CC BY
14
УДК 614.777 : 543.38 : 547.56+ 543.38 : 547.56.
РАЗДЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕТУЧИХ ФЕНОЛОВ В ВОДЕ ПРИ ПОМОЩИ ХРОМАТОГРАФИИ В ТОНКОМ СЛОЕ
Канд. хим. наук Ф. Г. Дятловицкая, Э. Д. Мактаз
Украинский научно-исследовательский институт коммунальной гигиены, Киев
В последние годы появились работы, содержащие описание метода хроматографии в тонком слое (Mistryukow; Сегпу и соавторы; А. А. Ах-рем и А. И. Кузнецов). Сущность метода заключается в том, что на стеклянную пластинку наносят слой адсорбента толщиной 1—2 мм и смесь веществ, которые надо разделить. Пластинку ставят под определенным углом в хроматографической камере, куда наливают подходящий растворитель. Разделение происходит в течение 20—30 мин. За это время нанесенные вещества продвигаются вверх по стеклу. Затем, стекло с адсорбентом высушивают на воздухе и проявляют пятна подходящим реактивом. Такую технику хроматографического анализа использовали для разделения стероидов, липидов и других органических соединений. Мы решили применить хроматографию в тонком слое для разделения летучих фенолов. Следует указать, что этому вопросу посвящены лишь единичные работы. Так, Wagner разделял одноатомные-фенолы в закрепленном слое силикагеля (силикагель, кизельгур, крахмал) в системе ксилол—хлороформ. Автору удалось отделить только ортокрезол. Фенол, мета- и пара-крезолы давали общее пятно.
Hermänek и соавторы разделяли фенол, пара- и орто-крезолы на: окиси алюминия дезактивированной и подкисленной уксусной кислотой. Значения Rf составляли соответственно 0,19, 0,27 и 0,46. Результаты количественного определения авторы не приводят. Seeboth исследовал пригодность различных марок силикагеля и окиси алюминия для разделения фенолов в закрепленном слое. Наилучшее разделение пирокатехина, резорцина и гидрохинона достигается на смеси силикагеля и окиси алюминия (1:1) в системе хлороформ — метилкетон — диэтил-амин (4:2:0,2). В незакрепленном слое сорбента разделение летучих фенолов не описано.
Разделение летучих фенолов при помощи хроматографии в тонком слое мы решили производить на окиси алюминия, поскольку она является весьма доступным адсорбентом. Все летучие фенолы предварительно очищали: фенол сублимировали, орт.о-крезол перегоняли при-190°, а мета- и пара-крезолы — при 202°. Температуры плавления указанных соединений соответственно составляли 42, 31, 12 и 35°.
Указанные соединения наносили в виде хлорбензольного экстракта азокрасок 1. С этой целью вначале получали азокраску соответствующего фенола, а потом экстрагировали хлорбензолом в кислой среде. Получали азокраску путем сочетания фенола с диазотированным пара-нит-роанилином, который приготовляли путем титрования пара-нитроанили--на азотистокислым натрием в кислой среде. Практически получали азокраску по методу, который описал Stoltenberg: 1 • мл раствора соответствующего фенола концентрации 5 г\л вносили в делительную воронку, прибавляли 1 мл 20% серной кислоты, 25 мл 2 н. раствора соды и 2,5 мл диазотированного пара-нитроанилина 2. Получалась азокраска
1 Данная работа вначале была проделана нами на колонне, заполненной окисью алюминия, а потом был разработан вариант тонкослойной хроматографии, который и описан в настоящей статье.
2 Диазотированный пара-нитроанилин приготовляли следующим образом: 0,345 г препарата, перекристаллизованного из горячей воды, вносили в колбу емкостью 25 мл, прибавляли 1,6 мл концентрированной соляной кислоты, 5 мл дистиллированной воды и слегка нагревали до полного растворения. Затем раствор охлаждали водой со льдом,, быстро титровали 1 н. раствором азотистокислого натрия до посинения йодкрахмаль-ной бумаги и доводили до метки дистиллированной водой.
К статье Ф Г. Дятловицкой и Э. Д. Мактаз
и
Рис. I. Хроматограммы летучих фенолов к тонком слое
/ — стартовая линия; 2 — фенол; 3 — орто-крезол; 4 — мета- и пара
крезол ы.
красного цвета. Затем прибавляли 50 мл 20% серной кислоты и экстрагировали 50 мл хлорбензола. Хлорбензольный слой отделяли, фильтровали для осушки через бумажный фильтр и наносили определенное количество на стеклянную пластинку. В 1 мл экстракта содержится 0,1 мг фенола.
Использовали стеклянные пластинки размером 21X9,8X0,3 см. Около 20 г окиси алюминия насыпали на стекло и прокатыванием стеклянной палочкой с надетыми на концы резиновыми трубками образовывали слой толщиной 1 мм. Экстракт наносили на расстоянии 15 мм от нижнего края адсорбента, посредине стартовой линии. Затем пластинку помещали в кристаллизатор с притертой крышкой под углом 10° по отношению к горизонтальной плоскости.
В сосуд предварительно наливали 80 мл хлорбензола так, чтобы уровень его достигал нижнего края стекла. На адсорбент наносили последовательно определенное количество хлорбензольного экстракта фенола и крезолов, после чего оставляли на 30 мин. В течение этого времени фронт растворителя продвигался до верхнего края стекла. Фенол давал розовое пятно на расстоянии 1 —1,5 см от старта, орто-крезол — сиреневое на расстоянии 7—8 см, мета-крезол — коричневое на расстоянии 12,5 сму а пара-крезол — бледно-желтое пятно на расстоянии 13,5 см от старта.
Оптимальной .оказалась 1,5% влажность адсорбента К При меньшей влажности (1%) высота поднятия пятен по стеклу была очень малой и пятно фенола вообще не отделялось от старта. При большей влажности (2 и 4%) высота поднятия пятен была настолько большой, что пятна мета- и пара-крезолов уходили с фронтом растворителя.
ИГ гомологов фенола для данных условий были следующие: фенол — 0,08, орто-крезол — 0,46, мета-крезол — 0,77, пара-крезол — 0,83.
При нанесении на стекло смеси всех летучих фенолов и 30-ми1*ут-ной выдержке в хромато-графической камере было достигнуто хорошее отделение фенола от орто-крезола. Мета- и пара-крезолы давали общее пятно, которое четко отделялось от пятна орто-крезола (рис. 1 на вклейке). Достичь разделения мета- и паракрезолов не удалось и на более длинном стекле. Четкие пятна наблюдались также при нанесении указанных соединений в количестве 0,002—0,005 мг, что говорит о высокой чувствительности метода. Таким образом, возникает возможность быстрого раздельного определения летучих фенолов в тонком слое.
Для количественного определения фенола и орто-крезола были сняты калибровочные кривые. С этой целью на стекло с адсорбентом
1 Адсорбент приготовляли следующим образом: определенную навеску безводной окиси алюминия вносили в склянку с притертой пробкой, прибавляли туда 1,5% дистиллированной воды и встряхивали на шюттеле в течение 4 часов.
Рис. 2. Калибровочная кривая для фенола.
Кювета 10 мм, тветофильтр зеленый.
зольного экстракта.
наносили 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 0,6 и 0,75 мл соответствующего хлорбен-
После выдержки в хроматографичеокой камере
стекло высушивали на воздухе, скальпелем вырезывали окрашенные пятна и экстрагировали в течение 5 мин. 5 мл изопропанольной смеси, которую приготовляли согласно прописи, указанной Stoltenberg. Для этого к 75 мл изопропа-нола прибавляли 25 мл воды и 1 мл 1 н. едкого натра. Экстракт отфильтровывали от окиси алюминия, доводили фильтрат до прежнего объема той же смесью и определяли оптическую плотность сиреневого раствора на фотоэлектроколо-риметре ФЭК-М в кювете длиной 10 мм с зеленым светофильтром. Соответствующие калибровочные кривые для фенола и орто-крезола представлены на рис. 2 и 3. Каждую калибровочную кривую мы снимали не менее 3 раз. Воспроизводимость опытов была вполне удовлетворительной. Ошибка составляла в среднем 3—5%. Раздельное определение мета- и пара-крезолов в тонком слое нам осуществить не удалось. Однако при экстрагировании азокрасок мета- и пара-крезолов изопропанолом оказалось, что азокраска пара-крезола разлагается, а мета-крезола остается устойчивой (сиреневый цвет). Смеси мета-
в любых
0,01 0,0?
Мг
Рис. 3. Калибровочная кривая для орто-
крезола.
Кювета 10 мм, светофильтр зеленый.
0,7
I
0,2
и паракрезолов соотношениях давали при экстрагировании желтую окраску.
Таким образом, образование сиреневой окраски после экстрагирования пятна мета- и пара-крезолов ^ ^ свидетельствует о наличии в воде только мета-крезола.
Количественное опреде-ление в этом случае производится по калибровочной кривой для растворов чистого мета-крезола, ¡которую мы здесь не приводим из-за недостатка места. Но поскольку в производственных сточных водах в большинстве случаев присутствуют мета- и пара-
крезолы, мы решили осуществить их суммарное определение.
Изопропанол в качестве элюата для этой цели непригоден по причинам, изложенным выше. В связи с этим мы избрали для элюирования окрашенных пятен мета- и пара-крезола на окиси алюминия хлорбензол, так как оптические плотности окрашенных растворов этих соединений
Рис. 4. Калибровочная кривая для смеси мета-
и пара-крезолов.
Кювета 20 мм, светофильтр синий.
в хлорбензоле были одинаковы. Количественное определение мета- и пара-крезола производили по калибровочной кривой, которая была снята для смеси равных количеств данных соединений. Для этого приготовляли хлорбензольные экстракты мета- и паракрезолов по описанному выше методу. Затем равные объемы этих экстрактов наносили на стекло и выдерживали 20 мин. в хроматографической камере. После высушивания стекла на воздухе вырезывали окрашенные пятна смеси мета- и пара-крезола, элюировали их 10 мл хлорбензола и определяли оптическую плотность на фотоэлектроколориметре. Данные этих опытов представлены на рис. 4.
Разделение мета- и пара-крезолов в дальнейшем мы осуществили на бумаге. Этот метод будет служить предметом специального сообщения. Здесь мы лишь упомянем о том, что нами предложено определять на бумаге только пара-крезол, а смесь мета- и пара-крезола — по описанному выше способу. По разности определяется мета-крезол.
Было испытано 2 способа выделения летучих фенолов в тонком слое из сточной воды — перегонка и экстракция. Оказалось, что только экстракция приводит к количественному выделению фенолов из воды. При выделении их путем отгона на адсорбенте образовывалась только зона фенола. Поэтому в дальнейшем выделение фенолов из сточной воды производили так: сточную воду подкисляли 1 н. соляной кислотой до рН 5, экстрагировали все органические вещества эфиром, из эфирной вытяжки количественно вымывали фенолы 1 % раствором щелочи. Аликвотную часть щелочной вытяжки употребляли для приготовления хлорбензольного экстракта. Определенный объем хлорбензольного экстракта, содержащий не более 0,08 мг фенола (наибольшее количество, определяемое по калибровочной кривой), наносили на адсорбент, выдерживали 20 мин. в хроматографической камере, вырезывали окрашенные участки адсорбента, экстрагировали изопропанолом (фенол и орто-крезол) или хлорбензолом (мета- и пара-крезолы) и производили количественное определение по соответствующим калибровочным кривым.
Данные этих опытов приведены в таблице. Там же для сравнения представлено суммарное определение фенолов в сточной воде.
Определение летучих фенолов в производственных сточных водах
Предприятие Колориметрия 9 * Хроматоколориметрия
фенол орто-кре-зол мета-и па-ра-крезо-лы
фенолы (в мг/л)
(в мг/л)
Краматорский коксохимический завод ....
Ольховский коксохимический завод .....
Днепродзержинский коксохимический завод .
Макеевский коксохимический завод.....
То же.................
Завод «Магнезит» (газогенераторная станция) Тула. «Подземгаз».............
1543,8 2540,0 688,0 397,0 440,0 500,0 104,0
1245,0 2333,0 550,0 370,0 357,0 354,0 73,0
62.5 166,0
41.6 20,0 20,0 50,0
5,0
600,0 625,0 133,0 100,0 125,0 158.0 24,0
Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что результаты раздельного исследования летучих фенолов в сточных водах несколько превышают результаты их суммарного определения. В некоторых пробах (1, 2, 4) эти расхождения достигают 30%. Это можно объяснить тем, что суммарное определение фенолов производили с 4-амино-антипирином, который не дает окраски с пара-крезолом.
Поэтому если в сточных водах присутствовал пара-крезол, то результаты суммарного определения могли быть заниженными. Действием
тельно, когда в дальнейшем мы при помощи метода бумажной хроматографии разделили фенолы в сточных водах, то обнаружили, что в пробах 1, 2 и 4 присутствовал только пара-крезол. Таким образом, результаты определения летучих фенолов после разделения их методом тонкослойной хроматографии являются достоверными.
Метод разделения фенолов при помощи хроматографии в тонком слое мы решили применить для исследования их в воде открытого водоема. Ценность метода заключалась бы не только в определении малых количеств фенолов, которое можно произвести, например, с пирамидоном, а в возможности их идентификации.
Идентификацию фенолов на окиси алюминия производили вначале на чистых веществах. С этой целью приготовляли растворы фенола, ор-ТО-, мета- и пара-крезолов с концентрацией 1, 0,5, 0,25, 0,1, 0,05, 0,02 и 0,001 мг/л. Растворы готовили непосредственно перед употреблением. Затем 1 л соответствующего раствора насыщали поваренной солью при комнатной температуре и экстрагировали органические вещества 40 мл эфира. Из эфирной вытяжки извлекали фенолы 1 % раствором едкого кали (2 раза по 10 мл). Всю щелочную вытяжку использовали для приготовления хлорбензольного экстракта (см. выше). Для этого ее вносили в делительную воронку, прибавляли 1 мл 20% серной кислоты, 25 мл 2 н. раствора соды и 2,5 мл диазотированного пара-нитроанили-на. К полученной азокраске прибавляли 50 мл 20% серной кислоты и экстрагировали 10 мл хлорбензола. Хлорбензольный слой отделяли, высушивали путем фильтрования через бумажный фильтр и наносили 1 мл на стекло с адсорбентом (окись алюминия с 1,5% влажностью). После выдержки в хроматографической камере в течение 20 мин. стекло высушивали на воздухе и вырезывали скальпелем окрашенные пятна.
Оказалось, что растворы фенола, орто-, мета- и пара-крезолов дают при этих условиях ярко выраженные четкие пятна при концентрации до 0,05 мг/л. При концентрации фенолов 0,02 мг/л пятно на адсорбенте не обнаруживается, как не обнаруживается оно и для контрольного раствора 1.
Та же картина наблюдалась при идентификации фенолов в речной воде (Днепр ниже гавани на участке, находящемся в 0,5 км ниже выпуска сточных вод предприятиями Дарницы, а также р. Десна).
При приготовлении стандартных растворов фенола на каждой из данных вод и испытании чувствительности определения было установлено, что она осталась такой же.
Мы испытали также возможность раздельного определения малых количеств фенолов в водоеме. Для этого приготовляли растворы, содержащие смесь всех фенолов в концентрациях 0,05, 0,1 и 0,2 мг/л (для каждого из указанных фенолов). Четкие окрашенные пятна для фенола, орто-, мета- и пара-крезолов были получены для 2-го и 3-го растворов. Для 1-го раствора пятна проявлялись слабо, но идентификация была возможной.
ф
ЛИТЕРАТУРА
Mistryukow Е. A., Coll. csl. Chem. Com., 1961, т. 26, стр. 2071.—Cerny V., Joske J., Lab 1er L., Coli. csl. Chem. Com., 1961, т. 26, стр. 1658.—Wagner G., Pharmazie, 1955, v 10, p. 302,—H e r m á n e k S., Pharmazie, 1961, v. 16, p. 566.— Seebot h H., Chem. Techn., 1963, Bd. 15, N 1, S. 34.—S t о 11 e n b e r g H., Zeitschr. für anal. Chem., 1955, т. 146, p. 181.
Поступила 3/11 1964 г.
1 Контрольный раствор был получен следующим образом: 1 л дистиллированной воды насыщали поваренной солью, экстрагировали 40 мл эфира. Затем из эфирной вытяжки извлекали фенолы 20 мл 1 % едкого кали и готовили хлорбензольный экстракт согласно описанному выше методу.
