Полициклические ароматические углеводороды: проведение контроля окружающей среды

     Прямое  определение диизооктилфталата  - антропогенного химического трассера в природных водах методом ВЭЖХ [26]

     Диэфиры ортофталевой кислоты (фталаты) - продукты многотоннажного синтеза и в начале 9D-x годов их мировое производство оценивалоС1> в 2.5 млн. тонн В год и около 80% приходилось на долю диизоокrилфталата (бис(2-этилгексил)фталат, БЭГФ). Наиболее широко они используются как пластификаторы пластмасс - фталаты - малотоксичные, терма- и фотостабильные труднолетучие вещества заметно растворимые в воде и очень медленно гидролизующиеся в нейтральных растворах с периодом полураспада, оцениваемым в 20-100 лет. Их концентрация в поверхностных водах к началу 90-х годов достигла уровня 1 мкг/л, но какова она сейчас, сказать трудно, Т.к., судя по отсутствию публикаций, интерес к этим соединениям пропал.

     По  нашему мнению, фталаты могут выполнять  роль стабильных химических тpaccepов, при изучении механизмов ближнего и дальнего атмосферного переноса и механизмов водообмена, когда источниками фталатов могут служить крупные промышленные центры, где пластмассы применяются и уничтожаются в большом объеме. Для проведения этих исследований необходим надежный метод их определения в 80здухе, 8 80де и в снежном покрове. Метод был нами разработан для определения БЭГФ: хроматограф "Милихром 1.-02" (ЗАО "ЭкоНовз", Новосибирск); колонка 2х75 мм с NucJeosil 100-5 С18; объем пробы 10 мл; элюент ACN-воАа (9:1); F=0.2 мл/мин; t=50oC; ;'=200 нм. При концентрации БЭГ в воде 0.2 мкг/л погрешность определения не превышала 10%. Использование хроматографа ·Милмхром А-О2" позволяет проводить анализы непосредственно на месте отбора образцов, исключая их возможное загрязнение при транспортировке и хранении.

     Метод был успешно апробирован при  определении БЭГФ в снежном покрове  в окрестностях Иркутска и в воде озера Байкал на разных глубинах.

     Определение полициклических  ароматических углеводородов  в заваренном чае  и сухом чае  методом высокоэффективной  жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием [25]

     В данной работе предложена методика определения  семи полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), включая бенз(а)пирен, в заваренном растворе чая и сухом чае. Извлечение ПАУ основано на твердофазной экстракции с использованием концентрирующих патронов серии «Диапак» (БиоХимМак, Москва). Качественное и количественное определение ПАУ проводили на хроматографической системе ВЭХЖ-3 с флуориметрическим детектором Флюорат 02-2М (Люмэкс, Санкт-Петербург). Для разделения использовали хроматографическую колонку Кромасил С18 (150×2.1 мм, 5 мкм) производства Люмэкс. В качестве подвижной фазы использовали смесь ацетонитрил/вода (80/20 % v/v), скорость подачи подвижной фазы 0.2 мл/мин. Степень извлечения ПАУ в концентрационном диапазоне 0.0002 – 0.05 мг/кг для сухого чая и 0.000007 - 0.01 мг/л для заваренного чая была больше 70 %. В разных образцах сухого чая было найдено от 0.0005 до 0.031 мг/кг бенз(а)пирена, в заваренном чае порядка 0.00003-0.00006 мг/л бенз(а)пирена.

     Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) хорошо известные соединения, нормируемые в окружающей среде, благодаря своей мутагенной и канцерогенной активности. Следы ПАУ могут быть найдены в большом перечне пищевых продуктов: оливковое масло, фрукты, морепродукты, копченое и вяленое мясо, рыба и кофе. Например, бенз(а)пирен, считающийся наиболее опасным среди ПАУ, был найден в этом перечне пищевых продуктов на уровне 0.1 – 0.0001 мг/кг. Бенз(а)пирен нормируется и в нашей стране. В соответствии с СанПин 2.3.2.560-96 допустимый уровень содержания бенз(а)пирена в пищевых продуктах - 0.001 мг/кг. Загрязнение пищевых продуктов бенз(а)пиреном происходит из воздуха, води и/или в результате переработки пищевых продуктов. Наиболее часто для определения ПАУ в пищевых продуктах проводят жидкость-жидкостную экстракцию гексаном, циклогексаном или изооктаном с последующей очисткой экстракта на колонке, заполненной оксидом алюминия или силикагелем. Основной недостаток жидкость-жидкостной экстракции – это расход большого количества дорогостоящих, чистых растворителей и серьезные временные затраты. Для идентификации и количественного определения полициклических углеводородов используют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с флуориметрическим и фотометрическим детектированием или спектрофлуориметрию с предварительным разделением на пластинке со слоем ацетилированной целлюлозы (ТСХ).

     Альтернативой является газовая хроматография  с пламенно-ионизационным или  масс-спектрометрическим детектированием. Но и газовая хроматография обладает рядом недостатков: необходимость тщательной очистки пробы и высокая стоимость оборудования.

     Выбор условий твердофазной экстракции

     На  начальном этапе работы были выбраны  оптимальные условия для проведения твердо-фазной экстракции. Использовали три типа патронов для твердо-фазной экстракции серии «Диапак»: Диапак А (Al₂O₃), Диапак С (SiO₂) и Диапак С16М (обращено-фазный вариант, привитые алкильные группы). Используя 1 мл стандартного раствора «EPA 610 Polynuclear Aromatic Hydrocarbons Mixture» содержащего 16 ПАУ с концентрацией 0.05 мг/л бенз(а)пирена, нами были опробованы следующие 5 схем пробоподготовки:

     I. 1 мл смеси ПАУ в ацетонитриле –> выпаривание –> растворение в 5 мл гексана –> Диапак А –> промывка гексаном –> смыв ПАУ смесью гексан/хлористый метилен (90/10 % v/v) –> выпаривание –> перерастворение в 1 мл ацетонитрила –> анализ.

     II. 1 мл смеси ПАУ в ацетонитриле –> выпаривание –> растворение в 5 мл гексана –> Диапак C –> смыв ПАУ смесью гексан/хлористый метилен (80/20 % v/v) –> выпаривание –> перерастворение в 1 мл ацетонитрила –> анализ.

     III. 1 мл смеси ПАУ в ацетонитриле –> выпаривание –> растворение в 20 мл 40 % водного р-ра ацетона –> Диапак C16М –> промывка водой –> смыв ПАУ хлористым метиленом –> выпаривание –> перерастворение в 1 мл ацетонитрила –> анализ.

     IV. 1 мл смеси ПАУ в ацетонитриле –> выпаривание –> растворение в 20 мл изопропанола –> Диапак C16М –> промывка водой –> смыв ПАУ хлористым метиленом –> выпаривание –> перерастворение в 1 мл ацетонитрила –> анализ.

     V. 1 мл смеси ПАУ в ацетонитриле –> добавка 19 мл воды –> Диапак C16М –> промывка водой –> смыв ПАУ хлористым метиленом –> выпаривание –> перерастворение в 1 мл ацетонитрила –> анализ. 

     

     Рис. 1. Степени извлечения ПАУ твердофазной экстракцией, n=3. 

     Как видно из рис. 1 степени извлечения ПАУ из модельной смеси при использовании схем I-III достаточно высоки, и для шести ПАУ за исключением флуорантена превышают 80 %. При реализации схемы V было найдено, что степень извлечения не превышает 10 % процентов, т.е. проведение твердофазной экстракции из растворов на основе водной матрицы дает очень низкую степень извлечения, следовательно при определении ПАУ в заваренном чае, в водный раствор необходимо добавлять органический растворитель, например ацетон или изопропанол.

     Определение содержания ПАУ в  сухом чае

     Массовое  содержание семи ПАУ было найдено  в образце крупнолистового черного (образец №1), двух образцах листового зеленого (образцы: №2, №3), и образцах черного чая в пакетиках (образцы: №4, №5). Все образцы произведены разными производителями и были приобретены в розничной торговой сети.

     Для определения ПАУ в реальных пробах наибольшая степень извлечения была получена при проведении пробоподготовки по следующей схеме: пробу чая массой 3 г помещали в коническую колбу вместимостью 100 мл, добавляли 15 мл ацетона, 25 мл воды и перемешивали на перемешивающем устройстве в течение часа. Полученный экстракт пропускали через подготовленный патрон Диасфер С16М, промывали патрон водой, элюировали ПАУ с патрона хлористым метиленом. Затем хлористый метилен выпаривали и перерастворяли в 0.3 мл ацетонитрила. Конечный экстракт в объеме 10 мкл вводили в жидкостный хроматограф.

     Хроматограммы стандартного раствора смеси ПАУ  «EPA 610 Polynuclear Aromatic Hydrocarbons Mixture» с содержанием 0.01 мг/л бенз(а)пирена, образца №1 крупнолистового черного чая и образца №4 - черного чая в пакетиках представлены на рис. 2.

     Определение содержания ПАУ в  заваренном чае

     Для определения содержания ПАУ в  растворе чая использовали следующую методику: 15 г сухого чая заливали 200 мл кипящей воды, оставляли на 4 часа, затем отфильтровали раствор чая, добавляли к полученному фильтрату 20 мл изопропанола, тщательно перемешивали. Затем проводили процедуру твердофазной экстракции на патроне Диапак С16М аналогично описанной выше. 

 

     

     

       

     Рис. 2. Хроматограммы стандарта EPA 610 (А), образца чая №1 (Б) и образца чая №4 (В). Хроматографическая система: ВЭЖХ-3 + Флюорат 02-2М. Колонка: Кромасил С18 (150×2.1 мм, 5 мкм). Элюент: ацетонитрил/вода – 80/20 % v/v. Расход: 0.2 мл/мин. Пики: 1 - флуорантен, 2 - бенз(а)антрацен, 3 - бенз(b)флуорантен, 4 - бенз(k)флуорантен, 5 - бенз(а)пирен, 6 - дибенз(a.h)антрацен и 7 - бенз(ghi)перилен. 

     Приборы для определения  пестицидов

     "ЭХО-EW-ПФД"

     высокочувствительный  газовый хроматограф  с пламенно-фотометрическим  детектором для анализа фосфор и серо содержащих экотоксикантов, в том числе, отравляющих веществ

     Хроматографы  ЭХО-EW-ПФД предназначены для проведения оперативных качественных и количественных анализов фосфор и серу содержащих органических веществ, в том числе, отравляющих веществ, в газообразных или жидких пробах в лабораторных и полевых условиях.

     Контроль:

     - объектов окружающей среды (воздуха,  воды, почвы) на содержание фосфор  и серу содержащих пестицидов и отравляющих веществ (ОВ);

     - помещений, автотранспорта, багажа, почтовых отправлений на наличие  ОВ;

     Определение:

     - круга лиц, имевших контакт  с ОВ;

     - использованного ОВ при массовых  поражениях ОВ, и его автоматическая  идентификация.

     Принцип действия:

     схема газового хроматографа с пламенно-фотометрическим  детектором;

     ввод  пробы из воздуха, или из воздуха  с предварительным концентрированием на твердых сорбентах, или микрошприцем из раствора;

     отображение информации на персональном компьютере с программным обеспечением, работающим в среде Windows.

     Преимущества:

     · малый вес

     · низкое энергопотребление

     · высокая чувствительность

     · быстродействие

     · возможность дистанционного пробоотбора и отбора пробы на концентратор из труднодоступных мест (узкие щели, трещины и т.д.)

     · простота в обращении, автоматическая идентификация ОВ и пестицидов

     · возможность создания мобильной энергонезависимой лаборатории

     · возможность проведения качественного и количественного анализа с использованием стандартных методик

     · возможность создания и пополнения баз данных на обнаруживаемые вещества и ведения архива хроматограмм

     Технические характеристики:

     Пламенно-фотометрический  детектор:

     - чуствительность, г/сек - по фосфору  порядка 10-11 , по сере порядка  10-10; постоянная времени, сек - 0,1;

     - динамический диапазон - не менее  3-х порядков по фосфору; 

     - температура, 0C - 50о 200о.

     Газохроматографическая  колонка (ГХК):

     - быстродействующая поликапиллярная  колонка длиной 20 см или Z - образная 60 см;

     - эффективность, т.т./м - 8000-10000

     ; температура ГХК, 0C - 40 200;

     - точность поддержания температуры,  0C - не хуже 0,2;

     - тип фазы - SE-30, SE-54, Carbowax-20M, OV-624 и др.)

     Устройства  ввода пробы:

     Температура ввода - 50 - 250^oC, точность поддержания температуры - не хуже 0,5^oC.

     а) шприцевой ввод - качественный и  количественный анализ жидких и газообразных проб, вводимых с помощью специального газохроматографического шприца;

     б) адсорбционный ввод - качественный и количественный анализ примесей сорбированных из газа на специальный концентратор;