Хроматографические методы анализа. Методическое пособие для специального курса Ответственный редактор Чл корр. Ран, профессор О. А. Шпигун Москва, 2007 2
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
Рис. 17. Хроматограмма смеси: 2 – фенол; 3 – гваякол; 4 – п-крезол; 5 – о-крезол; 6 – хлоркрезол; 7 – п-хлорфенол; 1 – системный пик.Колонка: (150х4,6) мм, Mightysil RP-18; Подвижная фаза: ацетонитрил:вода:фосфорная кислота (20,0:79,9:0,1)%об Рис. 18. Хроматограмма образца сточной воды целлюлозо-бумажного комбината: 1 – системный пик; 2 – 2,4,6-трихлорфенол; 5 – пентахлорфенол; 3,4,6 – неидентифицированные пики. Колонка (150х4,6) мм Mightysil RP-18; Подвижная фаза: ацетонитрил:вода:фосфорная кислота (70,0:29,9:0,1) %об. Скорость подачи подвижной фазы 0,7 мл/мин. Детектор амперометрический. Потенциал рабочего электрода 1300 мВ 79 Рис. 19. Хроматограмма водопроводной воды с добавкой фенолов (1 мкг/л) с предварительной ион-парной экстракцией: 1 – фенол; 2 – 4- нитрофенол; 3 – 2,4-динитрофенол; 4 – 2-хлорфенол; 5 – 2-нитрофенол; 6 – 2,6-диметилфенол; 7 – 2,4-диметилфенол; 8 – 2-метил-4,6- динитрофенол; 9 – 4-хлор-3-метилфенол; 10 – 2,4-дихлорфенол; 11- 2,4,6- триметилфенол; 12 – 2,4,6-трихлорфенол; 13 – пентахлорфенол. Колонка: стальная (250х4,6 мм), Spherisorb ODS-2, 5мкм; Подвижная фаза: метанол – 1% уксусная кислота, градиентный режим (метанол 25-100%); детектор спектрофотометрический, 280 нм (пентахлорфенол 302 нм) 80 Рис. 20. Хроматограмма образца водопроводной воды с добавками фенолов: 1 – фенол (0,1 мкг/л); 2 – 2-хлорфенол (0,1 мкг/л); 3 – 2,6- дихлорфенол (0,2 мкг/л); 4 – 2,4-дихлорфенол (0,2 мкг/л). Фенолы концентрировали из 30 мл. Колонка (150х4,6) мм Mightysil RP-18. Подвижная фаза: ацетонитрил:вода:фосфорная кислота (70,0:29,9:0,1) %об. Скорость подачи подвижной фазы – 0,7 мл/мин. Детектор амперометрический; потенциал рабочего электрода – 1300 мВ Так как пестициды попадают в организм людей, не имеющих профессионального контакта с ядохимикатами, главным образом, с пищей и водой необходима постоянно действующая система анализа качества сельскохозяйственной продукции, продуктов питания и воды. При этом наибольший интерес представляют методы анализа, которые можно было бы использовать не только в научных исследованиях, но и при широкомасштабном серийном аналитическом контроле. Учитывая высокую токсичность пестицидов, для мониторинга необходимы специфические и очень чувствительные аналитические методы, позволяющие определять остатки пестицидов и их метаболитов на следовом уровне. 81 Хроматографические методы анализа обладают более высокой чувствительностью и позволяют различать родственные соединения и их метаболиты или продукты гидролиза. В последнее время для определения и разделения пестицидов все чаще используется ВЭЖХ. Метод наиболее удобен при анализе малолетучих или термически нестабильных пестицидов, которые не могут быть проанализированы с помощью газовой хроматографии. Наиболее успешно ВЭЖХ используется для определения карбаматов, мочевин, гербицидов на основе феноксиуксусных кислот, триазинов и их метаболитов, бензимидозолов и некоторых других соединений. Одними из наиболее популярных гербицидов являются триазины, большинство из которых являются производными s-триазина – шестичленного гетероцикла с симметрично расположенными атомами азота. Заместители располагаются в положении 2,4 и 6. Наиболее известными являются три триазина: пропазин, атразин и симазин, два последних включены в список приоритетных загрязнителей для стран ЕС. Максимально допустимая концентрация триазинов в питьевой воде установлена на уровне 100 нг/л. При анализе вод триазины обычно предварительно концентрируют, а затем разделяют ОФ ВЭЖХ. Неподвижной фазой служат гидрофобизированные силикагели, подвижной фазой – смеси ацетонитрила с водой или буферными растворами Детектируют триазины с помощью детектора с диодной матрицей, УФ-, амперометрического и масс-спектрометрического детекторов. Примеры определения триазинов ВЭЖХ в водах и почве приведены в табл. 15. 82 Таблица 15. Примеры определения пестицидов в водах и почве ВЭЖХ № Определяемые пестициды Неподвижная фаза Подвижная фаза Детектор С min , мг/л 1. 2. 3. 4. 5. 6. Триазины: атразин, симазин, пропазин, прометин, тетбутилазин, деэтилатразин, деизопропилатразин, гидроксиатразин Триазины: гидроксиатразин, гидроксисимазин, гидроксидеэтилатразин Производные фенилмочевины: Монурон, флуметирон, Диурон, сидурон, линурон, небурон Сульфонилмочевины Хлорсульфурон, метилсульфурон, хлоримурон, тифенсульфурон Циносульфурон, тифенсульфурон, метил- сульфурон, сульфометурон, хлорсульфурон Карбаматы: карбарил, профарм, метиокарб, промекарб, хлорпрофам, барбан Ultracarb C 18 , 5 мкм Hypersil C 18 Supelkosil C 18 , 5 мкм Ultraspher C 18 , 5 мкм Viospher C 6 , 5 мкм LiСhrospher C 18 , 3 мкм Supelkosil C 18 , 5 мкм Ацетонитрил (АН) – 1мМ фосфатный буферный раствор, рН 7 градиентный режим 15 – 70 % АН Ацетонитрил(АН) - 1мМ фосфатный буферный раствор, рН 6,5 градиентный режим 30 –100 % АН АН– Н 2 О градиентный режим 40 – 90 % АН МеОН–Н 2 О(рН 2,5), градиентный режим 40 –70% МеОН МеОН – 0,1% H 3 PO 4 (45:55) АН– Н 2 О (55:45) ДДМ, 220 нм амперомет рический МС УФ, 220 нм МС УФ, 224, 234 нм УФ, 226 нм УФ, 220 нм предварительное концентрирование (0,8-3,0)10 -3 мг/кг 2.10 -5 М 0,5 мг/кг предварительное концентрирование (2-4)10 -3 (0,4-3)10 -4 предварительное концентрирование 0,001 0,01-0,05 мг/кг 0,02 мг/кг предварительное концентрирование (0,3-8)10 -3 83 7. 8. 9. 10. 11. 12. Соли четвертичных аммониевых оснований: паракват, дикват, дифензокват,хлормекват хлорид, мепикват Гербициды кислотного характера: дикамба, бентазон, беназолин, 2,4 Д, МЦПА (2-метил- 4-хлорфеноксиуксусная кислота) Производные фосфоновой и аминокислот: глифосат, глуфосинат, биалофос Смеси пестицидов различных классов Симазин, фенсульфотион, изопрокарб, фенобукарб, хлортилонил, этридиазол, мепронил, пронамид, мекрпром, бенсулид, изофенофос, тербутол Симазин, дихлофос, тирам, 1,3-дихлопропен, фенобукарб, пропизамин, ипрофенфос, изопротиолан, хлортилонил, фенитротион, диазитион, изохатион, тиобенкарб, хлорнитрофен, азулан, ипродион, бенсулин Беномил, 2,4-Д, дикамба, римсульфурон, хлорсульфурон, линурон, хлорсульфоксим, пропиконазол, дифеноконазол Силикагель С 18 , 3 мкм LiChrosorb C 18 Hypersil APS, 5 Nova-Pak C 18 LiChrosorb NH 2 Капиллярная колонка LC Parkings C 18 , 3 мкм Ultron VX-ODS, 5мкм Diaspher C 16 , 5 мкм АН с добавками NaCl, MeOH – раствор гидроксида тетраметиламмония MeOH – 0,01 M триэтил амин, рН 6,9 градиентный режим 20-30% МеОН MeOH – 0,05 M NaH 2 PO 4 , pH 5,0 (60:40) AH - 0,05 M NaH 2 PO 4 , 0,02 M бромид ТМА АН –Н 2 О градиентный режим 45-90% АН АН – 1мМ фосфатный буферный раствор, рН 6, градиентный режим 30-80% АН АН – 0,01 М фосфатный буферный раствор, рН 4,2 МС УФ, 230 нм УФ, 230 нм УФ, 240 нм Флуоресц. МС УФ, 220 нм УФ, 220, 260, 300 нм УФ, 230 (0,1–10)10 -4 4,4.10 -4 мг/кг предварительное концентрирование (0,2–1,0)10 -4 0,01 0,2.10 -4 (0,3–1.0)10 -4 предварительное концентрирование (0,15–0,8)10 -3 предварительное концентрирование (0,04–0,5)10 -3 1–10 84 Еще одной группой пестицидов, для которых использование ВЭЖХ более перспективно, чем капиллярная газовая хроматография, являются производные фенилмочевины. Наиболее известными из них являются линурон, монолинурон, пиразон, и сульфонилмочевины (хлорсульфурон, тифенсульфурон, римсульфурон, метилсульфурон и др.). ВЭЖХ широко применяется и для разделения и определения карбаматов. Особое внимание обращают на определение карбарила, профарма, метиокарба. Условия разделения фенилмочевин, сульфонилмочевин и карбаматов близки к условиям разделения триазинов. Круг используемых детекторов включает: детектор с диодной матрицей, УФ-, флуориметрический и масс-спектрометрический детекторы. Достаточно широко используют амперометричекий детектор. Этот детектор дает выигрыш в чувствительности по сравнению с УФ при определении производных карбамата и мочевины (алдикарба, карбарила, хлорпрофарма, диметоата, метиокарба) примерно в 10 раз. Некоторые примеры разделения сульфонилмочевин, фенилмочевин и карбаматов показаны в табл. 15 и на рис. 21 Селективные гербициды – призводные феноксиуксусной кислоты (2,4-Д, дикамба, бентазон, трихлорпир и др), также предпочтительнее определять ВЭЖХ. Неподвижной фазой служат гидрофобные силикагели, подвижной фазой – смеси ацетонитрила или метанола с буферными растворами или водой с добавкой кислот. Выбор рН подвижной фазы особенно важен при анализе соединений кислотного характера, его значение выбирают ниже, чем рК а разделяемых соединений. Для повышения селективности разделения можно использовать также ион- парный вариант обращенно-фазовой ВЭЖХ. 85 Рис. 21. Хроматограмма экстракта почвы с добавкой (10мкг/г) гербицидов, производных фенилмочевины: 1 – циносульфурон; 2 – тиофенсульфурон метил; 3 – метилсульфурон метил; 4 – сульфометурон метил; 5 – хлорсульфурон. Колонка стальная (100х4,6 мм), силикагель С 18 , 3 мкм. Подвижная фаза метанол – 0,1% раствор фосфорной кислоты (45:55). Детектор спектрофотометрический, 226 нм Триэтиламин используют в качестве ион-парного реагента для увеличения удерживания дикамбы, бентазона, беназолина, 2,4-Д и МЦПА (2-метил-4-хлорфеноксиуксусной кислоты) на октадецилсиликагеле в нейтральной области pH. Таким образом определяют гербициды кислотного характера в питьевых и подземных водах (табл. 15). Детектирование проводят УФ-детектором, наиболее низкие пределы обнаружения получены для УФ-детектора с диодной матрицей. Важной задачей является также разделения смесей, содержащих пестициды различных классов, так как в объектах окружающей среды они 86 могут присутствовать одновременно. В зависимости от строения и полярности пестициды в различной степени удерживаются на гидрофобизированных силикагелях: полярные соединения элюируются уже при небольшом содержании ацетонитрила (20-30)% в подвижной фазе, более гидрофобные при большем содержании (до 70%), поэтому для разделения смесей используют градиентный режим элюирования. Примеры разделения смесей пестицидов приведены на рис. 22, 23. Рис. 22. Хроматограмма воды с добавкой пестицидов (0,2 мг/л) после предварительного сорбционного концентрирования: 1 – дисизопропилатразин; 2 – метамитрон; 3 – хлордиазон; 4 – дисэтилатразин; 5 – кримидин; 6 – карбетамид; 7 – бромацил; 8 – симазин; 9 – цианазин; 10 – дисэтилтербутилазин; 11 – карбутилат; 12 – метабензтиазурон; 13 – хлортолурон; 14 - атразин; 15 – монолинурон; 16 – изопротурон; 17 – метазахлор; 18 – метапротрин; 19 – димефурон; 20 – себутилазин; 21 – пропазин; 22 – тетбутилазин; 23 – линурон; 24 – хлорхурон; 25 – прометрин; 26 – хлорпрофарм; 27 – тербутрин; 28 – метолахлор; 29 – пенцицурон; 30 – бифенокс; 31 – пердиметалин. Колонка: LiChroCART (250x4 мм), Superspher 100 RP-18, 5 мкм; подвижная фаза ацетонитрил – 1 мМ ацетат аммония (градиентный режим - ацетонитрил 25–90 %). Детектор спектрофотометрический, 220 нм 87 Для хлорорганических пестицидов методика определения с Рис. 23. Хроматограмма разделения смеси пестицидов: 1-метаболит беномила (2 мкг/мл); 2 – ацетамиприд (4 мкг/мл); 3 – ленацил (10 мкг/мл); 4 – дикамба (4мкг/мл); 5 – хлорсульфурон (5 мкг/мл); 6 - тирам(5 мкг/мл); 7 – хлорсульфоксим (8 мкг/мл); 8 – пенконазол (5 мкг/мл); 9 – линурон (5 мкг/мл); 10 – флудиоксонил (5 мкг/мл); 11-пропиконазол (5 мкг/мл); 12 – дифеноконазол (5 мкг/мл). Условия хроматографического определения: колонка Diaspher C16 (150x4,6) мм со средним размером частиц 5мкм; подвижная фаза ацетонитри-0,01 М фосфатный буферный раствор (рН 4,2) (40:60). Скорость подвижной фазы 1 мл/мин. Детектор спектрофотометрический (230 нм) Разделение хлорорганических пестицидов с помощью ВЭЖХ еще только изучается. Отчасти это, по-видимому, объясняется отсутствием общедоступных селективных методов обнаружения после разделения их посредством обращенно-фазовой хроматографии. Предел обнаружения хлорорганических пестицидов (типа ДДТ) и эфиров феноксикарбоновых кислот по поглощению при 254 нм составляет 1-15 и 15 мкг соответственно. Как метод анализа остатков фосфорорганических пестицидов ВЭЖХ не получила должного распространения. Эти соединения обнаруживают по поглощению при 254 нм, по ингибированию холинэстеразы и 88 полярографически. Показана применимость в ВЭЖХ фосфорчувствительных детекторов для селективного обнаружения фосфорорганических соединений. Одним из важных вопросов, определяющим чувствительность определения пестицидов является способ детектирования. Для большинства исследований характерно использование спектрофотометрического способа, но его использование ограничено рядом факторов: не все соединения хорошо поглощают, разные соединения имеют разные спектры поглощения. Поэтому очень трудно подобрать соответствующую длину волны. В объектах окружающей среды могут быть другие соединения, в присутствии которых определение пестицидов будет затруднено. В последнее время широко исследуются возможности электрохимического детектирования (ЭХД) в жидкостной хроматографии. Пытаясь повысить чувствительность определения хлорорганических пестицидов с помощью ВЭЖХ, Долан и Зибер сконструировали усовершенствованный вариант электролитического кондуктометрического детектора Коулсона (ЭКДК). Для этого детектора характерна высокая селективность определения хлорорганических соединений, его линейный диапазон соответствует изменению величины концентрации в пределах пяти порядков, а нижний предел обнаружения линдана составляет 5-50 нг. Применимость ЭКДК в аналитической системе была продемонстрирована на примере анализа необработанных экстрактов листьев салата и речной воды, содержащих альдрин и диэльдрин в концентрациях менее 10 -4 %. Использование в данном случае УФ-детектора с длиной волны 254 или 220 нм не позволяет определить альдрин и диэльдрин. Достигаемые с помощью вольтамперометрических детекторов пределы обнаружения, относительная простота устройства и приемлемая стоимость делают этот метод вполне пригодным для анализа следовых количеств органических веществ. При использовании ЭХД, работающего в 89 режиме восстановления, одной из существенных проблем является восстановление растворенного в элюенте кислорода, пик которого может мешать определению анализируемого вещества. Есть различные пути удаления растворенного кислорода, однако при столь низких определяемых концентрациях пестицидов не всегда удается избавиться от его следовых количеств. В связи с этим, если имеется возможность, определение пестицидов проводится в анодной области потенциалов. В сочетании с методом ВЭЖХ наиболее часто применяется амперометрическое детектирование, при котором потенциал рабочего электрода поддерживается постоянным и возникающий при окислении или восстановлении электроактивных молекул ток измеряется как функция времени. Амперометрический детектор позволяет определять с высокой чувствительностью широкий круг пестицидов: тирам, триазины (симазин, атразин, цианазин, пропазин и анилазин), карбаматные пестициды (барбан, байгон, беномил, хлорпрофам, ландрин, мезурол, профам, севин, аминокарб, карбендазим, десмедифам), фенилмочевинные пестициды (метобромурона и линурона). Эти соединения с помощью амперометрического детектора определяют в водах, в большинстве случаев пределы обнаружения ниже, чем со спектрофотометрическим детектором. Например, предел обнаружения для аминокарба и карбендазима меньше 1 мкг/л, десмедифама и дихлорана меньше 5 мкг/л, метамитрона 10 нг/л, хлортолурона и изопротурона 20 нг/л. Определение полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Весьма часто для определения ПАУ в водах и почвах используют жидкостную хроматографию. При необходимости одновременного определения средне и малолетучих ароматических углеводородов обычно выбирают обращенно-фазовую высокоэффективную жидкостную хроматографию. 90 Вследствие уникальных свойств и широкой доступности октадецилсиликагелевых (ОДС) обращенных фаз большинство исследований ПАУ выполнено на этих фазах. С уменьшением длины цепи, привитого углеводородного радикала, значения коэффициента емкости быстро снижаются, что существенно усложняет анализ многокомпонентных смесей ПАУ. Так, в идентичных условиях (состав подвижной фазы, расход элюента, температура, размеры колонки) время удерживания ПАУ на колонке с Нуклеосилом С 18 примерно вдвое больше, чем на Нуклеосиле С 8 . Считают, что молекулы ПАУ удерживаются на неполярной поверхности алкилсиликагеля за счет ван-дер-ваальсовых сил, причем прочность связи растет с увеличением длины боковой цепи. Сорбенты с привитыми полярными группами также используются для разделения ПАУ. Радикалы алкил(арил)алканов, используемых для модификации поверхности сорбентов, содержат одну или несколько полярных групп (-NH 2 ,-NO 2 ,- OH, -CN и др.). Механизм удерживания ПАУ на сорбентах с привитыми полярными группами довольно сложен. Учитывается взаимодействие между π – электронной системой компонентов пробы и различными структурами полярной поверхности. Незамещенные ПАУ элюируются в порядке возрастания молекулярной массы. На полярной фазе, содержащей аминогруппы, удерживание ПАУ растет с увеличением количества ароматических ядер в молекуле. В отличие от колонок с гидрофобными силикагелями, на полярных фазах присутствие алкильных групп в молекулах ПАУ незначительно влияет на порядок удерживания, что позволяет использовать указанные фазы для предварительного фракционирования при анализе сложных смесей ПАУ. На практике чаще разделение ПАУ проводят на гидрофобных силикагелях, поскольку выше селективность разделения, лучше воспроизводимость результатов, а также наблюдается более длительный срок службы хроматографических колонок. 91 В варианте обращенно-фазовой хроматографии для разделения ПАУ чаще всего в качестве элюентов используют водно-спиртовые смеси (вода- метанол) и водно-ацетонитрильные смеси. Относительные времена удерживания для индивидуальных ПАУ сильно отличаются, поэтому чаще используют градиентный режим элюирования. Существует множество вариантов детектирования ПАУ: амперометрическое, флуоресцентное, ультрафиолетовое. Наиболее часто используется флуоресцентное детектирование ПАУ. ВЭЖХ в сочетании с флуоресцентным детектором является селективным и чувствительным методом определения ПАУ в природных образцах. Спектрофотометрический детектор в УФ и видимой области на диодной матрице полезен для количественного и качественного анализа ПАУ в почвенных образцах в нанограммном диапазоне, в то время как флуоресцентный детектор рекомендован для анализа ПАУ в водных образцах в пикограммной области. Наивысшая чувствительность флуоресцентного детектора может быть получена только при оптимальных длинах волн возбуждения и флуоресценции индивидуальных ПАУ. Это возможно только при программировании этих длин волн во времени. После оптимизации всех индивидуальных параметров минимальный предел детектирования отдельных ПАУ в питьевой воде достигает уровня 0,5 пикограмм. Широко распространенные методики ЕРА рекомендуют определять нафталин, аценафтилен, аценафтен и флуорен при помощи ультрафиолетового детектора и использовать флуоресцентный детектор для определения всех остальных ПАУ. На рис. 24 показано разделение смеси 16 приоритетных ПАУ. |