[ «А.С. АЛЕМАСОВА, К.С. ЛУГОВОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Учебное пособие Донецк 2010 УДК 543.26+543.3+543.64 (075.8) ББК Г4я 73 А 483 Печатается в соответствии с решением ученого совета Донецького национального ...»
При анализе мягких тканей и печени крупного рогатого скота используют технику микроволнового разложения в тефлоновых реакторах. В полученных минерализатах определяют содержание Cd, Cu, Fe, Pb и Zn методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Печень рыб и ткани моллюсков анализируют после микроволновой минерализации проб в смеси HNO3 + H2O2. Микроволновая минерализация также применяется при микроэлементном анализе образцов биопсии кости. Пробу костяной муки разлагают в бомбе Пара и последующее определение элементов проводят методами пламенной и электротермической атомноабсорбционной спектроскопии. Можно привести еще целый ряд примеров удвчного использования микроволновой пробоподготовки при анализе биологических образцов.
7.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ В
БИОПРОБАХ
7.2.1. МЕТАЛЛЫ И МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Пробоподготовка при определении металлов и металлоорганических соединений сводится к их извлечению из матрицы органическим растворителем, очистке экстракта методом твердофазной экстракции, получению производных (этилирование, бутилирование и т.п.) и их определению спектральными или хроматографическими методами.Для определения CH3Hg и неорганической ртути в крови применяют хроматографическую систему, состоящую из хроматографа с блоком криогенного концентрирования и атомно-абсорбционную спектроскопию с нагреваемым кварцевым атомизатором. При определении неорганической ртути пробу обрабатывают смесью H2SO4 и SnCl2 (для переведения ртути в элементное состояние) и вводят пары ртути в атомизатор. В случае органической ртути образец обрабатывают иодоуксусной и серной кислотами и вводят в газовый хроматограф с атомно-абсорбционным детектором. При криогенном концентрировании чувствительность увеличивается в 20 раз. Предел определения 0,2-0,6 мкг/л.
Анализ мочи на содержание соединений Se(4+), Se(6+), селенметионина, селенцистеина и триметилселенония проводят методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на колонке с силикагелем С18 с предварительной дериватизацией контролируемых компонентов – обработка в варианте «on-line» смесью HBr/KBrO3 при нагревании в микроволновом поле, где различные соединения селена превращались в Se(4+) и далее в гидриды, которые детектируют атомно-абсорбционным методом или индуктивно-связанной плазмой с масс-спектрометрическим детектором.
Пламенная и электротермическая атомно-абсорбционная (АА) спектроскопия находят широкое применение для анализа следов металлов в крови, сыворотке, моче, волосах, ногтях и т.д. Следы элементов в сыворотке часто анализируются напрямую, но если позволяет содержание аналита, то проводят разбавление. Разбавителями могут служить 5%-ный раствор трихлоруксусной кислоты, 1%-ный водный раствор Тритона ХПри прямом анализе цельной (целой) крови обычно возникают трудности из-за вспенивания, которое происходит на стадии сушки.
Имеются трудности при дозировании цельной крови в графитовую печь, и большинство аналитических методик включает разбавление (обычно 1:1) реагентами, содержащими антипенные препараты. Методы обработки образцов и параметры программы выбираются таким образом, чтобы минимизировать фоновое поглощение. В общем случае при анализе биологических образцов используется градуировка по методу стандартных добавок. Метод градуировочного графика используется только тогда, когда подтверждено отсутствие химического влияния матрицы.
Описан целый ряд пламенных и электротермических (ЭТААС) методик определения металлов в крови, сыворотке, моче и других биологических объектах. Так, описано ЭТААС определение кадмия и свинца в крови после ее смешивания с равным объемом 0,2% раствора Тритона Х-100 и противопенного препарата Antifoam-B и использования гидрофосфата аммония в качестве химического модификатора. Пиролиз проводят в несколько стадий, постепенно повышая температуру печи; на ряде стадий в инертный газ аргон добавляют воздух или кислород для проведения кислородного озоления при температуре не выше 480°С. При определении свинца в качестве модификатора лучшие результаты показала аскорбиновая кислота; для селена – соль палладия и аскорбиновая кислота;
определение марганца и алюминия проводят без модификатора.
Атомно-абсорбционный метод включен во многие государственные и международные стандарты, ряд атомно-абсорбционных методик используется для скрининговых (отсеивающих) исследований биосубстатов при диспансеризации рабочих группы риска. Пламенный атомно-абсорбционный метод использован для определения Pb, Cd и Cu в моче с предварительным концентрированием на полимерном тиоэфире.
Минерализацию мочи проводят смесью азотной и хлорной кислот. Предел обнаружения элементов в минерализате составляет в мкг/л : Pb – 5, Cd – 0,5 и Cu – 5. Атомная абсорбция использована также для определения Pb, Cd, Zn, Ni, Cr, Mn и Cu в волосах.
Спектрофотометрический метод определения железа с хромогеном после обработки крови депротеинирующим раствором, содержащим трихлоруксусную, тиогликолевую и соляную кислоты, включен в стандартные методы Международного комитета по стандартизации в гематологии (Revised recommendations for the measurements of the serum iron in human blood. International Committee for Standartdization in Hematology. – Brit.J.Haem., 1990. Т. 75. – С. 615-616).
Стандартным методом определения свинца в крови рабочих, контактирующих с его соединениями, в Испании является ЭТ ААС метод с коррекцией неселективного поглощения. Диапазон определяемых концентраций 5-100 мкг/100 мл крови. При венозном отборе крови используют антикоагулятор – дикалиевую соль ЭДТА. Кровь гомогенизируется, разбавляется (на 50 мкл крови добавляют 600 мкл разбавителя) раствором, состоящим из смеси химического модификатора NH4H2PO4 в 0,1%-ном растворе Тритона Х-100 и дозируется в печь на графитовую платформу Львова. В стандарте оговорены параметры хранения отобранных проб крови.
В качестве альтернативного метода разложения сыворотки крови при определении в ней следов металлов был использован неспецифический энзим протеазы. Разрыв пептидных связей позволил разложить сложные молекулы до более простых полипептидов, что значительно повысило воспроизводимость масс-спектрального с индуктивно связанной плазмой метода анализа сыворотки крови. Отмечено значительное увеличение сигнала селена, обусловленное обменом зарядами в плазме ионов С+ и атомами Se с образованием ионов Se+.
Для определения тяжелых металлов в крови детей некоторых регионов Марокко использован рентгенофлуоресцентный метод полного энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного метода со специальной геометрией первичного потока. Образец предварительно вскрывали смесью HNO3 и H2O2 в микроволновой печи. Несколько капель минерализата помещали на плоскую полированную поверхность отражающего материала. Концентрация меди во всех образцах была близкой к нормальной и составляла 1 ppm. Концентрации Fe и Zn значительно различались.
Описано определение 60 элементов в цельной крови методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе с двойной фокусировкой. Использовано микроволновое разложение проб с последующим 10-кратным разбавлением. Было показано, что стеклянная посуда, используемая при отборе проб крови, вносит серьезные загрязнения пробы следовыми металлами.
Проточно-инжекционный масс-спектрометрический с индуктивно связанной плазмой метод с простой пробоподготовкой использован для определения Se, Zn и Cu в крови и плазме. Кровь или плазму фильтровали через мембранный фильтр с шириной пор 0,45 нм, разбавляли в соотношении 9:1.
Описана атомно-абсорбционная методика определения Al, Cr, Co, Ni и Fe в цельной крови. Содержание Cr, Co, Ni и Fe определяли из одного раствора, полученного путем разложения крови смесью азотной и хлорной кислот. Содержание Cr, Co и Ni определяли ЭТ ААС методом; Fe – пламенным АА методом. Алюминий определяли из отдельного образца крови ЭТ ААС методом после его разбавления 1% раствором Тритона ТХМасс-спектрометрия предоставляет уникальные возможности для биомониторинга следовых элементов в крови. Так, опубликованы результаты определения Ag, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cs, Cu, Ga, Hf, Hg, In, La, Mn, Mo, Ni, Pb, Pd, Rb, Rh, Ru, Sb, Se, Sn, Sr, Te, Th, Tl, U, V, W, Y и Zr в крови добровольцев из Бремена (Северная Германия). Кров собирали в сосуд с гепаринатом лития и анализировали ИСП-МС методом после предварительного разбавления 1:10 0,1%-ным раствором Тритона Хи 0,5%-ным раствором аммиака.
Прямой ЭТ ААС метод для определения некоторых токсичных элементов (Cd, Co, Cr, Pb) был применен для исследования распределения этих элементов в компонентах крови. Использовали Зеемановскую коррекцию фона и графитовые трубки с пиролитическим покрытием с платформой Львова и химическими модификаторами. Для отделения отдельных фракций крови использовали центрифугирование. Образцы вскрывали азотной кислотой в закрытых сосудах при высоких температуре и давлении.
Разработана методика определения свинца и алюминия в крови и волосах детей методом электротермической атомно-абсорбционной спектроскопии. В качестве модификатора используют NH4H2PO4 и Mg(NO3)2, которые увеличивают температуру пиролиза и снижают влияние матрицы. Относительное стандартное отклонение составляет 0, и 0,114 для Pb и Al соответственно. Пределы обнаружения равны 2,3·10– и 2,0·10–11 г для Pb и Al соответственно.
Разработана методика определения общего селена в сыворотке крови и моче методом ААС с графитовой печью и иридием в качестве химического модификатора. Температура пиролиза и атомизации составляет 1000 и 2100С соответственно. Пробы сыворотки крови без разложения разбавляли 0,2% раствором азотной кислоты и Тритоном ХРазработана методика определения селена в моче человека методом ЭТ-ААС. В качестве модификатором использовали смесь Pd, Rh, Ir.
Наиболее эффективным оказался родий. В оптимальных условиях предел обнаружения составляет 7,5±1,2 мкг/л для объема пробы 20 мкл.
Для определения содержания кобальта в образцах сыворотки и мочи при мониторинге пищевого дефицита элемента как компонента витамина В12 и при мониторинге профессионального токсического воздействия используется ЭТ-ААС метод.
Метод ионной хроматографии с УФ/ВИД детектором был использован для определения уровня меди и цинка в плазме крови больных, которые подвергаются процедуре диализа. В качестве внутреннего стандарта использован раствор кобальта, для определения концентрации – метод стандартных добавок. Проведенные исследования позволили установить, что содержание меди и цинка в крови больных после диализа существенно не отличается от контрольной группы.
абсорбционный метод определения кадмия в цельной крови и моче. Для повышения специфичности определения и устранения матричных помех кадмий предварительно сорбировали на ионообменной смоле (15 мг) в микроколонке. Элюирование проводили 100 мкл 1 М раствора азотной кислоты. Уровень кадмия в крови подопытных животных (от 0,051 до 0,229 нг/мл) оказался в 10 раз ниже, чем в ранее описанных работах, выполненный на спектрофотометрах с Зеемановским корректором фона.
Разработанный чувствительный метод предложено использовать для эпидемиологических исследований, особенно детской крови, для выяснения биологической роли кадмия в человеческом организме.
Предварительное экстракционное разделение и перманентные химические модификаторы были использованы при ЭТААС определении Cd, Pb и Pd в крови. Определяемые элементы связывались в комплекс с о,о-диэтилдитиофосфатом в HCl и количественно экстрагировались в (октилфеноксиполиэтоксиэтанолом – Тритон Х-114). Перед атомноабсорбционным определением к этой фазе добавляли 0,1 М раствор HNO в метаноле. В качестве перманентных модификаторов использовали мкг соли иридия или родия. При определении палладия модификатор не требовался.
Простой быстрый метод определения кадмия в цельной крови и моче заключается в обработке цельной крови 1 M HNO3 для депротеинизации и матричной модификации. После центрифугирования центрифугат использовали для автоматического ЭТААС определения кадмия. При разбавлении цельной крови в соотношении 1:3 предел обнаружения кадмия составляет 0,2 мкг/л. Метод позволяет выполнить в день определений кадмия в крови и моче (10 часов).
Описан ЭТААС метод определения свинца в цельной крови с использованием графитовой платформы и модификатора (NH4)2HPO4.
Показано, что определение возможно проводить путем простого разбавления пробы Тритоном Х-100 и интегральной регистрации сигнала.
Ряд приемов (проточно-инжекционное внесение пробы, микроволновая пробоподготовка, осаждение) использовано при ЭТААС определении следовых и ультраследовых количеств молибдена в сыворотке человеческой крови и в цельной крови. После воздействия микроволн молибден осаждали K3[Fe(CN)6] в 0,5 М HNO3. Мешающее действие железа и меди устраняли введением в поток тартрата калия, тиомочевины в аммиачном буферном растворе. Осадок ферицианата молибдена растворяли в реакторе в 1 мл 3 М раствора NaOH и вводили в атомизатор.
С целью минимизации объема отбираемой крови и уменьшения травматичности разработан ЭТАС способ определения свинца в цельной крови путем отбора капли крови на бумажный фильтр, вырезании капли и прямом внесении твердого образца в электротермический атомизатор.
Многочисленные факторы, влияющие на результаты анализа (общий объем крови, хроматографический эффект на поверхности фильтра и распределение свинца по поверхности и др.), незначительно сказываются на общее количество свинца, попадающее на каждый бумажный диск.
Градуировочные растворы готовили путем проведения стандартных растворов через все стадии анализа. Полученные результаты сравнивали с результатами стандартной методики (18 пациентов) с венозным отбором проб, их разбавлением и ЭТААС анализом. Легкость отбора, хранения и транспортировки образцов делает разработанную методику пригодной для скрининга уровня свинца в крови детей, особенно для стран или районов, где места отбора крови находятся далеко от центральных лабораторий.
При атомно-абсорбционном определении микропримесей металлов в крови используют различные химические модификаторы. Некоторые данные о химической природе таких модификаторов обобщены в табл. 7.7.
Таблица 7.7. Химические модификаторы при ЭТААС определении следов металлов в крови и биожидкостях (NH4)2HPO4, Pd(NO3) NH4NO3+Mg(NO3)2; Cr Mg(NO3) Pd(NO3)2 + NH4NO3 Pb NH4H2PO Mg(NO3) Mg(NO3) Современная инверсионная вольтамперометрия позволяет проводить анализ содержания свинца в цельной крови, исключая стадию предварительной подготовки пробы. Разработка новых толстопленочных и screen-printed электродов позволила создать портативные сенсоры, уменьшив тем самым необходимый для анализа объем пробы до 1 мл, а с помощью модифицированных сенсоров этот объем можно уменьшить до 50 мкл. Такой миниатюрный сенсор для определения свинца в цельной крови имеет рабочий и вспомогательный электроды (углеродсодержащие дорожки, нанесенные на пластиковую основу методом трафаретной печати) а электродом сравнения служит серебросодержащая дорожка.
Стандартная (официальная) российская методика определения тяжелых металлов (железо, никель и цинк) в желчи предполагает прямое определение целевых компонентов атомно-абсорбционным методом (Определение химический соединений в биологических пробах. Сборник методических указаний МУК 4.1.763–4.1.779-99. Издание официальное. – М.: Минздрав России, 2000. – 152 с.). Отбор проб желчи производится в стерильную химически чистую посуду при дуоденальном зондировании.
Для анализа в химически чистую пробирку с пришлифованной пробкой отбирают порцию (печеночную) объемом 5 мл. Для консервирования пробы в пробирку вносят 0,05 мл хлороформа.
Однако металлы и металлорганические соединения необходимо определять не только а биожидкостях, но и в биологических тканях.
Определение ртути и ее соединений в природных средах и биологических материалах (ткани животных и растений) приобрело важное значение в связи с выявленными случаями отравления, объясняемые присутствием отутьсодержащих органических соединений в воде и пищевых продуктах.
С помощью газовой хроматографии было доказано, что большая часть ртути, присутствующей в рыбе, находится в форме органических соединений, которые по токсичности превосходят металлическую ртуть, в то время как в растительности ртуть находится в форме неорганических соединений.
Помимо ртути к приоритетным загрязнителям биологических материалов относятся Pb, As, Sn, Cd и другие токсичные элементы. Для прямого определения следовых количеств металлов, металлорганических соединений и металлоидов (особенно таких токсичных, как трибутилолово и тетраэтилсвинец) в тканях морских животных и донных отложениях применяют спектрофлуориметрию, масс-спектрометрию, традиционные спектральные методы (атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный, атомно-флуоресцентный, рентгенофлуоресцентный) и гибридные методы на основе газовой хроматографии с предварительным получением летучих производных.
Определение органических соединений олова в биологических материалах включает предварительную подготовку пробы (регулирование рН, добавление консервантов и реагентов и др.), жидкостную экстракцию оловоорганических соединений, синтез летучих производных, их очистку и анализ газохроматографическим методом с пламенно-фотометрическим и атомно-абсорбционным детекторами.
Метод инверсионной вольтамперометрии применяется для определения Zn, Cd, Pb, Cu, Fe, Mn, Ni, Co, As, Ca в волосах человека.
Образец волос обезциривают ацетоном и промывают бидистиллированной водой, после чего навеску волос обрабатывают смесью азотной кислоты и пероксида водорода в присутствии нитрата магния. Однако нииболее информативными и эффективными методами контроля элементов в волосах человека являются атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная с индуктивно-связанной плазмой спектроскопия.
На кафедре аналитической химии Донецкого национального университета разработана методика атомно-абсорбционного определения содержания Fe, Zn, Ca, Cu, Mg, Cd, Pb, Cr, Al, Mn и пламеннофотометрического определения калия в волосах. Учитывая концентрацию элементов в волосах, для определения Cd, Pb, Cr, Al, Mn используется электротермический атомизатор, позволяющий снизить предел обнаружения по сравнению с пламенем в 10-100 раз. Содержание микроэлементов в волосах здорового человека значительно разнится по данным различных источников. Например, по данным Авцына А.П. и др.
(Авцын А.П., Жаворонков А.А./ Риш М.А., Строчкова Л.С.
Микроэлементозы человека. – М.: Медицина, 1991. – 423 с.) в норме содержание некоторых элементов в волосах составляет (в мг/20 г волос):
Cu – 0,31; Fe – 0,6; Ca – 6; K – 6,6; Mg – 1; Zn – 5,2; Ni – 0,15; Pb – 0,1; Mn – 0,025; Cd – 0,001; Cr – 0,076; I – 0,32; F – 1,3; As – 0,04; S – 880; Hg –0,04;
Al – 1,5. Для улучшения метрологических характеристик сходимости и снижения предела обнаружения электротермического атомноабсорбционного определения свинца в волосах был использован химических модификатор – пиридилазорезорцинат никеля.
Индуктивно-связанная плазма, несмотря на несколько более высокий предел обнаружения, чем электротермическая атомно-абсорбционная спектроскопия, позволяет одновременно определять в кислотном минерализате волос Al, As, Ba, Cd, Bi, Pb, Ni, Sb, Sr, Sn, Be, V, Zn, Ca, Co, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Cr, Cu, Fe, Se, B, P, S, Cl, Si.
7.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
В России запатентован (Зайцева Н.В и др. Патент России №2151395, 2000) метод количественного газохроматографического определения хлороформа и 1,2-дихлорэтана в моче. Мочу подкисляют раствором щавелевой кислоты до рН = 2, добавляют в раствор высаливающий агент, а затем экстрагируют хлоруглеводороды н-гептаном. Автоматическая система анализа паровой фазы, включающая хроматограф с набором селективных детекторов (пламенно-ионизационный, электронного захвата, пламенно-фотометрический или фотоионизационный), позволяет определять ЛОС в сложных биологических матрицах. Этим способом определяли, в частности, бензол в крови.Газохроматографический метод с пламенно-ионизационным детектором рекомендован в качестве стандартного метода в России для определения н-парафинов С6-С7 и ароматических углеводородов С6-С8 в моче и крови после их выделения из биосред нагреванием с последующим парафазным анализом. При экологическом мониторинге рабочих, подверженных воздействию дихлорэтана, это токсичное соединение определяют в моче на уровне 0,01-2 мг/л.
Особенно важным анализом для биологических, медицинских и судебно-медицинских исследований является определение в крови этанола, который обычно выделяется из образца методом парафазного анализа с последующим концентрированием в шприце с кварцевым волокном, импрегнированным полимерной жидкостью. Спирт сорбируется карбовакс/дивинилбензол), нанесенной на кварцевое волокно, которое свободно перемещается в игле шприца диаметром 0,7 мм. Образец (биосреды, биологические материалы, растительность) нагревают в замкнутом сосуде (например, в стеклянном пенициллиновом пузырьке) до температуры 50-70С, после чего шприцем для твердофазной микроэкстракции прокалывают мембрану, закрывающую горловину сосуда, и выдвигают кварцевое волокно из иглы, оставляя его в газовой или жидкой среде в течение 15-30 минут. После экспозиции кварцевое волокно втягивается в иглу, а сконцентрированные на волокне примеси анализируют, вводя иглу в испаритель хроматографа. При этом волокно снова выдвигается из шприца, а аналит (например, этанол) в результате термодесорбции током газа-носителя вытесняется в хроматографическую колонку. Капиллярная газовая хроматография дает возможность разделить 12 алкогольных соединений в образцах крови, представляющих интерес для судебной медицины, причем весь анализ на колонке длиной 7,5 м занимает 6 минут.
Чувствительное и быстрое определение этанола в крови, сыворотке крови, моче газохроматографическим методом с пламенно-ионизационным детектором основано на прямом введении пробы в испаритель газового хроматографа, заполненный стеклянными шариками, обработанными фосфорной кислотой, при температуре 60 или 120С. Газ-носитель – азот.
Предел определения 0,1 мг/л при объеме пробы 5 мкл. Одновременно с этанолом в образцах крови можно определять метанол, уксусную кислоту и ацетон.
Быстрое газохроматографическое определение этанола в выдыхаемом воздухе предусматривает использование устройства, с помощью которого анализируемые газы и пары выдуваются непосредственно в фотоионизационный детектор, регистрирующий концентрацию этанола на уровне 0,5 ppm.
Определение ЛОС в воздухе крайне важно при контроле качества воздуха в административных и жилых зданиях, «начиненных» различного рода синтетическими материалами (линолеумы, пластиковые панели, шторы, обои, ковры, клеи, мастики, лаки и т.д.), которые выделяют в воздух до 500 химических соединений различной природы и токсичности.
Всемирная организация здравоохранения давно уже отмечает рост болезней служащих в административных зданиях с сильно загрязненным воздухом, что дало повод говорить даже о «синдроме больных зданий», в которых более 20% служащих периодически жалуются на усталость, дискомфорт, раздражение носа, глаз и горла. Контроль за качеством воздуха в таких помещениях лучше всего осуществлять с использованием газохроматографического метода с масс-спектральным детектором Важной является и проблема определения в комнатном воздухе компонентов табачного дыма (никотин, N-нитрозамины, ароматические амины, фенолы, кетоны, ацетаты и др.), т.к. известно, что даже «пассивное» курение может стать причиной опасных заболеваний.
Методом газовой хроматографии с масс-спектроскопическим детектором были идентифицированы и количественно определены в конденсате сигаретного дыма 16 изомерных фенола (фенол, крезолы, метоксифенолы, диметилфенолы, этилфенолы, ванилин, нафтолы и др.). Фенолы извлекали методом твердофазной микроэкстракции на кварцевом волокне, покрытом полиакрилатом. После термодесорбции (275С) в испарителе хроматографа фенилметилполисилоксаном и детектировали масс-спектрометрическим методом. Этот же метод использовали и для определения ароматических аминов в «основном» и «пассивном» потоках сигаретного дыма после селективного улавливания аминов в склянке с разбавленным раствором HCl. Анализ дыма семи сортов сигарет показал, что в пассивном дыме суммарное содержание аминов выше (20-30 мкг/сигарету), чем в основном потоке (0,2-1,3 мкг/сигарету). Темный табак богаче ароматическими аминами, чем светлый, а фильтр снижает содержание ароматических аминов в основном потоке дыма примерно на 40%, но не влияет на состав пассивного дыма.
Микроорганизмы и растения аккумулируют токсичные вещества из воздуха, воды или почвы. Более 20 свободных фенольных соединений содержится в листьях и иголках деревьев. Из гомогенизатов проб эти соединения выделяют сорбцией в патронах с Флоросилом и после элюирования с сорбента определяют масс-спектрометрически после разделения в газовом хроматографе.
Газохроматографическая методика с детектором электронного захвата и атомно-эмиссионным детектором дала возможность надежно идентифицировать летучие галогенуглеводороды (от хлорметана до бромоформа) после их извлечения из антарктических макроводорослей.
ЛОС выделяли из образцов водорослей методом газовой экстракции (продувка и улавливание на сорбент). Комбинация селективного к галогенуглеводородам электронно-захватного детектора и элементспецифического атомно-эмиссионного детектора (одновременно может детектировать 24 ЛОС с одинаковыми временами удерживания) является предпосылкой очень высокой достоверности результатов идентификации и количественного определения целевых компонентов.
Определение лекарств и их метаболитов в человеческом организме уже давно связано не только с медициной, но и с экологической аналитической химией, одним из объектов анализа которой являются биосреды. Количество публикаций по определению лекарственных препаратов в биосредах (кровь, моча, плазма, сыворотка крови) постоянно растет. К основным способам пробоподготовки при определении лекарств и их метаболитов в биосредах относится твердофазная экстракция с использованием мамбранных дисков и картриджей с гидроматрицей для жидкостной экстракции. В последнее время существенно улучшилось оснащение экологических биологических и клинических лабораторий аналитическими приборами и средствами пробоподготоаки, синтезировано множество новых сорбционных материалов для эффективного извлечения различных лекарств из биологических матриц. Приведем несколько примеров определения лекарственных препаратов в биологических образцах.
Методика определения опиатов (морфин, кодеин, героин и др. ) в моче предполагает их твердофазную экстракцию. К 2 мл мочи добавляют ацетатный буфер и внутренний стандарт, смесь нагревают до 50С в течение 3 часов и полученные в результате гидролиза опиатов продукты извлекают из раствора в патроне с сорбентом. Сорбент промывают водой и ацетонитрилом. Элюируют целевые компоненты метанолом и упаривают до сухого остатка. Затем дериватизируют опиаты по реакции с 50 мкл этилацетата и 50 мкл трифторацетилацетона в течение 20 минут при газохроматографическим методом с масс-спектрометрическим детектированием на капиллярной колонке с силиконом (пленка 0,33 мкм).
Газ-носитель – гелий, температура испарителя 250С. Эти же методом в моче определяют следовые количества традиционных наркотиков. В последнее время – и методом капиллярного электрофореза с массспектрометром в качестве детектора.
Анализ смеси фармацевтических препаратов может быть выполнен хроматографическими методами (газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография, тонкослойная хроматография) или с помощью спектрофотометрического метода в УФ- или видимой области. В первом случае предпочтительнее дериватизация, так как непрочные молекулы лекарств будут разлагаться в испарителе газового хроматографа при температуре 200-300С. Например, при газохроматографическом определении каптоприла (лекарство для понижения артериального давления) в биосубстратах его хроматографируют лишь в виде производного, полученного по реакции с пентафторбензилбромидом в присутствии К2СО3. Около 1,5-5 мкл экстракта анализируют на насадочной колонке с применением пламенно-ионизационного детектора. Предел обнаружения составляет 40 нмоль.
В настоящее время в практике анестезиологии превалирует стремление к снижению общего токсического воздействия анестетика на организм за счет снижения его дозы и уменьшения глубины наркоза, что привело к разработке методик многокомпонентной анестезии. При проведении анестезии может быть использовано более десяти препаратов, которые в организме претерпевают изменения, образуя метаболиты.
Некоторые из определяемых веществ лабильны и могут разлагаться в процессе пробоподготовки. Одновременное газохроматографическое определение промедола, трамадола, кетамина, диазепама, тиопентала, фентанила и их метаболитов в крови и моче хирургических больных проводят после экстракционного концентрирования аналитов (кровь) или их ферментативного гидролиза (моча).
1. Другов Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязненных биосред и пищевых продуктов. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. – 294 с.
2. Другов Ю.С. Экологическая аналитическая химия. – С.Пб:
Анатолия, 2000. – 432 с.
3. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологическая аналитическая химия. – С.Пб.: Анатолия, 2002. – 464 с.
4. Ермаченко Л.А., Ермаченко В.М. Атомно-абсорбционный анализ с графитовой печью. Методическое пособие для практического использования в санитарно-гигиенических исследованиях. – М.: ПАИМС, 1999. – 220 с.
5. Методические рекомендации. Скриниговые методы для выявления групп повышенного риска среди рабочих, контактирующих с токсичными химическими элементами. – М.: Научно-исслед. клинич. ин-т им. М.Ф.
Владимирского, 1989. – 13 с.
6. Человек. Медико-биологические данные // Публикации международной комиссии по радиологической защите. – М.: Медицина, 1977. – 496 с.
7. Набиванець Б.Й., Сухан В.В., Карабіна Л.В. Аналітична хімія природного середовища: Підручник. – К.: Либідь, 1996. – 304 с.
Вопросы и задания для самостоятельной работы 1. Назовите и кратко охарактеризуйте методы разложения проб биологических объектов. Как можно интенсифицировать процессы разложения?
2. Какие химические модификаторы применяются в анализе биологических проб? Для определения каких элементов и в каких пробах они применяются?
3. Какие компоненты биологических проб определяют массспектрометрическим методом? Охарактеризуйте его.
4. В анализе биообъектов часто возникает необходимость работать с крайне малыми объемами проб. Какие приемы при этом применяют?
5. Как с помощью химического анализа волос проследить динамику поступления металлов в организм?
6. Экспрессный контроль количества выдыхаемых паров алкоголя при подозрении водителя в алкогольном опьянении иногда может быть ошибочным вследствие индивидуальных биологических особенностей данного человека. При несчастных случаях, сильных ранениях, в случае смерти алкоголь определяют непосредственно в крови методом газовой хроматографии. Образец крови в количестве 5,00 мл перемешали с добавкой 0,50 мл 1%-ного водного раствора пропанола в качестве внутреннего стандарта. Пробу (10 мкл) полученной смеси ввели в газовый хроматограф и зарегистрировали хроматографические пики. Стандартные вещества обрабатывали и хроматографировали в тех же условиях.
Получены следующие результаты:
содержание Превышен ли допустимый предел концентрации алкоголя в крови, который для водителей в большинстве стран составляет 0,08% (масса:объем) алкоголя в крови?
МЕТОДИК ТА СТАНДАРТІВ ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ
БЕЗПЕЧНОСТІ ТА ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ
1. ГОСТ 17.1.4.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных и сточных водах.2. ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности.
3. ГОСТ 4011-72. Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа.
4. ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости.
5. ГОСТ 4152-89. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации мышьяка.
6. ГОСТ 4192-82. Вода питьевая. Методы определения минеральных азотсодержащих веществ.
7. ГОСТ 4245-72. Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов.
8. ГОСТ 4386-89. Вода питьевая. Методы определения массовой концентрации фторидов.
9. ГОСТ 4388-72. Вода питьевая. Методы определения массовой концентрации меди.
10. ГОСТ 4389-72. Вода питьевая. Методы определения содержания сульфатов.
11. ГОСТ 4974-72. Вода питьевая. Методы определения содержания марганца.
12. ГОСТ 18164-72. Вода питьевая. Метод определения содержания сухого остатка.
13. ГОСТ 18165-89. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации алюминия.
14. ГОСТ 18190-72. Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного активного хлора.
15. ГОСТ 18293-72. Вода питьевая. Методы определения содержания свинца, цинка, серебра.
16. ГОСТ 18294-89. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации бериллия.
17. ГОСТ 18301-72. Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного озона.
18. ГОСТ 18308-72. Вода питьевая. Метод определения содержания молибдена.
19. ГОСТ 18309-72. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов.
20. ГОСТ 18826-73. Вода питьевая. Методы определения содержания нитратов.
21. ГОСТ 19413-89. Вода питьевая. Методы определения массовой концентрации селена.
22. ГОСТ 19355-85. Вода питьевая. Методы определения полиакриламида.
23. ГОСТ 23268.2-91. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения двуокиси углерода.
24. ГОСТ 23268.12-91. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Метод определения перманганатной окисляемости.
25. ГОСТ 23950-88. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации стронция.
26. ГОСТ 26449.1-85. Установки дистиляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа соленых вод.
27. ГОСТ 26927-86. Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути.
28. ДСТУ 4077-2001. Якість води. Визначення pH (ISO 10523:1994, MOD).
29. ДСТУ 4173-2003. Якість води. Визначання гострої летальної токсичності на Daphnia magna Straus та Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Cladocera, Crustacea) (ISO 6341:1996, MOD).
30. ДСТУ 4174-2003. Якість води. Визначання хронічної токсичності хімічних речовин та води на Daphnia magna Straus та Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Cladocera, Crustacea) (ISO 10706:2000, MOD).
31. ДСТУ EN 1420-1:2004. Якість води. Визначання впливу органічних речовин на якість води, призначеної для споживання людиною.
Оцінювання води в трубопровідних системах на запах. - Частина 1. Метод випробування (EN 1420-1:1999, IDT).
32. ДСТУ EN 1484-2003. Дослідження води. Настанови щодо визначання загального і розчиненого органічного вуглецю (EN 1484:1997, IDT).
33. ДСТУ ISO 6332-2003. Якість води. Визначання заліза.
Спектрометричний метод із використанням 1,10-фенатроліну (ISO 6332:1988, IDT).
34. ДСТУ ISO 6468-2002. Якість води. Визначення вмісту окремих хлорорганічних інсектицидів, поліхлорованих біфенілів та хлорбензолів.
Метод газової хроматографії після екстракції типу "рідина - рідина" (ISO 6468:1996, IDT).
35. ДСТУ ISO 6703-1:2007. Якість води. Визначення ціанідів. Частина 1. Визначення загального вмісту ціанідів (ISO 6703-1:1984, IDT).
36. ДСТУ ISO 6777-2003. Якість води. Визначання нітритів.
Спектрометричний метод молекулярної абсорбції (ISO 6777:1984, IDT).
37. ДСТУ ISO 6778-2003. Якість води. Визначання амонію.
Потенціометричний метод (ISO 6778:1984, IDT).
38. ДСТУ ISO 7027-2003. Якість води. Визначання каламутності (ISO 7027:1999, IDT).
39. ДСТУ ISO 7887-2003. Якість води. Визначання і досліджування забарвленості (ISO 7887:1994, IDT).
40. ДСТУ ISO 9696-2001. Захист від радіації. Вимірювання альфаактивності у прісній воді. Метод концентрованого джерела (ISO 9696:1992, IDT).
41. ДСТУ ISO 9963-1:2007. Якість води. Визначення лужності. Частина 1. Визначення загальної та часткової лужності (ISO 9963-1:1994, IDT).
42. ДСТУ ISO 10301-2004. Якість води. Визначання високолетких галогенованих вуглеводнів методом газової хроматографії (ISO 10301:1997, IDT).
43. ДСТУ ISO 10304-3:2003. Якість води. Визначання розчинених аніонів методом рідинної іонної хроматографії. - Частина 3. Визначання хромату, йодиду, сульфіту, тіоціаніду та тіосульфату (ISO 10304-3:1997, IDT).
44. ДСТУ ISO 10304-4:2003. Якість води. Визначання розчинених аніонів методом рідинної хроматографії. - Частина 4. Визначання хлорату, хлориду і хлориту у воді з низьким рівнем забруднення (ISO 11885:1996, IDT).
45. ДСТУ ISO 11885-2005. Якість води. Визначення 33 елементів методом атомно-емісійної спектрометрії з індуктивно-зв'язаною плазмою (ISO 6777:1984, IDT).
46. ДСТУ ISO 17993:2008. Якість води. Визначення 15 поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) у воді методом високоефективної рідинної хроматографії з флуоресцентним детектуванням після рідиннорідинного екстрагування (ISO 17993:2002, IDT).
47. Методичні вказівки №0052-98. Газохроматографічне визначення тригалогенметанів (хлороформу) у воді, затверджені постановою головного державного санітарного лікаря України від 01.02.99 № 2.
48. Методика виконання вимірювань. МВВ 081/12-0227-05. Методика выполнения измерений массовой концентрации формальдегида в пробах природных, питьевых и сточных вод на анализаторе жидкости "ФлюоратМетодические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах окружающей среды, утверждены МЗ СССР 03.12.1979.
50. Методические рекомендации. МР № ЦОС ПВ Р 005-95.
Методические рекомендации по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения.
51. Руководящий документ. РД 52.24.17-86. Методические указания по экстракционно-фотометрическому определению суммарного содержания анионных синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ) в природных водах.
52. Руководящий документ. РД 52.24.30-86. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов ртути в природной воде методом беспламенной абсорбции.
53. Руководящий документ. РД 52.24.34-86. Методические указания по определению массовой концентрации фенолов в природных поверхностных водах фотометрическим методом (отгонка фенолов с паром).
54. Руководящий документ. РД 52.24.41-87. Методические указания по фотометрическому определению бора с азометином-H и с карминовой кислотой в поверхностных и очищенных сточных водах.
55. Руководящий документ. РД 52.24.66-88. Методические указания по определению содержания галогенорганических пестицидов и их метаболитов в поверхностных водах.
56. Руководящий документ. РД 52.24.81-89. Методические указания по определению массовой концентрации цинка, меди, марганца, железа в природных водах атомно-абсорбционным методом с атомизацией пробы в пламени.
57. Руководящий документ. РД 52.24.473-95. Газохроматографическое определение летучих ароматических углеводородов в водах.
фотометрического определения мышьяка(III) и мышьяка(V).
Санітарно-хімічні показники якості питної води, що призначена для споживання людиною відповідно до Державних санітарних норм та правил "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною" (ДСанПіН 2.2.4-171-10), зареєстровано в Міністерстві юстиції України липня 2010 р. за № 452/ Запах, не більше при: бали більше більше більше не більше більше більше (за РО4 ) більше вільний, не більшн зв’язаний, не більше більше речовини аніонні, не більше більше більше NO3–) більше більше більше більше більше не більше залишковий, не більше більше більше тетрахлоретилен (сума) більше окиснюваність, не більше вуглець, не більше *Каптаж джерела – інженерна водозабірна споруда, призначена для збирання джерельної води в місцях її довільного виходу на поверхню, до складу якої входять камери каптажу (приймальна та освітленої води), каптажне приміщення або павільйон.
**Нормативи для води питної фасованої газованої, з кюветів, пунктів розливу, зокрема після застосування установок (пристроїв) підготовки питної води колективного призначення.
***Не визначається на підприємствах питного водопостачання з об'ємом виробництва питної води менше 10000 м3 на добу.
1 – величини, зазначені у дужках, можуть бути встановлено для конкретної системи водопостачання на підставі оцінки санітарноепідеміологічних обставин в населеному пункті та застосованої технології підготовки питної води.
2 – норматив, зазначений у дужках, установлюється для питної води, обробленої реагентами, що містять алюміній.
3 – норматив, зазначений у дужках, установлюється для обробленої питної води.
4 – норматив, зазначений у дужках, установлюється для негазованої питної води.
5 – норматив, зазначений у дужках, установлюється для питної води фасованої газованої, питної води з пунктів розливу та бюветів.
6 – пестициди включають органічні інсектициди, органічні гербіциди, органічні фунгіциди, органічні нематоциди, органічні акарициди, органічні альгіциди, органічні родентициди, органічні слімициди, споріднені продукти (серед них регулятори росту) та їх метаболіти, продукти реакції та розпаду. Перелік пестицидів, що визначаються у питній воді, встановлюється в кожному конкретному випадку та повинен включати тільки ті пестициди, що можуть знаходитись в джерелі питного водопостачання.
7 – норматив для кожного окремого пестициду. У разі наявності в джерелі питного водопостачання алдрину, діелдрину, гептахлориду та гептахлорепоксиду їх вміст у питній воді повинен становити не більше ніж 0,03 мкг/дм3 для кожної з цих речовин.
8 – сума пестицидів визначається як сума концентрацій кожного окремого пестициду.
9 – сума тригалогенметанів визначається як сума концентрацій хлороформу, бромоформу, дибромхлорметану та бромдихлорметану.
«