|
|||||||||||
|
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ПРИ КОНТРОЛЕ
|
|
Георгий Николаевич Сметанин ,
(E-mail: welcome@aqua-analyt.com)
В ГУП "Центр исследования и контроля воды" разработаны и аттестованы электрофоретические методики выполнения измерений массовых концентраций хлорида, нитрита, сульфата, нитрата, фторида, фосфата в пробах питьевых и природных вод и хлорида, сульфата, нитрата, фторида, фосфата в пробах сточных вод. Работы проводились на ионных анализаторах "Quanta 4000E" фирмы "Waters", "Spectra Foresis 1000" фирмы "Thermo Separation Products", "Капель-104" и "Капель-103" фирмы "Люмэкс" ( http://www.lumex.ru ). Подсчет трудозатрат при определении анионов по разработанным методикам выполнения измерений показал, что трудозатраты на пробу при серии проб составили 20 минут. При этом один человек на одном приборе в день может проанализировать до 20 проб. Даже при значительной стоимости капиллярного ионного анализатора "Quanta 4000E" фирмы "Waters", себестоимость анализа является приемлемой для потенциальных пользователей. Снижение себестоимости анализа возможно при переходе на использование отечественного ионного анализатора, выпускаемого фирмой "Люмэкс". По своим техническим характеристикам модель "Капель-104" фирмы "Люмэкс" не уступает "Quanta 4000E" фирмы "Waters", а его цена значительно ниже. В ЦИКВ были проведены испытания капиллярного ионного анализатора "Капель-104" фирмы "Люмэкс". Испытания заключались в опробовании методики выполнения измерений (МВИ) массовых концентраций группы неорганических анионов (хлорида, нитрита, сульфата, нитрата, фторида, фосфата) на модельных растворах и на пробах питьевых и природных вод на анализаторе "Капель 104" и сравнение с этой же МВИ на анализаторе "Quanta 4000E" фирмы "Waters". По этой МВИ проводилось определение сходимости, воспроизводимости и правильности результатов измерения. Воспроизводимость, сходимость и правильность результатов измерения анионов на анализаторе "Капель 104" были на уровне таковых получаемых на анализаторе "Quanta 4000E" и не превышали значений норматива по МВИ. Также проводились анализы питьевой и природной воды по разработанной методике выполнения измерений одновременно на анализаторе "Quanta 4000E" фирмы "Waters" и на анализаторе "Капель 104". В таблице 1 приведены результаты анализов питьевой и природной воды полученные по МВИ разработанной в ЦИКВ на капиллярных анализаторах фирмы Waters и фирмы Люмэкс.
Результаты анализов питьевой и природной воды полученные по МВИ разработанной в ЦИКВ на капиллярных анализаторах фирмы Waters и фирмы Люмэкс.
Переход с химических методов определения анионов на метод капиллярного электрофореза в ЦИКВ позволил сократить трудозатраты и эксплуатационные расходы и получать документированные протоколы измерений, свободные от субъективного фактора. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА ИОНОВ
|
Название | Синоним или краткое обозначение | ПДК, мг/л |
Кислота феноксиуксусная | ФУК | 1 (питьевая вода) |
Кислота 2,4-дихлорфеноксиуксусная | 2,4-Д | 0,03 (питьевая вода) 1 (природная) |
Кислота 2-метил-4 хлорфеноксиуксусная | 2М-4Х, МСРА | 0,02 (воды рыбохоз. водоемов) 0,04 (сан-быт.) |
Кислота 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная | 2,4,5-Т | Запрещена к применению! |
Кислота 2,4-дихлорфенокси-α-пропионовая | Дихлорпроп, 2,4-ДР | 0,5 (питьевая) 0,62 (природная) |
Кислота 2-метил-4-хлорфенокси-α-пропионовая | Мекопроп, 2М-4ХП, МСРР | ---- |
Кислота 2,4,5-трихлорфенокси-α-пропионовая | 2,4,5-ТР, Silvex | ---- |
Кислота 2,4-дихлорфенокси-α-масляная | 2,4-ДВ | 0,01 (питьевая) |
В народном хозяйстве представители ФКК применяются в качестве гербицидов (для борьбы с сорняками), арборицидов (для уничтожения малоценных пород кустарников), альгицидов (для уничтожения водных растений при зарастании водоемов). Попадая в различные объекты окружающей среды, пестициды накапливаются в них либо включаются в различные миграционные цепи (рис. 1). При этом в каждом из объектов окружающей среды пестициды подвергаются всевозможным процессам разложения. ФКК характеризуются сравнительно низкой персистентностью- способностью сохраняться какое-либо время в окружающей среде, не теряя своей биологической активности, и, например, в почве подвержены каталитическим процессам разложения с участием микроорганизмов и ферментов: деалкилированию, дегалогенированию, гидролизу, разрыву кольца и т.д. с образованием в конечном итоге 2,4-Д и 2,4-ДХФ (2,4-дихлорфенола), более стабильных, чем исходные соединения. Обладая хорошей растворимостью в воде, продукты разложения вымываются из почвы и поступают в грунтовые воды, а затем в открытые водные объекты.
Кроме того, в водные объекты ФКК могут поступать как при непосредственном внесении ядохимикатов в водоемы (в качестве альгицидов), так и со стоками химических и родственных производств. В водных объектах ФКК также претерпевают разложение до 2,4-Д и 2,4-ДХФ [3].
Стабильность 2,4-Д в различных объектах отражена в табл.2 и зависит как от физико-химических свойств вещества, так и биологической природы среды, температуры, влажности, УФ-радиации и т.д.
Таблица 2. Стабильность 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты
в объектах окружающей среды.
Объект среды | Максимальная стабильность препарата, сутки |
Почва | 300-500 |
Растительные материалы | 120-180 |
Водные организмы | 100-150 |
Водная среда | 120 |
О распределении 2,4-Д в водных объектах имеются противоречивые данные. Учитывая коэффициенты распределения пестицида между отдельными компонентами биосферы, в [4] было показано, что наибольшая доля 2,4-Д накапливается в воде (93,8 %), а в [3] продемонстрировано распределение 2,4-Д при поступлении в воду: основная доля (60%) метаболизируется в растительном материале в виде конъюгатов, незначительная часть (5-10%) адсорбируется донными осадками, песком и 30% остается в воде.
Экологическая безопасность пестицидов связана с их избирательностью, а также большей или меньшей персистентностью. Класс ФКК относится к среднетоксичным соединениям, значительно уступая по токсичности, например, группе хлорорганических пестицидов. Тем не менее ряд представителей ФКК обладают отдаленным токсическим действием: так у 2,4,5-Т выражено эмбриотропное действие и этот препарат запрещен к применению в России.
Будучи ксенобиотиками, вносимыми в окружающую среду, пестициды представляют собой несомненную опасность для природы и человека. Важную роль в предотвращении негативных последствий применения пестицидов играет контроль за содержанием их токсических остатков в объектах окружающей среды, растениеводческой продукции, кормах и продуктах питания. Наиболее широко для анализа пестицидов класса ФКК используют физико-химические методы и в первую очередь ГЖХ и ВЭЖХ, отличающиеся высокой селективностью и чувствительностью определения ФКК [5,6,7,8]. Однако, кроме вышеуказанных достоинств методики имеют ряд недостатков. Так, например, используемые в ГЖХ-варианте дериватизирующие агенты представляют собой высокотоксичные соединения, а в ВЭЖХ-варианте известно мешающее влияние гуминовых кислот и связанные с этим дрейф базовой линии, трудности при идентификации и количественном определении. Кроме того, оба хроматографических метода анализа характеризуются сложностью аппаратурного оформления.
В гораздо меньшей степени для аналитического контроля различных объектов на содержание пестицидов используют фотометрические, электрохимические, иммуноферментные методы и методы биоиндикации [5,9]. Большинство указанных методов характеризуются длительностью пробоподготовки, использованием большого количества (и объемов) реактивов, некоторые требуют наличия дорогих специфических реагентов.
Относительно новым, экспрессным и достаточно чувствительным методом анализа пестицидов является капиллярный электрофорез [10]. ФКК в нейтральных и щелочных растворах диссоциируют с образованием органических анионов. Этот факт определяет самый простой вариант их анализа методом капиллярного электрофореза - так называемый зонный электрофорез, при котором компоненты пробы, введеной с входного конца кварцевого капилляра, разделяются в электрическом поле за счет их различных подвижностей и детектируются в виде дискретных зон индивидуальных компонентов. Необходимо отметить важность разделения и последующего определения не только самих ФКК, но и продуктов их деструкции, многие из которых также оказывают токсическое воздействие на окружающую среду и человека. Для ФКК таким сопутствующим компонентом является 2,4-дихлорфенол (2,4-ДХФ).
В качестве разделительной системы выбрана смесь приоритетных гербицидов (кислоты: феноксиуксусная, 2,4-дихлорфеноксиуксусная (2,4-Д), 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная, 2,4-дихлорфенокси-α-пропионовая и 2,4-дихлорфенокси-α-масляная) и конечного продукта их разложения (2,4-дихлорфенол). Все компоненты обладают заметным поглощением в УФ-области. Работа выполнялась на приборе "Капель-103" (НПФ АП "Люмэкс"), с кадмиевой лампой (λраб 228,8 нм); длина используемого кварцевого капилляра 65 см (эффективная длина- 55 см); внутренний диаметр капилляра 75 мкм.
Оптимизировались следующие условия разделения ФКК методом зонного электрофореза:
Оптимальными признаны следующие условия разделения: гидродинамический ввод-30 мбар*30 сек; ведущий электролит- тетраборат натрия с концентрацией 10 мМ, рН 9,18; рабочее напряжение +20 кВ. В оптимальных условиях проведено разделение смеси гербицидов (рис.2). Показано, что разделение происходит в течение двух минут (при общем времени анализа 9 мин).
Рис.2. Электрофореграмма смеси пестицидов группы ФКК и 2,4-дихлорфенола. Система капиллярного электрофореза "КАПЕЛЬ-103" (НПФ АП "ЛЮМЭКС", г. Санкт-Петербург), ведущий электролит: 10 мМ тетраборат натрия, рН=9,18; ввод пробы: 30 мбар*30 сек; капилляр: 65 см*75 мкм; напряжение: +20 кВ; детектирование: УФ, 228,8 нм. Состав анализируемой смеси (в скобках указана концентрация компонента в анализируемом растворе, мг/л): 2,4-ДВ (2.5), 2,4-ДР (2.0), 2,4,5-Т (2.0), 2,4-Д (2.0), 2,4-ДХФ (1.6), ФУК (2.0). Сбор и обработка данных- с помощью ПО "МультиХром" (фирма "Амперсенд", г. Москва).
На рис.3 представлен градуировочный график для 2,4-Д. Диапазон измеряемых концентраций 0,2 - 20 мг/л. Для водных объектов пробоподготовка заключается в фильтровании образца, его разбавлении буферным раствором и центрифугировании полученной смеси.
Используя предварительное концентрирование пробы (твердофазную экстракцию или жидкостно-жидкостную экстракцию), можно существенно снизить предел обнаружения каждого компонента.
Главными достоинствами метода капиллярного электрофореза являются его высочайшая эффективность разделения (на несколько порядков превышающая эффективность газовой и жидкостной хроматографии), экспрессность анализа и его простота, малый расход реактивов. Повышение селективности разделения ФКК возможно при переходе к мицеллярному варианту капиллярного электрофореза - так называемой мицеллярной электрокинетической хроматографии, а также при добавлении в ведущий электролит макроциклических реагентов (циклодекстрины, краун-эфиры, криптанды).
Таким образом, капиллярный электрофорез является новым инструментальным методом анализа пестицидов. Тем не менее совершенствование процедур пробоподготовки (при переходе к почвам и пищевым продуктам) и оптимизация всего анализа в целом остаются актуальной задачей.
Литература