Диссертация (1145502), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Образующиеся окрашенные соединения после экстракции хлороформом определяют спектрофотометрически [80–83]. Экстракция и перегонка фенолов с паром при определении «фенольного индекса» может бытьзаменена их экстракционно-хроматографическим концентрированием на колонке с трибутилфосфатом непосредственно при пробоотборе [84].Преимущество 4-аминоантипирина, по сравнению с подобными реагентами (рис. 3),состоит в большей доступности и высоких значениях молярных коэффициентов поглощенияокрашенных соединений при длине волны 450-460 нм [85]. «Фенольный индекс» определяютв воде при концентрации фенолов от 2 до 100 мкг/л.Рисунок 3 – Общая схема реакции получения окрашенных соединений для спектрофотометрического метода определения фенолов на основе 4-аминопиразолона [86]41Сравнительный анализ реагентов, проведенный в работе [87] показал, что реакция с 4AAP является самой чувствительной качественной реакцией на фенол.
На основе этого исследования был разработан тест-метод определения «фенольного индекса» в различных водных объектах на уровне 1 мкг/л, требующий 10 см3 водной пробы и исключающий применение органических растворителей.При определении фенолов в сточных и технологических водах на уровне 0.01-0.1 мг/л,характерное желтое окрашивание может определяться даже визуально [88]. В этом случаеанализируемая проба воды пропускается через трубку, содержащую индикаторный порошок– гидрофобизированный силикагель, нековалентно модифицированный 4-ААР.Несмотря на то, что определение этого обобщенного показателя является доступнымспособом получения информации о содержании в воде соединений фенольного ряда, следуетуказать на ряд методических недостатков.
Так, с 4-AAP не определяются пара-замещенныефенолы, поскольку образование хиноидной структуры в окрашенном соединении требует отсутствия заместителей в этом положении (рис. 3). Как показано в работе [86], некоторые пара-замещенные фенолы все же образую хинониминовый краситель, но при этом теряют своюиндивидуальность. Методом ГХ/МС подтверждено, что фенол, 4-гидрокси-, 4-хлор- и 4метоксифенолы при взаимодействии с 4-AAP образуют тоже одно и тоже окрашенное соединение, т.е. замещенные фенолы теряют свои заместители в пара-положении.При предварительной отгонке с водяным с паром, степень перехода фенолов в дистиллят сильно зависит от числа и типа заместителей [89]. Так, орто-замещенные фенолы перегоняются на 70-100 %, в то время как пара- и мета- только на 20-60 %.
Кроме того, присутствующие в природных водах гумусовые кислоты, при термическом воздействии (кипячение) могут продуцировать фенольные соединения, что также искажает первоначальный компонентный состав анализируемой пробы [8, 90].Для анализа ароматических аминов в воде предложен ряд производных, определяемыхспектрофотометрически (рис. 4). Окрашенные соединения анилинов получают с 4диметиламинобензальдегидом [91–93], 4-диметиламинокоричным альдегидом [94, 95] и N,Nдиэтил-п-фенилендиамином [96].
Последний реагент применяется в индикаторных трубкахпри тест-определениях анилина в воде, интенсивность окраски оценивается визуально илифотометрически.Фотометрическое определение анилинов, по сравнению с фенолами, характеризуетсяменьшей чувствительностью – 20-500 мкг/дм3. Наименее чувствительно определяются ортозамещенные анилины из-за снижения выхода или невозможности образовать окрашенныепродукты реакции в силу стерических препятствий и наличия водородных связей внутри молекул [94].42Рисунок 4 – Реакция анилина с 4-диметиламинокоричным альдегидом для полученияокрашенного соединения [94]Способность фенолов к флуоресценции (длина волны возбуждения 240-285 нм, излучение в диапазоне 290-330 нм) применяют для их флуориметрического детектирования.
Дополняя жидкостную экстракцию реэкстракцией в щелочной раствор, по интенсивностифлуоресценции фенолы в водных средах удается определять на уровне 0.5 мкг/л [97, 98].Флуориметрический детектор используют и для определения фенолов в воздухе (до 0.05мкг/л), предварительно поглощая их щелочным раствором [99] или концентрируя методомхромато-мембранной жидкостной абсорбции [100, 101]. Несмотря на достаточно высокуючувствительность флуориметрического определения, при детектирования хлор- и нитрозамещенных фенолов аналитический сигнал практически отсутствует [98].Анилины также обладают собственной флуоресценцией, поэтому возможно их прямоеопределение [102], либо после получения флуоресцирующих производных, например, сфлуорескамином [103]. Недостаток подобных способов – сильное мешающее влияние фоновой флуоресценции матрицы, поскольку длины волн возбуждения и эмиссии флуоресценцииобычно находятся в видимой области спектра (380-740 нм).
Для устранения помех, наводимых матрицей, при флуориметрическом определении различных веществ широкое применение нашел 4,4 ,4 ,4 -тетраамино-фталоцианин алюминия [104, 105], длины волн возбуждения и эмиссии флуоресценции которого находятся в красной области спектра – 610 нм и 678нм соответственно.43При диазотировании аминогрупп фталоцианина, его способность к флуоресценции резко уменьшается, и если диазотирование проводить в присутствии анилинов снижение интенсивности флуоресценции будет обратно пропорционально их концентрации. Применениеметаллокомплексов тетраазапорфиринов для флуориметрического определения анилинов позволяет проводить их детектирование в интервале концентраций 2-10 мкг/л [106, 107].Указанные недостатки спектрофотометрических методов и, прежде всего, отсутствиеселективности определения аналитов не позволяют получать объективную информацию озагрязненности водоисточников и правильно оценивать их токсичность [108, 109].
Как правило, «фенольный индекс» оказывается систематически заниженным и некоторых случаяхего значение может отличаться от действительного содержания фенолов более, чем на порядок.1.3.2 Хроматографические методы анализаНеобходимость определения не суммарного содержания соединений этих классов, аименно их селективного детектирования, обусловлена значительными различиями ПДК дажедля изомерных фенолов и анилинов (табл. 3, 6, 8, 11, 14, 16).Это условие предопределяет необходимость использования именно хроматографических методов, прежде всего, ГХ с капиллярными колонками, что обеспечивает необходимуюселективность разделения изомеров. Однако, пределы прямого хроматографического определения таких аналитов даже с применением современных методов экстракционного концентрирования, высокоэффективных капиллярных колонок и селективного детектирования,как правило, не превышают 0,1-0,5 мкг/л [110–114].Основной причиной таких ограничений следует считать наличие в составе молекулгидроксильных (фенолы) и аминогрупп (анилины), содержащих так называемые активныеатомы водорода и обусловливающие заметную полярность и достаточно хорошую растворимость в воде соединений этих классов (табл.
1, 4, 7, 10, 12, 15).Свойства полярных соединений снижают эффективность их экстракции из водных средорганическими растворителями, а при разделении вызывают сильное размывание хроматографических зон [115, 116]. С другой стороны, наличие в составе молекул функциональныхгрупп с подвижными атомами водорода, позволяет использовать на стадии подготовки пробтакой прием, как получение производных (дериватизация или химическая модификация) сцелью улучшения аналитических характеристик определяемых соединений [115, 117, 118].44В зависимости от характера аналитических задач дериватизацию целевых аналитовможно проводить как в органических растворителях после их экстракции из водных образцов, так и непосредственно в водных средах с последующим экстракционным концентрированием. Первый подход отражает «традиционные» принципы подготовки проб при определении следов органических токсикантов в водных средах, тогда как второй сформировалсяотносительно недавно – в 90-х годах XX века.
Проведение дериватизации до стадии экстракции представляется более эффективным, так как помимо хроматографических параметрованалитов одновременно позволяет улучшить и их экстракционные характеристики.1.3.2.1 Химическая модификация анилинов и фенолов в газовой хроматографииПолучение производных для хроматографического анализа (дериватизация) – особыйтип органических реакций соединений с известными функциональными группами [119].Принципиальное отличие реакций дериватизации от органических реакций в целом, – отсутствие необходимости определения структуры продуктов реакции.
Поскольку строение исходных аналитов известно a priori, то саму реакцию дериватизации рассматривают и какподтверждение этих структур в образующихся производных.К реакциям этого типа и к реагентам для их проведения предъявляются достаточно жесткиетребования [120–124]. К важнейшим из них в составе процедур подготовки проб относятся следующие:1. Степень превращения исходных аналитов в производные должна быть максимальной. При дериватизации необходимо создавать условия, обеспечивающие выход производных, близкий к количественному.
Иначе это может существенно снизить чувствительностьопределения и осложнить количественный анализ. Однако, важно не столько стопроцентноепревращение аналитов в производные, сколько воспроизводимость этих выходов в одних итех же условиях подготовки проб.2. Химическая природа образующихся продуктов должна быть известна. Образующиеся производные по числу и структуре должны однозначно соответствовать исходныманалитам. В оптимальном случае превращения должны соответствовать схеме 1исходный аналитоднако все случаи 11 (одинодно производное).
Известны примеры вариантов дериватизации 1N (N2,3) должны быть исключены. Иными словами, селективностьпревращений должна быть максимальной.3. Получаемые производные должны быть устойчивы. Большинство используемых длядериватизации реакций протекает с участием активных атомов водорода функциональныхгрупп и по этой причине относятся к обратимым процессам. Значительная часть таких производных нестабильна к гидролизу, что требует соблюдения мер по защите реакционных45смесей от попадания в них следов воды. Для получения производных используют реагенты свысокой реакционной способностью, очень важна и их устойчивость при хранении.4. Химическая модификация должна протекать быстро. Проведение дериватизацииследовых количеств аналита требует применения больших молярных избытков реагента, чтосвязано с необходимостью поддержания приемлемой скорости реакции, а также отсутствиемаприорной информации о компонентном составе анализируемой пробы [113, 115].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
