авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Статьи молодых ученых, рекомендованные Оргкомитетом Всероссийской научной школы к опубликованию 1 ...»

-- [ Страница 4 ] --

Полученные экстракты объемом 1мл с помощью автоматического пробоотборника дозировались в графитовую кювету. Анализ литературных данных свидетельствует о том, что прямой анализ органических экстрактов сопряжен с рядом значительных трудностей, связанных главным образом с растеканием органической фазы по кювете и ухудшением воспроизводимости результатов анализа. В этом случае принципиально важным оказывается подбор оптимальных условий проведения измерений аналитического сигнала.

Предел обнаружения, оцененный по З-критерию в пересчете на концентрацию кадмия в водном растворе оказался равным 0.1 мкг/л (10–8%). Экстракционное концентрирования в варианте микрожидкостной экстракции с учетом степени извлечения кадмия при соотношении объемов водной и органической фаз 200:1 позволяет понизить эту величину еще на два порядка величины.

Для определения содержания кадмия в деионированной воде проводили микрожидкостную экстракцию в четыреххлористый углерод с использованием NaДЭДТК при соотношении объемов водной и органической фаз 200:1. Полученный экстракт объемом 1 мл дозировался с помощью автоматического пробоотборника в графитовую кювету.

Рассчитанная по градуировочному графику концентрация кадмия в деионированной воде составила 0.034 мкг/л.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Владимиров А.М., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды.

Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 420 с.

2. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический спраочник. М.:

Издательство "Протектор", 1995. 624 с.

3. Бырько В.М. Дитиокарбаматы. М.: Наука, 1984. 345 с.

4. Bode H. // Z. Analyt. Chem. 1954. V. 143. P 182.

5. Chedvick S., Bode H. // Chem. Listy. 1951. V. 45. P. УДК 543. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУБКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЫ ДЛЯ ДЕСОРБЦИИ ФЕНОЛОВ В ПРОТОЧНОМ СОРБЦИОННО-ВЭЖХ АНАЛИЗЕ © 2011 г. М.А. Статкус, А.С. Сохраняева Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Химический факультет. 119991, Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 3, ГСП- E-mail: mstatkus@gmal.com Предложена процедура, позволяющая уменьшить размывание пиков при on-line сочетании концентрирования и ВЭЖХ разделения: она основана на десорбции анализируемых веществ субкритической водой, последующем охлаждении концентрата и фокусировании на начальном участке хроматографической колонки.

Чувствительность и селективность обращенно-фазной ВЭЖХ могут быть повышены за счет проведения предварительного сорбционного концентрирования. On-line вариант сочетания концентрирования и ВЭЖХ может быть легко автоматизирован, позволяет достигать высоких коэффициентов концентрирования, а также снижает риск потерь и загрязнения концентрата после десорбции.

При проведении сорбционного концентрирования гидрофобных органических веществ на неполярных сорбентах для десорбции используют полярные органические растворители – ацетонитрил, метанол, т.е. сильные элюенты для обращенно-фазной хроматографии, что позволяет получить минимальный объем концентрата после десорбции.

Для последующего ВЭЖХ разделения десорбированных соединений необходимо использовать более слабые элюенты – смеси этих же растворителей с водой.

Как правило, при on-line сочетании сорбционного концентрирования проблему несовместимости составов десорбирующего и элюирующего растворов решают компромиссным способом: выбирают растворитель средней элюирующей силы – т.е. такой состав элюента, который не затрудняет последующее определение, позволяет количественно десорбировать вещества, однако не позволяет при этом достичь минимальной ширины зоны концентрата, что приводит к уширению пиков на хроматограммах и соответственно к снижению эффективности разделения [1, 2]. Например [3], ширины пиков при проточном сорбционно-ВЭЖХ определении фенолов в 10 раз больше, чем при прямом вводе 10 мкл пробы.

Существуют различные приемы, направленные на решение этой проблемы.

Например, предложено вводить в хроматографическую колонку только часть концентрата [4, 5], отбирая аликвоту с помощью петли-дозатора, но этот прием неизбежно снижает чувствительность и ухудшает воспроизводимость определения. Еще одним приемом, направленным на снижение ширины зоны концентрата в потоке, является десорбция микрокомпонентов только органическим компонентом бинарного водно-органического элюента [5–7]. Раствор после десорбции разбавляли в потоке водой до состава хроматографического элюента. Существенным недостатком данного подхода является то, что разбавление само неизбежно приводит к уширению пиков.

В серии работ, опубликованной за последние 15–20 лет (эти работы подробно рассмотрены в нескольких обзорах, например, в [8–10]), предложена и развита идея использовать воду, нагретую свыше 100°C (как правило, температура не превышает 200– 300°C) под давлением в несколько десятков атмосфер, в качестве элюента для проведения ВЭЖХ разделения или растворителя (экстрагента) для извлечения гидрофобных органических веществ из различных объектов. Температура и давление при этом существенно ниже критических параметров воды (Ткрит = 374°C, Pкрит = 218 атм), поэтому вода не переходит в состояние сверхкритического флюида, а остается жидкостью – так называемой субкритической водой (СВ). Свойства воды при температурах 150–250°C как элюента при проведении обращенно-фазного ВЭЖХ разделения сопоставимы со свойствами чистых ацетонитрила или метанола [11]. Субкритическую воду использовали в том числе для десорбции органических веществ с обращенно-фазных сорбентов [12–15]. При охлаждении до комнатной температуры субкритическая вода снова становится слабым элюентом в обращенно-фазной ВЭЖХ. Поэтому, для решения вышеупомянутой проблемы уширения пиков в on-line сорбционно-ВЭЖХ методах анализа мы предлагаем следующий прием:

десорбция веществ субкритической водой с обращенно-фазного сорбента, охлаждение концентрата и его подача в ВЭЖХ колонку. По нашему предположению, этот прием должен приводить к сжатию пиков определяемых веществ. Аналогичный эффект наблюдали в работах [12, 14–15], посвященных сочетанию экстракции субкритической водой и ВЭЖХ разделения с помощью субкритической воды.

В работе [12] извлекали анилины и фенолы из образцов песка а также флавоны из апельсиновых корок с помощью субкритической воды в динамических условиях, затем сорбировали извлеченные вещества (также в динамических условиях) в охлаждаемом до 0°C участке системы на колонке с обращено-фазным сорбентом (октадецилсиликагель ValuPak C18 или модифицированный полистиролом диоксид циркония ZirChrom-PS), затем десорбировали в on-line режиме субкритической водой и проводили ВЭЖХ определение с использованием субкритической воды в качестве элюента. Десорбцию проводили с остановкой потока. Десорбцию проводили при 130°C, разделение при 80–100°C. Пики на хроматограммах при прямом СВ-ВЭЖХ разделении примерно в 2 раза шире, чем при проведении полной процедуры;

авторы связывают это с инжектированием холодного раствора в колонку при прямом определении, что приводит к нарушению температурного равновесия в колонке. Аналогичная процедура предложена в [15]. Экстрагировали определяемые вещества из образцов песка субкритической водой при 120°C в динамических условиях, затем проводили сорбцию веществ из охлажденного экстракта на сорбенте PLRP-S (сверхсшитый полистирол). После этого проводили последовательную десорбцию несколькими порциями субкритической воды при различных температурах, также в динамических условиях. Каждую аликвоту концентрата после десорбции анализировали в on-line режиме с помощью СВ-ВЭЖХ. Отмечали отсутствие уширения пиков по сравнению с прямым вводом.

Основной целью рассмотренных выше работ является разработка эффективного способа сочетания экстракции субкритической водой и СВ-ВЭЖХ разделения, систематического исследования эффекта фокусирования соединений при десорбции субкритической водой авторы не проводили.

Целью настоящей работы является разработка методики анализа, включающей сорбцию фенолов на обращенно-фазном сорбенте, десорбцию субкритической водой, фокусирование на начальном участке ВЭЖХ колонки и разделение смесью ацетонитрил вода в градиентном режиме. Мы выбрали в качестве модельного соединения для выбора условий концентрирования 2-хлорфенол (ХФ). Это вещество входит в список фенолов – приоритетных загрязнителей вод, утвержденный Агентством по охране окружающей среды США (US EPA). ХФ обладает средней гидрофобностью (log P = 2), следовательно, его можно использовать для предварительной оценки условий количественной десорбции как более гидрофобных, так и более гидрофильных фенолов. В ходе дальнейшей работы мы предполагаем выбрать условия десорбции, подходящие для всех 11 фенолов из списка EPA.

При использовании СВ в качестве элюента наиболее часто применяют полимерные сорбенты на основе полистирола вследствие их высокой температурной устойчивости [8, 16].

Полимерные сорбенты на основе полистирола, модифицированные гидрофильными группами (например, Oasis, Waters и Strata-X, Phenomenex) как правило, более эффективно извлекают фенолы из водных образцов, чем немодифицированные сорбенты на основе полистирола [17–18].

В нашей предыдущей работе [19] выбраны условия количественной сорбции 11 фенолов, в том числе ХФ, на сорбенте Strata-X, поэтому в настоящей работе не проводили оптимизацию условий сорбции. ХФ извлекали из 10 мл водного раствора на колонке 340 мм.

Экспериментальная часть Реагенты и сорбенты. Для приготовления растворов и элюентов использовали деионизованную воду, которую получали на установке Millipore Simplicity (Millipore, США), удельное сопротивление воды составляло 18,2 МОм см. Использовали ацетонитрил степени чистоты Super Gradient (Lab-Scan, Ирландия).

Исходный раствор 2-хлорфенола концентрацией 2,00 мг/мл готовили растворением навески этого вещества (степень чистоты 98%, Sigma-Aldrich) в ацетонитриле. Рабочие растворы готовили разбавлением исходного раствора ацетонитрилом и водой. Все растворы хранили в стеклянной посуде с притертыми пробками в темноте при +4°С.

Аппаратура. Использовали комплекс оборудования для проточного сорбционно ВЭЖХ анализа, состоящий из узлов серийно выпускаемого оборудования (Аквилон, Россия).

Комплекс включал два насоса высокого давления, автоматический двухинжекторный блок, спектрофотометрический детектор с аналоговым выходом (UVV 104). Сигнал детектора регистрировали с помощью внешнего аналого-цифрового преобразователя (E-18 AQU ADC).

Управление узлами комплекса осуществляли с помощью персонального компьютера.

Для уменьшения сорбции концентрируемых веществ на магистралях те капилляры, через которые прокачивали водные растворы микрокомпонентов, были изготовлены из нержавеющей стали, остальные – из полиэфирэфиркетона PEEK.

Использовали корпус печи (внутренние размеры 222517 см, объем 9 дм3) от газового хроматографа ЛХМ-80 (СССР), в который нами был установлен электронагреватель мощностью 1800 Вт. Нагрев и термостатирование осуществляли с помощью электронного термостата ТРМ 10 (ЗАО «ОВЕН», Россия). Собранное устройство позволяет задавать и поддерживать температуру до 300°C с точностью не хуже 0,5°C.

Время нагрева от 20 до 250°C составляет не более 5 минут.

Использовали ограничитель давления P-789 (Upchurch Scientific, США), номинальное создаваемое противодавление 35 атм при пропускании воды со скоростью 1,0 мл/мин при температуре 20°C.

Для изготовления нагревательной и охладительной спиралей использовали капилляры из нержавеющей стали длиной 1,5 м и внутренним диаметром 0,17 мм.

Схема установки для проведения десорбции субкритической водой представлена на рис. 1.

ВЭЖХ разделение фенолов осуществляли на колонке (1504,6 мм) Luna C (Phenomenex, США), размер частиц сорбента 5 мкм.

Для концентрирования использовали сорбент Strata-X – полистирол с привитыми группировками N-винил-2-пирролидона, размер частиц 33 мкм, размер пор 85, удельная площадь поверхности 800 м2/г (Phenomenex, США).

Сорбенты помещали в стальную колонку 403 мм, использовали титановые фриты.

Рис. 1. Схема установки для проведения десорбции веществ субкритической водой с обращенно-фазных сорбентов в режиме on-line.

Н1 – насос;

С1, С2 – нагревательная и охладительная спирали;

К1 – колонка для концентрирования, И – инжектор;

Н2 – градиентный насос;

К2 – хроматографическая колонка;

Д – детектор Результаты и их обсуждение Выбор условий десорбции ХФ субкритической водой с сорбента Strata-X.

Для изучения десорбции ХФ субкритической водой получали так называемые off-line кривые десорбции: пропускали с постоянной скоростью через колонку для концентрирования воду при определенной температуре, собирали аликвоты раствора на выходе из колонки, после чего проводили ВЭЖХ анализ каждой аликвоты. Рассчитывали содержание ХФ в каждой аликвоте, строили off-line кривую десорбции: зависимость содержания ХФ от объема пропущенного десорбирующего раствора. С помощью построения off-line кривых десорбции в различных условиях, было установлено, что при десорбции ХФ с сорбента Strata-X для получения минимального объема концентрата необходим предварительный прогрев печи в течение не менее 10 минут, а скорость пропускания воды не должна превышать 0.5 мл/мин (данные не приведены).

Наиболее важным параметром, который определяет поведение микрокомпонента при десорбции субкритической водой, является температура проведения десорбции.

Из литературных данных известно [20–21], что фенолы экстрагировали субкритической водой из почв и других объектов при температурах 100–200 °C. Нами была проведена серия экспериментов по десорбции ХФ в off-line режиме при температурах 150–200°C.

Через колонку для концентрирования пропускали последовательно 5 мл ацетонитрила, 5 мл деионизованной воды, 10 мл раствора ХФ в деионизованной воде, затем останавливали поток раствора через колонку, прогревали печь в течение 10 минут при заданной температуре с остановленным потоком, снова включали поток и проводили десорбцию субкритической водой при скорости потока 0,5 мл/мин. Полученные off-line кривые десорбции представлены на рис. 2. Как видно из рисунка, наименьший объем десорбирующего раствора достигнут при 200°С и составляет 2–3 мл. Для сравнения на том же рисунке представлена кривая десорбции ХФ ацетонитрилом при комнатной температуре.

Так как ширина пика и положение максимума при десорбции ацетонитрилом и десорбции субкритической водой при 200°С сопоставимы, дальнейшее увеличение температуры десорбции сочли нецелесообразным ввиду опасности разложения ХФ и материала сорбента при высоких температурах.

Рис. 2. Кривые десорбции 2-хлорфенола с сорбента Strata-X.

Десорбция ацетонитрилом при комнатной температуре (1), десорбция субкритической водой при 200 (2), 175 (3), 160 (4) и 150°С (5).

2-хлорфенол извлекали из 10 мл водного раствора концентрацией 1.3 мг/л On-line сочетание сорбционного концентрирования, десорбции субкритической водой и ВЭЖХ определения. Для снижения ширины пика ХФ на хроматограмме мы использовали on-line сочетание сорбционного концентрирования и ВЭЖХ определения:

после проведения стадии десорбции субкритической водой, поток воды, содержащей ХФ, охлаждали до комнатной температуры и подавали на ВЭЖХ колонку. После пропускания 10 мл десорбирующего раствора десорбцию прекращали и начинали градиентное ВЭЖХ разделение смесью ацетонитрил-вода: 0–30% ацетонитрила за 1 минуту, 30–60% ацетонитрила за 10 минут, 60–100% ацетонитрила за 5 минут;

суммарная скорость пропускания 1 мл/мин. Фрагмент полученной таким образом хроматограммы представлен на рис. 3. В ходе проведения этой процедуры ХФ фокусировался в виде узкой зоны на начальном участке ВЭЖХ колонки, что приводило к получению узкого пика ХФ на хроматограмме. Для сравнения на рис. 3 также представлена хроматограмма, полученная при прямом вводе в ВЭЖХ колонку 20 мкл раствора, содержащего такое же количество ХФ в ацетонитриле.

Традиционно для проведения десорбции в on-line режиме используют ВЭЖХ подвижную фазу, то есть в нашем случае надо было бы применять градиент вода ацетонитрил. Мы провели такую процедуру, полученная хроматограмма также представлена на рис. 3. Как видно, время выхода и ширина пика ХФ существенно увеличились по сравнению с прямым вводом и десорбцией субкритической водой при 200°С. Ширина пика ХФ при проведении десорбции субкритической водой составляет 7 с, что сопоставимо с прямым вводом (9 с) и в 3 раза меньше, чем при десорбции водно-ацетонитрильным градиентом (20 с).

Рис. 3. Хроматограммы, полученные при определении 2-хлорфенола разными способами.

Проведение комбинированной процедуры при десорбции субкритической водой при температуре 200°C (1), прямое ВЭЖХ определение (2), десорбция водно-ацетонитрильным градиентом (3). Общее количество 2-хлорфенола 1,3 мкг, 2-хлорфенол на стадии концентрирования извлекали из 10 мл водного раствора (концентрация раствора 0,13 мкг/мл), при прямом ВЭЖХ определении вводили 20 мкл раствора 2-хлорфенола в ацетонитриле (концентрация раствора 65 мкг/мл) Устойчивость сорбента для концентрирования. При проведении десорбции ХФ с сорбента Strata-X при температуре 200°C мы столкнулись с частичным разрушением сорбента – это проявляется в виде большого количества посторонних пиков на хроматограмме, получаемой при проведении процедуры фокусирования после десорбции субкритической водой (рис. 4). При получении данной хроматограммы ХФ в систему не вводили, поэтому, по нашему предположению, регистрируемые на хроматограмме пики отвечают не продуктам разложения ХФ, а продуктам разложения сорбента. В работе [13] авторы столкнулись с механическим разрушением сорбента Oasis под действием высокого давления при проведении десорбции субкритической водой, поэтому колонку с сорбентом набивали заново для каждого последующего эксперимента. В настоящей работе, несмотря на присутствие на хроматограмме пиков, отвечающих продуктам разложения сорбента, сорбент сохранял механические и сорбционные свойства в течение 20–30 циклов «сорбция десорбция». Мы не наблюдали существенного увеличения противодавления, создаваемого колонкой с сорбентом (что является одним из признаков механического разрушения), а степень извлечения ХФ на стадии сорбции оставалась постоянной, что подтверждает сохранение сорбционных свойств Strata-X.

Авторы работы [22] также отмечали возможность разложения сорбента на основе полистирол-дивинилбензола под действием субкритической воды. Однако в этой работе субкритическую воду использовали в качестве ВЭЖХ подвижной фазы, поэтому частичное разрушение сорбента проявлялось в виде незначительного дрейфа базовой линии. В нашем случае происходит накопление и фокусирование продуктов разложения сорбента на начальном участке ВЭЖХ колонки, что и приводит к появлению большого числа посторонних пиков на хроматограмме. Это затрудняет разработку методики одновременного определения большого числа фенолов. В ходе дальнейшей работы мы предполагаем провести сравнение устойчивости доступных сорбентов к действию субкритической воды в ходе предложенной нами процедуры концентрирования.

Рис. 4. Участок хроматограммы, полученной в ходе «контрольного» опыта при десорбции со Strata-X субкритической водой при 200°C Предложена процедура, повышающая эффективность on-line сочетания сорбционного концентрирования и ВЭЖХ разделения. Процедура основана на десорбции определяемых веществ субкритической водой, последующем охлаждении и подаче всего концентрата в ВЭЖХ колонку, где происходит фокусирование. Выбраны условия десорбции субкритической водой 2-хлорфенола с сорбента Strata-X (температура 200°С, время предварительного прогрева печи 10 минут, скорость пропускания десорбирующего раствора 0.5 мл/мин), показано, что ширина пика 2-хлорфенола на хроматограмме, полученной таким способом, сопоставима с прямым ВЭЖХ анализом 20 мкл раствора и в 3 раза меньше, чем при десорбции водно-ацетонитрильным градиентом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Brouwer E. R., Kofman S., Brinkman U. A. T. // J. Chromatogr. A. 1995. V. 703. P. 167.

2. Kataoka H., Lord H. L., Yamamoto S., Narimatsu S., Pawliszyn J. // J. Microcolumn Sep. 2000.

V. 12. P. 493.

3. Wissiack R., Rosenberg E., Grasserbauer M. // J. Chromatogr. A. 2000. V. 896. P. 159.

4. Cobo M., Silva M. // J. Chromatogr. A. 1999. V. 848. P. 105.

5. Castro R., Moyano E., Galceran M. T. // J. Chromatogr. A. 2000. V. 869. P. 441.

6. Ou J., Hu L., Hu L., Li X., Zou H. // Talanta. 2006. V. 69. P. 1001.

7. Masque N., Marce R. M., Borrul F. // J. Chromatogr. A. 1998. V. 793. P. 257.

8. Hartonen K., Riekkola M.-L. // Trends Anal. Chem. 2008. V. 27. P. 1.

9. Yang Y. // J. Sep. Sci. 2007. V. 30. P. 1131.

10. Smith R. M. // Anal. Bioanal. Chem. 2006. V. 385. P. 419.

11. Pawlowski T. M., Poole C. F. // Anal. Commun. 1999. V. 36. P. 71.

12. Lamm L. J., Yang Y. // Anal. Chem. 2003. V. 75. P. 2237.

13. Bone J. R., Smith R. M. // Anal. Commun. 1999. V. 36. P. 375.

14. Tajuddin R., Smith R. // J. Chromatogr. A. 2005. V. 1084. P. 194.

15. Tajuddin R., Smith R. M. // Analyst. 2002. V. 127. P. 883.

16. He P., Yang Y. // J. Chromatogr. A. 2003. V. 989. P. 55.

17. Wissiack R., Rosenberg E., Grasserbauer M. // J. Chromatogr. A. 2000. V. 896. P. 159.

18. Wissiack R., Rosenberg E. // J. Chromatogr. A. 2002. V. 963. P. 149.

19. Сохраняева А. С., Статкус М. А., Цизин Г. И., Золотов Ю. А. // Журн. аналит. химии.

2010. Т. 65. С. 1155.

20. Yarita T., Nakajima R., Shibukawa M. // Anal. Sci. 2003. V. 19. P. 269.

21. Yang Y. // LC-GC Eur. 2003. V. 16. P. 37.

22. Kephart T. S., Dasgupta P. K. // Talanta. 2002. V. 56. P. 977.

УДК 543.51:542. МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ КАК НОВЫЙ СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ В ДОПИНГОВОМ КОНТРОЛЕ © 2011 И.И. Суханова, М.А. Дикунец, Г.М. Родченков ФГУП «Антидопинговый центр» Министерства спорта, туризма и молодежной политики Российской Федерации, 105005, Москва, Елизаветинский пер., Поступила в редакцию 16.06.2011 г.

Для извлечения и концентрирования низкомолекулярных допинговых препаратов из мочи человека предложен новый подход с использованием магнитной сепарации, основанный на применении ферромагнитных микрочастиц с поверхностью, модифицированной С18-группами. На его основе разработан способ определения селективных модуляторов андрогенных рецепторов и агонистов дельта-рецепторов активации пролиферации пероксисом методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс спектрометрией. Для всех исследуемых соединений приведены их степени извлечения из мочи, пределы детектирования и подавление ионизации определяемых соединений компонентами матрицы.

Ключевые слова: магнитная сепарация;

селективный модулятор андрогенных рецепторов;

СМАР;

агонист дельта-рецепторов активации пролиферации пероксисом;

ППАР;

высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с тандемной масс-спектрометрией;

ВЭЖХ–МС/МС;

допинговый контроль.

Введение Фармакологическая индустрия не стоит на месте и с постоянной регулярностью выпускает новые препараты, которые потенциально могут использоваться спортсменами в качестве допинга. В настоящее время ряд лекарственных средств, разработанных ведущими фармацевтическими компаниями и находящихся на заключительном этапе клинических испытаний, стал доступен для атлетов. К таким допинговым препаратам новых классов относятся селективные модуляторы андрогенных рецепторов (СМАР, selective androgen receptor modulator, SARM) и агонисты дельта-рецепторов активации пролиферации пероксисом (ППАР, peroxisome proliferators-activated receptor agonists, РPAR ). СМАР воздействуют на андрогенные рецепторы, ответственные за рост мышечных волокон, и обладают анаболическими свойствами, приводящими к увеличению мышечной массы и силы [1]. ППАР увеличивают мышечную массу и повышают выносливость за счет изменения метаболических процессов в мышечных тканях [2]. В 2009 г. Всемирное антидопинговое агентство (ВАДА) внесло эти соединения в Запрещенный список препаратов и методов [3].

Важным аспектом превентивных исследований в области допингового контроля является разработка и внедрение в аналитическую практику эффективных способов определения и извлечения веществ, которые потенциально могут использоваться в качестве допинга. Последние десять лет в практике допингового контроля широко используется метод высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс спектрометрией (ВЭЖХ–МС/МС). Этот высокочувствительный метод анализа требует предварительного концентрирования веществ, а также эффективной очистки образца для снижения эффекта подавления ионизации определяемых соединений компонентами матрицы. Традиционно для этих целей используется жидкость-жидкостная (ЖЖЭ) или твердофазная (ТФЭ) экстракции.

ЖЖЭ основана на распределении органического вещества между водной фазой и несмешиваемой с ней органической фазой. Основными достоинствами ЖЖЭ являются универсальность, простота, доступность оборудования для проведения экстракции, а также возможность селективного концентрирования. Экстрагенты, применяемые в ЖЖЭ, должны удовлетворять известным требованиям: хорошо извлекать определяемые соединения или группу веществ, обладать малой растворимостью в воде, иметь низкую температуру кипения. Недостатками ЖЖЭ являются расход большого количества растворителей, плохая кинетика экстракции, трудность автоматизации, а также искажение состава пробы за счет потерь летучих соединений в процессе упаривания экстракта и привнесения примесей из растворителей.

ТФЭ позволяет объединить стадии концентрирования и извлечения. Метод основан на специфических взаимодействиях компонента или мешающих его определению компонентов матрицы с сорбентом [4]. Для ТФЭ характерны более широкие возможности варьирования природы и силы взаимодействия образца с сорбентом и элюентом, вследствие чего осуществляется более селективное и количественное выделение определяемых соединений.

Одним из недостатков ТФЭ является изменение степени извлечения определяемых соединений не только в зависимости от производителя сорбентов, но и от партии к партии.

Следует отметить, что степень извлечения при ТФЭ зависит от многих факторов, так что оптимизация условий ее проведения связана со значительными временными затратами и требует экспериментальных навыков.

Одним из перспективных способов извлечения полярных лекарственных препаратов и их метаболитов из биожидкостей человека и их концентрирования является магнитная сепарация (МС), имеющая ряд существенных преимуществ перед классическими методами экстракции, основными из которых являются экспрессность и простота применения.

МС нашла широкое применение в биохимии для изоляции клеток, субклеточных культур, белков и ДНК [5]. Магнитные микрочастицы используют для извлечения фенольных соединений из водных образцов [6] и противогрибкового средства интраконазола из плазмы человека [7, 8]. Литературные данные по использованию МС для экстракции низкомолекулярных соединений из такой сложной матрицы как моча отсутствуют.

Таким образом, целью настоящей работы стало изучение возможности применения МС для извлечения из мочи человека низкомолекулярных допинговых препаратов и их концентрирования для последующего анализа полученного экстракта методом ВЭЖХ– МС/МС.

Экспериментальная часть Реагенты и растворители.

S-4 (3-(4-acetylaminophenoxy)-2-hydroxy-2-methyl-N-[4-nitro-3 (trifluoromethyl)phenyl]propa-namide), S-24 (3-(4-fluorophenoxy)-2-hydroxy-2-methyl-N-[4 cyano-3-(trifluoro-methyl)phenyl]propanamide) и LGD2226 (6-(bis-(2,2,2-trifluoroethyl)amino)-4 trifluoromethylquinolin-1H-2-one) с содержанием основного компонента 99% синтезированы в Центре превентивных допинговых исследований Института биохимии немецкого спортивного университета Кельна.

GW501516 [2-methyl-4-[[[4-methyl-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-5thiazolyl]methyl] thio]phenoxy]acetic acid, GW0742 [4-[[[2-[3-fluoro-4-(trifluoromethyl)phenyl]-4-methyl-5 thiazolyl]methyl]thio]-2-methyl phenoxy]acetic acid и L-165,041 ([4-[3-(4-acetyl-3-hydroxy-2 propylphenoxy)propoxy]phenoxy]acetic acid) с содержанием основного компонента 99% получены из Sigma-Aldrich, Германия. Структуры определяемых соединений приведены в табл. 1.

Таблица 1. Исходные и характеристичные ионы определяемых соединений в условиях электрораспылительной ионизации Исходный Характеристичные Соединение Структурная формула Энергия столкновений, эВ ион, m/z ионы, m/z 150 [M-H] O 2N NHCOCH 261 O 205 S- 108 F 3C NH O [M+H]+ 400 H3C OH 148 NC 185 O [M-H] S-24 O F 241 F 3C NH 111 OH H3C CF 3 239 [M-H] CF 308 211 N CF 241 223 O N H LGD [M+H]+ 375 [M-H] O CO 2H GW501516 138 H S CH S F 3C N CH 452 394 151 257 [M+H]+ 188 172 O CH3 193 [M-H] 108 O 401. 163 HO O 163 L-165,041 135 O O OH [M+H]+ 403. 193 CH O CO 2H 138 F [M-H] S GW0742 413 CH S 470. F 3C 139 N CH Стандартные растворы веществ готовили растворением точных навесок в метаноле «для хроматографии», рабочие растворы получали разбавлением и хранили до анализа при температуре +4оС.

В качестве внутренних стандартов использовали флюоксиместерон, метилтестостерон (LGC-Standards, Германия) и мефрузид (Sigma-Aldrich, Германия) с содержанием основного компонента 99%.

Для проведения МС использовали ферромагнитные микрочастицы с поверхностью, модифицированной С18-группами, Dynabeads RPC18, 12.5 мг/мл, размер частиц 1 мкм (Invitrogen Dynal AS, Норвегия), магнитный сепаратор DynaMagTM–2 (Invitrogen Dynal AS, Норвегия), устройства для перемешивания Dynabeads MX Mixer (Invitrogen Dynal AS, Норвегия) и Vortex-1, (Scientific Industries, США). Для промывки магнитных частиц применяли трифторуксусную кислоту (Macherey-Nagel, Германия), для элюирования определяемых соединений использовали ацетонитрил (Sigma-Aldrich, Германия) или метанол (Merck, Германия).

Для приготовления подвижной фазы использовали метанол «для хроматографии»

(Merck, Германия), ацетат аммония (Acros Organics, Бельгия), муравьиную кислоту (Sigma Aldrich, Германия) и деионизованную воду «для хроматографии» (Biosolve, Нидерланды).

Оборудование.

ВЭЖХ–МС/МС анализ выполняли на хромато-масс-спектрометре с тройным квадроупольным анализатором TSQ Quantum Ultra фирмы Thermo Finnigan, США, соединенным с высокоэффективным жидкостным хроматографом модели Surveyor, оснащенным автосамплером, насосом высокого давления, дегазатором и блоком для термостатирования хроматографической колонки. Для разделения компонентов использовали колонку Luna C18(2) (3.0150 мм, размер частиц 5 мкм, размер пор 100 ) фирмы Phenomenex, США.

В качестве подвижной фазы использовали 0.25% раствор муравьиной кислоты с 0.2 мМ раствором ацетата аммония (рН=3.0) (А) и метанол (В). Для разделения веществ использовали градиентное элюирование: 0 мин – 40% В, 1 мин – 90% В, 14.1 мин – 40% В.

Скорость потока: 0 мин – 0.2 мл мин–1, 1–5 мин – 0.25 мл мин–1, 5-9 мин – 0.2 мл мин–1, 9– мин – 0.35 мл мин–1, 14.1 мин – 0.2 мл мин-1. Время анализа с учетом стабилизации системы перед вводом следующего образца составляло 18 мин. Для понижения общего рабочего давления системы использовали термостатирование колонки (50оС). Объем пробы – 10 мкл.

Масс-спектры исследуемых соединений получали в условиях электрораспылительной ионизации с регистрацией отрицательных и положительных ионов.

Условия электрораспылительной ионизации с нагреваемым потоком распыляющего газа:

напряжение на капилляре 3.8 кВ;

температура фокусирующего капилляра 270°С;

скорость потока распыляющего газа (азот) 0.45 л мин–1;

скорость потока вспомогательного газа (азот) 0.075 л мин–1;

температура в камере ионизации 200°С. Ширина пропускания ионов на первом квадруполе (Q1) и третьем квадруполе (Q3) составила 0.5 а.е.м., время задержки 5 мс.

В качестве газа-мишени использовали аргон. Энергию столкновения в камере соударений варьировали от 10 до 50 эВ.

Пробоподготовка биологической жидкости.

Подготовка ферромагнитных частиц перед анализом: 200 мкл суспензии микрочастиц с концентрацией 12.5 мг/мл наливали в пробирку, которую помещали в магнитный сепаратор, удаляли надосадочную жидкость, частицы промывали 1 мл раствора трифторуксусной кислоты (0.1%). После удаления кислоты добавляли 2 мл деионизованной воды для получения раствора частиц с концентрацией 1.25 мг/мл, который использовали в дальнейшем.

На рис. 1 приведена блок-схема процедуры извлечения соединений из мочи человека при использовании МС. К образцу мочи (1 мл) добавляли 10 мкл внутреннего стандарта, содержащего флюоксиместерон (50 нг/мкл), мефрузид (10 нг/мкл) и метилтестостерон (10 нг/мкл), и 200 мкл суспензии ферромагнитных микрочастиц с концентрацией 1.25 мг/мл.

Смесь перемешивали, надосадочную жидкость удаляли с использованием магнитного сепаратора, частицы промывали деионизованной водой (500 мкл). Для первого элюирования соединений использовали 100 мкл метанола, для второго – 50 мкл, фракции объединяли, 10 мкл вводили в систему ВЭЖХ–МС/МС.

Рис. 1. Блок-схема процедуры магнитной сепарации В работе оценена степень подавления ионизации определяемых веществ компонентами матрицы. Для этого 5 мкл раствора (10 нг/мкл) смеси определяемых соединений и 10 мкл раствора внутренних стандартов упаривали досуха в токе азота.

Полученный сухой остаток перерастворяли в 150 мкл метанола или в полученном с применением МС метанольном экстракте мочи, не содержавшей запрещенных допинговых препаратов.

Для оценки степени извлечения веществ из матрицы проводили сравнительный анализ 5 различных образцов мочи с добавкой в них до и после МС определяемых соединений (50 нг/мл). Внутренние стандарты были добавлены во все пробы после проведения МС, после чего были рассчитаны соотношения площадей характеристичных ионов определяемых соединений к площади внутреннего стандарта. Соотношение площадей, полученных для определяемых соединений, добавленных после проведения МС, считали за 100%-ную экстракцию.

Результаты и их обсуждение Изучение диссоциации исходных ионов при активации соударением в тандемной масс-спектрометрии является необходимым этапом разработки способа определения соединений, так как без этого невозможен поиск и правильный выбор характеристичных ионов, используемых в наиболее чувствительном режиме регистрации селективных реакций (selective reaction monitoring, SRM) [9]. В ранее проведенных нами исследованиях [10,11] с применением метода ВЭЖХ–МС/МС были показаны пути фрагментации ППАР и СМАР в условиях диссоциации, индуцированной соударениями, и выбраны характеристичные ионы для их селективного определения. Структуры соединений и их основные характеристичные ионы, образующиеся в результате столкновений в камере соударения исходного иона с атомами аргона и использующиеся для подтверждения наличия вещества в пробе, представлены в табл. 1.

Для оптимизации условий извлечения допинговых препаратов из мочи с применением МС необходимо было выбрать концентрацию раствора ферромагнитных частиц и его объем, а также органический растворитель и его объем, использующийся при элюировании определяемых соединений с поверхности сорбента.

Увеличение объема коммерчески доступной суспензии ферромагнитных микрочастиц с концентрацией 12.5 мг/мл после первого элюирования приводит к уменьшению степени извлечения соединений из раствора. Наибольшую интенсивность сигнала веществ наблюдали при использовании минимального объема магнитных частиц (20 мкл, масса сорбента – 0.25 мг). После вторичного элюирования соединений с сорбента степень извлечения веществ из раствора возрастала по мере увеличения количества магнитных частиц. При добавлении от 150 до 500 мкл (1.88–6.25 мг сорбента) суспензии ферромагнитных микрочастиц значения площади пика были одинаковыми, и зависимости площади пика интенсивности сигнала от количества сорбента имели вид кривых, выходящих на плато для всех веществ (рис. 2). При использовании большого количества магнитных частиц первое элюирование определяемых соединений проходит не полностью, что связано с высокой сорбционной способностью сорбента. При использовании большого количества коммерчески доступной суспензии ферромагнитных частиц в органический растворитель элюируется менее 60% соединений, и даже после пятикратного элюирования метанолом в экстрактах мочи наблюдали следовые количества ППАР и СМАР. Таким образом, использование коммерчески доступной суспензии ферромагнитных частиц для извлечения определяемых соединений без разбавления нецелесообразно.

Площадь пика, усл.ед.

0 1 2 3 4 5 Масса сорбента, мг Рис. 2. Влияние массы сорбента на площадь пика S- при первом (1) и втором (2) элюировании метанолом Использование разбавленного в 10 раз раствора концентрированной суспензии магнитных частиц позволяет значительно повысить степень извлечения соединений. Объем суспензии ферромагнитных частиц с концентрацией 1.25 мг/мл 200 мкл (масса сорбента 0.25 мг) был выбран оптимальным, поскольку наблюдали максимальные степени извлечения определяемых соединений и наименьший эффект подавления ионизации веществ компонентами матрицы.

Сравнение растворителей, применяемых для элюирования соединений с ферромагнитных частиц, показало, что десорбция веществ при использовании метанола и ацетонитрила одинакова (рис. 3). Для дальнейшей работы был выбран метанол, так как для хроматографического разделения веществ использовали в качестве подвижной фазы метанол, применение ацетонитрила приводит к размыванию фронта хроматографического пика.

а) Количество, % 4- 10 0 100 200 300 400 Объем растворителя, мкл б) Количество, % 0 100 200 300 400 Объем растворителя, мкл Рис. 3. Влияние объема ацетонитрила (а) и метанола (б), применяемого при элюировании соединений с поверхности ферромагнитных частиц (12.5 мг/мл, 200 мкл) на степень извлечения соединений. (1) – S-4, (2) – S-24, (3) – L-165,041, (4) – LGD2226, (5) – GW0742, (6) – GW В табл. 2 приведены аналитические характеристики разработанного способа одновременного определения ППАР и СМАР с применением МС для их извлечения из мочи человека и последующим анализом полученного экстракта методом ВЭЖХ–МС/МС.

Во всем диапазоне изученных концентраций соединений (0.5–50 нг/мл) наблюдали селективное извлечение аналитов, значимых изменений степени извлечения СМАР и ППАР из мочи и их степени отмывки с микрочастиц от количества аналитов не отмечали. Предел детектирования исследуемых соединений по массе составил 0.02–0.33 нг. Масс хроматограммы, полученные в режиме регистрирования селективных реакций по выбранным характеристичным ионам, экстракта мочи с добавлением допинговых препаратов (50 нг/мл) с использованием МС для подготовки образца перед анализом представлены на рис. 4.

Таблица 2. Аналитические характеристики способа определения ППАР и СМАР в моче человека, P = 0.95, n = 5 ( – эффект подавления ионизации соединений компонентами матрицы, – степень извлечения, ПО – предел обнаружения, – линейный диапазон) Уравнение Соединение, %, % ПО, нг/мл, нг/мл градуировочного графика y = 3.311x + 3. S-4 1 97 0.25 0.5– R = 0. y = 8.167x + 16. S-24 2 98 0.25 0.5– R = 0. y = 0.046x – 0. L-165,041 4 95 5 10– R = 0. y = 1.205x + 1. LGD2226 1 98 0.25 0.5– R = 0. y = 0.118x – 0. GW0742 2 97 5 10– R = 0. y = 0.556x – 0. GW501516 5 96 0.25 0.5– R = 0. Таким образом, впервые была показана возможность использования МС для извлечения низкомолекулярных соединений из мочи. При использовании предложенного подхода степень извлечения допинговых препаратов из биожидкости человека приближается к 100%, в то время как эффект подавления ионизации соединений компонентами матрицы сводится к минимуму. Предел обнаружения СМАР и ППАР составил 0.25–5 нг/мл.

Разработан способ определения допинговых препаратов последнего поколения в моче методом ВЭЖХ–МС/МС с применением МС. Показано, что данный подход может успешно использоваться в целях допинг-контроля для извлечения допинговых веществ.

В отличие от ТФЭ и ЖЖЭ метод МС является более экспрессным и простым.

Время подготовки одного образца для анализа методом ВЭЖХ–МС/МС составляет 5 минут, сокращается объем используемых для пробоподготовки реагентов, а возможность регенерации магнитных частиц позволяет использовать их многократно, что делает предлагаемую методику менее материалоемкой.

Работа была выполнена при финансовой поддержке Министерства спорта, туризма и молодежной политики Российской федерации в рамках Государственного контракта.

Рис. 4. Масс-хроматограммы, полученные методом ВЭЖХ–МС/МС в режиме регистрирования селективных реакций по выбранным характеристичным ионам, экстракта мочи с добавлением допинговых препаратов (50 нг/мл) с использованием метода МС СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Thevis M., Kamber M., Schnzer W. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2006. V. 20. No 5. P. 870.

2. Narkar V.A., Downes M., Yu R.T., Embler E., Wang Y.X., Banayo E., Mihaylova M.M., Nelson M.C., Zoy Y., Juguilon H., Kang H., Shaw R.J, Evans R.M. // Cell. 2008. V. 134. No 3. P. 405.

3. World Anti-Doping Agency. The 2009 Prohibited List. URL: http://www.wada ama.org/rtecontent/document/2009-Prohibited_List_ENG_Final_20_Sept_08.pdf 4. Wilcox C. D., Phelan R. M. // J. Chromatogr. Sci. 1986. V. 24. No 4. P. 130.

5. Hafeli U.O. // Internat. J. Pharmaceut. 2004. V. 277. No 1. P. 19.

6. Faraji M., Yamini Y., Rezaee M. // J. Iran. Chem. Soc. 2010. V. 7. No 1. P. 1.

7. Vogeser M., Geiger A., Herrmann R., Kobold U. // Clin. Biochem. 2008. V. 41. No 16-17. P. 1417.

8. Vogeser M., Geiger A., Herrmann R., Kobold U. // Clin. Biochem. 2009. V. 42. No 9. P. 915.

9. Дикунец М.А., Апполонова С.А., Родченков Г.М. // Журн. физ. химии. 2009. Т. 83. № 4.

С. 607.

10. Thevis M., Mller I., Thomas A., Beuck S., Rodchenkov G., Bornatsch W., Geyer H., Schnzer W.

// Anal. Bioanal. Chem. 2010. V. 396. No 7. P. 2479.

11. Дикунец М.А., Вирюс Э.Д., Семенистая Е.Н., Соболевский Т.Г., Родченков Г.М. // Масс спектрометрия. 2009. Т. 6. № 4. С. 307.

УДК О ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СЕНСОРА НА ОСНОВЕ ОТВЕРЖДЕННОГО ЖЕЛАТИНОВОГО ГЕЛЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВИНЦА © 2011 г. П.В Тарасова, М.А Гостева Кубанский государственный университет, факультет химии и высоких технологий 350040 Краснодар, Ставропольская, д. Исследован процесс сорбции бромпирогаллолового красного в слой отвержденного желатинового геля. Оптимизированы условия сорбции.

Исследованы закономерности реакции бромпирогаллолового красного, иммобилизованного в желатиновую матрицу, с ионами свинца Ключевые слова: сорбция, желатиновый гель, бромпирогаллоловый красный, свинец, сорбционно-спектроскопическое определение В настоящее время интенсивно развиваются методы определения элементов с использованием органических реагентов, иммобилизованных в твердой фазе.

По сравнению с фотометрией в растворах эти методы за счет концентрирования реагентов в тонком слое носителя характеризуются большей чувствительностью и избирательностью.

Реакции на твердом носителе используют для сорбционно-спектрофотометрических и тест определений веществ.

Особенно удобны в работе твердые носители из прозрачных полимерных материалов.

Иммобилизация реагента может проводиться путем его ковалентного связывания с материалом матрицы, либо за счет физической сорбции [1]. В результате ковалентной иммобилизации ранее были получены чувствительные элементы на основе триацетилцеллюлозной пленки и на основе полистирола [2]. Однако подобные оптические сенсоры не нашли широкого применения в связи с определенными трудностями выполнения процедуры ковалентной иммобилизации реагентов на прозрачной полимерной подложке.

Особый интерес для изготовления оптических химических сенсоров представляет желатиновый отвержденный гель, нанесенный на прозрачную полимерную подложку [2–5].

В качестве среды для проведения аналитических реакций желатин обладает важными свойствами, делающими его достойным конкурентом уже существующим материалам:

прозрачностью в видимой области спектра, достаточной химической и механической стойкость, высокой мкостью по отношению к иммобилизуемым аналитическим реагентам, а также высокой гидрофильностью [6–7]. Наличие в структуре желатина различных функциональных групп кислотной и основной природы, в частности, амино-, гидрокси и карбоксигрупп, а также фенольных и серосодержащих остатков аминокислот, способствует иммобилизации различных аналитических реагентов, уменьшению их вымываемости и улучшению метрологических характеристик методик [4, 8–11], а прозрачность твердого носителя позволяет не только разрабатывать чувствительные оптические сенсоры для тест-определения веществ, но и применять желатиновые пленки для разработки чувствительных методик твердофазной спектроскопии [12–13].

Изучению свойств желатина как среды для иммобилизации реагентов посвящен ряд работ [1, 3, 5–6, 8, 14–16]. Иммобилизация реагентов в желатиновую матрицу для тест определения ряда фармацевтических препаратов осуществлена в работах [17–19].

За последние годы появилось немало публикаций, авторы которых использовали для изготовления чувствительных элементов готовые желатиновые слои [1, 3, 6–9, 17–24] и экспериментально подтвердили перспективность использования этого носителя в химическом анализе. Однако до настоящего времени нет систематизации сведений о закономерностях иммобилизации в желатиновую матрицу различных групп аналитических реагентов, не изучены, в частности, особенности поведения в среде желатинового геля триоксифлуоронов, одним из важнейших представителей которых является бромпирогаллоловый красный (БПГК). Этот реагент образует интенсивно окрашенные соединения с некоторыми тяжелыми металлами, в том числе, со свинцом [25].

Спектрофотометрические и кислотно-основные свойства этого реагента изучены рядом авторов [25–27].

Данная работа посвящена исследованию закономерностей протекания реакции между БПГК и свинцом в среде отвержденного желатинового геля и возможности создания оптически прозрачного сенсора для определения свинца.

Экспериментальная часть Реактивы, растворы и оборудование. Использовали реактивы квалификации х.ч.

Исходный раствор реагента готовили по точной навеске. Раствор свинца (0,1 М) готовили растворением нитрата свинца и стандартизовали комплексонометрическим титрованием [28]. Рабочие растворы готовили разбавлением исходных непосредственно перед работой.

Буферные растворы готовили по известным методикам [29]. Кислотность среды варьировали добавлением растворов НCl и КОН.

Состав комплекса свинца с БПГК устанавливали методом Асмуса, константу устойчивости – методом изомолярных серий [30].

Для изготовления чувствительных элементов использовали фотографическую пленку для офсетной печати фирмы AGFA с толщиной желатинового слоя ~ 20 мкм [10], предоставленную Е.А. Решетняк. Образцы пленок размером 1.02.5 см были бесцветными и прозрачными.

Извлечение реагента в желатиновую матрицу проводили из раствора с молярной концентрацией бромпирогаллолового красного 8.4.10–4 моль/л и рН 3.5. Пленки погружали в раствор на 50 мин, затем извлекали из раствора, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе. Равномерно окрашенные образцы хранили при комнатной температуре в темном закрытом месте.

Оптическую плотность пленок и растворов измеряли на спектрофотометре UV- фирмы «Shimadzu», используя односантиметровые кюветы. При фотометрировании пленок их закрепляли в держателе непосредственно в кюветном отделении прибора.

Измерения рН проводили на рН-метре «Эксперт-001» с комбинированным электродом, предварительно проградуированным по стандартным буферным растворам.

Поверхностный слой желатина с иммобилизованным бромпирогаллоловым красным и его комплексом со свинцом изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL SSM-7500F.

Результаты и их обсуждение Спектральные характеристики БПГК, иммобилизованного в желатиновый слой.

В зависимости от кислотности среды в растворах данный реагент может находиться в пяти основных формах. Для установления форм существования реагента в растворах с разной кислотностью рассчитаны мольные доли всех возможных форм этой четырехосновной кислоты при различных рН. Для расчета использовали значения констант кислотности БПГК, приведенные в работе [31].

В сильнокислой среде реагент может находиться в протонированной по карбонильной группе форме (Н5Ind+) и в виде биполярной формы Н4Ind. При постепенном повышении рН последовательно диссоциируют оксигруппы. В щелочной среде растворы реагента неустойчивы. Спектры поглощения растворов БПГК при разных значениях рН представлены на рис. 1.

Рис. 1. Спектры поглощения растворов БПГК при различных рН:

1 – 1,0;

2 – 2,2;

3 – 6,4;

4 – 11,0;

С(БПГК) = 1,7*10–4 М В ходе эксперимента установлено, что в диапазоне рН от 2,8 до 3,5 оптическая плотность пленок после иммобилизации реагента максимальна (рис. 2).

Можно предположить, что в желатиновую матрицу преимущественно сорбируется форма Н3Ynd-. В спектре поглощения пленок наблюдается батохромный сдвиг по сравнению со спектром поглощения раствора реагента (рис. 3).

Рис. 2. Зависимость оптической плотности пленок от рН ( = 578 нм) Рис. 3. Спектры поглощения БПГК в растворе и в пленке при рН 3, (1 – раствор;


2 – пленка) В щелочной среде при рН больше 8 желатин теряет способность сорбировать данный реагент, что можно объяснить не только возможным окислением БПГК в щелочных средах, но и спецификой электростатического взаимодействия в среде желатинового геля в этих условиях.

Важнейшим фактором, определяющим способность желатина к набуханию, а, значит, и его способность к сорбции, является природа растворителя, который может заметно влиять не только на свойства самих реагентов, но и структуру полимерной сетки [11]. Так как для увеличения растворимости многие индикаторы растворяют в водно-спиртовых смесях, интерес представляло изучение влияния этилового спирта на сорбционную способность желатина.

В процессе изучения, было установлено, что в отсутствии спирта длительное выдерживание пленок в водном растворе приводило, видимо, к максимальному набуханию желатинового геля и к постепенному вымыванию красителя из слоя твердого носителя.

Однако вода не только оказывает влияние на свойства желатиновых слоев, но и во многом определяет действие других модификаторов [32]. Так, добавление этилового спирта способствует извлечению реагента в желатиновый слой (рис. 4) и уменьшению его вымываемости, что можно объяснить изменением влагоемкости слоя желатина в присутствии спирта.

Рис. 4. Зависимость поглощения пленок от времени модифицирования в растворах БПГК (1 – водный раствор;

2 – водно-спиртовый раствор) Однако при оптимизации условий проведения реакции состав растворителя в каждом конкретном случае необходимо подбирать индивидуально, так как увеличение объемной доли спирта может привести к уменьшению сорбционной способности желатиновой матрицы (рис. 5).

Снижение оптической плотности пленок с увеличением объемной доли спирта в растворе можно объяснить влиянием молекул спирта на структуру полипептидных цепей.

Можно предположить, что наличие молекул этанола способствует формированию жестких кристаллических блоков, ухудшающих параметры матричной системы.

Как видно из рис. 6, оптическая плотность прозрачных носителей достигает предельного значения через 50 минут контакта сорбента с раствором. В дальнейшем пленки выдерживались в растворах красителя в течение этого времени. Степень извлечения и предельная сорбция с увеличением времени контакта фаз возрастают.

Рис. 5. Зависимость А пленок от объемной доли спирта (время выдерживания 50 минут) Рис. 6. Зависимость оптической плотности пленок от времени выдерживания в растворе БПГК (С = 8,5*10–4М) С увеличением концентрации реагента оптическая плотность пленок возрастает.

Степень извлечения достигает максимального значения при концентрации красителя 5·10–4М (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость степени извлечения от концентрации БПГК Оптимизация условий проведения реакции между бромпирогаллоловым красным и свинцом в желатиновом слое Экспериментально установлено, что стехиометрическое отношение Pb-БПГК в составе комплекса равно 1:1. Образующийся в растворе комплекс обладает средней прочностью: lgу = 6,8 ± 0,1.

Для установления оптимального времени контактирования желатиновой матрицы, иммобилизованной реагентом, с раствором свинца получили кривые насыщения (рис. 8).

В качестве оптимального было принято время 60 минут.

Рис. 8. Зависимость поглощения пленок от времени контакта с раствором аналита (1 – СPb = 1.5*10–4M, 2 – CPb = 2.5*10–5M) Данные, полученные при изучении поверхностного слоя желатина, показывают, что комплекс реагента со свинцом распределен равномерно по поверхности пленки (рис. 9), однако процесс комплексообразования происходит в большей степени в поверхностном слое и практически не затрагивает внутренний слой желатина (рис. 10). Ни реагент, ни его комплекс со свинцом не проникает в слой полимерной матрицы.

Заметное влияние на оптическую плотность пленок, а, значит, и на чувствительность методики, оказывает кислотность раствора. Как видно из рис. 11, наибольшие значения оптической плотности наблюдаются в диапазоне рН 3,5–4,5.

Таким образом, в качестве оптимального буферного раствора можно рекомендовать использование ацетатного буфера с рН 3,5–4,5. При рН меньше 2,5 оптическая плотность пленок заметно уменьшалась, что, по-видимому, связано с разрушением комплекса за счет протонирования кислотного остатка БПГК. Уменьшение оптической плотности пленок в щелочных средах можно объяснить не только связыванием ионов свинца, но и ускорением процесса окисления реагента и заметным увеличением вымываемости реагентов в щелочной среде, наблюдаемым для желатиновых пленок исследуемой марки.

Особенность системы «реагент в желатиновом геле» состоит в том, что создаваемые в фазе геля концентрации реагентов в несколько раз превышают возможные для этих же реагентов в водных растворах. Экспериментальные данные, полученные для методики определения свинца по реакции с БПГК в растворе и в желатиновых пленках, показали (рис.12), что реакция в желатиновом слое по чувствительности превосходит аналогичную реакцию в растворе.

Диапазон линейности оптической плотности пленок от концентрации свинца в условиях оптимального диапазона рН находится в интервале 110–7 до 110–5 М (рис.13).

При изучении селективности методики установлено, что K, Na, Ca, Mg, Ni, Zn не влияют на величину аналитического сигнала. Сu, Cd, Fe(III), Al, Mn начинают оказывать мешающее влияние на аналитический сигнал свинца уже при эквимолярном соотношении концентраций.

Данные эксперимента показывают, что для двухкомпонентных смесей возможна как аддитивность аналитического сигнала, так и эффекты антагонизма и синергизма (рис. 14).

Рис. 9. Поверхностный слой желатина с иммобилизованным комплексом Pb – БПГК Рис. 10. Фотография желатинового слоя с иммобилизованным комплексом Pb – БПГК в разрезе Рис. 11. Зависимость А пленок от рН (1 – СPb = 1.5*10–4 M;

2 – CPb = 0.5*10–4 M;

3 – CPb = 2.5*10–5M) Рис. 12. Зависимость А от С(Pb) при рН = 1 – пленки;

2 – растворы Рис. 13. Зависимость поглощения пленок от концентрации свинца в растворе при рН = 3, 1) 2) 3) Рис. 14. Оптическая плотность пленок для бинарных эквимолярных смесей (Собщ = 1*10–5М): 1 – система Pb–Cd;

2 – система Pb–Cu;

3 – система Pb–Al Таким образом, можно заключить, что методика сорбционно-спектроскопического определения свинца с использованием прозрачного оптического сенсора на основе отвержденного желатинового геля характеризуется большей чувствительностью по сравнению с классической спектрофотометрией. Интенсивная окраска твердого прозрачного носителя позволяет предположить возможность его использования не только для сорбционно-спектроскопического анализа, но и для тест-определения свинца и ряда других металлов при условии учета и устранения возможного влияния посторонних веществ.

Полученные данные подтверждают перспективность использования иммобилизованных БПГК желатиновых матриц для определения свинца и возможность создания оптически прозрачного сенсора на их основе.

Авторы выражают благодарность Е.А. Решетняк за предоставленные образцы желатиновых пленок, а также Т.Б. Починок за ценные замечания и внимание к работе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Е.А. Решетняк, Н.А. Никитина, Л.П. Логинова, Н.О. Мчедлов-Петросян, Н.В. Светлова. Вестник Харьковского национального университета. 2005. № 669.

Химия. Вип. 13(36).

2. Савин С.Б., Кузнецов В.В., Шереметьев С.В., Михайлова. А.В. Рос. хим. журн.

(Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. 52. С. 7–16.

3. Михайлов О.В. Желатин – иммобилизованные металлокомплексы. М.: Научный мир.

2004. 236 с.

4. Mazakova M., Pantcheva M. Dichromated polyvinil alcohol for holographic recording // J.Inf. Rec. Mater., 1990, 18, № 3. Р. 191–196.

5. Reshetnyak E.A., Nikitina N.A., Mchedlov-Petrossyan N.O., Svetlova N.V. Тез. докл.

Междунар. конф. «Modern physical chemistry for advanced materials». Харьков, 2007.

P. 293–295.

6. Решетняк Е.А., Никитина Н.А., Кармазина В.Э. Вестн. Харьк. нац. ун-та. 2007. № 770.

Химия. Вып. 15(38). С. 119–125.

7. Кузнецов В.В., Савин С.Б. Шереметьев С.В. Зав. лаб. Диагностика материалов. 2007.

Т. 73. №10. С. 11–13.

8. Решетняк Е.А., Немец Н.Н., Светлова Н.В., Никитина Н.А. Тез. докл. VIII Укр. конф.

по аналит. химии. Одесса. 2008. С. 124.

9. Кузнецов В.В., Шереметьев С.В. Журн. аналит. химии. 2009. Т.64. №9. С. 910–919.

10. Джеймс Т. Теория фотографического процесса. Л.: Химия, 1980. 672с 11. Досон, Р. Справочник биохимика./ Р. Досон, Д Эллиот, У Эллиот, К Джонс. М.:

Мир, 1991. С. 355.

12. Никитина Н.А. Дис. … канд. хим. наук. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина, 2006. 140 с.

13. Шереметьев С.В. Дис. … канд. хим. наук. Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006.

194 с.

14. Михайлов О.В., Половняк В.К. Заводск. лаборатория. 1989. Т. 53. №12. с. 34-38.

15. Михайлов О.В. Низкотемпературный темплатный синтез в металлгексацианоферрат(2)ных желатин – иммобилизованных матричных системах / О.В. Михайлов // Российский химический журнал. – 2000. – №3. – С. 70–79.

16. Михайлов О.В. Коорд. химия. 2000. Т 26. №10. С. 750–762.

17. Логинова Л.П. Метрологические характеристики обнаружения восстановителей с реагентами, иммобилизованными в желатиновой пленке / Л.П. Логинова, О.Ю Коновалова. // Вестн. ХНУ. 2007. Сер. хим. №770. Вып. 15(38). С 90–91.

18. Логинова, Л. П. Тест – пленки для обнаружения и полуколичественного определения первичных ароматических аминов / Л.П. Логинова, О.Ю. Нестеренко О.Ю. // Вестн. ХНУ. 2006. Сер. хим. №731.Вып. 14. С. 112– 19. Коновалова О.Ю., Логинова Л.П. Методы и объекты хим. анализа. 2008. Т. 3. №2.

С. 147–156.

20. Кузнецов, В.В. Чувствительные элементы с иммобилизованным арсеназо 111 для определения кальция в водах и пищевых продуктах/ В.В. Кузнецов, Ю.В.Ермоленко, И.Ю. Черникова И.Ю., С.В.Шереметьев // Заводск. лаборатория. 2008. Т.74.


№ 5. С.1820.

21. Каттралл, Р.В. Химические сенсоры/ Р.В Каттрал. М.: Научный мир. 2000. 144 с.

22. Эггинс, Б. Химические и биологические сенсоры / Б. Эггинс. М.: Техносфера.

2005. 336. с.

23. Шереметьев С.В., Кузнецов В.В. // Журн. аналит. химии. 2007. Т. 62. №4. С. 357–363.

24. Кузнецов В.В., Шереметьев С.В.// Журн. аналит. химии, 2007, т. 62, № 3, с. 303– 25. Индикаторы / под ред. Э. Бишоп. – М.: Мир. – 1976. – С. 406–407.

26. Мамедова А.М., Иванов В.М., Коротыч А.П., Ахмедов С.А. Комплексообразование олова (IV) и алюминия (III) с пирогаллоловым красным и бромпирогаллоловым красным в присутствии поверхностно-активных веществ // Вестн. Моск.Ун-та. 2004.

Т.45. №5. С.316.

27. Мамедова А.М., Иванов В.М. Влияние ПАВ на кислотно-основные и цветометрические характеристики пирогаллолового красного и бромпирогаллолового красного // Вестн.Моск.Ун-та. 2002. Т.43. №5. С.291.

28. Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. Теория и практика применения. М.: Мир, 1975. 536 с 29. Лурье Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1967. 390 с.

30. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. 5-е изд. перераб. Л.: Химия, 1986. 432 с.

31. Suk V. // Collect. Czechosl. Chem. Commun. 1996.31. Р. 32. Есипова, Н.Г. О роли воды в структуре коллагена / Н.Г. Есипова, Н.С. Андреев, Т.В. Гатовская // Биофизика, 1958, 3, № 5. С. 529–540.

УДК ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ © 2011 г. Н.Н. Федюнина Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет 119992 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр. Изучена эффективность кислотного микроволнового разложения в закрытых сосудах горных пород различных типов. Показано, что в МВ поле смесью плавиковой и азотной кислот при 210оС за 60 минут количественно разлагаются только основные породы. При использовании смеси плавиковой, азотной, соляной и борной кислот разлагаются андезиты и некоторые граниты. Сиенит, гранодиорит и альбитизированный гранит не разлагаются в выбранных условиях в МВ печи, а также в автоклаве в течение 20 часов минерализации. Это может быть связано с наличием в их составе устойчивого насыщенного силиката – альбита NaAlSi3O8. Такие объекты можно количественно перевести в раствор только методом щелочного сплавления. Выбраны условия сорбционного концентрирования РЗЭ из матрицы горных пород на хелатообразующем аминокарбоксильном ДЭТАТА-сорбенте. В выбранных условиях проанализированы горные породы различных типов. Оценены метрологические характеристики разработанной методики, правильность определения элементов доказана анализом стандартных образцов состава.

Ключевые слова: горные породы, микроволновое разложение, сплавление, ИСП-МС В настоящее время для определения редкоземельных элементов (РЗЭ) в различных типах горных пород наиболее успешно используются спектроскопические методы анализа с индуктивно связанной плазмой – масс-спектрометрический (ИСП-МС) и атомно эмиссионный (ИСП-АЭС) [1-8]. При этом анализируют растворы, полученные в результате разложения твердых образцов. Поэтому минерализация проб становится основным этапом анализа. Пробоподготовка должна обеспечить полноту переведения в раствор определяемых элементов и максимально возможное снижение содержания компонентов матрицы, мешающих определению. Известно, что подготовка пробы к измерению является самой продолжительной стадией анализа. И эта стадия во многом определяет правильность полученных результатов.

В лабораториях все более широко используются методы кислотной микроволновой (МВ) минерализации проб. Применение МВ кислотного разложения позволяет уменьшить время, необходимое для полного переведения в раствор исследуемого образца, и значительно снизить величину контрольного опыта. Так как этот метод позволяет достигать высоких температур и давлений, то он может быть эффективен для образцов, устойчивых к открытому кислотному разложению. Некоторые исследователи при анализе природных объектов используют только методы МВ разложения [1, 9–11] или разложение образцов в тефлоновых бомбах под давлением [6]. В то же время имеются данные, что не всегда при автоклавном и МВ разложении достигается количественное растворение образцов почв, осадков [8], гранитов [5], а также образцов керамики [12]. Универсальным способом пробоподговки образцов горных пород считается способ сплавления с метаборатом лития, хотя и он не всегда приводит к правильным результатам. В работе [13] отмечено, что при использовании методов сплавления и открытого кислотного разложения только 80% результатов по Программе GeoPT были признаны удовлетворительными, а 20% оказались неудовлетворительными по Z-критерию. Таким образом, несмотря на большое число экспериментальных данных, остается не до конца ясным вопрос о процедуре разложения горных пород. Стоит ли использовать длительные по времени и трудоемкие способы сплавления или открытого кислотного разложения, либо можно использовать современный быстрый способ минерализации силикатных образцов в МВ поле.

При разложении горных пород сплавлением с метаборатом лития, полученные растворы содержат высокую концентрацию солей. При использовании метода МС-ИСП предъявляются жесткие требования к составу анализируемого раствора, содержание солей не должно превышать 0,1%. Растворы, полученные после сплавления, обычно содержат более 0,4% солей. Следовательно, требуется либо дополнительное разбавление раствора, либо концентрирование определяемых элементов. В результате концентрирования снижается концентрация матричных компонентов и в ряде случаев повышается концентрация определяемых элементов [14]. Для концентрирования РЗЭ в основном используются методы ионной хроматографии [7] и сорбции на хелатообразующих сорбентах [15–18].

Использование сорбционного концентрирования является наиболее удобным и перспективным способом, т.к. можно подобрать условия обратимой сорбции-десорбции и проводить on-line определение. В работе [15] показано, что ДЭТАТА сорбент, содержащий в своем составе аминокарбоксильные группы, может быть использован для концентрирования РЗЭ из растворов с высоким содержанием кальция и железа.

Целью настоящей работы является изучение эффективности МВ минерализации различных типов горных пород, а также изучение возможности использования ДЭТАТА сорбента для концентрирования редкоземельных элементов при их определении в горных породах.

Экспериментальная часть Аппаратура. Измерения проводили на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500c (Япония). Условия ИСП-МС определения элементов следующие: мощность генератора 1500 Вт;

скорость плазмообразующего газа 15 л/мин;

скорость подачи пробы 1,15 л/мин;

разрешение 0,7 а.е.м.;

вакуум без плазмы 410–5торр;

вакуум с плазмой 410–4 торр;

время измерения на точке 0,05–0,1 с;

3 точки на пик;

3 реплики. Использовали следующие изотопы:

Mn, 59Co, 60Ni, 62Ni, 63Cu, 65Cu, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 85Rb, 88Sr, 89Y, 93Nb, 133Cs, 135Ba, 138Ba, 139La, Ce, 143Nd, 146Nd, 147Sm, 151Eu, 153Eu, 157Gd, 159Tb, 163Dy, 165Ho, 167Er, 169Tm, 172Yb, 173Yb, 175Lu, Ta, 232Th.

Макрокомпоненты определяли на атомно-эмиссионном спектрометре iCAP 6300 Duo Thermo (Англия).

Для минерализации проб использовали микроволновую систему закрытого типа MARS-5 с 12 сосудами высокого давления XP-1500 Plus (CEM, США) с возможностью контроля температуры и давления. Рабочая частота системы 2455 МГц, максимальная излучаемая мощность 1600 Вт. Максимальная температура 300°C.

Сплавление проводили в платиновых тиглях в муфельной печи СНОЛ 10/11 В (Россия).

Для прокачивания растворов через микроколонку, содержащую сорбент, использовали перистальтический насос Elpan 372.C (Польша).

Навески взвешивали на весах Sartorius 1702MP8 (Германия) с точностью взвешивания 0,1 мг.

Использовали дозатор объемом 100-1000 мкл производства LabMate (Польша), дозаторы объемом 1–5 мл и 2–10 мл Thermo Scientific (Финляндия), одноразовые наконечники (VWR, США) и полипропиленовые пробирки объемом 15 и 50 мл (Greiner Bio One GmbH, Германия).

Для приготовления градуировочных и анализируемых растворов использовали полипропиленовые мерные колбы (Vitlab, Германия) объемом 50 и 25 мл (погрешность 0, и 0,04 мл соответственно).

Реагенты и стандартные образцы. Для приготовления градуировочных растворов использовали многоэлементный стандарт ICP-MS-68 – раствор А и раствор В, содержащие 10 мг л–1 каждого компонента (производство High-Purity Standards, США): Al, As, Ba, Be, Br, B, Cd, Ca, Ce, Cs, Cr, Co, Cu, Dy, Er, Eu, Gd, Ga, Ho, In, Fe, La, Pb, Li, Lu, Mg, Mn, Nd, Ni, P, K, Pr, Re, Rb, Sm, Sc, Se, Na, Sr, Tb, Tl, Th, Tm, U, V, Y, Zn, Sb, Ge, Hf, Mo, Nb, Si, Ag, Ta, Te, Sn, Ti, W, Zr, а также многоэлементный стандартный раствор Multi-element Calibration Standard 2, 36-14AS (Perkin Elmer, США), содержащий 10 мкг мл-1 РЗЭ, Y и Th. В качестве внутреннего стандарта использовали одноэлементный стандартный раствор Rh с концентрацией 1000 мг л–1.

Градуировочные растворы готовили последовательным разбавлением головных растворов 1%-ной HNO3. Из многоэлементного стандартного раствора ICP-MS- с содержанием определяемых элементов 10 мг/л готовили растворы с концентрациями 1, и 100 мкг/л;

из многоэлементного стандартного раствора Multi-element Calibration Standard 2, 36-14AS растворы с содержанием РЗЭ – 0,5, 1, 2, 5, 10, 50 и 100 мкг/л. Контроль стабильности градуировочной характеристики проводили после измерения 10– анализируемых образцов, погрешность построения градуировочного графика не превышает 1–3%.

Для измерения фонового сигнала использовали раствор 1%-ной (по объему) HNO (Merck, Германия).

Для приготовления растворов использовали деионизованную воду (MilliPore Simplicity, Франция, 18,2 М/см).

Для минерализации использовали концентрированную азотную кислоту марки «о.с.ч.» (Лаверна, Россия), плавиковую кислоту «о.с.ч.» (РЕАХИМ, Россия), соляную кислоту «х.ч.» (Сигма Тех, Россия).

Для приготовления метабората лития использовали карбонат лития «о.с.ч.» (Россия) и борную кислоту «о.с.ч.» (Россия).

Для создания нужного pH использовали 1 M раствор ацетата аммония, CH3COONH4, доведенный до pH 5,0 уксусной кислотой (РЕАХИМ, Россия). Раствор очищали, пропуская его через колонку с ДЭТАТА-сорбентом.

Для контроля pH в растворе для сорбции использовали универсальную индикаторную бумагу (Lach-Ner, Чехия).

Для концентрирования РЗЭ использовали ДЭТАТА-сорбент на основе сшитого полистирола (Экоаналитика, Россия), степень сшивки 2%, содержание ДЭТАТА групп 1–1,1 ммоль г–1, размер гранул 40–80 мкм, объем слоя сорбента 0,05 мл.

В качестве маскирующего реагента использовали 5-сульфосалициловую кислоту «p.a.» (Fluka, Китай).

Для исследования были выбраны стандартные образцы состава (СОС) горных пород CT-1A (трапп, Россия), СГД-1А (габбро, Россия), BIR-1(исландский базальт, USGS), BM (базальт, ГДР), AGV-1 (андезит, USGS), STM-1 (сиенит, USGS), SY-3 (сиенит, CCRMP), ГБПг-1 (гранит-биотитовый плагиогнейс, Россия), GS-N (гранит, ANRT), GSP- (гранодиорит, USGS), СГ-1А (альбитизированный гранит, Россия), RGM-1 (риолит, USGS), СГ-3 (агпаитовый гранит). Содержание оксидов кремния, натрия, калия и кальция в образцах представлено в табл. 1.

Таблица 1. Содержание матричных элементов в СОС Стандартный образец SiO2, % Na2O, % K2O, % CaO, % CT-1A, трапп 43.1 2.49 0.70 10. СГД-1А, габбро 46.4 2.82 2.96 10. BIR-1, исландский 47.96 1.82 0.030 13. базальт ВМ, базальт 49.51 4.65 0.20 6. AGV-1, андезит 58.84 4.25 2.90 4. STM-1, сиенит 59.6 8.94 4.28 1. SY-3, сиенит 59.68 4.15 4.20 8. ГБПг-1, гранат биотитовый 64.92 2.25 3.56 2. плагиогнейс GS-N, гранит 65.80 3.77 4.63 2. GSP-1, гранодиорит 67.37 2.80 5.51 2. СГ-1А, альбитизированный 73.36 3.78 4.76 0. гранит RGM-1, риолит 73.45 4.07 4.30 1. СГ-3, агпаитовый 74.76 4.24 4.64 0. гранит Методики. Микроволновое разложение: навеску образца (50 мг) помещали во фторопластовый сосуд, добавляли 3 мл HF и 7 мл HNO3, после чего сосуд плотно закрывали и помещали в микроволновую печь (параметры работы печи приведены в табл. 2).

Мощность МВ излучения была максимальной (1600W). После остывания лайнеры открывали, их содержимое помещали во фторопластовые чашки и упаривали на плитке до ~ мл, после чего добавляли 1 мл HNO3 конц. и снова упаривали на плитке до ~1 мл. После охлаждения раствор переносили в мерную колбу объемом 50 мл и доводили до метки деионизованной водой.

Таблица 2. Условия МВ минерализации горных пород Этап 1 30 минут до 210°С Этап 2 30 минут при 210°С Этап 3 5 минут вентиляция Этап 4 Охлаждение до 40°С Сплавление с метаборатом лития: в платиновый тигель помещали 0,1 г образца и 0,5 г метабората лития. Тигель нагревали в течение 15 минут при 950°C в муфельной печи.

Из охлажденных тиглей плавень выщелачивали 2 мл HNO3 конц. и 2 мл воды. Полученный раствор переносили в мерную колбу на 50 мл и доводили до метки деионизованной водой.

Концентрирование на Pol-ДЭТАТА сорбенте: в пробирку объемом 15 мл вводили аликвоту исследуемого раствора (объем аликвоты выбирали в зависимости от степени концентрирования), добавляли 0,1 мл 5М сульфосалициловой кислоты и доводили до pH аммиачно-ацетатным буфером, контролируя величину pH по окраске универсальной индикаторной бумаги. Полученный раствор прокачивали через колонку (размер слоя сорбента 2,5 х 0,5 см) с ДЭТАТА-сорбентом со скоростью 2 мл мин–1, после чего колонку промывали сначала 0,5 мл деионированной водой, а потом 0,5 мл буферного раствора.

Для десорбции использовали 2 мл раствора 2М HNO3. Колонку регенерировали 1 M ацетатно-аммонийным буфером.

Результаты и их обсуждение Разложение геологических образцов. Перед проведением исследования оптимизировали параметры микроволнового разложения. Для этого варьировали массу навески и время минерализации стандартного образца СТ-1А. Было установлено, что навеска массой 50 мг количественно минерализуется в течение 30 минут.

Выше уже обсуждались противоречивые литературные данные о возможности МВ разложения горных пород. Поэтому для исследования были выбраны основные, средние и кислые магматические породы, различающиеся содержанием оксида кремния и оксидов щелочных металлов и кальция (табл. 1). Провели МВ разложение стандартных образцов горных пород CT-1A (трапп), СГД-1А (габбро), BIR-1(исландский базальт), BM (базальт), AGV-1 (андезит), STM-1 (сиенит). В выбранных условиях (табл. 2) в МВ поле количественно вскрываются СТ-1А, СГД-1А, BIR-1. Кислые же образцы горных пород с содержанием оксида кремния больше 50% (сиенит, гранит) вскрываются не полностью (табл. 3).

Неразложившийся осадок образца STM-1 дополнительно разлагали двумя способами:

повторным МВ разложением в течение 30 минут и 1 часа (при измененном соотношении кислот 1 мл HF и 9 мл HNO3) и сплавлением с LiBO2 при 950°C. Оказалось, что повторное МВ разложение как в течение 30 минут, так и в течение 1 часа дало схожие результаты, но при этом не позволило добиться количественного вскрытия образца. В то же время, после сплавления осадка с метаборатом лития найденные значения совпали с аттестованными (рисунок).

Для того чтобы выяснить, с чем ассоциированы РЗЭ в неразложившемся осадке горной породы, были определены содержания породообразующих элементов в надосадочном растворе после МВ разложения образца STM-1. Результаты представлены в табл. 4. Оказалось, что при МВ минерализации гранитов в выбранных условиях не полностью вскрываются алюмосиликаты кальция, магния и натрия, с которыми, вероятно, ассоциированы РЗЭ, а также Sr, Y, Ba, Nb, Ta, Th.

В работе [10] авторы предлагают быстрый и удобный способ МВ разложения горных пород разного состава с использованием смеси плавиковой, азотной, соляной и борной кислот. Мы также провели минерализацию кислых горных пород с использованием предложенной смеси. Действительно, использование такой смеси существенно увеличивает эффективность разложения силикатов. Удалось количественно разложить базальт BM, андезит AGV-1, гранит GS-N, риолит RGM-1 и агпаитовый гранит CГ-3, которые не вскрываются смесью плавиковой и азотной кислот. В то же время, сиенит SY-3, гранодиорит GSP-1, альбитизированный гранит СГ-1А по-прежнему разлагаются неколичественно (табл. 5). Гранит СГ-1А не удалось разложить также и при выдерживании в автоклаве при 210°С в присутствии азотной и плавиковой кислот в течение 16 часов (табл. 6).

С целью дальнейшего выбора компонентов минерализующей смеси и условий минерализации представлялось важным понять, какие именно соединения не растворяются при минерализации в МВ печи. В работе [19] проведено скрупулезное исследование причин неколичественного разложения горных пород в открытых системах. Было показано, что при разложении смесью плавиковой, азотной и хлорной кислот так же, как и в наших экспериментах по МВ разложению (табл. 4), вместе с РЗЭ теряются Rb, Sr, Y, Cs, Ba, Pb, Th и U. Авторы [19] предположили, что потери Rb, Sr, Y, Cs, Ba, Pb, Th и U связаны с соосаждением указанных элементов со сложными фторидами состава CaAlF5, CaMg2Al2F12, Na0.88Mg0.88Al1.12(F,OH)6*H2O. В пользу этого предположения говорит и то, что в условиях, выбранных в работе [19], легче разлагаются кислые породы (граниты) с низким содержанием кальция. В то же время в наших экспериментах в условиях МВ минерализации удалось добиться количественного разложения основных пород как раз с высоким содержанием кальция. Граниты с низким содержанием кальция разлагаются неколичественно. Причем при добавлении борной кислоты количественно минерализовались горные породы не всех типов.

Таблица 3. Результаты анализа СОС методом МС-ИСП после МВ разложения, мкг/г (n = 3, P = 0.95) СТ-1А СТ-1А СГД-1А СГД-1А BIR-1 BIR-1 BM BM AGV-1 AGV-1 STM-1 STM- Элемент найдено аттестовано найдено аттестовано найдено аттестовано найдено аттестовано найдено аттестовано найдено аттестовано 10±1 12±1 73±1 80±20 0.7±0.4 0.63±0.07 3.9±0.9 9±1 13±2 38±2 10.1±0.9 150± La 26±2 27±6 171±2 150±10 1.7±0.2 1.9±0.4 13±2 27±10 37±2 67±6 182±1.6 260± Ce 3.3±0.6 2.7±0.6 19±1 15±5 0.3±0.1 1.4±0.5 3.6±0.5 2.2±0. 7. Pr 15±2 15±5 77±2 70±10 2.2±0.5 2.5±0.7 7.1±0.5 15±3 15±2 33±3 7.0±0.7 79± Nd 4.1±0.3 5±2 13.3±0.4 17±1 1.0±0.2 2.0±0.3 3.6±0.3 2.9±0.3 5.9±0.4 1.2±0.2 13± 1. Sm 1.4±0.1 1.5±0.1 3.3±0.1 5±1 0.48±0.15 0.55±0.05 0.7±0.1 1.0±0.1 1.6±0.1 0.5±0.2 3.6±0. 1. Eu 5.0±0.2 6±1 10.9±0.3 10±3 1.6±0.2 1.8±0.4 2.5±0.2 2.8±0.2 5.0±0.6 2.8±0.3 9.5±0. Gd 0.8±0.2 0.90±0.09 1.2±0.2 1.4±0.2 0.32±0.15 0.4±0.1 0.9±0.3 0.4±0.1 0.70±0.1 0.3±0.1 1.6±0. Tb 5.1±0.1 5.2±0.2 6±1 2.4±0.2 4±1 2.7±0.1 1.9±0.1 3.6±0.4 0.9±0.2 8.1±0. (5) Dy 1.1±0.2 0.9±0.2 1.2±0.3 0.6±0.2 0.6±0.1 0.4±0.2 0.3±0. 1. Ho 3.0±0.2 2.2±0.2 3.2±0.7 1.5±0.3 1.6±0.2 1.0±0.2 0.6±0.1 4.2±0. (4) 1. Er 0.4±0.1 0.3±0.1 0.5±0.2 0.2±0.1 0.2±0.1 0.14±0.09 0.2±0. 0.5 0.34 0. Tm 3.8±0.2 3.8±0.8 1.6±0.1 2.9±0.5 1.55±0.15 1.7±0.1 1.5±0.2 3.0±0.3 0.9±0.1 1.7±0.1 0.8±0.3 4.4±0. Yb 0.4±0.1 0.5±0.1 0.2±0.1 0.2±0.1 0.2±0.1 0.14±0.04 0.27±0.03 0.2±0. 0.3 0.26 0. Lu Рисунок. Результаты анализа STM-1 после повторного вскрытия образца двумя способами, мкг/г Таблица 4. Результаты определения элементов в растворе после МВ минерализации СОС STM- Найдено (n=3, P=0.95) Аттестовано % масс.

9.2±0.1 18.4±0. Al2O 1.09±0. 0.22±0. CaO 4.68±0.05 8.94±0. Na2O 4.57±0.09 4.28±0. K2O 0.014±0.003 0.1±0. MgO 5.4±0.2 5.22±0. Fe2O3 общ.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.