CC BY
157
УДК 632. 95. 543
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ КОЛИЧЕСТВ ПАРАТИОН-МЕТИЛА (МЕТАФОСА) В ПОЧВЕ
МЕТОДОМ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
Д.Н. Муратов, Ю.А. Стекольников, Н.Ю. Стекольникова
Кафедра химии, ГОУ ВПО «Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина»; chimic55@yandex.ru
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: бензол; газожидкостная хроматография; гексан; метанол; о-ксилол; паратион-метил; степень экстракции; экстракция.
Аннотация: Представлены результаты экстракции проб почвы на содержание остаточных количеств паратион-метила (метафоса) различными органическими растворителями. Подобран эффективный экстрагент с высокой степенью экстракции. Предложена методика экстракции.
Результаты антропогенной деятельности человека в области сельского хозяйства угрожают развитию человечества. К негативным последствиям относится многотонное производство средств защиты растений, в особенности пестицидов, которые можно отнести к высокотоксичным химическим веществам. Их применение даже в малых дозах на полях с последующим попаданием в организм человека вместе с сельскохозяйственной продукцией может вызвать его мутацию в связи с кумулятивной способностью накопления в организме. Такие соединения обладают высокой химической стойкостью в окружающей среде или не всегда полностью разлагаются, легко распространяются в среде обитания человека и для них понятие «предельно допустимая концентрация» является условным, поскольку помимо отравляющего действия они воздействуют на иммунную систему, облегчая проникновение различных инфекций.
Целью настоящей работы являлась разработка эффективной методики определения остаточных количеств паратион-метила (ПМ) в почве методом газожидкостной хроматографии, которая позволяет сократить время анализа и упростить стадии пробоподготовки и экстракции по сравнению с ранее разработанной методикой [1].
Задачи работы:
- подбор экстрагента с высокой степенью экстракции микроколичеств ПМ из навески почвы;
- выбор оптимального соотношения почва/растворитель;
- определение оптимальных условий проведения экстракции;
- оптимизация стадии пробоподготовки;
- определение нижних границ обнаружения остаточных количеств ПМ в почве;
- подбор оптимальных условий хроматографирования для разделения анализируемого пика от пиков примесей и мешающих веществ.
Вводная часть. Паратион-метил используется в качестве инсектицида для борьбы с паразитами пшеницы, зерновых и зернобобовых культур, сахарной свеклы, кукурузы, льна. Торговое название «Парашют, МКС (450 г/л)» [2]. Структурная формула:
Эмпирическая формула: С8И10^Ю5Р8 (о,о-диметил-о-4-нитрофенилтиофосфат).
Физические свойства: ПМ - белое кристаллическое вещество; температура плавления 36...36,5 °С; температура кипения 158 °С (2 мм рт. ст.); плотность 1,358 г/см3; растворимость в воде 55.60 мг/л, очень ядовит [3].
В России установлены следующие гигиенические нормативы:
- ПДК в почве 0,1 мг/кг;
- МДУ в зерне хлебных злаков 0,1 мг/кг;
- МДУ в сахарной свекле 0,05 мг/кг [4].
Методическая часть. Определение ПМ проводили методом газожидкостной хроматографии с использованием газового хроматографа «Кристаллюкс-4000М», снабженного электронно-захватным детектором (ЭЗД), после его экстракции из почвы органическими растворителями. Электронно-захватный детектор используют для определения электронного сродства органических соединений, он основан на захвате тепловых электронов в камере с радиоактивным источником. Количественное определение осуществляли методом абсолютной калибровки [5].
Условия хроматографирования. Хроматограф газовый «Кристаллюкс-4000М», снабженный ЭЗД; колонка капиллярная 2Б-5 длиной 30 м и внутренним диаметром 0,35 мм фирмы РИепотепех (США); температуры испарителя, колонки, детектора 270, 200, 260 °С соответственно; рабочая колонка № 1 (ЭЗД); расход газа (мл/мин): сброс 1 - 25, сброс 2 - 10, поддув 2 - 30; давление 1 - 0,67 атм, давление 2 - 1 атм; параметр обработки - площадь; абсолютное время удерживания ПМ - 10,89 мин; окно времени - 0,05 мин.
Отбор проб. Отбор проб проводили в соответствии с «Унифицированными правилами отбора проб сельскохозяйственной продукции, пищевых продуктов и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов» (№ 2051-79).
Приготовление стандартных растворов и градуировка прибора. Стандартные растворы ПМ готовили в соответствии с инструкцией по применению стандартных образцов пестицидов. Градуировку прибора проводили согласно инструкции к прибору [5].
Определение условий экстракции. Для экстракции в качестве экстрагентов применяли гексан, бензол, о-ксилол, метанол. Работу проводили методом «добавлено/обнаружено».
К навеске 10 г воздушно-сухой почвы в конической колбе на 100 мл добавляли 20 мл экстрагента и закрывали пробкой. Колбу встряхивали на аппарате для механического встряхивания (ЭКРОС, модель 6410 м) в течение 30 мин, затем центрифугировали 5 мин при 5000 об/мин для осаждения почвы. Чистый экстракт сливали в стакан на 50 мл и вводили в хроматограф 2 мкл раствора. Степень экстракции ПМ из почвы в различных растворителях приведена в табл. 1.
Данные табл. 1 показывают, что применение таких экстрагентов как гексан и метанол не приводит к высокой степени экстракции ПМ из навески почвы. Кроме того, концентрацию ПМ в почве 0,1 мг/кг (уровень ПДК) гексан вообще не экстрагирует, а экстракция о-ксилолом показала наивысшую степень извлечения этого
S
* /
O - CH3
уровня ПМ в почве (99,68 %). Высокой степенью экстракции обладают о-ксилол и бензол, и поэтому дальнейшую работу проводили с использованием этих экстрагентов.
Следующим этапом работы было определение нижних границ обнаружения ПМ в почве, а также подбор оптимального соотношения «почва/растворитель». В табл. 2-4 приведены данные по экстракции микроколичеств ПМ из навески почвы бензолом и о-ксилолом при различном соотношении «почва/растворитель».
Таблица 1
Экстракция ПМ из почвы органическими растворителями (20 мл экстрагента/10 г почвы)
Растворитель Добавлено, мг/кг Обнаружено, мг/кг Степень экстракции, %
Гексан 1 0,5923 59,23
0,1 0 0
Метанол 1 0,7285 72,85
0,1 0,06765 67,65
Бензол 1 0,9611 96,11
0,1 0,09526 95,86
о-ксилол 1 0,9851 98,51
0,1 0,09968 99,68
Таблица 2
Экстракция микроколичеств ПМ из почвы органическими растворителями (15 мл экстрагента/10 г почвы)
Растворитель Добавлено, мг/кг Обнаружено, мг/кг Степень экстракции, %
Бензол 0,05 0,04419 88,38
0,01 0,00748 74,8
о-ксилол 0,05 0,04577 91,54
0,01 0,00878 87,8
Таблица 3
Экстракция микроколичеств ПМ из почвы органическими растворителями (20 мл экстрагента/10 г почвы)
Растворитель Добавлено, мг/кг Обнаружено, мг/кг Степень экстракции, %
Бензол 0,05 0,04715 94,3
0,01 0,00784 78,4
о-ксилол 0,05 0,04869 97,38
0,01 0,00931 93,1
Экстракция микроколичеств ПМ из почвы органическими растворителями (25 мл экстрагента/10 г почвы)
Растворитель Добавлено, мг/кг Обнаружено, мг/кг Степень экстракции, % '
Бензол 0,05 0,04285 85,69
0,01 0 0
о-ксилол 0,05 0,0431 86,2
0,01 0,00698 69,8
Из табл. 2-4 следует, что о-ксилол обладает наибольшей степенью экстракции микроколичеств ПМ из почвы относительно бензола. Объем растворителя 20 мл является оптимальным для достижения высокой степени экстракции при концентрациях ПМ в почве 0,01.1 мг/кг. Концентрация ПМ ниже уровня
0,01 мг/кг не улавливается детектором, а при концентрации выше 1 мг/кг происходит уменьшение степени экстракции вследствие невысокой растворимости достаточно большого количества ПМ в о-ксилоле.
Достаточно невысокая температура термостата колонки (200 °С) позволяет разделить пик ПМ от пиков коэкстрагируемых веществ и избежать стадию очистки экстрагента, а также сократить время анализа. На рис. 1 представлены хроматограммы экстракции различных концентраций ПМ из почвы о-ксилолом.
X, мин
а)
Рис. 1. Хроматограмма ПМ в почве (начало):
X - время удерживания; У - сигнал детектора; а - добавлено 1 мг/кг; обнаружено 0,9851; степень экстракции 98,51 %
X, мин
б)
Y, мВ 449,998
424,775-
399,843-
374,923 -
349,993-
—і—.—і і і 00.00 01.71
-1-І----1--1—Г-
03.42
-і—.—і і і 05.14
-1-І---1----1—Г-
0B.85
-і—.—і і і 09.57
-1-І---1---1—Г-
10.29
1 1 1 1 I
11.99
X, мин
в)
Рис. 1 (продолжение):
б - добавлено 0,1 мг/кг; обнаружено 0,09968; степень экстракции 99,68 %; в - добавлено 0,05 мг/кг; обнаружено 0,04869; степень экстракции 97,38 %
X, мин
г)
Рис. 1 (окончание):
г - добавлено 0,01 мг/кг; обнаружено 0,00931; степень экстракции 93,1 %
Таким образом, при определении остаточных количеств ПМ в почве можно рекомендовать следующее: к навеске 10 г воздушно-сухой почвы в конической колбе на 100 мл добавить 20 мл о-ксилола и закрыть пробкой. Колбу поместить на встряхивающую платформу и перемешивать 30 мин, затем центрифугировать 5 мин при 5000 об/мин, экстракт слить в чистый стакан на 50 мл и ввести в хроматограф 2 мкл раствора.
Используя предложенную методику, можно отслеживать концентрации ПМ в почве в 10 раз ниже уровня ПДК. Метрологическая характеристика метода представлена в табл. 5.
В работе [1] указывается, что если для количественного определения парати-он-метила в присутствии хлорорганических пестицидов (ХОП) используется ЭЗД, то результаты анализа не могут быть достоверными в связи со значительным мешающим влиянием последних. Как показали результаты экспериментов, используя вышеприведенную методику по извлечению ПМ из почвы, присутствие таких ХОП как гексахлорбензол, гептахлор, альфа-ГХЦГ, линдан (гамма-ГХЦГ) не приводит к искажению результатов анализа, что подтверждается хроматограммами на рис. 2.
Таблица 5
Метрологическая характеристика метода (р = 0,95; п = 20*)
Анализируемый объект Предел обнаружения, мг/кг Диапазон определяемых концентраций, мг/кг Среднее значение определения, % Стандартное отклонение S (+/-), % Доверительный интервал среднего результата (+/-), %
Почва 0,01 Q,Q1...1 97,17 2,8 97,17(+/-)З,б
* »_»
п - число измерений; р - вероятность полученного результата.
X, мин
а)
Y, мВ
X, мин
б)
Рис. 2. Хроматограмма ПМ в почве в присутствии ХОП:
X - время удерживания, У - сигнал детектора; а - добавлено 0,5 мг/кг; обнаружено 0,4931; степень экстракции 98,62 %; б - добавлено 0,01 мг/кг; обнаружено 0,00922; степень экстракции 92,2 %
Абсолютное время удерживания пестицидов
Наименование пестицида Абсолютное время удерживания, мин
Альфа-ГХЦГ 6,74
Гексахлорбензол 7,Ю
Линдан (гамма-ГХЦГ) 7,93
Паратион-метил 1Q,89
Гептахлор 11,69
Абсолютное время удерживания ПМ, а также вышеуказанных ХОП приведены в табл. 6.
Выводы
1. Подобран эффективный экстрагент с высокой степенью экстракции ПМ из навески почвы, а также определено оптимальное соотношение «почва/растворитель».
2. Определены оптимальные условия хроматографирования для разделения пика ПМ от пиков коэкстрагируемых веществ, в том числе ХОП.
3. Предложена эффективная методика экстракции остаточных количеств ПМ из почвы, также доказано отсутствие мешающего влияния ХОП на степень извлечения ПМ о-ксилолом.
Список литературы
1. Методические указания. Определение массовой доли фосфорорганических пестицидов паратион-метила, фозалона, диметоата в пробах почвы. Методика выполнения измерений методом газожидкостной хроматографии : РД 52.18.310-2001 : утв. Федер. службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей природ. среды 24.05.01 : ввод. в действие с 01.01.2002. - М. : Росгидромет, 2001. -12 с.
2. Мельников, Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение / Н.Н. Мельников. - М. : Химия, 1987. - 712 с.
3. Паратион-метил (Метафос) [Электронный ресурс] // Гетко и партнеры : офиц. сайт. - Режим доступа : http://www.getko.biz/ru/products/chemicals_agricultural/ paration-metil_metafos.
4. Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды : ГН 1.2.1323-03 : утв. Глав. гос. санитар. врачом Рос. Федерации Г.Г. Онищенко 02.05.03 : ввод. в действие с 25.06.03. - М : Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. - 79 с.
5. Хроматограф «Кристаллюкс-4000М» : руководство по эксплуатации : МКУБ. 415338.001РЭ. - Йошкар-Ола, 2002. - 58 а
Identification of Remains of Parathion-Methyl (Metaphos) in Soil by Gas Liquid Chromatography Technique
D.N. Muratov, Yu.A. Stekolnikov, N.Yu. Stekolnikova
Department of Chemistry, Yelets State University named after I.A. Bunin; chimic55@yandex.ru
Key words and phrases: benzol; extraction degree; extraction; gas liquid chromatography; hexane; methanol; o-xylol; parathion-methyl.
Abstract: The paper presents the results of the extraction of soil samples for the content of remains of parathion-methyl (metaphos) with various organic solvents. The effective extracting agent with high degree of extraction is offered. The technique extraction is proposed.
Bestimmung der Restmenge des Parathion-Methyles (Metaphos) im Boden durch die Methode der gasflussigen Chromatographie
Zusammenfassung: Es sind die Erzeugnisse der Bodenextrahierung auf den Gehalt der Restmenge des Parathion-Methyles (Metaphos) von den verschiedenen organischen Losungsmittel angefuhrt. Es ist das effektive Extraktionsmittel mit hohem Extrahierungsgrad gewahlt. Es ist die Extrahierungsmethode vorgeschlagen.
Definition de la quantite restante de paration-methyle (metaphos) dans le sol par la methode de la chromatographie liquide-gaz
Resume: Sont presentes les resultats de l’extraction des echantillons du sol sur le contenu des quantites restantes de paration-methyle (metaphos) par de differents dissolvants organiques. Est trouve un extragent efficace avec un haut degre de l’extraction. Est proposee la methode de l’extraction.
Авторы: Муратов Денис Николаевич - соискатель кафедры химии; Сте-кольников Юрий Александрович - кандидат химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии; Стекольникова Наталья Юрьевна - студентка, ГОУ ВПО «ЕГУ им. И.А. Бунина».
Рецензент: Котов Владимир Васильевич - доктор химических наук, профессор кафедры химии, ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К. Д. Глинки».
