Методы разделения и концентрирования, страница 33

Микотоксины представляют собой вторичные метаболиты плесневых грибов. Они отличаются высокой токсичностью, многие из микотоксинов обладают канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами. Среди микотоксинов, представляющих реальную опасность для здоровья человека, высокими токсичными свойствами и широким распространением отличаются афлотоксины, патулин, охратоксины и зеараленон.

Основным методом выделения микотоксиновой фракции из образца является жидкостная экстракция из твердой матрицы. В твердых растительных образцах микотоксины часто находятся в связанном виде с белками, что затрудняет их извлечение. Поэтому для повышения степени извлечения микотоксинов экстракцию проводят полярными органическими расворителями: ацетонитрилом, ацетоном, спиртами и их смесями с водой. Так, в стандартной российской методике микотоксины извлекают из проб водно-ацетонитрильным раствором при соотношении масса пробы – объем экстрагента 1:5. Для предупреждения потерь экстракцию проводят при комнатной температуре. Дальнейшую подготовку проб для хроматографического определения микотоксинов проводят методом тверофазной экстракции на концентрирующих патронах Диапак. Она включает предварительную очистку водно-ацетонитрильного экстракта на патроне Диапак А-3, концентрирование элюата упариванием и окончательную очистку на патронах Диапак Н или Диапак С. Водорастворимый микотоксин патулин извлекают из осветленных соков и напитков пропусканием их через патрон Диапак П-3. Затем патулин элюируют с патрона этилацетатом, упаривают на роторном испарителе при температуре не выше 40°С до объема 0,5 мл, добавляют 2,5 мл бензола и проводят окончательную очистку пробы на патроне Диапак С.

Интересный прием экстракционного концентрирования предложен для охратоксинов, представляющих собой производные изокумарина, связанные пептидной связью с L-фенилаланином и способные в слабощелочной среде образовывать водорастворимые соли. Обработанный слабой органической кислотой продукт экстрагируют хлороформом, затем проводят реэкстракцию водным раствором гидрокарбоната натрия, реэкстракт подкисляют и снова проводят экстракцию хлороформом. Использование такого приема позволяет практически полностью удалить белковую и липидную матрицу.

Пестициды. Стандартная методика извлечения остаточных количеств пестицидов из фруктов и овощей включает последовательное выполнение следующих операций. Образец (50 г) гомогенизируют с 100 мл ацетонитрила, добавляют 10 г NaCl и снова гомогенизируют в течение 5 мин. Полученную суспензию центрифугируют с высокой скоростью в течение 5 мин, отбирают 10 мл полученного (ацетонитрильного) раствора, выпаривают полученный раствор до объема 5 мл в токе азота при 35°С и пропускают через патрон для ТФЭ (ENVI-Carb). Пестициды элюируют с патрона 20 мл смеси ацетонитрил:толуол (3:1), упаривают на роторном испарителе до 2 мл и анализируют полученный концентрат методом капиллярной газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором.

Летучие органические соединения (ЛОС) могут попадать в пищевые продукты из полимерной упаковки и этикеток, при технологической обработке продуктов, а также образовываться в процессе длительного хранения в соответствующих условиях. Речь идет о мономерах, растворителях, краске, пластификаторах.

Выделение ЛОС из полимеров и концентрирование чаще всего осуществляют в статической установке для парофазного анализа. Образцы исследуемых полимеров (~ 1г) нагревают в стеклянных емкостях с 200 мл воды, отбирают парогазовую фазу, которую анализируют методом ГХ/МС. В образцах полимеров, используемых для упаковки пищевых продуктов, обнаружили более 20 ЛОС: альдегиды, кетоны, спирты, фталаты, винилхлорид, ароматические и хлорсодержащие углеводороды.

Метод статического парофазного анализа с последующим газохроматографическим анализом концентрата используют для определения ЛОС и в алкогольной продукции.

Металлы и металлорганические соединения определяют в пищевых продуктах после минерализации проб методом сухого или мокрого озоления. Для интенсификации процесса применяют СВЧ-минерализаторы, в частности отечественный СВЧ-минерализатор МИНОТАВР-1 фирмы «Люмэкс».

Для определения Cd, Co, Cu, Ni, Pb и Zn в пищевом сырье и пищевых продуктах разработана методика проточного сорбционно-атомно-абсорбционного с концентрированием на сорбенте ДЭТАТА. Методика включает автоклавное разложение образцов, концентрирование ионов металлов на сорбенте ДЭТАТА в проточной системе и введение концентрата в распылитель спектрометра ААС в режиме on-line.

3. Медико-биологические объекты

В медико-биологических объектах, к которым относят кровь, мочу, слюну, желчь, желудочный сок, выдыхаемый воздух, волосы, экстракты различных органов, определяют лекарства и их метаболиты, наркотические вещества, металлы и металлорганические соединения, а также различные органические и неорганические соединения. Особенности биообъекта определяют специфику выделения и концентрирования из него микрокомпонентов.

В процессе пробоподготовки представляющие интерес микрокомпоненты освобождают от белковых компонентов, проводят гидролиз коньюгатов, сухую и мокрую минерализацию, осаждают белки. Чаще всего прибегают к таким методам концентрирования, как жидкостная экстракция органическими растворителями, СФЭ, ТФЭ, ТФМЭ, экстракция в микроволновом поле, перегонка с паром.

Моча является наиболее распространенным объектом для определения токсичных соединений, которые выводятся из организма, и считается одним из простых биообъектов. Работа с мочой требует постоянного контоля за изменением рН. Со временем из-за действия бактериальной флоры, выделяющей аммиак, рН мочи увеличивается. Действие бактериальной флоры можно замедлить путем хранения мочи при пониженных температурах и даже в замороженном состоянии, а также добавлением борной кислоты. Рассмотрим отдельные примеры.

При определении диэтилсвинца в моче его экстрагировали метилизобутилкетоном и после упаривания экстракта определяли в нем свинец методом ЭТААС. Перед газохроматографическим определением хлороформа и 1,2-дихлорэтана в моче, их экстрагируют н-гептаном. Для выделения из мочи морфина иего метаболитов использовали микроколонки, запоненные амберлитом XAD-2, десорбцию соединений осуществляли смесью хлороформ:изопропанол (3:1). Анализ мочи на содержание селена осуществляли методом ААС после переведения различных соединений селена в гидриды.

Кровь. Как правило, для анализа используют плазму и сывороротку крови, цельную кровь применяют реже.

4. Металлы, сплавы

Анализ металлов и сплавов требует использования различных методов концентрирования и различных комбинаций их с методами последующего определения. Актуальность определения примесей в металлах и сплавах определяется развитием атомной промышленности, в которой применяют чистые уран, торий, бериллий, графит, натрий, цирконий, ниобий. Металлы еще большей степени чистоты необходимы в области высоких технологий, в частности, электротехнике, электронике: титан, германий, галлий, иприй, сурьма, кадмий.

Электрические, магнитные, другие свойства металлов и сплавов могут в значительной степени изменяться под воздействием микропримесей. Хорошо известно, как влияет углерод на свойства железа, а высокочистое железо, в отличие от технического, не подвержено коррозии. С повышением чистоты металлов растет пластичность титана, циркония, вольфрама, бериллия.

Помимо микропримесей, существует задача определения и легирующих микроэлементов, которые специально добавляют к металлам при производстве сплавов для придания им определенных свойств. При этом часто возникает необходимость определять не только содержание микроэлемента в пробе, но и как он распределен по площади, глубине и объему образца. Постоянное появление новых сталей и сплавов, в том числе жаропрочных, тугоплавких и химически стойких, усиление требований к их чистоте, а также к чистоте химических реактивов, используемых при их производстве, усложняют аналитический контроль микроэлементного состава. При этом одной из важных проблем является снижение предела обнаружения определяемых микроэлементов. Глубокое обеспыливание воздуха лабораторных помещений позволяет, по крайней мере, на два порядка снизить пределы обнаружения Al, Fe, Si и других элементов. Пределы обнаружения в значительной мере определяются результатом контрольного опыта, корректная постановка которого часто может иметь решающее значение для получения правильных результатов. Грамотно проведенный контрольный опыт позволяет исключить систематическую погрешность, связанную с загрязнениями извне. Концентрирование снижает вероятность внесения систематической погрешности, связанной с неоднородностью образца, с разнообразием форм определяемых элементов. Оно упрощает градуирование, так как микрокомпоненты переводятся в новую матрицу известного состава, что особенно важно при сочетании с АЭС. При проведении АЭС приходится считаться с «памятью» прибора, лабораторными условиями и т.д. Концентрирование, обеспечивая выделение микроэлементов, сброс матрицы, в значительной мере устраняет и это осложнение. Оптимальным вариантом устранения систематических погрешностей является проведение разложения пробы, концентрирование, а еще лучше и определения в одной замкнутой системе, совмещение этих операций во времени и пространстве. Примером может служить определение нанограммовых количеств углерода и серы в особо чистых железе и меди, благородных и тугоплавких металлах путем плавления пробы в токе высокой частоты, созданном в атмосфере чистого кислорода; выделившиеся CO₂ и SO₂ определяют кондуктометрическим методом. Совмещение разложения, отделения и определения полезно при разделении макро- и микроэлементов с различной летучестью. Например, отделение от тяжелых металлов кремния в виде SiF₄, серы как H₂S мышьяка в форме As2O3 или AsCl3, осмия в виде OsO4, бора какBF3 или бортометилового эфира, олова в форме SnBr₄ или SnI₄. Хлорирование металлов и отгонку получаемого при этом хлорида макрокомпонента применяли при анализе олова, титана, циркония, ванадия.

Еще большее значение имеет испарение самих определяемых примесей, особенно при определении ртути и элементов, образующих летучие гидриды. Испарение летучих гидридов при анализе металлов и сплавов – важнейший способ концентрирования As, Sb, Bi, Se и еще ряда элементов, особенно перед атомно-абсорбционным определением. Метод генерации гидридов позволяет достичь высоких коэффициентов концентрирования, обеспечивает чистоту разделения макро- и микроэлементов.

Пределы обнаружения гидридообразующих элементов  110 ^–7 %. Аналитическое значение имеют следующие легколетучие гидриды: AsH₃, BiH₃, GeH₄, PbH₄, SbH₃, H₂Se, H₂Te, SnH₄.

При определении Si и As в сталях, ниобии, тантале и молибдене используют отгонку определяемых элементов в виде хлоридов. При определении мышьяка и кремния в меди и стали хлорирование с помощью CCl₄ проводили при 650С. Образующиеся летучие хлориды вводили в индуктивно связанную плазму. Пределы обнаружения кремния и мышьяка сопоставили, соответственно, (4-6) 10^–5 и (1-2) 10^–5% масс. при навеске 200 мг.

Большое распространение получил метод испарения ртути после ее восстановления до элементной. Пары ртути собирают в виде амальгам золота или серебра, хранят в таком виде, затем анализируют после нагревания амальгам (обычно методом ААС). Возможен прямой анализ пара, если устройство для восстановления и отгонки ртути непосредственно соединено с атомно-абсорбционным спектрометром.

Совмещение разложения пробы и отгонки в единой замкнутой системе матричных элементов продемонстрировано в разработанном химико-атомно-эмиссионном методе анализа сурьмы особой чистоты на содержание Ag, Al, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb и Zn с пределом обнаружения 10^–5– 10^–6%, для чего пробу предварительно переводят в летучий трихлорид, помещая ее в кварцевую печь, после чего пропускают сухой хлористый водород. Примеси адсорбируют графитовым порошком, полученный концентрат анализируют методом АЭС.

Для устранения систематических погрешностей при анализе металлов и сплавов необходимо руководствоваться следующими требованиями: все вещества, в том числе и трудноразлагаемые, необходимо разлагать полностью; определяемые микроэлементы, в том числе летучие (As, Hg, Se и др.), следует оставлять в приборе для химического разложения; остатки после разложения должны полностью растворяться, именно в сосуде для разложения, минимальными количествами реагентов; количество загрязняющих веществ, попадающих в пробу в процессе разложения, должно быть минимальным; взаимодействие разложенного материала со стенками сосуда должно быть сведено до минимума; температуру разложения следует поддерживать на минимально возможном уровне; сосуд для разложения следует, по возможности, использовать для проведения и других операций в ходе анализа.

Следует подчеркнуть, что, как правило, аналитический метод концентрирования должен отличаться от метода, применявшегося для получения или очистки данного вещества. Для концентрирования микроэлементов при определении их в металлах и сплавах применяют, главным образом, испарение и родственные методы, экстракцию, электролитическое выделение и сорбционные методы.

Методы испарения получили широкое распространение при анализе металлов и сплавов. В основном, это концентрирование, основанное на переведении микрокомпонентов или матричных элементов в легколетучие соединения в результате химических реакций и последующей их отгонки. Так, для аналитического контроля при получении соединений As, Bi, Ni, S, Sb, Se, Si и Sn очень важны методики на основе отгонки матричных элементов в результате химических превращений. Подобные методики используются при анализе весьма разнообразных, но простых по макроэлементному составу объектов. Некоторые примеры приведены в табл. 20.