CC BY
5
твора НС1 доводят объем до 5 мл дистиллированной водой) в кювете с толщиной слоя 1 см. По разности Е\—2Е2 получают оптическую плотность Е, с помощью градуировочного графика находят соответственно концентрацию фенола ( в микрограммах на 1 мл). После этого вычисляют концентрацию фенола в атмосферном воздухе (в миллиграммах на на 1 м3), учитывая объем поглотительного раствора и испытуемого атмосферного воздуха, приведенного к объему при нормальных условиях (0° и давлениии 760 мм рт. ст.).
ЛИТЕРАТУРА
Алексеева М. В. Определение атмосферных загрязнений. М., 1963, с. 191.— Фихтенгольц В. С., Золотарева Р. В. В кн.: Сборник физико-химических методов анализа и исследования продуктов производств синтетического каучука. М., 1961 с 88.. — X р у ст а л е в В. А. Гиг. и сан., 1962, № 10, с. 42. — Wadelin С. Н„ Analyt. Chem., 1956, v. 28, p. 1530. — В г a u d e E. A., Nachod F. C. Determination of organic structures by physical methods. New York, 1955.
Поступила 18/1 1966 r.
" УДК 614.72:668-741-074
К ВОПРОСУ О КОЛИЧЕСТВЕННОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ 3,4-БЕНЭПИРЕНА С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ШПОЛЬСКОГО
Е. П. Аигина, И. М. Минц Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Широкое развертывание научных исследований, посвященных профилактике рака, требует разработки высокочувствительных методов определения канцерогенных веществ и, в частности, 3,4-безпирена. Очень перспективно использование для этой цели явления, которое было открыто и исследовано Э. В. Шпольским и его сотрудниками и получило название эффекта Шпольского. По данным П. П. Дикуна, Р. И. Персоно-ва, Muel и Lacroix и других авторов,, применение квазилинейчатых спектров флюоресценции для количественного анализа 3,4-бензпире-на повышает чувствительность его определения на 2—3 порядка по сравнению со спектрофотометричес-ким методом. Известные до сих пор методики обладают рядом недостатков. Целью настоящей работы является создание более совершенной методики.
Использован спектрограф
ИСП-51 с фотографической регистрацией спектра. Фокусное расстояние камеры 270 мм. Спектры фотографированы на спектральных фотопластинках типа II чувствительностью 16 ед. ГОСТ. Оптическая схема установки приведена на рис. 1. Применение светосильного стеклянного конденсатора ФОС-115 для проектирования ртутной лампы на поверхность пробирки с флюоресцирующим раствором позволило, несмотря на поглощение ультра-
Рис. 1. Оптическая схема установки для получения и фотографирования спектров флюоресценции замороженных растворов.
/ — ртутно-кварцевая лампа ПРК-4; 2 — светофильтр УФС-3; 3 — стеклянный конденсатор ФОС-115; 4 — стеклянный сосуд Дьюара;
5 — пробирка с флюоресцирующим раствором
6 — одна из двух линз конденсатора ФОС-115;
7 — стеклянный спектрограф ИСП-51; в — щель спектрографа; 9 — кассета с фотопластинкой.
фиолетовых лучей в стекле, получить более интенсивное свечение флюоресценции, чем при использовании кварцевых конденсоров, прилагаемых к спектрографам ИСП-22 и ИСП-28. В качестве однолинзового конденсора для освещения щели спектрографа использована одна из двух линз конденсора ФОС-115, благодаря чему удалось обеспечить высокую освещенность щели спектрографа при небольшой высоте щели и хорошем заполнении светом коллиматорного объектива спектрографа. По сравнению со съемкой спектра через ступенчатый ослабитель (как это делает П. П. Дикун) представляется возможность значительно уменьшить экспозиции, что очень важно при работе с жидким азотом, и заметно повысить чувствительность анализа.
Сравнительное исследование трех растворителей — н-гексана, н-гептана и н-октана — подтвердило данные ряда исследователей о преимуществах н-октана и согласуется с теоретическими соображениями, выдвинутыми Э. В. Шпольским и Т. Н. Болотниковой.
Для подбора внутреннего стандарта сфотографированы спектры флюоресценции замороженных октановых растворов 13 ароматических углеводородов, имевшихся в нашем распоряжении: антрацена, 1,2-бенз-антрацена, 1, 2, 3, 4-дибензантрацена, 1, 2, 5, 6-дибензантрацена, трифе-нилена, нафтацена, пирена, 1, 2-бензпирена, хризена, фенантрена, пицена, перилена и 1,12-бензперилена. Квазилинейчатая структура спектра обнаружена у следующих веществ: 1, 2, 3, 4-дибензантрацена, 1, 2-бензпирена, 1, 2, 5, 6-дибензантрацена и 1, 12-бензперилена. Однако у первых двух на квазилинейчатый спектр накладывается фон сплошного спектра, что делает их непригодными для использования в качестве внутреннего стандарта. У 1,2,5, б-дибензантрацена достаточная интенсивность линий достигается только при высоких концентрациях (25 мкг/мл), что делает его ввиду сильной канцерогенности также непригодным.
Таким образом, в качестве внутренного стандарта может быть использован только 1, 12-бензперилен, применяемый с той же целью при осуществлении методики П. П. Дикуна.
При фотографировании спектров флюоресценции растворов, содержащих одновременно 3, 4-бензпирен и 1, 12-бензперилен, обнаружено, что высокие концентрации последнего вызывают сильное тушение (и даже полное исчезновение) флюоресценции первого. Исследована зависимость тушения от концентрации 1, 12-бензперилена для отработки методики определения 3, 4-бензпирена. Приготовлены серии октановых растворов 3, 4-бензпирена и 1, 12-бензперилена различной концентрации, а также 19 смешанных растворов, содержащих одновременно 3, 4-бензпирен и 1, 12-бензперилен с различными концентрациями этих веществ и различными соотношениями их концентраций. Образцы квазилинейчатых спектров этих растворов приведены на рис. 2.
Фотометрированию подвергнуты следующие 5 спектральных линий: 2 линии 3, 4-бензпирена с длинами волн 403нм (4030А) 1 и 408,5нм (4085А), 2 линии 1, 12-бензперилена с длинами волн 406,Знм (4063А) и 419,бнм (4196А) и линия ртути с длиной волны 390,бнм (390А), присутствующая в спектре рассеянного света ртутной лампы. Такой выбор линий обусловлен следующими соображениями. Для 3,4-бензпирена отобраны 2 наиболее удобные для фотометрирования линии, в том числе самая интенсивная с длиной волны 403нм (4030А), обеспечивающая наибольшую чувствительность его определения; для 1,12-бензперилена отобрана наиболее близкая по своему расположению к линиям 3,4-бенз-пирена линия с длиной волны 406,Знм (4063А) и самая интенсивная его линия с длиной волны 419,бнм (4196А); фотометрирование линии ртути,
1 В связи с введением международной системы единиц (СИ) обозначения дали в этой системе. Однако ввиду того что эта система еще не получила широкого распространения, в скобках приводятся соответствующие обозначения в ранее употреблявшихся единицах.
наиболее близкой по своему расположению к линиям 3,4-бензпирена, имело целью выяснить возможность ее использования в качестве линии сравнения взамен внутреннего стандарта.
Для построения градуировочных графиков требовалось определить логарифмы относительных интенсивностей сравниваемых линий. В связи с этим для каждой пластинки строили характеристическую кривую по серии марок почернений, полученных путем фотографирования ряда
Рис. 2. Образцы квазилинейчатых спектров флюоресценции октановых растворов 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена малой
концентрации.
/ — 419,6 нм (4196 А); // — 408.5 нм (4085 А ); /// — 406,3 нм (4063 А°);
/V —403 нм (4030 А ); V — Нй 390,6 нм (3906 А ); а — 3.4-бензпирен — 0,01 мкг/мл, экспозиция — 3 мин.; б — 3,4-бензпирен — 0,02 мкг/мл, экспозиция— 3 мин.; в—1,12-бензперилен — 0,1 мкг/мл, экспозиция—3 мин.; г—1,12-бензперилен — 0,2 мкг/мл, экспозиция 3 мин.; д — 3,4-бензпирен — 0,005 мкг/мл, 1,12-бензперилен — 0,05 мкг/мл, экспозиция — 8 мин.; е — 3,4-бензпирен — 0,01 мкг/мл, 1,12-бензперилен — 0.1 мкг/мл, экспозиция — 3 мин.; ж — 3,4-бензпирен — 0,02 мкг/мл, 1,12-бензперилен — 0,2 мкг/мл, экспозиция — 3 мин.
спектров рассеянного света ртутной лампы с раз-личными экспозициями. Такой прием возможен благодаря высокой стабильности этого источника света.
Сопоставлен ряд аналитических пар линий для определения 3,4-бензпирена в 2 принципиально отличающихся друг от друга вариантах методики: а) с использованием в качестве линии сравнения линии ртути 390,бнм; б) с применением 1,12-бензперилена в качестве внутреннего стандарта. В первом варианте опробованы 2 пары линий: 403/390,6 и 408,5/390,бнм. Установлено, что линия 408,5нм не только значительно слабее линии 403нм и появляется в спектре при более высоких концентрациях 3,4-бензпирена, но обладает и меньшей концентрационной чувствительностью (меньшим наклоном градуировочного графика), что приводит к более высокой погрешности анализа. Во втором варианте также опробованы 2 пары линий: 403/406,3 и 403/419,бнм. С точки зрения погрешности анализа обе пары линий оказались равноценными, а поскольку линия 406,Знм расположена значительно ближе к линии 3,4-бензпи-рена, целесообразно использовать в качестве линии сравнения именно ее.
5 Гигиена и санитария, № 8
65
При построении градуировочных графиков по оси ординат откладывали логарифмы относительных интенсивностей линий аналитической пары, определяемые по характеристической кривой фотопластинки, а по оси абсцисс — логарифмы концентраций анализируемого вещества или (при использовании 2-го варианта методики) логарифмы отношений концентраций анализируемого вещества и внутреннего стандарта. В этих координатах график получается прямолинейный. Для построения градуировочных графиков целесообразно использовать полулогарифмическую бумагу, у которой масштаб вдоль одной оси миллиметровый, а вдоль другой — логарифмический. В этом случае ось с равномерным масштабом используется в качестве оси ординат, а ось с логарифмичег ским масштабом — в качестве оси абсцисс, на которой откладываются уже не логарифмы концентраций, а сами концентрации (или соответственно отношения концентраций).
При построении градуировочных графиков установлено, что точки, соответствующие растворам с концентрациями 1,12-бензперилена >1 мкг/мл, расположены ниже остальных и заметно отклоняются от графиков. Это позволяет судить о том, что тушение флюоресценции 3,4-бензпирена становится заметным при концентрациях 1,12-бензперилена^-! мгк/мл. При концентрациях 1,12-бензперилена, не превышающих 0,5 мкг/мл, заметного тушения не обнаружено.
Результаты многократных анализов ряда синтетических растворов подвергнуты статистической обработке. Средняя квадратичная относительная погрешность однократного анализа по 1-му варианту методики, вычисленная „ из 228 определений, составляет 26%, а погрешность по 2-му варианту, вычисленная из 86 определений, составляет 17%. Интервал определяемых концентраций 3,4-бензпирена — от 0,002 до 0,05 мкг/мл.
Сопоставление полученных результатов на первый взгляд говорит в пользу 2-го варианта методики. Однако такой вывод был бы ошибочным. Указанные значения погрешности получены для серий синтетических растворов, изготовленных следующим образом. Головной раствор каждой серии с заданным соотношением концентраций компонентов готовили путем смешения больших количеств исходных растворов 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена, и погрешность дозировки была минимальна. Последующие растворы каждой серии готовили путем разбавления головных растворов, и соотношение концентраций компонентов сохранялось. Между тем при анализе по этому варианту методики требуется в каждую анализируемую пробу вводить небольшое количество 1,12-бензперилена, и ошибка при дозировке может заметно повыситься. Очень существенно та,кже то, что приведенные результаты относятся только к анализу растворов, не содержащих 1,12-бензперилена (до его введения в пробу в качестве внутреннего стандарта). Если же анализируемый раствор уже содержит 1,12-бензперилен, то погрешность анализа по 2-му варианту резко возрастает.
Обозначим X концентрацию 3,4-бензпирена в анализируемом растворе, У — концентрацию 1, 12-бензперилена (до его введения в качестве внутреннего стандарта) и М — добавленную концентрацию 1,12-бензперилена. По результатам фотометриро-вания спектров пробы до и после введения в нее 1,12-бензперилена отсчитаем по градуировочному графику величины А и В:
Л и В Х
У У + М •
Решая эту систему уравнений, находим:
„ ВМ v ABM
У = ~А=1ГИ Х=-А=А~-
Рассмотрение полученных формул показывает, что погрешность определения величины X (а также и У) значительно выше погрешности
определения каждой из величин Л и В и особенно возрастает, если разность А — В мала. Для того чтобы разность А — В была большой, М должно во много раз превышать У, а в то же время М должно быть не более 0,5 мкг/мл, чтобы не вызывать тушения флюоресценции. Такое критическое рассмотрение полученных результатов показывает преимущество 1-го варианта методики с использованием в качестве линии сравнения линии ртути. К тому же он наиболее прост и удобен в осуществлении.
Обнаруженное нами тушение флюоресценции 3,4-бензпирена потребовало контроля за содержанием 1,12-бензперилена в пробах с тем, чтобы оно не превышало 0, 5 мкг/мл. Для этой цели была разработана методика количественного определения 1,12-бензперилена в 2 вариантах с применением 2 аналитических пар линий: 406,3/390,бнм и 419,6/390,бнм. Средняя квадратичная относительная погрешность составляет 36%. Интервал концентраций, определяемых по 1-й паре линий,— от 0,05 до 2 мкг/мл, а по 2-й паре линий — от 0,02 до 1 мкг/мл. Линия 406,Знм расположена ближе к линии сравнения и удобнее для фотометрирования. Для контроля за содержанием 1,12-бензперилена (при определении 3,4-бензпирена) достаточно использование линии 406,Знм. Во многих случаях даже не требуется ее фотометрировать, а достаточно визуальной оценки ее интенсивности, если концентрация 1,12-бензперилена мала.
Выводы
1. Оптическая схема установки и методика определения относительных интенсивностей спектральных линий рациональнее методики П. П. Дикуна.
2. Обнаружено явление тушения флюоресценции 3,4-бензпирена в присутствии 1,12-бензперилена, применяемого П. П. Дикуном в качестве внутреннего стандарта.
3. Исследовано влияние концентрации 1,12-бензперилена на тушение флюоресценции 3,4-бензпирена. Установлено, что тушение становится заметным при концентрациях 1,12-бензперилена >1 мкг/мл. При концентрациях 1,12-бензперилена, не превышающих 0,5 мкг/мл, тушение не обнаружено.
4. Разработана новая методика количественного определения 3,4-бензпирена без введения внутреннего стандарта с использованием в качестве линии сравнения линии ртути с длиной волны 390,бнм (3906А) и показано ее преимущество. Интервал определяемых концентраций составляет 0,002—0,05 мкг/мл. Средняя квадратичная относительная погрешность однократного анализа равна 26%. Более грубое качественное определение 3,4-бензпирена возможно и при более низких его концентрациях.
5. Новая методика обеспечивает более высокую (примерно на 1 порядок) чувствительность, чем методика П. П. Дикуна, и значительно более проста и доступна, а также менее трудоемка.
6. Разработана методика количественного определения 1,12-бензперилена в интервале концентраций 0,02—2 мкг/мл. Средняя квадратичная относительная погрешность равна 36%.
ЛИТЕРАТУРА
Дикун П. П. Вопр. онкол., 1959, № 12, с. 672; Там же, 1961, № 7, с. 42. — П е р-сонов Р. И. Ж. аналит. химии, 1962, т. 17, в. 4, с. 506. — Ш польский Э. В. Успехи физич. наук, 1959, т. 68, в. 1, с. 51; 1960, т. 71, в. 2, с. 215; 1963, т. 80, в. 2, с. 255,— Шпольскин Э. В., Климова Л. А. Оптика и спектр, 1959, т. 7, в. 6, с. 852; 1962, т. 13, в. 2, с. 174. — Ш п о л ьс к и й Э. В., Персонов Р. И. Завод, лаб., 1962, №4, с. 428. — М u е 1 В., L а с г о i х G., Bull. Soc. chim. Fr., 1960, p. 2139.
Поступила 10/VIII 1965 r.
