Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных данных 8
1.1. Общая характеристика объектов и методов исследования 8
1.1.. Общие сведения, области применения и методы обнаружения азидов, хлоратов и перхлоратов 8
1.1.2. Общие сведения, области применения и методы обнаружения оптических отбеливателей 14
1.2. Основные принципы и варианты электрофоретического разделения нейтральных и заряженных компонентов смесей методом капиллярного электрофореза 18
1.2.1. Анализ неорганических анионом (включая азиды, хлораты и перхлораты) методом КЭ 21
1.2.1.1. Применение ПАВ в анализе неорганических анионов 27
1.2.1.1.1. Влияние природы электролита и концентрации ПАВ па параметры разделения 31
1.2.1.1.2.Влияние рН на параметры разделения анионов 34
1.2.1.2. Применение катнонактивных полимеров в анализе неорганических анионов 36
1.2.1.2.1 .Влияние концентрации и природы полиэлектролита в составе буфера на параметры разделения 40
1.2.1.2.2.1.З;шяние рН на параметры разделения анионов 44
1.2.1.2.3. Использование ионеноп разной полярности в анализе неорганических анионов 45
1.2.1.3. Влияние органических добавок на параметры разделения 47
1.2.2. Разделение белофоров, производных стильбена и триазинов в капиллярном электрофорезе 53
1.2.2.1. Электрофоретическое разделение триазинов 53
1.2.2.2. Электрофоретическое разделение ароматических сульфокислот и производных стильбена 59
2. Экспериментальная часть 69
2.1. Аппаратура 69
2.2. Реагенты и материалы 70
2.3. Методы исследования 73
2.4. Пробоподготовка 75
3. Результаты и их обсуждение 77
3.1. Исследование факторов, влияющих на разделение хлоратов, перхлоратов и азидов в капиллярном электрофорезе 77
3.1.1 Влияние модификаторов на разделение хлората, перхлората и азида 79
3.1.2 Влияние органических добавок на разделение хлоратов, перхлоратов и азидов 83
3.1.3 Влияние рН на разделение хлоратов, перхлоратов и азидов в КЭ 86
3.1.4 Исследование азидов тяжелых металлов методом КЭ 90
3.2. Исследование факторов, влияющих на разделение производных стильбена в зонном и мицеллярном вариантах капиллярного электрофореза 92
3.2.1 Разделение оптических отбеливателей в режиме капиллярного зонного электрофореза 93
3.2.2 Разделение оптических отбеливателей (производных стильбена) в режиме минеллярной электрокинетической хроматографии. Выбор оптимального ПАВ 96
3.2.3 Влияние концентрации ПАВ на разделение белофоров 100
3.2.4 Влияние геометрических характеристик капилляра на разделение белофоров 104
3.2.5 Влияние органических добавок на разделение белофоров 106
4. Практические приложения 111
4.1. Анализ азида, хлората и перхлората в модельных смесях, продуктах взрыва и ПС методом капиллярного электрофореза 111
4.2. Обнаружение оптических отбеливателей (производных стильбена) в составе писчих бумаг методом капиллярного электрофореза 110
4.3. Сравнительный анализ оптических отбеливателей в составе писчих бумаг разных производителей и с разными годами выпуска 122
4.4. Сравнительный анализ компонентов бумаг, обнаруженных в составе писчих бумаг разных производителей методом капиллярного электрофореза 129
Выводы 136
- Основные принципы и варианты электрофоретического разделения нейтральных и заряженных компонентов смесей методом капиллярного электрофореза
- Электрофоретическое разделение триазинов
- Исследование факторов, влияющих на разделение производных стильбена в зонном и мицеллярном вариантах капиллярного электрофореза
- Обнаружение оптических отбеливателей (производных стильбена) в составе писчих бумаг методом капиллярного электрофореза
Введение к работе
Актуальпость темы. Бумажный носитель является одним из основных объектов криминалистических исследований материалов документов. Решение как диагностических, так и идентификационных задач и процессе таких исследований связано с установлением компонентного состава бумаг. При этом выявляются признаки, характеризующие особенности состава бумаги, которые позволяют отнести ее к определенному типу, марке и установить источник происхождения. К таким информативным признаками могут быть отнесены тип оптического отбеливателя и некоторые УФ-поглощающие компоненты проклейки бумаг. Вместе с тем, при проведении взрыво-технических экспертиз по установлению компонентного состава изделий и материалов, требуется не только определять основные взрывчатые вещества (тротил, гексоген, аммиачная селитра и др.), но и прочие компоненты в их составе. Такими компонентами взрывных устройств могут являться хлораты, перхлораты и азиды.
Существует необходимость создания новых физико-химических методик исследования бумаг и компонентов взрывных устройств, а также разработки комплексных подходов к получению полной информации об исследуемых объектах. Одним из таких современных физико-химических методов исследования является капиллярный электрофорсз[1-13].
Цель работы. Изучение и применение метода капиллярного
электрофореза в криминалистических экспертизах по исследованию
компонентов писчих бумаг и обнаружению хлоратов, перхлоратов и азидов в
составе изделий, в том числе и взрывных устройствах. В связи с поставленной
целью необходимо было решить следующие задачи:
1. Найти оптимальные условия разделения хлоратов, перхлоратов и азидов и найденные условия применить для их обнаружения в составе взрывоопасных изделий и объектах с места взрыва.
Разработать условия по разделению и определению белофоров (производных стнльбена) и применить наиденные условия для их определения is составе писчих бумаг.
Выявить, по результатам анализа писчих бумаг, характеристичные признаки, позволяющие оценивать степень их идентичности.
Научная новизна. Метод капиллярного электрофореза предложен в криминалистических целях исследований писчих бумаг. Показано, что белофоры и некоторые компоненты проклейки бумаг являются веществами, по наличию и соотношению которых возможна идентификация писчих бумаг.
Найдено, что для эффективного разделения белофоров наиболее подходит вариант МЭКХ с применением ДДСН в качестве мицеллообразующего агента.
Впервые проведено разделение хлоратов, перхлоратов и азидов в капиллярном электрофорезе с использованием катионных полимеров -ионснов. Изучено влияние на селективності) разделения анионов ионенов разной полярности. Установлено, что 2,4-нонен обеспечивает наилучшие условия разделения хлорат, перхлорат и азид ионов. Капиллярный электрофорез предложен как новый метод в криминалистических исследованиях по обнаружению следов хлорат-, перхлорат- и азид- ионов в исследуемых объектах, включая взрывоопасные и взрывные устройства.
Практическая значимость работы. Проведено исследование 39 образцов писчих бумаг отечественного и зарубежного производства. В большинстве случаев (в 30) в их составе обнаружен бслофор ОБ-жидкий. По наличию белофора, примесей и некоторых канифольных компонентов писчие бумаги можно сравнивать между собой, а при наличии образцов сравнения -выявлять марку и производителя бумаги. Полученные результаты рекомендовано использовать в экспертно-криминалистической практике для расшифровки состава писчих бумаг, установления источника их происхождения и комплексных идентификационных экспертиз.
7 Положительные результаты по обнаружению хлоратов, перхлоратов и азидов в тестовых смесях, пиротехнических изделиях и продуктах взрыва позволили рекомендовать капиллярный электрофорез для проведения криминалистических исследований.
Положения, вмиоышые па защиту:
Условия разделения хлоратов, перхлоратов и азидов методом КЭ,
Обнаружение азидов, хлоратов и перхлоратов в продуктах взрыва, пиротехнических изделиях.
Условия разделения белофоров метолом капиллярного электрофореза.
Обнаружение белофоров в составе писчих бумаг отечественных и зарубежных производителен.
Выявленные характеристичные признаки при исследовании писчих бумаг для оценки степени их идентичности.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VIII
Всероссийском симпозиуме по молекулярной жидкостной хроматографии и капиллярному электрофорезу (Москва, 2001), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), Всероссийской научно-практической конференции по криминалистике и судебной экспертизе «Криминалистические средства и методы в раскрытии и расследовании преступлений» (Москва, 2004), XVII международном симпозиуме по микроанализу и капиллярному электрофорезу (Зальцбург, Австрия, 2004), внутренних докладах и семинарах, научных коллоквиумах лаборатории хроматографии кафедры аналитической химии МГУ.
Публ ика иия рез уль та топ. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи и 4 тезиса докладов.
Структура и оГгьём работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, общих выводов, списков цитируемой литературы и сокращений. Материал диссертации изложен на 151 странице машинописного текста, содержит 53 рисунка и 23 таблицы, в списке цитируемой литературы 115 наименований.
Основные принципы и варианты электрофоретического разделения нейтральных и заряженных компонентов смесей методом капиллярного электрофореза
При наложении электрического поля заряженные частицы в узком капилляре (25-ЮОмкм) перемещаются в растворе буферного электролита с разной скоростью. При этом разделение в кварцевом капилляре характеризуют два основных фактора. Первый, ионные аналиты мигрируют к соответствующему заряженному электроду при наложении электрического поля, имея разную электрофорегическую подвижность. Последняя, в свою очередь, зависит от размера и заряда разделяемых ионов. Скорость электрофоретического перемещения ионов описывается уравнением: Во-вторых, при наложении внешнего электрического поля отрицательно заряженная внутренняя поверхность кварцевого капилляра притягивает противоионы из подвижного слоя и жидкость засасывается в капилляр — возникает электроосмотический поток (ЭОП), который направлен к катоду. Уникальное свойство ЭОП заключается в плоском профиле потока (в отличие от параболического в ВЭЖХ), который при движении зон компонентов внутри капилляра практически не вызывает их уширения. Благодаря этому метод КЭ характеризуется высочайшей эффективностью ( сотни тысяч теоретических тарелок) [4]. В КЗЭ нейтральные компоненты пробы достигают детектора вместе с ЭОП и не могут быть разделены. Предложенный японским ученым Терабе в 1984 г. метод мицеллярной электрокинетической хроматографии (МЭКХ) позволяет разделять как ионогенные, так и нейтральные компоненты пробы за счет различной вероятности нахождения их в водной подвижной и псевдостационарной фазах [59]. Введение в состав электролита мицеллообразователя при концентрации выше ККМ способствует образованию псевдоепшционарной фазы [60,61], в результате чего возникает иной принцип разделения компонентов в растворе. Мицеллообразование связано со стремлением системы снизить до минимума свободную энергию. В объеме раствора, где ПАВ не адсорбируется, длинноцепочные молекулы (ионы) образуют агрегаты. Мицеллообразование начинается при концентрации, при которой химические потенциалы длинноцепочных молекул (ионов) в растворенном и в мицеллярном состояниях одинаковы. Чем короче углеводородные цепи, тем меньше понижается свободная энергия системы в результате агрегатирования и тем выше должна быть концентрация, при которой начинается образование мицелл (рис. 1.4). Максимальная концентрация молекулярно растворенного вещества неионогенных ПАВ значительно меньше, чем ионогенных, при одинаковой длине углеводородных цепей. Так, например, ККМ у ионогенного соединения додецилсульфата составляет 0,0081 моль/л, а у додецилглюкозида она равна около 0,00019 моль/л, т. е. почти в 43 раза меньше [62].
Важной особенностью поверхностно-активных веществ, связанной с их мицеллярным состоянием в области определенных концентраций, является способность коллоидно растворять (солюбилизировать) практически нерастворимые в воде органические соединения. В основе разделения нейтральных молекул лежат различия в их гидрофобности и, следовательно, коэффициентах распределения между полярным водным буферным раствором и неполярными мицеллами. Ионы могут быть разделены в МЭКХ благодаря различию их электрофоретической подвижности и/или вследствие взаимодействии с мицеллами, зависящими от знаков заряда иона и мицеллы [63,64]. До ККМ молекулы ПАВ являются центрами, на которых происходит группировка молекул в агрегаты, а после ККМ молекулы ПАВ отделяют и окружают мономерные молекулы аналитов [65]. В качестве мицеллобразователеії могут использоваться как неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), так и заряженные: катионные (КПАВ) и анионные (АПАВ) субстраты, причем последние будут иметь собственную подвижность в электрическом поле. В случае отрицательно заряженных мицелл (при использовании АПАВ, например, додецплсульфата натрия) их взаимодействие с анионами будет слабым, и разделение в значительной степени окажется подобно зонному варианту, а мицеллообразователь в данном случае будет играть роль добавки в ведущий электролит. По аналогии с КЗЭ эффективная скорость перемещения компонентов пробы и мицелл, представляет собой векторную сумму электрофоретической и электроосмотической скоростей. 1.2,1 Анализ неорганических анионов (включая азиды, хлораты и перхлораты) методом капилляриого электрофореза Разделение неорганических анионов в КЭ можно проводить как без, так и с обращением ЭОП. Для анализа анионов без обращения ЭОП необходимо изменить полярность прикладываемого напряжения. Однако в этом случае изменится не только направление миграции анионов, но также направление ЭОП и он будет препятствовать перемещению в сторону детектора медленно мигрирующих анионов [65-69]. Для изменения направлен ия ЭОП необходимо модифицировать поверхность кварцевого капилляра таким образом, чтобы знаки зарядов двойного электрического слоя поменялись на обратные, и направление ЭОП совпадало с направлением перемещения анионов.
Наиболее интересным аспектом манипуляции ЭОП является динамическая дезактивация внутренней поверхности капилляра адсорбцией на ней катионоактшшых полимеров и ПАВ различного строения [65,70-74]. Выбор подходящего катионнообмешюго ПАВ и его концентрация позволяют контролировать величину ЭОП, включая его обращение. Обращение ЭОП успешно используется в элсктрофоретнческом разделении неорганических и органических анионов [65-67,30-31]. Вследствие того, что подвижность анионов обычно выше по сравнению с подвижностью ЭОП, при нормальных условиях потока (в сторону катода), анионы мигрируют в обратную сторону по отношению к ЭОП и поэтому, их движение к УФ-детектору затруднено или невозможно. И даже, когда ЭОП подавлен благодаря использованию модифицированных капилляров, анализ анионов является длительным. Изменение заряда поверхности капилляра позволяет анионам мигрировать в том же направлении, что и ЭОП, при этом существенно сокращается время анализа и улучшается разрешение пикон анионов. Исследование катионоактшшых добавок впервые было изучено Фюрстенау [75], который первым постулировал механизм адсорбции катионоактивных ПАВ на внутренней поверхности капилляра. Катион ПАВ активно сорбируется на кварцевой поверхности, занимая при достаточной его концентрации, все вакансии в ближайшем к поверхности слое. При дальнейшей промывке рабочим буферным раствором поверхность сорбирует еще один слой поверхностно-активного катиона, ориентированного аммонийным концом наружу (сорбция "щетка в щетку"). В результате из-за электростатического притяжения между катионоактивиым ПАВ и отрицательно заряженными силанольными группами, первая обкладка динамического двойного слоя становится положительно заряженной, а вторая (и том числе и диффузная ее часть) приобретает отрицательный заряд, и теперь ЭОП снова перемещается в направлении от входного конца капилляра к детектору (рис. 1.5). Такой механизм разделения и сорбция на стенках капилляров характерны и для катиононных полиэлектролнтов. Сочетание ионо-обменного механизма разделения и электрофоретическои подвижности компонентов пробы приводит к повышению селективности и эффективности их разделения. Кроме того, добавление в подвижную фазу катионных ПАВ и полимеров обеспечивает дополнительное их взаимодействие с молекулами аналита и обеспечивает лучшее разделение. Такой механизм разделения получил название ионообменной электрокинетической хроматографии [75]. Принципиальным отличием ПАВ от типичных полнэлектролитоп (ионенов), является неспособность последних образовывать в растворе мицеллы, а следовательно мицеллярный механизм разделения, как дополнительный инструмент регулирования селективности разделения, с их использованием исключен. В табл. 1.6 приведены результаты разделения неорганических анионов (включая азид, хлорат и перхлорат) с и без использования катионных ПАВ и полиэлектролитов.
Электрофоретическое разделение триазинов
Триазины (в кислой среде) имеют собственную подвижность в электрическом поле, поэтому, для их разделения может быть использован вариант КЗЭ. При этом триазины: аметрин, тербутрин, прометрин, симазин, циаиазин, атразин, пропазин разделяют, используя в качестве буфера 11 мМ хлорную кислоту [88-89] (табл. 1.8). Преимущество разделения белофоров в данном случае заключается в простоте условий анализа, к недостаткам можно отнести среднюю эффективность разделения (порядка 50000-100000 т.т). Применение катионных ПАВ устраняет данный недостаток, причем, на разрешение пиков отбеливателей существенное влияние оказывает концентрация ПАВ. В качестве таких ПАВ для разделения белофоров используются ТТАБ, ЦТАБ, ДТАБ и др. [78]. Концентрация 8-10 мМ ТТАБ (KKMj [дь 3,02) обеспечивает наилучшее разрешение пиков [54]. Повысить разрешение пиков можно введением в электролит таких добавок как Трис, солей фосфатов и боратов. Существенное влияние на подвижность белофоров в капилляре оказывает введение в буфер органических растворителей, таких как метанол и ацетоиитрил. Кроме того, органические добавки дагот возможность анализа малорастворимых в водных средах отбеливателей, например К-(2-ашілшю-4-морфолино-1,3,5-триазинил-6)-4,4 диаминостильбен-2,2 - дисульфонат натрия [54]. Таким образом, органические растворители изменяют селективность разделения, подвижность ЭОП, электрофоретическую подвижность ионов, и увеличивают растворимость гидрофобных соединений. Введение органических растворителей в буферный электролит повышает ККМ ПАВ [54]. Пример использования катионного ПАВ и влияние добавок ацетонитрила в подвижной фазе на селективность разделения оптических отбеливателей и некоторых других производных стильбена (табл. 1.10) демонстрирует рис. 1.28.
Повышение концентрации ацетоинтрила в подвижной фазе до 40% (об.) улучшает разделение стильбепов. Более высокие концентрации McCN (рис. 1.28с) снижают эффективность и селективность разделения, увеличивают время анализа и могут вызвать выпадение в осадок ПАВ. Следует отметить, что высокая концентрация ацетонитрила (более 25% об.) в буфере полностью подавляет образование мицелл, и разделение белофоров происходит в варианте ИОЭКХ, при более низких концентрациях ацетонитрила мы имеем вариант МЭКХ. Сравнивая разделение белофоров в классическом варианте КЗЭ (без добавления ПАВ) и варианте КЗЭ с добавлением катионных ПАВ, совершенно очевидно, что классический вариант является более предпочтительным. При примерно сопоставимой эффективности разделения (50000-1 ОООООт.т.) этих вариантов, управление селективностью для достижения полного разделения белофоров во втором случае более трудоемко и существенно увеличивает время анализа. Использование катионных ПАВ в концентрации до ККМ (вариант КЗЭ) и выше ККМ (вариант МЭКХ) не обеспечивает желаемой селективности разделения. Применение анионных ПАВ в разделении оптических отбеливателей методом КЭ практически не рассмотрено в литературе, а имеющиеся данные не дают полной информации о предпочтительном варианте разделения белофоров, особенно в составе таких объектов, как писчие бумаги. Однако, в случае отрицательно заряженных мицелл (например, додецилсульфата натрия) их взаимодействие с анионами будет определяться гидрофобными взаимодействиями, а разделение в значительной степени будет происходить подобно зонному варианту или ИОЭКХ. Также, при взаимном отталкивании одноименных зарядов отрицательно заряженные компоненты раствора могут быть частично солюбилизированы отрицательно же заряженными мицеллами [97]. Таким образом, в МЭКХ ионогенные компоненты пробы могут разделяться благодаря их собственной электрофоретпческой миграции, ион-ионным взаимодействиям между аналитом и мицеллой, а также солюбилизации ионов мицеллами. Таким образом, по результатам проведенного обзора литературы можно теоретически предположить, что катионные полимеры — ионены обеспечивают лучшие результаты разделения неорганических анионов, включая хлораты, перхлораты и азиды. При этом ионены выступают как модификаторы стенок капилляров, так и в качестве ион-парных реагентов в буферном электролите. Причем именно алифатические ионены обеспечивают наилучшую селективность разделения неорганических анионов. Нами впервые были изучены ионены разной полярности для определения хлоратов, перхлоратов и азидов в составе взрывоопасных изделий и продуктах взрыва, используя метод капиллярного электрофореза. Для анализа белофоров, исходя из литературных данных, может подходить вариант КЭ с добавлением и без катиоиных ПАВ. Однако описанные варианты и условия не обеспечивают полного разделения белофоров, использованных в работе.
Применение анионных ПАВ для разделения бслофоров практически не описано в литературе. Тем не менее, предварительные результаты по разделению белофоров с применением ДДСП характеризуются хорошей селективностью и эффективностью разделения. Таким образом, нами впервые было изучено применение анионного ПАВ (додсцилсульфата натрия) для определения белофоров в составе писчих бумаг различных производителей, используя метод МЭКХ. Для приготовления растворов электролитов использовали реактивы: натрий тетраборнокислый десятиводный (х.ч., Merck, Германия), пщрофосфат и дигидрофосфат натрия (х.ч. "Реахим"), Трис (х.ч., Merck, Германия), моноэтаноламин (х.ч., Merck, Германия), додецилсульфат натрия (ДДСН) (х.ч., Merck, Германия), ТТАБ и Тритон Х-100 (х.ч., Merck, Германия), ЦТАБ (10% в метаноле) и ЦТАГ (ос.ч., Aldrich), 2,4-ионен, 4,6-ионен, 6,9-ионен и 2,10-ионен были синтезированы на кафедре аналитической химии МГУ им. М.В. Ломоносова. Маркером ЭОП в зонном варианте электрофореза служил бензиловый спирт (х.ч., Merck, Германия), в МЭКХ - ацетон (х.ч., Merck, Германия). В качестве маркера мицелл выбран широко используемый судац III (х.ч., Merck, Германия). Для оценки влияния органических растворителей на параметры разделения применяли ацетонитрил, метанол и бутанол (х.ч., Merck, Германия). Вспомогательными реактивами являлись хлороводородная кислота (ч.д.а. "Реахим") и гидроксид натрия (ос.ч., Merck, Германия). Подготовка сттідартиьіх растворов к анализу. Стандартные растворы оптических отбеливателей - Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор ЦБВ, Белофор КБ, Белофор ОБ-жидкий, Белофор Tinopal CBS-X, (0,1 мг/мл) готовили растворением точных навесок каждого из веществ (1 мг) в 10 мл дистиллированной воды. Рабочие растворы получали разбавлением стандартных с помощью автоматического дозатора. Для разбавления стандартных растворов использовали электролит с меньшей концентрацией и дистиллированную воду. Растворы неорганических анионов (хлоратов, перхлоратов, азидов, нитратов, сульфатов, хлоридов) с концентрацией 10 мг/л готовили из их натриевых солей (х.ч., Россия) или свободных кислот (х.ч., Россия), а также разведением стандартных растворов анионов (1 мг/мл) бидистиллированной водой. Боратные и фосфатные буферные растворы готовили по точной навеске соответствующих солей, рМ растіюра доводили 0,5Н раствором NaOH. Бидистиллированную воду получали путем повторной дистилляции воды в би дистилляторе или лабораторной установке для перегонки воды. В качестве объектов исследования были взяты водорастворимые оптические отбеливатели с торговыми названиями: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор СБВ, Белофор КБ, Белофор ОБ-жндкиП, Tinopal CBS-X, а также растворы неорганических анионов - хлоратов, перхлоратов, азидов, нитратов, сульфатов, хлоридов (табл. 2.1).
Исследование факторов, влияющих на разделение производных стильбена в зонном и мицеллярном вариантах капиллярного электрофореза
Данная глава посвящена изучению факторов, определяющих закономерности электрофоретического поведения белофоров (производных стильбена) в зонном и мицеллярном вариантах капиллярного электрофореза. Объектами исследования были выбраны оптические отбеливатели: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор СБВ, Белофор КБ, Белофор ОБ- жидкий, Белофор Tinopal CBS-X. Необходимость анализа обусловлена применением белофоров в качестве оптических отбеливателей для писчих бумаг. При проведении криминалистических экспертиз, включающих установление компонентов, входящих в состав писчих бумаг, требуется устанавливать тип отбеливателя, его содержание, а также, по совокупности признаков, источник происхождения печатной продукции. Тип отбеливателя и его содержание - дополнительный признак, по которому можно сравнивать между собой исследуемые бумаги. Далее по совокупности признаков, характеризующих каждую бумагу, можно оценивать бумаги между собой на предмет их подобия и устанавливать вероятный источник происхождения [102]. 3.2.1 Разделение оптических отбеливателей в режиме капиллярного зонного электрофореза Способность определяемых белофоров в нейтральных и щелочных растіюрах существовать в виде заряженных ионов позволяет использовать для их разделения классическую схему анализа {детектор у катода), принятую в КЭ [ЮЗ-105]. В этом случае происходит разделение водорастворимых белофоров на основании различий их электрофорстических подвижиостей в присутствии достаточно сильного ЭОП (скорость ЭОП пропорциональна рН ведущего электролита). При анализе смеси, содержащей белофоры: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор СБВ, Белофор КБ, Белофор ОБ-жидкий, Белофор Tinopal CBS-X, мы использовали боратный буфер (рН=9.06) с концентрацией ведущего электролита (от 1 до 30 мМ). На примере боратного буфера было изучено влияние концентрации ведущего электролита на разделение смеси белофоров: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор ОБ-жидкиїї и Белофор Tinopal CBS-X. При увеличении концентрации буферного раствора наблюдался рост общего времени анализа с 7 до 38 минут, увеличение разрешения пиков и значительный рост силы тока в капилляре (от 3 до 65 мкА).
В то же время, эффективность разделения компонентов смеси увеличивалась (до концентрации боратного буфера 5-10 мМ), по мере дальнейшего роста концентрации буферного электролита эффективность снижалась: например, для белофора 25-10 - 36000 т.т. при 1 мМ, 168000 т.т. при 5 мМ и 113000 т.т. при 30 мМ, что можно объяснить дополнительным уширением зон индивидуальных компонентов за счет продольной диффузии и температурных эффектов (табл.3,4). Как следует из табл.3.4, 5 мМ тстраборат натрия (рЫ=9,06) обеспечивает наилучшие условия разделения. По экспериментальным данным использование боратного буфера в концентрации от 3 до 10 мМ обеспечивает хорошее разделение белофоров и высокую эффективность (N=168000T.T ДЛЯ белофора 25-10). Уменьшение эффективности разделения при низких концентрациях бората можно объяснить взаимодействием белофоров со стенками капилляра. Рабочее напряжение было выбрано "+30 кВ", при котором наблюдается полное разрешение пиков за время анализа (9 мин), (рис. 3.8). Величина тока при этом напряжении не превышает 20 мкА, что вполне подходит для прибора с воздушным охлаждением капилляра. При таком напряжении в капилляре не возникают большие токи [107], а % электрофореграмма характеризуется стабильной базовой линией вследствие достаточного охлаждения раствора в капилляре. Таким образом, с высокой эффективностью проведено разделение белофоров: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор ОБ-жидкий и Белофор Tinopal CBS-X в варианте КЗЭ. Показано, что наилучшими условиями разделения белофоров являются: 5 мМ тетраборат натрия, pll 9,06; напряжение: +30 кВ, температура: 25С. Однако, при исследовании экстрактов, сделанных с поверхности бумаг, с целью поиска в них водорастворимых отбеливателей, кроме белофоров присутствуют и другие компоненты бумаги. Желательно, чтобы и компоненты бумаги, разделялись с высокой эффективностью и селективностью. С той целью, были проведены исследования по разделению белофоров, используя вариант мицеллярной элсктрокинетической хроматографии. 3.2.2 Разделение оптических отбеливателей в режиме мицеллярной электрокинепшческойхроматографии. Выбор оптимального ПАВ. Для поиска наиболее оптимальных условии анализа для разделения белофоров, применяли вариант МЭКХ с нейтральным (Тритон Х-100) и анионным (ДДСН) ПАВ (рис.3.9). Ci:H;f — OiOjXa Доденал сульфап! натр им (, (ДСН) Cfnijjj - т2 - син_л12 -/; Ч. о - ((!!, _, -о - ноу;, . аі; ші, ? - им Tfii/trjiiH Х-/00 Рис. 3.9 Формулы ПАВ.
При использовании Тритона Х-100 в качестве мицеллообразователя, проведено разделение смеси бслофоров: ЦБВ, КБ, ТІпораІ CBS-X, 25-10 и 25-12 (рис.3.10). По сравнению с разделением в зонном варианте общее время анализа осталось практически неизменным ( 9 мин). Порядок выхода компонентов соответствует зонному варианту. Резко упала эффективность разделения (например, для белофора 25-10 с 168000 до 77600 т.т.). Наименее гидрофобные белофоры Tinopal CBS-X и КБ не разделились и мигрировали вместе ЭОП. Добавление в состав электролита различных органических растворителей, изменение концентрации Тритона и рН электролита, не привели к улучшению результатов разделения бслофоров Tinopal CBS-X и КБ. Это можно объяснить наличием двух сульфогрупп в составе молекул этих белофоров в отличие от остальных. Молекулы белофоров Tinopal CBS-X и КБ, окруженные нейтральными молекулами ПАВ, фактически утрачивают разницу в зарядах своих молекул, что является следствием их совместного выхода с ЭОП без разделения. В составе молекул белофора ЦБВ имеется четыре сульфогруппы, а у белофоров 25-10 и 25-12 - шесть сульфогрупп. Поскольку характер выхода этих бслофоров практически не изменился по сравнению с вариантом КЗЭ, то можно предположить, что основной вклад на миграцию белофоров в капилляре оказывают именно сульфогруппы. Таким образом, используя, Тритон Х-100 в качестве мицеллообразующего реагента, белофоры, содержащие в своем составе две сульфогруппы, не могут быть разделены и выходят вместе с ЭОП. Резкое уменьшение эффективности разделения других белофоров по сравнению с КЗЭ не позволяет использовать вариант МЭКХ с мицеллообразующим реагентом Тритон Х-100 для разделения водорастворимых оптических отбеливателей. При использовании ДДСН в качестве мицеллообразователя проведено разделение смеси белофоров: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор ОБ-жидкий и Белофор Tinopal CBS-X (рис.3.1 1). При одинаковом времени анализа и практически одинаковом разрешении пар пиков, значительно увеличивается эффективность разделения, особенно для белофоров 25-10 и 25-12. В дальнейшем, такие факторы как, концентрация ведущего электролита, геометрические характеристики капилляра, добавки органических растворителей были подробно изучены на примере разделения оптических отбеливателей: Белофор 25-10, Белофор 25-12, Белофор ОБ-жидкиЙ и Белофор Tinopal CDS-X, в варианте МЭКХ с ДДСН в качестве мицеллообразователя. 3.2.3 Влияние концентрации ПАВ на разделение белофоров Поскольку ранее в варианте КЗЭ было показано предпочтительное использование 5-10 мМ боратного буфера для разделения белофоров, для оценки влияния концентрации ДДСН на параметры разделения оптических отбеливателей в варианте МЭКХ использовали 5 мМ боратный буферньїіі раствор. Влияние концентрации ДДСН приведено в табл.3.6.
Обнаружение оптических отбеливателей (производных стильбена) в составе писчих бумаг методом капиллярного электрофореза
На основании ранее приведенных данных были проведены исследования по обнаружению водорастворимых оптических отбеливателей в составе писчих бумаг. Большое значение для определения в составе писчей бумаги оптических отбеливателей имеет пробоподготовка объектов исследовании. Учитывая, что оптические отбеливатели, как правило, наносят на поверхность бумаги [112], нет необходимости в "жесткой" (полной экстракции всех компонентов с поверхности бумаги) экстракции из всей массы исследуемой бумаги. Наиболее мягкими условиями является экстракция водой (иногда горячей) с бумаги — "мягкая экстракция". Производные стильбена при данных условиях экстракции, на фоне других компонентов бумаги, видны четко и в некоторых случаях являются доминирующими. Если же требуется извлечь максимальное количество оптического отбеливателя из состава бумаги, то проводят "жесткую экстракцию". Для этого, примерно 10 г. бумаги помещают в колбу объемом 500 мл. Добавляют 200 мл дистиллированной воды, нагретой до 80С, выдерживают в водяной бане при 80С в течение двух часов в темноте. Полученный экстракт охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через стеклянный фильтр в колбу объемом 250 мл. Полученный раствор держат в темноте до исследования методом КЭ. Результаты практического применения метода КЭ для идентификации белофоров п составе писчей бумаги приведены на рис.4,6. Объектом исследования служил вырезанный из тетрадного листа (ЗЛО "БУМИЗДЕЛИЯ" МПО "ВОСХОД") бумажный фрагмент размером 5x5 см. В течение 10 мин. была проведена экстракция водой при Т=40С ("мягкая экстракция"). Экстракт центрифугировали (12000 об/мин) в течение 5 минут, супернатант отделяли и исследовали методом КЭ (рис.4.6). Идентичность обнаруженного отбеливателя белофору ОБ-жіїдкому подтверждена методом ЯМР. Спектры ЯМР 1U зарегистрированы на спектрометре UNITY-INOVA-400 фирмы "Varian" с рабочей частотой 400 МГц. Условия регистрации спектров и методики проведения анализа -стандартные [113]. Степень извлечения белофора в этих условиях составляет 25% от его содержания в составе бумаги (по литературным данным в составе бумаги содержание оптического отбеливателя составляет 0,1-0,15% к абс. сухой массе компонентов бумаги [112]). При проведении "жесткой экстракции" степень извлечения составляет - 85% [112], Других водорастворимых оптических отбеливателей в составе исследуемого фрагмента бумаги не обнаружено.
Следует отметить, что в состав различных бумаг входит большое количество веществ и поэтому при установлении всех компонентов, входящих в состав бумаги, необходимо иметь соответствующие методы по определению тех или иных веществ в ее составе. В нашем случае - мы исследовали только наличие водорастворимых производных стильбени - белофоров. Для ответа на вопрос о возможности обнаружения белофоров в составе писчих бумаг отечественного и зарубежного производства методом капиллярного электрофореза памп были проведены исследования па бумагах разных производителей. Были исследованы писчие бумаги производства России, Финляндии, Швеции, Австрии и Чехии. В данной части работы интересовала возможность качественного обнаружения отбеливателей в составе писчих бумаг разных производителей. В ходе исследований были получены электрофореграммы экстрактов всех 19 бумаг. Результаты по обнаружению оптических отбеливателей в составе исследуемых бумаг представлены в табл.4.1. Из результатов, приведенных в табл.4.1, следует, что для производства высококачественной писчей бумаги в разных странах широко используется оптический отбеливатель ОБ-жидкий. В условиях МЭКХ белофор ОБ-жидкий и его изомеры разделяются с высокой эффективностью и хорошей селективностью. Так в составе экстрактов, где был обнаружен белофор ОБ-жидкий, присутствовали еще два вещества, имеющие УФ-спектры близкие к УФ-спектру белофора ОБ-жидкого. В двух случаях водорастворимые отбеливатели не обнаружены. Возможно, и этих бумагах для повышения белизны могли быть использованы водостойкие белофоры или другие красители (но литературным данным таким красителем может быть Ультрамарин [112]). Обнаруженный в составе бумаги "MAESTRO GUTENBERG, extra" чешского производства белофор по характеру УФ-спектра близок к белофору 25-12. Незначительные отличия во времени миграции и УФ-спектре могут свидетельствовать о том, что это, возможно, его изомер. Таким образом, показана возможность обнаружения водорастворимых отбеливателей в составе бумаг, произведенных в разных странах. При этом установлено, что самым распространенным отбеливателем является белофор ОБ-жидкий. С точки зрения экспертно-криминалистической практики представляло интерес провести дополнительные исследования большего количества бумаг разных производителей и годов выпусков, выделить признаки, по которым писчие бумаги можно было бы характеризовать методом капиллярного электрофореза.
Полученные результаты предполагалось использовать при решении задач по установлению источника происхождения писчих бумаг. 4.3 Сравнительный анализ оптических отбеливателей в составе писчих бумаг разных производителей и с разными годами выпуска На исследование были взяты образцы бумаг ОАО "Светогорск" (International Paper), фирм MoDo Paper (M-Rcal) и Rank Xerox. Для всех бумаг указан год выпуска. Из результатов табл.4.2 видно, что, как и в предыдущей серии исследований, наиболее распространенным отбеливателем, обнаруженным в составе бумаг ОЛО "Светогорск", фирм MoDo Paper и Xerox является оптический отбеливатель - ОБ-жидкий. В составе некоторых бумаг (Л1»№ 1, 5, б, 17, 19) водорастворимые отбеливатели не обнаружены. В составе бумаги "Excel" фирмы Rank Xerox (№ 20) обнаружен белофор, по характеру УФ-спектра близкий к белофору 25-12. Таким образом, в большинстве образцов писчих бумаг (в 14-ти из 20-ти) методом КЭ обнаружен единственный отбеливатель - ОБ-жидкий. С целью дальнейшего дифференцирования этих образцов бумаг методом КЭ изучали количественное содержание ОБ-жидкого в каждой из бумаг. При этом исходили из следующего. Как указывалось ранее, в состав белофоров помимо основного вещества могут входить и его изомеры. Причем для каждого из них в КЭ характерны свое время миграции (Umr) и УФ-спсктр. В случае ОБ-жидкого tM„r= 6,38 мин, а изомеров I и II — соответственно, 5,65 и 7,16 мин. В зависимости от партии (завода изготовителя, технологии) отбеливателя, содержание в нем изомеров, как правило, различается. Установлено, что отношение содержания основного вещества к содержанию каждого из изомеров (М0Т1Г) может служить характерной особенностью для оценки каждого из исследованных 14-ти образцов бумаги. Результаты определения содержания бслофора ОБ-жидкого и его изомеров в писчих бумагах приведены в табл.4.3, а данные по установленным соотношениям содержания ОБ-жидкого к каждому изомеру (Мот„ и М0Т12) представлены в табл.4.4. Из табл.4.4 видно, что, сгруппирован бумаги по близким значениям Мот„1 и Мот„з, можно выделить их в отдельные группы: I, II и III. Так, для бумаг производства ОАО "Сметогорск" выделяются две группы: I - бумаги №№ 1-3 и II - бумаги Ж№ 4-6. Можно полагать, что при изготовлении бумаг п каждой из групп применился отбеливатель из одной партии. Что хорошо согласуется с годами выпуска этих бумаг. Бумажная продукция фирмы MoDo Paper вызывает особенный интерес, т.к. филиалы по ее производству расположены в Швеции, Финляндии и Франции. Попав в одну группу (III), бумаги 1999, 2000, 2002-2003г. дают основания полагать, что для их изготовления использовали отбеливатель из одного источника, синтезированного по одной технологии несмотря на то, что при изготовлении бумаг количество вводимого отбеливателя может различаться. Результаты, полученные по анализу писчих бумаг фирмы Xerox, объединить в общие группы не представилось возможным. Можно предположить, что для отбеливания бумаги используется отбеливатель, полученный из разных источников, либо по различной технологии. Что касается бумаг, в составе которых отсутствуют водорастворимые оптические отбеливатели, то при комплексном подходе к исследованию бумаг этот признак тоже может является характеристичным, Необходимо также отметить, что у каждого из 3-х производителей писчих бумаг есть образцы бумаг, которые по содержанию белофора и его изомеров нельзя отнести к какой либо группе.
