CC BY
9ВЭЖХ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3-БРОМОФЕНОЛА В ВИДЕ АЗОДЕРИВАТА
Мага Иван Михайлович
Кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии
Ужгородский национальный университет
HPLC METHOD FOR THE DETERMINATION OF 3-BROMOPHENOLE AS AZODERIVATE
Maga I.M., Associate Professor, Candidate of chemical science Department of analytical chemistry, Uzhgorod National University
АННОТАЦИЯ
Исследованы условия азодеривации 3-бромфенола с 4-нитрофенилдиазоний катионом, методом элементного анализа подтверждена его структура. Установлены оптимальные условия проведения реакции: рН 9 -11,5; 20-кратный избыток реагента. Линейная зависимость площади хроматографического пика от концентрации 3-бромфенола наблюдается в пределах 25 - 4500 мкг/дм3. Разработаны методики определения 3-бромфенола в сточных водах и почвах методом ВЭЖХ. Методики апробированы на модельных образах сточной води и почвы, а также и на реальных образцах. Проведена метрологическая обработка результатов.
ABSTRACT
Studied azoderivation reaction of nitrogen 3-bromophnol with 4-nitrophenildiazonium cation. The optimal reaction conditions: рН 9 -11,5; 20 fold excess of reagent. Preferred extractants for extracting azoderivates 3-bromophenoles proved dichloromethane and chloroform. The linear dependence of the area of the chromatographic peak of the concentration of 3-bromophenol observed observed in the range of25 - 4500 mg / dm3. The method of determining 3-bromophenol in soils and into wastewater by HPLC. The technique has been tested on simulated samples of soil and water. Made metrological processing results.
Ключевые слова: 3-бромфенол, диазоний катион, реакция азодеривации, методика определения, ВЭЖХ.
Keywords: 3-chlorophenole, azoderivation reaction, diazonium cation, method for determination, HPLC.
Галогенизированные фенолы являются одними из наиболее распространенных загрязнителей поступающие в почву и поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, лесохимической, сланцеперерабатывающей, коксохимической, анилинокрасочной, фармацевтической промышленности и др. [1, с. 43]. Они также образуются в процессе метаболизма при биохимическом распаде и трансформации органических веществ. Содержание бромфенолов может превышать 10 - 20 мкг/ кг (мкг/л) при весьма разнообразных сочетаниях. Поэтому почвы и воды, с суммарным содержанием 20 мкг/кг (мкг/л) бромфенолов считаются слабозагрязненными[2, с. 522]. Бромфенолы были определены в качестве ключевых соединений привкуса содержится в морепродуктах [3,с. 88].
Одним из самых эффективных современных методов определения приоритетных органических загрязнителей, в том числе и бромфенольных соединений в почвах и водах является обращённо-фазовая ВЭЖХ [4, с. 8840]. В токсикологическом и органилептическом отношениях бромфе-нолы неравноценны [5, с. 323], поэтому часто необходимо знать концентрации индивидуальных соединений. Наличие 3-бромфенола (и некоторых других бромфенолов) в поверхностных водах[6, с. 88] а также в морепродуктах приводит к появлению специфического «лекарственного» вкуса[3, с. 89] и, в меньшей степени, запаха, вызывают эндокринные нарушения [7, с. 2307]. Поэтому контроль, разработка новых и усовершенствование существующих методик определения является важной аналитической задачей.
Цель настоящей работы, изучение реакции деривати-зации 3-бромфенола с 4-нитрофенилдиазонием и разработка методики определения 3-бромфенола в почвах и поверхностных водах методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.
В обычных условиях, 3-хлорфенол (БФ), листовидные
кристаллы со специфическим запахом, 1 = 33 °С, 1 =
1 1 пл. кип
236,5 °С [8, с. 1044-1045]. Используется для промышленного синтеза. БФ в природной среде образуется в процессе метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной слое, так и в донных отложениях, в результате биодеградации пестицидов [9, с. 316].
Известны различные ВЭЖХ методы определения БФ. . В работе [10, с. 2349-2362] предлагают метод определения при большом объёме инжекции онлайн турбулентного потока твердофазной экстракции ВЭЖХ. БФ, также определяют используя подвижную фазу метанол : вода 50 : 50 об./об. содержащей 5 - 10-3 М гексансерную кислоту, рН = 4.552, оптимальная температура 25 °С [11]. В работе [6, с. 87-98] используют ВЭЖХ метод определения БФ с электрохимическим и ИУ-У18 методом обнаружения Пределы обнаружения в диапазоне от 18,2 до 65,3 до мкг/л. Оптимизированный метод был успешно применен для образцов речной воды. Для концентрирования и очистки используют твердофазную экстракцию.
Предложен метод определения БФ в мясе рыбы [5, с. 323-328]. Применяли колонку ЦсЬгозрЬег 100 К.Р-18 с использованием подвижной фазы - вода: ацетонитрил, градиент при скорости потока 1,0 мл/мин. Калибровочная кривая была линейна в диапазоне концентраций 200.01000 нг/мл. Для выделения и концентрирования использовали паровую дистилляцию экстрагента, в качестве которого использовали - пентан : диэтиловый эфир (6 : 4 об./об.). Использовали образцы рыб из Бразилии, собранных на побережье Атлантического океана БаЫа (13°01'8 и 38°31'Ш), Бразилия.
Для определения БФ в мясе рыбы предложен также метод капиллярного зонного электрофореза [3, с. 8339-8342]. Применяли буферную систему 20 мкМ бура - №ОН (рН 10,00). Использовали напряжение +30 кВ и обнаружение
с ультрафиолетовым поглощением при 280 нм. Колонку без покрытия 50 мкм ID плавленого кварца капиллярную. Калибровочная кривая построена в диапазоне 18.8 - 1200 мкг/мл Указана возможность применения этого метода для определения БФ в пресноводных рыб и ракообразных (Macrobrachium nipponense and Carassius auratus var. Pengzesis). Результаты показали, что содержание БФ в пресноводных рыбах и ракообразных были ниже, чем пределы обнаружения.
БФ, также определяют спектрофотометрически [12, с. 214-218] помощью циклической вольтамперометрии и дифференциальной импульсно вольтамперометрии при использовании различных электродов [13, с. 396-400], методом газовой хроматографии с масс-спектрометриче-ским (GC-MS) [14, с. 1411-1414] и другие методы.
В данной работе исследованы условия осуществления реакции азосочетания БФ с 4-нитрофенилдиазоний катионом. Цель работы изучить оптимальные условия образования, извлечения азодеривата и разработка методики определения БФ методом ВЭЖХ.
Экспериментальная часть.
Водный раствор БФ («Fluka») готовили растворением 173 мг БФ в бидистиллированной воде, переносили в мерную колбу вместимостью 100 см3 и доводили до метки. Водный раствор 4-нитрофенилдиазония в виде тетраф-торборатной соли, синтезированного по [15, с. 44], готовили растворением в бидистиллированной воде и получали концентрацию 2.5мг/см3.
Боратный буферный раствор (Na2B4O7 + NaOH) готовили по [16, с. 236].
В работе использовали, ацетонитрил (Merck, для жидкостной хроматографии).Растворители и соли использовали х.ч и ч.д.а. Использовали бидистиллированную воду.
Концентрацию водород-ионов измеряли на рН-ме-тре Mettler Toledo (Швейцария). Оптическую плотность
растворов измеряли и спектры поглощения записывали на спектрофотометре «Perkin-Elmer UV / VIS Lambda 3B» (США). ИЧС записывали на приборе Abatop, фирма Nicolatt (США). Хроматографические исследования проводили на жидкостном хроматографе "Регкш-Е1тег»(США) с спектрофотометрическим детектором. Хроматографи-рования проводили в изократическом режиме: колонка стальная (250 х 4.6 мм вн. д.) заполнена фазой "Silasorb С18", подвижная фаза ацетонитрил: вода = 70 : 30 детектирования проводили при X = 347 нм, объем пробы, вводится 20 мкл, скорость подачи подвижной фазы 1.2 см3/ мин. Хроматографе Waters Nova-Pak C18, (150 х 2,1 мм, вн. д.) при градиентном элюированни в системе ацетонитрил - вода . Использовали линейный градиент от 50% ацето-нитрила (исходный состав) до 90% ацетонитрила за 10 мин., скорость подачи элюента 0,25 см3/мин. Хроматогра-фические результаты обрабатывали с помощью программ «Мультихром» и «Millenium».
Препаративное выделения азосоединения. В стакане вместимостью 100 см3 растворяли 60 мг БФ в 50 см3 водно-этанольном растворе и после растворения навески амина, добавляли 20 см3 раствора 4-нитрофенилдиазония в воде (2,5 мг/см3). Создают рН 10 с помощью раствора боратно-го буферного раствора. Выпадает буро-оранжевый осадок. Осадок переносят в воронку с фильтром (белая лента) и промывали несколько раз водой. Затем осадок растворяли в 60 см3 дихлорметана и в делительной воронке дважды промывали бидистиллированной водой. Органическую фазу сливали и просушивали безводным сульфатом натрия. Раствор фильтруют и органический растворитель выпаривают в вакууме.
Результаты и их обсуждение
Для изучения химико-аналитических характеристик азодеривата БФ было проведено препаративное выделения азосоединения по схеме:
+
N=N
N=N
Сухой остаток - азодериват БФ анализируют на содер- жание углерода, брома, водорода, и азота (табл. 1).
Таблица 1
Результаты элементного анализа азодеривата 3-бромфенола,%.
2
2
Углерод Водород Бром Азот
Вычислено Найдено Вычислено Найдено Вычислено Найдено Вычислено Найдено
44,75 44.21 2.50 2.54 24,81 25.11 13,04 12.88
Влияние водород-ионов на образование азодеривата БФ исследовали в пределах 3,5 - 13,6 рН, среду создавали с помощью растворов HCl и NaOH.
В отличие от аминов фенолы взаимодействуют с диа-зоний-катионом в более щелочной среде [17, с. 327] (рис.
1), как показывают эксперименты, оптимальным является рН 9 - 11,5. Уменьшение выхода азодеривата БФ при рН < 8 обусловлено доминированием не реакционно-способной молекулярной его формы, а уменьшение при рН> 11 - снижением концентрации диазоний-катиона [18, 122].
Рис.1. Зависимость выхода азодеривата 3-бромфенола от рН среды
Образование азодеривата БФ в значительной степени зависит от концентрации регента. Для изучения такого влияния ставили ряд опытов, в которых концентрацию диазоний-катиона меняли в пределах 1вид 30 кратного количества по отношению к количеству БФ. Азодериват образуется уже при соотношениях компонентов 1: 1 в количестве почти 50% теоретически рассчитанного выхода
вещества (рис. 2). При дальнейшем увеличении концентрации диазореагента до 10 кратной его количества, резко возрастает количество образования азодеривата. При концентрациях более 10 кратных количеств достигается почти полное образование азосединения (рис. 2). В дальнейших исследованиях использовали 20 кратный его избыток реагента.
Рис. 2. Влияние отношения концентраций СКУСРЬ (кратность) 4-нитрофенилдиазоний катиона на выход азодеривата 3-бромфенола
Такой большой избыток реагента (20-кратный, рис. 2) может быть связан с большими сольватирующими свойствами БФ, наличие в котором фенольной группы обуславливает большую способность образовывать водородные связи. Присутствие в 3-м положении бензольного кольца атомов брома, еще больше поляризует связь в группе -О-Н и усиливает эту способность. Наличие сильных водородных связей может вызывать и необходимость многократного (10 - 20-кратного) избытка реагента для достижения полноты прохождения реакции дериватизации.
Для экстракции и извлечения азодеривата исследовали ряд органических растворителей: гексан, толуол, о-ксилол,
дихлорметан, хлороформ, дихлорэтан, этилацетат, бути-лацетат, изоамилацетат. Лучшими оказались дихлорметан и хлороформ
Линейная зависимость площади хроматографических пиков от концентрации БФ наблюдается в пределах 25 -4500 мкг /дм3. На основе полученных данных разработана методика определения БФ в водах и почвах.
Методика определения 3-бромофенола в водах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. В мерную колбу вместимостью 10 см3 вносят 5.0 см3 раствора анализируют, содержащий 0.15 - 25 мкМ (25 - 4500 мкг/дм3) БФ, добавляют 2,5 см3 этанола, перемешивают,
добавляют 0.3 см3 боратного буферного раствора и 0.4 см3 водного раствора 4-нитрофенилдиазония, перемешивают. Через 6 мин доводят содержимое колбы этанолом до метки и перемешивают, охлаждают, снова доводят этанолом до метки и хроматографируют. Чувствительность определения 25 мкг/дм3.
Методика определения БФ в почвах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. В плоскодонную колбу вместимостью 200 см3 помещают 25 г воздушно-сухой пробы почвы, содержащего 0.15 - 25 мкМ (25 - 4500 мкг/кг) 3-бромфенола добавляют 50 см3 0.5 М NaOH и перемешивают на аппарате для встряхивания в течение 1 ч. Фильтруют под вакуумом на воронке Бьюх-нера с фильтром «синяя лента» в колбу Бунзена. Остаток на фильтре промывают еще 25 см3 0.5 М NaOH. Раствором HCl, фильтрат нейтрализуют до рН ~ 2 - 3 и экстрагируют хлороформом три раза по 30 см3 в делительной воронке емкостью 200 см3. Объединенный экстракт просушивают
безводным №28 04, переносят в фарфоровую чашку емкостью 50 см3 и выпаривают под струей воздуха досуха. Сухой остаток растворяют и смывают 5 см3 боратного буферного раствора и переносят в мерную колбу на 10 см3. Добавляют 2,5 см3 этанола, перемешивают, добавляют 0,4 см3 водного раствора 4-нитрофенилдиазония и снова перемешивают. Далее, как описано в методике для сточной воды.
Чувствительность при определении в воде 25 мкг/дм3, в почве 25 мкг/кг, при необходимости ее можно увеличить, используя экстракционный метод концентрирования. Методика апробирована на модельных растворах сточной води и модельных образцах почвы, а также на образцах сточной воды и почвы отобранных возле места хранения запрещенных и ^перерегистрированных пестицидов в урочище «Промзона», село Рокосово Хустский район Закарпатской области, Украина. Результаты определения приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты определения 3-бромфенола в модельных растворах и модельных образцах почвы (1 - 3), и в сточной воде и образце почвы (4) в урочище «Промзона», село Рокосово Хустский район Закарпатской области, Украина.
№ п/п Почва Вода
Введено, мкг/ кг Найдено, мкг/ кг Sr Введено, мкг/ дм3 Найдено, мкг/ дм3 Sr
1 25,0 25,3 ± 0,3 0,05 25,0 24,8 ± 0,3 0,05
2 60,0 59,7 ± 0,3 0,04 60,0 61,2 ± 0,3 0,04
3 180,0 178,4 ± 1,0 0,03 180,0 180,6 ± 1,0 0,03
4 - 32,4 ± 0,4 0,05 - 24,9 0,05
Как видно из таблицы 2, результаты анализа показывают высокую точность определения и хорошую воспроизводимость результатов. Поэтому метод дериватизации БФ с 4-нитрофенилдизоний катионом можно использовать для определения БФ и в других объектах при соответвую-щей доработке методики анализа.
Выводы
Исследованы оптимальные условия проведения реакции азодеривации 3-бромфенола с 4-нитрофенилдиазо-ний катионом: рН 9 - 11,5; 20 кратный избыток реагента, 60 мин. экспозиция реагирующих веществ. Линейная зависимость площади хроматографического пика от концентрации 3-бромфенола наблюдается в пределах 25 - 4500 мкг/дм3. Разработана методика определения 3-бромфено-ла в почвах методом ВЭЖХ. Методика апробирована на модельных образцах и на реальных объектах. Проведена метрологическая обработка результатов. Метод дает хорошую точность и высокую воспроизводимость результатов анализа, поэтому при соответствующей доработке методики может быть использован для определения 3-бромфе-нола в других объектах.
Список литературы
l.Yang J., Cui S., Qiao J.-Q., Lian H.-Z. 2014. "The photo catalytic dehalogenation of chlorophenols and bromophenols by cobalt doped nano TiO2."
Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 395: 42-51.
2.Басова Е.М., Иванов В.М., Новикова К.В. 2002. "Определение фенола в поверхностных водах методом высокоэффектиной жидкостной хроматографи с предварительным сорбционным концентрированием." Журнал аналитической химии. 52(5): 522-526.
3.Yue M.-E., Xu J., Li Q.-Q., Hou W.-G. 2012. "Separation and determination of bromophenols in Trachypenaeus curvirostris and Lepidotrigla microptera by capillary zone electrophoresis. Journal of Food and Drug Analysis." 20(1): 88-93.
4.Aktas A.H., Qalik A.Y. 2013. "Optimization strategy for isocratic separation of halogenated phenols by reversed phase liquid chromatography with methanol-water mobile phase." Asian Journal of Chemistry, 25 (15): 8339-8342.
5.Da Silva V.M., Da Cunha Veloso M.C., De Oliveira A.S., Santos G.V., De P. Pereira P.A., De Andrade J.B. 2005. "Determination of simple bromophenols in marine fishes by reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC)." Talanta. 68(2): 323-328.
6.Quintana M.C., Iglesias V., Da Silva M.P., Hernández M., Hernández L. 2006.
"HPLC-UV-EC determination of brominated organic compounds in water."
Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 29(1): 87-98.
7.Han W., Wang S., Huang H., Luo L., Zhang S. 2013. "Simultaneous determination of brominated phenols in soils." Journal of Environmental Sciences (China), 25(11): 2306-2312.
8.Справочник химика. 1971. Главный ред. акад. Ни-
кольский Б.П. В 7 Т., Т. 2. Главный ред. акад. Никольский Б.П. Ленинград, Химия: 1044-1045.
9.Garrido-Frenich A., Romero-González R., Martínez-Vidal J.L., Plaza-Bolaños P., Cuadros-Rodríguez L., Herrera-Abdo M.A. 2006. "Characterization of recovery profiles using gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry for the determination of pesticide residues in meat samples." Journal of Chromatography A, 1133 (1-2): 315-321.
10.Wang J., Wang W., Wu Q., Wang C., Wang Z. 2014."Extraction of some chlorophenols from environmental waters using a novel graphene-based magnetic nanocomposite followed by HPLC determination." Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 37(16): 2349-2362.
11.Aktas A.H., Qalik A.Y. "Optimization strategy for isocratic separation of halogenated phenols by reversed phase liquid chromatography with methanol-water mobile phase. Asian Journal of Chemistry." 2013. 25 (15): 8339-8342.
12.Akta§ A.H., §anli N. Pekcan G. 2006. "Spectrometric determination of pKa values for some phenolic compounds in acetonitrile - Water mixture" Acta Chimica Slovenica. 53(2): 214-218.
13.Guo F., Liu Q., Shi J.-B., Wei F.-S., Jiang G.-B. 2014. "Direct analysis of eight chlorophenols in urine by large volume injection online turbulent flow solid-phase extraction liquid chromatography with multiple wavelength ultraviolet detection." Talanta, 119: 396-400.
14.Aktas A.H. 2007. "Separation of some halogenated phenols by GC-MS."
Asian Journal of Chemistry, 19 (2): 1411-1414.
15.Коренман И.М. Фотометрический анализ. 1970 Методы определения органических соединений. М.: Химия: 44.
16.Лурье Ю.Ю. 1974. Справочник по аналитической химии. Москва, Химия: 236.
17.Мага И.М. 2011. "Хроматографическое определение первичных ароматических аминов в виде азопроизводных в присутствии в водах одноатомных фенолов." Хим. и техн. воды.33(3): 325-333.
18.Мага 1.М. 2010. "Використання реакцп азосполу-чення для визначення шдолу методом високоефективно!' рвдинно! хроматографп." Укр. хим. журнал.76(10): 121-127.
