CZ297391B6

CZ297391B6 - Zpusob stanovení chlorovaných pesticidu ve vodáchpomocí selektivního vnitrního standardu vysokotlakou kapalinovou chromatografií

Info

Publication number: CZ297391B6
Application number: CZ20020507A
Authority: CZ
Inventors: Kovár@Pavel
Original assignee: Geotest Brno, A. S.
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2006-11-15
Also published as: CZ2002507A3

Abstract

Zpusob stanovení stopových koncentrací pesticidu na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin a jejich metabolitu, napr. chlorfenolu, v pitných a spodních vodách spocívá v extrakci pesticidu tuhým sorbentem pri pH 2,0 az 3,4 za pouzití 2,4-dibromfenolu jako vnitrního standardu a v kvalitativním a kvantitativním stanovení vysokotlakou kapalinovou chromatografií s UV nebo amperometrickou detekcí.

Description

(57) Anotace:

Způsob stanovení stopových koncentrací pesticidů na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin ajejich metabolitů, např. chlorfenolů, v pitných a spodních vodách spočívá v extrakci pesticidů tuhým sorbentem při pH 2,0 až 3,4 za použití 2,4dibromfenolu jako vnitřního standardu a v kvalitativním a kvantitativním stanovení vysokotlakou kapalinovou chromatografií s UV nebo amperometrickou detekcí.

Způsob stanovení chlorovaných pesticidů ve vodách pomocí selektivního vnitřního standardu vysokotlakou kapalinovou chromatografií

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu stanovení chlorovaných pesticidů ve vodách pomocí selektivního vnitřního standardu vysokotlakou kapalinovou chromatografií.

Stav techniky

Jeden z nejvíce sledovaných skupin látek potenciálně obsažených v pitné vodě jsou pesticidy. Z nich pak zejména skupina pesticidů na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin, které patří mezi nejvíce používané selektivní chemické prostředky k hubení jednoděložných a dvouděložných plevelů v obilnářství, k ošetřování luk a trávníků.

Podle aktualizovaných limitů pro pitnou vodu je nutné zvládnout stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin (CFK) a jejich metabolitů, chlorfenolů (CF) na úrovni submikrogramových množství (< 0,1 pg/l). Pro stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin a chlorfenolů v pitné a podzemní vodě se s výhodou používá techniky extrakce tuhým sorbentem ve spojení s vysokotlakou kapalinovou chromatografií (metoda Solid Phase Extraction - Hogh-Pressure Liquid Chromatography).

Metodická příručka pro analýzu pitných vod a jejich zdrojů, vydaná v roce 1992 Ministerstvem zdravotnictví a Ministerstvem životního prostředí ČSFR uvádí metodu stanovení chlorovaných kyselin ve vodě plynovou chromatografií s detektorem elektronového záchytu. Stanovení chlorovaných kyselin podle této metodiky se provádí tak, že chlorované kyseliny obsažené v 1000 ml vzorku vody se hydrolyzují hydroxidem sodným, nadbytečné organické látky se odstraní promytím organickým rozpouštědlem a po okyselení se chlorované kyseliny vyextrahují diethyletherem. Chlorované kyseliny se esterifikují diazomethanem a methylestery stanoví kapilární plynovou chromatografií s detektorem elektronového záchytu. Kalibrace metody se provádí vnějším standardem. Nevýhodou metody je nízká odezva signálu v případě látek s nízkým obsahem chloru a značná pracnost při přípravě vzorku k finální analýze.

V publikaci R. Schuster, A. Gratzfeld-Hůsgen, „Analysis of Phenoxy-acid Herbicides and Bentazone by HPLC with Diode-array Detection“, zveřejněné v Hewlett-Packard Application Notě, 1990, (Publication Number 12-5091-0301), byl popsán postu po stanovení pesticidů na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin a bentazonu pomocí techniky extrakce tuhých sorbentem v kombinaci s HPLC pro kontrolu pitných a podzemních vod, kterým se dosahují požadované detekční limity. V citované práci je pro detekci uvedených chlorovaných sloučenin použita neselektivní vlnová dálka 230 nm a postup navíc předpokládá identifikaci píků pomocí UV spekter jednotlivých analytů, přičemž tato spektra jsou nespecifická a navzájem velice podobná.

Princip metody vysokotlaké kapalinové chromatografie umožňuje separaci stanovených látek průchodem kolonou, která je naplněna chromatografickým materiálem, tzv. stacionární fází - sorbentem. Směs sloučenin se zadržuje na povrchu sorbentu v závislosti na různé sorpční afinitě jednotlivých molekul. Elucí, tj. promýváním sloupce sorbentu s nasorbovanou směsí sloučenin mobilní fází - kapalinou, ve které se dané analyty rozpouštějí se slaběji nasorbované sloučeniny z povrchu sorbentu postupně uvolňují a posouvají na sloupci ve směru toku mobilní fáze rychleji než molekuly sorbované silněji. Pro identifikaci daných analytů, které postupně vycházejí z kolony oddělené, se používá detektorů, které registrují některou fyzikálně chemickou vlastnost stanovovaných složek. Eluční doba resp. pořadí analytů, ve kterém vycházejí z kolony, na které jsou zachycené, jsou mírou kvality příslušného analytů. Velikost (intenzita) signálu detektoru je

- 1 CZ 297391 B6 mírou kvantity dané látky. Pro různé chemické látky se používá různých typů chromatografických kolon a mobilních fází.

Chemickou podstatou jsou chlorfenoxykarboxylové kyseliny a chlorfenoly slabé nebo středně silné organické kyseliny. Hodnoty pK hygienicky významných chlorfenoxykarboxylových kyselin leží mezi hodnotami 3,5 až 4,5. Z teorie acidobazických rovnováh je zřejmé, že nedisociované formy látek typu chlorfenoxykarboxylových kyselin ve vodě existují při pH < 2,5. U chlorfenolů (tj. mono-, di-, tri-, tetra- a pentachlorfenolu) existují nedisociované formy při pH = 3,0. Mimo uvedená rozpětí pH existují tyto látky ve vodě v disociované, tj. v nabité, silně protonizované nebo deprotonizované formě.

Z uvedeného vyplývá, že pH vzorku během extrakce tuhým sorbentem je významným faktorem, ovlivňujícím především výtěžky při stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin a chlorfenolů v pitné vodě. Řídicím mechanizmem sorpce těchto nedisociovaných látek při extrakci tuhým sorbentem jsou pouze hydrofobní interakce mezi nepolárními alkylovými řetězci C₂ až Cjg zakotvenými na povrchu tuhého sorbentu a nepolární aromatickou částí molekuly analytu. V některých případech však může extrakce s pevný sorbentem probíhat s menšími výtěžky než jak je deklarováno, neboť postup nepoužívá vnitřní standard, který by analýzu zpřesnil a eliminoval případné nekontrolované efekty, ke kterým během extrakce tuhým sorbentem dochází. Přesnost vstupních parametrů v tomto případě, tj. objem vzorku pro extrakci tuhým sorbentem a konečný objem desorbátu jsou závislými veličinami, které mají jednoznačně nepříznivý vliv na přesnost konečného výsledku stanovení.

Vedle silného efektu pH může být sorpce při separaci negativně ovlivněna také jinými chemickými látkami, např. minerálními složkami, které mohou konkurovat při obsazení aktivních míst na sorbentu, nebo významněji ovlivňují sorpční kapacitu tuhého sorbentu. Případ od případu se proto může účinnost sorpce měnit a zatížit výsledek analýzy i větší chybou. V některých případech, z výše uvedených důvodů, může tudíž celá extrakce tuhým sorbentem probíhat nekontrolované.

Podstata vynálezu

Způsob stanovení stopových koncentrací pesticidu na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin ve vodách podle vynálezu je založena na použití extrakce pesticidů tuhým sorbentem a stanovení vysokotlakou kapalinovou chromatografií s použitím 2,4-dibromfenolu jako vnitřního standardu s cílem dosáhnout co nejvyšší přesnosti výsledků.

Nedostatky uvedené výše odstraňuje postup podle vynálezu s použitím selektivního vnitřního standardu, 2,4-dibromfenolu (DBrF), který se za podmínek extrakce tuhým sorbentem, který je tvořen porézními sférickými částicemi oxidu křemičitého o velikosti částic 50 až 80 μιη s navázaným alkylovým řetězcem Cis, s výhodou sorbentem typu RP-C18, kvantitativně sorbuje při pH = 2,0 až 3,3, má podobné fyzikálně chemické vlastnosti jako stanovované analyty, tj. chlorfenoxykarboxylové kyseliny a chlorfenoly a splňuje obecná kritéria pro vnitřní standardy používané v chromatografií. 2,4-dibromfenol má podobné sorpční vlastnosti jako stanovované analyty. Jedná se rovněž o slabou organickou kyselinu a lze ho detekovat amperometrickým detekrotem, neboť v důsledku přítomnosti fenolického hydroxylu je elektrochemicky aktivní. Je však možné ho detekovat též fotometrickým UV detektorem. Má podobné UV spektrum a při vlnové délce 285 nm má také podobný molámí absorpční koeficient jako analyty typu chlorfenoxykarboxylových kyselin. Vykazuje také podobné chromatografické vlastnosti jako stanovené chlorfenoxykarboxylové kyseliny a chlorfenyl se kterými neinterferuje a při konečné kvantifikaci metodou vnitřního standardu ve spojení s HPLC se stává celý postup kontrolovaný, neboť je indiferentní vůči absolutním jednotlivým výtěžkům stanovovaných složek.

Na výsledek analýz prováděných metodou stanovení pesticidů s vnitřním standardem má vliv pouze pH vzorku - u metody stanovení chlorfenolů ve vodkách musí být pH = 3,2 až 3,4, při

-2CZ 297391 B6 chybě stanovené pH ± 0,05 a u postupu stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin v pitných a podzemních vodách musí být pH = 2,0 ± 0,05. Mimo dané rozmezí pH nedochází ke kvantitativní sorpci vnitřního standardu ani u jednotlivých skupin analytů. Úprava pH vzorku se provádí kyselinou fosforečnou. Díky stanovení pH na stanovenou hodnotu lze provést extrakci tuhým sorbentem selektivně.

U stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin v pitných a podzemních vodách byly testovány tyto analyty: 2,4-dichlorfenoxyoctová kyselina (2,4-D), 2-methyl-4-chlorfenoxyoctová kyselina (MCPA), 2,4,5-trichlorfenoxyoctová kyselina, (2,4,5-T), 2,4-dichlorfenoxypropionová kyselina, (2,4-DP, dichlorprop), 2-(2-methyl-4-chlorfenoxy)~propionová kyselina (MCPP, mecoprop), 2,4-dichlorfenoxymáselná kyselina (2,4-DB), 4-(4_chlor-2-methylfenoxy)-máselná kyselina (CMPB) a bentazon. Výtěžnost u těchto látek byla větší než 90 % kromě bentazonu,u kterého nepřesáhla 70 %. Měření bylo prováděno na koncentrační úrovni 10’¹ pg/l. Detekce byla prováděna na UV detektoru při selektivní vlnové délce 285 nm. Jiná vlnová délka, např. 230 nm, je neselektivní a pro daný postup méně vhodná z důvodů simultánní detekce možných interferentů při různých vlnových délkách, ze skupiny esterů kyseliny ftalové nebo huminových kyselin. Daným postupem lze pro objem vzorku 700 ml při nástřiku 40 μΐ vzorku na kolonu dosáhnout detekční limity < 0,03 pg/l.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 - Chromatogram 2,4-dibromfenolu po extrakci tuhých sorbentem pro pH = 2,0; 2,1; 2,2; a 3,3 při vlnové délce 285 nm.

Obr. 2 - Chromatogram HPLC stanovení uměle připraveného vzorku (c = a 0,5 pg/l) metodou stanovení vybraných chlorfenoxykarboxylových kyselin za použití vnitřního standardu (2,4-dibromfenol) při 285 nm.

Obr. 3 - Chromatogram slepého vzorku HPLC stanovení chlorfenoxykarboxylových kyselin v pitné vodě při 285 nm.

Obr. 4 - Chromatogram separace chlorovaných fenolů a vnitřní standardu (2,4-dibromfenol) pomocí HPLC s elektrochemickou detekcí.

Příklady provedení

Příklad 1

Vzorek pitné nebo podzemní vody o zvoleném objemu se podle následující tabulky okyselí zředěnou kyselinou fosforečnou H₃PO₄ tak, aby se pH upravilo na hodnotu 2,0 ± 0,05 a přidá se roztok vnitřního standardu, 2,4-dibromfenolu:

Objem vzorku [ml]	Přídavek 5,78 M H₃PO₄[ml]	Přídavek vnitřního standardu (c= 2 mg/l) M	Detekční limit v [pg/ij
300	0,75	30	<0,08
500	1,25	50	<0,05
700	1,75	70	<0,03

-3CZ 297391 B6

Celý objem vzorku se nechá protéci kondicionovanou patronkou pro extrakci tuhým sorbentem typu RP-C18 s hmotností sorbentu 400 až 500 mg (např. Sep-Pak ty Wyters, katalogové číslo: 36810 nebo 20515). Rychlost průtoku v rozmezí 5 až 25 ml/min. nemá vliv na výsledek analýzy. Obvyklý průtok vzorku přes patronku je 15 ml/min. Po sorpci provedené za uvedených podmínek se patronka nechá profukovat čištěným a suchým vzduchem nebo dusíkem, aby se odstranila přebytečná voda. Část vody je však na sorbent vázána nevratně a nelze ji běžnými sušicími postupy odstranit. Při tomto postupu je však nutné, aby desorbát obsahoval část vody, která je nezbytná pro správný průběh následné chromatografícké analýzy.

Náplň patronky se pak desorbuje 2,5 až 3,0 ml chemicky čistého methanolu, extrakt se jímá do skleněné cejchované vialky o objemu 10 ml. Po připojení vzdušného chladiče a za pomoci vakua (postačuje vodní vývěva) se extrakt zahustí při teplotě bodu varu methanolu (65 °C) na objem asi 0,3 ml. Metoda vnitřního standardu eliminuje možné objemové nepřesnosti při zahušťování extraktu. Extrakt se poté analyzuje na chromatografícké koloně pomocí HPLC, přičemž dojde k jejich rozdělení složek a jejich detekci. Kvantifikace je prováděna pro koncentraci vnitřního standardu c_Std ⁼ 0,2 pg/ml.

Eluce se provádí vodně methanolickou mobilní fází, detekce probíhá na dvoukanálovém UV detektoru při 230 a 285 nm. Konečné vyhodnocení se provede při selektivní vlnové délce 285 nm a nástřiku 40 μΙ vzorku. Pro dosažení ještě nižších detekčních limitů lze analyzovat až 1000 ml vzorku. Běžný stupeň zakoncentrování vzorkuje 10³, který platí pro objem 300 ml vzorku. Kalibrační směs se připravuje v 55% methanolu.

Průmyslová využitelnost

Způsob stanovení chlorovaných pesticidů ve vodách pomocí selektivního vnitřního standardu vysokotlakou kapalinovou chromatografií je průmyslově využitelný ve vodním hospodářství ke kontrole kvality pitných a podzemních vod.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob stanovení chlorovaných pesticidů ve vodách pomocí selektivního vnitřního standardu vysokotlakou kapalinovou chromatografií, vyznačený tím, že se vzorek vody okyselí na pH = 2,0 až 3,4 ± 0,5; přidá se 2,4-dibromfenol jako selektivní vnitřní standard, nechá protéci pevným sorbentem, zachycené pesticidní látky se desorbují organickým rozpouštědlem, zakoncentrují a poté kvalitativně a kvantitativně stanoví vysokotlakou kapalinovou chromatografií s UV nebo amperometrickou detekcí.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že pevný sorbent pro extrakci pesticidů na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin z vody je vybrán ze skupiny sorbentů s porézními sférickými částicemi oxidu křemičitého.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že sorbentem s porézními sférickými částicemi oxidu křemičitého pro extrakci pesticidů na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin je s výhodou typ RP-C18.
4. Způsob podle nároků laž3, vyznačený tím, že chlorované fenoly se ze vzorku vody extrahují pevným sorbentem při pH = 3,2 až 3,4 ± 0,5.

-4CZ 297391 B6
5. Způsob podle nároků laž3, vyznačený tím, že pesticidy na bázi chlorfenoxykarboxylových kyselin ze vzorku extrahují pevným sorbentem při pH = 2,0 ± 0,5.
6. Způsob podle nároků laž5, vyznačený tím, že organickým rozpouštědlem pro

5 desorpci pesticidů ze sorbentu je methanol nebo acetonitril nebo jejich směs.
7. Způsob podle nároků laž6, vyznačený tím, že UV detekce se provádí při vlnové délce 230 až 285 nm.