CC BY
183
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.
