Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор .14
1.1 Влияние галогенорганических соединений на здоровье человека 14
1.2 Рассмотрение методов определения галоген- и сераорганических соединений и соответствующих им возможностей и ограничений 16
1.3 Определение загрязнений в водных растворах 21
1.4 Методы выделения и концентрирования примесей из различных матриц и их определения 24
1.5 Элементный анализ волос - новый неинвазивный подход к диагностике заболеваний человека и их лечения 31
1.5.1 Методы определения элементов в волосах (органические и неорганические соединения в пересчете на элемент) 33
1.5.2 Методы обнаружения органических загрязнителей в волосах, основанные на их извлечении и анализе методом ГХ/МС 34
1.6 Методы анализа галогенорганических соединений методом МАЛДИ 35
2. Оборудование и методика эксперимента 44
2.1. Используемое оборудование 44
2.2. Исходные вещества и материалы 46
3. Разработка быстрых способов оценки загрязненности отдельных видов с/х продукции и внутренней среды организма опасными галогенорганическими соединениями на уровне следов 49
3.1 Изучение возможного определения суммарного содержания галоген- и сераорганических соединений в объектах исследования, основанного на их выделении из матрицы жидкостной экстракцией, анализе концентрата и при прямом вводе пробы образца в реактор 49
3.1.1 Изучение присутствия в объектах исследования наряду с галоген- и сераорганическими соединениями неорганических солей, образующих при попадании в абсорбат определяемые анионы F-, Cl-, Br- и SO42- 49
3.1.2 Определение суммарного содержания галогенорганических соединений различной летучести в органических экстрактах и концентратах аналитов, полученных после упаривания растворителя, и растворителях-экстрагентах .54
3.1.3 Способ определения суммарного содержания галогенорганических соединений различной летучести, основанный на жидкостной экстракции деионизованной водой, упариванием воды внутри реактора и анализе всего концентрата 58
3.1.4. Концентрирование соединений из органических экстрактов при упаривании их досуха в присутствии сорбента малой ёмкости 61
3.1.5 Изучение поведения неорганических галогенидов и сульфатов в реакторе при температуре 950С в потоке кислорода и возможности исключения их влияния на результаты определения суммарного содержания галоген-, сераорганических соединений, присутствующих в сжигаемой пробе образца вместе с ними 63
3.2 Изучение возможности увеличения достоверности обнаружения анионов F-, Cl-, Br- в абсорбатах продуктов конверсии анализируемых проб, содержащих галогенорганические соединения, за счет селективного удаления анионов F-, Cl-, Br- из потока элюента при использовании соответствующих поглотительных колонок 70
4. Оценка загрязнения с/х продукции и внутренней среды организма галоген- и сераорганическими соединениями на уровне следов 73
4.1 Обобщенный показатель безопасности растительных масел – общее содержание F-, Cl-, Br-и S-органических соединений 73
4.2 Новый подход к определению безопасности кофе, основанный на быстром скрининге проб кофе на общее содержание F-, Cl-, Br-органических соединений на уровне следов .79
4.3 Определение суммарного содержания галогенорганических соединений в чае на уровне следов, как обобщенного показателя безопасности чая 81
4.4 Оценка загрязнения проб какао галогенорганическими соединениями 83
4.5 Определение суммарного содержания F- Cl- Br-органических соединений в волосах на уровне следов 85
4.6 Изучение возможности снижения пределов детектирования по анионам F-, Cl-, Br- и SO42-методом ионной хроматографии 90
5. Исследование возможности регистрации анионов F-, Cl- и Br- как галогенидов серебра с использованием масс-спектрометрии с лазерной десорбцией/ионизацией .93
6. Заключение 123
7. Выводы 125
8. Список литературы .127
- Рассмотрение методов определения галоген- и сераорганических соединений и соответствующих им возможностей и ограничений
- Определение суммарного содержания галогенорганических соединений различной летучести в органических экстрактах и концентратах аналитов, полученных после упаривания растворителя, и растворителях-экстрагентах
- Обобщенный показатель безопасности растительных масел – общее содержание F-, Cl-, Br-и S-органических соединений
- Исследование возможности регистрации анионов F-, Cl- и Br- как галогенидов серебра с использованием масс-спектрометрии с лазерной десорбцией/ионизацией
Рассмотрение методов определения галоген- и сераорганических соединений и соответствующих им возможностей и ограничений
Перед началом работы мы рассмотрели методы определения общего содержания галоген-и сераорганических соединений и соответствующих им возможностей и ограничений с целью выбора направления разработки быстрого и селективного скрининга проб на их общее содержание и снижения пределов обнаружения.
Следует отметить, что мы рассматриваем методы определения общего содержания галоген- и сераорганических соединений для низких cодержаний, поэтому ни метод сжигания в колбе Шенигера, ни ряд схожих методов разложения не представляют для нас интереса и в обзоре мы их не рассматриваем.
На сегодняшний момент существует несколько методов определения общего содержания галогенорганических соединений в воде на низком уровне. Одним из самых популярных методов определения является метод АОХ (адсорбируемых хлорорганических соединений) [18] и ТОХ (общее содержание галогенорганических соединений) [19] с пределом обнаружения 10-6-10-4%, при котором проба воды объемом 100 мл пропускается через чистый, свободный от хлора активированный уголь, который затем отмывается от неорганических солей раствором азотной кислоты и нитрата натрия и переносится в реактор, где при высокой температуре сжигается (навеска 100 – 200 мг), и образовавшийся хлороводород определяют кулонометрически. Так же используется метод определения экстрагируемых хлорорганических соединений (ЕОХ) [20], при котором производится экстракция образца этилацетатом, и малая часть органического экстракта сжигается в реакторе аналогично методу АОХ, с использованием кулонометрического детектирования. Предел обнаружения – 10-3 – 10-2%.
Общее содержание хлорорганических соединений в воде так же определяют, разлагая её УФ-излучением в присутствии катализаторов и дальнейшего анализа образующегося Cl- с использованием хлор-селективного электрода. Предел обнаружения – около 10-4% [21]. Подробнее методы определения галогенорганических соединений в воде рассмотрены в разделе 1.3.
Для определения общего содержания галоген- и сераорганических соединений часто применяют метод сожжения пробы в смеси кислорода и аргона в сочетании с ионной хроматографией. Разработаны ряд приборов и методов, позволяющих проводить такой анализ.
Фирма Mitsubishi [22] разработала прибор AQF-2100. Это полностью автоматизированная аналитической система, которая позволяет измерять общее количество галогенорганических соединений (в пересчёте на элемент) (F, Cl, Br и I) в твердых, газовых и жидких образцах, главным образом в нефтепродуктах. Время анализа составляет минимум 12 минут, в большинстве случаев – 16-20 минут, не считая времени сожжения пробы около 5 минут. Масса загружаемого образца – 150 мг, он медленно вводится в печь при скорости потока аргона, используемого в качестве газа-носителя, около 250 мл/мин и скорости чистого кислорода (который является газом-окислителем), 400 мл/мин. При высокой температуре галогенорганические соединения окисляются с образованием летучих HX и X2 и сераорганические – с образованием SOx. Эти летучие продукты улавливаются водным раствором с добавлением пероксида водорода, ион Х2 окисляется ею до НХ, и часть анализируется с помощью ионной хроматографии для определения концентраций отдельных анионов галогенов (Х-) и серы в форме сульфата и сульфита. Общее содержание серы может быть измерено виде сульфата путем дополнительного окисления продуктов сгорания серы за счёт добавления в абсорбат перекиси водорода. Объём абсорбата - 3 мл, и объём анализируемой пробы - 1 мл. Пределы детектирования составляют 10 ppb, пределы обнаружения - 25 ppb и незначительно варьируются в зависимости от типа ионного хроматографа.
Аналогичным образом работает система фирмы Metrohm [23], где ионный хроматограф этой фирмы совмещен с системой сжигания фирмы Analytic Jena. Скорость потока смеси газов аргон/кислород, используемых в качестве газа-носителя, около 200 мл/мин и скорость чистого кислорода (как газа-окислителя), добавляемого в последствии, 450 мл/мин. Максимальный объем абсорбата, доступного для анализа, составляет 200 мкл, при общем объеме абсорбата, равном 1 мл, время анализа около 16 минут.
Система фирмы Thermo [24] состоит из печи фирмы Mitsubishi и ионного хроматографа фирмы Dionex модели ICS-2100. Объем вводимой пробы абсорбата – 1 мл, в качестве абсорбента используется вода с добавлением пероксида водорода; в целом система работает полностью аналогично описанному выше прибору AQF-2100, пределы детектирования составляют 10 ppb, пределы обнаружения - 25 ppb. В системе обеспечивается полное разделение между фтором и отрицательным пиком воды, кроме того, фтор хорошо разделен от пиков лёгких карбоновых кислот, которые могут образовываться при сгорании органических матриц в системе окислительной конверсии. Разделение осуществляется в режиме градиентного элюирования, что приводит к увеличению времени анализа.
Во всех спецификациях утверждается, что H2O2 нужен для окисления сульфитов до сульфата, и нигде не упоминается то, что из-за возможности образования хлора при сгорании хлорорганических веществ он, оказавшись в абсорбате, диссоциирует на соляную кислоту и на хлорноватистую кислоту, которая затем окисляется той же перекисью до HCl, и в случае отсутствия перекиси дает дополнительный пик на хроматограмме, соответствующих HClO.
Температура печи во всех методах составляет от 900 до 1100 градусов.
Описанные методы обладают рядом существенных недостатков. Из-за медленного ввода пробы образуются побочные продукты конверсии, помимо целевых; требуется высокая масса навески, которая доступна только при анализе нефтепродуктов (в случае других матриц часто её масса не превышает нескольких миллиграмм), при этом предел обнаружения метода выше МДУ большинства пестицидов, а для анализа доступна только малая часть абсорбата. Вдобавок анализ затрудняет высокий уровень фона, связанный с используемыми органическими растворителями и общей чистотой приборов.
Тем не менее данные системы довольно широко применяются для суммарного определения галогенов в нефтехимии, полимерной и лакокрасочной промышленности, анализе фармацевтической и сельскохозяйственной продукции. Так, в работе [25] был разработан простой метод определения фтора в чае с помощью сжигания в системе высокотемпературной окислительной конверсии в сочетании с ионной хроматографии с использованием систем “Mitsubishi Automatic Combustion AQF-2100H” и “Thermo Scientific Dionex Integrion HPIC ”. 5 г высушенного чая замачивали в 50 г кипяченой деионизированной воды (при температуре около 100C) 5 мин, чайный раствор отфильтровывали и вводили в системы высокотемпературной окислительной конверсии в сочетании с ионной хроматографией, описанные выше. С их помощью анализировали общей уровень фтора в чае (органического и неорганического). Во втором варианте определения общего содержания фтора в твердом чае его измеряли с помощью тех же систем после того, как чай дважды промыли водой, высушили его при 100С в течение ночи, помололи и затем ввели в систему окислительной конверсии. Уровни фтора варьируются среди образцов от 279 ppm до 55 ppm. Суммарное время анализа полученного абсорбата методом ионной хроматографии составляло 20 минут. Пределы обнаружения составляли от 0.002 мг/л.
Интерес представляет метод, разработанный в работах [26],[27],[2], посвященный суммарному определению галоген- и сераорганических соединений методом окислительной конверсии в сочетании с ионной хроматографией на базе ионного хроматографа фирмы Metrohm. В отличие от предыдущих методов, в этом методе используется в абсорбере деионизованная вода высокой чистоты, без перекиси водорода, и благодаря этому вместо петли – концентрирующая колонка, что позволяет анализировать весь объем абсорбата, а не малую его часть и исключить возможность ухудшения разделительных колонок во времени. В работе [26] был разработан способ определения галоген- и сера- и фосфорорганических веществ в органических (ПО - 10-6-10-5%) и водных (ПО - 10-9-10-8 %) растворах при пробе 1 мл, основанный на высокотемпературной окислительной конверсии в потоке кислорода, концентрировании аналитов в концентрирующей колонке, затем удалении из неё большей части воды и анализе полученного концентрата методом ионной хроматографии.
В работе [27] предложен способ определения суммарного содержания F-, Cl-, Br-, S- и P-органических соединений в фармсубстанциях, не содержащих в молекуле определяемых элементов, основанный на окислительной конверсии, поглощении продуктов конверсии элюентом и анализе 1/20 части абсорбата методом ионной хроматографии. ПО составили 10– 5–10–2% при навеске в 1 мг, в зависимости от элемента. Ограничением этого способа является невозможность снижения пределов обнаружения в связи с высоким уровнем фона и анализом малой части абсорбата.
В работе [2] было изучено распределение по группам большинства органических пестицидов и опасных веществ (присутствующих в соответствующих базах данных) в зависимости от элементов, входящих в состав молекул, и молекулярной массы. Показано, что регистрация элементов в анализируемой смеси таких, как F-, Cl-, Br-, S и P наряду с молекулярными массами обеспечивает возможность быстрого скрининга проб на присутствие соединений, содержащих такие элементы, и их классификации.
Там же предложен способ обнаружения F-, Cl-, Br- и S-органических примесей в органических растворах и сложных матрицах на уровне следов, основанный на высокотемпературной окислительной конверсии таких соединений вместе с матрицей (либо концентрата из нее) и анализе всего абсорбата продуктов конверсии в деионизованной воде и определении их суммарного содержания (в пересчете на элемент). Этот способ обеспечил возможность снижения предела обнаружения продуктов конверсии таких соединений на 2 порядка и более по сравнению с известными, а так же предложен подход к обнаружению загрязнения с/х продукции (растительные масла, чай) и лекарственных средств, F-, Cl-, Br- и S-содержащими веществами, основанный на определении их суммарного содержания (в пересчете на элемент) на уровне следов при использовании предложенного способа их обнаружения. Была показана возможность обнаружения таких соединений на уровне 10-6 – 10-5% при прямом определении и пробе 1 мг. Пределы детектирования составили 210-11 – 510-11 г, в зависимости от элемента.
Определение суммарного содержания галогенорганических соединений различной летучести в органических экстрактах и концентратах аналитов, полученных после упаривания растворителя, и растворителях-экстрагентах
Исследование проводили при использовании двух реакторов – малого и большого. В малый реактор пробу органического раствора (экстракта) вводили шприцем. При использовании большого реактора изучали процесс концентрирования органических растворов (экстрактов) в кварцевом контейнере (лодочке) упариванием растворителя досуха вне реактора при комнатной температуре и вводе лодочки с концентратом в реактор. В обоих случаях проводили высокотемпературное окисление в потоке кислорода (при 950С), абсорбцию продуктов окисления деионизованной водой, свободной от определяемых анионов F-, Cl-, Br- и SO42-, и определение состава этих анионов во всем объеме абсорбата методом ионной хроматографии.
Нами была изучена возможность определения галоген- и сераорганических соединений в виде вышеупомянутых анионов путем введения пробы раствора в органическом растворителе в малый реактор шприцем, при описанных выше условиях.
Как модельные соединения использовали 2,4–дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4Д), нелетучее соединение, хлорбромурон и трифлуралин, среднелетучие, растворенные в ацетоне.
Способ ввода пробы в реактор был отработан на примере раствора 2,4Д (нелетучего соединения) в ацетоне. Пробу вводили одним из трёх способов:
1) отбор в шприц пробы воздуха, большего объёма, чем объём иглы, а затем объёма раствора;
2) отбор пробы раствора без воздуха, эти способы общеприняты;
3) отбор в шприц 1,5–2 мкл деионизованной воды, а затем пробы воздуха и пробы анализируемого раствора.
Следует отметить, что последний способ ввода пробы в литературе не рассматривался, а так же, что 2,4Д нелетучее соединение. Полученные данные приведены в Таблице 3.
Из Таблицы 3 видно, что правильность определения хлора при вводе в реактор раствора такого нелетучего вещества, как 2,4-Д, обеспечивается только при использовании предложенного нами нового способа (3). При вводе общепринятыми способами 2,4Д не переходит полностью из шприца в реактор часть вещества остаётся в игле шприца из-за частичной разгонки в шприце (это известно из газохроматографического анализа смесей высококипящих соединений). Вода же, попадая в горячую иглу шприца, закипает, и перегретые пары воды десорбируют 2,4Д со стенок иглы.
В Таблице 4 представлены результаты определения содержания F, Cl, Br в растворе хлорбромурона (содержит Cl и Br) в ацетоне и трифлуралина (содержит F) при вводе пробы по способам 2 и 3.
Как видно из Таблицы 4, наилучшие результаты определения F, Cl, Br в растворе пестицидов в ацетоне и наиболее высокая воспроизводимость результатов определения обеспечиваются при использовании разработанного нами способа ввода проб (способ 3).
Отделение неорганических солей от соответствующих органических аналитов жидкостной экстракцией и последующий анализ части экстракта обеспечивает решение задачи определения суммарного содержания галоген- и сераорганических соединений в исследуемой матрице в случае относительно высоких концентраций, т.к. анализируется только часть экстракта.
Концентрирование органического экстракта упариванием может позволить существенно снизить пределы обнаружения суммарного содержания определяемых аналитов. Такое снижение возможно в том случае, если концентрирование экстрактов проводится без уменьшения содержания аналита в процессе упаривания. Процесс упаривания растворителя из экстракта в известной степени аналогичен процессу дискретной изотермической хромадистилляции, при которой проба раствора наносится на инертный носитель (в нашем случае - кварцевая лодочка). Согласно А.А. Жуховицкому [181], уравнение баланса для растворителя при продувке сорбента инертным газом (концентрация которого » концентрации примесей).
Испаряемые количества примеси qmp, уносимые с парами растворителя в паровой смеси тем меньше, чем меньше Рхпр (при Рхр = const). При qmp q;, вся примесь переводится в паровую фазу и уносится паром растворителя в процессе испарения раствора. При q; » qmp, примесь сконцентрируется в контейнере пробы (лодочке). Т.е. количество примеси в пробе (ф) должно быть » количества примеси qmp, испаряемой за время удаления растворителя. Упаривание растворителя на открытом воздухе не должно быть полным при концентрировании среднелетучих примесей для минимизации уноса примесей. Упаривание растворителя досуха возможно только в случае нелетучих примесей.
Для количественного извлечения примеси из раствора упариванием достаточно, чтобы Ф„/ф, было 0,01. Для ф = 10"10 г, испаряемое количество примеси для qmp должно быть 10" 12 г.
Для пробы раствора 0,1 г, ф = 10"10 г и qmp = Ю-12 г, Рхпр/Рхр Ю-11, что соответствует веществу с Ткип около 400С (н-алкан С2з). С целью оценки воспроизводимости определения элемента при анализе органических растворов галоген- и сераорганических соединений на их суммарное содержание (в пересчете на элемент) с использованием кварцевого контейнера и упаривания раствора досуха анализировали растворы заданной концентрации среднелетучих соединений – гексахлорбензола (ГХБ) (Ткип = 322С) в гексане и эндосульфана (Ткип = 401С) в ацетоне и ацетонитриле. Концентрации этих пестицидов (в пересчете на элемент) составляла около 5,4х10-8 г/мкл в случае ГХБ и около 1,3х10-7 г/мкл в случае эндосульфана.
Объём анализируемой пробы, вносимой в лодочку, составлял около 1 мкл. Растворитель удаляли упариванием при комнатной температуре и в реактор вводили сухой концентрат аналита.
Эксперименты с этими растворами показали невоспроизводимость площадей пиков Cl- и уменьшение этих площадей во времени, связанные с временем испарения растворителя и возможным уносом аналита вместе с ним.
Потери аналита при упаривании наблюдали для обоих растворов, но в случае раствора в ацетонитриле (Ткип =82С) они были существенно больше, чем в случае раствора в ацетоне (Ткип = 56С). Для оценки потерь аналита, связанных с упариванием растворителя в малый реактор вводили 2 мкл раствора эндосульфана шприцем. Сравнение площадей пиков Cl-, зарегистрированных в последнем случае и в случае ввода пробы в реактор такого же объёма раствора эндосульфана лодочкой (в большой реактор) (с предварительным упариванием растворителя досуха) при пересчёте площадей на введённое количество хлора показало, что потери эндосульфана в процессе упаривания достигали 80% (в зависимости от времени упаривания в лодочке). В случае раствора в ацетонитриле эти потери были ещё больше (до 98%). Таким образом, проведённое исследование показало, что концентрирование среднелетучих галоген- и сераорганических соединений (Ткип до 400С) из органических растворов (экстрактов) упариванием растворов досуха приводит к существенным погрешностям определения, связанным с уносом аналита в процессе упаривания растворителя. В связи с этим такое концентрирование не может быть использовано при определении суммарного содержания галоген- и сераорганических соединений.
Нами было проведено исследование фонового суммарного содержания галоген- и сераорганических соединений (в пересчёте на элемент), присутствующих в изученных растворителях, применяемых чаще других в жидкостной экстракции и ВЭЖХ.
В качестве объектов исследования использовали такие растворители, как ацетон (Ткип=56C), МТБЭ (Ткип=55C), гексан (Ткип=68C), этилацетат (Ткип=77C) и ацетонитрил (Ткип=82C). Полученные результаты приведены в Таблице 5.
Обобщенный показатель безопасности растительных масел – общее содержание F-, Cl-, Br-и S-органических соединений
Определение загрязненности растительных масел пестицидами и другими опасными органическими соединениями является актуальной задачей. Существующие подходы, основанные на продолжительной пробоподготовке, включающей применение органических растворителей, и анализе концентрата при использовании методов ГХ/МС и ВЭЖХ/МС предназначены для определения заданных соединений и требуют больших затрат времени. Такой анализ малопродуктивен и не позволяет решать задачи определения неизвестных соединений. Наиболее опасные органические соединения содержат в молекуле F, Cl, Br и S. Растительные масла могут содержать как пестициды, так и другие соединения, включающие эти элементы. Эти продукты массового потребления и поэтому необходим быстрый и достоверный контроль за содержанием галоген- и сераорганических соединений в таких маслах. Необходимо отметить, что источником галогенорганических соединений является не только деятельность человека – они могут образовываться и в природе. Обзор галогенорганических соединений, образующихся в природе, приведён в работе [1].
Нами разработана методология обнаружения всех, известных и неизвестных галоген- и сераорганических соединений (заданных и неизвестных) в различных растительных маслах различной степени чистоты, основанная на определении суммарного содержания F-, Cl-, Br- и S-органических соединений (в пересчете на элемент) при прямом вводе пробы анализируемого образца в реактор.
Методология включает прямую высокотемпературную окислительную конверсию пробы масла, быстро вносимой в кварцевой лодочке в зону реактора с температурой равной 950С в потоке кислорода, абсорбцию продуктов окислительной конверсии деионизованной водой, свободной от определяемых анионов F-, Cl-, Br- и SO42-, конверсию галоген- и серосодержащих продуктов окислительной конверсии до этих анионов и анализ всего абсорбата методом ионной хроматографии на их содержание.
Преимущества предлагаемой методологии перед обычным подходом, основанным на анализе на заданные соединения методами ГХ-МС или ВЭЖХ-МС:
- анализируются все целевые и нецелевые соединения, содержащие F, Cl, Br и S в молекулах (включая пестициды);
- не требуется много времени для подготовки образца и калибровки для каждого целевого аналита, а также стандартов аналитов;
- высокая скорость анализа;
- вместо тысяч органических соединений регистрируются только 4 аниона;
- точное определение содержания соответствующих элементов в образце не требуется;
- оценка этого содержания вполне достаточна, так как образцы проверяются на общее содержание галоген- и сераорганических соединений. Возможность быстрого скрининга образцов на общее содержание F-, Cl-, Br- и S-органических соединений в соответствии с предложенной методикой была показана в работе [183]. В этом случае поглощение продуктов конверсии проводилось в элюенте и только 1/20 часть абсорбата анализировалась методом ионной хроматографии на содержание F, Cl, Br и S. Масса пробы растительного масла составлял около 1 мг и пределы обнаружения (рассчитанные для соответствующих элементов) были 10-3 – 10-2%, в зависимости от элемента. Поэтому было необходимо разработать более чувствительный метод быстрого скрининга образцов растительного масла на общее содержания Hal- и S-органических соединений.
Поэтому целью нашего исследования было создание высокочувствительного и высокоселективного метода быстрого скрининга растительных масел на общее содержание галоген- и серосодержащих органических соединений на следовом уровне (фосфорсодержащие соединения не следует определять в растительном масле из-за присутствия фосфолипидов в них).
Кроме этого, в цель работы входило исследование сочетания ионной хроматографии с селективной сорбцией анионов F-, Cl- и Br- (вместе) из потока элюента при анализе абсорбата продуктов конверсии, что обеспечивало более достоверное обнаружение этих анионов в нём.
Для достижения высокой чувствительности необходимо было проанализировать весь абсорбат, а не малую его часть (как это было сделано в работе [183]). Это возможно только при использовании деионизированной воды высокой чистоты в качестве абсорбата, и отсутствия на хроматограмме при анализе большого объема этой воды анализируемых ионов и мешающих пиков.
В работе [184] была проведена оптимизация условий ионохроматографического анализа смеси определяемых анионов F-, Cl-, Br- и SO42-, которые обеспечивали возможность регистрации этих анионов, исключая помехи с положительно-отрицательными пиком, мешающим определению анионов F- и Cl-.
В этом случае использовали разделительную колонку фирмы Metrohm “Metrosep A Supp 5” (504 мм) и в качестве элюента водный раствор 10 мМ NaHCO3. Скорость потока элюента 1 мл/мин. Время анализа составило в этом случае 7 минут. Тщательная и многократная промывка как кварцевого контейнера для деионизованной воды, так и виал, используемых в качестве абсорберов с деионизованной водой обеспечили регистрацию хроматограмм для такой воды, заполняющей эти контейнеры, свободных от определяемых анионов F-, Cl-, Br- и SO42- (на уровне пределов детектирования). Нами было достигнуто полное разделение отрицательного пика воды и пика F-, даже когда количество аниона фтора было близко к пределу детектирования. В этом случае использовали такую же разделительную колонку “Metrosep A Supp 5” и в качестве элюента водный раствор 16 мМ NaHCO3.
Решение этих проблем позволило использовать деионизированную воду в качестве поглощающей жидкости и дало возможность анализировать большой объем водных растворов, в частности весь объем абсорбата (1 - 2 мл), содержащего F-, Cl-, Br- и SO42- анионы, полученные в результате окислительной конверсии пробы. Пределы обнаружения составили 10-9 – 10-8% в зависимости от аниона.
Калибровка была выполнена путем приготовления стандартных растворов анионов на пяти уровнях концентрации, от 210-9 до 210-6 г. Зависимость площади пика от соответствующей массы аниона (рассчитанной на элемент) было линейным (R2=0,999) для всего диапазон масс (от 210-9 до 110-6 г) для всех изученных анионов. Уравнения калибровочных кривых для F, Cl, Br и S были y=1,37107x; y=9,23106x - 8,4410-2; y=3,81106x - 2,2410-2; и y=1,93107x соответственно. Относительное стандартное отклонение было от 0,3% до 12% в зависимости от элемента и диапазона массы (в большинстве случаев оно не превышало 5%). Что касается доверительных интервалов, то они были от 1% до 20%. Пределы обнаружения (рассчитанные на элемент, соотношение сигнал/шум составляло 3:1), были 210-11 г для фтора и хлора, 510-11 г для брома и 2,510-11 г для серы.
Кроме того, благодаря включению после разделительной колонки (в тестовом режиме) соответствующей поглотительной колонки, обеспечивающей селективное удаление из потока элюента анионов F- либо Cl- и Br- (вместе) при анализе абсорбата продуктов высокотемпературной окислительной конверсии, обеспечивается определение суммарного содержания галогенорганических соединений в маслах с наиболее высокой достоверностью.
С использованием разработанной методологии было изучено суммарное содержание галоген- и сераорганических соединений в образцах различных растительных масел различной степени чистоты (в пересчете на элемент).
Полученные данные приведены в Таблице 11.
Исследование возможности регистрации анионов F-, Cl- и Br- как галогенидов серебра с использованием масс-спектрометрии с лазерной десорбцией/ионизацией
Определение состава анионов в водных растворах в настоящее время производится в большинстве случаев при использовании ионной хроматографией. Пределы детектирования составляют 10-12 – n10-11 г (в зависимости от аниона и прибора) и время анализа анионов F-, Cl-, Br-, SO42- составляет 10 – 20 минут (и более) в зависимости от колонки, режима элюирования (изократический или градиентный) и состава элюента.
Время анализа абсорбата на содержание этих анионов в выбранных нами изократических условиях составляет 7 минут. Актуальным являлось изучение возможности снижения времени анализа с целью увеличения производительности определения суммарного содержания галогенорганических соединений в анализируемых пробах.
В связи с этим была изучена возможность регистрации анионов F-, Cl-, Br- в водных растворах как галогенидов серебра с использованием масс-спектрометрии с лазерной десорбцией/ионизацией, на уровне следов в зависимости от количества аналита (10-12 – 10-10 г и ниже) в пробе 1 мкл. Аналогичный подход был использован и в работе [178].
Исследованные образцы представляли собой суспензии солей галогенидов серебра, синтезированные непосредственно при нанесении растворов нитрата серебра и соответствующих солей натрия непосредственно на мишени. Концентрации солей и образующихся галогенидов серебра составляли от 10-10 до 10-12 г в пробе. Объем пробы раствора составлял 1 мкл. Первую проблему представлял фон мишени, на которую мы наносили растворы реагентов. Нами были исследованы мишени из нержавеющей стали и нержавеющей стали покрытой слоем двухстороннего скотча, Проба раствора составляла 1 мкл, её наносили микрошприцем.
Для установления формулы каждого из зарегистрированных кластеров галогенида серебра проводилось сравнение m/z ионов и изотопной картины распределения, рассчитанной с помощью программы «IsoPro»1, с предполагаемой формулой соединений.
Для сравнения полученных масс-спектров был использован простой тест Стьюдента, все наблюдаемые пики нормировались относительно наиболее интенсивного, и рассчитывали среднее.
Затем сравнивали с расчётным значением:
= Iср – a n1/2/S(I) (7),
n обозначает число зарегистрированных спектров, S(I) = (((Ii- Iср)2)/(n-1))1/2 – дисперсия экспериментальных значений, Ii – единичное экспериментальное значение интенсивности пика. сравнивалось с табличным значением коэффициента Стьюдента t (P,f), где P – доверительная вероятность полученных результатов, соответствующая 0,95; f – число степеней свободы, которое было равно n-1. При t (P,f) - Iср значение «а» можно считать неотличимым от расчетного для исследуемого пика. Значит, при условии t (P,f) для соответствующих пиков экспериментально полученного распределения изотопов можно утверждать, что теоретически рассчитанное в масс-спектре распределение изотопов совпадает с экспериментальным и данной группе пиков можно присвоить теоретически рассчитанную брутто-формулу.
Воспроизводимость масс-спектров при различных выстрелах оценивали по воспроизводимости трёх – пяти наиболее интенсивных пиков в масс-спектре. Относительная воспроизводимость в процентах считалась как S = S(I) 100/S(I)ср., где S – относительная воспроизводимость, S(I) - дисперсия экспериментальных значений, S(I)ср – средняя дисперсия экспериментальных значений
При анализе спектров, в зависимости от мощности лазера фон мишеней мог меняться от полного отсутствия фона до достаточно большого. Спектр мишени из стали без нанесенной пробы показан на рис. 7
Поэтому дальнейшее исследование мы проводили при мощности лазера в 40% от максимально возможной и при использовании мишени из стали, покрытой скотчем. Полученные данные позволили нам приступить непосредственно к анализу исследуемых соединений. Для начала нами были проанализированы галогениды натрия при концентрации 10-10 г/пробу. Масс-спектры фторида, хлорида и бромида натрия представлены на рис. 11-13.
Как видно из приведенных масс-спектров, галогенид-ионы, полученные из соответствующих солей натрия, не определяются на уровне в 10-10 г, а наблюдаемые пики относятся к фоновым и затруднительны для достоверной идентификации. Более высокие концентрации не было необходимости исследовать, поскольку мы работаем в условиях низких концентраций. Поэтому мы приступили к анализу галогенидов серебра, полученных способом, описанным в части 2.
Для начала требовалось проверить масс-спектр добавляемого нитрата серебра. Он представлен на рис. 14.
Как видно, масс-спектр содержит только пики массой 107 и 109 Да, соответствующие изотопам серебра. Поэтому мы приступили к анализу синтезированных из анализируемых солей галогенидов серебра. Масс-спектр фторида серебра с концентрацией 10-10 г представлен на рис. 15.
Как видно из масс-спектра, приведённых на рис. 16, фторид серебра при концентрации 10-11 г/пробу в масс-спектре был больше, чем при концентрации в 10-10 г/пробу.
Аналогичные опыты были проведены с синтезированной на мишени суспензией из нитрата серебра и хлорида натрия, чьи масс-спектры для количеств 10-10 и 10-11 г представлены на рисунках 17 и 18.