Газовая хроматография воды: современные методы анализа помогают в контроле состояния окружающей среды
Качество воды – едва ли не самое важное в нашей жизни, и не только для здоровья людей, а и для безопасности окружающей среды. Поэтому исследование водных ресурсов – приоритет в экологическом мониторинге для всех государств мира, а методики контроля и соответствующее оборудование постоянно совершенствуются.
Одним из самых эффективных современных методов анализа воды является газовая хроматография (ГХ). Далее рассмотрим методы ГХ для анализа воды, а также государственные стандарты, регулирующие применение этих методик.
Газовая хроматография используется для разделения и анализа соединений, которые могут улетучиваться без разложения. В контексте экомониторинга это мощный инструмент: выявляет летучие органические соединения (ЛОС), пестициды и другие загрязнители, угрожающие нашему здоровью и общему состоянию окружающей среды.
Процедура анализа достаточно проста: после введения в хроматограф образец проходит через колонку с помощью инертного газа-носителя. Разные соединения взаимодействуют со стационарной фазой колонки, поэтому имеем разное время удержания, которое затем анализируется для определения состава образца воды.
Остановимся подробнее на основных нормативных документах по диагностике воды методом газовой хроматографии.
Высоколетучие галогенированные углеводороды
Высоколетучие галогенированные углеводороды (хлороформ, дихлорметан и др.), применяемые в промышленности, коммерческой и бытовой сфере, могут попадать в водоемы со сточными водами, последствием чего становится загрязнение питьевой воды. Также причиной их появления часто становится использование соединений хлора для очистки питьевой воды и сточных вод.
Международный стандарт ДСТУ EN ISO 10301:2022 «Якість води. Визначення легколетких галогенованих вуглеводнів. Газохроматографічні методи» устанавливает два метода определения таких соединений с помощью газовой хроматографии. Это предварительная жидко-жидкостная экстракция и метод статического газового пространства (headspace). Второй подходит для промышленных сточных вод как метод скрининга, но в отдельных случаях нужно еще и подтвердить результат, проведя жидко-жидкостную экстракцию.
Фталаты
Эти органические липофильные соединения в основном используются как пластификаторы для повышения гибкости пластических полимеров. Фталаты также входят в состав типографских красок и лаков. Методы определения фталатов регулируются ДСТУ ISO 18856:2012 «Якість води. Визначення певних фталатів методами газової хроматографії та мас-спектрометрії».
Основной источник фталатов в окружающей среде – пластиковые отходы, из которых эти соединения постепенно высвобождаются. Из-за своей низкой активности и отсутствия химической связи с полимерными цепями в полимерных матрицах фталаты могут мигрировать из пластика в среду (твердую, жидкую или газообразную), с которой контактируют. Скорость миграции зависит от разных причин: свойств полимерной матрицы, количества и параметров самого соединения, площади контакта с окружающей средой. Будучи слаборастворимыми в воде, «вредители» после высвобождения преимущественно концентрируются в почве и донных отложениях. Растения часто адсорбируют фталаты из почвы и таким образом вводят его в пищевую цепь.
Хлорорганические пестициды
Эти вещества уже запрещены во многих странах, однако в масштабах планеты до сих пор являются экологической проблемой, ведь загрязнение воды хлорорганическими пестицидами тесно связано с сельскохозяйственным производством. Их определяют методом газовой хроматографии в соответствии с ДСТУ ISO 6468-2002 «Якість води. Визначання вмісту окремих хлорорганічних інсектицидів, поліхлорованих біфенілів та хлорбензолів. Метод газової хроматографії після екстракції типу “рідина-рідина”».
Хлорорганические пестициды очень устойчивы в окружающей среде, а поскольку наблюдаем их дисбаланс в экосистеме и способность к биоаккумуляции в живых организмах через пищевую цепь, мониторинг хлорорганических пестицидов и их метаболитов имеет первостепенное значение.
Нефтепродукты в воде
Методы определения нефтепродуктов регулирует международный стандарт ДСТУ ISO 9377-2:2015 «Якість води. Визначення нафтопродуктів у воді. Частина 2. Метод рідинної екстракції та газової хроматографії».
К нефтепродуктам относятся жиры, масла, воск и другие родственные компоненты, содержащиеся в воде, в основном в сточных водах. Если эти соединения не удалить перед сбросом очищенных сточных вод, нефть и масла будут препятствовать биологической жизни в поверхностных водах, формируя опасные пленки.
Когда нефтепродукты попадают в водные источники, они ограничивают доступ кислорода, что губительно сказывается на живых организмах. А попав в городские сети, еще и создают значительную нагрузку на очистные сооружения.
Соблюдение требований, изложенных в стандартах, поможет лабораториям обеспечить качество анализов, а затем и согласованные результаты в разных условиях.
Этапы работы в газовой хроматографии
Рассмотрим особенности работы с газовым хроматографом на разных стадиях.
- Пробоподготовка
Правильно подготовить образцы воды для анализа методом газовой хроматографии критически важно, если мы хотим достичь точных и надежных результатов. Вода часто несовместима со многими системами и детекторами ГХ, поэтому для извлечения, концентрирования или дериватизации целевых аналитов понадобятся специальные методы подготовки.
Жидкостно-жидкостная экстракция (РРЭ)
Образец воды смешивается с органическим растворителем (дихлорметаном, гексаном или этилацетатом). Далее органическая фаза с анализируемым веществом отделяется и концентрируется. Жидкостно-жидкостная экстракция обычно применяется для анализа летучих и полулетучих органических соединений и пестицидов.
Твердофазная экстракция (ТФЭ)
Происходит обогащение и выделение аналитов из образцов воды с помощью жесткого адсорбента. Образец воды пропускают через картридж или диск с содержанием адсорбента (например, C18, кремнезем), после чего промывают и растворяют подходящим растворителем. Метод ТФЭ наиболее приемлем для анализа фармацевтических препаратов, средств личной гигиены и определения следов органических загрязнителей.
Отбор проб надводного пространства (статический или динамический headspace-метод)
Летучие органические соединения извлекаются непосредственно из газовой фазы над водой. Образец воды помещают в герметичный флакон и нагревают, чтобы аналитические вещества улетучивались в надводное пространство. Далее посредством шприца или автоматического пробоотборника вводят пробу в газовый хроматограф. Этот метод подходит для анализа бензола или толуола.
- Тип детектора
Выбор детекторов для газовой хроматографии воды зависит от целевых соединений, уровней их концентрации, а также требуемой чувствительности и специфичности.
Пламенно-ионизационный детектор (Flame ionization detector, FID)
Выявляет ионы, образующиеся в процессе горения органических соединений в водородно-воздушном пламени. Этот детектор высокочувствителен к углеводородам и другим органическим соединениям, имеет широкий динамический диапазон и относительно неспецифичен, ведь реагирует на большинство углеродсодержащих соединений (кроме CO₂ и CO).
Детектор теплопроводности (Thermal conductivity detector, TCD)
Измеряет изменения теплопроводности газа-носителя, вызванных присутствием аналитов. Детектор применяется для анализа устойчивых газов, таких как H₂, O₂, N₂ и CO₂, но имеет более низкую чувствительность, чем пламенно-ионизационный детектор.
Детектор электронного захвата (Electron capture detector, ECD)
Выявляет соединения, которые захватывают электроны, излучаемые радиоактивным источником (обычно ^63Ni). Прибор высокочувствителен к галогеновым соединениям, нитросоединениям и металлоорганическим веществам, имеет чрезвычайно низкие пределы выявления для этих классов аналитов.
Масс-спектрометрический детектор (Mass spectrometry detector, MSD)
Идентифицирует и количественно определяет соединения на основе отношения их массы к заряду (m/z) после ионизации. Он обладает высокой чувствительностью и специфичностью, предоставляет структурную информацию для идентификации соединений.
Фотоионизационный детектор (Photoionization detector, PID)
Использует ультрафиолетовый свет для ионизации определенных органических соединений и измерения результирующего ионного тока. Детектор высокочувствителен к ароматическим углеводородам и органическим веществам с двойными связями, однако ограничен соединениями с потенциалом ионизации ниже энергии УФ-лампы (обычно 10,6 эВ).
Азотно-фосфорный детектор (Nitrogen-phosphorus detector, NPD)
Специфически выявляет азот- и фосфорсодержащие соединения с помощью нагретого шарика, содержащего соли щелочных металлов. Устройство высокоселективно к азоту и фосфору и используется в анализе следов этих элементов.
Chrozen GC и Trajan: комплексно подходим к контролю качества воды
Газовый хроматограф Chrozen GC в сочетании с хроматографическими колонками Trajan – эффективное решение для высокоточного анализа воды. Chrozen GC от YoungIn Chromass обеспечивает стабильную продуктивность, высокую чувствительность и точность измерений, он идеален для анализа различных органических и неорганических соединений. Ассортимент детекторов и устройств для ввода пробы достаточен, чтобы реализовать любую аналитическую задачу лаборатории.
Комбинация Chrozen GC и Trajan гарантирует эффективность и соответствие современным требованиям экологического мониторинга и контроля качества.
Хроматографы ChroZen GC прошли сертификацию в Украине и имеют оценку соответствия согласно требованиям Технического регламента № 94, поэтому могут использоваться в лабораториях сферы законодательно регулируемой метрологии.
Благодаря Chrozen GC и колонкам Trajan Анализ воды методом газовой хроматографии становится еще проще. А эксперты ХЛР проконсультируют по всем нюансам работы с таким оборудованием.
