Содержание к диссертации
Введение
1 Свойства и применение аминосоединений, методы их определения 9
1.1 Аминосоединения как потенциальные маркеры в аналитической химии 15
1.2 Инструментальные методы определения аминосоединений 23
1.2.1 Контроль загрязнений атмосферы 31
1.2.2 Контроль загрязнений воды 38
1.3 Свойства.производных бенз-2,1,3-оксодиазола и их аналитическое использование 40
2 Экспериментальная часть 44
2.1 Постановка задач исследования 44
2.2 Аппаратура, объекты и техника эксперимента 45
3 Экстракционно-хроматографическое определение флуоресцентных маркеров в водах 55
3.1 Выбор условий хроматографического разделения и определения флуоресцентных красителей 56
3.2 Выбор условий диодно-матричного (ДМД) и флуоресцентного (ФЛД) детектирования определяемых веществ при хроматографи-ческом разделении 58
3.3 Пределы обнаружения и градуировочные зависимости дляопределения флуоресцентных индикаторов 61
3.4 Сорбционные свойства флуоресцентных индикаторов 63
4 Экстракционно-хроматографическое определение гидразина и 1,1-диметилгидразина в водах 71
4.1 Экстракционно-хроматографическое определение гидразина в природных водах 72
4.1.1 Устойчивость гидразина в природной воде 72
4.1.2 Экстракционное концентрирование гидразина из водных сред поеле конденсации с п-диметилбензальдегидом - 73
4.1.3 Реакция гидразина с 4-хлор-5,7-динитробензофуразаном 78
4.1.4 Экстракционное концентрирование 5,7-динитробензофуразанового производного гидразина 81
4.1.5 Хроматографическое элюирование производного гидразина и градуировочные зависимости 83
4.1.6 Определение гидразина в природных водах 85
4.2 Экстракционно-хроматографическое определение 1,1-диметилгидразина в природных водах 87
4.2.1 Реакция 1Л-Диметилгидразина с 4-хлор-5,7динитробензофуразаном 87
5 Определение ароматических аминов и гидразинов в воздушной среде 94
5.1 Выбор реагента селективного слоя 104
5.2 Влияние скорости аспирации воздушной смеси на степень извлечения определяемых веществ - 108
Заключение 122
Выводы 124
Литература 125
- Инструментальные методы определения аминосоединений
- Аппаратура, объекты и техника эксперимента
- Выбор условий диодно-матричного (ДМД) и флуоресцентного (ФЛД) детектирования определяемых веществ при хроматографи-ческом разделении
- Экстракционно-хроматографическое определение 1,1-диметилгидразина в природных водах
Введение к работе
Актуальность темы; Соединения с аминными функциональными группами представляют собой важнейшие классы органических соединений и широко используются в химической технологии и фармации. Многие из них (ароматические амины и гидразины) относятся к числу приоритетных загрязнителей окружающей среды.
Высокая токсичность аминосоединений в сочетании с проявлением физиологической активности при низких концентрациях требует применения методов определения веществ на уровне более низких содержаний, чем их предельно допустимые концентрации. Особую значимость приобретает аналитический контроль производственного воздуха и природных вод на наличие в них токсичных веществ, знание природы и концентрации загрязнителей. Чувствительное и селективное определение аминосоединений в экологических объектах является сложной задачей, поскольку в анализируемых пробах воздуха и воды, представляющих собой неустойчивые системы с постоянно изменяющимся составом, могут одновременно находиться органические и неорганические соединения различной природы. Сложный состав анализируемых матриц при низких содержаниях аналитов, а также специфика значительной части аминосоединений, имеющих высокую полярность, слабо выраженные хромофорные, электро-форные или флуорофорные свойства, ограничивают применение многих методов в анализе вследствие избирательности и чувствительности детектирования определяемых соединений.
Один из путей развития методов определения сверхмалых содержаний аминосоединений связан с предварительным сорбционным или жидкофазным концентрированием, сопровождаемым разделением смеси веществ различными вариантами хроматографии.
Эффективным приемом улучшения аналитических характеристик определяемых аминосоединений является их дериватизация, которая практически без-
альтернативна в тест-методах, например, при использовании хемосорбционных индикаторных трубок.
Цель работы состояла в выявлении условий чувствительного сорбцион-но- и экстракционно-хроматографического (ВЭЖХ с флуоресцентным и диод-но-матричным вариантами детектирования) определения аминосоединений в природных водах и воздухе на основе селективных реакций химической модификации определяемых веществ.
Диссертационная работа выполнена при поддержке Международного Научно-Технического Центра (ISTC Projects # 498, 1891).
Научная новизна:
на основании исследования сорбционных, элюационных и флуоресцентных свойств ряда промышленных красителей, содержащих аминные функциональные группы, выявлены соединения, перспективные для использования в качестве флуоресцентных маркеров для оценки движения подземных вод;
обоснован выбор и установлены условия чувствительного экстракционно-хроматографического определения гидразина и 1,1-диметилгидразина в природных водах;
установлены сорбционные свойства ароматических аминов и гидразинов хемосорбционными индикаторными трубками с иммобилизованным на силикагеле 4-хлор-5,7-динитробензофуразаном и показана возможность их использования для чувствительного сорбционно-хроматографического определения токсичных веществ в воздухе.
Практическая значимость работы.
Предложены методики экстракционно-хроматографического определения следовых количеств гидразина и 1,1-диметилгидразина в природных водах.
Разработаны методики чувствительного экстракционно-
хроматографического определения в водах промышленных красителей, использованных в качестве флуоресцентных маркеров для оценки движения подземных вод.
Предложены методики чувствительного тест- и хроматографического определения ароматических аминов и гидразинов на основе хемосорбционного концентрирования определяемых соединений из воздуха.
Экспериментальные результаты и выводы на их основе использованы в учебном процессе Казанского государственного технологического университета в курсе "Экологический мониторинг".
На защиту выносятся:
результаты изучения условий экстракционного и сорбционного концентрирования следовых количеств гидразина и 1,1-диметилгидразина из природных вод в виде производных п-диметиламинобензальдегида и 4-хлор-5,7-динитробензофуразана с последующим ВЭЖХ определением;
сорбционные, элюационные и флуоресцентные свойства ряда аминосое-динений - промышленных красителей, результаты подбора среди них флуоресцентных маркеров для оценки движения подземных вод;
условия хемосорбционного концентрирования ароматических аминов,
гидразинов из воздушных сред в виде производных 4-хлор-5,7-
динитробензофуразана и последующего хроматографического определе
ния десорбированных с носителя производных токсичных соединений на
основании результатов исследования состава селективного слоя, геомет
рических параметров хемосорбционных индикаторных трубок, условий
принудительного переноса анализируемой воздушной массы и количест
венной десорбции производных определяемых соединений с носителя.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на симпо
зиуме МНТЦ (Москва, 2000); Поволжской конференции по аналитической хи
мии (Казань, 2001), Всероссийском симпозиуме "Тест-методы химического ана
лиза" (Москва, 2001), V Всероссийской конференции "Экоаналитика^ООЗ" (С.
Петербург, 2003), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии
(Казань, 2003), итоговых научных конференциях КГТУ (Казань, 1999 - 2001).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 4 статьи и б тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, заключения, вьшодов, и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 137 страницах, содержит 31 рисунок, 19 таблиц, 5 схем и 145 наименований библиографии.
Инструментальные методы определения аминосоединений
Задачи определения аминов в природных и технологических объектах чрезвычайно разнообразны. Среди них определение аминосоединений и их производных в пищевых продуктах и лекарственных препаратах, в воздухе экологически замкнутых объектов, в природных и сточных водах, в атмосфере, в технологических аппаратах органического и биохимического синтеза и другие. Адекватно задачам и многообразие используемых методов определения аминов: фотометрия, электрохимические и хроматографические методы, тест-методы, люминесценция и др. [46].
Особенности химического поведения аминосоединений - сильная изменчивость свойств в зависимости от степени замещения аминогруппы, высокая полярность молекул и связанные с ней плохие элюационные и экстракционные характеристики, часто слабо выраженные у большей части аминов электрофор-ные, хромофорные и флуорофорные свойства делают их неудобными аналита-ми. Особенностью матриц, в которых приходится определять аминосоединения, является присутствие в них соединений других классов органических веществ с близкими химическими свойствами (например, фенолов), а также смесей самих аминосоединений различных классов, сильно различающихся по токсическим свойствам. При анализе таких проб необходимы избирательные методы определения [47-50].
Одним из наиболее эффективных приемов улучшения аналитических характеристик аминосоединений является их дериватизация (химическая модифи калия, получение производных). Дериватизация находит широкое применение в анализе органических соединений [47 - 64]. При проведении реакций деривати-зации образуются соединения с новым составом, структурой и отличными от исходного вещества физико-химическими свойствами. Эти реакции служат для получения соединений, обладающих улучшенными детекционными характеристиками по сравнению с исходными (например, введением хромофорных групп в спектральных методах или электрофорных в электрохимических методах детектирования). При этом также достигается улучшение элюационных и экстракционных характеристик определяемых соединений, повышается их устойчивость в процессе анализа, упрощается и облегчается процесс пробоподготов-ки, возрастает чувствительность определений [55, 57]. Реакция дериватизации заменяет дополнительную очистку (разделение) пробы сложного состава с целью устранения помех при избирательном определении отдельных компонентов [63]. В целом дериватизация аминосоединений играет важную роль во всех возможных химических путях повышения селективности определения смесей компонентов (дифференциация анализа путем использования кинетического или термодинамического контроля аналитической реакции, изменения аналитического сигнала и разделения анализируемых компонентов) [65]. Другим важным обстоятельством, вызывающим необходимость использования дериватизации при определении аминосоединений, является разработка тест-методов для определения различных органических и неорганических веществ, позволяющих количественно или полуколичественно оценивать содержание отдельных компонентов в различных реакционных смесях. Их роль особенно важна при определении органических соединений-загрязнителей в объектах окружающей среды, когда требуется высокая селективность при низких пределах обнаружения, так как определяемые соединения находятся в сложных многокомпонентных смесях. Использование таких простых аналитических устройств, в основе которых, как правило, лежит принцип дериватизации определяемого вещества с визуальным или инструментальным детектированием его содержания, приводит к уде шевлению единичной стоимости определения без ущерба для объективности его результатов [51,66].
Дериватизация определяемых аминов позволяет повысить чувствительность определений путем получения интенсивно окрашенных продуктов в спек-трофотометрическом анализе, флуоресцирующих производных в спектрофлуо-риметрии, при галогенировании аминов в анализе этих производных с использованием детектора электронного захвата в газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ), при обнаружении зон разделенных компонентов в тонкослойной хроматографии (ТСХ) [50, 52- 61,63, 64].
Оптические методы анализа аминосоединений. Для определения различных классов аминосоединений большое распространение получили оптические методы анализа. Спектрофотометрия отличается сравнительной простотой оборудования, сочетанием чувствительности и экспрессности определений. Однако при проведении аналитических определений нужно учитывать ряд специфических особенностей, связанных со сложностью протекания реакций органических соединений [47 - 50,52 - 54, 56, 58, 59, 61]. Реакции органических соединений, используемые для получения производных, во многих случаях протекают достаточно медленно. Это обусловлено их сложным механизмом, зависимостью от состава среды, рН и других факторов. Некоторые из реакций получения производных могут протекать по нескольким направлениям с образованием продуктов разного состава. Примером может служить взаимодействие нитрозофенола с анилином, которое приводит к образованию индофенола и азосоединений, обладающих различными аналитическими свойствами. Во многих случаях незначительное изменение условий проведения реакций дериватизации (изменение температуры, рН среды, состава растворителя) могут вызвать радикальные изменения результатов определения.
При выборе реакции для получения производных определяемых соединений нужно учитывать малую специфичность многих из них, что может приводить к образованию продуктов с однотипными аналитическими свойствами, как для интересующих веществ, так и для других компонентов смеси. Приме рами таких реакций может служить азосочетание с солями диазония, в которых участвуют, кроме аминов, фенолы и другие соединения, содержащие активную метиленовую группу, поскольку соль диазония можно считать реактивом на органические соединения, содержащие подвижный атом водорода при атоме углерода.При ацетилировании ангидридами и хлорангидридами кислот определению аминов могут пмешать спирты и альдегиды [55,63].
При проведении реакции дериватизации смеси аминосоединений необходимо учитывать возможность образования нескольких продуктов реакции с компонентами смеси. 1-диметиламино-5-нафталинсульфохлорид (дансилхло-рид) может образовывать при взаимодействии с тирозином и другими аминокислотами продукты конденсации как с сс-аминогруппой, так и с фенольным гидроксилом (О-дансилтирозин, 0,К-дидансилтирозин, N-дансилтирозин). Это ухудшает условия детектирования определяемого соединения в виде производных.
Следует учитывать также возможное влияние поляризующих заместителей, их положения и других факторов на реакционную способность используемого реагента и определяемого вещества, аналитические свойства соответствующего производного. Сульфаниламидные препараты, например, определяются в виде окрашенных оснований Шиффа в результате реакции с п-диметиламинобензальдегидом [55, 63], в то время как м-изомеры таких продуктов не образуют.Важное значение в сохранении постоянства аналитических свойств производных определяемых аминов имеет рН среды, поскольку протолитические реакции влияют (усиливают или ослабляют) на поляризующее действие элек-тронодонорных или электроноакцепторных заместителей, приводя в результате к изменению свойств анализируемых веществ. При использовании спектральных методов детектирования аминосоединений в виде их производных во многих случаях большую роль играет природа растворителя. Это связано с тем, что при взаимодействии молекул растворенного вещества и растворителя,
Аппаратура, объекты и техника эксперимента
Синтез 4-хлор-5,7-динитробензофуразана (БФЗ), 7-хлор-4,6-динитробензофуроксана (БФО) проведен к.х.н. Левинсоном Ф.С. Условия синтеза 5,7-динитробензофуразановых производных аминов и их свойства описаны в работах [126-129]. Синтез продукта конденсации гидразина с п-диметилбензальдегидом проведен по методике [130]. В работе использована система высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) HP 1100 (Hewlett-Packard, Waldbronn, FRG). Схема прибора представлена на рис. 2.1. Система ВЭЖХ включала в себя четырехканальный градиентный насос HPG1311A с вакуумным дегазатором элюента HPG1322A, ручной инжектор пробы типа Reodyne 5525 HPG1328A, термостат колонки G1316A, диодно-матричный детектор HPG1315A и флуоресцентный детектор HPG1321A с необходимым интерфейсом, 3D систему обработки результатов анализа ChemStation HP Vectra 5ХА с программным обеспечением G2170AA (Hewlett-Packard, Agilent, Waldbronn, FRG). Разделение проводили на колонке Hypersil ODS 4-250 Рисунок 2.1.- Блок-схема для высокоэффективной жидкостной хроматографии. 1 - инжектор (устройство ввода пробы); 2 — насос высокого давления; 3 - колонка для разделения смеси веществ; 4 - абсорбционный диодно-матричный детектор; 5, 6 и 7 - системно-программный комплекс ("Химическая Станция"); 8 -программируемое устройство для создания градиентного элюирования (создания смесей растворителей с заданными свойствами); 9 — флуоресцентный спектрофотометр. Состав подвижных фаз приведен в тексте. Количественную обработку результатов хроматографических определений с различными вариантами детектирования проводили с использованием Химической
Станции по площадям хроматографических пиков. Для повышения чувствительности определения флуоресцентных красителей в процессе хроматографического элюирования использована интегрированная система диодно-матричного и флуоресцентного детектирования, позволяющая регистрировать спектры поглощения, возбуждения и эмиссии индивидуальных соединений в проточных условиях. Для оптимизации условий разделения использовано 3D представление хроматограмм в координатах «время - интенсивность сигнала - длина волны». Идентификацию определяемых аминосоединений в хроматоргаммах проводили как по временам удерживания, так и по результатам сопоставления спектров поглощения произвол ных аминов, регистрируемых диодно-матричным детектором, с данными библиотеки спектров Химической Станции. Полноту превращения аминов в производные, степень определения производных при экстракционном концентрировании определяли по результатам хроматографического анализа. Для этого использованы синтетически выделенные производные этих соединений. Спектры поглощения соединений регистрировали на спектрофотометре СФ-26, кислотность растворов контролировали рН-милливольтметром MV-87S.
Использованы концентрирующие патроны Диапак, Диапак С16 (Биохиммак, Москва), устройство для фильтрования проб НФ-25 с тефлоновыми мембранами (Медикант, Орел). В качестве побудителя расхода воздуха применяли электроаспиратор ЭА-30. Скорость аспирируемого воздуха контролировали прецизионным ротаметром. Для исследований применяли хроматографически чистые ацетонитрил и метанол (Криохром, Санкт-Петербург). Вода хроматографической чистоты получена на установке Simplicity 185 (МШіроге, Франция). Обезвоживание растворителей в необходимых случаях проводили над молекулярными ситами ЗА. Экстрагенты (хлороформ, хлористый метилен, тетрахлорид углерода, амиловый и изоамиловый спирты, диэтиловый эфир) и реагенты (п-диметиламинобензальдегид, бензальдегид, салициловый альдегид) квалификации осч» использованы без дополнительной очистки. В качестве пористого носителя использован силикагель марки ШСМ, активированный кипячением в растворе азотной кислоты (2 часа), последующей отмывкой дистиллированной водой и прокаливанием при 250С в течение 2 часов. Использована фракция силикагеля с размерами зерен 0,1 - 0,3 мм. Иммобилизация БФЗ на силикагель проводилась пропиткой носителя рассчитанным объемом ацетонитрильного раствора реагента. Сорбент с иммобилизованным реагентом помещали в стеклянные трубки, фиксируя их положение тампонами из стекловаты (рисунок 2.2). Для создания паровоздушных смесей аминов использован герметичный бокс объемом 85 л, в котором проводили испарение ацетонитрильного или ме-танольного растворов определяемых веществ с рассчитанным содержанием аминов. Однородность концентрации веществ в воздушной среде создавалась вентиляционной установкой. Градуировка концентрации определяемых веществ в боксе проводилась хроматографическим методом. Для этого проводили аспирацию определенного объема анализируемого воздуха через два последовательно соединенных поглотительных сосуда Рыхтера, которые содержали 1М растворы серной кислоты. После отбора фиксированного объема воздушной пробы содержимое сосудов объединяли и после нейтрализации раствора определяли в них содержание анилина, 4-хлоранилина, 2,5-дихлоранилина, дифениламина, 1,1-диметилгидразина и фенилгидразина по градуировочному графику или методом добавок. При изучении хемосорбционных свойств носителей отбор анализируемой воздушной матрицы проводили через трубку, содержащую сорбент с иммобилизованным БФЗ.
После хемосорбционного концентрирования определяемых веществ сорбент извлекали из трубки и проводили десорбцию образующихся на пористом носителе 5,7-динитробензофуразановых производных растворителями (метанол, ацетонитрил). Сорбат после фильтрации через тефлоновую мембрану подвергался хроматографическому анализу. Степень извлечения из воздуха определяемых соединений хемосорбцион-ными трубками, содержащими иммобилизованный на силикагеле БФЗ, определена с помощью контрольных трубок с присоединенными к ним на выходе поглотительными сосудами Рыхтера, содержащими раствор серной кислоты. Проскок определяемых веществ через трубки определяли по их содержанию в поглотительном сосуде. Структурные формулы анализируемых веществ приведены в таблице 2.1. В качестве флуоресцирующих индикаторов испытаны промышленные красители (таблица 2.2) производства АООТ ХИМПРОМ (г. Новочебоксарск), а также флуоресцеин.
Выбор условий диодно-матричного (ДМД) и флуоресцентного (ФЛД) детектирования определяемых веществ при хроматографи-ческом разделении
Для повышения чувствительности определения флуоресцентных красителей в процессе хроматографического элюирования использована интегрированная система диодно-матричного и флуоресцентного детектирования, позволяющая регистрировать спектры поглощения, возбуждения и эмиссии индивидуальных соединений в проточных условиях. Спектральные характеристики красителей, полученных при ДМ детектировании, использованы для оптимизации условий регистрации флуоресцентных свойств индивидуальных соединений. Для детектирования с применением ДМД использованы длины волн: 650 нм (красители ярко-голубой К и КХ); 590 нм (краситель активный фиолетовый 4К), 630 нм (краситель прямой ярко-зеленый СВ4Ж), 520 нм (краситель прямой алый), 430 нм (краситель прямой желтый СВКН). Для одновременного детектирования использована УФ-область спектра (250 нм). Условия регистрации флуоресцентных спектров, оптимизированных на основании спектральных дан Сводные данные оптимизированных с помощью 3D Химической Станции спектральных характеристик, выбранных на основе экспериментального изучения для ДМ и ФЛ детектирования исследуемых флуоресцентных индикаторов при их хроматографическом определении, приведены в таблице 3.2. В ней же представлены спектральные данные для флуоресцеина, использованного в качества вещества-стандарта флуоресцентного маркера, по отношению к которому проведено сравнение флуорофорных свойств исследуемых красителей. Последний является одним из наиболее эффективных флуорофоров и используется как флуоресцентный маркер для гидрогеологических исследований, а также в флуоресцентной гибридизации биомолекул. Спектры возбуждения и эмиссии для флуоресцеина представлены на рис. 3.3
Для определения следовых содержаний флуоресцентных индикаторов в анализируемых водах необходима высокая интенсивность эмиссии возбужденных молекул веществ, которая определяет чувствительность детектирования веществ. В связи с этим изучены индивидуальные характеристики спектроф-луориметрического детектирования соединений-флуоресцентных маркеров при оптимизированных условиях возбуждения. Экспериментальные данные приведены в таблице 3.3. Для сравнения в ней представлены данные для флуоресцеи-на. Интенсивность флуоресценции для всех соединений приведена к массовой концентрации индикаторов. Кроме того, в таблице представлены результаты изучения влияние природы используемых элюентов на флуоресцентные свойства красителей. Из данных таблицы 3.3 видно, что красители ярко-голубой К и КХ, активный фиолетовый 4К обладают более интенсивной флуоресценцией при использовании в качестве элюента ацетонитрил-буферной смеси, в то время как другие красители проявляют более высокие флуоресцентные свойства в метано ле. Наибольшие значения интенсивности флуоресценции проявляет активный фиолетовый 4К.
Данные таблицы 3.3 указывают на то, что ряд изученных красителей (прямой алый, ярко-голубой К, ярко-голубой КХ и активный фиолетовый К) имеют сопоставимые с флуоресцеином спектрально-аналитические свойства. С учетом высокой чувствительности используемой системы детектирования и более низкой (в пять раз) стоимости они пригодны для использования в качестве флуоресцентных маркеров взамен флуоресцеина. Экспериментальные результаты были использованы для выбора условий флуоресцентного детектирования флуоресцентных красителей при хроматографическом анализе исследуемых вод. При исследовании возможностей флуоресцентной спектроскопии для оценки движения подземных вод и подбора новых флуоресцентных маркеров использовано сорбционное концентрирование флуоресцирующих веществ с помощью патронов ДИАПАК и ZORBAX SPE С18 cart. Оно проводилось при пропускании анализируемых водных растворов (100-200 мл) при определенной скорости (1 мл/мин) через патрон [111]. После проведения концентрирования сорбированные на силикагеле вещества смывали 2 мл органического растворителя - метанола. В результате таких операций достигается 50-100-кратное увеличение концентрации веществ в растворе, подвергающемуся хроматографиче-скому исследованию. Градуировочные зависимости для определения красителей по интенсивности флуоресценции (Lu-сек) в зависимости от содержания индикаторов (мг/л) описываются уравнениями регрессии: с использованием ФЛД наблюдается у активного фиолетового К. Предел его обнаружения, определенный по 3S критерию, составляет 2-Ю"9 моль/л. Пределы обнаружения других красителей несколько выше. Однако их величины позволяют также проводить эффективные определения флуоресценции веществ при применении красителей в качестве флуоресцентных маркеров. Возможность сорбции флуоресцентных красителей почвами имеют важное значение с точки зрения возможности их использования в качестве маркеров. Повышенная сорбция используемых соединений породами в процессе их фильтрации вместе с подземными водами уменьшает их эффективную концентрацию в воде и ухудшает возможности чувствительного флуоресцентного детектирования. Кроме сорбционных взаимодействий с породами, аналогичное влияние на концентрацию индикаторов в водах могут оказывать процессы химической (окислительно-восстановительные, гидролитические реакции) или биохимической деградации исследуемых веществ. Для оценки влияния совокупности этих процессов проведено изучение возможного влияния контакта водных растворов красителей с аллювиальной почвой в течение 38 дней.
Исследуемый образец почвы был отобран из строительного котлована с глубины 2,5 м. Испытание свойств индикаторов проведено в сопоставлении со свойствами флуоресцеина. Для испытания сорбционных свойств к почве с фиксированной массой (400 г) добавляли 200 мл 0.0005 М водного раствора соответствующего индикатора. После тщательного перемешивания массы испытуемую смесь хранили в темном месте при температуре 10 С. Изменение (убыль) концентрации флуоресцентных индикаторов в водной фазе после длительного контакта с почвой контролировали хроматографиче-ским методом с использованием диодно-матричного и флуоресцентного детекторов. Для этого анализируемые образцы дважды отфильтровывали через мембранные фильтры из PTFE и проводили прямую инжекцию фильтрата в хрома-тографическую систему. Для оценки убыли содержания индикаторов сопоставлена интенсивность флуоресценции их свежеприготовленных растворов и растворов тех же соединений после контакта с почвой. Результаты хроматографи-ческого определения "потери" флуоресцентных индикаторов за счет сорбционных явлений представлены в таблице 3.4. Как видно из представленных данных, некоторые индикаторы имеют сопоставимые с флуоресцеином сорбционные свойства (прямой ярко-зеленый, прямой желтый). В других случаях "потеря" индикаторов за счет сорбции оказалась в 1,5-2,5 раза выше, чем в случае флуоресцеина. Тем не менее, более высокие флуоресцентные свойства красителей голубого КХ и К, активного фиолетового 4К, а также низкая стоимость веществ делают их более предпочтительны
Экстракционно-хроматографическое определение 1,1-диметилгидразина в природных водах
Реакция получения производного определяемого вещества в значительной степени определяет как чувствительность детектирования, так и воспроизводимость результатов анализа. В связи с этим изучены оптимальные условия количественного проведения реакции НДМГ с 4-хлор-5,7-динитробензофуразаном (схема 4.3) в водных средах Хроматографические исследования показали, что полнота завершения реакции НДМГ с 4-хлор-5,7-динитробензофуразаном в водной среде зависит от кислотности анализируемого раствора, природы и концентрации используемого для поддержания рН буферного раствора. Лучшие условия достигаются в нейтральных средах (рН 6,5 - 7,5), в которых степень завершения аналитической реакции при содержании определяемого вещества 5 10"6 моль/л достигает 95±3%. При равных значениях рН полнота завершения реакции возрастает в ряду ацетатный, боратный, фосфатный буферные растворы. Увеличение концентрации буферного раствора вплоть до 0,02 моль/л также приводит к возрастанию степени завершения аналитической реакции, которая затем остается постоянной. Кроме того, наблюдается повышение скорости аналитической реакции при введении в анализируемую смесь метанола. Такой же эффект наблюдался при проточно-инжекционных определениях НДМГ и связан, по-видимому, с повышением основности реакционной среды. В связи с этим в качестве рабочих условий проведения реакции получения производного НДМГ выбраны нейтральные среды (рН 7,0 ± 0,5).
Кислотность поддерживали 0,02М фосфатным буферным раствором. Время завершения аналитической реакции не превышало 5 минут (25С), выход производного достигал 95%. Для выявления рабочих условий спектрофотометрического детектирования изучено влияние рН на спектры поглощения 5,7-динитробензофуразанового производного НДМГ (рис. 4.7). Присущая этому соединению NH- кислотность проявляется в снижении интенсивности полосы поглощения С Am = 480 нм по мере понижения рН анализируемого раствора. При этом появляется полоса поглощения с Хщ = 420 нм, интенсивность которой при рН 3-4 постоянна. Аналогичные спектральные зависимости для производного НДМГ наблюдаются при переходе от полярных сред (вода, спирты, ДМСО, ацетонитрил) к малополярным (галогенуглеводороды). В связи с этим спектрофотометрическое детектирование при хроматографических определениях проводили при длинах волн 420 и 480 нм. Хроматографическое определение производного НДМГ в природных водах проведено с использованием градиентного элюирования подвижными фазами состава метанол - фосфатный буферный раствор (рН 4,05, 50:50, объемных, А) и метанола (В). Хроматограмма образца воды, содержащей НДМГ, приведена на рис. 4.8. Время удерживания 5,7-динитробензофуразанового производного НДМГ при указанных условиях разделения составляет 6,83 мин. где mAU S -единица оптической плотности раствора (в тысячных долях), измеренная в секунду. Предел обнаружения НДМГ без учета концентрирования составляет 0,12 мкг/мл при интервале определяемых содержаний вещества 0,2 мкг/мл - 2 мг/мл.
Определение НДМГ при более низких его содержаниях (менее 0,2 мкг/мл) проведено после экстракционного концентрирования. В качестве экстрагентов использованы хлороформ, метиленхлорид и изоамиловый спирт. Для выявления оптимальных условий концентрирования НДМГ в виде 5,7-динитробензофуразанового производного изучено равновесное распределение его в системах неводная фаза - вода при различных рН (табл. 4.5). Как видно, практически количественное извлечение определяемого вещества достигается при однократной экстракции хлороформом из подкисленного до рН 4 - 5 образца анализируемой воды. Кроме того, применение хлороформа при экстракции облегчает процесс отгонки растворителя и его замены на метанол. При этом вакуумная отгонка растворителя или его испарение при нагревании (50 С) не вызывает деструкции производного НДМГ и не влияет на результаты определеїшя содержания вещества. Результаты хроматографического определения НДМГ после проведения реакции получения его производного и экстракционного концентрирования, за мены растворителя после испарения экстрагента описываются уравнением гра дуировочной зависимости для интервала определяемых содержаний 3 10"3 - 0,2 мкг/мл. Методика апробирована на примере определения НДМГ в речной воде (табл. 4.6). Для приготовления растворов реагента использован ацетонитрил, обеспечивающий высокую устойчивость 4-хлор-5,7-динитробензофуразана к гидролитическим превращениям. Методика определения. К 100 мл анализируемой воды добавляют 20 мл 0,06 М фосфатного буфера (рН 7,05), 2 мл 0,02 М ацетонитрильного раствора 4-хлор-5,7-динитробензофуразана, выдерживают 15 минут. При содержаниях НДМГ выше 0,1 мкг/мл проводят прямую инжекцию анализируемого образца воды (20 мкл). При более низких содержаниях определяемого вещества проводят экстракционное концентрирование. Для этого к образцу воды, подготовленного к анализу, как указано выше, добавляют 25 мл 0,06М фосфатного буфера с рН 4,04, 10 мл хлороформа и встряхивают в течение 20 минут.
После отделения неводной фазы хлороформ отгоняют под вакуумом, экстракт растворяют в 1 мл метанола и проводят хроматографическое определение НДМГ в виде 5,7-динитробензофуразанового производного (время удерживания 6,83 миц). Хро матографическое определение проводят при градиентном элюировании подвижными фазами А (смесь метанола и 0,012М фосфатного буфера с рН 4,04, 50:50, объема) и В (метанол). Программирование градиента проводят в следующем порядке: первые три минуты - подвижная фаза А (100%), с третьей по четвертую минуты - возрастание содержания подвижной фазы В до 100%. Детектирование НДМГ осуществляют при длинах волн 420 и 480 нм, (длины волн сравнения 600 нм). Для обработки данных (интегрирование, обработка градуи-ровочных зависимостей) используют станцию обработки результатов анализа. Для построения градуировочного графика используют стандартные растворы с концентрацией 1,1-диметилгидразина в воде 340"3,61Q3,24-Ю"3, 48-10"3, 120-10"3 мкг/мл, которые готовят разбавлением исходного стандартного раствора, приготовленного по точной навеске определяемого вещества. Градуи-ровочные зависимости в указанном интервале концентраций сохраняют прямолинейный характер.
