Тонкослойная хроматография остаточных концентраций пестицидов в пищевых продуктах

«Тонкослойная хроматография остаточных концентраций пестицидов в пищевых продуктах»

Содержание

Введение

Глава 1.Основы планарной (тонкослойной) хроматографии

Глава 2. Состояние и перспективы использования современных инструментальных методов анализа пестицидов

Глава 3. Методические указания по определению хлорорганических пестицидов в воде, продуктах питания, кормах и табачных изделиях хроматографией в тонком слое

Глава 4. Современное аппаратурное оформление

Литература

Введение

Химикаты (инсектициды, гербициды, фунгициды) используются для удобрения почвы, борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами, для защиты урожая от плесени и грибков. С их помощью повышают урожайность, увеличивают срок хранения растений, улучшают внешний вид фруктов, овощей и зерна. Сегодня предлагается выбор из 5000 видов пестицидов и 700 химических ингредиентов. По сравнению с началом 40-х гг., когда были впервые использованы пестициды, их потребление в сельском хозяйстве возросло в десятки раз, а потери урожая из-за насекомых за последние 50 лет увеличились вдвое. Эта статистика ставит под сомнение "эффективность" пестицидов. Интересно, что применение пестицидов привело к развитию 650 видов вредителей, устойчивых к некоторым из этих ядов.
Каждый день в мире около 3000 человек отравляются пестицидами. Это более миллиона отравлений в год химическими веществами, загрязняющими воздух, почвы, воду и продукты. Отдельно по Европе эти цифры не менее шокирующие. Только в 2005 году страны ЕС начали пытаться ввести единые стандарты в оценке опасности химических веществ, попадающих в продукты питания, и единую маркировку для продуктов питания. Известно, что многие пестициды опасны для здоровья и обладают канцерогенными свойствами, однако до сих пор покупатель не может по этикетке определить, насколько же насыщен покупаемый продукт этими неполезными веществами. В развитых странах у потребителя, в принципе, существует выбор - покупать "органическую" (выращенную без химикатов) продукцию, или обычную. Разница в цене весьма существенна, и выбор "органических" продуктов не столь велик, как обычных.

Организация по защите окружающей среды допускает, что из 320 пестицидов, разрешенных к применению в агрономии, по меньшей мере, 66 -
 предполагаемые канцерогены. Многие из этих пестицидов смешиваются с 1200 нейтральными ингредиентами, состав которых производители не обязаны разглашать, ссылаясь на "коммерческую тайну". Для 800 из них до сих пор не установлены уровни токсичности, они предположительно являются канцерогенами, поэтому необходимо использовать методы идентификации пестицидов в продуктах питания.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПЛАНАРНОЙ (ТОНКОСЛОЙНОЙ) ХРОМАТОГРАФИИ

Планарная (тонкослойная)хроматография

Тонкослойная (планарная) хроматография занимает одно из ведущих мест в качественном и полуколичественном анализе сложных природных, фармацевтических, медикобиологических и химических объектов. Среди других хроматографических методов планарную хроматографию отличают следующие достоинства и особенности:

- это единственный хроматографический метод, позволяющий проводить полный анализ неизвестной смеси, поскольку исследователь имеет возможность проверить, не остались ли на старте неэлюированные компоненты;

-по производительности превосходит газовую и

высокоэффективную жидкостную хроматографию, по крайней мере, на порядок; использует более простое и дешевое оборудование;

- обладает высокой селективностью, которую легко варьировать, подбирая состав подвижной фазы; в отличие от ВЭЖХ нет ограничений в выборе растворителей;

- дает возможность одновременного разделения нескольких образцов; использования однократного или многократного элюирования (при различных условиях), а также одновременного разделения компонентов одного и того же образца с помощью различных элюентов;

- возможна оптимизация разрешающей способности

хроматографической системы при разделении сложной смеси только для интересующих компонентов, что позволяет экономить время;

- возможно детектирование соединений с высокой

чувствительностью и селективностью, которые легко варьировать подбором проявляющего реагента; полученные результаты разделения легко оценить визуально;

можно сохранять хроматограммы для последующего

детектирования и осуществлять спектральную идентификацию

хроматографических зон после разделения в любом диапазоне длин волн, включая ИК.

у планарной хроматографии есть и некоторые недостатки:

- ограниченная разделяющая способность из-за сравнительно небольшой длины разделяющей зоны (3-10 см);

- чувствительность ниже, чем в случае ВЭЖХ;

- зависимость результатов анализа от окружающей среды: относительной влажности, температуры, а также наличия загрязняющих веществ в воздухе;

- трудности в работе с образцами, имеющими высокую летучесть, а также с веществами, чувствительными к действию кислорода воздуха или света.

Классическая, наиболее простая и широко используемая методика тонкослойной хроматографии включает проведение следующих основных операций:

1)нанесение анализируемой пробы на слой сорбента;

2)разделение компонентов пробы на отдельные зоны в потоке подвижной фазы;

3) обнаружение зон на слое сорбента (часто реагентом, образующим с разделенными веществами окрашенные соединения);

4) количественная оценка полученного разделения, включая определение величины удерживания и определение содержания вещества в зонах на хроматограмме.

Положение зоны вещества на хроматограмме характеризуется величиной R_f, которая равна отношению расстояния от стартовой линии до центра зоны вещества к расстоянию от стартовой линии до линии фронта. Значение R_f - величина постоянная для данного соединения в данной истеме и зависит от ряда условий: способа элюирования, качества и активности сорбента, толщины слоя, качества растворителей, количества нанесенного вещества, длины пробега растворителей, положения стартовой линии и почти не зависит от температуры. По этой величине проводят идентификацию компонентов в смеси.

На качество разделения компонентов смеси в планарной хроматографии влияет большое число факторов: тип разделительной камеры; предварительное насыщение камеры и слоя сорбента парами подвижной фазы; стартовый размер пятна; расстояние от старта до нижнего края пластинки; относительная влажность воздуха лабораторного помещения; средний диаметр частиц и их форма; толщина и равномерность нанесения слоя сорбента; наличие микроповреждений слоя; тип вещества, связывающего сорбент; скорость элюирования; объем растворителя в камере; наличие примесей в элюенте; конвекция в газовой фазе внутри камеры.

Для разделения смесей веществ в тонком слое сорбента применяют адсорбционную, распределительную и ионообменную хроматографию, отличающиеся, прежде всего характером взаимодействий между растворенными веществами и твердой или жидкой фазами, с которыми они соприкасаются. На практике эти взаимодействия почти никогда не протекают изолированно, и разделение веществ обусловлено несколькими взаимодействиями. При выборе подходящего варианта хроматографии в первую очередь следует обратить внимание на строение разделяемых веществ. При помощи адсорбционной и распределительной хроматографии разделяются вещества, строение которых различается природой, числом и характером полярных и неполярных заместителей. При хроматографировании в тонком слое сорбента чаще всего применяют адсорбционную хроматографию, которая проще по выполнению, более эффективна, а результаты анализа более воспроизводимы.

Сорбенты в тонкослойной хроматографии

В качестве сорбентов в ТСХ применяют материалы, которые отвечают следующим требованиям: образуют химически и физически стабильные слои; не образуют ковалентных связей с разделяемыми веществами; не растворяются в подвижной фазе или перемещаются вместе с ней по пластинке; не содержат компонентов, мешающих разделению или детектированию; не имеют собственной окраски; не набухают и не сжимаются под действием подвижной фазы.

В качестве подложки для сорбента используется стекло, алюминиевая фольга, полимерные пленки (полиэтилентерефталат). Для придания стабильности слоя сорбента на подложке используются различные связующие вещества: гипс (5-10%), силиказоль, силикаты щелочных металлов, полиакриламид, полиакриловый эфир, крахмал. К адсорбенту часто добавляют флуоресцентный индикатор для детектирования веществ, поглощающих в УФ-области спектра. С этой целью используют: смесь силикатов цинка и магния; смесь сульфидов цинка и кадмия; вольфраматы щелочноземельных элементов.

Большое значение, особенно для эффективности разделения, имеют такие характеристики сорбентов, как диаметр частиц, среднее распределение частиц по размерам и размер пор. В классической тонкослойной хроматографии для производства пластинок используются частицы с размером 5 - 20 мкм. Для высокоэффективной тонкослойной хроматографии (ВЭТСХ) необходим сорбент, диаметр частиц которого составляет 5 - 7 мкм. Сравнение характеристик пластинок для ТСХ и ВЭТСХ приведено в таБЛ.22. Монолитные сорбенты представляют собой новое поколение стационарных фаз, которые могут быть использованы и в планарной хроматографии получают прямой сополимеризацией метакриловых полимеров, например, сополимера глицинметакрилата и этилендиметакрилата. Монолитные стационарные фазы не содержат частиц, а роль разделительного пространства выполняют поверхность и объем проточных каналов (пор). Макропористая структура монолитных сорбентов содержит как минимум два вида пор: макро- и мезопоры. Преимущества таких носителей заключаются в заметном повышении скорости и эффективности разделения, так как для них отсутствуют обычные диффузионные ограничения межфазного массообмена.

Таблица 1. Сравнение характеристик пластинок для классической (ТСХ) и высокоэффективной (ВЭТСХ) тонкослойной хроматографии.

Характеристики	ТСХ	ВЭТСХ
Средний размер частиц, мкм	5 -20	5-7
Толщина слоя, мкм	250	100,200
Количество проб	12	36 -72
Длина пробега фронта растворителя, мм	100 - 150	30 - 50
Время разделения, мин	30 - 200	3 -20
Количество растворителя, мл	50	5 -10
Предел детектирования, нг
поглощение	100 - 1000	10 - 100	I
			I
флуоресценция	1 - 100	0,1 - 10	I

Основные типы сорбентов, используемых в ТСХ

Силикагель

полярный адсорбент, содержит активные силанольные и силоксановые группы, его применяют для разделения соединений различной полярности.

Оксид алюминия

полярный адсорбент с гетерогенной поверхностью, содержит активные ОН-группы, обладает заметно выраженными протоноакцепторными свойствами; его применяют для разделения ароматических углеводородов, алкалоидов, хлоруглеводородов, стероидов

Флоросил - основной силикат магния, занимает промежуточное положение между оксидом алюминия и силикагелем; удобен для разделения флаваноидов, стероидов и ацетилированных углеводородов

Полиамиды - группа полярных сорбентов со смешанным

механизмом разделения: карбоксамидная группа ответственна за адсорбционный механизм, метиленовые звенья - за распределительный механизм. Эти сорбенты применяют для разделения пищевых красителей, флаваноидов, танинов, нитрофенолов, спиртов, кислот.

Модифицированные силикагели с привитыми группами (амино, циано, диол-, C₂-,C_g-, C_1g-), отличными по полярности.

Важной характеристикой сорбента является его активность, она зависит от содержания воды и понижается при увеличении содержания воды в сорбенте.

Для успешного разделения смесей веществ большое значение имеет выбор сорбента. В первую очередь нужно исходить из свойств разделяемых соединений: их растворимости (гидрофильности, гидрофобности), содержания и характера функциональных групп. Насыщенные углеводороды адсорбируются слабо или совсем не адсорбируются на силикагелях и оксиде алюминия. Введение двойных связей, особенно сопряженных, увеличивает адсорбционную способность соединений.

Функциональные группы в еще большей степени усиливают способность веществ к адсорбции. Адсорбционная способность функциональных групп возрастает в следующем порядке:

СН=СН<ОСНз<СООR <C=O<CHO<SH<NН₂<OH<COOH.

Для количественной оценки содержания вещества в хроматографическux зонах используют различные методы:

1. Определение с удалением хроматографической зоны с пластинки можно проводить двояким образом: переносом хроматографической зоны вместе с сорбентом либо экстрагированием хроматографической зоны со слоя сорбента.

2. Определение соединений непосредственно на пластинке методом визуального сравнения размеров площадей пятен и их окраски с соответствующими параметрами пятен стандартных образцов

3. Метод денситометрии, повышающий точность результатов определения, основан на сканировании хроматограмм в видимом и УФсвете с помощью «хроматографических спектрофотометров» денситометров. Денситометры позволяют измерять поглощение света веществом на хроматограмме в режиме пропускания или отражения, а также флуоресценцию и ее тушение. Режим пропускания доступен, если только исследуемое вещество имеет полосу поглощения в видимой области спектра. В У Ф-области регистрацию в режиме про пускания осуществить нельзя из-за собственного поглощения силикагеля и подложки хроматограммы.

4. Метод вuдеоденсuтометрuu - сравнительно новый метод для количественной обработки хроматограмм. Принцип метода заключается во введении изображения хроматограммы в компьютер с помощью видеокамеры или цифровой камеры с последующим сравнением интенсивностей пятен стандартных и определяемых соединений. Видеоденситометр включает осветительный блок, видеокамеру с платой видеоввода или сканер, персональный компьютер с установленной операционной системой Windows и соответствующим программным обеспечением. В России такие комплексы производят НТЦ «Ленхром» (г. С.-Петербург) - денситометр «ДенСкан-О4» и «Сорбполимер» (г. Краснодар) денситометр «Сорбфил». Программа обработки хроматографических данных позволяет выполнять следующие функции: вводить изображения хроматограмм и сохранять их с высоким качеством и разрешением; выделять на введенном изображении хроматограммы рабочий участок, на котором будет производиться дальнейшая обработка изображения; производить

автоматический или ручной поиск пятен; проводить обработку пятен, переводить их в форму хроматографических пиков, рассчитывать значения R_r и площади пиков; измерять содержание вещества в анализируемых пятнах (в относительных единицах); вводить значения концентраций для построения градуировочных зависимостей: линейной интерполяцией; линейной аппроксимацией более чем, через две точки; квадратичной интерполяцией; автоматически вычислять содержание вещества в анализируемых пятнах по введенным калибровочным значениям; представлять результаты в виде печатных документов. [1-3]

Количественную обработку пятна в видеоденситометрии проводят по двум характеристикам: по площади пятна и его «объему» в пространстве, при этом в качестве третьей координаты используют яркость (интенсивность окраски пятна) (рис. 1).

Рис. 1. Вид пространственного распределения яркости в области пятна:

Ai,j - значение уровня яркости точки пятна; Bi,j- значение уровня яркости точки на базовой поверхности.

5. Денсuтометрuя с планшетным сканером с программным обеспечением для обработки хроматограмм практически не отличающимся от стандартных программ, применяемых для видеоденситометров, но существенно меньшей стоимости. При этом сканирование дает более четкое изображение хроматографических зон, что можно объяснить пониженным влиянием неравномерности освещения анализируемых объектов, чем в случае видеоденситометра.

Прuменение для решения практическux задач. Применение тех особенно эффективно для предварительного разделения (по классам, группам, видам веществ) компонентов сложных смесей органических загрязнителей воды, почвы и воздуха. Индивидуальная идентификация с помощью одной лишь тех затруднена из-за отсутствия высокочувствительных и селективных детекторов, кроме того, определение целевых компонентов менее точно, чем в случае ГХ и ВЭЖХ. Часто ТСХ применяют на первом этапе анализа для разделения сложных и многокомпонентных смесей органических соединений на отдельные более простые группы, и уж потом проводят более детальное исследование этих групп «более тонкими» методами (ГХ, ВЭЖХ, ЯМР, ИК или масс-спектрометрией).

Использование ТСХ при анализе загрязненной пресной и морской воды открывает широкие возможности для препаративного разделения, предшествующего другим методам, разделения искомых примесей и дополнительной идентификации. ТСХ используют для обнаружения и

полуколичественного определения веществ разной природы: поверхностно-активных веществ, углеводородов, ПАУ, фенолов, пестицидов.

Для определения неионных ПАВ в сточных и речных водах используют пластинки со слоем силикагеля или Кизельгеля о. На пластинку наносят хлороформенный экстракт ПАВ и разделяют их при использовании в качестве подвижной фазы смесей этилацетат: вода: уксусная кислота. Обнаруживают пятна при опрыскивании смесью: реактив Бургера: фосфорная кислота: этанол 5% раствор BaCI₂.2H₂0 (10:1:10:5). ПАВ проявляют в виде розовых пятен. Метод позволяет определить в воде от 0,1 до 1,0 мг/л неионогенных ПАВ. Из сточных вод в этих условиях экстрагируются ионные ПАВ, но они движутся вместе с фронтом растворителя и не проявляются.

Предложено много методик определения фенолов. Хлорфенолы разделяют на пластинках с оксидом алюминия при многократном элюировании бензолом или на силикагелевых пластинках при элюировании смесью бензола и петролейного эфира (1: 1). Определяют фенолы проявлением 2% раствором 4-аминоантипирина (предел обнаружения 0,5 мкг/л) или по флуоресценции при 254 нм (до 0,5 мкг фенолов). Второй вариант определения фенолов - разделение в виде: антипириновых, 4-аминоантипириновых производных или с п- нитрофенилазокрасителями.[4-6]

ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПЕСТИЦИДОВ В УКРАИНЕ

Увеличение масштабов и ассортимента применения пестицидов в сельскохозяйственной практике продолжает стимулировать разработку и использование методов аналитической химии малых концентраций токсических органических веществ для анализа объектов окружающей среды, сельскохозяйственного сырья, кормов и продуктов питания. Определение остатков пестицидов в этих средах не имеет самостоятельного значения, но является необходимой частью общей информации для достижения адекватной оценки риска, связанного с применением пестицидов. Оценка риска в прошлом была связана главным образом с безопасностью человека, и по этой причине определение остатков пестицидов было сосредоточено, главным образом, на сельскохозяйственном сырье и продуктах питания. В последние годы увеличение внимания к влиянию пестицидов не только на человека, но и на его окружение, требует значительно большей информации по остаточным количествам не только применяемых пестицидов, но и продуктов их разрушения и метаболизма в различных средах. Изучение остатков пестицидов теперь включает все виды сельскохозяйственного сырья, кормов и продуктов питания, воду, воздух и почву. Это в сочетании с внедрением в сельскохозяйственные технологии пестицидных препаратов с низкими нормами расхода (<10 г/га) требует принципиально новых подходов и методов для идентификации и количественного определения остатков пестицидов в различных средах.

Принимая во внимание объем необходимой информации, который должен быть получен в результате анализа различных матриц и сред, методика выполнения измерений (МВИ) остатков пестицидов должна отвечать большинству или всем следующим требованиям:

— обеспечивать достоверное отделение анализируемого вещества от мешающих примесей;

— обеспечивать однозначную идентификацию анализируемого вещества;

— иметь низкий предел количественного определения;

— иметь короткое время анализа;

— иметь низкую стоимость;

— обеспечивать разумную степень точности и правильности результатов;

— обеспечивать надежность получаемых результатов.

Стремление разработчиков методик как можно полнее удовлетворять этим требованиям является одним из основных стимулов в совершенствовании МВИ. Современная МВИ, основанная на инструментальных методах анализа, подразделяется на следующие стадии:

— экстракция анализируемых пестицидов и их метаболитов;

— очистка полученного экстракта;

— возможное получение производных анализируемых пестицидов и продуктов их разрушения и метаболизма;

— хроматографическое разделение

— определение (детектирование) анализируемых веществ.

Способ экстракции, который используется в МВИ, должен обеспечивать количественное и селективное извлечение определяемых веществ, т. е. максимально извлекать из анализируемой матрицы определяемые вещества на фоне как можно меньшего извлечения коэкстрактивных (мешающих) веществ. В противном случае потребуется более сложная стадия очистки полученного экстракта, что неизбежно приведет к потерям определяемых веществ и увеличению общей ошибки анализа. В связи с этим в настоящее время проявляется общая тенденция в анализе остатков пестицидов использовать способы экстракции, которые легко поддаются автоматизации, уменьшают число операций, выполняемых вручную, и количества используемых органических растворителей и обеспечивают возможность анализа большого числа проб. Этим требованиям отвечает твердофазная экстракция (ТФЭ), которая является альтернативой традиционной экстракции в системе жидкость-жидкость и которая позволяет объединить отбор проб с концентрированием. Использование готовых коммерчески доступных патронов (картриджей) для ТФЭ значительно упрощает процедуру подготовки проб к анализу по сравнению с традиционными способами. ТФЭ используется не только в анализе воды, но также в анализе почвы, фруктов, овощей и других пищевых продуктов. Из экстрактов этих матриц, полученных с использованием малополярных и неполярных органических растворителей, пестициды затем концентрируют на молекулярных сорбентах за счет диполь-дипольных взаимодействий или образования водородных связей. Для этих целей используют картриджи, заполненные силикагелем, флоризилом или оксидом алюминия. Нами проведены систематические исследования процесса динамической сорбции следовых количеств пестицидов различных классов на макросетчатом "сверхсшитом" сополимере стирола с дивинилбензолом (полисорб. В результате этих исследований разработан сорбционный способ концентрирования с использованием пластмассовых патронов-концентраторов, заполненных полисорбом, который позволяет проводить экспресс-определение пестицидов в воде на 1-2 порядка ниже значений ПДК. Интересно отметить, что в совместном проекте SMT4-CT96-2142 семи Европейских исследовательских центров Франции, Бельгии, Германии, Нидерландов, Испании и Португалии, который стартовал в 1997 году и предметом которого являлась разработка метода определения множественных остатков пестицидов в питьевой воде с помощью ТФЭ, позволяющего контролировать пестициды в воде на уровне 0,1 мкг/л (в соответствии с требованиями Европейской Директивы по питьевой воде 80/778/EEC), были исследованы девять сорбентов различных фирм на основе С18-обращенной фазы и SDB-1 [10]. В результате этих исследований было установлено, что наиболее подходящим сорбентом для ТФЭ пестицидов из воды оказался SDB-1 — сорбент на основе сополимера стирола с дивинилбензолом, эффективность которого для этих целей была нами установлена еще в начале 80-х годов прошлого столетия.

В последние годы для извлечения пестицидов из различных матриц находит применение сферхкритическая флюидная экстракция (СФЭ), которая рассматривается как альтернатива обычной жидкостной экстракции в аппарате Сокслета. В качестве сверхкритических флюидов используются диоксид углерода, оксид азота и смеси диоксида углерода и оксида азота с метанолом и толуолом. При сверхкритических условиях (температура 40 °С, давление 300 атм) сольватирующие свойства диоксида углерода подобны таковым фреонов или гексана. Одно из основных преимуществ СФЭ заключается в том, что при этом из анализируемых матриц извлекаются остатки различных пестицидов и продуктов их разрушения и метаболизма, которые не экстрагируются традиционными методами, даже при проведении экстракции в аппарате Сокслета. Аппаратурное оформление ТФЭ позволяет полностью автоматизировать этот процесс. Украинским химикам-аналитикам, работающим в области анализа пестицидов, еще только предстоит знакомство с этим мощным средством извлечения остатков пестицидов из почвы, растительного материала и животных тканей, позволяющим проводить экстракцию большого количества проб. Особенно впечатляет эффективность ТФЭ для анализа таких супертоксикантов, как полихлорированные дибензодиоксины и полихлорированные дибензофураны.

В качестве способа очистки экстрактов в анализе остатков пестицидов в настоящее время часто применяется гель-хроматография либо как самостоятельный способ, или как ступень в многостадийной операции очистки. Особенно эффективен этот способ очистки при анализе матриц, содержащих большое количество липидов. Наибольшее использование для этого способа очистки получили гели, работающие в среде органических растворителей. Разработаны автоматизированные установки, позволяющие очищать большое количество проб без какого-либо внимания со стороны персонала лаборатории. Эффективность этого способа очистки была впервые продемонстрирована нами в отечественных исследованиях для очистки экстрактов из риса, содержащих гербициды сатурн и префикс, при использовании гелей, образованных слабосшитыми сополимерами стирола с дивинилбензолом, хорошо набухающими в малополярных и неполярных органических растворителях.

Гель-хроматография является обязательной стадией многоступенчатой операции очистки при разработке и использовании так называемых методик определения множественных остатков (multiresidue) пестицидов. Увеличение числа применяемых пестицидов и источников их поступления в объекты окружающей среды, сельскохозяйственное сырье и продукты питания обусловливает значительное увеличение объема химико-аналитических исследований. Естественно, что использовать для определения каждого пестицида в каждой анализируемой матрице отдельную МВИ экономически невыгодно и неудобно. Значительно более привлекательны такие методические подходы, которые позволяют охватить все количество применяемых в сельскохозяйственной практике пестицидов несколькими МВИ. Такой подход имеет ряд важных преимуществ:во-первых, общее время анализа существенно сокращается; во-вторых, общее число пестицидов и их метаболитов, которые могут быть определены этими методиками, резко увеличивается и, в третьих, эти методики могут быть при необходимости быстро адаптированы к новым анализируемым матрицам и к новым пестицидам. В настоящее время за рубежом для контроля за содержанием пестицидов используются только методики определения множественных остатков пестицидов, которые позволяют проводить определение в одной пробе сельскохозяйственного сырья, пищевого продукта, воды, почвы или воздуха практически всех пестицидов, которые используются в сельскохозяйственной практике. Так, например, методика определения множественных остатков АОАС 990.06 позволяет проводить определение в одной пробе питьевой воды 29 хлорорганических пестицидов. Методика определения множественных остатков АОАС 991.07 предназначена для определения 44 азот- и фосфорорганических пестицидов в одной пробе питьевой воды. Методика определения множественных остатков Министерства здравоохранения Германии S 8 предназначена для определения в одной пробе фруктов или овощей 91 хлор-, фосфор- и триазиновых пестицидов. Методика определения множественных остатков S 19 (Германия) позволяет проводить определение в одной пробе почвы 220 хлор-, фосфор- и азотсодержащих пестицидов. Методика Европейского проекта SMT4-CT96-2142 позволяет определять в одной пробе питьевой воды 38 пестицидов, являющихся приоритетными для стран-разработчиков методики.

К сожалению, в Украине до настоящего времени при разработке МВИ, предназначенных для контроля за содержанием остатков пестицидов, используется подход, который был сформирован в недрах Государственной комиссии по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками бывшего СССР, и заключающийся в необходимости разработки отдельной методики для каждого пестицида и каждой анализируемой матрицы. В основу такой разработки кладутся методики, которые представляет фирма-разработчик пестицидного препарата вместе с отчетом о валидации представляемых методик независимой лабораторией и результатами полевых испытаний по определению остатков пестицидов в сельскохозяйственных культурах, почве, воде и воздухе рабочей зоны. Эти методики фирма-разработчик пестицидного препарата представляет только для прохождения процедуры государственной регистрации пестицида в Украине для того, чтобы показать, что данные по остаткам пестицида в сельскохозяйственных культурах, почве, воде и воздухе рабочей зоны, которые представляет фирма, получены с помощью валидированных методик. Таким образом, МВИ, представляемые фирмой-разработчиком пестицидного препарата, служат только для целей государственной регистрации пестицида и не являются МВИ, с помощью которых в стране-разработчике пестицидного препарата осуществляется контроль за содержанием остатков пестицидов в сельскохозяйствнном сырье, продуктах питания и объектах окружающей среды. Прерогатива разработки МВИ, предназначенных для контроля за содержанием остатков пестицидов в различных средах, за рубежом закреплена не за фирмами-производителями пестицидных препаратов, а за министерствами и ведомствами, которые ответственны за ту или иную область контроля. Например, в США это Агенство по охране окружающей среды (EPA) и Администрация по контролю пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA).

Таким образом, для разработки современной стратегии использования МВИ для определения остатков пестицидов в Украине необходимо четко разграничить МВИ, которые необходимы для целей государственной регистрации пестицидов, и МВИ, которые предназначены для государственного санитарно-эпидемиологического надзора за применением пестицидов. Для целей государственной регистрации пестицидов экономически и методически оправдан следующий подход к разработке МВИ: один пестицид — одна сельскохозяйственная культура/среда — одна МВИ. В основу разработки таких МВИ кладутся методики, которые представляют фирмы-разработчики пестицидных препаратов. Разработанные таким образом МВИ используются при определении остатков пестицидов в сельскохозяйственном сырье, почве, воде и воздухе рабочей зоны только при проведении предрегистрационных государственных испытаний пестицидов. Для целей государственного санитарно-эпидемиологического надзора за применением пестицидов конечно же необходимы МВИ, в основу разработки которых положен принцип определения множественных остатков пестицидов в одной пробе. Использование таких МВИ значительно удешевит как их разработку, так и последующее проведение санитарно-эпидемиологического надзора за применением пестицидов. В настоящее время рассматривается вопрос о возобновлении функционирования системы мониторинга пестицидов, которая в свое время (1984-1991 гг.) была разработана во ВНИИГИНТОКС (теперь Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя) и внедрена в практику работы сети санэпидстанций МЗ Украины. В основе такого мониторинга должны лежать только методики определения множественных остатков пестицидов. Нами проанализированы химико-аналитические аспекты функционирования в прошлом унифицированной системы контроля за остаточными количествами пестицидов в сельскохозяйственном сырье, продуктах питания и объектах окружащей среды, намечены пути для модернизации этой системы и методические подходы для разработки методик определения множественных остатков пестицидов в фруктах, овощах и воде.

Хроматографические методы продолжают оставаться основным инструментом аналитической химии пестицидов. По темпам развития среди них первые места занимают капиллярная газовая хроматография (ГХ), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и хромато-масс-спектрометрия (ГХ/МС, ЖХ/МС). Капиллярная ГХ не имеет альтернативы при разработке методик определения множественных остатков пестицидов.

Ряд пестицидов, используемых в сельском хозяйстве Украины, не может быть подвергнут непосредственному газохроматографичекому определению вследствие их низкой летучести или недостаточной термической стабильности. Для того, чтобы сделать возможным определение этих соединений с помощью ГХ их превращают в различные производные. Такая операция обычно повышает летучесть и уменьшает адсорбцию хроматографируемых соединений на твердых носителях, увеличивает их термостойкость и улучшает разделение. В некоторых случаях при этом достигается также и значительное увеличение чувствительности детектирования полученных производных. Все это является предметом реакционной газовой хроматографии. Нами впервые в отечественных исследованиях была показана эффективность использования реакционной газовой хроматографии в анализе пестицидов на примере определения остаточных количеств гербицидов — производных феноксиалканкарбоновых кислот (2,4-Д, 2,4-ДМ) в продуктах питания. С тех пор метод реакционной газовой хроматрографии широко используется в лабораториях Института при проведении государственных испытаний пестицидов и осуществлении государственной санитарно-гигиенической экспертизы.

Метод ВЭЖХ продемонстрировал определенные преимущества при совместном определении пестицидов и их метаболитов в одной пробе. Это в особой степени касается тех пестицидов, которые невозможно определять с помощью ГХ вследствие их термической нестабильности, высокой полярности и низкой летучести. Использование ВЭЖХ в анализе пестицидов позволяет обойтись без трудоемкой операции получения производных. Институт одним из первых в Украине начал использование этого метода для определения пестицидов. В настоящее время ВЭЖХ — рутинный метод анализа во многих лабораториях Института. Особенно широко этот метод используется при проведении государственной санитарно-гигиенической экспертизы пищевых продуктов.

Перечисляя хроматографические методы, которые используются в анализе остатков пестицидов, нельзя не упомянуть и метод тонкослойной хроматографии (ТСХ), который был открыт в 1938 г. украинскими учеными Н.А.Измайловым и М.С.Шрайбер. Полуколичественный вариант ТСХ является и в настоящее время недорогим и эффективным методом разделения, идентификации и полуколичественного определения остатков пестицидов. Именно полуколичественный вариант ТСХ сыграл большую роль в становлении химико-аналитической службы Министерства здравоохранения Украины для контроля за содержанием остатков пестицидов в продуктах питания и объектах окружающей среды, когда методы ГХ и ВЭЖХ еще не были доступны для широкого использования. Во многом это произошло благодаря работам, выполненным в стенах Института. В настоящее время ТСХ в анализе остатков пестицидов в основном используется как альтернативный аналитический метод для подтверждения правильности идентификации пестицидов, полученной с помощью методов ГХ и ВЭЖХ. ТСХ незаменимый инструмент и в анализе остатков пестицидов, когда требуется проверить очень большое число проб пищевых продуктов или объектов окружающей среды на наличие пестицидов. В таких случаях обычно применяется методология скрининга. Все пробы, давшие "положительную" реакцию, далее исследуют каким-то более специфическим инструментальным методом (ГХ, ВЭЖХ, ГХ/МС, ЖХ/МС), в то время как все отрицательные результаты скрининга принимают как окончательные без какой-либо проверки. Институт распологает комплектом оборудования для количественной ТСХ (фирма КАМАГ, Германия). Тем не менее перспективы дальнейшего использования ТСХ в анализе пестицидов прежде всего следует связывать с полуколичественным вариантом этого метода. Альтернативы этому нет.

Каждый этап применения пестицидов в мировой сельскохозяйственной практике с конца 40-х годов прошлого столетия и до настоящего времени может быть охарактеризован своими собственными химико-аналитичесчкими проблемами. Однако одна проблема в анализе остатков пестицидов остается неизменной — необходимость постоянного снижения пределов количественного определения (limit of quantitafication, LOQ) пестицидов. Достижение очень низких пределов количественного определения при использовании МВИ сопровождается уменьшением уровня достоверности (надежности идентификации) результата анализа. Часто для того, чтобы достичь очень низких пределов количественного определения необходимо использовать сложную многостадийную процедуру очистки и стадию получения производных для того, чтобы можно было использовать высокоселективные и высокочувствительные детекторы (ЭЗД, ТИД). Однако это неизбежно сопровождается потерями анализируемого вещества в ходе этих операций, что приводит к увеличению ошибки анализа. Кроме этого свой вклад вносит также непостоянство состава анализируемой матрицы от пробы к пробе. В связи с этим химик-аналитик не всегда может удовлетворить желание гигиениста и токсиколога иметь МВИ с очень низкими пределами количественного определения вследствие технических возможностей используемых приборов и методических ограничений разрабатываемой МВИ. При разработке МВИ химик-аналитик свои усилия должен фокусировать не только на достижении низких пределов количественного определения анализируемых пестицидов, но не упускать из поля зрения более важные аспекты анализа остатков пестицидов: надежность идентификации и воспроизводимость результатов. Известно, что в настоящее время в Украине в некоторых сельскохозяйственных культурах и продуктах питания содержание пестицидов не допускается (так называемые zero tolerances) или находится на уровне предела обнаружения (limit of detection, LOD), т. е. любые детектируемые остатки пестицидов считаются недопустимыми. Для таких случаев первостепенное значение приобретает надежность идентификации пестицида, а не точное количественное определение его содержания, поскольку уже сам факт обнаружения пестицида является основанием для запрещения использования сельскохозяйственного сырья или продукта питания. В этих случаях применение полуколичественного варианта ТСХ является вполне оправданным при условии, что при этом достигается надежная идентификация определяемого пестицида.

Понимая, какое важное значение в анализе остатков пестицидов имеют вопросы, связанные с повышением надежности идентификации определяемых соединений, нами были предприняты систематические исследования по изучению межмолекулярных взаимодействий хлор- и азотсодержащих пестицидов в условиях газовой и жидкостной хроматографии. При этом было впервые установлено существование корреляционных зависимостей между параметрами удерживания членов гомологических рядов сорбатов, полученных при использовании хроматографических методов с различными механизмами сорбции. Эффективность использования таких зависимостей для повышения надежности идентификации пестицидов была продемонстрирована на примере гомологических рядов хлоралканкарбоновых и хлорфеноксиалканкарбоновых кислот и их эфиров, хлорфенолов, замещенных фенилмочевин, нитрофенолов и нитрофенольных соединений, замещенных бензойных кислот, симм-триазинов, эфиров тиокарбаминовой кислоты. [9]

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ В ВОДЕ, ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ, КОРМАХ И ТАБАЧНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ХРОМАТОГРАФИЕЙ В ТОНКОМ СЛОЕ

Данная методика апробирована и рекомендована в качестве официальной группой экспертов при Госкомиссии по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками при МСХ СССР.
Настоящие Методические указания распространяются на определение содержания ДДТ, ДДЭ, ДДД, гексохлорана, альдрина, кельтана, гептахлора, метоксихлора, дактала, тедиона и эфирсульфоната в воде, почве, вине, овощах, фруктах, грибах, зерне, комбикормах, корнеклубнеплодах и зеленых кормах, рыбе, мясе, мясопродуктах, внутренних органах, молоке и молочных продуктах, животном жире, сливочном и растительных маслах, жмыхах, шротах, лузге, меде, сахаре, яйцах и яйцепродуктах, а также в табачных изделиях.

Принцип метода. Метод основан на хроматографии хлорсодержащих пестицидов в тонком слое окиси алюминия, силикагеля или пластинок "Силуфол" в различных системах подвижных растворителей после экстракции их из исследуемых образцов и очистке экстрактов. Подвижным растворителем служит н-гексан или н-гексан в смеси с ацетоном. Места локализации препаратов обнаруживают после опрыскивания пластинок раствором аммиаката серебра с последующим ультрафиолетовым облучением или после облучения ультрафиолетовым светом пластинок "Силуфол", содержащих о-толидин.

Реактивы и растворы

Ацетон хч, ГОСТ 2603-71

Аммиак водный хч, ГОСТ 3760-64

Алюминия окись 2 ст. активности для хроматографии, ч, МРТУ 6-09-5296-68. Просеивают через сито 100 меш.

Алюминия окись, пропитанная серной кислотой. Две весовые части окиси алюминия (или окиси кремния) помещают в фарфоровую ступку, заливают одной объемной частью серной кислоты и тщательно перемешивают. Смесь готовят непосредственно перед подготовкой колонок для очистки экстрактов из проб шротов, жмыха, лузги

Бензол хч, ГОСТ 5955-68

Н-гексан ч, МРТУ 6-09-2937-66

Калий щавелевокислый чда, ГОСТ 5868-68

Кальций сернокислый чда, ГОСТ 3210-66. Просушивают 6 часов в сушильном шкафу при 160 град. C. Просеивают через сито 100 меш.

Кремния окись для люминофоров ч, МРТУ 6-09-4875-67

Натрий сернокислый безводный ч, ГОСТ 4166-66

Натрий углекислый кислый хч, ГОСТ 4201-66, 0,5 н. раствор

Натрий хлористый хч, ГОСТ 4233-66, насыщенный раствор

Петролейный эфир (темп. кип. 40 - 70 град.)

Перекись водорода хч (30% водный раствор), ГОСТ 10929-64

Проявляющие реактивы:

Проявляющий реактив N 1. 0,5 г азотнокислого серебра растворяют в 5 мл дистиллированной воды, прибавляют 7 мл аммиака и доводят объем раствора до 100 мл ацетоном; в готовый раствор можно добавить 0,2 мл перекиси водорода. Раствор следует хранить в колбе с притертой пробкой в темном месте в течение 3-х дней. На пластинку 9 x 12 см расходуется 8 - 10 мл раствора. Проявляющий реактив N 2. 0,5 г азотнокислого серебра растворяют в 5 мл дистиллированной воды, добавляют 10 мл 2-феноксиэтанола и доводят объем раствора до 200 мл ацетоном, затем добавляют 6 капель 30-процентной перекиси водорода.

Серебро азотнокислое чда, ГОСТ 1277-63

Серная кислота ч, ГОСТ 4204-66

Силикагель АСК (Воскресенского химкомбината Московской обл.)

Силикагель КСК, просеянный через сито 100 меш.

Стандартные образцы:

ДДТ, ДДД, ДДЭ, альдрин, изомеры ГХЦГ, гептахлор, метоксихлор, кельтан, эфирсульфонат, дактал, тедион хч.

Стандартные растворы: 10 мг соответствующего пестицида растворяют в мерной колбе на 100 мл в н-гексане и доводят до метки этим растворителем. Стандартные растворы необходимо хранить в стеклянной посуде с притертыми пробками в холодильнике.

Стеклянная вата, очищенная конц. серной кислотой, промытая дистиллированной водой и высушенная о-Толидин ч, МРТУ 6-09-6337-69, 1% раствор в ацетоне2-феноксиэтанол

Этиловый спирт, ректификат, ТУ 19-11-39-69

Хлороформ хч, ГОСТ 200-15-74

Четыреххлористый углерод хч, ГОСТ 20228-74

Этиловый эфир (для наркоза), Фармакопея СССР

Натрий сернокислый, 2% водный раствор

Натрий сернокислый, насыщенный раствор