Хроматографические методы

Газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография в настоящее время являются одними из наиболее распространенных, автоматизированных и универсальных методов анализа сложных смесей органических и неорганических веществ. Эти методы широко используют для разделения и определения белков и других крупных молекул, наркотиков, лекарственных соединений, пестицидов, неорганических катионов и анионов. Однако возможности хроматографических методов, даже при использовании современных детекторов, часто ограничены недостаточными чувствительностью и селективностью. Например, сложными задачами для ВЭЖХ являются определение большинства органических и неорганических экотоксикантов в природных водах на уровне предельно допустимых концентраций, микрокомпонентов в биологических жидкостях и других сложных по составу растворах. Такие задачи решают с использованием концентрирования.

Экстракционное концентрирование широко используют при определении загрязняющих веществ в природных и сточных вод методами газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией и ВЭЖХ. Жидкость-жидкостная экстракция до сих пор является основным методом выделения и концентрирования из вод многих органических соединений.

Рекомендуемый Американским агентством по охране окружающей среды (ЕРА) метод определения среднелетучих органических соединений (метод ЕРА 625) основан на экстракционном концентрировании примесей из воды при помощи дихлорметана с последующим анализом экстракта методом капиллярной газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором (КГХ/МС). Он предназначен для определения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), полихлорированных бифенилов (ПХБ), галогенуглеводородов, хлорорганических пестицидов, фенолов, фталатов, нитрозоаминов и бензидинов (всего 73 соединения). Гербициды на основе феноксиуксусных кислот экстрагируют из 1 л пробы воды тремя порциями по 100 мл этилацетата, экстракты высушивают безводным сульфатом натрия, упаривают на роторном испарителе и анализируют методом ВЭЖХ с УФ-детектором на диодной матрице.

Сорбционное концентрирование позволяет объединить отбор проб и выделение органических соединений из воздуха и вод. Концентрирование в режиме «off-line» проводят в несколько этапов: через колонку или патрон с сорбентом пропускают пробу воздуха или воды; сорбированные органические соединения элюируют малым объемом растворителя (реже применяют термодесорбцию); элюат очищают, упаривают и проводят хроматографическое определение выделенных компонентов.

Метод ЕРА 525.2 основан на твердофазной экстракции из воды органических соединений средней летучести и последующем анализе концентрата методом капиллярной газовой хроматографии с термоионным и электронно-захватным детектором. Он предназначен для определения ПАУ, ПХБ, галогенуглеводородов, хлорорганических пестицидов, фенолов, фталатов, нитрозоаминов и бензидинов (всего 73 соединения). Твердофазную экстракцию проводят на патроне, заполненном 500 мг химически модифицированного кремнезема С₁₈.

Последние 20 лет интенсивно развиваются проточные методы анализа, включающие стадию «on-line» концентрирования, в том числе сорбционно-ВЭЖХ методы. В этом случае цикл анализа включает концентрирование заданных веществ – микрокомпонентов из растворов на миниколонке с сорбентом, их десорбцию с введением концентрата в хроматографическую колонку, последующее хроматографическое разделение и определение. Более сложные варианты включают концентрирование микрокомпонентов на нескольких последовательно соединенных колонках с последующей раздельной десорбцией, изменение макросостава концентрата или модифицирование микрокомпонентов после десорбции перед вводом в хроматографическую колонку, «вырезание» части раствора из потока для ввода в хроматографическую колонку и другие процедуры.

Несмотря на кажущуюся простоту цикла анализа и известные условия ВЭЖХ определения, для достижения хороших метрологических характеристик необходимы: тщательный выбор сорбентов для концентрирования, составов растворов для промывки и десорбции, а также оптимизация размеров колонки для концентрирования и гидродинамических режимов при проведении всех стадий.

Предложены проточные сорбционно-ВЭЖХ методы определения сотен веществ. Эти вещества условно можно подразделить на гидрофобные (малополярные), полярные и диссоциированные в водных растворах. В последнем случае речь идет об определении органических и неорганических ионов. Обычно сорбенты для концентрирования выбирают, руководствуясь именно этой классификацией: малополярные соединения извлекают на малополярных или неполярных сорбентах (так называемых обращенно-фазных), полярные – на более полярных, неорганические и органические ионы – на ионообменниках. Чаще всего для концентрирования органических соединений из растворов используют химически модифицированные кремнеземы, органополимерные и углеродные сорбенты.

Общей особенностью большинства перечисленных гидрофобных сорбентов при концентрировании соединений из водных растворов является необходимость их предварительной обработки (кондиционирования) смешивающимся с водой полярным растворителем (обычно метанолом или ацетонитрилом) для увеличения их смачивания. Кроме того, во избежание гидродинамических затруднений, при концентрировании микрокомпонентов из больших объемов растворов необходимо добавлять в анализируемый раствор небольшие количества тех же растворителей. Еще одна характерная черта таких сорбентов – эффективное, но не селективное извлечение большого числа соединений из водных растворов. Поэтому их использование для извлечения микрокомпонентов из сложных по составу растворов, таких как речные и сточные воды, биологические жидкости и другие, часто затруднено. Для решения таких задач в последние годы начали применять менее эффективные, но более селективные сорбенты: с ограниченным доступом: полимеры с молекулярными отпечатками, фторопластовые сорбенты, а также иммуносорбенты.

Для концентрирования органических и неорганических ионов в проточных сорбционно-ВЭЖХ системах используют различные катионо- и анионообменники; ионы извлекают также на обращенно-фазных сорбентах после обработки последних реагентами, или в виде комплексов и ионных ассоциатов.