CC BY
8
Костюк П. Г. Микроэлектродная техника. Киев, 1960, с. 29—46.
Саноцкий И. В., Абалина Н. С. — В кн.: Вопросы гигиенического нормирования при изучении отдаленных
последствий воздействия промышленных веществ. М., 1972, с. 180—183. Трахтенберг И. М., Саноцкий И. В., Тычинин В. А. и др. — Гиг. и сан., 1978, № 9, с. 62—66.
Поступила 13.04.83
Обзоры
УДК 614.7: Гвб. 095.7-4-ввв. 018.6741-074:543.544.1
М. Т. Дмитриев, М. Я- Быховский, А. Ю. Брауде
ХРОМАТО-АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКСИЧНЫХ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
НИИ обшей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами приобретает все большую гигиеническую значимость (Г. И. Сидоренко и М. Т. Дмитриев). Вместе с тем методы их определения разработаны недостаточно. Кроме того, установлено, что токсичные металлы после поступления в окружающую среду сравнительно быстро переходят в различные металлоорганические соединения, которые и представляют наибольшую опасность. Это выдвигает новые требования к методам определения тяжелых металлов в окружающей среде и биоматериалах.
Ранее для определения металлоорганических веществ (например, тетраэтилсвинца) широко использовались хроматографические методы (М. Т. Дмитриев и соавт.). Однако при наличии сложных смесей органических веществ, что характерно для окружающей среды, обычные хроматографические методы недостаточно эффективны вследствие мешающего действия большого количества сопутствующих веществ. В этом случае вполне достоверные результаты анализа могут быть получены при использовании высокочувствительного селективного детектирования, позволяющего целенаправленно выделять лишь определяемые соединения (М. Т. Дмитриев и соавт., 1981). Что касается высокотоксичных металлоорганических веществ, то их надежное детектирование после хроматографического разделения может быть осуществлено с помощью атомной абсорбции (АА).
Высокая селективность АА позволяет определить интересующий элемент в смеси, состоящей из большого числа различных элементов. Однако при обычном применении АА можно определить общее ко-• лнчество интересующего элемента, но нельзя установить, в какие соединения он входит. При использовании АА в качестве селективного детектора для хроматографии появляется возможность не только измерить общее содержание элемента, но и коли-
чественно определить включающие его соединения. При этом отпадает необходимость полного разделения исследуемых смесей, поскольку компоненты, не содержащие элемент (регистрируемый АА), не будут давать хроматографических пиков.
В последние годы АА использовали в сочетании как с газовой, так и с жидкостной хроматографией. В тех случаях, когда исследуемые вещества обладают достаточной термической устойчивостью и летучестью, целесообразно сочетание АА с газовой хроматографией, что позволяет определять 0,1—1 нг анализируемого вещества. При анализе нелетучих соединений можно использовать АА с жидкостной хроматографией, обладающей несколько меньшей чувствительностью вследствие большего размывания пробы в хроматографической колонке. При газовой хроматографии выход из хроматографической колонки подсоединяют к атомизатору с помощью обогреваемой металлической трубки. Ато-мизацию пробы производят как в пламени горелки, так и в непламенных электротермических атомизаторах. Наибольшее распространение получили электротермические атомизаторы, позволяющие достигнуть большей чувствительности. Непламенную атомизацию обычно проводят в стандартных графитовых атомизаторах, которые эксплуатируются в непрерывном режиме при 1600—2000 °С.
При работе с непламенным атомизатором часть определяемого элемента оседает на его стенках, что может приводить к появлению ложных пиков при взаимодействии с органическими веществами. Добавление водорода к газу-носителю устраняет этот эффект и увеличивает чувствительность опре> деления (Рагпв и соавт.). Водород разрушает поверхностные соединения и нейтрализует органические радикалы, препятствующие атомизации металла. Для элементов, обладающих высокой летучестью, успешно применяются кварцевые атомизаторы, обогреваемые нихромовой спиралью. Квар-
цевые атомизаторы просты в изготовлении и эксплуатации. Однако максимальная рабочая температура кварцевого атомизатора не превышает 1000 °С, что недостаточно для создания необходимой концентрации атомов низколетучих элементов.
Для жидкостной хроматографии применяют как пламенные, так и непламенные методы атомиза-ции. При работе с пламенным атомизатором выход хроматографической колонки соединяют с распылителем тефлоновой трубкой диаметром 0,5—1,0 мм. В случае использования непламенного графитового атомизатора хроматографический анализ происходит непрерывно, а атомизация жидких проб осуществляется по циклической схеме с применением небольших (10—50 мкл) по объему доз. По этой причине непламенный атомизатор не может быть непосредственно соединен с выходом хроматографической колонки. Vickrey и соавт., Cantillo и Segar предложили схему соединения жидкостного хроматографа и атомно-абсорбционного спектрофотометра для синхронизации работы этих приборов. Наиболее часто используется фракционирование потока, выходящего из хроматографа, после чего проводят анализ каждой фракции в отдельности.
Хромато-атомно-абсорбционный метод был успешно применен для определения в воздухе тет-траэтилсвинца в его смеси с тетраметилсвинцом, метилтриэтилсвннцом, диметилдиэтилсвинцом и триметилэтилсвинцом, использующимися в качестве добавок к бензинам для улучшения их антидетонационных свойств. Тетраалкилы свинца весьма высокотоксичны, содержание их в атмосфере достигает 14% от общего количества свинца. Ghau и соавт. концентрировали алкилсвинцовые соединения в ловушке с хроматографической фазой, охлаждаемой смесью сухого льда с метанолом. Затем ловушку подсоединяли к хроматографу, разогревали, и пробу вытесняли потоком инертного газа. Использовали пламенный метод атомиза-ции. Чувствительность определения алкилов свинца не превышала 0,1 мкг. Radziuk и соавт. применяли непламенный графитовый атомизатор, что значительно повышало чувствительность. Минимальное детектируемое количество свинца 0,04 нг, определяемая концентрация 0,5 нг/м3.
С помощью этой методики был исследован атмосферный воздух. Суммарная концентрация свинца в нем оказалась 0,7 мкг/м3, суммарная концентрация алкилов свинца — 14 нг/м3, что составило около 2% от общего количества свинца. Установлено, что основным источником алкилов свинца в атмосфере является испарение бензина, вклад выхлопных газов несуществен. Walter и соавт. отбирали пробы в ловушку со стеклянными шариками, охлажденную до —120 °С. При этом происходит полное улавливание всех соединений при скорости аспирации до 10 л/мин. Минимальная детектируемая концентрация 0,1 нг/м3. Сое и соавт. определили содержание в воздухе метилциклопен-тадиенилтрикарбонилмарганца, применяющегося
в качестве антидетонационной добавки к бензину. Минимальная определяемая концентрация 1 нг/м3. Van Loon и Radziuk с помощью кварцевой Т-образной печи' анализировали соединения ртути, свинца и селена.
Wong и соавт. исследовали метилирование раз- ' личных соединений свинца. Образцы содержали по 50 г осадка и 150 мл воды из различных озер. Установлено, что неорганические и органические формы свинца, имеющиеся в озерных осадках, метилируются бактериями до тетраметилсвинца. Метилированию подвергаются азотнокислый и хлористый свинец. Отсутствует метилирование цианида, гидроокиси, окиси и бромида свинца. Из органических соединений легче всего происходит метилирование триметилацетата свинца. Метилирование отсутствует после автоклавирования или при облучении. Токсичность образующегося тетраметилсвинца превышает токсичность нитрата свинца в 20 раз, токсичность триметилацетата свинца — в 2 раза. Robinson и соавт. применили непламенную атомизацию для исследования превращений тетраэтилсвннца в морской воде. В ней тетраэтнлсвинец трансформируется в PbEt3Cl — устойчивое, хорошо растворимое соединение, токсичность которого гораздо выше, чем тетраэтилсвннца. В дальнейшем PbEt3CI медленно разлагается, переходя в неорганические соли свинца.
Диметилселенид и диметилдиселенид образуются , из неорганических солей селена в процессе жизнедеятельности микроорганизмаов (Chau и соавт.). Оба соединения являются главными метаболитам л , селена. Для определения селена использовали кварцевый атомизатор длиной 6 см и диаметром 0,6 см. Соединения селена разделяли хроматографическн и вводили в камеру сжиган-ия кварцевого атомизатора, куда также подавали поток воздуха для предварительного сжигания органических соединений. Далее продукты горения поступали непосредственно в атомизатор, в который также подавали поток водорода, способствующий лучшей атомнзации пробы и предотвращающий выделение селена на стенках атомизатора. Предварительное сжигание органических веществ вызвано тем, что селен поглощает в области 196 нм, где интенсивно поглощают многие органические соединения.
Manahan и Jones разработали метод определения хелатирующих загрязнителей при помощи АА с пламенной атомизацией. Хелатирующие соединения растворяют тяжелые металлы в природных водах, что снижает эффективность систем очистки. Анализируемый раствор пропускали через колонку с Си-катионитом. Спектрофотометр настраивали . на определение меди. Количество меди, пропорциональное количеству хелатирующего соединения, удалялось из колонки и регистрировалось в t виде хроматографического пика. Эти же авторы применили хромато-атомно-абсорбционный метод для анализа соединений хрома. Минимальное детектируемое количество 0,04 мкг. Yoza и соавт. определяли фосфаты АА с пламенной атомизацией.
Фосфаты разделяли методом гель-хроматографии на колонке, насыщенной MgCl2, и определяли их по резонансной линии магния, образующего комплексы с фосфатами. Метод позволяет не только установить концентрацию фосфатов, но и изучить равновесие образующихся комплексов.
Cassidi и соавт. исследовали кремнийорганиче-ские соединения с помощью АА, объединенной с ситовой хроматографией и жидкостной хроматографией с обращенной фазой. Такая методика позволяет с большой точностью определять примеси, образующиеся при производстве и применении полиметилсилоксана в водах, загрязненных различными органическими веществами.
Brinckman и соавт. использовали стандартный графитовый атомизатор и жидкостный хроматограф высокого давления для определения соединений мышьяка, свинца, олова и ртути. Минимальное детектируемое количество до 5 нг. Grabinski также применял жидкостный хроматограф и АА с непламенной атомизацией для анализа водного раствора сложной смеси соединений мышьяка. Tittarelli и соавт. пользовались жидкостной хроматографией с обращенной фазой для разделения фосфороргани-ческих соединений. Детектирование осуществляли методом АА с графитовым атомизатором. При этом количественно определили трифенилфосфат, три-бутилфосфат, трикрезилфосфат и другие соединения. Отмечено преимущество АА перед УФ-де-тектором.
Методом АА с непламенной атомизацией определяли соединения олова (Burns и соавт.; Chau и соавт.). Минимальное детектируемое количество 0,1 нг. Wolf применил газовую хроматографию и АА с пламенной атомизацией для определения соединений хрома в листьях. Исследование проведено с помощью хелатной экстракции. При использовании непламенной атомизации отмечалась зависимость результатов анализа от материала, содержащего соединения хрома. Gonsa-les и соавт. разработали быстрый метод применения содержания соединений ртути в рыбной массе. Метод основан на газохроматографическом разделении, сжигании разделенных соединений и измерении полученного атомного пара путем АА в трубке для холодных паров. Метод не требует проведения предварительной очистки от других органических соединений. Gardiner и соавт. применили гель-фильтрацию и АА с непламенным атомизатором для разделения цинк- и медьсодержащих протеинов в сыворотке крови. Подтверждена связь цинка с сс2-макроглобулином и альбумином, обнаружена связь цинка с другими протеинами. Методика может быть использована для изучения изменения связывания цинка и меди с протеином сыворотки и других взаимодействий металла с протеином.
Foot и Delves с помощью аффинной хроматографии выделили из сыворотки крови фракцию альбумина. Определение цинка в альбуминовой и
неальбуминовой фракциях осуществляли АА с непламенным атомизатором.
Таким образом, важную гигиеническую значимость имеют методы определения тяжелых металлов в окружающей среде и биоматериалах не только в ионной или атомарной формах, но и в виде металлоорганических веществ, обладающих значительно большей токсичностью. Атомно-абсорб-ционное детектирование с предварительным хрома-тографическим разделением может быть эффективно использовано для измерения содержания в окружающей среде и биоматериалах высокотоксичных органических соединений свинца, мышьяка, ртути, марганца, селена и многих других токсичных металлов и элементов. Чувствительность определения достигает 0,05—0,1 нг в анализируемой пробе при отсутствии мешающего действия сопутствующих органических веществ. Метод может быть широко использован для различных гигиенических исследований по изучению загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и их последующей трансформации.
Литература. Дмитриев М. Т. и др. — Гиг. и сан., 1966, № 7, с. 54—59.
Дмитриев М. Т., Волков С. А., Растянников Е. Г.— Там же, 1981, № 9, с. 39—41.
Сидоренко Г. И., Дмитриев М. Т. — В кн.: Унифицированные методы определения атмосферных загрязнений. М., 1976, с. 9—23.
Brinckkman F. £., Blain W. R., Jewett K. L. et al. — J. chromatogr. Sei., 1977, v. 15, p. 493—503.
Brinckman F. £., Jewett К■ L., Iverson W. P. — J. Chromatogr., 1980, v. 191, p. 31—46.
Burns D. Т., Glockling F., Harriot M. — Analyst, 1981, v. 107, p. 921—930.
Cassidi R. M., Harteau M. Т., Mis/an J. P. et al. — J. chromatogr. Sei., 1976, v. 14, p. 444—447.
Chau Y. K., Wong P. T. S., Saitoh H. — Ibid., p. 162— 164.
Chau Y. K., Wong P. T. S., Goulsen P. D. — Analyt. Chem., 1975, v. 47, p. 2279—2281.
Chau Y. K., Wong P. T. S., Bengert G. A. — Ibid., 1982, v. 54, p. 246—249.
Сое M., Crus R., Van Loon J. C. — Analyt. chim. Acta, 1980, v. 120, p. 171—176.
Foot J. W., Delves H. T. — Analyst, 1982, v. 107, p. 121 — 124.
Gardiner P. £., Ottaway J. M., Fells G. S. et al. — Analyt. chim. Acta, 1981, v. 124, p. 281—294.
Gonsales J. C., Ross P. T. — Analyt. Lett., 1972, v. 5, p. 683—694.
Grabinski A. A. — Analyt. Chem., 1981, v. 53, p. 966— 968.
Jones D. R., Manahan S. E. — Ibid., 1976, v. 48, p. 502— 504.
Manahan S. E., Jones D. R. — Analyt. Lett., 1973, v. 6, p. 745—753.
Parr is G. E., Blair W. R., Brinckman F. E. — Analyt. Chem., 1977, v. 49, p. 378—385.
Radziuk В., Thomassen Y., Van Loon J. C. et al. — Analyt. chim. Acta, 1979, v. 105, p. 255—262.
Robinson J. W., Kiesel E. L., Rhodes J. A. L. — J. Envi-ronm. Sei. Hlth, 1979, v. A-14, N 2, p. 65—85.
Tittarelli P., Mascher pa A. — Analyt. Chem., 1981, v. 53, p. 1466—1469.
Van Loon J. C., Radziuk B. — Canad. J. Spectroscop., 1976, v. 21, p. 46—50.
Vickrey Т. M., Howell H. £., Paradise M. T. — Analyt. Chem., 1979, v. 51, p. 1880—1883.
Vickrey Т. M., Buren М. S., Howell H. E. — Analyt. Lett., Wolf W. R. — Ibid., 1976, v. 48, p. 1717-1720.
1978, v. A-II, p. 1075—1095. Wong P. T. S., Chau Y. K., Luxon P. S. — Nature, 1975,
Walter R. A., De Jonghe, Chakraborti D. et al. — Analyt. v. 253, p. 263—264.
Chern., 1980, V. 52, p. 1974—1977. Поступила 30.05.83
За рубежом
УДК 614.7в:в61.715.61-074:543.544
А. Я• Хесина, Г. А. Смирнов, И. А. Хитрово, Л. В. Кривошеева, М. Кертес, А. Хорват, Т. Вагнер, М. Сабадош
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЗАГРЯЗНЕНИЯХ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ МОДИФИЦИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СПЕКТРОФЛУОРИМЕТРИИ В ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
ВОНЦ АМН СССР, Москва; Государственный институт гигиены ВНР, Будапешт
Настоящее исследование является непосредственным продолжением и развитием совместных работ ВОНЦ АМН СССР и Государственного института гигиены (ГИГ) ВНР (А. Я. Хесина и соавт.) по созданию методов определения и изучению поли-циклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности канцерогенных и мутагенных (Л. М. Ша-бад), в загрязнениях окружающей среды. Исследования проводятся с целью профилактики рака.
Методы, применяемые для определения ряда ПАУ (анализ по квазилинейчатым спектрам лю-
минесценции и спектрам УФ-поглощения, П. П. Ди-кун; Т. А. Теплицкая; А. Я. Хесина и соавт.) обладают недостаточно высокой чувствительностью, крайне трудоемки и (в варианте, используемом в ВНР) недостаточно селективны. Нами отмечалась необходимость дальнейшего усовершенствования методов определения ПАУ в экстрактах сложного состава, в частности при анализе загрязнений окружающей среды (А. Я. Хесина и соавт., 1979). Решению этого вопроса и посвящена данная работа.
Таблица 1
Параметры ПАУ для количественного определения по спектрам люминесценции в условиях селективного возбуждения
при 77 °К
№ ПАУ »•„• нм Аналитическая Флуоресценция, фосфоресценция (длина воли, ям) Аналитическая
1 Фенантрен 255, 294 255 347, 357, 364, 383 347, 364
2 Пирен 275, 310, 326, 338 338 372, 377, 382, 288, 392
3 Флуорантен 288 , 325, 344 , 362, 542*, 559, 587 362 406, 414, 436 436, 542*
4 Бенз (а) антрацен 281, 292, 302, 334, 344 292 384,5, 405, 410 384,5
5 Хризен 262, 272, 296, 310 272 361, 373, 390, 410, 499*, 507, 537, 371, 499»
544, 557
6 БП 272 , 286 , 298, 350 , 368 , 380 298 403, 408,5, 427 403
7 Бенз (е) пирен 320, 334 334 376,5, 388, 396, 409, 537*. 548, 388, 537*
575, 589, 604
8 Перилен 371, 384, 415, 420 420 444, 451, 473, 477 444, 451
9 Бенз (в) флуорантен 260, 296, 304, 353 304 392, 402, 421, 425, 428, 526«, 538, 567 392,402,526*
10 Бенз (к) флуорантен 254, 278, 310, 368, 381 310 402, 412, 428, 430 403
11 Бенз (g, h, i) перилен 292, 303, 349, 365 303 406,4, 415,6, 419.5, 422,6, 431,1, 445,6 406,4, 419,5
12 Дибенз (a, h) антра- 394,2, 414,8, 415,6, 422, 548*. 602 394,2, 548*
цен 293, 301, 323, 336, 352 301
13 Днбенз (а, с) антрацен 280, 291 291 375.2. 386,2, 397, 410, 420 375,2
14 Бенз (г, s, t) пентафен 286, 298, 316, 333, 356, 374 398 431,7, 446,6, 458,5, 489.5 431,7
15 Инденопирен 307, 318, 362, 378 362 463, 471, 480 463
16 Коронен 295, 307, 326, 338, 342. 348 307 430,8-432,6, 443,8-444,6, 562* 443,8, 562*
Примечание. Звездочка—длина волны в спектре фосфоресценции.
