CC BY
11
УДК 615.285.7:547.2411.074
В. И. Курушкин, Ю. Н. Богословский (Москва)
УСКОРЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОР-И ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ
В настоящее время большое внимание в га-зохроматографических исследованиях уделяется надежности идентификации отдельных компонентов, особенно в случае сложных смесей (М. С. Вигдергауз и соавт.). Наиболее часто для этих целей определяют параметры удерживания анализируемых соединений на двух или нескольких колонках различной полярности и в различных температурных режимах (М. С. Вигдергауз и соавт.; Егс1еу и соавт.).
Другой путь повышения надежности идентификации заключается в применении нескольких детекторов различной специфичности. Использование одного даже высокоспецнфичного детектора не позволяет из-за незнания абсолютного количества вводимого вещества сделать однозначный вывод о принадлежности этого вещества к той или иной группе химических соединений.
Обычно используют газохроматографические схемы с одной колонкой, к которой через делитель потока газов подключено несколько детекторов. Недостаток таких схем заключается в отсутствии уверенности в том, что после разделения в колонке на детектор поступают индивидуальные компоненты. При использовании двухступенчатых газохроматографических схем, обладающих более мощной разделительной способностью, где на второй ступени стоит одна или несколько параллельных колонок различной селективности, существует возможность проверить на них полноту разделения компонентов анализируемых смесей в колонке первой ступени.
С увеличением числа колонок второй ступени возрастает и надежность доказательства индивидуальности идентифицируемого компонента. Однако в практической работе достаточная надежность идентификации обычно достигается при использовании 1 или 2 колонок второй ступени (Ю. Н. Богословский).
Наиболее целесообразным представляется использовать такие двухступенчатые схемы, где на колонку второй ступени переводится только интересующая часть анализируемой смеси, соответствующая, как правило, 1 пику на хро-матограмме из колонки первой ступени, а остальная часть смеси сбрасывается в атмосферу или задерживается в колонке первой ступени для последующего анализа. На колонке второй ступени проверяется, соответствует ли этот пик одному индивидуальному компоненту или состоит из смеси компонентов. Если на хроматограм-ме из колонки второй ступени появляются 2 или несколько пиков, то выделенный пик хромато-
граммы из колонки первой ступени состоит нз нескольких компонентов. Индивидуальный компонент на колонках второй ступени не может образовать более 1 пика.
В настоящей работе использовалась двухступенчатая газохроматографическая схема, установленная на хроматографе «Цвет-106». Схема состоит из 2 набивных колонок различной селективности, переключающего устройства между ними и системы детектирования. Колонка первой ступени заполнена малополярной фазой SE-30 (5%), второй ступени — среднеполярной ХЕ-60 (5%) на хромосорбе «G» AW-DMCS с зернением 80/100 меш. Перевод фракций из колонки первой ступени в колонку второй осуществляется с помощью пневматического переключающего устройства, изготовленного нз стекла. Схема целиком выполнена из инертных материалов (стекло и тефлон) и предназначена для анализа хлорорганических (ХОС) и фосфорорганических (ФОС) соединений (пестицидов).
Система детектирования состоит из 3 ионизационных детекторов: малоселективного в отношении органических соединений — пламен-но-ионизационного детектора (ПИД) и 2 селективных — термоионного детектора (ТИД), чувствительного к ФОС, и детектора постоянной скорости рекомбинации (ДПСР), чувствительного к ХОС. ПИД и ДПСР расположены на выходе из колонки первой ступени, ТИД — второй. На все 3 детектора через делитель потока газов подаются постоянные потоки газа-носителя. Место расположения детекторов в схеме не имеет принципиального значения и зависит лишь от целей исследований. Чтобы всеЗ детектора работали в линейном диапазоне, необходимо в газохроматографических исследованиях использовать концентрации анализируемых веществ, не превышающие 10~2 мг/мл.
Как уже было сказано, чувствительность ПИД ко всем анализируемым органическим соединениям примерно одинакова. Кратность изменения величины сигнала детектора по отношению к различным классам соединений обычно не более 10—20. Чувствительность ТИД к ФОС, а ДПСР к ХОС примерно в 100—1000 раз выше таковой ПИД к этим соединениям, чувствительность же ТИД к 'ХОС, а ДПСР к ФОС примерно' в 10—100 раз выше, чем у ПИД. Абсолютная чувствительность ДПСР и ТИД к неселективным веществам приблизительно одинакова, но не выше чувствительности ПИД. В нашем случае она составляет около Ю-9 г.
Т-9Еотн. 1000 -
юо 10
в
L DÖD
/ г з
öl
D
О
123 1 2 3 123
Таблица I
Параметры удерживания анализируемых пестицидов на двухступенчатой схеме с фазами БЕ-ЗО н ХЕ-60
('кол = >90 °С)
Диаграмма принадлежности анализируемых пестицидов к группам ХОС и ФОС по соотношению величин сигналов,
получаемых от 3 детекторов (ПИД, ТИД, ДПСР).
а — пестицид не принадлежит к группам ХОС или ФОС; б —пестицид принадлежит к группе ХОС; в — пестицид принадлежит к группе ФОС; г — пестицид принадлежит к группе ХОС и ФОС одновременно. 1 — ПИД; 2—ТИД; 3 — ДПСР.
Соотношение величин сигналов, получаемых при сочетании 3 таких детекторов, может служить основанием для групповой идентификации при отнесении анализируемого вещества к группе ХОС или ФОС или позволяет сделать вывод, ^ что данное вещество к этим группам не принадлежит.
При измерении сигналов детекторов необходимо вносить поправки на пропорциональность деления потока газа-носителя (пробы) между детекторами, а также на ослабление сигнала детектора в измерителе малых токов. При этом подразумевается, что размерность . шкалы самопишущих регистрирующих приборов (в нашем случае КСП-4) одинакова. Кроме того, чтобы устранить разницу в количестве вводимых в пробах веществ, необходимо сигналы каждого детектора разделить на величину сигнала неспецифического детектора (ПИД). Расчет относительных величин сигналов детекторов ф проводят по формуле
£отн~ х.у.а ,
где £0тн — относительная величина сигнала детектора; а — измеренная величина сигнала детектора; х — доля потока пробы, поступающей на детектор, от всего потока пробы, вводимого на колонку первой ступени; у — величина ослабления сигнала детектора в ИМТ-05; 1 — специфичный детектор; 2 — неспецифичиый детектор. Для удобства сравнения величин сигналов детекторов их можно выразить в логарифмической форме, предварительно умножив на 10, чтобы ^Е отн пид =1, и представить их в графическом виде (рисунок).
Чувствительность и специфичность применяемых детекторов в течение их длительного использования может меняться, так как в процессе работы они загрязняются продуктами * термического распада анализируемых соединений, а у пламенных детекторов она еще зависит от количества поступающего водорода и в меньшей степени от расхода других газов. Чувствительность ТИД, кроме того, меняется в связи с испарением таблетки бромистого цезия. Однако
Пестицид SE = 30 ХЕ = 60 2
'Í 'отн 2 'отн - м + н и
а-ГХЦГ 35* 0.54 5' 32" 0,26 7' 07" 0,30
ГХБ 1' 40" 0.57 2' 24" 0,11 4' 04" 0.17
р-гхцг Г 44" 0,59 14' 58" 0,71 16' 42" 0.70
Фосфамнд 1 50" 0,63 21' 40" 1 ,04 23' 30* 0,98
У-ГХЦГ I' 57" 0.66 8' 38° 0.41 1 0' 35" 0.44
4.4'-ПХБ 2' 05* 0.71 5' 02" 0.24 7' 07" 0.30
ПХНБ 2' 07" 0.72 4' 52' 0.23 6' 59" 0.30
Октаметил 2' 21" 0,80 14' 19" 0,68 16' 40" 0,69
Диазинон 2' 21 ' 0.80 4' 51" 0,23 Т 12" 0,30
ГХЦГ 2' 30" 0,85 14' 59" 0.71 17' 29" 0,73
Метафос 2' 56" 1 .00 21 ' 04" 1 .00 24' 00* 1 .00
Гептахлор 3' 15" 1.11 6' 05" 0,29 9* 20" 0,39
Тролен 3' 21" 1.14 9' 42" 0.46 1 3' 03* 0,54
Метилнитрофос 3' 25* 1.16 21' 58" 1 .04 25' 23" I .06
Метнлэтилтиофос 3' 31" 1 .20 22' 32' 1 .07 26' 03" 1 .09
Альдрии 3' 55" 1 .34 7' 30" 0,36 1 1 ' 25" 0.48
ТХМ-3 4' 00" 1 .36 10' 15" 0,49 14' 15" 0.58
Карбофос 4' 05' I .39 1 8' 05" 0,86 22' 1 0" 0.92
Паратнон 4' 12" 1 .43 24' 01" 1.14 28' 13" 1.16
Кельтан 4' 20" 1 .48 15' 00" 0,71 19' 20" 0.81
Гептахлор Б' 08" 1 ,75 14' 22" 0.68 19' 30' 0,81
Диелдрин 4,4'-ДДЕ 7' 55" 2.70 22' 40" 1 .08 30' 35* 1 .27
8' 00" 2,73 16' 51* 0.80 24' 51* 1 ,04
4.4'-ДДД 9' 38" 3.28 44' 41" 2.21 54' 19" 2,26
4.4' - ДД Т 13' 25" 4,57 40' 23" 1 .92 53' 48" 2.24
при использовании метода внешнего стандарта этих ошибок можно избежать.
В том случае если сигналы от 3 детекторов соизмеримы (разница не превышает 1 порядка), то можно предположить, что анализируемый компонент не принадлежит ни к ХОС, ни к ФОС (см. рисунок, а). В том случае когда величины сигналов, полученные с селективных детекторов — ТИД и ДПСР больше (на порядок и выше) величины сигнала, полученной от ПИД, то в молекуле анализируемого компонента присутствует гетероатом. Если при этом величина от ДПСР больше, чем от ТИД, то можно с большой вероятностью предположить, что анализируемый компонент имеет в молекуле атом галогена или группировку атомов, обладающих сильным сродством к электрону, и данный компонент относится к группе ХОС (см. рисунок, б). Если же величина сигнала с ДПСР меньше, чем от ТИД, то можно утверждать, что в молекуле анализируемого компонента присутствует атом фосфора и этот компонент относится к группе ФОС (см. рисунок, в). Если же сигналы от ДПСР и ТИД значительно превосходят сигнал ПИД (примерно в 1000 раз) и приблизительно равны, то в молекуле анализируемого компонента присутствуют как атом фосфора, так и галогена или же группировка атомов, обладающая сильным сродством к электрону (см. рисунок, г).
По относительным величинам сигналов от 3 детекторов возможна и индивидуальная идентификация, даже если анализируемые пестициды принадлежат к одной группе.
Таблица 2
Относительные величины сигналов анализируемых пестицидов от трех детекторов (М±т)
Пестицид пид ДПСР ТИД
Я 18 Я я 1« Я я 1« я Д |(Г Я
ех-ГХЦГ \ 1 258,8±2,9 3,41 44,6±0,8 2,65 +0,76
ГХБ 1 1 162,7±1,5 3,21 16,1±0,5 2,21 + 1.00
р-гхцг 1 1 251,3±2,9 3,40 42,2±0,7 2,63 +0.77
Фосфамид 1 1 200,1±2,7 3,30 384,0±4,1 3,58 —0,28
7-ГХЦГ 1 1 262,9± 2,8. 3,42 46,4±0,9 2,66 +0,76
4,4-ПХБ 1 1 35,0±0,8 2,55 5,0±0,1 1,70 +0,85
ПХНБ 1 1 668,0±2,2 3,82 103,0±1,3 3,01 +0,81
Октаметил 1 1 101,2±2,3 3,01 389,3±3,2 3,59 —0,58
Диазинон 1 1 80,1±1,4 2,90 !65,5±2,1 3,22 —0,32
ГХЦГ 1 1 255,5±2,0 3,41 45,1±0,9 2,65 +0,76
Метафос 1 1 140,5±2,3 3,15 225,4±2,8 3,35 —0,20
Гептахлср 1 1 78,8± 1,1 2,90 19,0±0,7 2,28 +0,62
Тролен 1 1 789,1 ±7,2 3,90 403,1±5,4 3,61 +0.29
Метатион 1 1 110,5±2,5 3,04 202,1±4,1 3,30 —0,26
Метилэтилтнофос I 1 143,1±2,1 3,16 231,1±3,3 3,36 —0,20
Альдрин 1 1 129,8±3,0 3,11 17,5±0,5 2,24 +0,87
ТХМ-3 1 1 832,0± 9,1 3,92 450,0±6,2 3,65 +0,27
Карбофос I 1 58,3±1,2 2,77 216,5±3,3 3,34 —0,57
Паратион 1 1 139,1±2,2 3,14 232,2±3.5 3,37 —0,23
Кельтан 1 1 211,9±4,0 3,33 9,9±0,2 1,99 + 1,34
Гептахлор 1 1 60,2± 1,3 2,78 6,2±0,2 1,79 +0,99
Диелдрин 1 1 340,0±3,1 3,53 19,5±0,4 2,29 + 1,24
4,4-ДДЕ 1 1 263,2±3,0 3,42 9,1±0,2 1,96 + 1,46
4,4-ДДД 1 1 280,4± 3,1 3,45 7,3±0,1 1,86 + 1,59
4,4-ДДТ 1 1 299,8±3,3 3,48 7,2±0,1 1,86 + 1,62
На предлагаемой схеме были изучены параметры удерживания 22 ХОС и ФОС, а также определены для них соотношения величин сигналов от 3 детекторов. Данные представлены в табл. 1 и 2.
Основным критерием идентификации пестицидов служит совокупность параметров удерживания их на 2 колонках различной селективности (БЕ-ЗО и ХЕ-60), причем индивидуально для каждой колонки, а не суммарно. Суммарное время удерживания на 2 последовательных колонках различной селективности для некоторых пестицидов может быть одинаковым, тогда как на отдельных ^колонках время удерживания у них различноЛНапрнмер, кельтан и гептахлор эпоксид по сумме удерживания на 2 колонках имеют близкое время удерживания — 19 мин 30 с и 19 мин 20 с, хотя на отдельных колонках они хорошо разделяются: кельтан имеет совокупность времени удерживания {4 мин 20 с; 15 мин 00 с}, а гептахлор эпоксид— {5 мин 0,8 с; 14 мин 22 с} (на БЕ-ЗО и ХЕ-60 соответственно).
Если время удерживания некоторых пестицидов совпадает на одной из колонок, то на другой оно, как правило, различно, что позволяет с достаточной надежностью идентифицировать анализируемый пестицид. Например: диелдрин и 4,4'-ДДЕ имеют близкое время удерживания на колонке с ЗЕ-ЗО : 7 мин 55 с и 8 мин 00 с, а на колонке с ХЕ-60 оно значительно различается — 22 мин 40 с и 16 мин 51 с соответственно.
Относительные величины сигналов детекторов служат дополнительным критерием идентификации, так как они менее стабильны, чем параметры удерживания, но, однако, не зависят от них, что дает возможность идентифицировать пестициды с одинаковыми параметрами удерживания даже на 2 колонках. Например, пента- А хлорнитробензол и 4,4-дихлорбифенил имеют одинаковое время удерживания на 2 колонках предлагаемой схемы, тогда как относительные величины сигналов детекторов у этих пестицидов значительно различаются: у пентахлорнит-робензола ^Етид=3,01 и ^Едпср =3,82, а у 4,4'-дихлорбифенила ^Е гид =1,70 и 1ёЕдпср =2,55, и по относительным величинам сигналов детекторов можно провести их идентификацию.
В целом же идентификация веществ на предлагаемой схеме проводится на основании совокупности параметров удерживания веществ, определенных на 2 колонках различной селективности, и по соотношению относительных величин сигналов от 3 детекторов различной специфичности. Это дает более полную информацию о природе анализируемого вещества и позволяет с высокой степенью надежности проводить его идентификацию. V
Литература. Богословский 10. И. — В кн.: Методы повышения эффективности хроматографическнх колонн. М., 1978, с. 58—60.
Качественный газохроматографический анализ./Вигдерга-уз М. С., Семенченко Л. В., Езрец В. А. и др. М., 1978.
Erdey L. Takacs JSzalanzy E. — J. Chromatogr., 1970, v. 46, p. 29.
Поступила 30.03.82
УДК 614.31+ei4.7|:547.2141-074:543.S44
Г. В. Халтурин, Н. И. Андрюшкеева
ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕКСАХЛОРБУТАДИЕНА В БИОМАТЕРИАЛАХ
Нами разработана методика определения гексахлорбутадиена (ГХБД) в биологических материалах газохроматографическим методом. Чувствительность метода составляет 0,005 мкг/мл, наименьшие концентрации ГХБД, которые удается установить,— 0,01 мг на 1 кг биологического материала.
Методика определения ГХБД состоит из получения гомогенатов биологических материалов, экстракции ГХБД из гомогенатов н-гексаном, разделения водной и органической фаз на центрифуге и определения ГХБД на газовом хроматографе.
Гомогенаты мышечных и костных тканей, различных органов, крови, жира и кала крыс получали на микроразмельчителе тканей Т-2. Для этого пробы биологических материалов взвешивали в стеклянных стаканах вместимостью 100 мл и после грубого измельчения ножницами добавляли в стаканы по 10 мл дистиллированной воды и гомогенизировали на микроразмельчителе при 5000 об/мин 5 мин. Органы мелких экспериментальных животных, в том числе и печень, использовали целиком. Остальных биологических материалов брали обычно по нескольку граммов. Для получения проб кала и мочи животных помещали в обменные клетки. Пробы биологических материалов экспериментальных животных брали после их усыпления этиловым эфиром. Для определения выхода ГХБД в пробы микрошприцем вводили определенное количество стандартного раствора ГХБД в этиловом спирте. Пробы мочи объемом 10 мл также помещали в 100-миллилитровые стаканы и к ним для экстракции ГХБД приливали по 10 мл н-гексана.
Экстракцию ГХБД из всех проб биологических материалов проводили в тех же стаканах, в которых получали гомогенаты. В каждый стакан, как и в опыте с мочой добавляли по 10 мл н-гексана. Перемешивание осуществляли на магнитной мешалке типа ММ-ЗМ при максимальном числе оборотов в течение 15 мин. В качестве приспособления для перемешивания использовали металлические стержни без полиэтиленовой оболочки. Для исключения испарения н-гексана стаканы плотно закрывали пищевой алюминиевой фольгой.
Разделение водной и органической фаз производили на центрифуге ЦЛС-3 при 4000 об/мин 5 мин. Для этого содержимое стаканов после
гомогенизирования выливали в пробирки вместимостью 25 мл, которые также плотно закрывали алюминиевой фольгой.
Количественное определение ГХБД производили на газовом хроматографе «Газохром 11 06Э» с детектором электронного захвата. Обычно использовали шкалу 5-Ю-12 или более грубую (при больших количествах ГХБД в пробе). Применяли стеклянную колонку длиной 2 м с внутренним диаметром 3 мм. В качестве носителя использовали хромосорб с величиной зерна 0,2—0,3 мм, в качестве неподвижной фазы — силоксановый каучук СКТФТ-50х для хроматографии. Скорость газа-носителя азота — 40 мл/мин, продувочного газа азота — 60 мл/мин. Использовали азот с содержанием кислорода не более 0,1—0,2%. Температуры в термостате колонки детектора равнялись 180 с, в испарителе — 225°С. Время удержания н-гек-сана в колонке — 15 с, ГХБД — от 50 до 60 с. Пробы экстракта в испаритель вводили микрошприцем «Газохром-101» вместимостью 1 мкл,
Концентрацию ГХБД определяли по калибровочному графику зависимости величины пика ГХБД на хроматограмме от концентрации ГХБД в стандартных растворах. Для шкал 5—20-10_12А готовили стандартные растворы ГХБД в н-гексане с концентрацией от 0,01 до 0,1 мкг/мл, а для шкал 50-10"12 — 5- 10-,0А — с концентрацией ГХБД от 0,1 до 1 мкг/мл. Средние значения пиков ГХБД для растворов стандартов и проб получены при 3—5 последовательных измерениях. Перед введением пробы в испаритель микрошприц 2—3 раза промывали экстрактом этой же пробы. Для получения абсолютных значений содержания ГХБД в анализируемых пробах определяли выход ГХБД при операциях получения гомогенатов, экстракции и центрифугирования. В опытах с кровыо и головным мозгом выход ГХБД составил 51 ±5%, с остальными биологическими материалами — 76±6%.
Чувствительность метода может быть увеличена путем упаривания экстрактов в 10—20 раз. Для этого 5—10 мл экстракта заливали в центрифужную пробирку и ставили на водяную баню. Для ускорения упаривания в пробирку подавали слабый ток азота или воздуха. Выход ГХБД при упаривании в 10 раз составил 90 ±2%.
