 1X2, экстракцию муравьиной кислотой и превращение в бутиловый эфир для последующего анализа методом газожидкостной хроматографии, рассмотрен в работе [10].
Хлор- и нитрофенолы в водной среде превращают прямым ацетилированием в соответствующие ацетаты, которые затем экстрагируют метиленхлоридом и хроматографируют на колонке (1,8 мХ2 мм) с 1 % SP-1240-DA на супелкопор-те при программировании температуры от 110°С (1 мин) до 120°С (8°С/мин) [16].
Альдегиды извлекали из воды в виде их 2,4-динитрофенилгидразинов и анализировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [26].
Для устранения мешающего влияния воды при прямом газохроматографическом определении летучих производных хлорированных углеводородов (CH2CI2, СИСЬ, 1,1,1-трихлорэтан, три-хлорэтилен) в работе [6] использовали предварительное удаление ее в процессе газохроматографического анализа на колонке длиной 5 см с карбидом кальция. Образовавшийся ацетилен и анализируемые компоненты хроматографировали на колонке и хромосорбом W-AW-DMCS (6 мХЗ мм) с SE-52 в режиме программирования температуры от 70 до 120°С с применением детектора электронного захвата.
Приведенные нами наиболее типичные приемы подготовки водной пробы к последующему газо-
Способы подготовки пробы воды к анализу Недостатки Преимущества
Экстракция микропримесей не смешивающимся с водой растворителем Колоночное концентрирование компонентов путем пропускания пробы воды через сорбент с последующей экстракцией их органическим растворителем Анализ равновесной парогазовой фазы над раствором Газовая динамическая экстракция с улавливанием компонентов сорбентом и последующей термодесорбцней экстракцией органическим растворителем Реакторные методы: превращение в специфические производные Реакторное удаление воды при прямом анализе водной пробы Возможное перекрывание хроматогра-фических зон выхода примесных компонентов экстрагентом, недостаточная чувствительность из-за анализа аликвотной части жидкой пробы Потеря летучих компонентов, недостаточная: чувствительность из-за анализа аликвотной части элюата Применимость для анализа летучих компонентов Возможное превращение пробы при длительном нагревании Снижение чувствительности из-за анализа аликвотной части пробы, влияние основного растворителя на селективность анализа Потеря анализируемых компонентов из-за низкого выхода продуктов реакции Сорбция анализируемых компонентов реакторной зоны Возможность многократного повторения анализа; возможность анализа веществ различной химической природы, включая низко- и высококипящие компоненты * Высокая степень обогащения пробы Простота аппаратурного оформления, высокая чувствительность Высокая чувствительность Повышение чувствительности по сравнению с экстракцией несме-шивающимся растворителем за счет полноты извлечения веществ из водной пробы Высокая чувствительность и селективность Повышение селективности анализа за счет устранения мешающего влияния воды
хроматографическому анализу ее могут быть классифицированы так, как представлено в таблице.
Изложенное свидетельствует о возможности широкого применения газохроматографического анализа в контроле загрязненной водной среды. Однако следует обратить внимание на тот факт, что при использовании того или иного приема подготовки пробы должны обоснованно учитываться физико-химические свойства растворенных в ней веществ, поскольку, как показано в работе [9], ряд приемов, и в частности равновесное концентрирование, могут давать систематическую отрицательную ошибку при анализе высококипящих компонентов, связанную с адсорбционными эффектами на границе раздела фаз.
Литература
1. Авгуль Т. В., Белоусова М. Я., Ковалева И. В. // Всесоюзная конф. по аналитической химии органических соединений, 5-я: Труды. — М„ 1984. — С. 167—168.
2. Алексеенко JI. X., Каплин В. Г. // Гидрохим. материалы. — 1983. — № 85. — С. 56—61.
3.Сидоренко Г. И.// Гиг. и сан. — 1985. — А1» 12. — С. 4—7.
4. Шандала М. Г., Савицкая Е. И. //Там же.— 1984. — № 8. — С. 5—7.
5. Borys A. Hi. Chromatogr. — 1981. — Vol. 216. — P. 361—366.
6. Boos Rv Prey Т., Begeri A. // Ibid. — 1985. — Vol. 328. — P. 233—239.
7. Burchill P., Herod A., Marsh К. M. // Water Res. — 1983, —Bd 17, —S. 1905—1916.
8. Carvers J., Noy Th., Cramers C.. Pijks J. // J. Chromatogr. — 1984. — Vol. 289.— P. 171 — 182.
9. Drozd J., Vodakova Z., Novak J. // Tensiole. — 1981. — Vol. 18, —P. 262—265.
10. Games L. M., Staubach J. A., Kappeler Th. U. //Ibid.— p 252_262
11. Graydon J.' W.. Grob /<., Zuerclier F., Giger 157.//J. Chromatogr. — 1984.— Vol. 285. — P. 307—318.
12. Kirshen N. //Anal. Lett. — 1981, —Vol. A14. — P. 1351— 1361. jj,
13. Kolb В., Pospisil P., Ettre L. S. // Pittsburg Conference of Analytical Chemistry and Applied Spectroscop: Abstracts.—New York. 1981,—P. 595.
14. Kusunoki К-, Miiarai K-. Asano T. // Bunseki Kagaku.— f 1981, —Vol. 30. —P. 646—651.
15. Marchand M„ Caprais /.-C.//Analysis. — 1983. — Vol. 11, —P. 216—224.
16. Mathew J.. Elzerman A. «7.//Anal. Lett.—1981. —
Vol. A14. — P. 1351—1361. *
17. Mehran M. //J. Chromatogr. Sci. — 1985. — Vol. 23.— P. 546—548.
18. Milano J.-C.. Vernet J.-L.// Analysis. — 1981. — Vol. 9. — P. 360—362.
19. Mailer P., Rirnmelin P., Sommer /.//Ibid. — 1982.'— Vol. 10.— P. 486—489.
20. Pankow J. F., Rosen M. E. // J. High Resolut. Chromatogr. Chromatogr. Commun. — 1984. — Vol. 7. —
P. 504—508. 4
21. Rams lad Т., Nicholson L. W. //Anal. Chem. — 1982. — & Vol. 54.— P. 1191 — 1196.
22. Renberg L. // Chemosphere. — 1981. — Vol. 10. — P. 767—773.
23. Riggin R. M., Cole T. P., Billets S. //Anal. Chem.— 1983.— Vol. 55, —P. 1862—1869.
24. Rinne D„ Bieber C.// Lab. Prac. — 1985. — Vol. 9,— P. 25—26; 28—29.
25. Simmonds P. C.f/i. Chromatogr. — 1984. — Vol. 289.— P. 117—127.
26. Takami R., Kuwata K- // Anal. Chem. — 1985. — Vol. 57. — P. 243—245.
27. Tatar V., Voznakova Z„ Popi M. // Hydrochemia'83. — Bratislava, 1983. —P. 187—197.
28. Terrnonia M.. Wairauetis J., Dourte P.. Monseur X. // European Symposium on Analiyt. Organisms Micropol-
lutants Water, 3rd: Proceedings. — Oslo, 1984. — P. 162—164.
29. Thomason M. M., Berlsh №.//J. Chromatogr. — 1983. — Vol. 279. — P. 383—393.
30. Zelinka L. // Hydrochemia'83. — Bratislava, 1983. — P. 187—197.
31. Zlatkis A.. Weisner Sh.. Gbaobui L.// Tex. J. Sci. — 1985. — Vol. 37. — P. 259—268.
Поступила 29.03.88
i,
УДК 6И.777:547.96|-074
Т. П. Чурилова
ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМЫХ
БЕЛКОВ В ВОДЕ
Ангарский институт гигиены труда и профзаболевании ВСФ СО АМН СССР
В процессе химической переработки древесины, получения молочных продуктов, переработки скота на мясокомбинатах и т. д., растворенные белковые вещества растительного и животного происхождения могут со сточными водами попадать в объекты окружающей среды. Необходимость контроля их содержания в сточных и Загрязненных природных водах требует разработки чувствительного и малотрудоемкого метода анализа.
Известен фотометрический метод определения растворимых белков в природных водах [1]. В основу метода положено фотометрическое определение водорастворимых белков по Фоли-ну — Лоури. Минимальное количество белка, определяемое по этому методу, составляет 50 мкг в пробе. Метод длителен и трудоемок в исполнении. Так, пробу объемом 500 мл подвергают предварительному концентрированию вымораживанием с примерным уменьшением объема в 28 раз. Авторы указывают, что при концентрировавши пробы потеря белков составляет до 5%. Затем для отделения мешающих компонентов (аминокислот и некоторых других низкомолекулярных соединений) сконцентрированную пробу подвергают низкотемпературному диализу, продолжительность которого 8 ч.
В связи с этим разработан метод, основанный на фотоколориметрическом определении комплексного соединения водорастворимого белка с индикатором — щелочным бромфеноловым синим [2].
Рекомендуется следующий ход определения В пробирку с притертой пробкой вместимостью 20 мл вносят 5 мл анализируемой воды, рН которой предварительно доводят 0,01 н. раствором соляной кислоты до 4,0. В воду добавляют 1 каплю индикатора и взбалтывают. Через 15 мин измеряют интенсивность окраски полученного раствора на фотоэлектроколориметре в кюветах толщиной 1 см при длине волны 590± ±10 нм. Параллельно определяют светопогло-щение холостой пробы. Стандартный раствор для построения калибровочного графика с концентрацией 0,1 мг б пробе готовят из ампулиро-ванного 10% раствора бычьего альбумина. Продолжительность определения единичной пробы 20 мин. Серия из 6 проб может быть проанализирована за 30 мин. Мешающего влияния не обнаружено. Разработанная методика позволяет определять водорастворимые белки в экспериментальных условиях на уровне 10 мкг в пробе.
Литература
1. Дебейко Е. С., Рябов А. К.. Набиванец Б. И. Методы определения загрязняющих веществ и поверхностных водах. — Л., 1976.
2. Гордон А., Форд Р. Спутник химика: Пер. с англ. — М., 1976.
Поступила 27.04.88
1 В разработке метода принимала участие старший инженер Е. И. Кучерявых.
