СОСТАВ ВНУТРЕННЕГО СТАНДАРТА ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИХЛОРИРОВАННЫХ ДИБЕНЗО-N-ДИОКСИНОВ Российский патент 1997 года по МПК G01N30/06 

Изобретение относится к исследованиям и анализу материалов путем разделения на составные части и может быть использовано при контроле загрязнений в промышленности, сельском и лесном хозяйстве и охране окружающей среды.

Поступление в окружающую среду полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) в настоящее время является одной из глобальных экологических проблем, решение которой связывают с наличием надежных методов обнаружения ПХДД, в том числе и наиболее токсичного из них 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина, в объектах окружающей среды.

Важным элементом этих методов являются стандарты ПХДД, которые должны иметь близкие к определенным соединениям физико-химические, газохроматографические и масс-спектральные характеристики и они предназначены для контроля всех стадий процесса выделения, очистки и детектирования определяемых соединений.

Существует ряд методов определения ПХДД, в которых используются различные наборы стандартов.

Для определения 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина (ТХДД) в золе мусоросжигательных установок применяли градуировочные растворы, используя в качестве вещества сравнения препарат ТХДД с содержанием более 98% основного вещества [1]
Недостатком данного метода является использование внешнего стандарта для проведения количественного анализа, не позволяющего в полной мере судить о полноте выделения искомых соединений, что может привести к искажению полученных результатов.

Для повышения точности количественного определения содержания полихлорированных дибензо-п-диоксинов в объектах окружающей среды применяют метод, где в качестве стандарта используют меченные по углероду изопоты.

Для определения содержания тетрахлорзамещенных дибензо-п-диоксинов в промышленном гербициде 2,4-D в качестве внутреннего стандарта использовали C¹³ 1,2,3,4-ТХДД (Бродский Е. С. Клюев Н. А. Жильников В. Г. Муренец Н. В. Бочаров Б. В. Русинов Г. Л. Журнал аналит. химии. 1992, т. 47, N 8, 1497).

Однако использование одного внутреннего стандарта для количественного определения ПХДД в многокомпонентных смесях приводит к искажению результатов анализа вследствие несоответствия экстракционной способности различных ПХДД.

Для количественного определения ПХДД используют также смесь внешнего и внутреннего стандартов. Так, определение тетрахлордибензо-п-диоксинов в природных и сточных водах методами газовой хроматографии и хроматомасс-спектрометрии низкого и высокого разрешения проводили с использованием внешнего стандартного образца 1,2,3,4-ТХДД, а в качестве внутреннего стандарта меченый C¹³-1,2,3,4-ТХДД [2]
В методике, разработанной Агентством по охране окружающей среды США [3] в качестве внутреннего стандарта для контроля эффективности экстракции и детектирования рекомендуется использовать набор из 5 меченых по ¹³C полихлорированных дибензо-п-диоксинов. Для контроля эффективности процесса очистки используется 37 Cl₄-2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин. Такой набор стандартов позволяет контролировать все стадии процесса выделения, очистки и детектирования определяемых соединений.

Данный состав стандартов для количественного определения ПХДД является наиболее близким к предлагаемому и рассматривается в качестве прототипа.

При всех несомненных достоинствах (возможность количественного определения ПХДД) прототип имеет, однако, ряд недостатков, основными из которых следует считать:
высокую стоимость проведения анализа из-за присутствия в нем меченых образцов;
невозможность проведения количественного определения ПХДД с использованием газовой хроматографии, оснащенной электронно-захватным детектором, в связи с тем, что меченый и стандартный образцы имеют одинаковый индекс удерживания;
высокую степень опасности проведения количественного определения ПХДД из-за наличия во внутреннем стандарте высокотоксичных меченых образцов и в первую очередь 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина.

Задача изобретения снижение стоимости анализа, расширение спектра используемой аналитической аппаратуры, а также снижение степени опасности проведения анализа тетра-, пента-, гекса-, гептахлордибензо-п-диоксинов в объектах окружающей среды.

Задача достигается применением внутреннего стандарта, состоящего из смеси монофтор-полихлорированных дибензо-п-диоксинов при следующем соотношении ингредиентов, об.

Монофтор-тетрахлордибензо-п-диоксин 15-70;
Монофтор-пентахлордибензо-п-диоксин 70-15;
Монофтор-гептахлоридбензо-п-диоксин Остальное
Использование предлагаемого внутреннего стандарта позволяет оценить степень извлечения ПХДД из определяемого объекта и провести калибровку аппаратуры, они же выступают в качестве реперов. Характеристики образцов, входящих в патентуемый состав, представлены в табл. 1.

Структура и чистота синтезированных соединений подтверждена нами с использованием инструментальных методов анализа (элементный анализ, газовая хроматография, хроматомасс-спектрометрия, ядерный магнитный резонанс).

Для доказательства работоспособности предлагаемых стандартов были использованы различные ПХДД, синтезированные по известным методикам. Чистота ПХДД составляла, по данным ГХ/МС, 98 99%
При этом была проведена токсикологическая оценка синтезированных фторхлордибензо-п-диоксинов на нелинейных белых мышах при внутрижелудочной аппликации, при этом показано, что патентуемые соединения в дозах до 50 мг/кг не проявляют токсического действия (LD₅₀> 50 мг/кг, что соответствует уровню токсичности пестицидов.

Для оценки экстракционной способности синтезированных соединений был определен их параметр гидрофобности (log P), а также хроматографические параметры в условиях высокоэффективной жидкостной хроматографии (элюент-метанол, λ 235 нм, колонка Zorbax ODS, расход элюента 1 мл/мин).

Для подтверждения возможности осуществления изобретения и установления оптимального соотношения заявляемых ингредиентов (примеры 1 16) были использованы матрицы дистиллированной воды (1 л), грунта (20 г), придонного ила (20 г). В матрицу вносили 100 мкл смеси одиннадцати полихлорированных дибензо-п-диоксинов в гексане с концентрацией 1•10^-2 мг/мл каждого. В примере 1 вносили также 100 мкл предлагаемого стандарта с концентрацией 5•10^-2 мг/мл каждого фторированного ПХДД. Затем экстрагировали 2 раза по 50 мл бензола.

Экстракт упаривали на роторном испарителе до 1 мл, а затем на песчанной бане до 10 мкл в токе азота. Определение коэффициента экстракции осуществляли с использованием газового хроматографа и хроматомасс-спектрометра.

Количественное определение проводили при следующих условиях.

Газовая хроматография:
Колонка кварцевая капиллярная ДВ-5 с неподвижной жидкой фазой SЕ-54 (60 м•0,32 мм•0,25 мкм)
Начальная температура колонки 70^oC
Скорость подъема температуры 20^oC/мин
Промежуточная температура колонки 180^oC
Время выдержки 3 мин
Скорость подъема температуры 4^oC/мин
Конечная температура колонки 290^oC
Время выдержки 20 мин
Температура инжектора 290^oC
Температура детектора 290^oC
Cкорость газа-носителя 1 мл/мин
Коэффициент деления потока 1/40.

Хроматомасс-спектрометрия:
Колонка кварцевая капиллярная ДВ-5 с неподвижной жидкой фазой SE-54(60 м•0,32 мм•0,25 мкм)
Температура инжектора 310^oC
Температура детектора 270^oC
Температура источников ионов 240^oC
Температура интерфейса 240^oC
Начальная температура колонки 50^oC
Время выдержки 8 мин
Скорость подъема температуры 20^oC/мин
Промежуточная температура колонки 220^oC
Скорость подъема 2^oC/мин
Конечная температура колонки 300^oC
Время выдержки 15 мин
Коэффициент сброса 1/9
Входное давление 1 ат
Доза вкола 1 мкл
Время задержки сброса данных 1440с
Скорость сканирования 0,33 с/ден
Диапазон масс сканирования 180 530 ед.

Энергия ионизации 70 eV
В табл. 2 представлены результаты определения степени экстракции (G)ПХДД и фторхлордибензо-п-диоксинов из указанных выше матриц (пример 1).

Анализ табл. 2 показывает, что представленные соединения имеют сходную степень экстракции. При этом установлено также, что экстракционная способность ФХДД стандартов сопоставима экстракционной способностью ПДХХ, содержащих в молекуле число атомов хлора, одинаковое с фторированным аналогом.

Таким образом, показана возможность использования в качестве внутреннего стандарта смеси фторхлордибензо-п-диоксинов в соотношении 1:1:1 для количественного определения ПХДД различными инструментальными методами (ГХ, ГХ/МС).

Анализ полученных результатов показывает, что уверенное количественное определение ПХДД из различных объектов окружающей среды достигается применением в качестве внутреннего стандарта смеси фторхлордибензо-п-диоксинов при следующем соотношении ингредиентов, об.

2-фтор-6,7,8,9-тетрахлордибензо-п-диоксин 15 70;
2-фтор-1,3,4,7,8-пентахлордибензо-п-диоксин 70 15;
2-фтор-1,3,4,6,7,8,9-гептахлордибензо-п-диоксин Остальное
Изменение состава внутреннего стандарта в предлагаемом интервале не влечет изменения возможности количественного определения ПХДД в объектах среды. Отклонение от вышеуказанных соотношений ингредиентов приводит к невоспроизводимости результатов и затруднении количественного анализа указанных соединений.

В литературе отсутствуют конкретные стоимостные выражения для меченых и фторированных ПХДД, однако имеющихся каталожных данных (Cambridge isotope laboratories) позволяет сделать вывод о том, что меченные стандарты как минимум в 5 10 раз дороже соответствующих им немеченных образцов. Стоимость же фторхлорсодержащих дибензо-п-диоксинов будет находиться на уровне полихлорированных аналогов.

В табл. 3 представлена сравнительная характеристика предлагаемом состава внутреннего стандарта и прототипа.

Таким образом, показано, что предлагаемый состав внутреннего стандарта для проведения количественного определения ПХДД в различных объектах окружающей среды выгодно отличается от прототипа, что позволяет рекомендовать его для использования при контроле загрязнений в промышленности, сельском и лесном хозяйстве и охране окружающей среды, а также при выявлении путей поступления загрязнителей типа полихлорированных дибензо-п-диоксинов в среду обитания человека.

Использование: количественное определение полихлорированных дибензо-п-диоксинов. Сущность определения: в качестве внутреннего стандарта используют смесь монофтор-полихлорированных дибезо-п-диоксинов при следующем соотношении ингредиентов, об. %:
Монофтор-тетрахлордибензо-п-диоксин - 15 - 70
Монофтор-пентахлордибензо-п-диоксин - 70 - 15
Монофтор-гептахлордибензо-п-диоксин - Остальное
Для количественного определения тетрахлордибензо-п-диоксинов используют 2-фтор-6,7, 8, 9-тетрахлордибензо-п-диоксин. Для количественного определения пентахлордибензо-п-диоксинов используют 2-фтор-1,3,4,7,8-пентахлордибензо-п-диоксин. Для количественного определения гекса - и гептахлордибензо-п-диоксинов используют 2-фтор-1,3,4,6,7,8,9-гептахлордибензо-п-диоксин. 3 з. п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав внутреннего стандарта для количественного определения полихлорированных дибензо-п-диоксинов, отличающийся тем, что используют смесь монофтор-полихлорированных дибензо-п-диоксинов при следующем соотношении ингредиентов, об.

Монофтор-тетрахлордибензо-п-диоксин 15 70
Монофтор-пентахлордибензо-п-диоксин 70 15
Монофтор-гептахлордибензо-п-диоксин Остальное
2. Состав внутреннего стандарта по п.1, отличающийся тем, что для количественного определения тетрахлордибензо-п-диоксинов используют 2-фтор-6,7,8,9-тетрахлордибензо-п-диоксин.