Хромато-масс-спектрометрическое определение эфиров о-фталевой кислоты в воде с микроэкстракционным концентрированием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.02, кандидат наук Нестерова Вера Васильевна

  • Нестерова Вера Васильевна
  • кандидат науккандидат наук
  • 2016, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
  • Специальность ВАК РФ02.00.02
  • Количество страниц 122
Нестерова Вера Васильевна. Хромато-масс-спектрометрическое определение эфиров о-фталевой кислоты в воде с микроэкстракционным концентрированием: дис. кандидат наук: 02.00.02 - Аналитическая химия. ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского». 2016. 122 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Нестерова Вера Васильевна

Обозначения и сокращения...................................................................6

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................8

ГЛАВА 1. ЭФИРЫ 0-ФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)......14

1.1. Распространение и источники поступления эфиров о-фталевой

кислоты.....................................................................................................................14

1.2. Физико-химические свойства диалкил-о-фталатов и воздействие на человека............................................................................................15

1.3. Методы определения диалкил-о-фталатов.............................................17

1.3.1. Газовая хроматография..............................................................17

1.3.2. Жидкостная хроматография........................................................18

1.3.3. Способы детектирования при определении диалкил-о-фталатов методом хроматографии....................................................................................19

1.3.3.1. Масс-спектрометрический детектор.....................................19

1.3.3.2. Другие способы детектирования.......................................20

1.3.4. Иммунохимический и полярографический методы определения диалкил-о-фталатов...............................................................................21

1.4. Факторы, ограничивающие определение эфиров о-фталевой кислоты..........21

1.5. Основные понятия теории микроэкстракционного концентрирования...........22

1.6. Методы экстракционного концентрирования о-фталатов из воды..................25

1.6.1. Твердофазная макро- и микроэкстракция.......................................26

1.6.2. Жидкофазная макро- и микроэкстракция.......................................28

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАЛКИЛ-0-ФТАЛАТОВ С МИКРОЭКСТРАКЦИОННЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ......................35

2.1. Используемые реактивы...................................................................35

2.2. Используемое оборудование и материалы............................................35

2.3. Методика эксперимента..................................................................36

2.3.1. Условия хромато-масс-спектрометрического определения...............36

2.3.2. Приготовление образцов сравнения, содержащих диалкил-о-фталаты........................................................................................37

2.3.3. Исследование возможных источников систематических погрешностей при определении о-фталатов...............................................................38

2.3.4. Микроэкстракционное концентрирование о-фталатов из воды..........40

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ

МИКРОЭКСТРАКЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ. СНИЖЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ОБНАРУЖЕНИЯ.............................................................42

3.1. Влияние экспериментальных параметров на пределы хромато-масс-спектрометрического обнаружения эфиров о-фталевой кислоты.....................42

3.1.1. Влияние объема вводимой пробы на предел обнаружения..................43

3.1.2. Влияние толщины пленки неподвижной жидкой фазы на эффективность хроматографической колонки...............................................................46

3.2. Микроэкстракционное концентрирование о-фталатов из воды..................49

3.2.1. Выбор экстрагента..................................................................49

3.2.2. Выбор формы емкости для микроэкстракции................................49

3.2.3. Выбор частоты генератора ультразвукового облучения...................50

3.2.4. Продолжительность микроэкстракционного извлечения примесей.....50

3.2.5. Влияние объема экстрагента на степень извлечения.........................51

3.2.6. Влияние скорости вращения ротора центрифуги............................52

3.2.7. Влияние времени центрифугирования.........................................53

3.2.8. Влияние ионной силы..............................................................53

3.2.9. Влияние содержания поверхностно-активных веществ в воде............54

3.2.10. Исследование материального баланса экстрагента в экстракционной системе........................................................................................55

3.2.11. Аналитические характеристики методики хромато-масс-спектрометрического определения с жидкофазным микроэкстракционным концентрированием..............................................................................55

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ВОЗМОЖНЫХ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ............................................59

4.1. Исследование чистоты растворителей..................................................59

4.2. Исследование поступления из хроматографических септ..........................63

4.3. Исследование поступления из вспомогательных материалов и посуды..........68

4.4. Исследование гидролитической устойчивости диалкил-о-фталатов............69

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ ВОДНЫХ ОБРАЗЦОВ. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА..............................72

5.1. Отбор проб....................................................................................72

5.2. Идентификация примесей диалкил-о-фталатов.....................................72

5.3. Результаты анализа реальных водных образцов......................................72

5.4. Расчет неопределенности результатов определения о-фталатов..................76

5.4.1. Понятие неопределенности........................................................76

5.4.2. Неопределенность и погрешность...............................................77

5.4.3. Описание измеряемой величины................................................79

5.4.4. Выявление источников неопределенности.....................................80

5.4.5. Количественное описание составляющих неопределенности...............81

5.4.6. Расчет суммарной стандартной неопределенности и расширенной неопределенности.................................................................................90

5.5. Подтверждение достоверности результатов анализа................................92

5.5.1. Метод добавок........................................................................93

5.5.2. Метод варьирования объема пробы..............................................93

5.6. Сравнение с результатами других работ...............................................95

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ................................................................99

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................101

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................117

Обозначения и сокращения

ДЭГФ - ди(2-этилгексил)фталат;

ДиНФ - ди-изо-нонилфталат;

ДиДФ - ди-изо-децилфталат;

ББФ - бутилбензилфталат;

ДБФ - дибутилфталат;

ДиБФ - ди-изо-бутилфталат;

ДПФ - дипентилфталат;

ДЭФ - диэтилфталат;

ДОФ - диоктилфталат;

ДАФ - диаллилфталат;

ДиГФ - ди-изо-гептилфталат;

ДЦГФ - дициклогексилфталат;

ПВХ - поливинилхлорид;

ПВА - поливинилацетат;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия;

ОДУ - ориентировочный допустимый уровень;

ГХ - газовая хроматография;

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография;

ЭЗД - электронозахватный детектор;

ТФМЭ - твердофазная микроэкстракция;

ТФЭ - твердофазная экстракция;

ЖФМЭ - жидкофазная микроэкстракция;

ЖЭ - жидкостная экстракция;

МСД - масс-спектрометрический детектор;

МС - масс-спектрометрия;

ХМС - хромато-масс-спектрометрия;

ПАВ - поверхностно-активное вещество;

ДМД - диодно-матричный детектор;

ПИД - пламенно-ионизационный детектор;

sr - стандартное отклонение результата измерения;

SIM - selective ion monitoring (режим селективного ионного мониторинга).

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Аналитическая химия», 02.00.02 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Хромато-масс-спектрометрическое определение эфиров о-фталевой кислоты в воде с микроэкстракционным концентрированием»

ВВЕДЕНИЕ

Эфиры о-фталевой кислоты (диалкил-о-фталаты) являются основными пластификаторами полимеров. Они способны диффундировать из полимеров в окружающую среду (воду, воздух и т. д.). Диалкил-о-фталаты опасны для здоровья человека даже в микроколичествах, их содержание в питьевой воде нормируется на уровне 0.008-3 мг/л [1-5]. В связи с этим разработка высокочувствительных методик определения эфиров о-фталевой кислоты является весьма актуальной. Для определения диалкил-о-фталатов наиболее часто используют метод газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием, но даже в этом случае необходимо осуществлять предварительное концентрирование примесей. Используемая для этого традиционная жидкость-жидкостная экстракция (макроэкстракция) имеет ряд недостатков: недостаточную эффективность, сложность автоматизации, использование больших объемов дорогих токсичных экстрагентов (их объемы могут достигать десятков и сотен мл). Серьезной проблемой является утилизация токсичных экстрагентов. Эти недостатки практически устранены применением метода жидкофазной микроэкстракции, в котором объем экстрагента уменьшен на 3-4 порядка и не превышает 50-100 мкл [6, 7]. Жидкофазная микроэкстракция не противоречит принципам «зеленой химии» [8] являясь, одновременно, эффективным способом повышения чувствительности аналитических методов. В настоящее время наибольшая эффективность жидкость-жидкостной микроэкстракции достигнута с эмульгированием экстрагента. Для определения эфиров о-фталевой кислоты предложены следующие методы эмульгирования: с использованием третьего компонента [9], вихревое эмульгирование [10], эмульгирование при помощи потока воздуха [11], ультразвуковое эмульгирование [12, 13]. Наименьшие пределы газохроматографического обнаружения находятся на уровне 5-10-6-1.3-10-4 мг/л и реализованы с ультразвуковым эмульгированием экстрагента.

Эффективность микроэкстракции определяется двумя параметрами -коэффициентом концентрирования К и степенью извлечения Я. Предел обнаружения примеси зависит от соотношения сигнал/шум, которое связано с массой вещества, поступающего в аналитический прибор. Следовательно, чтобы добиться большей чувствительности необходимо стремиться к достижению полноты извлечения. Тем не менее, в большинстве работ исследователи стремились к увеличению коэффициента концентрирования. Это приводит к увеличению концентрации аналита в экстракте, но не всегда увеличивает его абсолютное количество в концентрате и не ведет к возрастанию соотношения сигнал/шум. Таким образом, возможности микроэкстракционного концентрирования использованы не полностью.

Следует также отметить, что побочные факторы, осложняющие газохроматографическое определение эфиров о-фталевой кислоты, практически не изучены. Завышенные результаты определения о-фталатов весьма вероятны, так как эти соединения широко распространены в окружающей среде и могут поступать в анализируемый образец даже из лабораторного воздуха [14].

В большинстве опубликованных работ по микроэкстракционному концентрированию о-фталатов в качестве экстрагента использованы «тяжелые» хлорсодержащие растворители. Это связано с трудностями отбора «легкого» экстракта на анализ, из-за того, что он растекается по поверхности водного раствора слоем микронной толщины. Хлорсодержащие растворители весьма токсичны, поэтому необходимо решать и эту проблему.

Целью настоящего исследования была разработка методики низкофонового высокочувствительного хромато-масс-спектрометрического определения эфиров о-фталевой кислоты в воде с жидкофазным микроэкстракционным концентрированием примесей и введением в хроматографическую колонку больших объемов экстракта.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать методику высокочувствительного хромато-масс-спектрометрического определения эфиров о-фталевой кислоты в воде с микроэкстракционным концентрированием;

2. Разработать высокоэффективное микроэкстракционное концентрирование эфиров о-фталевой кислоты из воды эмульгированным экстрагентом с плотностью, меньшей, чем у воды;

3. Установить источники формирования систематических погрешностей при определении эфиров о-фталевой кислоты в воде, предложить способы устранения или учета этих систематических погрешностей;

4. Провести анализ образцов воды различного происхождения;

5. Рассчитать расширенную неопределенность результатов определения диалкил-о-фталатов в воде. Подтвердить надежность разработанной методики определения.

Научная новизна. Впервые в России разработана методика высокочувствительного хромато-масс-спектрометрического определения диметилфталата, диэтилфталата, дибутилфталата, ди-(2-этилгексил)фталата и динонилфталата в воде с микроэкстракционным концентрированием экстрагентом, эмульгированным ультразвуком. Достигнутые пределы обнаружения находятся в интервале 3-10-6-1-10-5 мг/л и не уступают лучшим мировым результатам. Установлены и исследованы источники систематических погрешностей определения диалкил-о-фталатов: хроматографические септы, чистота растворителей, гидролиз диалкил-о-фталатов, лабораторная посуда; предложены способы учета и устранения влияния этих источников.

Теоретическая и практическая значимость. Показана большая информативность степени извлечения как показателя эффективности микроэкстракционного концентрирования по сравнению с коэффициентом концентрирования. Проведен расчет неопределенности результатов определения эфиров о-фталевой кислоты. Впервые в отечественной практике проведено

определение диалкил-о-фталатов в воде различного происхождения (в том числе бутилированной воде отечественного и зарубежного производства). Разработанная методика определения эфиров о-фталевой кислоты характеризуется пределами обнаружения значительно меньшими ПДК. Это позволяет устанавливать источники загрязнения воды и контролировать развитие экологической ситуации задолго до наступления критического состояния.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 11-03-00524-а «Разработка высокоэффективного жидкофазного микроэкстракционного концентрирования примесей наноэмульгированным экстрагентом» и гранта Нижегородской области в сфере науки, технологий и техники «Разработка высокочувствительного определения пластификаторов полимеров в бутилированной воде, алкогольных и безалкогольных напитках».

Методология и методы исследования. В качестве метода исследования применяли хромато-масс-спектрометрию. Руководствовались концепциями пробоотбора и метрологии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Оптимальные условия осуществления эффективного микроэкстракционного концентрирования примесей диалкил-о-фталатов из воды;

2. Результаты исследования источников возможных систематических погрешностей при определении эфиров о-фталевой кислоты, способы их устранения или учета;

3. Методика хромато-масс-спектрометрического определения эфиров о-фталевой кислоты в воде с предварительным жидкофазным микроэкстракционным концентрированием с пределами обнаружения на уровне 3 10-6 - 1-10-5 мг/л;

4. Результаты анализа образцов воды различного происхождения;

5. Расчет неопределенности результатов определения эфиров о-фталевой кислоты.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность результатов обеспечивалась применением современного оборудования и использованием веществ известной чистоты. Исследованы и устранены источники возможных детерминированных систематических погрешностей определения диалкил-о-фталатов. Проведен расчет расширенной неопределенности результатов определения диалкил-о-фталатов. Подтверждение достоверности газохроматографического определения токсикантов проведено с использованием метода варьирования объема пробы и метода добавок.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе на международных: IV Международный интернет-симпозиум по сорбции и экстракции (Владивосток, 2012); 4-th International Conference of Young scientists: Chemistry today (Yerevan, 2014); «Analytica Acta» (Beijing, 2014); на всероссийских: III и IV Всероссийский симпозиум «Разделение и концентрирование в аналитической химии» (Краснодар 2011, 2014); «Менделеев-2012», Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием (Санкт-Петербург, 2012); «Методы анализа и контроля качества воды» (Москва, 2012); IX научная конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 2012); II Всероссийская конференция «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2013); Второй съезд аналитиков России (Москва, 2013); II Всероссийский симпозиум «Кинетика и динамика обменных процессов» (Краснодар, 2013); IX Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2014» (Светлогорск, 2014), а также на региональных конференциях.

По материалам диссертации опубликовано 8 статей и 1 принята к печати, 5 из них - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК и 1 статья в

зарубежном журнале, индексируемом базой данных Scopus. Опубликовано 16 тезисов докладов на Международных и Всероссийских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, результатов и выводов, списка цитируемой литературы (144 наименования) и приложения. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 17 таблиц и 3 приложения.

Личный вклад автора. Автор участвовал в постановке цели и задач исследования, планировании и проведении экспериментальных исследований по разработке методики высокочувствительного хромато-масс-спектрометрического определения эфиров о-фталевой кислоты с жидкофазным микроэкстракционным концентрированием и исследовании примесного состава воды различного происхождения.

ГЛАВА 1. ЭФИРЫ 0-ФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Распространение и источники поступления эфиров 0-фталевой

кислоты

Крупномасштабное коммерческое производство эфиров о-фталевой кислоты (о-фталатов) налажено в 1950 годах, когда эти вещества стали использовать в качестве пластификаторов полимеров [15]. Согласно [16, 17], для этой цели используются в основном вещества с высоким молекулярным весом, такие как ДБФ, ДЭГФ, ДиНФ, ДиДФ и ББФ. В России - в основном ДЭГФ и ДБФ. Имеются сведения об использовании для пластификации ДиБФ и ДЭФ [15, 18].

Диалкил-о-фталаты химически не связаны с полимерной матрицей, они присутствуют как подвижный компонент, способный выделяться в окружающую среду. Скорость поступления диалкил-о-фталатов в окружающую среду весьма высока, поэтому концентрация этих соединений в воздухе и воде значительна и практически не меняется. В связи с этим о-фталаты называют наиболее распространенными токсикантами в окружающей среде [19]. С 1999 года Европейским союзом запрещено использование ДЭГФ, ДБФ и ББФ, а ДиНФ, ДиДФ и ДОФ запрещено добавлять в состав материалов для детских товаров. Одной из причин для регулирования использования о-фталатов в ЕС было применение о-фталатов в изоляционных прокладках для крышек стеклянных банок и бутылок для пищевых продуктов [14]. В 2008 году подобные ограничения введены в США. В России ограничений по использованию эфиров о-фталевой кислоты пока не существует.

В Приложении 1 представлены сферы промышленного использования о-фталатов и приведен список полимеров, пластифицируемых этими веществами [18, 20-22].

1.2. Физико-химические свойства диалкил-0-фталатов и воздействие

на человека

Токсичность и спектр воздействия диалкил-о-фталатов на человека рассмотрены в обзоре [18]. о-Фталаты являются токсикантами, легко проникающими в организм человека через дыхательные пути и кожу с водой, напитками и пищей.

Низкомолекулярные о-фталаты, такие как ДЭФ, способны вызывать раздражения, аллергию, астму [15, 23]. о-Фталаты большего молекулярного веса, такие как ДЭГФ, ББФ, ДиНФ, ДиДФ ведут к онкологическим заболеваниям, заболеваниям печени, почек, нарушают гормональный фон, ослабляют репродуктивную функцию [24-27] и нарушают развитие плода [28, 29]. Попадая в организм человека, о-фталаты гидролизуются, образуя токсичные метаболиты [23, 30-33].

В Таблице 1 приведены установленные в России и Европе на основании гигиенических исследований нормативы по о-фталатам. Для одних о-фталатов утверждены ПДК, а другие нормируются гигиеническими нормативами ОДУ для воды, ОБУВ для воздуха. Ориентировочные (временные) гигиенические нормативы установлены на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза токсичности соединений. Они используются на стадии предупредительного санитарного надзора за проектируемыми, реконструируемыми и строящимися предприятиями.

Таблица 1. Гигиенические нормативы содержания о-фталатов в объектах окружающей среды. ПДК1), ОБУВ, ОДУ [1-5, 34]

о-Фталат Вода хозяйственно-питьевого водопользования, мг/л-103 Воздух, мг/м3

рабочей зоны атмосферный

Российские нормативы Европейские нормативы

ДМФ 300 5000 1/0.32) 0.03/0.0074)

Продолжение таблицы 1

о-Фталат Вода хозяйственно-питьевого водопользования, мг/л-103 Воздух, мг/м3

Российские нормативы Европейские нормативы рабочей зоны атмосферный

ДЭФ 3000 550 1.5/0.5

ДБФ 200 450 1.5/0.5 0.1

ББФ 1.03) 0.01

ДЭГФ 8 6 1.0 0.008

ДОФ 0.02

ДНФ 3/1

1) значения ПДК выделены полужирным шрифтом; 2) максимальная разовая/среднесменная; 3) максимальная разовая; 4) максимальная разовая/среднесуточная.

Эфиры о-фталевой кислоты - бесцветные вязкие жидкости, практически без запаха. Имеют высокие температуры кипения и низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре. Растворимость в воде слабая и уменьшается с увеличением молекулярной массы о-фталата. В Приложениях 2 и 3 приведены основные физико-химические характеристики наиболее распространенных эфиров о-фталевой кислоты, их структурные формулы и некоторые другие сведения [11, 35-40].

Для о-фталатов характерны химические свойства сложных эфиров. Они медленно гидролизуются под действием влаги с образованием моноэфира и спирта (на первой стадии), а затем - фталевого ангидрида и спирта [41]; реакция ускоряется основаниями и кислотами.

В обычных условиях диалкил-о-фталаты устойчивы к действию кислорода воздуха, однако при повышенных температурах возможны термоокислительные

процессы, приводящие к деструкции о-фталатов. Радиационная стойкость о-фталатов зависит от их химического состава. Так, стойкость к у-излучению уменьшается в ряду: ДМФ> ДЭФ> ДБФ> ДОФ. Диалкил-о-фталаты устойчивы к действию микроорганизмов.

1.3. Методы определения диалкил-0-фталатов

Хроматография - доминирующий метод для определения о-фталатов. В меньшей степени используют иммуноферментный метод и полярографию.

1.3.1. Газовая хроматография

В 80 % работ по определению эфиров о-фталевой кислоты применяют ГХ. Это связано с тем, что диалкил-о-фталаты - стабильные вещества и могут быть переведены в газовую фазу. Метод ГХ обладает высокой чувствительностью и разделяющей способностью, позволяя разделить даже изомерные о-фталаты, такие как ДОФ и ДЭГФ [35].

о-Фталаты относятся к слабополярным соединениям, для их разделения чаще всего используют капиллярные колонки со слабополярной неподвижной фазой на основе полисилоксана с 5% фенильных и 95% метильных радикалов, например, DB-5ms, HP-5ms, ZB-5ms и другие. Эта неподвижная фаза характеризуется высокой разделяющей способностью, химической и термической стойкостью, коммерчески она также доступна. При использовании полярных неподвижных фаз типа HP-FFAP «тяжелые» фталаты не успевают элюироваться за приемлемое время, накапливаются в колонке и выходят из нее в виде «размытых» пиков, осложняющих определение более летучих соединений [42]. Поэтому эти фазы не нашли широкого применения. В испаритель хроматографа проба вводится обычно без деления потока газа-носителя, температура испарителя составляет при этом 250-290 °С. Начальная температура колонки находится на уровне 40-80 °С (чаще

всего - 60°С) и поддерживается несколько минут, затем постепенно повышается в режиме деления потока газа-носителя до 240-300 °С, конечная температура поддерживается несколько минут. В качестве газа-носителя обычно используют гелий чистотой не хуже 99.995%, реже - азот. Обычно вводимые в хроматографическую колонку пробы не превышают 1 мкл [43]. Большие объемы пробы (до 300 мкл) с целью повышения чувствительности анализа вводили при использовании испарителя с программированием температуры [44-47]. При этом с применением твердофазной экстракции пределы обнаружения аналитов понижены до 2-10-7мг/л [47]. В случае изотермического испарителя достигнутые пределы обнаружения находятся на уровне 10-3-10-4 мг/л.

1.3.2. Жидкостная хроматография

ЖХ реже применяется при определении о-фталатов. Это менее чувствительный метод, но он позволяет анализировать экстракты из сложных матриц и вводить в хроматограф пробы больших объемов (5-100 мкл) без ухудшения эффективности колонки. Во всех случаях это обращенно-фазовая хроматография, в качестве элюентов в основном применяют смесь метанол-вода (80 и 20 % об. соответственно), реже - ацетонитрил-вода. Анализ проводят обычно при комнатной температуре, иногда при 30-40°С. Используемые неподвижные фазы -силикагели с привитыми группами С8, С18. Колонки с этими неподвижными фазами характеризуются высокой химической стабильностью и воспроизводимостью разделения.

1.3.3. Способы детектирования при определении диалкил-0-фталатов

методом хроматографии 1.3.3.1. Масс-спектрометрический детектор

Масс-спектрометрический детектор в настоящее время является наиболее используемым, благодаря высокой чувствительности (абсолютный предел обнаружения <10-12 г) и универсальной селективности [48]. Он применяется как в ГХ, так и ВЭЖХ. Высокие возможности ХМС обусловлены сочетанием разделительной способности капиллярной ГХ и идентификации определяемых соединений по фундаментальным масс-спектрам [49-51]. Сочетание хроматографии с другими детекторами характеризуется меньшей надежностью, так как идентификация соединений осуществляется по временам удерживания, а в случае ХМС - по масс-спектрам. При определении диалкил-о-фталатов чаще всего используется ионизация электронами с энергией 70 эВ. В Таблице 2 приведены массовые числа основных ионов, образующихся при ионизации молекул о-фталатов.

Таблица 2. Массовые числа ионов о-фталатов для анализа

о-Фталат Массовые числа (m/z), Да

Количественного (SIM) качественного

ДМФ 149, 163 164-194

ДЭФ 149 150-177

ДБФ 149 104-150

ББФ 149 91-206

ДЭГФ 149 167-279

ДОФ 149 167-279

ДНФ 149 167-279

В режиме SIM определение ведется по иону с m/z = 149. При образовании этого иона проявляется орто-эффект, приводящий к образованию цикла. Схема образования иона с m/z = 149 приведена на Рисунке 1 [50].

OR

О

m/z 149

?

С

I!

Рисунок 1. Схема образования иона с m/z = 149.

В качестве масс-анализаторов обычно применяют квадрупольные масс-анализаторы, реже - ионную ловушку [52]. Ионная ловушка позволяет на 1-2 порядка повысить чувствительность прибора, но отличается высокой стоимостью. Для увеличения чувствительности и селективности определения применяют также тандем квадрупольных масс-анализаторов [53-57]. Обычно это используется в случае анализа сложных матриц, а также при анализе с относительным концентрированием примесей.

Для рутинных анализов применяют ПИД [58, 59, 11, 60-68], ЭЗД [69, 70] и УФ [9] детекторы. ПИД и ЭЗД используются в газовой хроматографии, УФ детектор -в жидкостной. Идентификация при использовании ПИД и ЭЗД основывается на сравнении времен удерживания. Селективность УФ-детектора значительно выше, так как могут быть использованы спектры поглощения веществ в УФ-области. Чувствительность этих детекторов на 1-2 порядка ниже, чем масс-спектрометра, поэтому возможности их ограничены.

1.3.3.2. Другие способы детектирования

1.3.4. Иммунохимический и полярографический методы определения

диалкил-0-фталатов

о-Фталаты - биологически активные вещества, поэтому возможно их определение методом иммунохимии. Главное достоинство этого метода - высокая избирательность за счет применения специфичных антител, селективно взаимодействующих с определяемым о-фталатом. Основная проблема метода -сложность синтеза необходимого антитела. В работе по определению ДЭГФ в напитках на водной основе методом иммуноферментной хроматографии [71] достигнут весьма низкий предел обнаружения 7 • 10-6 мг/л.

Имеются две работы по определению диалкил-о-фталатов методом полярографии [72, 73]. Этот метод обеспечивает большой линейный диапазон определяемых содержаний (10-6-10-4моль/л), отличается быстротой анализа, хорошей воспроизводимостью и низкой стоимостью оборудования. Главный его недостаток - относительно высокий предел обнаружения (не лучше 10-4 мг/л).

1.4. Факторы, ограничивающие определение эфиров 0-фталевой кислоты

При определении о-фталатов велика вероятность появления детерминированных систематических погрешностей, т.е. имеющих определенный знак и приводящих к завышенным или заниженным результатам. Этой проблеме посвящены две работы [14, 74]. Авторы работ считают, что основным источником загрязнения образцов о-фталатами является поступление их из лабораторного воздуха. Высказано предположение, что если из 10 миллилитров воздуха, содержащего о-фталаты на уровне 1 мкг-м-3 примесь будет полностью сорбироваться на поверхности иглы микрошприца, то это приведет к ложному хроматографическому пику, соответствующему 10 пикограммам о-фталата. Этими авторами предложен способ удаления диалкил-о-фталатов, сорбированных поверхностью иглы, многократным промыванием иглы растворителем. В качестве

модельных веществ использованы растворы ДПФ и ДЦГФ, которые в окружающей среде практически не встречаются. Такой подход оказался недостаточно эффективным для удаления о-фталатов с поверхности игл шприцев автодозаторов. Для решения этой проблемы предложено проводить очистку поверхности предварительной термической десорбцией в испарителе хроматографа при обратной продувке газа-носителя. Из полученных результатов следует, что уровень остаточного содержания ДБФ и ДЭГФ понижается до 0.1 и 1 пг, соответственно. Исследование хроматографических септ как возможных источников загрязнения газа-носителя о-фталатами авторы рассмотренных работ не проводили.

Следует также отметить, что в некоторых работах по определению о-фталатов с микроэкстракционным концентрированием [13, 75, 76], значения степени извлечения примесей статистически значимо превышали 100 %. Это говорит о том, что, вероятно, происходило загрязнение экстрактов о-фталатами и полученные результаты нельзя назвать достоверными.

1.5. Основные понятия теории микроэкстракционного концентрирования

Основная цель концентрирования - это снижение предела обнаружения примеси. Чувствительность определения примеси зависит от соотношения сигнал/шум, которое связано с массой вещества, извлеченного из анализируемого объекта и поступившего в аналитический прибор [77]. Потенциальные возможности микроэкстракционного концентрирования определяет коэффициент распределения В вещества между органической и водной фазами при равновесии:

где Со равн - концентрация примеси в органической фазе; Св равн - концентрация примеси в водной фазе.

Эффективность жидкофазной экстракции характеризуют степенью извлечения Я и коэффициентом концентрирования К.

(1)

Степень извлечения - это отношение абсолютного количества примеси то в экстракте к абсолютному количеству примеси тъ в исходном водном растворе:

Я = т0/ тв (2)

Коэффициент концентрирования представляет собой отношение равновесной концентрации примеси Со в экстракте к концентрации в исходном водном растворе

Св:

К = Сс/ Св (3)

Эти параметры связаны между собой следующей зависимостью:

Я=К' (4)

V • о

где Ув, Уо- объемы водной и органической фаз соответственно.

Возникает вопрос, какая величина является более информативной для микроэкстракционного концентрирования - коэффициент концентрирования или степень извлечения?

Коэффициент концентрирования связан с коэффициентом распределения и объемами органической и водной фаз соотношением:

1 V 1

(5)

К V о

в

Видно, что с уменьшением объема органической фазы Уо значение коэффициента концентрирования увеличивается и приближается к коэффициенту распределения. Для многих исследований характерно стремление достижения именно максимального коэффициента концентрирования. Это не совсем целесообразно. Наглядно это видно из рассмотренной нами зависимости (Рисунок 2) степени извлечения примесей Я и коэффициента концентрирования К от соотношения объемов Ув/Уо для реальных значений коэффициента распределения о-фталатов В [78, 79] и от объема экстрагента (для объема воды 3 мл, как в настоящей диссертации). Из рисунка видно, что для соединений с повышенной растворимостью в воде (таких, как ДМФ и

ДЭФ) и имеющих, поэтому, относительно небольшие коэффициенты распределения, увеличение коэффициента концентрирования за счет уменьшения объема экстрагента ведет к существенному падению степени извлечения и массы экстрагируемой примеси. Так, изменение объема экстрагента с 5 до 1 мкл в случае ДМФ ведет к возрастанию К только на 30 %, тогда как Я падает в 3.5 раза. В итоге уменьшается соотношение сигнал/шум для этой примеси и ухудшается (возрастает) предел обнаружения примеси. Степень извлечения является более информативным показателем, чем коэффициент концентрирования. Таким образом, для примесей, характеризующихся повышенной растворимостью, желательно стремиться к увеличению степени извлечения использованием больших объемов экстрагента с последующим введением всего объема экстракта в аналитический прибор.

Похожие диссертационные работы по специальности «Аналитическая химия», 02.00.02 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нестерова Вера Васильевна, 2016 год

- 29 с.

142. ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике. - М.: Госстандарт России, 2002. - 43 с.

143. ICH Q2A Guideline. Validation of Analytical Methods. Definitions and Terminology. - Geneva, 1995. - 15 p.

144. ICH Q2B Guideline Validation of Analytical Procedures. Methodology. - Geneva, 1996. - 10 p.

Приложение 1. Полимеры, пластифицируемые эфирами о-фталевой кислоты. Продукция и другие области использования о-фталатов

о-Фта- Пластифицируемые Продукция и другие области

лат полимеры использования

ДМФ Нитро-, ацетилцеллюлозные Косметическая продукция (для

лаки, этилцеллюлоза, придания необходимой

ацетобуритцеллюлоза, синтетические смолы, консистенции), духи (для придания стойкости аромату). Раньше в России

резины, поливинилацетат и использовался как репеллент против

его сополимеры, каучуки. кровососущих насекомых («Антикомарин»), но был запрещён. Производство этролов для очковых оправ на основе этилцеллюлозы. Также используется при переработке стирола, в металлургии, как вспениватель при флотации металлического концентрата, в производстве лаков.

ДЭФ ПВХ Желатинизирующее средство, денатурирующий агент, косметическая продукция, духи.

ДБФ ПВХ, эфиры целлюлозы Лак для ногтей (для повышения

(нитропропионат, стойкости), другая косметическая

ацетобурит, продукция. Также предметы личной

этилбензилцеллюлоза), гигиены, латексные пластыри,

поливинилацетат, растворители для красок.

полистирол,

поливинилацеталь,

поливинилформаль,

хлоркаучуки и другие

каучуки, эфиры акриловой и

метакриловой кислот,

синтетические и

натуральные смолы.

ДГФ ПВХ Виниловые перчатки, корзины посудомоечной машины, ленточные конвейеры.

ББФ ПВХ Краски, виниловые плёнки, упаковка для пищевых продуктов, линолеум, синтетическая кожа.

ДЭГФ Пластификатор общего Строительные изделия (обои,

назначения для большинства полимеров: виниловых смол и их провода, кабельная изоляция), автомобильные продукты (виниловая обивка, автомобильные сидения),

сополимеров, эфиров одежда (обувь, плащи), упаковка для

целлюлозы (этилцеллюлоза, пищевых продуктов, детские

ацетилцеллюлоза, продукты, медицинские товары,

нитроцеллюлоза, трубки доильных аппаратов,

ацетобутират), конвейерные ленты.

синтетических каучуков;

акриловых, эпоксидных,

алкидных, мочевино- и

меламиноформальдегидных

и других натуральных и

синтетических смол.

ДОФ ПВХ В смеси с Сб-Сю: садовые шланги, плитка, прокладки для бутылочных крышек, ленточные конвейеры (упаковка для пищи).

ДНФ ПВХ

ДиНФ ПВХ Садовые шланги, плитка, игрушки, строительные материалы.

ДиДФ ПВХ Основа для ковров, искусственная кожа, провода, кабели.

Приложение 2. Основные физико-химические свойства наиболее распространенных эфиров о-фталевой кислоты.

Фталат Физические свойства Ткип,°С Тпл,°С Твспыш-ки,°С Плотность, г/см3 Показатель преломления п20/а Вязкость ё20/4, пз Давление насыщенного пара Растворимость в воде, мг/л Растворимость в других растворителях

ДМФ бц. жидк., практически без запаха 282 0-2 146 1.1898 1.5158 16.0 <0.1 мм рт. ст. (20°С) 0.02 мм рт ст(25 °С) 4200 или 0.5% (25°С) л. р. в этаноле, эфире, бензоле, ацетоне, хлороформе

ДЭФ то же 296 -40.5 125 1.1184 1.5019 13.2 2.7 мм рт. ст. (130°С); 2.1-10"3 мм рт. ст. (25°С) 1100 или 0.1% (18°С) Бесконечно р-м в этаноле, эфире

ДБФ 340 (с раз-лож.) -35 175 1.0466 1.4928 20 1.3 мм рт. ст. (160°С); 1 мм рт. ст. (20°С); 2.0Ы0"5 (25°С) 11.2 или 0.05% (20°С) л. р. в этаноле, эфире, бесконечно в ацетоне, бензоле.

ДЭГФ - 340 -46 206 0.988 77-82 10-7 мм рт ст (25°С) 0.003 (25 °С)

ДОФ - 229 -54 0.9838 1.4868 77 0.9 мм рт. 0.005 (25 °С) раств. в

(4.5 мм рт. ст.) (Тзаст) ст. (200°С) бензине, хлороформе, петро-лейном эфире

ДНФ - 229 -35 - 0.967 113-123 10-8 мм рт ст (25°С) 0.003 (25 °С)

Приложение 3. Некоторые сведения о наиболее распространенных о-фталатах: общепринятая аббревиатура, количество атомов углерода в алкильной цепочке, брутто-формула, молекулярная масса, структурная формула, массовые числа

ионов для количественного и качественного анализа.

о-Фталат Количество атомов Брутто-формула Молекулярная масса Структурная формула Массовые числа ионов для анализа

углерода в алкильной цепочке коли-чест-венного (БГМ) качественного

ДМФ 1 СloHloO4 194.2 сф: 149, 163 164-194

ДЭФ 2 Cl2Hl4O4 222.2 сфо 149 150-177

ДБФ 4 Cl6H22O4 278.4 сфсо 149 104-150

ББФ

4.6а

С19Н1904

312.4

149

91-206

ДЭГФ

С24Н38О4

390.6

149

167-279

ДОФ

С24Н38О4

390.6

149

167-279

ДНФ

С26Н42О4

418.6

149

167-279

Бензольное кольцо

8

8

9

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.