Научная статья на тему 'Определение акриламида в питьевой воде методом газожидкостной хроматографии'

Определение акриламида в питьевой воде методом газожидкостной хроматографии Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
1274
174
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПИТЬЕВАЯ ВОДА / АКРИЛАМИД / 2 / 3-ДИБРОМПРОПИОНАМИД / ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ / ЭКСТРАКЦИЯ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Кремко Людмила, Саракач Ольга, Докутович Анна

Разработана высокочувствительная методика определения акриламидав питьевой воде, основанная на предварительном концентрировании пробы воды путем упаривания, переводе содержащегося в концентрате акриламида в 2,3-дибромпропионамид, экстракции полученного производного этилацетатом и анализе полученного экстракта методом газожидкостной хроматографии на приборе, оснащенном детектором по захвату электронов и капиллярной колонкой для разделения смеси. Методика доступна в приборном оформлении и может быть использована лабораторными подразделениями службы госсаннадзора при установлении безопасности питьевой воды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Кремко Людмила, Саракач Ольга, Докутович Анна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The acrylamide rate in drinking water testing with the gas-liquid chromatography

There has been developed the highly sensitive technique of drinking water containing acrylamide testing based on the prior water samples concentrating through evaporation, the concentrated acrylamide further transferring to 2,3-dibrompropionamid, and the resultant derivative extracting by ethyl acetate. This technique is available in the instrumentware form and can be used by the sanitary inspectorate laboratories to define the drinking water safety.

Текст научной работы на тему «Определение акриламида в питьевой воде методом газожидкостной хроматографии»

Методика

Определение акриламида в питьевой воде

методом газожидкостной хроматографии

УДК 543.544.5:[628.1:663.634]

Резюме. Разработана высокочувствительная методика определения акриламида в питьевой воде, основанная на предварительном концентрировании пробы воды путем упаривания, переводе содержащегося в концентрате акриламида в 2,3-дибромпропионамид, экстракции полученного производного этилацетатом и анализе полученного экстракта методом газожидкостной хроматографии на приборе, оснащенном детектором по захвату электронов и капиллярной колонкой для разделения смеси. Методика доступна в приборном оформлении и может быть использована лабораторными подразделениями службы госсаннадзора при установлении безопасности питьевой воды. Ключевые слова: питьевая вода, акриламид, 2,3-дибромпропионамид, газожидкостная хроматография, экстракция.

Акриламид - особо опасный химический загрязнитель, предельно допустимая концентрация (ПДК) которого в питьевой бутилированной воде составляет 0,1 мкг/дм3 [1, 2]. Попадая в организм, этот канцероген оказывает генотоксическое действие, что и становится причиной развития онкологических заболеваний. Его поступление в питьевую воду возможно при использовании для ее очистки флокулянтов на основе полиакриламида.

Существуют способы обнаружения акриламида в воде, основанные на сочетании эксклюзионной, жидкостной или газовой хроматографии для разделения и масс-спектрометрического детектирования (ЭХ/МС, ВЭЖХ/МС, ГХ/МС) [3-6]. При этом проводят как прямое определение данного химического соединения в пробе воды [3], так и предварительное концентрирование его на активированном угле [4] или перевод в производное [5]. Пределы обнаружения колеблются от 0,20 млрд-1 до 0,25 мкг/дм3. Однако высокая стоимость этих и других методов, требующих сверхчистых реактивов и стандартных веществ с мечеными атомами углерода 13С, не оправдана для использования их в рутинном анализе.

Известен способ определения акриламида в воде, основанный на бромировании его двойной связи, экстракции образовавшегося 2,3-дибром-пропионамида из реакционной смеси этилацетатом, очистке

экстракта на колонке с фло-рисилом и анализе последнего в присутствии внутреннего стандарта (диметилфталат) методом газожидкостной хроматографии на приборе, оснащенном детектором по захвату электронов (ДЭЗ)и насадочной колонкой для разделения смеси. Концентрирование образца воды или экстракта производного в доступном варианте описания способа не предусмотрено [7]. Следует отметить, что заявленный при этом предел обнаружения акриламида, равный 0,032 мкг/дм3, практически недостижим без проведения указанной процедуры.

Нами была поставлена цель - разработать высокочувствительную методику, обеспечивающую определение акри-ламида на уровне 0,05 мкг/дм3, что составляет 1/2 ПДК его в питьевой воде, с высокой селективностью и точностью. За основу был взят метод, изложенный в [7].

Для разработки условий выполнения хроматографиче-ского анализа использовали

Людмила Кремко,

заведующий лабораторией аналитического и спектрального анализа НПЦ гигиены, кандидат химических наук

Ольга Саракач,

научный сотрудник

лаборатории

аналитического

и спектрального

анализа

НПЦ гигиены

Анна Докутович,

научный сотрудник

лаборатории

аналитического

и спектрального

анализа

НПЦ гигиены

В мире науки

растворы 2,3-дибромпропио-намида производства фирмы Sigma-Aldrich GmbH в этил-ацетате. Исследование проводили на газовом хроматографе «Хроматэк-Кристалл 5000», оснащенном ДЭЗ и капиллярной колонкой DB-FFAP (60 м X 0,25 мм X 0,50 (j-м). В качестве газа-носителя использовали азот особой чистоты (азот ос.ч.). С целью установления оптимальных условий скорость потока газа-носителя варьировали от 15 до 50 см/с, скорость поддува детектора - от 10 до 40 см3/мин, коэффициент деления потока - от 1:10 до 1:1, температуру термостата колонки - от 160 до 200 °С. Температура испарителя (220 °С) и температура детектора (260 °С) оставались неизменными на протяжении эксперимента.

Для перевода акрилами-да в 2,3-дибромпропионамид использовали бромид калия и бромную воду, для извлечения полученного производного из водной фазы - этилацетат. Перевод осуществляли по реакции: Н2С = СН - CO(NH2) + + Br2 ^ CH2Br - CHBr - CO(NH2). При этом в 50 см3 градуировоч-ного раствора или концентрата анализируемой пробы воды разводили 7,5 г бромида калия, рН доводили концентрированной серной кислотой до 2, прибавляли 2,5 см3 бромной воды

и выдерживали в течение 1 часа при 0 °С. После этого температуру раствора доводили до комнатной, избыток брома удаляли 1 М раствором тиосульфата натрия, прибавляли 15 г безводного сульфата натрия, раствор переносили в делительную воронку и экстрагировали образовавшийся 2,3-дибромпропионамид этилацетатом дважды порциями по 10 см3 в течение не менее 2 минут. Органический экстракт осушали безводным сульфатом натрия, объем доводили до 25 см3 этил-ацетатом и подвергали хромато-графированию при условиях согласно табл. 1.

По предварительно построенному градуировочному графику зависимости площади пика от концентрации 2,3-ди-бромпропионамида в экстракте находили количество акрила-мида, а затем рассчитывали его содержание в анализируемом образце воды.

Исследования по аналитическому подбору температурного и газового режимов хроматографического анализа позволили установить оптимальные параметры его проведения, разрешающие отделить 2,3-дибромпропионамид на хроматограмме от других сопутствующих соединений, обеспечить нижний предел обнаружения 2,3-дибромпропио-

Таблица 1. Условия проведения газохроматогра-фического анализа при определении акриламида в виде 2,3-дибромпро-пионамида на газовом хроматографе «Хроматэк-Кристалл 5000»

Детектор ДЭЗ

Колонка Капиллярная DB-FFAP (60 м х 0,25 мм х 0,50 цм)

Жидкая фаза Полиэтиленгликоль, модифицированный нитротерефталатом

Газ-носитель Азот ос.ч.

Температура термостата колонки 200 °С

Температура детектора 260 °С

Температура испарителя 220 °С

Скорость потока газа-носителя 35 см/с

Поддув ДЭЗ 20 см3/мин

Объем вводимой пробы 2 мм3

Коэффициент деления потока 1:1

Ориентировочное время удерживания 2,3-дибромпропионамида 10,7 мин.

намида на уровне 3,25 мкг/дм3, что соответствует 1 мкг/дм3 акриламида (табл. 1, рис. 1).

Путем хроматографического анализа растворов 2,3-дибром-пропионамида в этилацетате был установлен возможный диапазон его определяемых концентраций, составляющий от 3,25 до 65,0 мкг/дм3, что соответствует 1,0-20,0 мкг/дм3 акри-ламида при условии полного превращения его в производное и полной экстракции из водной фазы в органическую. Градуи-ровочный график зависимости площади пика от содержания 2,3-дибромпропионамида в этил-ацетате в указанном диапазоне при подобранных условиях проведения анализа носит линейный характер. Полученные данные свидетельствовали о необходимости 20-кратного концентрирования для достижения определения акриламида в диапазоне 0,05-1,0 мкг/дм3.

Учитывая, что двукратное концентрирование достигается при экстракции производного в органическую фазу (50 см3 пробы воды / 25 см3 этилаце-тата), дополнительное 10-кратное концентрирование проб могло быть осуществлено двумя способами: путем концентрирования органического экстракта или самой водной пробы.

С целью определения возможности первого способа этилацетат, применяемый для экстракции 2,3-дибромпропио-намида, упаривали на ротационном испарителе в 10 и 20 раз. Хроматографический анализ исходного этилацетата и полученных концентратов показал, что этот процесс приводит к концентрированию содержащихся в этилацетате примесей, что, безусловно, могло вызвать помехи при идентификации 2,3-дибромпропионамида, особенно при определении низких количеств определяемого в питьевой воде компонента.

Методика ЩЩ

Поскольку температура кипения акриламида составляет 125 °С, можно было предположить, что упаривание водного раствора не приведет к его потерям. Опыты по установлению возможных «утечек» проведены на модельных растворах, приготовленных на дистиллированной и водопроводной питьевой воде. Растворы объемом 1,0 и 0,5 дм3, содержащие 0,05 и 0,1 мкг/дм3 компонента (0,5 и 1 ПДК в питьевой воде), осторожно, не допуская кипения, упаривали на электроплитке в конических колбах со шлифом вместимостью 500 см3 примерно до 50 см3, что обеспечивало 20- и 10-кратную степень концентрирования определяемого вещества соответственно. С целью исключения потерь акриламида реакцию получения его производного проводили непосредственно в тех же колбах согласно вышеописанному способу. Затем раствор количественно переносили в делительную воронку вместимостью 150 см3 и дважды экстрагировали образовавшийся в результате бромирования 2,3-дибромпропионамид этил-ацетатом порциями по 10 см3 в течение 2 минут. Объем экстракта после его осушения безводным сульфатом натрия доводили в мерной колбе до 25 см3. При этом в целом достигалась 40- и 20-кратная степень концентрирования акриламида. Хроматографи-ческий анализ полученных экстрактов осуществляли при подобранных условиях. При этом пиков, мешающих идентификации 2,3-дибромпропи-онамида, на хроматограммах не выявлено, что свидетельствовало о нецелесообразности дополнительной очистки получаемых экстрактов. Степень обнаружения акриламида при разработанном способе пробоподготовки варьировала

в пределах 89-101% от теоретически возможной и практически не зависела от характера воды, использованной для приготовления модельных растворов, что послужило основанием к использованию способа упаривания для подготовки проб питьевой воды при его определении.

Статистическая обработка данных, полученных при разработке методики, проведенная согласно СТБ ИСО 5725-2-2002 п. 7, СТБ ИСО 5725-3-2002 п. 8.2, СТБ ИСО 5725-4-2002 п. 5, руководству ЕВРАХИМ/СИТАК [8-11], показала, что относительное стандартное отклонение повторяемости определения не превышает 5,5%, промежуточной прецизионности - 7,2%, относительная расширенная неопределенность - 22% при доверительной вероятности Р=0,95. Во всем диапазоне измерений лабораторное смещение незначимо.

На основании данного исследования разработаны условия перевода содержащегося в воде акриламида в 2,3-дибромпропионамид, а также условия проведения хроматографического анализа при его определении в питьевой воде на газовом хроматографе, оснащенном детектором по захвату электронов и капиллярной колонкой для разделения смеси компонентов. В качестве экстрагента для извлечения 2,3-дибромпропионамида из водной фазы в органическую

Рис. 1.

Хроматограмма раствора 2,3-дибром-пропионамида концентрации 16,25 мкг/дм3 (5 мкг/дм3 акриламида) вэтилацетате при скорости потока газа-носителя 35 см/с (время выхода 2,3-дибром-пропионамида -10,664 мин.)

выбран этилацетат. Показано, что упаривание этилацетата приводит к концентрированию содержащихся в нем примесей, помехам при идентификации 2,3-дибромпропионамида и, таким образом, было признано непригодным для использования в данном анализе. Установлено, что 10-кратное концентрирование водных проб путем упаривания позволяет обеспечить определение акриламида в диапазоне 0,05-1,0 мкг/дм3. Разработана, метрологически аттестована и утверждена в установленном порядке методика выполнения измерений концентраций акриламида в питьевой воде.

See: http://innosfera.org/2014/09/acrylamide

Литература

1. Гигиенические требования к питьевой воде,расфасованной в емкости: СанПиН:утв. Пост. Гл. гос. сан. врача Республики Беларусь от 29.06.2007 г. №59.

2. Директива Совета 98/93/ЕС от 03.11.1998 г. относительно качества воды, предназначенной для потребления человеком.

3. Cava 11 i S. Determination of acrylamide in drinking water by large-volume direct injection and ion-exclusion chromatographymass spectrometry / S. Cavalli, S. Polesello, G. Saccani // J. Chromatogr. A. 2004. 1039, №1-2. C. 155-159.

4. Ferretti Emanuele Determination of low-level acrylamide in drinking water by liguid chromatography/ tandem mass spectrometry / Luca Lucentini [et al.] // Y. AOAC INT. 2009. 92, №1. C. 263-270.

5. Perez Hermes L. A sensitive gas chromatographic-tandem mass spectrometric method for detection of alkylating agents in water: application to acrylamide in drinking water, coffee and snuff / Licea Perez Hermes, Siv Osterman-Golkar // Analyst. 2003. 128, №8. C. 1033-1036.

6. Determination of Acrylamide in Raw and Drinking Waters. Electronic resource: www.agilent.com.

7. Method 8032A Acrylamide by Gas Chromatography (ЕРА), 14 р.

8. СТБ ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений: в 6 ч. Ч. 2: Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода определений.- Мн., 2003.

9. СТБ ИСО 5725-3-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений: в 6 ч. Ч. 3: Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений.- Мн., 2003.

10. СТБ ИСО 5725-4-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений: в 6 ч. Ч. 4: Основные методы определения правильности стандартного метода определений.- Мн., 2003.

11. Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях: руководство ЕВРАХИМ/СИТАК. - 2-е изд. / пер. с англ. под ред. Л.А. Конопелько.- СПб., 2002.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.