CC BY
70
3. Спиричев В.Б., Громова О.А. Витамин D и его синергисты. Земский врач. 2012; (2): 33-8.
4. Турчанинов Д.В., Вильмс Е.А., Боярская Л.А. Концепция разработки системы управления патологией, связанной с нерациональным питанием, и направления ее внедрения. Информатика и системы управления. 2009; (4): 152-4.
5. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. Наука и технология. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во; 2004.
6. Голубкина Н.А., Хотимченко С.А., Тутельян В.А. К вопросу обогащения пищевых продуктов селеном. Микроэлементы в медицине. 2003; (4): 16-9.
7. Мартинчик А.Н., Маев И.В., Петухов А.Б. Питание человека (основы нутрициологии). М.: ВУНМЦ МЗ РФ; 2002.
8. Тутельян В.А., Спиричев В.Б., Суханов Б.П., Кудашева В.А. Микрону-триенты в питании здорового и больного человека. М.: Колос; 2002.
9. Боярская Л.А., Турчанинов Д.В., Ерофеев Ю.В., Корнеева Е.А. Преодоление дефицита микронутриентов у населения Омской области. Здоровье населения и среда обитания. 2008; (7): 49-53.
10. Турчанинов Д.В., Ерофеев Ю.В., Вильмс Е.А., Баранова Т.А. Микроэлементный статус вегетарианцев - жителей крупного промышленного центра Западной Сибири. Микроэлементы в медицине. 2007; (1): 41-2.
11. Ширлина Н.Г., Стасенко В.Л., Ширинский В.А., Щербаков Д.В. Территориальные особенности заболеваемости раком молочной железы женского населения Омской области. Медицинский альманах. 2014; 4: 84-6.
12. Турчанинов Д.В., Брусенцова А.В., Юнацкая Т.А., Глаголева О.Н., Вильмс Е.А., Боярская Л.А. и др. Профилактика анемий, связанных с питанием, у населения Омской области. МР 2.3.7/2.3.1.001-12. Омск; 2012.
13. Турчанинов Д.В., Вильмс Е.А., Турчанинова М.С., Шупина М.И. Нарушения структуры питания населения Западной Сибири как фактор риска формирования болезней системы кровообращения. Профилактическая и клиническая медицина. 2013; (2): 56-61.
14. Вильмс Е.А., Турчанинов Д.В. Микроэлементозы у населения Омского региона: аспекты эпидемиологии и профилактики. Омский научный вестник. 2010; (1): 21-5.
15. Гмошинский И.В., Мазо В.К. Минеральные вещества в питании человека. Селен: всасывание и биодоступность. Вопросы питания. 2006; (5): 15-21.
16. Боярская Л.А. Гигиеническая оценка производства и использования молочных продуктов, обогащенных микронутриентами, в регионально-ориентированной системе профилактики алиментарно-за-висимыхзаболеваний: Дисс. ... канд. мед. наук. Омск; 2010.
References
1. Baturin A.K. Development of evaluation and characterization of the power .structure and the nutritional status of the population of Russia: Diss. Moscow; 1998. (in Russian)
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(11)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104
Original article
2. Turchaninov D.V. Nutrition and health of the rural population of Siberia in modern social and economic conditions: Diss. Omsk. 2009. (in Russian)
3. Spirichev V.B., Gromova O.A. Vitamin D and its synergist. Zemskiy vrach. 2012; (2): 33-8. (in Russian)
4. Turchaninov D.V., Vil'ms E.A., Boyarskaya L.A. The concept of developing a control system pathologies associated with poor diet and the direction of its implementation. Informatika i sistemy upravleniya. 2009; (4): 152-4. (in Russian)
5. Spirichev V.B., Shatnyuk L.N., Poznyakovskiy V.M. Food fortification with vitamins and minerals. Science and Technology. [Obogashchenie pishchevykhproduktov vitaminami i mineral'nymi veshchestvami. Nauka i tekhnologiya]. Novosibirsk: Sib. univ. izd-vo; 2004. (in Russian)
6. Golubkina N.A., Khotimchenko S.A., Tutel'yan V.A. On the question of selenium-enriched foods. Mikroelementy v meditsine. 2003; (4): 16-9. (in Russian)
7. Martinchik A.N., Maev I.V., Petukhov A.B. Human Nutrition (Nutrition basics). [Pitanie cheloveka (osnovy nutritsiologii)]. Moscow: VUNMTs MZ RF; 2002. (in Russian)
8. Tutel'yan V.A., Spirichev V.B., Sukhanov B.P., Kudasheva V.A. Mi-cronutrients in the healthy and ill person diet. [Mikronutrienty v pitanii zdorovogo i bol'nogo cheloveka]. Moscow: Kolos; 2002. (in Russian)
9. Boyarskaya L.A., Turchaninov D.V., Erofeev Yu.V., Korneeva E.A. Overcoming micronutrient deficiencies in the population of the Omsk region. Zdorov'e naseleniya i sreda obitaniya. 2008; (7): 49-53. (in Russian)
10. Turchaninov D.V., Erofeev Yu.V., Vil'ms E.A., Baranova T.A. Trace element status of vegetarians - residents of large industrial center of Western Siberia. Mikroelementy v meditsine. 2007; (1): 41-2. (in Russian)
11. Shirlina N.G., Stasenko V.L., Shirinskiy V.A., Shcherbakov D.V. Territorial characteristics of breast cancer incidence of the female population of the Omsk region. Meditsinskiy al'manakh. 2014; 4: 84-6. (in Russian)
12. Turchaninov D.V., Brusentsova A.V., Yunatskaya T.A., Glagoleva O.N., Vil'ms E.A., Boyarskaya L.A. et al. Prevention of anemia related to nutrition, the population of the Omsk region. MR 2.3.7/2.3.1.001-12. Omsk; 2012. (in Russian)
13. Turchaninov D.V., Vil'ms E.A., Turchaninova M.S., Shupina M.I. Damage to the structure of the population of Western Siberia power as a risk factor for the formation of diseases of the circulatory system. Profilak-ticheskaya i klinicheskaya meditsina. 2013; (2): 56-61. (in Russian)
14. Vil'ms E.A., Turchaninov D.V. Mineral disorders in population of Omsk region: epidemiology and prophylactic. Omskiy nauchnyy vestnik. 2010; (1): 21-5. (in Russian)
15. Gmoshinskiy I.V., Mazo V.K. Minerals in human nutrition. Selenium: absorption and bioavailability. Voprosypitaniya. 2006; (5): 15-21. (in Russian)
16. Boyarskaya L.A. Hygienic assessment of the production and use of dairy products enriched with micronutrients, in a regionally-oriented system, the prevention of nutrition-related diseases: Diss. Omsk; 2010. (in Russian)
Поступила 10.02.16 Принята к печати 04.10.16
Методы гигиенических исследований
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016
УДК 614.777:632.954]-074:543.544.45
БрагинаИ.В.1, Федорова Н.Е.2, Волкова В.Н.2, Егорченкова О.Е.2, МухинаЛ.П.2, ЛарькинаМ.В.2
МЕТОД МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕРБИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ КЛАССОВ В ВОДЕ
'Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 127994, Москва;
2ФБУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Мытищи
В работе представлены результаты исследований по созданию многокомпонентного метода измерения концентраций гербицидов различной химической природы при их совместном присутствии в воде. Обоснована оптимальность применения высокоэффективной жидкостной хроматографии на обращенной фазе с диод-но-матричным детектором (рабочая длина волны 240 нм) для измерения уровней 10 действующих веществ гербицидов класса сульфонилмочевины (метсульфурон-метил, никосульфурон, сульфометурон-метил, тифен-сульфурон-метил, трифлусульфурон-метил), имидазолинонов (имазапир, имазетапир), пиримидилбензойной кислоты (биспирибака кислота), триазолпиримидинов (пеноксулам), бензоилпиразола (топрамензон). Для концентрирования и очистки проб воды использованы патроны для твердофазной экстракции Oasis HLB -макропористый сополимер, изготовленный на основе сбалансированного соотношения 2 мономеров - ли-пофильного дивинилбензола и гидрофильного N-винилпирролидона. Диапазон определяемых концентраций в воде 0,0005-0,005 мг/дм3, величины среднего квадратичного отклонения варьируют в диапазоне 1,8-3,9%. Хлорсодержащие гербициды кислого характера анализировали методом капиллярной газожидкостной хроматографии с детектором электронного захвата ионов и масс-селективным детектором (тип ионизации -
дигиена и санитария. 2016; 95(11)
DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104_
Оригинальная статья
электронный удар) при предварительном превращении соединений в летучие производные с использованием диазометана. Удовлетворительное извлечение веществ из водного образца достигнуто классической экстракцией в системе жидкость-жидкость с применением трет-бутил-метилового эфира. Для очистки де-риватизированного образца использованы патроны для твердофазной экстракции на основе силикагеля. Диапазон определяемых концентраций 9 действующих веществ, относящихся к классам феноксиуксусной (2,4-Д, МЦПА), пиридинкарбоновой (аминопиралид, пиклорам, клопиралид), бензойной кислот (дикамба), бензотиа-диазинона (бентазон), бифенилового эфира (ацифлуорфен) и хлорацетамида (ацетохлор), - 0,0001-0,001 мг/ дм3, среднее квадратичное отклонение варьирует в диапазоне 1,8-3,3%.
Ключевые слова: гербициды; вода; аналитический контроль; многокомпонентный анализ.
Для цитирования: Брагина И.В., Федорова Н.Е., Волкова В.Н., Егорченкова О.Е., Мухина Л.П., Ларькина М.В. Метод многокомпонентного исследования гербицидов различных химических классов в воде. Гигиена и санитария. 2016; 95(11): 1099-1104. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-11-1099-1104
Bragina I.V.1, Fedorova N.E.2, Volkova V.N.2, Egorchenkova O.E.2, Mukhina L.P.2, Larkina M.V.2
THE METHOD OF MULTICOMPONENT DETERMINATION OF HERBICIDES OF VARIOUS CHEMICAL
CLASSES IN WATER
1The Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare, Moscow, 127994, Russian Federation; 2F.F. Erisman Federal Research Center of Hygiene, Mytischi, 141014, Russian Federation
In the work there are considered results of the development of the multicomponent method of measurement of concentration of herbicides of various chemical nature under their joint presence in the water. There was justified the optimality of application of HPLC-DAD (the working wavelength of 240 nm) for the determination of levels of 10 active ingredients of herbicides of class of sulfonylurea (metsulfuron-methyl, nikosulfuron, sulfometuron-methyl, thifensulfuron-methyl, triflusulfuron-methyl), imidazolinone (imazapyr, imazethapyr), 2,6-Bis[(4,6-dimethoxy-2-pyrimidinyl)oxy]benzoic acid (bispyribac acid), triazol-pyrimidines (Penoxsulam), a benzoylpyrazole compound (Topramenzone). For the concentrating and cleaning of samples of water there were used cartridges for solid-phase extraction of Oasis HLB - the macro porous copolymer made on the basis of the balanced ratio of 2 monomers -lipophilic divinylbenzene and hydrophilic N-vinylpirrolidone. The range of the detected concentrations in water was volatile between 0.0005 and 0.005 mg/L, values of standard deviation vary in the range of 1.8-3.9%. Chlorine-containing acidic herbicides were analyzed by the method of GC-ECD and GC-MS (IE) after preliminary converting of compounds into flying derivatives with the use of diazomethane. Satisfactory extraction of substances from a water sample may be achieved by classical extraction in the system "liquid-liquid" with the application of Methyl tert-butyl ester. For cleaning of the derivatized sample there were used cartridges for solid-phase extraction on the basis of silica gel. The range of the determination of 9 active ingredients referring to classes of phenoxy-acetic acid (2,4-D, MCPA), pyridinecarboxylic (aminopyiralid, picloram, clopyralid), benzoic acids (dicamba), benzothiadiazinone (bentazone), biphenyl ester (acifluorfen) and a chloroacetamide (acetochlor) - 0.0001-0.001 mg/L, SD values vary in the range of 1.8-33%.
Keywords: herbicides; water; analytical control; multicomponent analysis.
For citation: Bragina I.V., Fedorova N.E., Volkova V.N., Egorchenkova O.E., Mukhina L.P., Larkina M.V. The method of multicomponent determination of herbicides of various chemical classes in water. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian Journal) 2016; 95(11): 1099-1104. (In Russ.). DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-11-1099-1104
For correspondence: Natalia E. Fedorova, MD, PhD, DSci., Head of the Department of Analytical Control Methods of the F.F. Erisman Federal Research Center of Hygiene, Mytischi, 141014, Russian Federation. E-mail: analyt1@yandex.ru
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgment.The study had no sponsorship. Received: 10 March 2016 Accepted: 04 October 2016
Введение
Для реализации современных надзорных направлений по обеспечению безопасности пестицидов наряду с токсиколого-гигиени-ческой оценкой важны создание новых и валидация рекомендуемых методов идентификации и количественного детектирования их остаточных количеств, микронутриентов, ксенобиотиков и др. [1-3].
К важнейшей проблеме химии ксенобиотиков может быть отнесено требование повышения производительности методов при одновременном сохранении надежности и высоких метрологических параметров измерения микроколичеств пестицидов в присутствии иных токсикантов, влияния матричной основы аналитических образцов, возрастающего объема используемых смесевых препаратов, содержащих 3, 4 и более действующих веществ в различных композициях. Применение в сельском хозяйстве пестицидных препаратов обеспечено официальными методами индивидуального определения концентраций действующих веществ в воде водоемов, каждый из которых имеет свой набор необходимых реактивов, оборудования, конкретную процедуру пробоподготовки и количественной
Для корреспонденции: Федорова Наталия Евгеньевна, д-р биол. наук, зав. отд. аналитических методов контроля ФБУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Мытищи. E-mail: analyt1@yandex.ru
идентификации. Вместе с тем гигиеническая оценка водного объекта может потребовать последовательного выполнения целого ряда методик.
Дальнейший этап развития рациональных подходов лабораторного контроля лежит в плоскости внедрения многокомпонентного метода, при этом предварительно следует аналитически обосновать стадии анализа, условия применения как газожидкостной (ГЖХ), так и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), что позволяет аналитику наиболее полно использовать арсенал испытательной лаборатории.
Основные химические классы гербицидов, применяемых в современном сельском хозяйстве, включают производные арил-карбоновых кислот (феноксиуксусной, пропионовой, пиридинкар-боновой), сульфонилмочевины, замещенные хлорацетанилиды, фе-нилкарбаматы, производные мочевины и т. д.
Задача настоящего исследования состояла в создании способа многокомпонентного определения концентраций 19 действующих веществ, относящихся к 11 химическим классам гербицидов в воде с использованием приемов ГЖХ и ВЭЖХ.
Анализ материалов отечественной и зарубежной литературы по методическим подходам к аналитическому, в том числе многокомпонентному, контролю остаточных количеств гербицидов изучаемых классов в объектах среды обитания, а также накопленный собственный опыт обосновали оптимальность применения ГЖХ
для определения 9 действующих веществ, относящихся к классам феноксиуксусной (2,4-Д, МЦПА), пиридинкарбоновой (аминопи-ралид, пиклорам, клопиралид), бензойной кислот (дикамба), бен-зотиадиазинона (бентазон), бифенилового эфира (ацифлуорфен) и хлорацетамида (ацетохлор) и ВЭЖХ - для идентификации 10 действующих веществ гербицидов, входящих в классы сульфонилмо-чевин (метсульфурон-метил, никосульфурон, сульфометурон-метил, тифенсульфурон-метил, трифлусульфурон-метил), имидазолинонов (имазапир, имазетапир), пиримидилбензойной кислоты (биспириба-ка кислота), триазолпиримидинов (пеноксулам), бензоилпиразола (топрамензон). Большинство действующих веществ, относящихся к классам сульфонилмочевин, имидазолинонов, а также биспириба-ка кислота, пеноксулам, топрамензон, являются высокополярными, водорастворимыми, нелетучими (давление насыщенного пара менее 10-3 мПа), зачастую термически лабильными соединениям (сульфо-нилмочевины) в этой связи обоснованность использования ВЭЖХ для их детектирования вполне правомерна [4-7].
Для идентификации хлорсодержащих пестицидов кислотного характера (2,4-Д, МЦПА, аминопиралид, пиклорам, клопиралид, дикамба, бентазон, ацифлуорфен) разработаны методы как ГЖХ [8-12], так и ВЭЖХ [13-16]. С точки зрения слабой летучести этих соединений приоритет следовало бы отдать жидкостно-хроматогра-фическому разделению (не предусматривающему предварительной дериватизации веществ), поскольку стадия дериватизации не только занимает определенный временной промежуток, но также может влиять на воспроизводимость и стабильность метода.
Вместе с тем большинство арилкарбоновых кислот имеют максимальное ультрафиолетовое поглощение в области 200-220 нм, где фиксируется существенная интерференция природных компонентов, в частности гуминовых веществ. В этой связи даже при использовании метода ВЭЖХ ряд исследователей проводят дериватизацию ана-литов этого класса для изменения их хроматографического поведения без повышения чувствительности детектирования [10]. Одновременно предложен целый ряд способов и реагентов для превращения соединений в летучие производные для их газохроматографического измерения [8-11]. Наличие в структуре молекул атомов хлора позволяет использовать для идентификации детектор электронного захвата ионов (ДЭЗ), чувствительный к присутствию галогенов, а также ароматических (сопряженных) фрагментов, что существенно расширяет возможности использования метода в практике.
Материал и методы
Подготовка модельных проб воды
В качестве основы для подготовки модельных проб использована дехлорированная водопроводная вода, не имеющая несвойственного ей запаха (привкуса) и свободная от взвешенных частиц. Источником органических веществ естественного происхождения и активной сапрофитной микрофлоры служила хозяйственно-бытовая сточная вода (2-3 см3 сточной воды на 20 дм3 водопроводной), свободная от примесей ингредиентов промышленных сточных вод и взвешенных частиц. Для приготовления модельных проб воды с внесением веществ использованы растворы действующих веществ в ацетонитриле, концентрация 10 мкг/см3 (метод ВЭЖХ) и ацетоне, концентрация 1 мкг/см3 (метод ГЖХ).
Материалы
Использованы аналитические стандартные образцы: 2,4-Д (ГСО 7648-99), МЦПА (ГСО 8627-2004), ацетохлора (ГСО 7702-99), бен-тазона (ГСО 7491-98), дикамбы (ГСО 7652-99), имазапира (ГСО 7708-99), имазетапира (ГСО 8625-2004), клопиралида (СОП 56-06), метсульфурон-метила (ГСО 8626-2004), никосульфурона (СОП 8307), сульфометурон-метила (СОП 55-06), тифенсульфурон-метила (СОП 82-07), трифлусульфурон-метила (СОП 97-08), производства НПК «Блок-1» (Россия), аминопиралида, ацифлуорфена, биспири-бак кислоты, пеноксулама, пиклорама, топрамезона фирмы Sigma-Aldridge; вода, ортофосфорная, соляная, серная и уксусная кислоты, ацетон, ацетонитрил, н-гексан, диэтиловый эфир, н-пропанол, метил-трет-бутиловый эфир квалификации для ВЭЖХ фирмы Pan-reac (Испания). Для концентрирования проб воды применены картриджи фирмы Waters: Sep Pak C18 Classic, Oasis HLB 3 сс (60 мг) и Oasis MAX 6 cc (500 мг) (№ по каталогу WAT051910, 186000679и 186000865 соответственно), очистки экстракта - Sep Pak Silica (№ по каталогу WAT051900). Получение N-нитрозо-Ы-метилмочевины и раствора диазометана выполнено по типичной методике [12].
Подготовка проб воды с использованием твердофазной экстракции (ТФЭ)
Пробу воды подкисляли до pH 3,0 с помощью ортофосфорной или уксусной кислоты (метод ВЭЖХ), до pH 1,0-2,0 с помощью серной или соляной кислоты, разбавленной 1:1 (метод ГЖХ). Перед
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(11)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104
Оriginal article
использованием патроны последовательно промывала ацетонитри-лом, бидистиллированной водой (порциями по 5 см3), затем 20 см3 1% раствора уксусной кислоты в воде (метод ВЭЖХ) или 0,01 М соляной кислотой (метод ГЖХ).
Подготовка проб воды для анализа методом ВЭЖХ
Образец воды объемом 200 см3 пропускали через концентрирующий патрон со скоростью 2-3 см3/мин. Элюат отбрасывали. При использовании патронов С18 Sep Pak вещества элюировали 1 см3 метанола (две порции по 1 см3). В элюат вносили 1 см3 смеси аце-тонитри 0,1% ортофосфорная кислота (1:1). При использовании патронов Oasis MAX и HLB после нанесения пробы патрон освобождали от воды пропусканием потока азота (воздуха) в течение 10-20 мин. Вещества элюировали тремя порциями (по 4 см3) 1% раствора уксусной кислоты в ацетоне непосредственно в колбу для упаривания (патроны Oasis MAX) или 3 см3 ацетонитрила (патроны Oasis HLB). Концентрировали досуха, остаток растворяли в 2 см3 смеси ацетонитрил 0,1% ортофосфорная кислота (1:1).
Подготовка проб воды для анализа методом ГЖХ
При использовании патронов C18 Sep Pak. После нанесения пробы патрон высушивали продувкой воздухом в течение 10-15 мин. Вещества элюировали с патрона 4 см3 ацетона, затем 4 см3 метанола. При использовании патронов Oasis HLB после нанесения пробы патрон промывали 10 см3 1% водного раствора уксусной кислоты, освобождали от влаги пропусканием потока азота (воздуха) в течение 15 мин. Вещества элюировали 20 см3 1% раствора уксусной кислоты в метаноле, собирая элюат в колбу для упаривания. Пробы упаривали досуха, для освобождения от следов влаги при упаривании использовали ацетонитрил. К сухому остатку добавляли диазометан (3 см3), оставляли на 30 мин, отдували эфир и избыток диазометана, остаток растворяли в 2 см3 гексана.
Экстракция в системе жидкость-жидкость
Образец воды объемом 200 см3 подщелачивали до pH 12,0 раствором гидроксида натрия в концентрации 4 моль/дм3, выдерживали 1 ч при комнатной температуре для гидролиза эфиров. Доводили pH раствора до 1,0 с помощью концентрированной серной кислоты, добавляли к раствору 2 г сульфата меди, перемешивали до полного растворения соли (голубой цвет водного позволяет контролировать распределение водной и органической фаз при экстракции), экстрагировали трижды метил-трет-бутиловым эфиром (порциями 75, 50 и 50 см3). Объединенный экстракт концентрировали до влажного остатка, оставшийся растворитель отдували потоком теплого воздуха, для освобождения от следов влаги при упаривании использовали ацетонитрил. К сухому остатку добавляли диазометан (3 см3), оставляли на 30 мин, вносили 0,1 г силикагеля, отдували эфир и избыток диазометана. Остаток растворяли в 3 см3 метил-трет-бутилового эфира, раствор пропускали через концентрирующий патрон Sep Pak Silica, предварительно промытый 10 см3 этого же растворителя. Элюат собирали непосредственно в круглодонную колбу для упаривания. Патрон дополнительно промывали двумя порциями метил-трет-бутилового эфира объемом 3 см3. К объединенному элюату в колбе добавляли 0,1 см3 н-пропанола, отдували растворитель потоком теплого воздуха (не помещая колбу на подогретую водяную баню) до влажного остатка. Вносили в колбу 1 см3 н-гексана и вновь отдували растворитель до влажного остатка (отсутствие запаха эфира). Остаток растворяли в 2 см3 гексана.
Условия хроматографирования
Количественную идентификацию веществ методом ВЭЖХ выполняли с использованием жидкостного хроматографа «Agilent 1200» (США), состоящего из бинарного насоса, вакуумного дегазатора, термостатируемого колоночного отделения, автосэмплера и диодно-матричного детектора (рабочая длина волны 240 и 280 нм). Режим градиентного элюирования: ацетонитрил (компонент А), 0,1% ортофосфорная кислота (компонент В), от 15% компонента А до 30% компонента А (от 0,2 до 0,7 мин), 40% компонента А (10 мин), 60% компонента А (13 мин), 70% компонента А (20 мин), 85% компонента А (от 22 до 26 мин), в завершении 15% компонента А (от 30 до 32 мин), скорость потока элюента 0,8 мл/мин через колонку ZORBAX Eclipse XDB C-18 (15 см*4,6 мм*5 мкм), термостатируе-мую при 25 °C. Хроматографируемый объем 20 мм3.
Количественную идентификацию веществ методом ГЖХ выполняли с применением газового хроматографа Agilent Technologies 6890N (США), снабженного электронозахватным (ЭЗД) и масс-селективным детектором (МСД) серии 5975. Использованы капиллярные колонки: DB-1701 (30 м*0,25 мм*0,25 мкм), температура детектора (ДЭЗ): 320 °C, испарителя 240 °C. Температура термостата колонки программированная. Начальная температура 100 °C, выдержка 2 мин, нагрев по 8° в минуту до 200 °C, выдержка 5 мин, нагрев по 5° в минуту до 260 °C, выдержка 8 мин, нагрев по
гиена и санитария. 2016; 95(11)
РРк http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104_
Оригинальная статья
Таблица 1
Эффективность экстракции веществ из образцов воды
Средняя полнота извлечения, %
Вещество C18 Sep Pak Oasis HLB Oasis МАХ*/экс-тракция в системе жидкость-жидкость**
Биспирибака кислота 84 86 50*
Имазапир 79 85 27*
Имазетапир 96 90 97*
Метсульфурон-метил 77 84 26*
Никосульфурон 75 93 70*
Пеноксулам 89 87 78*
Сульфометурон-метил 80 94 93*
Тифенсульфурон-метил 76 83 87*
Трифлусульфурон-метил 84 88 97*
Топрамезон 34 93 11*
Клопиралид 90 90 93**
Дикамба 56 41 98**
2,4-Д 91 42 100**
Ацетохлор 95 67 89**
Бентазона 98 85 91**
Пиклорам 18 40 89**
Аминопиралид 94 61 94**
Ацифлуорфен 95 70 95**
МЦПА 98 95 91**
20° в минуту до 280 °C, выдержка 2 мин. Газ-носитель - азот, поток 1,0 см3/мин, средняя линейная скорость: 27 см/с, давление 99,6 кПа, а также HP-5ms (30 м*0,25 мм*0,25 мкм). Температура детектора (МСД): 320 °C, квадруполя 150 °C, источника 230 °C, переходной камеры 280 °C, испарителя 250 °C. Температура термостата колонки программированная. Начальная температура 100 °C, выдержка 2 мин, нагрев по 5° в минуту до 200 °C, выдержка 5 мин, нагрев по 8° в минуту до 260 °C, выдержка 6 мин, нагрев по 20 градусов в минуту до 300 °C. Газ 1 (гелий): поток в колонке 1,3 см3/мин, давление 96,8 кПа, средняя линейная скорость 43 см/с. Хроматографируемый объем 1 мм3.
Статистический анализ включал определение средней величины и среднего квадратичного отклонения по результатам исследования модельных воды с внесением веществ с использованием стандартной программы Microsoft Excel 2016 в среде Windows 2010.
Результаты
Развитие метода многокомпонентного определения гербицидов различных химических классов при совместном присутствии в воде включало два основных этапа, в частности извлечение аналитов из аналитического образца и последующий инструментальный анализ. Условия выполнения этих этапов были оптимизированы в направлении эффективной экстракции, оптимизации разрешения пиков и достижения более низкого предела обнаружения.
На первом этапе исследований были экспериментально определены условия экстракции соединений. При анализе современной литературы [4-8, 13, 14] наше внимание было обращено на достаточно новый и весьма эффективный прием извлечения веществ из водного раствора, так называемую «твердофазную экстракцию» (ТФЭ), сочетающую одновременно функции концентрирования и очистки пробы. Адекватность применения ТФЭ связана и с особенностями молекулярной структуры соединений класса сульфонилмо-чевины, их физико-химических свойств, высокой лабильностью в растворе при варьировании pH, температуры, характера анализируемой среды.
В рамках наших исследований для пробоподготовки использовано три вида сорбентов для ТФЭ (C18 Sep Pak, Oasis HLB и Oasis
MAX). Концентрирующие патроны C18 Sep Pak предназначены для работы с водными средами, включают в качестве сорбента монофункциональный силан, поверхностная активность которого обусловлена группировкой - Si(CH3)2C18H37.
Сорбент Oasis HLB является макропористым сополимером с уникальным гидрофильно-липофильным балансом, полимер изготовлен на основе сбалансированного соотношения 2 мономеров - липо-фильного дивинилбензола и гидрофильного N-винилпирролидона, удерживает полярные соединения много лучше, чем силикагель-связанные носители и представляет альтернативу традиционным ТФЭ-сорбентам. Сорбент Oasis MAX, представляющий собой смесь анионообменной и обращенной фаз, хорошо зарекомендовал себя для экстракции органических соединений кислотного характера (рКа 2-5), к которым относится большинство изучаемых веществ класса сульфонилмочевин, имидазолинонов, идентифицируемых методом ВЭЖХ. Этот новый водосовместимый полимерный сорбент устойчив в диапазоне pH от 0 до 14,0. Для извлечения соединений, идентифицируемых ГЖХ, ряд из которых являются сильными кислотами, анионообменный сорбент был исключен.
Результаты проведенных исследований по твердофазному концентрированию водных образцов с целью определения 10 действующих веществ гербицидов (биспирибак кислота, имазапир, имазетапир, метсульфурон-метил, никосульфурон, пеноксулам, сульфометурон-метил, тифенсульфурон-метил, трифлусульфурон-метил и топрамезон) в одном аналитическом образце при совместном присутствии обосновали оптимальность использования патронов Oasis HLB (табл. 1).
Полимерный сорбент Oasis HLB, хорошо зарекомендовавший себя для концентрирования производных сульфонилмочевины, ими-дазолинона и др., для извлечения из образцов воды хлорсодержа-щих гербицидов кислого характера и ацетохлора при их совместном определении, оказался неэффективным, потери 2,4-Д, дикамбы, пиклорама достигали 60%, ацетохлора, ацифлуорфена, аминопи-ралида - от 39 до 30%. Сорбент на основе С18-привитого силана продемонстрировал более удовлетворительные показатели, полнота извлечения 7 веществ достигала 90% и более, отмечены ощутимые потери пиклорама (до 82%) и дикамбы (до 44%).
Проведено изучение возможности использования для одновременного извлечения 9 веществ из водных проб классического варианта экстракции в системе жидкость-жидкость (Ж-Ж). С учетом известных количественных параметров растворимости веществ в эфирах, опыта, накопленного при разработке методик измерения концентраций 2,4-Д и МЦПА в воде, а также данных литературы [12], сделано заключение о целесообразности применения для целей экстракции метил-трет-бутилового эфира.
Было обращено внимание на то, что большинство изучаемых веществ проявляют кислотный характер (рКа 1,97-3,3), характеризуются реакционной способностью и в окружающей среде могут присутствовать не только в свободном виде, но и в виде солей, а также эфиров, которые перед экстракцией необходимо гидролизовать до исходных кислот. С этой целью образец отфильтрованной воды подщелачивали до pH 12,0 раствором гидроксида натрия в концентрации 4 моль/дм3, выдерживали час при комнатной температуре, затем доводили pH раствора до 1,0 с помощью концентрированной серной кислоты.
Данные по полноте экстракционного извлечения веществ, представленные в табл. 1, демонстрирует оптимальность классического приема экстракционного извлечения в системе жидкость-жидкость 9 гербицидов, определяемых методом ГЖХ.
Следовало принять во внимание то обстоятельство, что при экстракции водной пробы органическим растворителем одновременно с интересующими нас аналитами проба обогащается и мешающими коэкстрактивными веществами. В этой связи для достоверной идентификации веществ на низких уровнях (0,0001 мг/дм3) предусмотрена очистка экстракта.
Апробированы 2 варианта препаративной хроматографии - стеклянная колонка, заполненная флорисилом, а также ТФЭ на патроне, содержащем силикагель. Экспериментально показано, что при пропускании растворов метиловых производных изучаемых веществ и ацетохлора в трет-бутил-метиловом эфире через микроколонку с флорисилом (2 см3), потери отдельных веществ достигали 90-95%, тогда как при пропускании раствора через патрон с силикагелем потери практически отсутствовали, за исключением метилового эфира ацифлуорфена, полнота извлечения которого составила 86%.
По направлению оптимизации параметров ВЭЖХ следует отметить, что структура соединений класса сульфонилмочевины, имидазолинонов, биспирибака кислоты, пеноксулама, топрамензона обусловливает возможность детектирования веществ в ультрафио-
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(11)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104
летовом диапазоне спектра, отмечены специфичные спектры поглощения веществ, имеющие четкие максимумы в районе 240 и 280 нм.
Поскольку удерживающая способность гербицидов существенно разнится, для их многокомпонентного анализа использована техника градиентного элюирования. Основные трудности при подборе градиента соотношения растворителей в подвижной фазе в динамике элюирования были связаны прежде всего со слабой удерживающей способностью имазапира, необходимостью разделения 10 веществ, в большинстве своем близких по структуре. Вследствие малого времени удерживания пик имазапира плохо разделялся от мешающих ингредиентов, имел несимметричную форму. Поэтапное изменение процентного соотношения компонентов подвижной фазы в начальный период элюирования позволило достичь оптимального разделения вещества
Зависимость интенсивности сигнала от содержания веществ в растворе линейна в диапазоне 0,05-0,5 мкг/см3, что соответствует диапазону определяемых концентраций в воде 0,0005-0,005 мг/дм3, среднее квадратичное отклонение варьирует от 1,8 до 3,9%, соотношение сигнал-шум на пределе обнаружения (при 240 нм) составляет диапазон от 5:1 (пеноксулам) до 20:1 (трифлусульфурон-метил).
Как было рассмотрено выше, для идентификации хлорсодержащих пестицидов кислотного характера (2,4-Д, МЦПА, аминопиралид, пиклорам, клопиралид, дикамба, бентазон, ацифлуорфен) мы остановились на методе ГЖХ с предварительной дериватизацией веществ в летучие производные.
Наличие в структуре молекул атомов хлора позволяет использовать для идентификации соединений детектор электронного захвата ионов, чувствительный к присутствию галогенов, а также ароматических (сопряженных) фрагментов, что существенно расширяет возможности использования метода в практике. Предложен целый ряд способов и реагентов для превращения соединений в летучие производные для их газохроматогра-фической идентификации. Наиболее широко распространенным дериватизирующим агентом является диазометан, однако вследствие его высокой специфичной токсичности рекомендовано использование альтернативных этерифицирующих реагентов, таких как серная кислота в 1-пропаноле, метаноле или н-бутаноле, трифторид бора в метаноле, н-бутаноле или 2-хлорэтаноле, а также пентафторбензил бромид [6, 9]. Показано, что для одновременного получения летучих производных целого ряда веществ, имеющих, в том числе стерически затрудненную структуру, кислотный характер которых обусловлен не только карбоксильными, но и иминными и фенольными группировками, наиболее предпочтительным является использование раствора диазометана [12]. Экспериментально установлено, что в использованных условиях обработки ацетохлор остается в неизменном виде.
При разработке оптимального варианта хроматографирования апробировано 4 режима программирования термостата колонки в направлении разделения пиков. ацетохлора и бентазона, а также устранения наложения на сигналы ацифлуорфена и МЦПА фтала-тов, источником которых могут являться эластичные пластики.
Приведенные выше исследования по подбору оптимального режима хроматографирования демонстрируют, что положительные находки аналитических измерений с применением электронозахват-ного детектора могут быть связаны с присутствием посторонних ингредиентов матричной основы образца, растворителей, материалов, используемых в ходе анализа. В этой связи в разработанную методику измерений для обеспечения достоверности результатов включен масс-селективный детектор (метод подтверждения):
Показана линейная зависимость интенсивности сигнала от содержания веществ в растворе в концентрационном диапазоне 0,01-0,1 мкг/см3, что соответствует диапазону определяемых концентраций в воде 0,0001-0,001 мг/дм3, среднее квадратичное отклонение 1,8-3,3%, соотношение сигнал-шум на нижнем пределе количественного определения (ДЭЗ) составляет диапазон от 10:1 (бентазон) до 50:1 (ацифлуорфен).
Original article
Таблица 2
Основные характеристики разработанного метода
Наименование вещества Химический класс ПДК/ОДУ в воде водоемов, мг/дм3 (ГН 1.2.3111-13) Принцип определения, предел обнаружения, мг/дм3 Способ извлечения
2,4-Д Феноксиуксусная кислота 0,0002/ ГЖХ Ж-Ж*
Ацетохлор Хлорацетамид 0,003/ ГЖХ Ж-Ж
Аминопиралид Пиридинкарбоновая кислота 0,1/ ГЖХ Ж-Ж
Ацифлуорфен Бифениловый эфир 0,002/ ГЖХ Ж-Ж
Бентазон Бензотиадиазинон ГЖХ Ж-Ж
Дикамба Бензойная кислота 0,02/ ГЖХ Ж-Ж
Клопиралид Пиридинкарбоновая кислота 0,04/ ГЖХ Ж-Ж
МЦПА Феноксиуксусная кислота 0,003/ ГЖХ Ж-Ж
Пиклорам Пиридинкарбоновая кислота 0,04/ ГЖХ Ж-Ж
Биспирибака кислота Пиримидилбензойная кислота /0,1 ВЭЖХ,0,0005 ТФЭ**
Имазапир Имидазолинон 0,1/ ВЭЖХ ТФЭ
Имазетапир Имидазолинон 0,09/ ВЭЖХ ТФЭ
Метсульфурон-метил Сульфонилмочевина 0,01/ ВЭЖХ ТФЭ
Никосульфурон Сульфонилмочевина 0,004/ ВЭЖХ ТФЭ
Пеноксулам Триазолпиримидин 0,005/ ВЭЖХ ТФЭ
Сульфомету-рон-метил Сульфонилмочевина 0,02/ ВЭЖХ ТФЭ
Тифенсульфу-рон-метил Сульфонилмочевина 0,01/ ВЭЖХ ТФЭ
Трифлусульфу-рон-метил Сульфонилмочевина 0,005/ ВЭЖХ ТФЭ
Топрамезон Бензоилпиразол 0,02/ ВЭЖХ ТФЭ
тракция.
Обсуждение
На основе различий химических и физических свойств пестицидов выделяют кислотные, нейтральные или основные соединения, структуры отдельных веществ содержат галогены, атомы фосфора, а также серы или азота - данные гетероатомы имеют существенное значение для обоснования способа идентификации пестицидов. Некоторые соединения крайне летучи, другие не испаряются или существенно термически лабильны. Это разнообразие создает проблемы в развитии «универсальных» аналитических методов определения остаточных количеств, которые направлены на идентификацию максимально большего числа аналитов в одной пробе за счет использования возможностей современных средств измерений и способов пробоподготовки.
Ряд изученных в настоящей работе веществ (например, суль-фонилмочевины и имидазолиноны) относится к достаточно новым классам гербицидов, которые, как правило, применяются с более низкими нормами расхода (благодаря существенному гербицид-ному эффекту), отличаются меньшей токсичностью для человека. Вместе с тем для отдельных гербицидов при концентрациях в воде водоемов порядка 100 нг/дм3 (0,1 • 10-3 мг/дм3) отмечена возможная токсичность для растений, что обусловливает требования к пределу их обнаружения.
Большинство исследованных гербицидов являются высокополярными, водорастворимыми и лабильными соединениями, что ограничивает их анализ газовой хроматографией. Возможно успешное использование высокоэффективной жидкостной хроматографии, но применение стандартных оптических методов детектирования проблематично, в связи с тем что в образцах природной воды присутствует существенное число органических соединений, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра. Данное обстоятельство потребовало создания эффективных способов концентрирования и очистки, направленных на устранение матричных эффектов.
гиена и санитария. 2016; 95(11)
DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-95-11-1099-1104_
Оригинальная статья
Новизна и перспективность методического подхода заключаются в детальном обосновании и конкретизации стадий многокомпонентного анализа 19 действующих веществ гербицидов, относящихся к 11 химическим классам соединений (сульфонилмочевины, арилоксикарбоновые, пиридинкарбоновые, бензойные кислоты, имидазолиноны, бифениловые эфиры, хлорацетамиды и др.), что позволяет исключить фрагментарный характер анализа, обеспечивает переход на качественно новую ступень химической безопасности, дает существенный экономический эффект за счет повышения производительности при сохранении высоких метрологических параметров способа.
Основные характеристики разработанного метода одновременного определения широкого спектра гербицидов в воде при их совместном присутствии представлены в табл. 2.
На основании материалов, полученных в лабораторных и натурных испытаниях, сформированы методические указания по измерению концентраций гербицидов различных классов при совместном присутствии в воздушной среде и воде водоемов хроматографиче-скими методами, утвержденные в установленном порядке по разделу «4.1. Методы контроля. Химические факторы (МУК 4.1.308513)». С применением разработанных подходов оценены регламенты и наиболее распространенные технологии применения в сельском хозяйстве 9 гербицидных препаратов. Обобщенные аналитические данные составили фрагменты установления возможного риска для здоровья населения и работающих.
Выводы
Разработан метод многокомпонентного определения в воде 19 действующих веществ, относящихся к 11 химическим классам гербицидов, включающий сочетанное применение высокоэффективной жидкостной и газожидкостной хроматографии.
Достигнутые нижние пределы измерения (0,0001-0,0005 мг/дм3) в 2 раза и более ниже величин гигиенических нормативов веществ в воде водоемов.
Результаты методического исследования являются определенным этапом развития многокомпонентного анализа пестицидов, что существенно при проведении надзорных мероприятий за уровнями остаточных количеств действующих веществ с использованием стандартного оборудования аналитических лабораторий.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература (п.п. 4-16 см. References)
1. Онищенко Г.Г. Гигиенические аспекты обеспечения экологической безопасности при обращении с пестицидами и агрохимикатами. Гигиена и санитария. 2003; 82(3): 3-5.
2. Ракитский В.Н., Юдина Т.В., Федорова Н.Е. Значимость алгоритма химико-аналитического контроля пестицидов в безвредности объектов среды обитания. Международный научно-исследовательский журнал. 2015; 34 (3-4): 103-5.
3. Тутельян В.А., Шандала М.Г. Химическая безопасность как токси-колого-эпидемиологическая проблема медицинской науки и практики. Токсикологический вестник. 2014; (6): 2-7.
References
1. Onishchenko G.G. Hygienic aspects of ensuring ecological safety at the treatment of pesticides and agrochemicals. Gigiena i sanitariya. 2003; 82(3): 3-5. (in Russian)
2. Rakitskiy V.N., Yudina T.V., Fedorova N.E. Importance of algorithm of chemical analysis control of pesticides in harmlessness of objects of habitat. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel 'skiy zhurnal. 2015; 34 (3-4): 103-5. (in Russian)
3. Tutel'yan V.A., Shandala M.G. Chemical safety as toxicology and epidemiological problem of medical science and practice. Toksikologicheskiy vestnik. 2014; (6): 2-7. (in Russian)
4. Di Corcia A., Crescenzi C., Samperi R., Scappaticco L. Trace analysis of sulfonylurea herbicides in water: Extraction and purification by carbo-graph 4 cartridge, followed by liquid chromatography with UV detection, and confirmatory analysis by an electrospray/mass detector. Anal. Chem. 1997; 69(14): 2819-26.
5. Furlong E.T., Burkhardt M.R., Gates P.M., Wemer S.l., Battaglin W.A. Routine determination of sulfonylurea, imidazolinone, and sulfonamide herbicides at nanogram-per-liter concentrations by solid-phase extraction and liquid chromatography/mass spectrometry. Sci. Total Environ. 2000; 248(2-3): 135-46.
6. Lagana A., Fago G., Marino A. Simultaneous determination of imidazoli-none herbicides from soil and natural waters using soil column extraction and off-line solid-phase extraction followed by liquid chromatography with UV detection or liquid chromatography/electrospray mass spectros-copy. Anal. Chem. 1998; 70 (1): 121-30.
7. Lin H.H., Sung Y.H., Haung S.D. Solid-phase microextraction with highperformance liquid chromatography for the determination of phenylurea herbicides in aqueous samples. J. Chromatogr. A. 2003; 1012(1): 57-66.
8. Gonjalves C., Alpendurada MF. Multiresidue method for the simultaneous determination of four groups of pesticides in ground and drinking waters, using solid-phase microextraction-gas chromatography with electron-capture and thermionic specific detection. J. Chromatogr. A. 2002; 968(1-2): 177-90.
9. Kuang H., Hou Y.X., Chu X.G., Xu C.L. Simultaneous determination of phenoxy acid herbicides in soybean by GC-ECD. Anal. Lett. 2006; 39(13): 2617-27.
10. Lee H.B, Te P., John M. Chemical derivation analysis of pesticides residues. Part XI. An improved method for the determination and confirmation of acidic herbicides in water. J. Assoc. Off. Anal. Chem. 1991; 74(3), 835-42.
11. Tadeo J.L., Sanchez-Brunete C., Garcia-Valcarcel A.I., Martínez L., Pérez R.A. Determination of cereal herbicide residues in environmental samples by gas chromatography. J. Chromatogr. A. 1996; 754(1-2): 347-65.
12. Wendelken S.C., Bassett M.V., Dattilio T.A., Pepich B.V., Munch D.J.
Determination of chlorinated acids in drinking water by liquid-liquid microextraction, derivatization, and fast gas chromatography with electron capture detection. Method 515.4, Revision 1.0 (2000). Cincinnati, Ohio: Technical support Center Office of ground water and drinking water U.S. Environmental Protection Agency. Available at: http://www.ssi.shimad-zu.com/industry/methods/m_515_4.pdf.
13. Carabias-Martínez R., Rodríguez-Gonzalo E., Herrero-Hernández E., Sánchez-San R.F., Prado Flores M.G. Determination of herbicides and metabolites by solid-phase extraction and liquid chromatography evaluation of pollution due to herbicides in surface and groundwaters. J. Chro-matogr. A. 2002; 950(1-2): 157-66.
14. Demoliner A., Caldas S.S., Costa F.P., Goncalves F.F., Clementin R.M., Milani M.M. et al. Development and validation of a method using SPE and LC-ESI-MS-MS for the determination of multiple classes of pesticides and metabolites in ware samples. J. Braz. Chem. Soc. 2010; 21(8): 926-37.
15. Maleki N., Safavi A., Hasanpour F., Shahbaazi H.R. Determination of traces of 2,4-Dichlorophenoxy acetic acid in environmental samples. Sci. Iran. 2008; 15(4): 430-4.
16. Nestorovska-Krsteska A., Mirceska M., Aaron J.J., Zdravkovski Z. Determination of dimethoate, 2,4-dichlorophenoxy acetic acid, mecoprop and linuron pesticides in environmental wares in Republic of Macedonia by high performance liquid chromatography. Maced.J.Chem.Chem.Eng. 2008; 27(1): 25-33.
Поступила 10.03.16 Принята к печати 04.10.16
