CC BY
7
Water — Works Ass.», 1956, v. 48, p. 671—677. — T о u h i 1 1 C. J., Martin E. C., Frijihara M. P. et a. — «J. Water Pollut. Contr. Fed.», 1969, v. 41, Pt 2, p. R 44— 60. — V a i d i с A. H. — «Isotop, radiat. Technol.», 1971, v. 8, p. 451, — Woodbrid-g e D. D., Mann L. A., G a r r e t W. R. — tNucl. News», 1970, v. 9, p. 60—64.
Поступила 7/1X 1977 г.
УДК 614.7:615.277.4:547.2311-074
Доктор хим. наук Я■ Л. Костюковский, Д. Б. Меламед
методы анализа n-нитрозаминов в объектах внешней среды
Институт питания АМН СССР, Москва
В последние годы значительное внимание уделяется изучению N-нит-розаминов (НА), поскольку ряд соединений этого класса оказывает выраженное канцерогенное действие.
НА обнаружены в воздухе, воде, почве и пищевых продуктах. Широкое распространение их во внешней среде вызывает необходимость проведения гигиенических исследований.
Для идентификации и количественного определения НА в различных объектах следует разработать надежные и высокочувствительные методы, однако несмотря на значительное количество проведенных работ, решить эту проблему в полной мере не удалось.
В настоящем обзоре рассмотрены и критически оценены основные из предложенных методов выделения, очистки и определения НА, причем наибольшее внимание уделено летучим, с водяным паром соединениям.
Выделение и очистка из различных объектов являются сложными процессами, так как необходимо полное извлечение микроколичеств НА, а выделенные НА значительно загрязнены примесями, мешающими анализу.
Для выделения НА наиболее часто используют комбинацию перегонки с водяным паром и экстракции органическими растворителями. Большинство процессов выделения начинается с гомогенизации пробы с растворами солей или оснований (Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Crosby и соавт.; Eisenbrand, 1974; Reineccius) с последующим проведением 1—3 перегонок в вакууме или при нормальном давлении (Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Eisenbrand, 1974). Обычно первая перегонка осуществляется из щелочной среды, однако из-за того что смесь пенится и возможны перебросы, некоторые авторы рекомендуют добавлять антивспениватель (Reineccius; Sen и Donaldson, Stephany и соавт.) или проводить первую перегонку из гомогената образца с растворами солей типа хлористого натрия (Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Crosby и соавт.; Foreman и Goodhead, 19756). Полученный дистиллят насыщают солями, добавляют кислые или основные вещества и повторяют перегонку. Естественно, что перегонка из основных сред позволяет освободиться от примесей, имеющих кислый характер (в частности от NO^), а перегонка из кислой среды — от примесей основного характера (аминов и др.). При насыщении смеси солями для выделения НА достаточно отогнать около половины ее объема (Ю. М. Канн и соавт.).
Методы другой группы предусматривают начало процесса выделения с обработки образца органическими растворителями. Н. Д. Горелова и П. П. Дикун; Heyns и Pöper (1974а) предлагают выделение НА из пробы (рыба, вино, мука) только одной экстракцией в аппаратах «Сокслет». Обычно же к образцу добавляют соли или основания и гомогенизируют с органическими растворителями. Вначале отгоняют растворитель, а затем определенный объем воды, содержащий основное количество НА. Дистиллят перегоняют еще 1 или 2 раза, как описано выше, а растворитель исполь-
зуют для экстракции НА (Panalaks и соавт.; Sen и Donaldson; Sen и Рапа-laks). Для выделения НА целесообразно проводить не менее 2—3 перегонок. Возможна дополнительная очистка дистиллятов на ионообменной колонке (Fong и Chan).
Процесс экстракции НА из водных растворов органическим растворителем, обычно хлористым метиленом или реже эфиром (П. А. Боговский и Э. А. Уокер; Н. Д. Горелова и П. П. Дикун; Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Eisenbrand), не представляет особых трудностей. Описаны методы экстракции как непосредственно из дистиллятов (Kowalski; Lane и соавт.), так и после их предварительного насыщения хлористым и сернокислым натрием (Bills и Hildrum), содой или поташом (Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Crosby и соавт.; Panalaks и соавт.; Reinec-cius; Sen и Panalaks), что уменьшает растворимость НА в воде и улучшает условия экстракции (Ю. М. Канн и соавт.). Установлена возможность извлечения НА из дистиллятов с помощью активированного угля (Walters).
Полнота выделения НА из различных объектов существенно зависит от условий проведения перегонки и экстракции. Указанные операции предлагается проводить в специальной аппаратуре (Sen и Donaldson; Stephany и соавт.).
Полученные экстракты подвергают очистке либо непосредственно концентрируют. Обычно их очищают последовательной промывкой водными растворами веществ кислого и основного характера (Lane и соавт.; Panalaks и соавт.; Sen и Donaldson; Sen и Panalaks; Stephany и соавт.) с последующей сушкой сернокислым натрием (магнием). Концентрирование является достаточно ответственной операцией, так как может сопровождаться значительными потерями НА. Пробу обычно концентрируют при небольшом вакууме в аппарате Kuderna-Danish (Panalaks и соавт.; Stephany и соавт.) или на ротационном испарителе (Bills и Hildrum) при температуре порядка 40°С с использованием специальных насадок (Lane и соавт.; Panalaks и соавт.). Для предотвращения потерь рекомендуется после удаления основной части растворителя добавлять небольшое количество гексана или гептана (Goodhead и Gough; Sen и Panalaks; Stephany и соавт.).
В оптимальных условиях удается извлечь из образца 70—90% НА (Fiddler и соавт.; Goodhead и Gough).
В зависимости от применяемых методов анализа НА концентрат используют непосредственно или очищают хроматографией на колонках окисью алюминия (Fiddler и соавт.; Mizote и Odagizi; Panalaks и соавт.; Pensabene и Wassermann; Warthesen и Bills), силикагелем (Eisenbrand; Fiddler и соавт.) или целитом (Howard и соавт.). Возможна очистка концентратов тонкослойной хроматографией (ТСХ).
Хроматографическая очистка достаточно эффективна и, несмотря на заметные потери, широко используется при анализе НА.
Оценивая предложенные методы выделения и очистки, можно для многих объектов рекомендовать следующую схему: гомогенизация — перегонка с водяным паром — отгонка из кислой среды — отгонка из щелочной среды — экстракция — промывка и сушка экстракта — концентрирование — хроматографическая очистка (при необходимости).
Для определения НА (непосредственного или по продуктам их превращения) предложены спектрофотометрические, флюориметрические, хро-матографические, хромато-масс-спектрометрические и другие методы. Естественно, что спектрофотометрическому и флюориметрическому анализу НА должно предшествовать хроматографическое разделение.
Для косвенного определения НА используют продукты их расщепления (нитрит-ион и соответствующий вторичный амин) или восстановления (гидразины). В принципе определение продуктов превращения НА может производиться любыми из известных для соответствующего вещества ме-
тодами, однако практически только немногие из них могут быть использованы в присутствии примесей, попадающих в экстракт при выделении НА.
Наиболее широко для определения НА применяют их расщепление под воздействием УФ-облучения с последующим обнаружением образовавшегося нитрит-иона. Растворы НА после подщелачивания подвергают УФ-облучению и обрабатывают реактивом Грисса (Н. Д. Горелова и П. П. Дикун, 1974). Этот метод позволяет обнаруживать НА в концентрациях порядка 1 мкг/мл и для растворов, не содержащих значительного количества примесей, дает удовлетворительно воспроизводимые результаты. Н. Д. Горелова и П. П. Дикун использовали такую методику для определения летучих и нелетучих НА в рыбных продуктах при содержании их более 30 мкг/кг.
Индивидуальные НА могут быть определены после проведения ТСХ непосредственно на пластинке/ после УФ-облучения и опрыскивания реактивом Грисса или реактивом, содержащим хлористый палладий и дифениламин (Preusmann); чувствительность определения соответственно 0,2— 0,5 и 1 мкг в пятне.
Для проведения ТСХ предложены различные системы растворителей, пригодных для разделения соответственно алифатических, циклических и ароматических НА (Preussmann; Vasundhara и Jayaraman).
Как показали наши опыты, предложенные системы не позволяют разделять смеси алифатических и циклических НА, что важно при анализе ряда объектов внешней среды.
Метод анализа НА после разделения с помощью ТСХ может быть использован и для ориентировочного количественного определения НА при параллельном проведении хроматографии опытных и стандартных образцов (Möhler и Hallenmayer; Vasundhara и Jayaraman). Определение НА после ТСХ более надежно, чем в растворах, однако и в этом случае возможны ошибки, обусловленные наличием в экстрактах мешающих определению примесей (Н. Д. Горелова и П. П. Дикун, 1975; Fiddler).
Для группового определения используются также способы, основанные на денитрозировании НА раствором бромистого водорода в уксусной кислоте с последующей обработкой реактивом Грисса (Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Eisenbrand и Preussmann, 1970), что позволяет определять 1 мкг/мл и применяется для количественной оценки содержания НА в экстрактах.
По аминогруппе, образующейся при расщеплении, НА определяют значительно реже. Описана методика выявления НА в экстрактах проведением ТСХ, УФ-облучением пластинки (после опрыскивания 30% уксусной кислотой) и обработкой раствором нингидрина и пиридина (Kowalski; Sen и Panalaks). При параллельном проведении ТСХ стандартов и опытных образцов возможна ориентировочная количественная оценка (Möhler и Hallenmayer). Чувствительность обнаружения НА — порядка 0,3 мкг в пятне, но селективность недостаточна, за исключением N-нитрозопирро-лидина, который образует флюоресцирующие в УФ пятна (Fine и соавт., 1976а; Panalaks и соавт.; Sen и соавт.; Sen и Donaldson и соавт.; Sen и Panalaks).
Значительный интерес представляет определение НА по аминогруппе флюориметрическими методами, хотя применительно к анализу объектов внешней среды они еще не разработаны. Так, для определения диметил-нитрозамина и нитрозопиперидина Klimisch предложил денитрозировать НА действием бромистого водорода и получать флюоресцирующие производные аминов действием 7-хлор-4-нитробенз-2-окса-1,3-диазола. Производные разделяют ТСХ и визуализируют в УФ; чувствительность около 15 нг в пятне. Имеются указания о возможности определения НА с использованием дансил-хлорида (Eisenbrand; Klimisch), однако методики проведения анализа не описаны.
3 Гигиена н санитария Ni 1
65
Следует подчеркнуть, что надежность и достоверность определения НА существенно повышаются при параллельном обнаружении нитрит-нона и аминогруппы.
Описаны методы выявления НА путем восстановления в несимметричные гидразины (Möhler и Hallenmayer), которые превращают в гндразоны и обнаруживают флюориметрически (Eisenbrand), хроматографически (Eisenbrand; Fiddler) или спектрофотометрически (Fiddler; Möhler и Hallenmayer). Воспроизводимость этих методов недостаточна (А. Л. Фридман и соавт.; Fiddler; Möhler и Hallenmayer).
В последние годы эти методы получили наибольшее распространение. НА могут быть непосредственно определены газохроматографически с пла-менно-ионизационными детекторами (Warthesen и Scanlan), однако последние малочувствительны к НА (Skaare и Dahle). Лучшие результаты получаются при применении азотчувствительных детекторов: щелочных пламенно-ионизационных (Heisler и соавт.; Howard и Fazio; Lane и соавт.;Реп-sabene и Wassermann, Wassermann и Fiddler), кондуктометрических (Crosby и соавт.; Goodhead и Gough; Panalaks и соавт.) и микрокулонометрических (Ю. М. Канн и соавт.; Ю. М. Канн и О. В. Таутс; Fiddler). Обычно используются набивные колонки с различными модификациями полиэтилен-или полипропиленгликоля. Для разделения смесей НА рекомендуются капиллярные колонки (Foreman и Goodhead, 19756; Stephany и соавт.). Существенное значение при газожидкостной хроматографии (ГЖХ) НА имеют температурные условия. Хроматография при постоянной температуре используется редко (Lane и соавт.), как правило, температура программируется от 50 до 200°С со скоростью 2—10°/мин (Heisler и соавт.; Реп-sabene и Wassermann; Skaare и Dahle). Наличие НА в анализируемых образцах устанавливается по времени удерживания и положению пиков HÄ относительно пиков внутренних стандартов. В оптимальных условиях ГЖХ позволяет определять НА на нанограммовом уровне, т. е. при содержании в анализируемом объекте нескольких микрограммов на 1кг (Crosby и соавт.; Mottram и Patterson; Riedmann; Sen и соавт.; Sen и Panalaks). Следует подчеркнуть, что газохроматографическому анализу НА должна предшествовать тщательная очистка экстрактов от мещающих примесей (Lane и соавт.; Panalaks и соавт.; Telling; Wassermann и Fiddler). Однако даже при хорошей очистке совпадение времени удерживания еще не гарантирует наличия НА в исследуемом образце (П. А. Боговский; Fiddler; Foreman и Goodhead, 19756; Goodhead и Gough).
ГЖХ при использовании внешних или, что значительно лучше, внутренних стандартов позволяет производить количественное определение НА путем сравнения высот (Fine и соавт., 1976а; Heisler и соавт.; Sen и Donaldson) или площадей (Lane и соавт.; Skaare и Dahle) пиков с соответствующими характеристиками стандарта. В качестве внутренних стандартов используют НА, наличия которых в исследуемых образцах не ожидается (Goodhead и Gough, Mizote и Odagizi; Skaare и Dahle), или вещества с подходящим временем удержания, например, триметилпиразин, метилмири-стат (Bills и Hildrum) и др. К сожалению, в работах, касающихся количественного анализа НА методами ГЖХ, не указывается точность и воспроизводимость результатов.
Анализ НА по продуктам их превращения в нитрамины или галоид-содержащие производные с применением электронно-захватного детектора позволяет определять НА на уровне 100 пг. Обычно нитрамины получают окислением НА трифторнадуксусной кислотой (Kowalski; Reineccius и Dairy). При соблюдении необходимых условий удается получить высокий выход многих нитраминов (Telling). Fiddler и Pensabene указывают на недостаточно хорошую воспроизводимость результатов этого метода.
Представляет интерес газожидкостно-хроматографический метод определения НА превращением их при действии гептафтормасляного ангидрида (или хлорида) в соответствующие производные (Gough и соавт.; Mot-
tram и Patterson). Этот метод особенно пригоден для анализа диметилни-трозамина, образующего фторированное соединение с большим временем удерживания (Gough и соавт.).
Предложено определение НА с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (Fine и соавт., 19766; Foreman и Goodhead; Heyns и Pöper, 19746). Применение этого метода целесообразно для определения малолетучих и термически неустойчивых НА.
Для подтверждения наличия и окончательной идентификации НА в объектах широкое признание получил хромато-масс-спектрометрический метод. Более того, ряд авторов (Fine и соавт., 1976а) считают необходимым подтверждать этим методом положительные результаты анализа НА, полученные любыми другими методами.
В хромато-масс-спектрометре НА идентифицируются после предварительного хроматографического разделения по масс-спектрам низкого и высокого разрешения. Анализ НА с использованием масс-спектрометрии низкого разрешения проводят сравнением масс-спектров стандарта и образца, полученных в максимумах хроматографических пиков, с соответствующим временем удерживания. Наличие НА считается установленным, если в масс-спектре образца присутствуют характерные ионы и соотношение интенсивностей их пиков близко к таковому пиков в масс-спектре стандарта (Lane и соавт.; Sen и соавт.; Sen и Panalaks, Warthesen и Scanlan; Warthesen и Bills).
Более эффективной считается идентификация НА с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения, позволяющей определять массу иона с большой точностью (Foreman и Goodhead, 19756; Lane и соавт.; Stepha-пу и соавт.). В этом случае в максимуме хроматографического пика с соответствующим временем удерживания регистрируется молекулярный ион М+, являющийся более специфичным и достаточно интенсивным в масс-спектрах большинства НА (Pensabene и Wassermann). В условиях, когда регистрация М+ затруднена наличием примесных ионов с близкими значениями т/е, анализ проводят по NO+ или другому характерному для данного НА иону (Gough и Webb; Heisler и соавт.). Ошибка определения НА в концентрациях 1—40 мкг достигает ±50%, поэтому иногда результаты измерений приводятся в виде концентрационных областей (Crosby и соавт.).
Хромато-масс-спектрометрический метод позволяет определять НА также в виде производных, что особенно эффективно при анализе сильно загрязненных объектов и малолетучих НА. При этом используются те же производные, что и при газохроматографическом методе анализа НА (Eisenbrand и Preussmann; Gough и Webb, Gough и соавт.).
Несмотря на определенную сложность, хромато-масс-спектрометриче-ский метод дает наиболее достоверные и надежные результаты.
Кроме описанных, разрабатываются принципиально новые методы анализа НА с использованием лазерного излучения, раман-спектроскопии и хемилюминесценции (П. А. Боговский).
ЛИТЕРАТУРА. Боговский П. А., У о к е р Э. А. — «Вести. АМН СССР», 1973, № 3, с. 40—43. — Боговский П. А. — «Вопр. онкол.», 1976, № 4, с. 105—107. — Горелова Н. Д., ДикунП. П. — Там же, 1974, Ks 10, с. 75— 80. — О н и ж е. — Там же, 1975, № 1, 77—80. — К а н и Ю. М., Т а у т с О. В., Р а я К. К. и др. — «Труды Таллинск. политехи, ин-та», 1974, т. 367, с. 85—94. — Канн Ю. М., Та у тс О. В. — В кн.: Канцерогенные N-нитрозосоедннення — действие, синтез, определение. Таллин, 1975, с. 60—63. — Фридман А. Л., Муха-мед ш и и Ф. Ai., Новиков С. С. — «Успехи химии», 1971, т. 40, с. 64—71. — Bills D.. Н i 1 d г u m К. — «J. agricult. Food Chem.», 1973, v. 21, p. 876—877. — Crosby N.. Foreman J. et a. — «Nature», 1972, v. 238, p. 342—343. — D о -о 1 e у С., Wassermann A., Os m a n S. — «J. Food Chem.», 1973, v. 38, p. 1096— 1097. — Eisenbrand G., Preussmann R. — «Arzneimittel — Forsch», 1970, Bd 20, S. 1513—1518. — Eisenbrand G. — In.: N-nitroso Compound in the Envi-roment. Lyon. 1974, p. 6—11. — Eisenbrand G., Preussmann R. — «J. Chro-matogr.», 1975, v. 115, p. 602—606. — F i d d 1 e r W., Pensabene J., Wassermann A. — «J. Food Sei.», 1974, v. 39, p. 1070—1071. — F i djd 1 e r W. — «To-
3*
67
xicol. appl. Pharmacol.», 1975, v. 31, p. 352—360. — Fiddler W.. Pensabene J. — «Food Cosmet. Toxicol.», 1975, v. 13, p. 653—656. - Fine D., Rounbehler D„ Sen N. — «J. agricult. Food Chem.», 1976, v. 24, p. 980—984. - Fine D„ Ross R., R о u n b e h 1 e r D. — Ibid., p. 1069—1071. — F o n g Y., С h a n W. — «Food Cos-met. Toxicol.», 1973, v. 11, p. 841—846. — Fo г e m a n J., G o o d h e a d K. — «J. Sei. Food Agricult.», 1975, v. 26, p. 382—384. — I d e m. — Ibid., p. 1771—1783. — FreimuthU., Glaser E. — «Nahrung», 1970, Bd 14, S. 357—362. — G o o d h e -a d K., G о u g h T. — «Food Cosmet. Toxicol.», 1975, v. 13, p. 307—312. — G о u g h Т., Webb K. — «J. Chromatogr.», 1973, v. 79, p. 57—63. — G o u g h Т., S u g d e n К., Webb K. — «Analyt. Chem.», 1975, v. 47, p. 509—512. — H e i s 1 e r E., Sicilia n о J., Schwartz J.-«J. agricult. Food Chem.», 1974, v. 22, p. 1029—. H e y n s К., P 5 p e r H. — In.: N-nitroso. Compound in the Enviroment. Lyon, 1974, p. 166—172. — I d e m: — «J. Chromatogr.», 1974, v. 93, p. 429—434. — Howard J., F a z i о Т. — «J. Ass. official, analyt. Chem.», 1970, v. 53, p. 269—276. — KlimischH. — «J. Chromatogr.», 1974, v. 90, p. 223—226. — К o w a 1 s к i В. — «Roczn. Zak. Hig. (Warsz.)», 1975, v. 26, p. 375—379. — L a n e R., Rice R., В a i 1 e у M. — «J. agricult. Food Chem.», 1974, v. 22, p. 1019—1023. — M i z o t e A., O d a g i z i H.— «Analyst», 1975, v. 100, p. 822—828. — Möhler К., Hallenmayer E. Z. — «Le-bensmitt. — Untersuch.», 1974, Bd 156, S. 206—211. — M o t t г a m D., Patterson R. — «J. Sei. Food Agricult.», 1975, v. 26, p. 47—51. — PanalaksT., Dona 1 d s о n В., S e n N. — «J. Ass. official. Analyt. Chem.», 1974, v. 57, p. 806—811. — Pensabene J., Wassermann A. — «J. Food Sei.», 1974, v. 39, p. 314—316. — Preussmann R.-iZ. analyt. Chem.», 1964, Bd 202, S. 187—191. — R e i n e с-с i u s G. — «J. Dairy Sei.», 1972, v. 55, p. 1574—1580. - Riedmann M. — «J. Chromatogr.», 1974, v. 88, p. 376—381. — S e n N.. Donaldson В., Pana -1 а к s Т. — «Nature», 1973, v. 241, p. 473—474. — S e n N.. Donaldson В.— «J. agricult. Food Chem.», 1974, v. 22, p. 1125—1130. — S e n N.. Panalaks Т.— Ibid., p. 540—541. — SkaareJ., Dahle H. — J. Chromatogr.», 1975, v. Ill, p. 426— 429. — StephanyR., Freudenthal J., EgmondE. — «J. agricult. Food Chem.», 1976, v. 24, p. 536—540. — T e 1 1 i n g G. — «J. Chromatogr.», 1972, v. 73, p. 79— 84. — VasundharaT., J a y a r a m a n S. — Ibid., 1975, v. 115, p. 535—541.— Walters C. — «Lab. Pract.», 1971, v. 20, p. 574—582. - Warthesen J., Scan-Ian R.-cJ. agricult. Food Chem.», 1975, v. 23, p. 898—902. — W а г t h e s e n J., В i 1 1 s D. — Ibid., 1976, v. 24, p. 892—896. — Wassermann A.,Fiddler W. — «Food Cosmet. Toxicol.», 1972, v. 10, p. 681—687.
Поступила 28/11 1977 r.
За рубежом
УДК 613.633 + 614.7151-073.68
Канд. техн. наук Вацлав Машек
применение термогравиметрии для исследования пыли
Научно-исследовательский институт Новая Гута им. К. Готтвальда, Острава-Кунчице,
ЧССР
Пробы пыли отбирали с помощью длительной аспирации через серебряные мембрановые фильтры (диаметр 45 мм, размер пор 0,8 мм) на высоте 1,5 м над поверхностью земли. Для установления термогравиметрических характеристик использовали 80 мг материала.
Изменение массы образца пыли в зависимости от повышения температуры хорошо регистрируется методом Тй (динамико-термогравиметриче-ским). Изменение тепловых эффектов — экзо- или эндотермических либо обоих, вызванных изменением теплового содержания, определяется методом ДТА (дифференциально-термический анализ). Динамическая термогравиметрия регистрирует изменение массы образца в зависимости от времени и температуры и дает, следовательно, информацию о тепловой устойчивости испытываемого образца пыли. В то же время с помощью ДТА исследуются тепловые эффекты, вызванные изменением теплового содер-
