CC BY
29
УДК 54.062
Оптимизация условий определения 2,4-Д и дельтаметрина методом ВЭЖХ
Е. В. Мелихова, О. В. Фарафонова
Мелихова Елена Владимировна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, Липецкий государственный технический университет; доцент кафедры дисциплин технологического менеджмента, Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет), mev80@yandex.ru
Фарафонова Ольга Вячеславовна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, Липецкий государственный технический университет, farafonova.ov@mail.ru
В работе представлены результаты оптимизации условий хроматографического определения 2,4-дихлорфеноксиуксус-ной кислоты и дельтаметрина для двух капиллярных колонок (Supelcosil LC-18, Kromasil С-18), выбраны режимы индивидуального хроматографирования пестицидов. Показана и экспериментально доказана несостоятельность применения изокра-тического режима элюирования при совместном присутствии 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и дельтаметрина. Предложены три варианта условий градиентного режима раздельного детектирования аналитов в смеси. Разработанная методика хроматографического раздельного определения 2,4-Д и дель-таметрина при их совместном присутствии апробирована при анализе образцов речной воды и картофеля. Ключевые слова: высокоэффективная жидкостная хроматография, градиентный и изократические режимы элюирования, пестициды.
Поступила в редакцию: 29.04.2020 / Принята: 12.05.2020 / Опубликована: 30.11.2020
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0)
DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-4-372-377
Последние годы активно критикуют ненор-мируемое применение пестицидов в сельском хозяйстве, изучают куммулятивность экоток-
сикантов, оценивают их негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека [1-4]. Однако экономически выгодная альтернатива гербицидам в настоящее время отсутствует. Наиболее часто лаборатории осуществляют контроль за содержанием остаточных концентраций пестицидов в объектах окружающей среды и продуктах питания методами капиллярного электрофореза [1, 2] и газовой хроматографии [3].
Совершенствование аппаратурного обеспечения химических методов анализа [4-6], разработка новых сорбентов и методик пробопод-готовки [7], а также необходимость работы с кон -центрациями токсикантов на уровне ПДК и ниже требуют дополнительных фундаментальных и прикладных исследований в различных областях химических наук. Поэтому целью работы стало изучение условий индивидуального и раздельного определения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и дельтаметрина (рис. 1) при их совместном присутствии методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Материалы и методы
Серию стандартных водных растворов 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) и дельтаметрина готовили путем последовательного разбавления государственного стандартного образца с концентрацией 0,1 мг/мл. В работе также использовали следующие реагенты: деионизован-ную воду, ацетонитрил (о.с.ч.), уксусную, соляную и фосфорную кислоты, фосфатный буферный раствор (рН = 4,8), гексан (х.ч.), ацетон (ч.д.а.).
^ о
а /а
б/b
Рис. 1. Структурные формулы: а - дельтаметрина; б - 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты Fig. 1. Structural formulas of deltamethrin (a) and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (b)
Исследования проводились на высокоэффективном жидкостном хроматографе Shimadzu LC-20 Prominence (Япония) со спектрофотоме-трическим детектором, регистрирующим свето-поглощение в диапазоне 190-800 нм и колонками: 1) Supelcosil LC-18 (длина 25 см, внутренний диаметр 4,6 мм); 2) Kromasil С-18 (длина 12 см, внутренний диаметр 2,1 мм). Основываясь на физико-химических свойствах аналитов и рабочем температурном диапазоне колонок (20-80° C), температуру термостата колонки поддерживали при 30° C.
Отбор проб речной воды и пищевых продуктов производили в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 и МосМР 2.3.2.006-03 соответственно.
Пробоподготовка образцов речной воды: к аликвоте (15 мл) отфильтрованного образца приливают 15 мл смеси гексан - ацетон (1:2), перемешивают, центрифугируют и упаривают до сухого остатка, который в дальнейшем растворяют в элюенте объемом 10 мл.
Пробоподготовка образцов картофеля: навеску измельченного картофеля (25 г) помещают в коническую колбу и заливают 100 мл ацетона, встряхивают 15 мин и отфильтровывают через бумажный фильтр. Операцию повторяют дважды, экстракты объединяют и упаривают. К сухому остатку приливают 10 мл ацетонитрила, 5 мл воды и 3 мл концентрированной уксусной кислоты.
Условия хроматографирования образцов реальных объектов при совместном присутствии пестицидов: градиентный режим элюирования (табл. 1) смесью ацетонитрил (4) - уксусная кислота (В) (pH = 4) в соотношении 60/40, объем пробы (V) - 10 мкл, длина волны - 230 нм, температура колонки (Тк) - 30° C, скорость потока (V) - 2 мл/мин.
Таблица 1 / Table 1
Условия градиентного режима элюирования смеси аналитов
Conditions for the gradient mode of a mixture's elution of analytes
Время анализа, мин / Analysis time, min А, % В, %
0.00 52 48
4.00 55 45
10.00 80 20
15.00 80 20
20.00 90 10
25.00 90 10
30.00 55 45
35.00 Стоп / Stop
Результаты и их обсуждение
Идентификацию пестицидов осуществляли по спектрам, полученным экспериментальным путем при анализе стандартных образцов 2,4-Д и дельтаметрина. Максимальное поглощение зарегистрировано при 230 нм для обоих аналитов.
Эффективность хроматографических колонок Supelcosil LC-18 (колонка 1) и Kromasil С-18 (колонка 2) оценивали традиционным способом по максимальному значению числа теоретических тарелок (N) (табл. 2). Для сравнения использовали данные, полученные при индивидуальном хроматографировании стандартных растворов пестицидов с концентрацией 10 мкг/мл каждый (Тк = 30° C; V = 2,0 мл/мин; V = 10 мкл).
Таблица 2 / Table 2 Хроматографические параметры определения 2,4-Д и дельтаметрина (А - ацетонитрил, В - раствор уксусная кислота (рН = 4)) Chromatographic parameters for the determination of 2,4-D and deltamethrin (А -acetonitrile, B - acetic acid solution (pH = 4))
Состав элюента А/В, % The composition of eluent А/В, % Колонка 1 / Column 1 Колонка 2 / Column 2
tR мин / tR min N tR мин / tR min N
2,4-Д / 2,4-D
70/30 2,97 3063 2,94 650
60/40 4,65 4897 3,49 675
50/50 2,66 1720 4,22 860
40/60 6,51 3855 6,25 960
30/70 3,22 1234 13,49 1308
Дельтаметрин / Deltamethrin
90/10 5,75 13189 6,45 2822
80/20 10,84 17170 12,13 4876
70/30 23,74 20367 28,93 7218
При выборе состава элюента учитывали тенденцию минимизации применения органических растворителей, ограничение времени детектирования (не более 30 мин) и разделение пиков при определении аналитов в смеси.
Установлено, что полярный пестицид 2,4-Д на гидрофобизированных силикагелях элюирует-ся с наибольшим значением N как при 40%, так и при 60% содержании ацетонитрила в подвижной фазе. В случае детектирования слабополярного дельтаметрина время удерживания (?д) с увеличением доли раствора СН3СООН (рН = 4) в составе элюента значительно возрастает. В связи с различной полярностью изучаемых и предполагаемых в реальных объектах пестицидов выбор состава элюента на колонке 1 сделан в пользу
соотношений 60/40 в случае 2,4-Д и 70/30 для дельтаметрина, однако получить оба пика анали-тов на хроматограмме в изократическом режиме и заданных условиях не удалось.
Параллельно для увеличения элюирую-щей способности ацетонитрила был проведен сравнительный анализ добавок - фосфатный буферный раствор с рН = 4,8 фосфорная кислота (pH = 3) по отношению к результатам, полученным с уксусной кислотой (табл. 3). Установлено, что только присутствие уксусной кислоты в
составе подвижной фазы позволяет с максимальными значениями N получить достаточно симметричные пики. Для уменьшения значений коэффициента ассиметрии (4s) при хромато-графическом определении 2,4-Д варьировали рН уксусной кислоты (табл. 4). Однако лучшие результаты в заданном диапазоне зафиксированы при рН = 4. В случае дельтаметрина значение кислотности элюента не повлияло на время выхода пика и другие хроматографические характеристики.
Таблица 3 / Table 3
Значения хроматографических характеристик определения 2,4-Д на колонке 1 Values of the chromatographic characteristics of the 2,4-D determination in column 1
А/В Фосфатный буферный раствор / Phosphate buffer solution Фосфорная кислота / Phosphoric acid Уксусная кислота / Acetic acid
tR, мин / tR, min N As tR, мин / tR, min N As tR, мин / tR, min N As
2,4-Д / 2,4-D
60/40 6,59 2461 1,4 4,12 3079 1,8 4,65 4897 1,2
Дельтаметрин / Deltamethrin
70/30 9,67 11950 0,9 13,5 14435 1,0 23,74 20367 1,0
Таблица 4 / Table 4
Влияние рН уксусной кислоты на эффективность определения 2,4-Д в условиях: колонка 1, элюент ацетонитрил/уксусная кислота в соотношении 60/40, Тк = 30° C;
V = 2,0 мл/мин; V = 10 мкл The effect of the pH of acetic acid on the efficiency of the determination of 2,4-D under the conditions: column 1, eluent acetonitrile/acetic acid in the ratio 60/40, Тс = 30° C; V = 2,0 ml/min; V = 10 ц!
рН tR, мин / tR, min N As
3,1 4,33 3188 0,7
3,5 4,04 4113 1,4
4,0 4,65 4897 1,2
5,0 7,14 2726 0,7
Таким образом, для индивидуального определения 2,4-Д и дельтаметрина в изократическом режиме рекомендованы следующие условия: колонка Supelcosil LC-18 при Тк = 30° C; Ü = 2,0 мл/мин; V = 10 мкл, элюент ацетонитрил/СНзСООН (рН= = 4) в соотношении 60/40 и 70/30 соответственно.
Раздельное определение аналитов при их совместном присутствии в вышеперечисленных условиях увеличивает время анализа более чем в 2,5 раза, поэтому в работе изучены три режима градиентного элюирования, основные характеристики которых приведены в табл. 5.
Таблица 5 / Table 5
Условия градиентных режимов раздельного определения 2,4-Д и дельтаметрина, при их совместном присутствии в смеси стандартных растворов на колонке 1, элюент ацетонитрил (Д)/уксусная кислота (рН = 4) (В) Conditions for gradient modes of separate determination of 2,4-D and deltamethrin, with their joint presence in a mixture of reference solutions in column 1, eluent acetonitrile (4)/acetic acid (pH = 4) (B)
Время анализа, мин / Analysis time, min Режим 1 / Mode 1 Режим 2 / Mode 2 Режим 3 / Mode 3
А, % В, % А, % В, % А, % В, %
0.00 45 55 50 50 52 48
4.00 80 20 80 20 55 45
10.00 80 20 80 20 80 20
15.00 90 10 90 10 80 20
20.00 90 10 90 10 90 10
25.00 45 55 50 50 90 10
30.00 Стоп / Stop 55 45
35.00 Стоп / Stop
Сравнительный анализ полученных хрома-тограмм показал, что все режимы могут быть применены для анализа смеси пестицидов, но наиболее ровный дрейф фоновой линии отмечается для режима 3 (рис. 2), хроматографические параметры которого приведены в табл. 6. Полу-
mAU 12i'
ченные результаты свидетельствуют о высокой эффективности колонки в заданном режиме.
Метрологические характеристики градуиро-вочных графиков раздельного хроматографирова-ния смеси стандартных растворов 2,4-Д и дельтаметрина в выбранных условиях приведены в табл. 7.
мин / min
Рис. 2. Хроматограмма анализа смеси 2,4-Д и дельтаметрина с концентрацией 10 мкг/мл каждого в градиентном режиме
на колонке Supelcosil LC-18 с Тк 30° С, скорость потока 2 мл/мин Fig. 2. Chromatogram of analysis of a mixture's 2,4-D and deltametrin with the concentration of 10 ^g/ml of each in gradient mode on a Supelcosil LC-18 column with a TC of 30° C, the flow rate is 2 ml/min
Таблица 6 / Table 6
Хроматографические характеристики раздельного определения аналитов в смеси Chromatographic characteristics of separate determination of analytes in a mixture
Пестицид / Pesticide tR_ мин / tR, min N As
2,4-Д / 2,4-D 5,26 1064 1,1
Дельтаметрин / Deltamethrin 23,49 45135 1,1
Таблица 7 / Table 7
Метрологические характеристики градуировочных графиков раздельного хроматографирования пестицидов при их совместном присутствии в градиентном режиме (n = 3, P = 0,95) Metrological characteristics of calibration graphs for separate chromatography of pesticides in their joint presence in the gradient mode (n = 3, P = 0,95)
Аналит / Analyte Уравнение градуировочного графика / Equation of the calibration graph Линейный диапазон, мкг/мл / The linear range, ^g/ml Cmin, мкг/мл / Cmm, ^g/ml sr R2
2,4-Д / 2,4-D y = 242018* + 16756 5-10 0,1 0,01 0,99
Дельтаметрин / Deltamethrin y= 95804x - 14781 5-10 0,3 0,01 0,99
Предварительно на стандартных растворах 2,4-Д и дельтаметрина проведены исследования и рассчитаны степени извлечения, которые составили 76 и 74% соответственно.
Разработанная методика хроматографическо-го определения 2,4-Д и дельтаметрина в смеси апробирована при анализе образцов речной воды (образец 1) (р. Воронеж с. Ленино, Липецкий
район) и картофеля (с. Двуречки, Грязинский район). Правильность определения аналитов контролировали методом «введено-найдено», результаты эксперимента представлены в табл. 8.
Проверка полученных данных по критерию Стьюдента и сравнение рассчитанных значений с ? „_ = 4,3 показало сходимость данных и
эксп кри! у
отсутствие систематической ошибки.
Таблица 8 / Table 8
Результаты апробации разработанной методики при анализе образцов реальных объектов: речная вода (образец 1) и клубни картофеля (образец 2) (n = 3, Р = 0,95) The results of testing the developed method for analyzing samples of real objects: river water (sample 1) and potato tubers (sample 2) (n = 3, P = 0,95)
Пестицид / Pesticide Образец / Sample Введено, мкг/мл / Introduced, ^g/ml Найдено, мкг/мл / Found, ^g/ml Рассчитано, мкг/мл / Calculated, ^g/ml sr ^эксп / ^exp
2,4-Д / 2,4-D 1 10 9,3 i 0,5 Не найден / Not found 0,02 3,2
2 10 9,2 i 0,6 Не найден / Not found 0,03 3,0
Пестицид / Pesticide 1 10 9,4 i 0,4 Не найден / Not found 0,02 3,8
2 10 9,1 i 0,5 Не найден / Not found 0,03 4,0
Таким образом, предложенные методики раздельного хроматографического определения 2,4-Д и дельтаметрина при индивидуальном и совместном их присутствии в водных средах характеризуются хорошей прецизионностью и могут быть рекомендованы для лабораторий санитарно-эпидемиологического контроля.
Список литературы
1. Большаков Д. С., Амелин В. Г. Определение пестицидов в объектах окружающей среды и продуктах питания методом капиллярного электрофореза // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71, № 10. С. 1011-1060. DOI: 10.7868/ S0044450216100029
2. Большаков Д. С., Амелин В. Г., Третьяков А. В. Определение гербицидов и их метаболитов в природных водах методом капиллярного зонного электрофореза в сочетании с дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракцией и on-line концентрированием // Журн. аналит. химии. 2014. Т. 69, № 1. С. 77-88. DOI: 10.7868/S0044450213110042
3. Farina Y., Pauzi Bin Abdullah, Bibi N. Extraction Procedures in Gas Chromatographic Determination of Pesticides // Journal of Analytical Chemistry. 2016. Vol. 71,
№ 4. Р. 339-350. БО1: 10.1134/81061934816040092
4. Еремин С. А., Бородулева А. Ю. Определение 2,4-ди-хлорфеноксиуксусной кислоты в зерне хлебных злаков методом поляризационного флуоресцентного иммуноанализа // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71, № 9. С. 988-994. БО1: 10.7868/80044450216090048
5. Амелин В. Г., Андоралов А. М. Высокоэффективная жидкостная хроматография-времяпролетная масс-спектрометрия в идентификации и определении 111 пестицидов в пищевых продуктах, кормах, воде и почве // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71, № 1. С. 85-97. БО1: 10.7868/80044450215120038
6. Амелин В. Г., Большаков Д. С., Андоралов А. М. Скрининг и определение пестицидов различных классов в природной воде без пробоподготовки методом ультра вэжх-квадруполь-времяпролетной масс-спектрометрии высокого разрешения // Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73, № 3. С. 214-223. БО1: 10.7868/80044450218030064
7. Большаков Д. С., Амелин В. Г., Третьяков А. В. Определение полярных пестицидов в почве методом мицеллярной электрокинетической хроматографии с использованием пробоподготовки QUECHERS // Журн. аналит. химии. 2014. Т. 69, № 1. С. 94-104. БО1: 10.7868/80044450214010058
Образец для цитирования:
Мелихова Е. В., Фарафонова О. В. Оптимизация условий определения 2,4-Д и дельтаметрина методом ВЭЖХ // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 4. С. 372-377. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-4-372-377
Optimization of the Conditions
for Determining 2,4-D and Deltamethrin by HPLC
E. V. Melikhova, O. V. Farafonova
Elena V. Melikhova, https://orcid.org/0000-0002-6256-2848, Lipetsk State Technical University, 30 Moskovskaya St., Lipetsk 398055, Russia; Moscow State University of Technology and Management, K. G. Razumovsky (First Cossack University), 73 Earth Shaft St., Moscow 109004, Russia, mev80@yandex.ru
Olga V. Farafonova, https://orcid.org/0000-0002-2234-9321, Lipetsk State Technical University, 30 Moskovskaya St., Lipetsk 398055, Russia, farafonova.ov@mail.ru
The paper presents the results of optimizing the conditions for the chromatographic determination of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and deltamethrin for two capillary columns (Supelcosil LC-18, Kromasil C-18). The modes of individual chromatography of pesticides were selected. The use of the isocratic elution mode in the joint presence of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and deltamethrin was
shown and experimentally proved to be invalid. Three options were proposed for the conditions of the gradient mode of the separate detection of analytes in a mixture. The developed technique for the chromatographic separate determination of 2,4-D and deltamethrin with their joint presence was tested via analysis of river water and potato samples.
Keywords: high-performance liquid chromatography, gradient and isocratic modes, pesticides.
Received: 29.04.2020 / Accepted: 12.05.2020 / Published: 30.11.2020 This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0)
References
1. Bol'shakov D. S., Amelin V G. Determination of pesticides in environmental materials and food products by capillary electrophoresis. Journal of Analytical Chemistry, 2016, vol. 71, no. 10, pp. 965-1013 (in Russian). DOI: 10.1134/ S1061934816100026
2. Bol'shakov D. S., Amelin V. G., Tret'yakov A. V. Determination of herbicides and their metabolites in natural waters by capillary zone electrophoresis combined with dispersive liquid-liquid microextraction and on-line preconcentration. Journal of Analytical Chemistry, 2014, vol. 69, no. 1, pp. 72-82 (in Russian). DOI: 10.1134/ S106193481311004X
3. Farina Y., Pauzi Bin Abdullah, Bibi N. Extraction Procedures in Gas Chromatographic Determination of Pesticides. Journal of Analytical Chemistry, 2016, vol. 71, no. 4, pp. 339-350. DOI: 10.1134/S1061934816040092
4. Eremin S. A., Boroduleva A. Yu. Determination of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid in cereals by fluorescence polarization immunoassay. Journal of Analytical Chemistry, 2016, vol. 71, no. 9, pp. 949-954 (in Russian). DOI: 10.1134/S1061934816090045
5. Amelin V. G., Andoralov A. M. High-performance liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry in the identification and determination of 111 pesticides in food, feed, water, and soil. Journal of Analytical Chemistry, 2016, vol. 71, no. 1, pp. 82-93 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044450215120038
6. Amelin V. G., Bol'shakov D. S., AndoralovA. M. Screening and determination of pesticides from various classes in natural water without sample preparation by ultra hplc-high-resolution quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Journal of Analytical Chemistry, 2018, vol. 73, no. 3, pp. 257-265 (in Russian). DOI: 10.1134/S1061934815120035
7. Bol'shakov D. S., Amelin V. G., Tret'yakov A. V. Determination of polar pesticides in soil by micellar electrokinetic chromatography using QUECHERS sample preparation. Journal of Analytical Chemistry, 2014, vol. 69, no. 1, pp. 89-97 (in Russian). DOI: 10.1134/ S1061934814010055
Cite this article as:
Melikhova E. V., Farafonova О. V. Optimization of the Conditions for Determining 2,4-D and Deltamethrin by HPLC. Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, iss. 4, pp. 372-377 (in Russian). DOI: https://doi. org/10.18500/1816-9775-2020-20-4-372-377
