Научная статья на тему 'Применение математического планирования эксперимента при выборе оптимальных условий парофазного газохроматографического определения формальдегида в моче'

Применение математического планирования эксперимента при выборе оптимальных условий парофазного газохроматографического определения формальдегида в моче Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
106
30
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
Ключевые слова
ФОРМАЛЬДЕГИД / МОЧА / ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ / МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ / ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ / FORMALDEHYDE / URINE / GAS CHROMATOGRAPHY / MATHEMATICAL PLANNING / OPTIMAL CONDITIONS

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Алексеенко Антон Николаевич, Журба О. М.

Введение. Обоснован способ определения формальдегида парофазным газохроматографическим методом за счёт использования дериватизирующего реагента о-(2,3,4,5,6-пентафторбензил) гидроксиламин (ПФБГА). Материал и методы. Формальдегид в моче дериватизировали в о-пентафторбензилоксим и извлекали в паровую фазу путём нагрева пробы мочи с ПФБГА в запечатанном флаконе. Газохроматографический анализ паровоздушной фазы выполняли в режиме градиента температуры на капиллярной колонке HP-5 с пламенно-ионизационным детектором. Идентификацию аналита в виде производного о-ПФБоксима формальдегида осуществляли по абсолютному времени удерживания, которое было установлено сравнением хроматограмм модельных смесей формальдегида в моче разных концентраций. Результаты. Оптимальные условия газовой экстракции выбраны с помощью математического планирования эксперимента. Наиболее важными факторами газовой экстракции в парофазном анализе являются температура и время установления межфазового равновесия при нагревании. Из экспериментально полученных зависимостей аналитического сигнала от температуры и времени нагревания выбраны нулевой уровень и интервал варьирования данных факторов. Построена матрица планирования 2-факторного эксперимента. Определены коэффициенты математической модели. Проведена статистическая обработка опытных данных, которая сводилась к оценке воспроизводимости параметра оптимизации и оценке значимости коэффициента математической модели. Оценена адекватность математической модели, проведена её интерпретация. Обсуждение. Площадь пика аналита возрастает при увеличении температуры и времени нагрева вследствие увеличения концентрации аналита в паровой фазе. Причём время нагревания вносит больший вклад в формирование аналитического сигнала, чем температура. Рассчитан шаг движения по градиенту и проведены опыты крутого восхождения. Заключение. По результатам опытов крутого восхождения выбраны оптимальные условия газовой экстракции формальдегида в виде производного.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Алексеенко Антон Николаевич, Журба О. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF MATHEMATICAL PLANNING OF THE EXPERIMENT IN THE CHOOSING THE OPTIMUM CONDITIONS OF THE VAPOR-PHASE GAS-CHROMATOGRAPHIC DETERMINATION OF FORMALDEHYDE IN THE URINE

Introduction. There was substantiated a method for the determination of formaldehyde by vapor-phase gas chromatography by the use of derivatizing reagent o-(2,3,4,5,6-pentafluorbenzyl)hydroxylamine. Material and methods. Formaldehyde in urine was derivatized to o-pentafluorobenzyloxime and recovered to the vapor phase by heating the urine sample with o-(2,3,4,5,6-pentafluorbenzyl)hydroxylamine in a sealed vial. Gas-chromatographic analysis of the vapor-air phase was performed in a mode of the temperature gradient on a capillary column HP-5 with a flame ionization detector. Identification of the analyte in the form of the derivative-opentafluorobenzyloxime of formaldehyde was carried out according to the absolute retention time, which was established by comparing the chromatograms of model formaldehyde mixtures in the urine of different concentrations. Results. The optimal conditions for gas extraction are selected using mathematical experimental planning. The most important factors of gas extraction in the vapor-phase analysis are the temperature and time of the establishment of the interphase equilibrium with heating. From the experimentally obtained curves of the analytical signal on the temperature and the heating time, the zero level and the interval of variation of these factors are chosen. A matrix for planning a 2-factor experiment was constructed. The coefficients of the mathematical model are determined. There was carried out statistical processing of the experimental data, which was reduced to the estimation of the reproducibility of the optimization parameter and to the evaluation of the significance of the coefficient of the mathematical model. The adequacy of the mathematical model was evaluated, its interpretation was carried out. Discussion. The peak area of the analyte increases with the elevating the temperature and heating time, due to an increase in the analyte concentration in the vapor phase. Moreover, the heating time makes a greater contribution to the formation of the analytical signal than the temperature. The step of motion along the gradient was calculated and the experiments of steep ascent were carried out. Conclusion. According to the results of the steep ascent experiments, the optimal conditions for the gas extraction of formaldehyde in the form of a derivative were chosen.

Текст научной работы на тему «Применение математического планирования эксперимента при выборе оптимальных условий парофазного газохроматографического определения формальдегида в моче»

О АЛЕКСЕЕНКО А . Н . , ЖУРБА О . М, 2018 УДК 543.544: 547.281.1: 616.634/.635]: 001.891.5

Алексеенко А.Н., Журба О.М.

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ВЫБОРЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПАРОФАЗНОГО ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМАЛЬДЕГИДА В МОЧЕ

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск

Введение. Обоснован способ определения формальдегида парофазным газохроматографическим методом за счёт использования дериватизирующего реагента о-(2,3,4,5,6-пентафторбензил) гидроксиламин (ПФБГА). Материал и методы. Формальдегид в моче дериватизировали в о-пентафторбензилоксим и извлекали в паровую фазу путём нагрева пробы мочи с ПФБГА в запечатанном флаконе. Газохроматографический анализ паровоздушной фазы выполняли в режиме градиента температуры на капиллярной колонке HP-5 с пламенно-ионизационным детектором. Идентификацию аналита в виде производного о-ПФБоксима формальдегида осуществляли по абсолютному времени удерживания, которое было установлено сравнением хроматограмм модельных смесей формальдегида в моче разных концентраций.

Результаты. Оптимальные условия газовой экстракции выбраны с помощью математического планирования эксперимента. Наиболее важными факторами газовой экстракции в парофазном анализе являются температура и время установления межфазового равновесия при нагревании. Из экспериментально полученных зависимостей аналитического сигнала от температуры и времени нагревания выбраны нулевой уровень и интервал варьирования данных факторов. Построена матрица планирования 2-факторного эксперимента. Определены коэффициенты математической модели. Проведена статистическая обработка опытных данных, которая сводилась к оценке воспроизводимости параметра оптимизации и оценке значимости коэффициента математической модели. Оценена адекватность математической модели, проведена её интерпретация. Обсуждение. Площадь пика аналита возрастает при увеличении температуры и времени нагрева вследствие увеличения концентрации аналита в паровой фазе. Причём время нагревания вносит больший вклад в формирование аналитического сигнала, чем температура. Рассчитан шаг движения по градиенту и проведены опыты крутого восхождения.

Заключение. По результатам опытов крутого восхождения выбраны оптимальные условия газовой экстракции формальдегида в виде производного.

Ключевые слова: формальдегид; моча; газовая хроматография; математическое планирование; оптимальные условия.

Для цитирования: Алексеенко А. Н . , Журба О . М . Применение математического планирования эксперимента при выборе оптимальных условий парофазного газохроматографического определения формальдегида в моче . Гигиена и санитария. 2018; 97(10): 985-989. DOI: http://dx. doi . org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989

Для корреспонденции: Алексеенко Антон Николаевич, канд. хим . наук, ст. науч. сотр . лаб. аналитической экотоксиколо-гии и биомониторинга, ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск. E-mail: labchem99@gmail. com

Alekseenko A.N., Zhurba O.M. APPLICATION OF MATHEMATICAL PLANNING OF THE EXPERIMENT IN THE CHOOSING THE OPTIMUM CONDITIONS OF THE VAPOR-PHASE GAS-CHROMATOGRAPHIC DETERMINATION OF FORMALDEHYDE IN THE URINE.

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russiaт Federation

Introduction. There was substantiated a method for the determination of formaldehyde by vapor-phase gas chromatography by the use of derivatizing reagent o-(2,3,4,5,6-pentafluorbenzyl)hydroxylamine. Material and methods. Formaldehyde in urine was derivatized to

o-pentafluorobenzyloxime and recovered to the vapor phase by heating the urine sample with o-(2,3,4,5,6-pentafluorbenzyl)hydroxylamine in a sealed vial. Gas-chromatographic analysis of the vapor-air phase was performed in a mode of the temperature gradient on a capillary column HP-5 with a flame ionization detector. Identification of the analyte in the form of the derivative-o- pentafluorobenzyloxime offormaldehyde was carried out according to the absolute retention time, which was established by comparing the chromatograms of model formaldehyde mixtures in the urine of different concentrations.

Results. The optimal conditions for gas extraction are selected using mathematical experimental planning. The most important factors of gas extraction in the vapor-phase analysis are the temperature and time of the establishment of the interphase equilibrium with heating. From the experimentally obtained curves of the analytical signal on the temperature and the heating time, the zero level and the interval of variation of these factors are chosen. A matrix for planning a 2-factor experiment was constructed. The coefficients of the mathematical model are determined. There was carried out statistical processing of the experimental data, which was reduced to the estimation of the reproducibility of the optimization parameter and to the evaluation of the significance of the coefficient of the mathematical model. The adequacy of the mathematical model was evaluated, its interpretation was carried out.

Discussion. The peak area of the analyte increases with the elevating the temperature and heating time, due to an increase in the analyte concentration in the vapor phase. Moreover, the heating time makes a greater contribution to the formation of the analytical signal than the temperature. The step of motion along the gradient was calculated and the experiments of steep ascent were carried out.

DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989

Original article

гиена и санитария. 2018; 97(10)_

DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989 Оригинальная статья

Conclusion. According to the results of the steep ascent experiments, the optimal conditions for the gas extraction of formaldehyde in the form of a derivative were chosen.

Keywords: formaldehyde; urine; gas chromatography; mathematical planning; optimal conditions.

For citation: Alekseenko A .N . , Zhurba O . M . Application of mathematical planning of the experiment in the choosing the optimum conditions of the vapor-phase gas-chromatographic determination of formaldehyde in the urine . Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal) 2018; 97(10): 985-989. (In Russ .) . DOI: http://dx.doi .org/ 10 .18821/0016-9900-2018-97-10-985-989

For correspondence: Anton N . Alekseenko, MD, Ph . D . , senior researcher of the Laboratory of analytical ecotoxicology and biomonitoring of the East-Siberian Institution of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation . E-mail: labchem99@gmail . com

Information about authors:

Alekseenko A .N . , https://orcid . org/0000-0003-4980-5304; Zhurba O . M . , https://orcid . org/0000-0002-9961-6408 .

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgment. The study had no sponsorship .

Received: 12 July 2018

Accepted: 18 October 2018

Введение

Формальдегид (СН2О) - один из важных химический реагентов, широко применяемый в различных сферах деятельности (строительстве, деревообработке, фармацевтике и т. д . ), в результате значительное количество людей подвергается воздействию формальдегида в окружающей среде и на рабочем месте [1-5] . Мировое производство формальдегида составляет 21 млн тонн в год [6].

Вследствие своей полярности предельные альдегиды, в частности, формальдегид, могут проникать в различные материалы, организмы животных и человека [7, 8] . Многолетние наблюдения показывают, что формальдегид относится к числу приоритетных контаминантов [9, 10], вызывает изменения в иммунной системе [11, 12] и обладает общетоксическим, сенсибилизирующим и аллергенным действиями [13-15] . Проведённые исследования у детей выявили психофизиологические признаки ухудшения функционального состояния центральной нервной системы с увеличением концентрации формальдегида в моче [16] . На 2-й Международной конференции по исследованию формальдегида, проходившей в Мадриде в 2012 г. , отмечено, что за последние годы появилось значительное количество новых научных данных по токсикологии и эпидемиологии формальдегида [17-19] . Международное агентство по исследованию рака (IARC) и Национальная токсикологическая программа ^ТР) классифицируют формальдегид как вероятный канцероген, вызывающий рак носоглотки и лейкемию [20-23]

Определение формальдегида в моче при биологическом мониторинге более актуально, чем его определение в атмосферном воздухе и воздухе жилых помещений, так как отражает степень поглощения химического соединения, нагрузку и индивидуальное поступление По данным литературы, определение формальдегида в моче и водных средах осуществляется с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) или газовой хроматографии (ГХ), после предварительной дериватизации 2,4-динитрофенилгидразином (ДНФГ) или о-(2,3,4,5,6-пентафторбензил)гидроксиламин гидрохлоридом (ПФБГА) [24-26] .

Планирование эксперимента при выборе оптимальных условий - сложная задача [27] В классическом эксперименте при подборе оптимальных условий изучают действие на объект исследования какого-либо одного фактора (например, температуры), исключив влияние других факторов, затем другого и т д (однофакторный эксперимент) Но действие первого на объект может измениться при влиянии другого фактора (например, времени или давления) Следовательно, нужно поставить очень много опытов,

Время нагревания, мин

Рис . 2 . Зависимости площади пика формальдегида от температуры и продолжительности нагревания . Температура, °С: 1 - 60, 2 - 80, 5 - 90 .

чтобы получить представление о механизме изучаемого процесса. По этим причинам эффективность таких исследований невелика. Она существенно возрастает при одновременном варьировании факторов, действующих на объект, но не при произвольном варьировании, а по заданному плану (многофакторный эксперимент) . При этом исследователь статистическим путём получает теоретическое описание изучаемого объекта, т. е . модель - математическое уравнение, с помощью которого можно предсказать поведение объекта в тех или иных условиях, изменять его свойства [28, 29] .

Цель настоящего исследования - применить математическое планирование при выборе оптимальных условий газовой экстракции формальдегида в виде производного ПФБГА из проб мочи .

Материал и методы

Аппаратура. В работе использовали газовый хроматограф Agilent 7890A с пламенно-ионизационным детектором, капиллярной колонкой HP-5 (30 м х 0,32 мм х 0,25 мкм), парофазным пробоотборником Agilent 7694E

Реагенты. о-(2,3,4,5,6-пентафторбензил)гидроксиламин гидрохлорид (98%, Aldrich), ГСО 9376-2009 формальдегида в воде с аттестованной концентрацией 1 ± 0 . 01 мг/мл, вода дистиллированная .

Методика анализа. Во флакон вместимостью 20 см3 помешали 1 см3 пробы мочи, вносили 0,1 см3 водного раствора ПФБГА (0,1%) . Запечатывали флакон алюминиевой крышкой с тефлоновой септой и помещали его в парофазный пробоотборник, где анализируемый образец выдерживали 30 мин при температуре 60 оС . После этого в автоматическом режиме осуществлялся отбор паровой фазы и её ввод в газовый хроматограф Газох-роматографический анализ осуществляли в следующих условиях:

• температура инжектора - 200 оС;

• деление потока - 1/1;

• постоянное давление газа-носителя (азот) - 75,842 кПа;

• температурный режим печи-колонки - 80 оС с выдержкой 1 мин;

• подъём со скоростью 5 оС/мин до 100 оС с выдержкой 1 мин;

• температура ПИД - 300 оС;

• расход водорода - 30 см3/мин;

• расход воздуха - 250 см3/мин;

• расход поддувочного газа - 22 см3/мин .

Идентификацию аналита (производного о-ПФБоксима формальдегида) осуществляли по абсолютному времени удерживания, которое было установлено сравнением хроматограмм модельных смесей формальдегида в моче разных концентраций (рис 1, см на 3-й стр обложки)

Методом абсолютной градуировки по аттестованным смесям формальдегида в моче в интервале 20-500 мкг/дм3 с учётом контрольного опыта (моча без добавки формальдегида) получена градуировочная характеристика, описываемая линейным уравнением y = 0,129x. Коэффициент корреляции - 0,999

Поиск оптимальных условий газовой экстракции формальдегида с помощью математического планирования проходил следующие этапы: выбор подобласти факторного пространства, получение матрицы планирования, определение коэффициентов математической модели, статистическая обработка опытных данных с использованием программы Microsoft Exсel, оценка адекватности математической модели, интерпретация модели, расчёт шага движения по градиенту, расчёт мысленных опытов [29] .

Результаты

В результате исследований получены зависимости площади пика формальдегида (в виде его производного) от температуры и времени нагревания . Парофазный газохроматографический анализ (ПФА-ГХ) стандартной смеси (1 см3) формальдегида в моче с концентрацией 90 мкг/см3 осуществляли в закрытых флаконах ёмкостью 20 см3 с добавлением 0,1 см3 0,1%-ного водного раствора ПФБГА при однократном отборе паровоздушной фазы (1 см3) с последующим её ГХ-анализом Зависимости площади пика от продолжительности нагрева при разных температурах показаны на рис 2

Таблица 1

Условия планирования эксперимента

DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989

Original article

Таблица 4

Оценка адекватности математической модели

Фактор Нулевой уровень Интервал варьирования Нижний уровень Верхний уровень № опыта Хо Xj Х2 Уэ Ут Э2АД F 1 расч F„6(0,05;1;8)

Хо J фактора фактора 1 + - - 9 8,2 6,18 1,88 3,28 5,32

xj - температура, °С 60 10 50 70 2 + + - 16 17,0 6,18 1,88 3,28 5,32

Х2 - время, мин 20 10 10 30 3 + - + 28 29,0 6,18 1,88 3,28 5,32

4 + + + 38,6 37,8 6,18 1,88 3,28 5,32

Таблица 2

Матрица планирования для проведения эксперимента и полученные значения параметра оптимизации

№ опыта Факторы Параметр оптимизации уj (n = 3)

натуральные кодированные

Xj Х2 Xj Х2 XjX2

1 50 10 - - + 9

2 70 10 + - - 16

3 50 30 - + - 28

4 70 30 + + + 38,6

Таблица 5

Условия постановки опытов и результаты крутого восхождения

№ Значение уровней фактора Х2 Значение параметра оптимизации у

опыта натуральное кодированное теоретическое экспериментальное

5 22 0,2 25,1 25,3 ± 0,8

6 24 0,4 27,2 -

7 26 0,6 29,2 28,9 ± 0,8

8 28 0,8 31,3 -

9 30 1,0 33,4 34,3 ± 0,8

Показано, что площадь пика возрастает с увеличением продолжительности нагрева, но при температуре 90 оС площадь пика падает. Максимальный сигнал пика начинает наблюдаться при температуре 60 0С и продолжительности нагрева 20 мин. Таким образом, данные значения температуры и времени следует принять за нулевой уровень (подобласть определения) (табл. 1) .

Так как число варьируемых факторов составляет 2, то выбрана матрица планирования, состоящая из четырёх опытов . За параметр оптимизации у взяли площадь пика аналита. Каждый опыт матрицы планирования, приведённой в табл . 2, повторили трижды (n = 3) .

Экспериментальные значения параметра оптимизации статистически обработали в программе Excel, рассчитав для каждого опыта дисперсию воспроизводимости S 2 и оценив их однородность по критерию Кохрена (G < G ). Затем рассчитали среднюю дисперсию S2 и стандартное отклонение Se и доверительный интервал Да. Число степеней свобод составило 8 .

Из средних значений параметра оптимизации рассчитали 4 коэффициента (a) математической модели с обязательным учётом знака кодированных значений факторов . Оценили значимость коэффициентов, сравнивая их с доверительным интервалом Да. При условии, что а < Да, сделали вывод, что коэффициент не значим, т е приняли его равным нулю (табл 3)

Таким образом, уравнение математической модели приняло следующий вид:

y = 23 + 4,4 x + 10,4 x2 .

Адекватность математической модели оценивали, сравнивая дисперсию адекватности S2^, характеризующую расхождение между экспериментальными (у) и теоретическими значениями (у) параметра оптимизации с дисперсией воспроизводимости (S2) по критерию Фишера (F) (табл . 4) .

Так как F < F , математическая модель, описываемая уравнением, адекватно описывает процесс газовой экстракции производного формальдегида

Перед переходом к крутому восхождению, дали толкование процесса газовой экстракции, опираясь на модель, т е дали интерпретацию математической модели . Площадь пика аналита возрастает при увеличении температуры и времени нагрева вследствие увеличения концентрации аналита в паровой фазе Причём время нагревания вносит больший вклад в формирование аналитического сигнала, чем температура, так

Таблица 3

Расчёт и оценка значимости коэффициентов математической модели

Коэффициент математической модели

Доверительный

интервал коэффициента

Вывод

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а0 = (yi + у2 + у3 + у4) / 4 = 23 0,91 значим (а > Да)

а1 = (у1 + у2 - у3 + у4)/4 = 4,4 0,91 значим (а > Да)

а2 = (-у1 - у2 + у3 + у4)/4 = 10,4 0,91 значим (а > Да)

а12 = (у1 - у2 - у3 + у4)/4 = 0,88 0,91 незначим (а < Да)

как коэффициент а2 > а1 в 2,4 раза. Поэтому расчёт шага движения по градиенту решили сделать только для второго фактора х2 - времени нагревания. Первый фактор х1 - температуру - зафиксировали на нулевом уровне . Следовательно, кодированное значение фактора х1 = 0 .

Шаг движения по градиенту для фактора х2Ь2 = а2/2 = 104,3. Видно, что выходим за область определения (10-30 мин) . Уменьшив его значение в 200 раз, получим: Ь2 = 104,3 • 0,02 = 2,08 ~ 2 .

Поскольку 4 опыта уже поставлены, то рассчитаны натуральные значения уровней фактора для мысленных опытов 5-9 (опыты крутого восхождения), прибавляя шаг движения по градиенту к нулевому уровню фактора, а затем - к полученному значению мысленного опыта, не выходя за область определения фактора (табл 5)

Мысленные опыты 5, 7, 9 проверили экспериментально . Причём каждый опыт повторяли 3 раза. Как видно из табл. 5, теоретические значения параметра оптимизации попадают в доверительный интервал экспериментальных значений . Максимального значения площадь пика достигает при времени нагревания 30 мин, что говорит о максимальном насыщении аналита в паровой фазе, т е установлении межфазового равновесия

Представлены результаты апробации методики на образцах мочи детского населения Иркутской области (рис . 3) .

%

100 90 80 70 60-| 50 40 30 20 10-| о

100

97,2

90,3

2,8

91,7

8,3

77,8

78,3

Ь®

0>

Ч\0«

21,7§|1

><Х11§Р

хуШШ

хШш

ГУ1 Выше рекомендуемых значений И Не превышающие рекомендуемых значений

Рис . 3 . Соотношение проб мочи детей, превышающих и не превышающих региональный референсный уровень .

]][игиена и санитария. 2018; 97(10)

DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989 Оригинальная статья

Обсуждение

Известная методика определения формальдегида, а также и других альдегидов в моче [25] основана на дериватизации ДНФГ в кислой среде, экстракцией гексаном с последующим упариванием экстракта до сухого остатка и реэкстракции ацетонитрилом . Анализ ацетонитрильного экстракта осуществляется методом ВЭЖХ с ультрафиолетовым детектированием . Предел обнаружения составляет 1 мкг/дм3 при объёме пробы 50 см3 . К недостаткам такой пробоподготовки можно отнести большой объём пробы, трудоёмкость и длительность процедур дериватизации, экстракции, концентрирования экстракта, низкие степени извлечения 2,4-динитрофенилгидразон формальдегида. В литературе нет данных по определению формальдегида в моче методом газовой (газожидкостной) хроматографии с такой пробоподготовкой. Среди других дерива-тизирующих реагентов особого внимания заслуживает ПФБГА [26], который реагирует с соединениями, имеющими карбонильные группы, с образованием соответствующих оксимов Эти оксимы, по сравнению с производными ДНФГ, - это более летучие соединения, которые дают отличные симметричные пики на газохроматографических колонках Поэтому определение формальдегида с использованием ПФБГА лучше осуществлять газохроматографическим методом. Особым вариантом метода ГХ является парофазный анализ . Лимитирующей стадией в па-рофазном ГХ-анализе является газовая экстракция, которая основана на нагревании (термостатировании) анализируемой жидкости в замкнутом объёме в течение определённого времени с последующим ГХ-анализом паровой фазы [30, 31].

Поведённое исследование было направлено на выбор оптимальных условий газовой экстракции при разработке простой и чувствительной методики определения формальдегида в моче методом ГХ-анализа равновесного пара Предложенный способ пробоподготовки существенно упрощает методику, устраняет необходимость в использовании большого объёма пробы (50 см3), экстрагентов (таких как гексан) . Выбор интервала варьирования факторов при планировании эксперимента - задача очень трудная, так как связана в основном с неформализованным принятием решения, опирающимся на априорную информацию и интуицию исследователя [28, 29].

Выбор подобласти факторного пространства для постановки эксперимента подразумевает установление нулевого уровня и интервала варьирования Самыми важными факторами газовой экстракции в паро-фазном анализе являются температура и время установления межфазового равновесия при нагревании В нашем случае при планировании эксперимента интервал варьирования для первого фактора (температуры) - средний - 16,7% от его подобласти определения, а для второго фактора (времени) - более широкий - 50,0%

Во всех населённых пунктах средние уровни формальдегида в моче детского населения не превышали регионального референсного уровня 68,7 ± 4,2 мкг/дм3 [32]. При этом наибольшие значения отмечались у детей из городов Байкальска, Нукуты и Новонукутска, а наименьшие - у детей из посёлков Китой и Роздолье . Доля проб мочи, превышающих региональный референсный уровень содержания формальдегида, была выше у жителей Нукуты и Новонукутска

Заключение

С помощью математического планирования эксперимента установлены следующие оптимальные условия газовой экстракции: температура 60 оС и время установления равновесия при нагревании флакона с анализируемым образцом 30 мин

Выбор оптимальных условий газовой экстракции производного формальдегида методом математического планирования позволил разработать методику определения формальдегида в моче методом газохро-матографического анализа равновесного пара для проведения биологического мониторинга

Разработанная методика определения формальдегида в моче методом парофазного газохроматографического анализа в сравнении с методом ВЭЖХ-УФ отличается более простой пробоподготовкой, малым объёмом анализируемой пробы, меньшей продолжительностью анализа, низким расходом дорогостоящего реагента ПФБГА Несмотря на то что в методике ПФА-ГХ-ПИД предел количественного определения выше, чем в методе ВЭЖХ-УФ, с помощью предложенной нами методики стало возможным определять концентрации формальдегида в реальных пробах мочи, которые на порядок выше предела количественного определения - 3,5 мкг/дм3

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки . Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Литер ату р а

1. Малышева А. Г. , Рахманин Ю. А. Физико-химические исследования и методы контроля веществ в гигиене окружающей среды. СПб: Профессионал; 2014.

2 . IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans: Volume 100F A review of human carcinogens; 2012 Available at: http:// monographs . iarc . fr/ENG/Monographs/vol100F/mono100F-29 . pdf

3. Costa S . , Carvalho S. , Costa C . , Coelho P. , Silva S. , Santos L. S. еt al . Increased levels of chromosomal aberrations and DNA damage in a group of workers exposed to formaldehyde . Mutagenesis. 2015; 30(4): 463-73. Doi:10. 1093/mutage/gev002.

4. Pierce J. S . , Abelmann A. , Lotter J. T. , Ruestow P. S; Unice K. M. Beckett E . M . еt al . An assessment of formaldehyde emissions from laminate flooring manufactured in China. Regul Toxicol Pharmacol. 2016; 81: 20-32. Doi: 10 . 1016/j. yrtph .2016.06. 022

5. Hosgood H . D . , Zhang L. , Tang X . , Vermeulen R. , Hao Z . , Shen M . еt al . Occupational exposure to formaldehyde and alterations in lymphocyte subsets // Am JIndMed. 2013; 56(2): 252-7. Doi: 10,1002/ajim.22088.

6 Formaldehyde Market For UF Resins, PF Resins, MF Resins, Polyac-etal Resins, Pentaerythritol, MDI, 1,4-Butanediol, And Other Applications-Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends And Forecast; 2012-2018. Available at: https://www.prnewswire.com/ news-releases/formaldehyde-market-for-uf-resins-pf-resins-f-resins-polyacetal-resins-pentaerythritol-mdi-1-4-butanediol-and-other-appli-cations--global-industry-analysis-size-share-growth-trends-and-fore-cast-2012—2018-20223951. html

7. Nielsen G. D. , Larsen S . T. , Wolkoff P.N. Re-evaluation of the WHO (2010) formaldehyde indoor air quality guideline for cancer risk assessment. Archives of Toxicology. 2017; 91(1): 35-61. Doi: 10. 1007/s00204-016-1733-8.

8 . Калетина H . И . , ред . Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ

токсикантов: учебное пособие. М . : ГЭОТАР-Медиа; 2008.

9 . Рукавишников В. С. , Ефимова Н. В. , Лисецкая Л . Г , Тараненко Н. А. ,

Абраматец Е . А. , Катульская О. Ю. Поиск адекватных биомаркеров для выявления влияния химических факторов на здоровье населения. Казанский медицинский журнал. 2009; 90(4): 473-6.

10 . Rager J. E. , Moeller B. C . , Doyle-Eisele M . , Kracko D. , Swenberg J. A. ,

Fry R C et al Formaldehyde and epigenetic alterations: microRNA changes in the nasal epithelium of nonhuman primates . Environ. Health Perspect. 2013; 121(3): 339-44. Doi: 10,1289/ehp. 1205582.

11. Seow W. J. , Zhang L. , Vermeulen R. , Tang X . , Hu W. , Bassig B . A. еt al . Circulating immune/inflammation markers in Chinese workers occupa-tionally exposed to formaldehyde . Carcinogenesis. 2015; 36(8): 852-7.

12 . Aydin S. , Canpinar H. , Undeger U. , GUij D. , Qolakoglu M . , Kars A. et al Assessment of immunotoxicity and genotoxicity in workers exposed to low concentrations of formaldehyde . Archives of Toxicology. 2013; 87(1): 145-53 . Doi: 10,1007/s00204-012-0961-9.

13. Маснавиева Л . Б . , Кудаева И . В . , Ефимова Н . В . , Журба О . М . Индивидуальная экспозиционная нагрузка формальдегидом и сенсибилизация организма подростков . Экология человека. 2017; 6: 3-8 .

14. Дорогова В . Б. , Тараненко Н. А. , Рычагова О. А. Формальдегид в окружающей среде и его влияние на организм (обзор) . Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2010; 1: 32-5.

15. Попкова С . М . , Ракова Е . Б . , Кичигина Е . Л . , Немченко У М . , Ефимова Н В , Мыльникова И В и др Микроэкологический пейзаж у детей Иркутской области на фоне гигиенических характеристик территории . Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2012; 5(4): 44-54.

16 . Рукавишников В. С. , Ефимова Н. В . , Мыльникова И. В . , Журба О. М .

Оценка воздействия допустимых концентраций формальдегида на функциональное состояние центральной нервной системы подростков . Гигиена и санитария. 2017; 96(5): 474-8. Doi: 10. 18821/00169900-2017-96-5-474-478.

17 Bolt H M New results on formaldehyde: the 2nd International Formaldehyde Science Conference . Archives of Toxicology. 2013; 87(1): 217-22. Doi: 10. 1007/s00204-012-0966-4.

18 Michel O For expert evaluation of a possible connection: formaldehyde and nasopharyngeal cancer. HNO. 2016; 64(2):122-4; Doi 10.1007/ s00106-015-0097-3

19 . Hara H . , Naito M . , Harada T. , Tsuboi I . , Terui T. , Aizawa S. Quantitative

analysis of formaldehyde-induced fluorescence in paraffin-embedded specimens of malignant melanomas and other melanocytic lesions Acta Derm Venereol. 2016; 96(3): 309-13. Doi: 10 . 2340/00015555-2238

20 . IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to ^mans:

Volume 100F A review of human carcinogens; 2012 Available at: http:// monographs iarc fr/ENG/Monographs/vol100F/mono100F-29 pdf

21. Jia X . , Jia Q . , Zhang Z . , Gao W. , Zhang X . , Niu Y. еt al . Effects of formaldehyde on lymphocyte subsets and cytokines in the peripheral blood of exposed workers . Plos One. 2014; 9(8): e104069. Doi:10 ,1371/journal . pone 0104069

22 Bradman A , Gaspar F , Castorina R , Williams J , Hoang T , Jenkins P L Formaldehyde and acetaldehyde exposure and risk characterization in California early childhood education environments Indoor Air 2017; 27(1): 104-13. Doi:10,1111/ina. 12283.

23 Mundt K A , Gallagher A E , Dell L D , Natelson E A , Boffetta P ,

Gentry P. R. Does occupational exposure to formaldehyde cause hema-totoxicity and leukemia-specific chromosome changes in cultured myeloid progenitor cells? Crit Rev Toxicol. 2017; 47(7): 592-602. Doi: 10.1080/10408444. 2017. 1301878. 24 . Кочетков П . П . , Малышева А. Г , Глебов В . В . Определение формальдегида в воде методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием твердофазной экстракции. Гигиена и санитария. 2017; 3: 281-84. Doi: 10.18821/0016-9900-2017-96-3-281-284. 25. Зайцева Н. В. , Уланова Т Ю. , Карнажицкая Т.Д. Определение массовой концентрации формальдегида, ацетальдегида, пропионового альдегида, масляного альдегида и ацетона в пробах мочи методом высокоэффективной жидкостной хроматографии МУК 4.1.2110—06. - М . : Медицина, 2006. - 15 с .

26 . Cancilla D.A, Que Hee S . 0-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)methyl hy-

droxylamine hydrochloride: a versatile reagent for the determination of carbonyl-containing compounds . J. Chromatography. 1992; 627: 1-16. Doi: 10. 1016/0021-9673(92)87181-7.

27 . Вершинин В . И . , Перцев Н . В . Планирование и математическая об-

работка результатов химического эксперимента. Омск: Изд-во ОмГУ; 2005

28 . Адлер Ю. П. , Маркова Е. В . , Грановский Ю. А. Планирование экспе-

римента при поиске оптимальных условий. М: Наука; 1971.

29 . Смагунова А. Н. , Пашкова Г В. , Белых Л . И. Математическое пла-

нирование эксперимента в методических исследованиях аналитической химии. Иркутск: Изд-во ИГУ; 2015

30 Виттенберг А Г Статический парофазный газохроматографический анализ . Физико-химические основы и области применения . Российский химический журнал. 2003; 1: 7-22 .

31. Kolb B . Ettre L. S. Static Headspace-Gas Chromatography. Theory and

practice. New-York: Wiley-VCH; 1997. 32 . Ефимова Н . В, Лисецкая Л . Г , Журба О . М . Региональные референс-ные уровни содержания химических веществ в биосубстратах населения иркутской области (методические рекомендации) Ангарск, 2013,- 28 с .

References

1. Malysheva A. G. , Rakhmanin Yu. A. Physico-chemical research and methods of controlling substances in environmental health. [Fiziko-kh-imicheskie issledovaniya i metody kontrolya veshchestv v gigiene okru-zhayushchey sredy]. St . Petersburg: Professional; 2014 . (in Russian)

2 . IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans: Volume 100F A review of human carcinogens; 2012 Available at: http:// monographs . iarc . fr/ENG/Monographs/vol100F/mono100F-29 . pdf

3. Costa S. , Carvalho S. , Costa C . , Coelho P. , Silva S. , Santos L. S. et al . Increased levels of chromosomal aberrations and DNA damage in a group of workers exposed to formaldehyde . Mutagenesis. 2015; 30(4): 463-73. Doi:10. 1093/mutage/gev002.

4. Pierce J. S . , Abelmann A. , Lotter J. T , Ruestow P. S; Unice K. M. Beckett E . M . et al . An assessment of formaldehyde emissions from laminate flooring manufactured in China. Regul Toxicol Pharmacol. 2016; 81: 20-32. Doi: 10 . 1016/j. yrtph .2016.06. 022

5. Hosgood H . D . , Zhang L. , Tang X . , Vermeulen R . , Hao Z . , Shen M . et al . Occupational exposure to formaldehyde and alterations in lymphocyte subsets // Am JIndMed. 2013; 56(2): 252-7. Doi: 10. 1002/ajim .22088.

6 Formaldehyde Market For UF Resins, PF Resins, MF Resins, Polyac-etal Resins, Pentaerythritol, MDI, 1,4-Butanediol, And Other Applications-Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends And Forecast; 2012-2018. Available at: https://www.prnewswire.com/ news-releases/formaldehyde-market-for-uf-resins-pf-resins-f-resins-polyacetal-resins-pentaerythritol-mdi-1-4-butanediol-and-other-appli-cations--global-industry-analysis-size-share-growth-trends-and-fore-cast-2012—2018-20223951. html

7. Nielsen G. D . , Larsen S . T , Wolkoff P. N. Re-evaluation of the WHO (2010) formaldehyde indoor air quality guideline for cancer risk assessment. Archives of Toxicology. 2017; 91(1): 35-61. Doi: 10. 1007/s00204-016-1733-8.

8 Kaletina N I , ed Toxicological chemistry. Metabolism and analysis of toxicants: tutorial [Toksikologicheskaya khimiya. Metabolizm i analiz toksikantov: uchebnoe posobie]. Moscow: GEOTAR-Media; 2008. (in Russian)

9 . Rukavishnikov V. S. , Efimova N. V. , Lisetskaya L. G. , Taranenko N. A. ,

Abramatets E . A. , Katul'skaya O. Yu . A search for adequate biomarkers for establishing the influence of chemical factors on the health of the population. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2009; 90(4): 473-6. (in Russian)

10 . Rager J. E. , Moeller B. C . , Doyle-Eisele M. , Kracko D. , Swenberg J. A. ,

Fry R C et al Formaldehyde and epigenetic alterations: microRNA changes in the nasal epithelium of nonhuman primates . Environ. Health Perspect. 2013; 121(3): 339-44. Doi: 10,1289/ehp. 1205582.

11 Seow W J , Zhang L , Vermeulen R , Tang X , Hu W , Bassig B A et al

DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-985-989

Original article

Circulating immune/inflammation markers in Chinese workers occupa-tionally exposed to formaldehyde . Carcinogenesis. 2015; 36(8): 852-7.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

12 . Aydin S. , Canpinar H. , Undeger U. , GUij D. , Qolakoglu M. , Kars A. et

al Assessment of immunotoxicity and genotoxicity in workers exposed to low concentrations of formaldehyde . Archives of Toxicology. 2013; 87(1): 145-53. Doi: 10. 1007/s00204-012-0961-9.

13 Masnavieva L B , Kudaeva I V , Efimova N V , Zhurba O M Individual exposure load of formaldehyde and adolescents' organism sensibilization . Ekologiya cheloveka. 2017; 6: 3-8 . (in Russian)

14 Dorogova V B , Taranenko N A , Rychagova O A Environmental formaldehyde and its organism effects (survey) . Byulleten' VSNTs SO RAMN. 2010; 1: 32-5. (in Russian)

15. Popkova S . M . , Rakova E . B . , Kichigina E . L . , Nemchenko U . M . , Efimova N V , Myl'nikova I V et al Microecological landscape in children of the Irkutsk region against of the hygienic characteristics background of territories . Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Bi-ologiya. Ekologiya. 2012; 5(4): 44-54. (in Russian)

16 . Rukavishnikov V S. , Efimova N. V , Mylnikova I. V , Zhurba O. M .

Assessment of the impact of admissible concentrations of formaldehyde on the functional state of the central nervous system in adolescents . Gi-giena i sanitariya. 2017; 96(5): 474-8. Doi: 10.18821/0016-9900-201796-5-474-478. (in Russian)

17 Bolt H M New results on formaldehyde: the 2nd International Formaldehyde Science Conference. Archives of Toxicology. 2013; 87(1): 217-22. Doi: 10,1007/s00204-012-0966-4.

18 Michel O For expert evaluation of a possible connection: formaldehyde and nasopharyngeal cancer. HNO. 2016; 64(2):122-4; Doi 10.1007/ s00106-015-0097-3.

19 Hara H , Naito M , Harada T , Tsuboi I , Terui T , Aizawa S Quantitative analysis of formaldehyde-induced fluorescence in paraffin-embedded specimens of malignant melanomas and other melanocytic lesions . Acta Derm Venereol. 2016; 96(3): 309-13. Doi: 10. 2340/00015555-2238

20 . IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to ^mans:

Volume 100F A review of human carcinogens; 2012 Available at: http:// monographs iarc fr/ENG/Monographs/vol100F/mono100F-29 pdf

21. Jia X . , Jia Q . , Zhang Z . , Gao W. , Zhang X . , Niu Y. ct al . Effects of formaldehyde on lymphocyte subsets and cytokines in the peripheral blood of exposed workers . Plos One. 2014; 9(8): e104069. Doi:10 . 1371/journal . pone .0104069.

22 Bradman A , Gaspar F , Castorina R , Williams J , Hoang T , Jenkins P L Formaldehyde and acetaldehyde exposure and risk characterization in California early childhood education environments Indoor Air 2017; 27(1): 104-13. Doi:10 . 1111/ina.12283.

23. Mundt K. A. , Gallagher A. E. , Dell L. D. , Natelson E. A. , Boffetta P. , Gentry P R Does occupational exposure to formaldehyde cause hema-totoxicity and leukemia-specific chromosome changes in cultured my-eloid progenitor cells? Crit Rev Toxicol. 2017; 47(7): 592-602. Doi: 10. 1080/10408444.2017.1301878.

24 Kochetkov P P , Malysheva A G , Glebov V V Determination of formaldehyde in water by high performance liquid chromatography with the use of solid phase extraction Gigiena i sanitariya. 2017; 3: 281-84 Doi: 10. 18821/0016-9900-2017-96-3-281-284. (in Russian)

25. Determination of the mass concentration of formaldehyde, acetaldehyde, propionic aldehyde, oil aldehyde and acetone in urine samples by highperformance liquid chromatography [Opredelenie massovoj koncentra-cii formal'degida, acetal'degida, propionovogo al'degida, maslyanogo al'degida i acetona v probah mochi metodom vysokoehffektivnoj zhid-kostnoj hromatografii МУК 4.1.2110—06]. Moscow: meditsyna; 2008. (in Russian)

26 . Cancilla D. A, Que Hee S. О-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)methyl hy-

droxylamine hydrochloride: a versatile reagent for the determination of carbonyl-containing compounds J. Chromatography 1992; 627: 1-16 Doi: 10.1016/0021-9673(92)87181-7.

27 Vershinin V I , Pertsev N V Planning and mathematical processing of the results of a chemical experiment [Planirovanie i matematicheskaya ob-rabotka rezul'tatov khimicheskogo eksperimenta] . Omsk: Izd-vo OmGU; 2005

28 Adler Yu P , Markova E V , Granovskiy Yu A Planning an experiment when searching for optimal conditions [Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nykh usloviy]. Moscow: Nauka; 1971. (in Russian)

29 . Smagunova A.N. , Pashkova G. V. , Belykh L. I . Mathematical plan-

ning of experiment in methodological studies of analytical chemistr. [Matematicheskoe planirovanie eksperimenta v metodicheskikh issledo-vaniyakh analiticheskoy khimii]. Irkutsk: Izd-vo IGU; 2015. (in Russian)

30 Vitenberg A G Static vapor-phase gas chromatographic analysis Physi-cochemical basis and applications Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal 2003; 1: 7-22 . (in Russian)

31 Kolb B Ettre L S Static Headspace-Gas Chromatography. Theory and practice. New-York: Wiley-VCH; 1997

Поступила 12 . 07.18 Принята к печати 18 .10.18

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.