Определение НДМГ в почвенных вытяжках в виде производного с глиоксалем методом ВЭЖХ (1113593), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

И, наконец, необратимо связанный НДМГ – форма, которая не выделяется при перегонке, и прочно иммобилизована в почвенном поглощающем комплексе. Необратимое связывание приводит к невозможности миграции рассматриваемой формы НДМГ и обуславливает крайне слабое влияние на окружающую среду. Логично, что данная форма НДМГ не представляет особого интереса с точки зрения экологической химии и может быть исключена из баланса форм как малозначимая.

Концепция форм существования НДМГ предполагает, что валовое содержание НДМГ, представляет собой сумму всех описанных форм НДМГ, за исключением необратимо связанного.

1.4. Реакция конденсация карбонильной и NH₂- групп

Существует значительное количество методов непрямого определения гидразинов в виде производных. При этом для дериватизации чаще всего используют конденсацию первичной аминогруппы гидразина с карбонильной группой альдегидов или кетонов, т.к. реакция протекает сравнительно быстро (5–20 мин) и с хорошим выходом продукта.

При конденсации моно альдегидов и кетонов с гидразинами образуются гидразоны:

Механизм образования начинается с нуклеофильного присоединения аминогруппы к атому углерода карбонильной группы. Протонирование оксианиона и депротонирование азоткатиона приводит к нестабильному интермедиату – карбиноламину.

Дальнейшее присоединение протона к OH– группе ведет к отщеплению H₂O и образованию карбокатиона:

Таким образом, в результате катализируемой кислотами дегидратации формируется двойная связь, и затем, после отщепления протона образуется конечный гидразон. Стоит отметить, что pH реакции имеет большое значение [7].

1.5. Методы определения НДМГ

Основными требованиями к методикам химического анализа являются необходимая чувствительность, достаточная селективность, отсутствие систематических погрешностей, воспроизводимость результатов анализа, доступность широкому кругу аналитических лабораторий по стоимости и компетентности персонала, экспрессность, возможность одновременного определения всех интересующих компонентов.

1.5.1. Спектрофотометрические методы

Особенность описываемых методов состоит в том, что они легкодоступны, т.е. не требуют дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала. Спектрофотометрическое определение основано на измерении оптической плотности окрашенных производных НДМГ, так как молекула НДМГ не содержит хромофорных групп. Для дериватизации наиболее часто используют реакцию образования гидразонов, поскольку она достаточно быстро протекает при нормальных условиях с хорошим выходом конечных продуктов.

В работе Бейли и Медвика [8] описывается спектрофотометрический метод определения НДМГ, основанный на реакции с салициловым альдегидом:

Продукт реакции (диметилгидразон салицилового альдегида) имеет систему сопряженных связей и, поэтому может быть определен спектрофотометрически. Измерения оптической плотности проводятся при двух длинах волн: 293 и 360 нм. Область линейности градуировочного графика находится в диапазоне от 0.24 до 4.52 мкг/мл. Определению мешают вещества, имеющие значительные коэффициенты молярного поглощения в областях 293 и 360 нм.

В связи с активным поступлением НДМГ в окружающую среду актуальной становится задача определения НДМГ в различных биологических объектах. Существенное влияние матриц сложного состава, а также сравнительно низкие содержания определяемого компонента усложняют решение данной задачи, требуют особых подходов.

Для обнаружения несимметричного диметилгидразина в моче Даймондом и Томасом [9] была разработана методика, основанная на последовательной обработке образца перекисью водорода и пентацианоаминоферроатом натрия (ПФН). Образующийся при этом комплекс ПФН с НДМГ имеет желтую окраску и может быть определен спектрофотометрически. Данный способ использовался для получения данных о метаболизме несимметричного диметилгидразина в организме человека.

Пинкертон [10] предложил простой и быстрый способ измерения микрограммовых количеств несимметричного диметилгидразина в крови и воде, основанный на реакции между НДМГ и ПФН. Этот метод с незначительными модификациями был адаптирован для анализа НДМГ в воздухе. Однако стоит отметить, что использование ПФН для определения 1,1-диметилгидразина имеет ряд недостатков. Окрашенный продукт реакции образуется довольно медленно (около 20 мин. при комнатной температуре) и является нестабильным. Интенсивность окраски комплекса, его устойчивость и скорость образования сильно зависят от pH среды.

Другой интересный подход к определению НДМГ по производному соединению в реакции с 4-хлор-5,7-динитробензофуразаном предложен авторами работы [11].

Общим несовершенством всех описанных подходов является низкая чувствительность определения НДМГ на уровне ПДК в воде. Данную проблему можно решить, используя экстракционно-спектрофотометрическое определение производного НДМГ с 4-нитробензальдегидом (п-НБА) [12].

Образующийся диметилгидразон достаточно гидрофобен и полностью экстрагируется хлороформом из водных растворов, однако, ни предшествующая дистилляция, ни экстракция не позволяют достичь избирательности этого подхода, и с достаточно большой частотой происходит завышение результатов спектрофотометрического определения НДМГ, по-видимому, из-за взаимодействия с этим реагентом веществ, содержащих в своей структуре NH₂– группу.

Другой способ количественного нахождения НДМГ заключается в определении формальдегида, образующегося по реакции окисления НДМГ сульфатом ртути (II) в серной кислоте. Нагревание в колбе с обратным холодильником НДМГ в течение 20 ч при температуре 90°С вполне достаточно для количественного автоокисления небольшого количества НДМГ и гидролиза продукта его окисления – тетраметилтетразена – до формальдегида. На каждый моль НДМГ образуется 2 моль НСНО.

Впоследствии формальдегид определяется по реакции с хромотроповой кислотой (4,5-дигидрокси-2,7-нафталинсульфоновой кислотой), продукт которой имеет фиолетовую окраску. Окрашенный продукт имеет максимум поглощения при длине волны 558 нм и проявляется после нагревания на водяной бане в течение 10 мин при температуре 60–70°С. Время нагревания имеет большое значение и должно быть фиксированным для каждого определенного количества пробы [13].

В последние годы предложены методики экстракционно-фотометрического и экстракционно-флюориметрического определения НДМГ в водах. Для фотометрического определения [14] в качестве реагентов сравнивали 2-, 3- и 4-нитробензальдегиды и коричный альдегид. Лучшие результаты по чувствительности были получены с использованием коричного альдегида (предел обнаружения НДМГ 1 мкг/л). В качестве перспективного реагента для флюориметрического определения НДМГ предложен 5-фенилпентандиен-2,4-аль. [15] Использование данного соединения позволяет достигнуть низкого предела обнаружения НДМГ – 0.4 мкг/л.

В работе [16] описана разработка интересной схемы определения НДМГ в водах и почвах с использованием люминисцирующих биосенсоров на основе микроорганизмов. Пределы обнаружения достаточно высоки и составляют порядка 60 мкг в пробе, причем использование предложенного подхода позволило проводить определение НДМГ не только в жидкой, но и в твердой фазе.

1.5.2. Хроматографические методы

Газовая хроматография

Прямое определение методами ГХ затруднено ввиду высокой летучести, сильной сорбции в коммутациях газового хроматографа и, как следствие, существенного размывания на колонках разных типов. Фактором, ограничивающим применение метода капиллярной газовой хроматографии, в котором наиболее широко применяются колонки на основе полисилоксановых фаз, чувствительных к воде, является низкая растворимость НДМГ в малополярных органических растворителях, широко применяемых в данном методе для ввода образца.

По этим причинам для проведения анализа используют предварительную дериватизацию, как правило, с ароматическими карбонильными соединениями. Помимо них весьма часто применяют пентафторбензоилхлорид, что позволяет заметно увеличить чувствительность метода как при использовании масс-спектрометрического детектора, так и детектора электронного захвата.

В настоящее время газохроматографический метод находит широкое применение в анализе объектов окружающей среды. Стоит отметить, что большое количество работ по определению 1,1-диметилгидразина относится к продуктам питания, т.к. он является продуктом гидролиза запрещенного регулятора роста растений – даминозида (диметилгидразид янтарной кислоты)

В работе Ньюсома [17] предложен метод определения НДМГ во фруктах. НДМГ извлекается 0.01М HCl, вытяжка подвергается очистке на сульфокатионообменнике и дериватизуется по реакции с пентафторбензоилхлоридом:

Далее производное экстрагируется дихлорметаном, экстракт упаривается. После растворения производного в гексане проводят дополнительную очистку пробы на колонке, заполненной силикагелем. Элюат анализируют методом газовой хроматографии, используя электронно-захватный детектор. Минимально определяемая концентрация НДМГ составляет 0.01 мг/кг.

К недостаткам данной методики можно отнести потерю 50% НДМГ на стадии применения катионообменника, а также производного при его очистке на силикагеле (выход составляет 32%). Кроме того, следует подчеркнуть трудоемкость пробоподготовки и значительные затраты по времени на определение. Длительная пробоподготовка является следствием образования многочисленных соединений с высокореакционноспособным реагентом, пики этих соединений вносят высокий шум и без их удаления невозможно проводить детектирование производного с НДМГ.

В работе [18] описан метод определения НДМГ с применением газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ–МС) в образцах почвы, озерных вод и растений. Модифицирование несимметричного диметилгидразина проводили также пентафторбензоилхлоридом. Предел обнаружения данной методики составил 0.005 мг/л.

Среди остальных реагентов для дериватизации гидразинов следует отметить 2- и 4-нитробензальдегиды. Например, в работе [19] после отгонки НДМГ с паром из почвенной суспензии использовали 4-нитробензальдегид. Из реакционной смеси экстрагировали и концентрировали диметилгидразон 4-нитробензальдегида. Предел обнаружения в предложенной методике составил 4 мкг/кг.

Штейнбрехер применял метод ГХ-МС [20] для определения даминозида (диметилгидразида янтарной кислоты), запрещенного регулятора роста растений, во фруктах. После щелочного гидролиза даминозида при нагревании, образовавшийся НДМГ отгоняли с паром в раствор аскорбиновой кислоты. Предел обнаружения по даминозиду составил 0.05 мг/кг.

В качестве реагентов для получения производных иногда используют ацетон или салициловый альдегид. Например, в работе [21] НДМГ определяли в виде диметилгидразона ацетона. Несмотря на то, что в воздухе НДМГ содержится в микроколичествах, метод позволяет оценить содержание гептила, так как взаимодействие происходит эффективно и достаточно быстро (в течение 5 мин.). Предел обнаружения составляет 4 мкг/м³.

Жидкостная хроматография

Особенности всех видов жидкостной хроматографии обусловлены наличием жидкой подвижной фазы, молекулы которой взаимодействуют с сорбентом, в отличие от газовой хроматографии, где подвижная фаза выполняет только транспортную функцию. По используемым сорбенту и подвижной фазе, жидкостная хроматография подразделяется на нормально-фазовую (НФ), обращенно-фазовую (ОФ) и ионообменную (ИХ). Систему разделения определяют строение и свойства исследуемого вещества. Для незаряженных соединений в зависимости от полярности используют либо НФ ВЭЖХ, либо ОФ ВЭЖХ; если же приходится разделять молекулы, которые несут на себе заряд, то наряду с ОФ ВЭЖХ используют также ионообменную хроматографию.

а) Нормально-фазовая ВЭЖХ

Удобным способом определения НДМГ является использование метода нормально-фазовой ВЭЖХ со спектрометрическим детектированием и использованием 4-нитробензальдегида для получения окрашенного производного. Применение колонок с немодифицированным силикагелем и подвижных фаз, содержащих гексан с добавками хлороформа, [22] позволяет проводить определение НДМГ в водах и почвенных вытяжках на уровне ниже ПДК. Следует отметить, что разделение НДМГ и избытка дериватизируещего реагента достигается только при введении в состав элюента модификатора неподвижной фазы – бензойной кислоты.

б) Обращенно-фазовая ВЭЖХ

Методом ОФ ВЭЖХ гидразин наиболее часто определяют в виде производных. В этом случае удается повысить удерживание и селективность при хроматографическом разделении, однако сильно увеличивается время проведения анализа за счет продолжительной процедуры дериватизации. В работе [23] описан метод определения 1,1-диметилгидразина с помощью реакции дериватизации с 4-нитробензальдегидом. Смесь 1,1-диметилгидразина и его гидразона разделяли методом обращенно-фазовой хроматографии на колонке, заполненной гидрофобизированным силикагелем. Смесь элюировали 70% водным раствором ацетонитрила в воде и определяли на спектрофотометрическом детекторе при длине волны 390 нм. Предел обнаружения составил 1 мкг/л при использовании процедуры предварительного концентрирования производного.

Характеристики

Список файлов курсовой работы