3.3. Определение пестицидов методом газовой хроматографии (на примере хлорорганических пестицидов) 3.3.1. Описание метода
Газовой хроматографией называется хроматографический метод, в котором в качестве подвижной фазы применяется газ или пар. В свою очередь газовая хроматография может быть разделена на газо-твердофазную и газожидкостную. В первом случае неподвижной фазой служит твердое вещество – адсорбент, во втором – жидкость, распределенная тонким слоем по поверхности какого-либо твердого носителя (зерненного материала, стенок колонки).
В работе используется метод газо-твердофазной хроматографии. Неподвижная фаза представляет собой твердый гранулированный материал (например, силикагель, оксид алюминия или уголь). В основе процесса разделения лежит адсорбция на твердой поверхности.
3.3.2. Методика определения хлорорганических пестицидов методом газовой хроматографии
Методика основана на экстракции пестицидов из анализируемой пробы этилацетатом, очистке экстракта концентрированной серной кислотой или силикагелем с последующим анализом хлорорганических пестицидов на газовом хроматографе с детектором электронного захвата.
Рис. 15. Газовый хроматограф
Анализ пробы с помощью газового хроматографа (рис. 15) осуществляется следующим образом. Дозированная часть экстракта анализируемой пробы с помощью микрошприца вводится в испаритель газового хроматографа, где она испаряется и потоком газа-носителя (азота, гелия, водорода) переносится в колонку. Колонка находится в термостате. Для более эффективного разделения компонентов смеси при-меняют программируемое повышение температуры. На колонке происходит динамическое разделение многокомпонентной пробы на индивидуальные вещества. Выходящие из колонки разделен-ные фракции смеси компонентов, анализи-руется детектором электронного захвата, показания которого фиксируются регист-ратором (чаще персо-нальным компьюте-ром – ПК).
Рис. 17. Электронно-захватный детектор:
1 – ввод газа; 2 – источник излучения;
3 – вывод в атмосферу; 4, 5 – электроды
+
ввод
вывод
1
2
3
4
5
Схема газового хроматографа представлена на рис. 16. Газ-1
2
3
3’
4
6
Рис. 16. Газовый хроматограф:
1 – баллон высокого давления с газом-носителем;
2 – стабилизатор потока; 3 и 3' – манометры;
4 – хроматографическая колонка; 5 – устройство для ввода пробы; 6 – термостат; 7 – детектор;
8 – регистратор (ПК); 9 – расходомер
8
7
5
9
носитель подается из баллона (1) под определенным постоянным давлением, которое устанав-ливается при помощи специальных клапанов и регистрируется манометрами (3 и 3΄). Скорость потока регулируется стабилизатором (2) и в зависимости от размера колонки составляет 20–50 мл/мин. Пробу перед вводом в колонку (4) дозируют. Жидкие пробы вводят специальными инжек-ционными шприцами (объемом 0,5–20 мкл) в поток газа-носителя (в испаритель – 5) через мембрану из силиконовой самоуплотняющейся резины. Проба должна испаряться практически мгновенно, иначе пики на хроматограмме расширяются и точность анализа снижается. Поэтому дозирующее устройство (5) хроматографа снабжено нагревателем, что позволяет поддерживать температуру дозатора примерно на 50°С выше, чем температура колонки. Термостат (6) дает возможность в процессе хроматографирования повышать температуру с постоянной скоростью (линейное программирование темпе-ратуры). Для непрерывной регистра-ции и измерения концентрации разделяемых веществ в газе-носителе в комплекс газового хрома-тографа входит детектор электрон-ного захвата (7). Сигнал детектора регистрируется ПК.
Детектор электронного зах-вата представляет собой ячейку с двумя электродами (ионизационная камера), в которую поступает газ-носитель, прошедший через хрома-тографическую колонку и содер-жащий смесь разделенных ком-понентов (рис. 17). В камере он облучается постоянным потоком
-электронов, поскольку один из электродов изготовлен из материала, являющегося источником излучения (63Ni, 3Н, 226Ra). В детекторе происходит взаимодействие свободных электронов с молекулами определенных типов с образованием стабильных анионов: АВ + е = АВ– ± энергия, АВ+е=А + В– ± энергия. В ионизованном газе-носителе в качестве отрицательно заряженных частиц присутствуют только электроны. В присутствии соединения, которое может захватывать электроны, ионизационный ток детектора уменьшается. В значительной степени благодаря использованию детектора электронного захвата удалось обнаружить повсеместное распространение пестицидов в окружающей среде.
3.3.3. Пробоподготовка образцов
Из объединенной пробы продукта отбирают навеску массой 50 г помещают в коническую колбу с притертой пробкой вместимостью 250 мл и приливают 100 мл этилацетата. Содержимое колбы перемешивают в течение 20 мин на аппарате для встряхивания.
Экстракт декантируют в круглодонную колбу, пропуская через слой безводного сернокислого натрия. Эту операцию повторяют еще
2 раза. Экстракт объединяют и концентрируют путем выпаривания досуха с помощью ротационного испарителя при температуре водяной бани 40–45оС.
Очистка экстракта
Сухой остаток количественно переносят с помощью 5 мл гексана в делительную воронку вместимостью 100 мл, добавляют 5 мл концентрированной серной кислоты и содержимое воронки аккуратно встряхивают 5–10 раз. После разделения слоев, нижний слой отбрасывают. Очистку экстракта повторяют 2 раза. Очищенный экстракт дважды промывают сначала 1%-ным раствором бикарбоната натрия порциями по 5 мл, затем водой до нейтральной реакции смывных вод. Гексановый экстракт количественно переносят в колбу грушевидной формы вместимостью 25 мл и отгоняют на ротационном испарителе при температуре водяной бани 40–45оС.
Сухой остаток растворяют в 10 мл гексана.
3.3.4. Методика проведения измерений
Методика проведения измерений включает следующие основные этапы:
– градуировку хроматографа по стандартным растворам с известной массовой концентрацией исследуемых пестицидов;
– подготовку пробы пищевого продукта методом жидкость/жидкостной экстракции по п. 3.3.3;
– анализ экстракта методом газовой хроматографии с регистрацией сигнала детектором электронного захвата;
– идентификацию определяемых пестицидов по параметрам удерживания;
– вычисление массовой концентрации пестицидов в пробе на основе зарегистрированных аналитических сигналов (площади пиков) и градуировочных характеристик;
– вычисление массовой доли пестицидов в составе пищевого продукта.
На рис. 18 представлен хроматографический профиль наиболее распространенных хлорорганических пестицидов, полученный методом газовой хроматографии. Номера пиков, обозначенные на хроматограмме, соответствуют номерам, указанным в табл. 8.
t, мин
2 4 6 8 10
Рис. 18. Хроматографический профиль стандартной смеси пестицидов,
полученный методом газовой хроматографии
Таблица 8
Некоторые хлорсодержащие пестициды
№ пика
|
Пестициды
|
№ пика
|
Пестициды
|
1
|
Тетрахлор-m-ксилол (SS1)
|
11
|
Диэльдрин
|
2
|
α-ГХЦГ
|
12
|
Эндрин
|
3
|
Линдан
|
13
|
4,4'-ДДД
|
4
|
-ГХЦГ
|
14
|
Эндосульфан II (-эндосульфан)
|
5
|
Гептахлор
|
15
|
4,4'-ДДТ
|
6
|
-ГХЦГ
|
16
|
Эндрина альдегид
|
7
|
Альдрин
|
17
|
Эндосульфана сульфат
|
8
|
Гептахлорэпоксид
|
18
|
Метоксихлор
|
9
|
Эдосульфан I (α-эндосульфан)
|
19
|
Эндрина кетон
|
10
|
4,4'-ДДЕ
|
20
|
Декахлорбифенил (SS2)
| 3.3.5. Порядок выполнения работы
Цель работы: освоение методических основ и приобретение практических навыков определения хлорорганических пестицидов в составе пищевых продуктов методом газовой хроматографии.
Приборы, реактивы и материалы, необходимые для выпол-нения работы:
– хроматограф газовый с детектором электронного захвата (например, серии-3700 с программным обеспечением Мультихром);
– колонка стеклянная для газовой хроматографии длинной 1,5 м диаметром 3 мм, заполненная сорбентом (например, хромосорб WAV DmCs);
– ротационный испаритель с водяной баней;
– аппарат для встряхивания;
– коническая колба с плотно притертым шлифом емкостью 250 мл;
– делительная воронка вместимостью 100 мл;
– колба грушевидная 25 мл;
– набор стандартных растворов хлорорганических пестицидов с различной концентрацией – от 0,02 до 0,4 нг/5мкл;
– гексан, химически чистый (ректифицированный);
– этилацетат;
– концентрированная серная кислота по ГОСТу 14262–78;
– безводный сульфат натрия;
– бикарбонат натрия.
3.3.5.1. Режимы хроматографического анализа хлорорганических пестицидов
Режимы детектирования:
– температура колонки – 1700С;
– температура испарителя – 2200С;
– температура детектора – 2300С;
– скорость потока газа носителя – 40 мл/мин;
– рабочая шкала электрометра – 6,410–11А;
– объем пробы – до 5 мкл.
Кондиционирование хроматографической системы осуществляют за 12 часов до начала занятия в следующих режимах: 2 ч при t = 1000С;
2 ч при t = 1500С; 4 ч при t = 2000С; 4 ч при t = 2200С. Затем проводится разделение стандартной смеси хлорорганических пестицидов.
Задание 1. Изучить особенности подготовки проб пищевых продуктов для определения содержания пестицидов. Приготовить пробы пищевых продуктов, предложенные преподавателем, в соответствии с п. 3.3.3.
Задание 2. Провести градуировку хроматографической системы. Градуировку хроматографа осуществляют последовательным вводом ряда смесей рабочих растворов, приготовленных из стандартных образцов хлорорганических пестицидов. Концентрация каждого пестицида в в первой смеси должна быть – 1 мг/л; во второй – 5 мг/л; в третьей – 10 мг/л.
Под руководством преподавателя с клавиатуры ПК в программу WinXrom ввести параметры проведения хроматографического разделения (пп. 3.3.5.2) и запустить в автоматическом режиме
2–3 хроматографических анализа. Результаты оформить в виде табл. 9.
Т а б л и ц а 9
№ п/п
|
Время удерживания (t), мин
|
Площадь пика, мкАсек
|
Концентрация пестицида
в пробе, мг/л
|
1.
|
|
|
|
Хроматограмму стандарта необходимо сохранить в следующем формате: «Стандарт ДД–ММ–ГГ.001» (например, «Стандарт 01–08–03.001»).
На основе полученных хроматографических профилей, построить калибровочный график (по оси ординат откладывается концентрация пестицида – мг/л, по оси абсцисс – площадь пика, мкАс).
Задание 3. Определение качественного и количественного состава хлорорганических пестицидов в исследуемом образце.
Под руководством преподавателя запустить измерение пробы пищевого продукта, приготовленной в соответствии с п. 3.3.3, в автоматическом режиме (с параметрами хроматографирования, выбранными в задании 2). По окончании измерения провести идентификацию пестицидов по файлам стандартов («Стандарт ДД–ММ–ГГ.001»), полученным в задании 2.
На основе полученного хроматографического профиля рассчитать значения площади пиков и времени удержания для каждого пестицида. По градуировочному графику определить массу пестицидов (мг) в аликвотной части экстракта, введенной в хроматограф. По окончании работы заполнить табл. 10.
Т а б л и ц а 10
№ п/п
|
Наименование идентифицированного пестицида
|
Время удерживания (t), мин
|
Площадь пика мкАсек
|
Массовая концентрация пестицида (m1)
в экстракте, мкг/л
|
1.
|
|
|
|
|
Массовую концентрацию Хi каждого из пестицидов в пробе исследуемого пищевого продукта (мг/кг) определяют по формуле
 , (12)
где mi – массовая концентрация пестицида, найденная по градуиро-вочному графику в аликвотной части экстракта, мкг/л; m2 – масса анализируемой пробы, г; V1 – объем аликвоты, вводимой в хроматограф, мкл; V2 – общий объем экстракта пробы, из которого взята аликвота для хроматографирования, мл; R – коэффициент извлечения (примерно 0,95).
Вычисления проводят до третьего десятичного знака. Результат измерения массовой доли пестицидов округляют до второго десятичного знака и заносят в протокол (прил. 1) в следующем виде: Xi, ± (мг/кг(л)), при Р=0,95 , где Xi, – массовая концентрация каждого из пестицидов в пробе, мг/кг(л); Р – вероятность; – граница абсолютной погрешности, вычисляемая по формуле
 . (13)
После получения результатов необходимо оценить значения нормативов оперативного контроля сходимости, которые приведены в ГОСТе 30349–96 «Плоды, овощи и продукты их переработки. Методы определения остаточных количеств хлорорганических пестицидов».
Сделать заключение о соответствии (или несоответствии) содержания хлорорганических пестицидов в исследованном пищевом продукте допустимым уровням, установленным СанПиНом 2.3.2.1078–01.
Вопросы для самоконтроля
В каких пищевых продуктах нормируется содержание пестицидов? Какие пестициды определяют в составе пищевых продуктов в соответствии с требованиями СанПиН?
Какой хроматографический метод используют для определения содержания пестицидов в составе пищевых продуктов?
Какой детектор используется для определения хлороргани-ческих пестицидов методом ГХ и на чем основан его принцип действия?
Как проводят пробоподготовку пищевых продуктов для определения содержания хлорорганических пестицидов методом ГХ?
Проведение каких операций включает методика определения хлорорганических пестицидов методом ГХ?
Как проводят идентификацию хлорорганических пестицидов и их количественное определение?
Как обеспечивается точность определения хлорорганических пестицидов методом ГХ?
|
