Тонкослойная хроматография в химическом анализе природных вод

«Тонкослойная хроматография в химическом анализе природных вод»

Содержание

Введение

Глава 1. Мониторинг природных вод

Глава 2. Планарная (тонкослойная хроматография) и ее применение

Глава 3. Примеры использования тонкослойной хроматографии в анализе природных вод

Глава 4. Современное аппаратурное оформление

Литература

Введение

Разнообразие окружающих нас объектов в основном определяется органическими соединениями, имеющими различную природу и молекулярную массу. Наиболее волнующие проблемы экологии, качества пищевых продуктов и природных вод, диагностики также преимущественно связаны с необходимостью получать информацию о сложных по составу смесях органических веществ. В то же время есть простой и доступный по эксперименту выполнения метод - планарная хроматография. Вода является одним из самых ценных природных ресурсов нашей планеты, без нее невозможно существование человечества. Антропогенное загрязнение естественных водоемов началось много веков назад, постоянно возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время достигло планетарных масштабов. Среди различных физико-химических методов большое значение получил метод планарной (тонкослойной) хроматографии.

ГЛАВА 1. МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ ВОД

Растущая озабоченность относительно качества природных, питьевых вод, вод хозяйственного назначения, безопасности сточных вод привела различные международные организации (Европейское сообщество, Агентство по охране окружающей среды США) и объединенные регулирующие органы к необходимости составления перечня приоритетных загрязнителей и выработки соответствующих правил для их контроля.

Список приоритетных загрязнителей, принятый Европейским сообществом (ЕС) в 1982г., насчитывает 129 веществ. Столько же веществ входит в аналогичный перечень, принятый Агентством по охране окружающей среды США. Позднее к списку ЕС были добавлены еще три вещества.

В обоих "черных списках" можно выделить следующие основные группы веществ:

· неорганические соединения;

· летучие органические соединения;

· органические соединения средней летучести;

· полициклические ароматические углеводороды;

· пестициды, гербициды и бифенилы;

· фенолы;

· анилины и нитроароматические соединения;

· бензидины;

· оловоорганические соединения;

· другие соединения.

В некоторых случаях были установлены максимально допустимые концентрации. Например, содержание пестицидов и полиядерных ароматических углеводородов в питьевой воде не должно превышать 0,1 мкг / л (или 0,1 ррв). ЕС, в отличие от американского Агентства по охране окружающей среды, не регламентировало аналитические методы для определения опасных загрязнителей. Разрешено использовать любой метод, чувствительность которого позволяет определять загрязнители на уровне предельно допустимых концентраций.

В проведении мониторинга вод различной природы и различного назначения можно выделить следующие этапы:

· отбор пробы;

· пробоподготовка;

· обнаружение и идентификация ожидаемых компонентов;

· измерение концентрации найденных компонентов. [1]

Методы анализа

Загрязнители обычно присутствуют в воде на уровне следов в диапазоне от 1 мкг/л (1ррв) до 1 нг/л (1рр t ). Пределы обнаружения большинства методов близки к значениям предельно допустимых концентраций, поэтому для определения примесей требуется самая высокая чувствительность аналитических приборов. Задача выбора оптимальной аналитической методики и прибора в мониторинге решается с учетом типа определяемых веществ и требуемых пределов обнаружения.

Методы анализа, используемые в современных лабораториях, занимающихся контролем окружающей среды, включают

· различные варианты оптических методов анализа (например, спектрофотомерия в видимой УФ- и ИК-областях, атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия);

· хроматографические методы (газовая, жидкостная, сверхкритическая);

· электроаналитические методы (вольтамперометрия, ионометрия и другие).

Ни один из перечисленных методов не является универсальным, некоторые из них пригодны для определения только органических веществ, другие – неорганических.

Оптические методы, в частности, классические фотометрические и спектрофотометрические методы, основанные на образовании определяемыми компонентами окрашенных соединений с разнообразными реагентами, издавна и широко применяются для целей мониторинга окружающей среды. В последние десятилетия все большее значение приобретают также атомно-абсорбционная и эмиссионная (флуоресцентная) спектрометрия, методы, позволяющие определить большое число химических элементов в неорганических матрицах с крайне низкими пределами обнаружения (при абсолютных содержаниях приблизительно 10^-14 нг). Повышению чувствительности определений этими методами способствуют простейшая предварительная пробоподготовка или концентрирование (экстракция, упаривание проб воды и т.п.).

Хроматографические методы часто оказываются незаменимыми для идентификации и количественного определения органических веществ со сходной структурой. При этом наиболее широко используемыми для рутинных анализов загрязнителей окружающей среды являются газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография. Газохроматографический анализ органических загрязнителей в питьевой и сточных водах сначала основывался на использовании насадочных колонок, позднее распространение получили и кварцевые капиллярные колонки. Внутренний диаметр капиллярных колонок составляет обычно 0,20-0,75 мм, длина - 30-105 м. Оптимальные результаты при анализе загрязнителей в воде достигаются чаще всего при использовании капиллярных колонок с различной толщиной пленки из метилфенилсиликонов с содержанием фенильных групп 5 и 50%. Уязвимым местом хроматографических методик с использованием капиллярных колонок часто становится система ввода пробы. Системы ввода пробы можно подразделить на две группы: универсальные и селективные. К универсальным относятся системы ввода с делением и без деления потока, “холодный” ввод в колонку и испарение при программировании температуры. При селективном вводе используют продувку с промежуточным улавливанием в ловушке, парофазный анализ и т.д. При использовании универсальных систем ввода в колонку поступает вся проба полностью, при селективной инжекции вводится только определенная фракция. Результаты, получаемые при селективном вводе, являются существенно более точными, поскольку попавшая в колонку фракция содержит только летучие вещества, и техника при этом может быть полностью автоматизирована.[1, 2]

Глава 2. ПЛАНАРНАЯ (ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ) И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

Планарная хроматография - один из вариантов хроматографических методов, основанных на избирательном распределении компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися фазами. Хроматографические методы различают по агрегатному состоянию подвижной (газ или жидкость) и неподвижной (жидкость или твердое тело) фаз. Планарная хроматография - способ анализа, в котором процессы разделения смеси веществ осуществляются в плоском слое сорбента (неподвижной фазе). Она разделяется на бумажную и тонкослойную хроматографии. В первой в качестве сорбента используется специальная бумага, во второй процессы разделения происходят в тонких слоях сорбента, нанесенного на инертную твердую подложку, или в пленках пористого полимерного материала. Бумажная и тонкослойная хроматографии сходны по технике выполнения анализа. Тонкослойная хроматография (ТСХ), однако, заняла особое место среди других хроматографических методов благодаря простоте методики и доступности оборудования, широкой области применения, высокой экономичности, достаточно высокой селективности и чувствительности. ТСХ является единственным хроматографическим методом, который позволяет проводить полный анализ неизвестной смеси, поскольку исследователь может проверить, не осталось ли на старте неэлюированных (неразделенных) компонентов. Метод ТСХ был предложен в 1938 году отечественными учеными Н.А. Измайловым и М.С. Шрайбер. Однако широкие возможности метода были открыты позднее благодаря работам Ю. Кирхнера [4] и Э. Шталя [5].

Общее описание метода. На результаты анализа в методе ТСХ влияет техника эксперимента. В методе ТСХ неподвижная фаза тонким слоем (100-300 мкм) наносится на стеклянную, металлическую или пластмассовую пластинки. В качестве сорбента чаще всего используют силикагель, оксид алюминия, целлюлозу, полиамид, кизельгур. На линию старта (1,5-2 см от края пластинки) очень малым пятном наносятся анализируемая смесь и стандартные вещества. Для этого используют капилляры, микропипетки или микрошприцы. Затем пластинку в герметичной камере погружают в растворитель, который выполняет роль подвижной фазы. Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента до финиша и с разной скоростью переносит компоненты смеси, что приводит к их разделению. Принцип разделения такой же, как в других видах хроматографии, - неодинаковое сродство разделяемых органических веществ к подвижной жидкой фазе и стационарному сорбенту. После достижения растворителем (элюентом) линии финиша пластинку высушивают и проводят идентификацию компонентов. Разделенные компоненты на пластинке или полоске бумаги образуют отдельные зоны (пятна). Многие вещества не обнаруживаются в видимой области, и для их определения невидимые зоны проявляют опрыскиванием пластины ТСХ специальными реагентами. Для обнаружения пятен можно использовать УФ-излучение или термическую деструкцию веществ.

Важной характеристикой степени разделения определяемых соединений в планарной хроматографии является величина Rf - отношение расстояния от центра пятна на пластинке до линии старта (х) к расстоянию (у), пройденному растворителем от линии старта до финиша. Величина Rf является характеристикой природы определяемого соединения и зависит от сорбента, растворителя, используемых для разделения. Для надежности идентификации веществ при определении Rf часто используют "свидетели". Для этого на пластинке вместе с разделяемой смесью веществ хроматографируют стандартные вещества ("свидетели").

Правильный выбор сорбента и растворителя (смеси растворителей) определяет эффективность (полноту) разделения. Выбор хроматографической системы определяется природой анализируемой смеси. Например, насыщенные углеводороды сорбируются в очень малой степени и поэтому движутся в нем с более высокой скоростью. Ненасыщенные углеводороды сорбируются тем сильнее, чем больше в них содержится двойных связей. Для их разделения следует использовать наиболее активные сорбенты и малополярные растворители. Для органических веществ, содержащих разные функциональные группы, адсорбционное сродство повышается в следующем ряду: -СН3 , -О-аlk, >С=О, -NH2 , -ОН, -СООН. Это приводит к тому, что на слоях силикагеля или окиси алюминия при применении в качестве растворителя, например бензола, простые или сложные эфиры располагаются в верхней части хроматограммы, кетоны и альдегиды - примерно в середине, спирты - ближе к линии старта, а кислоты остаются на старте.

Растворители разной природы, используемые в ТСХ, различаются по их элюирующему (вытеснительному) действию, и их можно расположить в так называемые элюотропные ряды. Наблюдается очевидная зависимость между полярностью и элюирующим действием растворителя. Например, элюотропный ряд для силикагеля по мере возрастания элюирующей способности выглядит следующим образом: н-гексан, пентан, циклогексан, четыреххлористый углерод, толуол, хлороформ, дихлорметан, диэтиловый эфир, уксусная кислота, этанол, метанол, пиридин, вода.

Методы обработки хроматограмм. Для получения информации о качественном и количественном составе анализируемой смеси используют различные методы детектирования - как химические, так и физические. В последние годы значительно возросло использование ферментативных методов, особенно в клинической диагностике, при определении пестицидов. Пластинки ТСХ выполняют роль дискет, с которых химическая, физическая или ферментативная информация может быть считана в любом месте и в любое время. Все это в отличие от других вариантов хроматографии происходит отдельно от процесса разделения, и этим устраняется влияние подвижной фазы. Отсюда следует, что селективность (избирательность) метода ТСХ складывается из селективности процесса разделения и специфичности детектирования, взятых вместе.Это преимущество присуще только ТСХ.

Идентификацию веществ (качественный анализ) можно проводить по равенству значений Rf анализируемого вещества и стандарта ("свидетеля"). Если на хроматограмме образуются окрашенные зоны, то это значительно упрощает ее обработку. Невидимые хроматограммы проявляют (находят зоны разделенных веществ) химическими и физическими способами.

При химическом способе пленку или бумагу опрыскивают раствором или держат в парах взаимодействующего с компонентами анализируемой смеси реагента. Эти реактивы разделяют на два типа: 1) реактивы общего назначения, позволяющие обнаружить большое число соединений различных классов; 2) более специфичные реактивы, позволяющие обнаружить соединения определенного класса или с определенной функциональной группой. К реагентам общего назначения относятся концентрированная серная кислота, раствор бихромата калия в концентрированной серной кислоте, 1%-ный спиртовый раствор иода, фосфорно-молибденовая кислота, родамин. Одно из существенных преимуществ ТСХ по сравнению с бумажной хроматографией - возможность использования агрессивных проявителей.

Примером селективного реагента, позволяющего визуально по окраске пятен обнаруживать присутствие аминосоединений различной природы в смесях, является 4-хлор-5,7-динитробензофуразан. При физическом способе проявления зон пластинку облучают УФ-лучами. Сорбент обычно содержит флуоресцентные индикаторы (силикаты цинка, сульфиды цинка или кадмия, вольфраматы щелочноземельных металлов), и пластина при облучении светится бледно-голубым светом. Если на пластинке есть вещества, способные поглощать УФ-излучение (ароматические и содержащие сопряженные С=С-связи вещества), то происходит ингибирование флуоресценции. Поэтому на ярком фоне пластинок появляются темные зоны, соответствующие определяемому соединению.

Более информативная идентификация веществ достигается при использовании спектральных методов детектирования (спектрофотометрия, флуориметрия, ИК-спектроскопия). Совпадения спектральных характеристик анализируемых и эталонных веществ является подтверждением их идентичности. Реакции ингибирования ферментативных реакций на хроматографической пластинке также используются для идентификации веществ.

Количественный анализ осуществляют непосредственно на хроматограмме (на слое сорбента или бумаге). Часто анализируемое вещество вымывают из слоя сорбента и полученный раствор анализируют каким-либо методом. В обоих случаях используют перечисленные выше спектральные, а также радиометрические методы. Предпочтение отдается первому способу, так как при этом значительно повышаются экспрессность и чувствительность определения. Следует отметить, что чувствительность определения зависит не только от условий разделения. Например, чем меньше Rf анализируемого вещества, тем менее размыта зона. Для рутинных количественных определений в ТСХ широко используют денситометры, которые измеряют интенсивность поглощения электромагнитного излучения при сканировании хроматографической пластинки. В результате регистрируется хроматограмма, которая имеет форму, аналогичную для газовой и других видов жидкостной хроматографии [3].

Во многих случаях для определения содержания веществ после разделения на пластинках ТСХ используют полуколичественный метод, применимый и в школьной лаборатории. Он заключается в визуальном сравнении размера пятна (а также сопоставлении их интенсивностей) с размерами серии пятен этого же вещества с известными концентрациями (стандартные растворы). Несмотря на простоту подхода, он обеспечивает правильность определения 5-10% при содержании 1-5 мкг.

Современное состояние и перспективы планарной хроматографии. Как это часто бывает в истории развития любого инструментального метода, после бурного развития в 60-70-х годах планарную хроматографию потеснил новый метод - высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Однако в последние годы тонкослойный вариант планарной хроматографии получил новый импульс для развития и наблюдается возрастание его роли в хроматографических методах. Это связано с меньшей стоимостью оборудования для ТСХ, разработкой двумерного и радиального вариантов разделения, внедрением пластин для высокоэффективной хроматографии, появлением систем автоматизированного многократного хроматографического проявления (АМХП). В двумерной хроматографии анализируемую смесь элюируют одним растворителем (или смесью), затем пластинку сушат и под углом 90° элюируют вторым растворителем. В радиальной хроматографии растворитель с регулируемой скоростью подается в центр пластинки, заставляя зоны перемещаться от центра к периферии. Это позволяет существенно ускорить процесс разделения.

Особенно перспективной является методика АМХП. Она удобна для определения пестицидов и продуктов их метаболизма в почвах, грязевых шламах и почвенных водах, а также в питьевой воде и водах минеральных источников. Хроматографическое разделение проводят в АМХП-системе, работа которой управляется и контролируется при помощи компьютера. Проводят многократное хроматографическое проявление (прогон растворителя). При таких многоступенчатых проявлениях (до 25 шагов) с возрастающей длиной полосы разделения и градиентным ступенчатым уменьшением полярности растворителя возможно разделение до 40 веществ на разделительной полосе длиной 8 см.

Важное значение имеет развитие высокоэффективной тонкослойной хроматографии (ВЭТСХ). За счет создания принудительного движения подвижной фазы с регулируемой скоростью, уменьшения размера частиц сорбента (до 5-7 мкм) и насыщения пространства над пластиной парами растворителя удается существенно ускорить процесс и повысить четкость разделения.

Широко используется сочетание ТСХ с другими методами, в частности с высокоэффективной жидкостной хроматографией. Например, такой прием применяют при анализе сточных вод. Первоначально анализируемый образец можно разделить на колонках ВЭЖХ. После этого отдельные фракции наносят на пластинки ТСХ и проводят разделение с использованием методики АМХП. Таким образом в анализируемой смеси разделяется до 30 отдельных фракций. В каждой из этих фракций, в свою очередь, на пластинке ТСХ определяется до десяти соединений. В отдельных случаях в образцах таким образом обнаруживали присутствие до 300 веществ. Такой прием продемонстрировал эффективность совместного использования двух методов при определении веществ в диапазоне концентраций от нанограммов до пикограммов.

Применение планарной хроматографии в анализе сложных смесей органических соединений. Возможности тонкослойной хроматографии в анализе различных объектов можно проиллюстрировать на примере анализа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), гербицидов на основе фенилмочевины и стеролов в пищевых продуктах.

Хорошо известно, что некоторые ПАУ обладают канцерогенной активностью. Их анализ актуален с экологической точки зрения: они присутствуют в следовых количествах в минеральном масле, воздухе, воде, выхлопных газах, а также в пищевых продуктах. Нормы по питьевой воде устанавливают их граничную концентрацию в 0,2 мкг/л для шести ПАУ, одним из которых является бензо(а)пирен

Для разделения ПАУ и количественного определения их в питьевой воде была использована ВЭТСХ с флуориметрическим детектированием. Специфичность флуориметрического определения достигалась очень тонким выбором длин волн возбуждения и регистрации, что позволило детектировать каждый отдельный компонент на пикограммовом уровне даже при неполном разделении веществ.

Определение гербицидов на основе фенилмочевины используемых для обработки растений, по одной из нормированных методик проводится методом ТСХ. Скорость перемещения веществ на пластинках определяется природой заместителей в них. На рис. 5 приведены результаты фотометрического детектирования (l = 254 нм) определяемых соединений после одно- и двукратного элюирования.

Стеролы - производные углеводорода стерана, имеющего гидроксильную группу в третьей позиции. Они широко распространены в природе и (в зависимости от происхождения) подразделяются на зоостеролы и фитостеролы. Наиболее важными из них являются холестерол (в русской литературе холестерин), 7-дигидрохолестерол, b-ситостерол, стигмастерол и эргостерол

Стеролы имеют важное значение для характеристики жиров (растительные и животные), а холестерол, как известно, при определенных условиях может повышать риск появления инфаркта. Растительные жиры содержат большей частью полиненасыщенные жирные кислоты и лишь следы холестерола. На основании физиологических аспектов питания рекомендуется употреблять больше растительных жиров, в частности маргарина, и определение стеролов в маргарине является важной характеристикой его качества. Для контроля его содержания можно использовать разные виды хроматографии, в том числе и ТСХ. После экстракции стеролы можно разделить в ВЭТСХ камере на пластинке импрегнированной нитратом серебра. Для детектирования используется флуоресцентный детектор. Предел обнаружения при этом составляет 3 нг/зону.[5, 6]

Развитие процесса хроматографирования во времени:

Глава 3. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ В АНАЛИЗЕ ПРИРОДНЫХ ВОД

Метод тонкослойной хроматографии определения ХОП в природных водах. [11]

Метод основан на извлечении ХОП из воды гексаном, сернокислотной очистке экстракта и определении в тонком слое сорбента на оксиде алюминия, силикагеле или пластинках силуфол в различных системах подвижных растворителей с проявлением мест локализации пестицидов различными проявляющими реагентами.

Подготовка к определению. Тщательно промытую хромовой смесью, содой, дистиллированной водой и высушенную пластинку протирают этиловым спиртом или эфиром и покрывают сорбционной массой. Массу готовят следующим образом. Смешивают 50 г просеянного через сито с размером отверстий 0,149 мм оксида алюминия в фарфоровой ступке с 5 г сульфата кальция, прибавляют 75 мл дистиллированной воды и перемешивают в ступке или колбе до образования однородной массы. На пластинку 9 * 12 см наносят 10 г сорбционной массы (на пластинку 13 Х 18 см - 20 г) и, покачивая, равномерно распределяют по всей пластинке. Пластинки сушат при комнатной температуре 18-20 ч, можно сушить 20 мин при комнатной температуре, а затем 45 мин в сушильном шкафу при 110 °С.

Смешивают 35 г силикагеля КСК, просеянного через сито с размером отверстий 0,149 мм, с 2 г сульфата кальция и 90 мл дистиллированной воды и перемешивают в ступке или колбе до однородной массы. Наносят на пластинки и сушат, как указано выше. Порция рассчитана на 10 пластинок.

Если пластинки с тонким слоем силикагеля темнеют после УФ-облучения, силикагель перед применением следует очистить от примесей. Для этого силикагель заливают на 18-20 ч разбавленной соляной кислотой (1: 1), кислоту сливают, промывают силикагель водой и кипятят в круглодонной колбе 2-3 ч с разбавленной азотной кислотой (1:1), промывают проточной водопроводной, затем дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод, сушат в сушильном шкафу 4-6 ч при 130⁰с. Силикагель дробят и просеивают через сито с размером отверстий 0,149 мм.

Пластинки для хроматографии силуфол UV-254 (ЧССР) перед использованием импрегнируют о-толидином. Для этого каждую пластинку опускают на 0,5 см в 0,1 % -ный раствор о- толидина в ацетоне, налитый в камеру для хроматографирования. Пост того как фронт растворителя поднимется до верхнeгo края пластинки, ее вынимают и сушат на воздухе, избегая прямого солнечного света. После этого пластинки готовы к работе. Пластинки, импрегнированные о-толидином, хранят в эксикаторе.

Пластинки силуфол UV-254 предварительно промывают дистиллированной водой в хроматографической камере, высушиваю на воздухе и непосредственно перед использованием активирую в сушильном шкафу 4 мин при 65 ОС.

Ход определения. Экстракцию ХОП и концентрирование экстракта проводят по схеме, изложенной выше, при определении ХОП методом ГЖХ. При необходимости экстракты обрабатывают концентрированной серной кислотой, как указано в том же разделе.

Сконцентрированный до 1-2 мл экстракт (без очистки или после сернокислотной очистки) количественно с помощью ацетона переносят в коническую пробирку вместимостью 5 мл. В пробирку помещают заплавленный в верхней части стеклянный капилляр и удаляют растворитель на горячей водяной бане до объема 0,2-0,3 мл. Остаток количественно, с помощью того же стеклянного капилляра, но с отломанным запаянным концом, наносят на хроматографическую пластинку в одну точку, так чтобы диаметр пятна не превышал 1 см. Остаток экстракта в колбе смывают тремя порциями по 0,2 Мл диэтилового эфира, которые наносят в центр первого пятна. Справа и слева от пробы на расстоянии 2 см наносят стандартные растворы, содержащие 1; 3; 5, ... , 10 мкг исследуемых препаратов (или другие количества препаратов, близкие к определяемым концентрациям препаратов).

Пластинки с нанесенными растворами помещают в хроматографическую камеру, на дно которой за 30 мин до начала хроматографирования наливают подвижный растворитель. При использовании пластинок с тонким слоем оксида алюминия или силикагеля в качестве подвижного растворителя применяют н-гексан или смесь гексана с ацетоном в соотношении 6: 1 для препаратов, R, которых в гексане ниже 0,3. При использовании пластинок силуфол подвижным растворителем является' 1 % -ный раствор ацетона в гексане, а при использовании пластинок силуфол, импрегнированных о- толидином,- гексан с диэтиловым эфиром в соотношении 49: 1. Край пластинки с нанесенными растворами может быть по гружен в подвижный растворитель не более чем на 0,5 см.

После того как фронт растворителя поднимется на 1О см, пластинку вынимают из камеры и оставляют на несколько минут для испарения растворителя. Далее пластинку орошают одним из проявляющих реактивов и подвергают действию УФ-лучей 10 - 15 мин (лампа ПРК-4). Пластинки следует располагать на расстоянии 20 см от источника света.

При обработке хроматограмм проявляющими реактивами на основе нитрата серебра ХОП проявляются на хроматограммах в виде серо-черных пятен на белом фоне. Окраска пятен устойчива несколько дней.

После обработки пластинок ортотолидиновым реактивом и УФ – облучением гексахлоран и эфиросульфонат проявляются через 20-35 минут в виде зелено-оранжевых пятен, устойчивых 2-3дня.

Определение полиароматических углеводородов в объектах окружающей среды методами жидкостной и тонкослойной хроматографии. [7]

Было определено содержание полиароматических углеводородов (ПАУ), в частности, бенз(а)пирена в снежном покрове. Пробоподготовку осуществляли экстракцией диэтиловым эфиром. Качественный анализ осуществляли методом тонкослойной хроматографии. Пробы наносили на пластину Silufol UV-254 и осуществляли хроматографический анализ в двух системах: система 1 - раствор кофеина в хлороформе; система 2 - смесь циклогексана и н-гексана. Использование системы 1 позволило снизить нижний предел обнаружения.

Количественный анализ осуществляли методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Исследование проводили на хроматографе «Цвет-500» с пламенно-ионизационным детектором. В качестве сорбента использовали силиконовый каучук SE-54 с нанесенной на него неподвижной фазой OV-101. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 200 до 310° С со скоростью 4 С /мин. В качестве газа-носителя использовали азот. Метод позволил определить ПАУ на уровне ПДК.

Денситометр «Сорбфил» для количественной ТСХ. [8]

Денситометрия является наиболее удобным методом количественных расчетов в тонкослойной хроматографии (ТСХ). Для ее реализации используются денситометры, сканирующие ТСХ пластину узким лучом света определенной длины волны, и видеоденситометры, производящие расчеты по видеоизображениям хроматограмм. Основными преимуществами последних является высокая скорость обработки и простота документирования.

Денситометр «Сорбфил» (производство ЗАО «Сорбполимер») позволяет обрабатывать любую ТСХ, видимую в дневном или УФ свете с длиной волны 254 или 365 нм. Изображение пластины, полученное с помощью сканера, цифровой или видеокамеры передается в компьютер. Исходя из базового положения денситометрии, что размер и интенсивность окраски пятна есть функция количества вещества в пятне, программа «Денситометр Сорбфил» производит расчет процентного состава веществ в смеси и концентрации вещества в пробе. Воспроизводимость измерений составляет 98% при относительном среднеквадратичном отклонении площади хроматографических зон менее 4%, что не превышает значение обычное для сканирующих денситометров. Результаты расчетов (графики, таблицы), текстовые пояснения, а также изображение хроматограммы, могут быть сохранены и отпечатаны в виде отчета.

Простота конструкции и достаточно высокая точность результатов ориентированы на лаборатории любого типа. Применение денситометра «Сорбфил» не требует изменения существующих методик ТСХ анализа.

Денситометр «Сорбфил» сертифицирован (сертификат Госстандарта России RU.C.31.001.А №6488, регистрационный №23965-02 в Государственном реестре средств измерений).

Метод определения нефтепродуктов тонкослойной

хроматографией с люминесцентным окончанием. [9,10]

Принцип метода. Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией четыреххлористым углеродом, концентрировании экстрак-та и хроматографическом отделении нефтепродуктов в тонком слое окиси алюминия в смеси органических растворителей: петролейный эфир : четы-реххлоритстый углерод : уксусная кислота (70:30:2). Количественное опреде-ление нефтепродуктов производится люминесцентным методом. Метод предназначен для анализа вод с содержанием нефтепродуктов выше 0,02 мг/л. Люминесцентное определение основано на способности входящих в со-став нефтепродуктов ароматических, особенно полициклических конденси-рованных углеводородов под действием ультрафиолетовых лучей (λ_возб.=300-400 нм) интенсивно люминесцировать в коротковолновой области спектра (λ_измер.=343 нм, ν=23040 см^-1).

Реактивы

1. Окись алюминия, безводная

2. Четыреххлористый углерод, CСl₄, ч.д.а.

3. Сернокислый натрий Na₂SO₄, безводный, х.ч.

4. Петролейный эфир, х.ч.

5. Гексан, С₆Н₁₄, х.ч.

6. Уксусная кислота, СН₃СООН, ледяная, х.ч.

7. Подвижный растворитель (петролейный эфир (или гексан): четыреххлористый углерод : ледяная уксусная кислота)

70 г петролейного эфира или гексана, 30 мл четыреххлористого угле-рода и 2 мл ледяной уксусной кислоты встряхивают в склянке с притертой пробкой. Готовят непосредственно перед употреблением, используют в тече-ние рабочего дня.

8. Фильтры бумажные, белая лента, d = 6 см

Аппаратура

1. Флюориметр (для люминесцентного определения), первичный све-тофильтр (λ_возб. = 300-400 нм), вторичный светофильтр (λ_люмен. = 434 нм) с эталоном.

2. Осветитель ртутно-кварцевый с лампой ПРК-4 и синим светофильт-ром (λ=400 нм) типа ОЛД-1 -1 шт.

3. аппарат для встряхивания жидкостей типа АВУ-1 - 1 шт.

4. Приспособление для нанесения тонкого слоя окиси алюминия (не-закрепленного) толщиной 1 мм - валик - 1 шт.

5. Вентилятор - 1 шт.

6. Сушильный шкаф - 1 шт.

Посуда

1. Хроматографические пластинки 9х12 - 2 шт.

2. Делительные воронки на 1 л - 1шт.

3. Колбы конические 50 мл - 1 шт.

4. Колба мерная 100 мл - 1 шт.

5. Пробирка с притертой пробкой, с отметкой 10 мл - 1 шт.

6. Пипетки 5 мл - 1 шт.;

1 мл - 1 шт.

7. Микропипетка с оттянутым концом и капилляр - 1 шт.

8. Тигель стеклянный, d_{внутр .}= 0,15 мм, h = 25 мм

9. Кристаллизатор, d = 20см с притертой крышкой - 1 шт.

10. Воронка, d = 4 см - 1 шт.

Ход определения. Пробу воды объемом 0,5-1 л помещают в дели-тельную воронку, добавляют 25 мл четыреххлористого углерода и смесь встряхивают несколько раз, открывая пробку для выпускания паров раство-рителя. Затем пробу помещают в аппарат для встряхивания и экстрагируют в течение 30 мин. Делительную воронку укрепляют в штативе и оставляют на 15-20 минут до полного расслоения слоев жидкости. Затем открывают кран и слой четыреххлористого углерода сливают в коническую колбу с притертой пробкой.

Экстракт сушат 5 г безводного сульфата натрия в течение 30 минут и сливают в стеклянный тигель. Растворитель в тигле удаляют испарением при комнатной температуре под током воздуха от вентилятора. Эту операцию следует проводить в вытяжном шкафу.

После полного испарения растворителя находящийся в тигле концентрат количественно (омывая несколько раз стенки тигля малыми порциями четыреххлористого углерода) переносят на предварительно подготовленную хроматографическую пластинку с незакрепленным слоем окиси алюминия. Концентрат помещают на середину полосы сорбента на расстоянии 0,6-0,7 см от нижнего края так, чтобы диаметр пятна не превышал 0,5 см. Для этого концентрат наносят малыми (0,005 мл) порциями после испарения растворителя из предыдущей порции экстракта. Не следует наносить на одну полосу более 0,5 мг нефтепродуктов, так как при этом ухудшается раз-деление смеси.

Хроматографичесую пластинку с нанесенными на ее полосы пробами помещают в стеклянную хроматографичесую камеру, насыщенную парами подвижного растворителя под углом 20^о. Толщина слоя подвижного раство-рителя 0,5 см. Пятна с нанесенными пробами на должны быть ниже слоя рас-творителя. Через 3 минуты, когда фронт подвижного растворителя достигнет верхнего слоя окиси алюминия, пластинку вынимают и выдерживают в вы-тяжном шкафу в течение 10-15 минут для испарения растворителя.

Пластинку помещают под ультрафиолетовый осветитель и наблюдают хроматографические зоны: голубую с R_f = 0,9 (углеводороды), желтую с R_f = 0,4 (смолы) и коричневую с R_f = 0 (асфальтены и др.). Отмечают границы голубой зоны (нефтепродуктов), количественно переносят ее в воронку с бумажным фильтром и элюируют нефтепродукты 4 мл четыреххлористого углерода.

Измеряют интенсивность люминесценции элюатов в ультрафиолетовой области спектра.

Интенсивность люминесценции измеряют на флюориметре с первичным светофильтром λ=320+390 нм и вторичным λ=400+580 нм. Установку диафрагмы производят по эталону.

Содержание нефтепродуктов находят по соответствующему калибро-вочному графику.

Раздельное определение летучих фенолов методом тонкослойной хроматографии. [11]

Сущность метода.

Летучие фенолы сначала превращают в азокрасители с диазотированным n- нитроаналином, затем последние разделяют методом тонкослойной хроматографии на оксиде алюминия. Подвижным растворителем служит хлорбензол. Пятна окрашенных соединений вырезают скальпелем, соединения эти извлекают тем или иным органическим растворителем, оксид алюминия отфильтровывают и окрашенные соединения колориметрируют.

Ход определения. Анализ сточных вод с относительно высоким содержанием летучих фенолов. Отбирают такой объем анализируемой сточной воды, чтобы в ней содержалось 10-100 мг всех летучих фенолов и отгоняют их. Дистиллят подкисляют до рН = 3-4 добавлением 1 н. HCI, насыщают поваренной солью и обрабатываю диэтиловым эфиром до полного извлечения фенолов. Обычно на это расходуется несколько порций эфира по 20-30 мл. Полноту извлечения проверяют качественной реакцией с 4-аминоантипирином. Из объединенной эфирной вытяжки фенолы количественно извлекают несколькими порциями 1,5%-ного раствора едкого кали и в мерной колбе доводят объем щелочного раствора до 100 мл. Переносят в делительную воронку аликвотную часть щелочного раствора 1-10 мл, прибавляют 1 мл разбавленной (1: 4) серной кислоты, 25 мл 2 н. раствора карбоната натрия и 2,5 мл диазотированного п-нитранилина. Образуется смесь азокрасителей красного цвета. Для ее извлечения осторожно приливают 50 мл разбавленной (1: 4) серной кислоты (выделяется С0₂!). 25 мл хлорбензола и взбалтываютют. Отделяют слой хлорбензола и пропускают его через сухой бумажный фильтр.

Для хроматографического разделения используют стеклянные пластинки размером 20 Х 10 см. Насыпают на стекло около 20 г оксида алюминия и прокатыванием стеклянной палочкой, на концы которой надеты резиновые трубки, создают слой толщиной около 1 мм. На расстоянии 15 мм от нижнего края проводя'J.1, стартовую линию и наносят на нее 0,5-1,0 мл хлор бензольного раствора. Затем помещают пластинку в хроматографическую камеру так, чтобы она была наклонена к горизонтальной плоскости примерно на 100. В камеру предварительно наливают 80 мл бензола, уровень его должен достигать нижнего края стекла. Сосуд закрывают пришлифованной крышкой и оставляют на 20 мин. В течение этого времени фронт растворителя продвигается до верхнего края слоя адсорбента. На расстоянии 1-1,5 см от стартовой линии появляется розово-сиреневое пятно фенола (Rr = Е 0,1}, далее, на расстоянии (-8 см от старта образуется серо-сиреневое пятно о-крезола и на расстоянии около 13 см-светло-коричневое пятно m- крезола и n-крезола.

Затем стекло вынимают, высушивают на воздухе под тягой и вырезают скальпелем окрашенные пятна. окрашенные участки адсорбента, содержащие фенол и о-крезол, обрабатывают отдельно изопропанольной смесью порциями по 10 мл и отфильтровывают оксид алюминия через стеклянный фильтр № 4 или отделяют его центрифугированием. Оптическую плотность полученных растворов измеряют в кювете с толщиной слоя 20 мм при λ = 540 нм. По калибровочным графикам находят содержание фенола и о-крезола.

Адсорбент с пятном, образованным производными т-крезола и п-крезола, обрабатывают 10 мл хлорбензола и по отделении адсорбента измеряют оптическую плотность полученного раствора в кювете с толщиной слоя 20 мм при λ = 450 нм. Содержание этих соединений находят по калибровочному графику.

Анализ очищенных сточных вод и природных вод, содержащих летучие фенолы в очень малых концентрациях.

К дистилляту, полученному из 1 л анализируемой воды, прибавляют 1,5 мл 1 н. раствора едкого натра и насыщают поваренной солью при комнатной температуре. Затем раствор переносят в делительную воронку, добавляют 2 мл 1 н. соляной кислоты и проводят экстракцию, добавляя 50 мл диэтилового эфира и взбалтывая 10 мин. Переносят эфирный слой в небольшую делительную воронку и извлекают из него летучие фенолы, добавляя 10 мл 1,5%-ного раствора едкого кали, и сильно взбалтывают. Весь полученный щелочной раствор используют для получения азокрасителей. Для этого его вносят в маленькую делительную воронку, прибавляют 1 мл разбавленной (1: 4) серной кислоты, 10 мл 2 н. раствора карбоната натрия и 1,5 мл раствора диазотированного п-нитроанилина. После образования смеси красителей их извлекают 10 мл разбавленной (1: 4) серной кислоты и 5 мл эфира, сильно взбалтывая.

С помощью стеклянного шприца весь эфирный слой по каплям наносят на стартовую линию покрытой оксидом алюминия пластинки. Последнюю помещают в хроматографическую камеру и дальше продолжают, как при определении фенолов в высоких концентрациях. Содержание фенолов находят по калибровочным графикам.

Глава 4. СОВРЕМЕННОЕ АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

Пластины для Тонкослойной хроматографии компании Merck

ЛИТЕРАТУРА

1. Горелик Д.О., Конопелько Л.А., Панков Э.Д. Экологический мониторинг. В 2 т. СПб.: Крисмас, 2002. – 457с.

2. Хроматографический анализ окружающей среды. / Под ред. Р.Гроба. М.: Мир, 1979. - 606 с.

3. Зеленин К.Н. Газовая хроматография в медицине // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 11. С. 20-25.

4. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. М.: Мир, 1981.

5. Хроматография в тонких слоях / Под ред. Э. Шталя. М.: Мир, 1965.

6. Евгеньев М.И., Евгеньева И.И., Москва Н.А., Левинсон Ф.С. 5-Хлор-4,6-динитробензофуразан как реагент в тонкослойной хроматографии ароматических аминов // Завод. лаб. 1992. Т. 58, № 4. С. 11-13.

7. Назаркина С.Г. Определение полиароматических углеводородов в объектах окружающей среды методами жидкостной и тонкослойной хроматографии.

8. Соголовский Б.М. Денситометр «Сорбфил» для количественной ТСХ

9. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши (под редакцией А.Д. Семенова) // Л.: Гидрометеоиздат. - 1977. - 540 с.

10. Унифицированные методы анализа вод. Под редакцией Ю.Ю. Лурье // М.:Химия. - 1973. - 376 с.

11. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных и сточных вод. // М.: Химия. - 1984. - 447 с.

12. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды // М.: Высшая школа . - 1983. - 275 с.