Технологія процесу швидкого аналізу при визначенні хлорорганічних пестицидів методом ГРХ-ЕЗД з використанням двох колонок

УДК 665.37
І.В. Левчук, В.А. Кіщенко, П.Ф. Петик, канд. техн. наук

Попередня ідентифікація залишкових кількостей пестицидів різних груп та їх кількісне визначення проводяться за допомогою газорідинної хроматографії з селективними детекторами. Всі позитивні результати повинні підтверджуватись якісно і кількісно. Правильність результатів аналізу має бути підтверджено за рахунок альтернативних колонок для газової хроматографії або детекторів. Інструментальний аналіз – основний засіб хіміка-аналітика. Кожне завдання повинне вирішуватися за допомогою найбільш придатного методу, що обирається з одного боку з аналітичних міркувань, а з іншого – з економічної доцільності. Тому хіміку-аналітику потрібні знання і володіння всіма сучасними прийомами інструментального аналізу, що надає можливість вирішувати актуальні та найважливіші завдання аналізу залишкових кількостей хлорорганічних пестицидів в харчових продуктах та сировині, зокрема в олієжировмісних продуктах.

Мета нашої роботи – застосування сучасних методів інструментального аналізу щодо визначення хлорорганічних пестицидів, які знаходяться як залишкові у оліях,жирах та олієжировмісних продуктах.

Хлорорганічні сполуки надзвичайно токсичні і особливо небезпечні та біологічно-активні, вони стійкі в навколишньому середовищі і живих організмах і здатні накопичуватися в харчових ланцюгах. Продукти їх розпаду або трансформації стабільніші, ніж початкові пестициди, тож зберігають високу токсичність. Приклади хлорорганічних пестицидів – сумно відомий ДДТ і хлорпохідні діоксину. Окремі представники цього класу речовин – сильні отрути, що в десятки тисяч разів токсичніші за ціаністий калій. Хлорорганічні пестициди, які надходять до організму людини з продуктами харчування та іншими шляхами в концентраціях, вище гранично допустимих, викликають захворювання різної хімічної етіології. Слід підкреслити, що проблема оцінки реального ризику в зв’язку з вживанням людиною продуктів харчування, виготовлених за технологіями з використанням пестицидів, не може бути вирішена без адекватних методів та методик, які повинні забезпечити виявлення та достовірне кількісне визначення залишків хлорорганічних пестицидів у оліях, жирах та олієжировмісних продуктах на рівнях гігієнічних нормативів і нижче.

Тому нами для аналізу хлорорганічних пестицидів в харчових продуктах та сировині використаний метод газорідинної хроматографії із застосуванням двох хроматографічних колонок. Проте слід зазначити, що необхідні для позитивної ідентифікації дії проводяться за вибором хіміка-аналітика. Результати аналізів повинні підтверджуватись кількісно і якісно на колонках з нерухомими фазами різної полярності.

Для аналізу хлорорганічних пестицидів використовувалась газохроматографічна система із двома детекторами по захопленню електронів із застосуванням колонок НР-5 і НР-50 + (для підтвердження результату). Селективність колонки НР-5 стосовно даного набору хлорорганічних пестицидів (табл. 1) дозволила спрямувати наші зусилля на оптимізацію температурного режиму для колонки НР-50+. Наявність індивідуальних інжекторів з електронним керуванням газами дозволило здійснювати регулювання швидкостей потоку газоносія окремо для обох колонок, як для НР-50+, так і для НР-5.

Розділення хлорорганічних пестицидів проводилось з використанням газового хроматографу Agilent 6890 N у комплексі з персональним комп’ютером із програмним забезпеченням НР Chemstation, двома мікроелектронозахоплюючими детекторами, двома інжекторами з розподілом і без розподілу потоку (Split/Splitless), автосамплером на 100 зразків, із синхронним уведенням проб, що дозволило вводити зразки у режимі без розподілу потоку одночасно [1]. Аналіз хлорорганічних пестицидів проводили з використанням колонок НР-5 (довжина 30 м, внутрішній діаметр 0,32 мм, товщина фази 0,25 мкм (НР кат. № 19091J-413) і НР-50+ (довжина30 м, внутрішній діаметр 0,32 мм, товщина фази 0,25 мкм (НР кат. № 19091L-413). В якості калібрувального зразка використовували суміш хлорорганічних пестицидів, що містить 17 компонентів (табл.1), з концентрацією кожного компонента, крім метоксихлору, 25 мкг/дм3, і концентрацією метоксихлору 100 мкг/дм3. Калібрувальний зразок був приготовлений шляхом розведення сертифікованого стандарту виробництва фірми Supelco у гексані особливого ступеня чистоти.

Для досягнення розділення піків пестицидів до рівня базової лінії необхідно було оптимізувати температурний режим для двох колонок (температурний градієнт) і швидкість потоків газу-носія для того, щоб провести розділення критичних пар, таких як: 4,4’ДДЕ, ділдрин, 4,4′ ДДД; ендосульфан II, ендосульфан сульфат дляколонки НР-5 і ендосульфан II, 4,4’ДДТ; метоксихлор, ендосульфан сульфат дляколонки НР-50 + (рис.1, 2).

Таблиця. Перелік хлорорганічних пестицидів, що визначались

№ п/п Назва
1 α-ГХЦГ
2 β-ГХЦГ
3 γ-ГХЦГ
4 Гептахлор
5 δ-ГХЦГ
6 Алдрин
7 Гептахлорепоксид
8 Ендосульфан I
9 4,4’ДДЕ
10 Ділдрин
11 Ендрин
12 4,4’ДДД
13 Ендосульфан II
14 4,4’ДДТ
15 Ендрин альдегі
16 Ендосульфан сульфат
17 Метоксихлор

analiz_pesticidiv_1
Рис. 1. Хроматограма стандартної суміші пестицидів, отримана з використанням колонки НР-50+ (масова концентрація ХОП-25 мкг/дм3 для метоксихлору – 0,1 мкг/дм3)

analiz_pesticidiv_2
Рис. 2. Хроматограма стандартної суміші пестицидів, отримана з використанням колонки НР-5 (масова концентрація ХОП-25 мкг/дм3 для метоксихлору – 0,1 мкг/дм3).

Газохроматографичні параметри, підібрані і оптимізовані для двоколоночного аналізу хлоровмісних пестицидів з використанням двох інжекторів і двох детекторів по захопленню електронів дозволили досягти бажаного розподілу пестицидів. Отримані піки характеризувалися правильною формою, придатною для виконання точних кількісних визначень.

Розрізняють два типа методів підтвердження: кількісний метод, який важливий,коли вміст пестицидів перевищує максимальні кількості, а також якісне підтвердження, якщо залишки виявляються не типовими. Ідентифікацію хлорорганічних пестицидів здійснювали в два прийоми. Спочатку параметри утримування кожного піка хроматограми досліджуваної суміші (зразка) порівнювали із параметрами піків речовин – еталонів (стандартної суміші), хроматограму якої отримували окремо. Як еталони обирали речовини, присутністьяких передбачається у складі досліджуваної суміші (рис.1,2, табл.1). За умови рівності параметрів утримування речовини – еталона і досліджуваного компонента робили висновок про можливість ідентичності цих речовин. У разі ідентичності цих речовин за часом утримання еталон вводили у досліджувану суміш. Якщо висота відповідного піка збільшується, а він не розширюється, то природа визначуваного компонента ідентична речовині – еталону. Якщо ж на хроматограмі досліджуваної суміші спостерігається зміна ширини на половині висоти піка або виникає новий пік, то введено еталон іншої природи (рис. 3,4) [3].

analiz_pesticidiv_3
Рис.3 Хроматограми пестицидів, виділених з насіння льону, отримані на двох капілярних колонках

При проведенні досліджень насіння льону на вміст хлорорганічних пестицидів нами використаний метод газорідинної хроматографії із застосуванням двох колонок. В результаті аналізу було виявлено 4,4’ДДТ, але при внесенні у суміш(зразок) еталону 4,4’ДДТ на хроматограмі досліджуваної суміші спостерігалась зміна ширини на половині висоти піка, що доводить наявність введеного еталону іншої природи (рис. 3, 4).

analiz_pesticidiv_4
Рис.4 Пік речовини – еталону (4,4’ДДТ), що введена у досліджувану суміш

analiz_pesticidiv_5
Рис. 5 Хроматограми гексанових екстрактів з олії соняшникової з добавкою еталонної суміші хлорорганічних пестицидів на рівні 0,005 мг/кг, отримані на колонках різної полярності – НР-5 (А) та НР-50+(В)

Тому нами для підтвердження наявності або відсутності досліджуваного компонента у суміші проведено аналіз не на одній колонці, а на двох колонках з різною полярністю нерухомої фази. Для контролю точності проведених вимірювань нами застосовується метод добавок, внутрішнього стандарту, а також контроль по внутрішньо-лабораторному зразку та сертифікованому стандартному зразку (рис. 5).

Для кількісних визначень хлорорганічних пестицидів нами використано два методи. По-перше, метод внутрішнього стандарту, який ґрунтується на введенні в досліджувану суміш певної кількості стандартної речовини. Як стандарт в даному випадку обирається речовина, яка близька за фізико-хімічними властивостями до компонентів суміші, але не обов’язково є її компонентом. Пік стандартного компонента має повністю відділятися від піків усіх інших компонентів. Для компонентів суміші та внутрішнього стандарту заздалегідь встановлюють відносний поправковий коефіцієнт.

По-друге, метод зовнішнього стандарту, який в свою чергу ґрунтується на використанні лінійної залежності висоти або площі піка від кількості відповідної речовини у суміші. Спочатку встановлюють цю залежність, використовуючи розчини стандартних речовин із точно відомою концентрацією або вмістом, і виражають її графічно, тобто будують градуювальний графік. Для побудови градуювального графіка хроматографують не менше п’яти модельних сумішей зі зростаючим вмістом речовини, вводячи в колонку однакові об’єми проби (рис. 1, 2, табл. 1). Знаходять площі відповідних піків і за цими даними будують графік залежності. За градуювальним графіком обчислюють масову частку або концентрацію (рис. 6).

Кількісне визначення можливе, якщо середня величина повернення внутрішнього стандарту перебуває у діапазоні від 70% до 110% за умови, що стандартне відносне відхилення дорівнює або менше 20%.

analiz_pesticidiv_6
Рис.6 Приклад градуювального графіка для кількісного аналізу пестицидів

Відповідність цій умові слід періодично перевіряти шляхом випробувань проб, що містять в собі добавки відповідних стандартних матеріалів [4].

Існують й інші методи якісної і кількісної ідентифікації. В деяких випадках для підтвердження наявності або відсутності досліджуваного компонента у суміші аналіз проводять на трьох колонках з різною полярністю. Якщо на всіх трьох колонках підтверджується наявність і рівність параметрів утримування компонента , що визначається та речовини-еталона (стандарту), то це досить переконливо засвідчує наявність саме цього компонента у суміші. Але ефективним методом ідентифікації є використання газового хроматографа з мас-селективним детектором, який дає змогу визначати мас-спектри компонентів досліджуваної суміші. Отримані спектри порівнюють з наявними в каталогах (бібліотеках спектрів) і на цій підставі ідентифікують компоненти суміші.

Використання мас-спектрометрії для підтвердження та ідентифікації мають найвищу результативність. При наявності газового хроматомас-спектрометра мас-спектрометрія приймається як основний метод.

Висновки


Якісна ідентифікація хлорорганічних пестицидів проводиться одночасно за допомогою двох капілярних колонок з використанням метода добавки еталонної суміші.

У результаті виконаних досліджень отримані нові дані щодо газохроматографічних параметрів визначення й оптимізації умов одночасного двохколоночного аналізу хлорорганічних пестицидів із використанням двох інжекторів і двох електронозахоплюючих детекторів.

Впроваджено для кількісної ідентифікації хлорорганічних пестицидів метод внутрішнього стандарту.

Для контролю точності вимірювань хлорорганічних пестицидів впроваджено сертифікований стандартний зразок.

Список літератури:
1. USEPA “Methods for Organic chemical Analysis of Municipal and industrial Wastewater”.– 1982 – Method 608.
2. Осейко М.І. Технологія рослинних олій –Київ: Варта”, 2006 – С. 190.
3. Лисенко О.М., Набиванець Б.Й. Вступ до хроматогафічного аналізу.– Київ:“КОРВІН ПРЕСС”, 2005.– С. 21.
4. ДСТУ EN 12393:2003. Частини 1-3. Продукти харчові нежирові й жирові. Визначення вмісту залишків пестицидів газохроматографічним методом.

Поступила до редколегії 12.01.08


Стаття опублікована у Віснику НТУ «ХПІ» в 2008 році.