Газова хроматографія води: сучасні методи аналізу допомагають у контролі стану довкілля
Якість води – чи не найважливіше в нашому житті, і не лише для здоров’я людей, а й для безпеки довкілля. Тому дослідження водних ресурсів є пріоритетом в екологічному моніторингу для всіх держав світу, а методики контролю й відповідне обладнання постійно вдосконалюються.
Одним із найефективніших сучасних методів аналізу води є газова хроматографія (ГХ). Далі розглянемо методи ГХ для аналізу води, а також державні стандарти, які регулюють застосування цих методик.
Газова хроматографія використовується для розділення й аналізу сполук, що можуть випаровуватися без розкладання. У контексті екомоніторингу це потужний інструмент: виявляє леткі органічні сполуки (ЛОС), пестициди й інші забруднювачі, які загрожують нашому здоров’ю та загальному стану довкілля.
Процедура аналізу досить проста: після введення в хроматограф зразок проходить через колонку за допомогою інертного газу-носія. Різні сполуки взаємодіють зі стаціонарною фазою колонки, тому маємо різний час утримування, який потім аналізується для визначення складу зразка води.
Зупинімося детальніше на основних нормативних документах щодо діагностики води методом газової хроматографії.
Високолеткі галогеновані вуглеводні
Високолеткі галогеновані вуглеводні (хлороформ, дихлорметан тощо), які застосовуються в промисловості, комерційній і побутовій сфері, можуть потрапляти у водойми зі стічними водами, наслідком чого стає забруднення питної води. Також їх появу часто спричиняє використання сполук хлору для очищення питної води й стічних вод.
Міжнародний стандарт ДСТУ EN ISO 10301:2022 «Якість води. Визначення легколетких галогенованих вуглеводнів. Газохроматографічні методи» встановлює два методи визначення таких сполук за допомогою газової хроматографії. Це попередня рідинно-рідинна екстракція і метод статичного газового простору (headspace). Другий підходить для промислових стічних вод як метод скринінгу, але в окремих випадках треба ще й підтвердити результат, провівши рідинно-рідинну екстракцію.
Фталати
Ці органічні ліпофільні сполуки здебільшого використовуються як пластифікатори для підвищення гнучкості пластичних полімерів. Фталати також входять до складу друкарських фарб і лаків. Методи визначення фталатів регулює ДСТУ ISO 18856:2012 «Якість води. Визначення певних фталатів методами газової хроматографії та мас-спектрометрії».
Основне джерело фталатів у навколишньому середовищі – пластикові відходи, з яких ці сполуки поступово вивільняються. Через свою низьку активність і відсутність хімічного зв’язку з полімерними ланцюгами в полімерних матрицях фталати можуть мігрувати з пластику в середовище (тверде, рідке або газоподібне), з яким контактують. Швидкість міграції залежить від різних факторів: властивостей полімерної матриці, кількості й параметрів самої сполуки, площі контакту з навколишнім середовищем. Будучи слаборозчинними у воді, «шкідники» після вивільнення переважно концентруються в ґрунті й донних відкладеннях. Рослини часто адсорбують фталати з ґрунту й у такий спосіб вводять їх у харчовий ланцюг.
Хлорорганічні пестициди
Ці речовини вже заборонені в багатьох країнах, однак у масштабах планети досі є екологічною проблемою, адже забруднення води хлорорганічними пестицидами тісно пов’язане із сільськогосподарським виробництвом. Їх визначають методом газової хроматографії відповідно до ДСТУ ISO 6468-2002 «Якість води. Визначання вмісту окремих хлорорганічних інсектицидів, поліхлорованих біфенілів та хлорбензолів. Метод газової хроматографії після екстракції типу “рідина-рідина”».
Хлорорганічні пестициди дуже стійкі в навколишньому середовищі, а оскільки спостерігаємо дисбаланс їх в екосистемі й здатність до біоакумуляції в живих організмах через харчовий ланцюг, моніторинг хлорорганічних пестицидів та їхніх метаболітів має першорядне значення.
Нафтопродукти у воді
Методи визначення нафтопродуктів регулює міжнародний стандарт ДСТУ ISO 9377-2:2015 «Якість води. Визначення нафтопродуктів у воді. Частина 2. Метод рідинної екстракції та газової хроматографії».
До нафтопродуктів належать жири, олії, віск та інші споріднені компоненти, що містяться у воді, здебільшого в стічних водах. Якщо ці сполуки не видалити перед скиданням очищених стічних вод, нафта й мастила перешкоджатимуть біологічному життю в поверхневих водах, формуючи небезпечні плівки.
Коли нафтопродукти потрапляють у водні джерела, вони обмежують доступ кисню, що згубно впливає на живі організми. А потрапивши до міських мереж, іще й створюють значне навантаження на очисні споруди.
Дотримання вимог, викладених у стандартах, допоможе лабораторіям забезпечити якість аналізів, а відтак і узгоджені результати в різних умовах.
Етапи роботи в газовій хроматографії
Розглянемо особливості роботи з газовим хроматографом на різних стадіях.
- Пробопідготовка
Правильно підготувати зразки води для аналізу методом газової хроматографії критично важливо, якщо ми хочемо досягти точних і надійних результатів. Вода часто несумісна з багатьма системами й детекторами ГХ, тому для вилучення, концентрування або дериватизації цільових аналітів знадобляться спеціальні методи підготовки.
Рідинно-рідинна екстракція (РРЕ)
Зразок води змішується з органічним розчинником (дихлорметаном, гексаном або етилацетатом). Далі органічна фаза з аналізованою речовиною відокремлюється й концентрується. Рідинно-рідинна екстракція зазвичай застосовується для аналізу летких та напівлетких органічних сполук і пестицидів.
Твердофазна екстракція (ТФЕ)
Відбувається збагачення й виділення аналітів зі зразків води за допомогою твердого адсорбенту. Зразок води пропускають через картридж або диск зі вмістом адсорбенту (наприклад, C18, кремнезем), після чого промивають і розчиняють відповідним розчинником. Метод ТФЕ найприйнятніший для аналізу фармацевтичних препаратів, засобів особистої гігієни й для визначення слідів органічних забруднювачів.
Відбір проб надводного простору (статичний або динамічний headspace-метод)
Леткі органічні сполуки вилучаються безпосередньо з газової фази над водою. Зразок води поміщують у герметичний флакон і нагрівають, щоб аналітичні речовини випарувалися в надводний простір. Далі за допомогою шприца або автоматичного пробовідбірника вводять пробу в газовий хроматограф. Цей метод підходить для аналізу бензолу або толуолу.
- Тип детектора
Вибір детекторів для газової хроматографії води залежить від цільових сполук, рівнів їх концентрації, а також необхідної чутливості й специфічності.
Полум’яно-іонізаційний детектор (Flame ionization detector, FID)
Виявляє іони, що утворюються в процесі горіння органічних сполук у воднево-повітряному полум’ї. Цей детектор високочутливий до вуглеводнів та інших органічних сполук, має широкий динамічний діапазон і є відносно неспецифічним, адже реагує на більшість вуглецевмісних сполук (крім CO₂ і CO).
Детектор теплопровідності (Thermal conductivity detector, TCD)
Вимірює зміни теплопровідності газу-носія, спричинені присутністю аналітів. Детектор застосовується для аналізу стійких газів, як-от H₂, O₂, N₂ і CO₂, але має нижчу чутливість, ніж полум’яно-іонізаційний детектор.
Детектор електронного захоплення (Electron capture detector, ECD)
Виявляє сполуки, які захоплюють електрони, випромінювані радіоактивним джерелом (зазвичай ^63Ni). Прилад високочутливий до галогенових сполук, нітросполук і металоорганічних речовин, має надзвичайно низькі межі виявлення для цих класів аналітів.
Мас-спектрометричний детектор (Mass spectrometry detector, MSD)
Ідентифікує та кількісно визначає сполуки на основі відношення їхньої маси до заряду (m/z) після іонізації. Він має високу чутливість і специфічність, надає структурну інформацію для ідентифікації сполук.
Фотоіонізаційний детектор (Photoionization detector, PID)
Використовує ультрафіолетове світло для іонізації певних органічних сполук і вимірювання результуючого іонного струму. Детектор високочутливий до ароматичних вуглеводнів та органічних речовин із подвійними зв’язками, проте обмежений сполуками з потенціалом іонізації, нижчим за енергію УФ-лампи (зазвичай 10,6 еВ).
Азотно-фосфорний детектор (Nitrogen-phosphorus detector, NPD)
Специфічно виявляє азот- і фосфоровмісні сполуки за допомогою нагрітої кульки, що містить солі лужних металів. Пристрій високоселективний до азоту й фосфору та використовується в аналізі слідів цих елементів.
Chrozen GC і Trajan: комплексно підходимо до контролю якості води
Газовий хроматограф Chrozen GC у поєднанні з хроматографічними колонками Trajan є ефективним рішенням для високоточного аналізу води. Chrozen GC від YoungIn Chromass забезпечує стабільну продуктивність, високу чутливість і точність вимірювань, він ідеальний для аналізу різних органічних та неорганічних сполук. Асортимент детекторів і пристроїв для введення проби достатній, щоб реалізувати будь-яке аналітичне завдання лабораторії.
Комбінація Chrozen GC та Trajan гарантує ефективність і відповідність сучасним вимогам екологічного моніторингу й контролю якості.
Хроматографи ChroZen GC пройшли сертифікацію в Україні й мають оцінку відповідності згідно з вимогами Технічного регламенту № 94, тож можуть використовуватися в лабораторіях сфери законодавчо регульованої метрології.
Завдяки Chrozen GC та колонкам Trajan Аналіз води методом газової хроматографії стає ще простішим. А експерти ХЛР проконсультують щодо всіх нюансів роботи з таким обладнанням.
