RU2776197C1 - Способ обнаружения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке - Google Patents
Способ обнаружения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776197C1 RU2776197C1 RU2021133273A RU2021133273A RU2776197C1 RU 2776197 C1 RU2776197 C1 RU 2776197C1 RU 2021133273 A RU2021133273 A RU 2021133273A RU 2021133273 A RU2021133273 A RU 2021133273A RU 2776197 C1 RU2776197 C1 RU 2776197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dioxane
- dioxolane
- methyl
- milk
- sample
- Prior art date
Links
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 3
- HTWIZMNMTWYQRN-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1,3-dioxolane Chemical compound CC1OCCO1 HTWIZMNMTWYQRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 3
- 210000004080 Milk Anatomy 0.000 title abstract 3
- 239000008267 milk Substances 0.000 title abstract 3
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 title abstract 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N formic acid Chemical compound OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- NOOLISFMXDJSKH-UTLUCORTSA-N (+)-Neomenthol Chemical compound CC(C)[C@@H]1CC[C@@H](C)C[C@@H]1O NOOLISFMXDJSKH-UTLUCORTSA-N 0.000 abstract 1
- VDFVNEFVBPFDSB-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxane Chemical compound C1COCOC1 VDFVNEFVBPFDSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229960004873 LEVOMENTHOL Drugs 0.000 abstract 1
- 229940041616 Menthol Drugs 0.000 abstract 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 abstract 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 abstract 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 abstract 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract 1
- 238000002470 solid-phase micro-extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа и может быть использовано в медицине, экологии и продовольственной промышленности. Предложен способ обнаружения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке, включающий подготовку пробы методом твердофазной микроэкстракции с использованием в качестве адсорбента, элюента и внутреннего стандарта фуллеренов С20, глубокого эвтектического растворителя ментол/муравьиная кислота и 1,3-диоксана соответственно, и последующего введения пробы в пламенно-ионизационный детектор системы газовой хроматографии. Изобретение обеспечивает расширение арсенала и повышение чувствительности способов определения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа и может быть использовано в медицине, экологии и продовольственной промышленности.
Одним из загрязнителей окружающей среды является 1,4-диоксан, химическая формула которого C4H8O2. Он широко используется в промышленности в качестве сильного растворителя для использования в производстве клеев, тканей, бумаги, лаков, фармацевтических препаратов и других химикатов, но в то же время это токсичное вещество, потенциальный канцероген. Согласно фармакокинетическим моделям, было показано, что 1,4-диоксан обладает свойством легко связываться с молоком, которое вдыхается из окружающего воздуха кормящим матерям. В связи с этим актуальна и перспективна проблема определения посторонних химических включений и поддержания химической чистоты грудного молока. Обнаружение 1,4-диоксана является самостоятельной задачей и может рассматриваться в сочетании с обнаружением 2-метил-1,3-диоксолана, поскольку последний является наиболее частым производным 1,4-диоксана, во многих случаях получаемым как результат разложения 1,4-диоксана и, соответственно, указывает на его наличие. Обнаружение сразу двух веществ в грудном молоке и молочных продуктах для детей более точно характеризует его чистоту. Важно иметь возможность обнаруживать эти два вещества одновременно.
Из-за высокой растворимости 1,4-диоксана в воде его обнаружение представляется серьезной проблемой. Существуют различные физические и химические методы анализа. Стандартные аналитические методы не подходят для определения 1,4-диоксана из-за вкуса и запаха, которые практически отсутствуют. В этом случае очень надежным может быть физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися фазами, движущимися друг относительно друга (метод газовой хроматографии). 1,4-диоксан, обладающий свойствами летучести и термической стабильности, соответствует требованиям этого метода. Следующие детекторы могут использоваться для непрерывного измерения концентрации веществ на выходе из хроматографической колонки: детектор теплопроводности, детектор захвата электронов, масс-спектрометрия и другие. Детектор для определения 1,4-диоксана должен одновременно сочетать в себе свойства универсальности, неразрушающего контроля и высокой чувствительности к органическим соединениям. Детектор ионизации пламени реагирует на все соединения, которые могут быть ионизированы пламенем, и представляет собой специальный инструмент для обнаружения органических соединений. Для применения этого метода требуется предварительное концентрирование диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана.
Для предварительного концентрирования диоксана ранее использовались следующие методы: жидкостно-жидкостная экстракция, газовая экстракция (продувка с последующим улавливанием), и твердофазная экстракция.
Метод предварительного концентрирования, основанный на газовой экстракции (продувка с последующим улавливанием), был реализован в работе [1]. Его недостатком является то, что он требует увеличенного времени продувки и дополнительного нагрева. Сообщенный в [1] предел предварительного концентрирования диоксана для метода газовой экстракции (продувка с последующим улавливанием) составляет 150 нг/л. При этом предел обнаружения 1,4-диоксана в образцах воды, определяемый методом газовой хроматографии с масс спектрометрией составляет 0.13 нг/мл [1].
Предел концентрирования 1,4-диоксана в методе жидкостно-жидкостной экстракции составил 200 нг/л [2], при этом предел обнаружения 1,4-диоксана в образцах воды, определяемый методом газовой хроматографии с масс спектрометрией составляет 0.2 нг/мл [2].
Разделение твердофазных смесей с использованием твердых сорбентов в методе твердофазной экстракции позволяет повысить концентрацию диоксана до 1 мкг/л [3, 4]. Однако, предел обнаружения 1,4-диоксана в образцах воды, определяемый методом газовой хроматографии с масс спектрометрией не превышал 0.1 нг/мл.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является методика обнаружения 1,4-диоксана в воде, предложенная в [5]. Данное изобретение основано на методе газовой хроматографии, для определения концентрации веществ используется масс-спектрометрия, а предварительная подготовка проб осуществляется методом твердофазной экстракции в свободном пространстве. Процедура пробоподготовки состоит из следующих шагов: образец воды, который был дехлорирован и консервирован микробным ингибитором, обогащен изотопно-меченным аналитом 1,4-диоксан-d8. Образец извлекается одним из двух вариантов твердофазной экстракции. В варианте 1 образец объемом 500 мл пропускается через картридж твердофазной эксракции, содержащий 2 г активированного угля, для извлечения аналита. В варианте 2 образец объемом 100 мл извлекается с помощью картриджа Waters АС-2 Sep-Pak или Supelco Supelclean ENVI-Carb Plus. В любом варианте соединения элюируют из твердой фазы небольшим количеством дихлорметана, приблизительно 9 мл или 1,5 мл соответственно. Объем экстракта регулируют и добавляют внутренний стандарт тетрагидрофуран-d8. Наконец, экстракт сушат безводным сульфатом натрия. Анализ экстракта выполняется с помощью газовой хроматографии с масс спектрометрией. Разработанная в [5] методика дает минимальный порог обнаружения 1,4-диоксана в воде 0.04 нг/мл.
Недостатками методики являются:
1. Предложенная в [5] методика пробоподготовки позволяет проводить детектирование в простой матрице (воды), при применении к сложной матрице эффективность экстракции существенно снизится поскольку используются не оптимальные адсорбенты для 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана.
2. Длительность методики, необходимость предварительной очистки образца воды, использование дорогостоящих картриджей Waters АС-2 Sep-Pak или Supelco Supelclean ENVI-Carb Plus.
Предлагаемое изобретение направлено упрощение процедуры пробоподготовки, снижение требуемых материальных затрат и создание высокочувствительной методики, позволяющей определять содержание 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке.
Технический результат достигается за счет разработки новой быстрой методики твердофазной микроэкстракции в свободном пространстве 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана из образцов молока с использованием фуллеренов С20 в качестве адсорбента, а также оптимизации всех этапов процедуры экстракции и определения концентрации аналитов.
Разработанная методика определения содержания 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в образцах молока включает в себя: предварительное концентрирование диоксана и диоксолана методом твердофазной микроэкстракции, где в качестве адсорбента, элюента и внутреннего стандарта для достижения наибольшей эффективности необходимо использовать фуллерены С20, глубокий эвтектический растворитель ментол/муравьиная кислота и 1,3-диоксан, соответственно; после экстракции количество аналитов определяется с использованием газовой хроматографии в режиме ввода проб большого объема с применением пламенно-ионизационного детектора.
Разработанная процедура подготовки проб заключается в следующем: 2 г молока с добавлением аналитов (1,4-диоксан или 2-метил-1,3-диоксолана) в концентрации 100 нг/мл переносится во флакон и образец смешивается с 1,3-диоксаном в концентрации 25 нг/мл в качестве внутреннего стандарта. Затем к смеси добавляется 0.50 мл ацетона и пробирка закрывается узкой трубкой, содержащей 30 мг адсорбента, состоящего из фуллеренов С20. Устройство для экстракции перемешивается в течение 3 мин. На этом этапе аналиты и внутренний стандарт помещаются в свободное пространство раствора образца, а затем они адсорбируются на сорбенте. После этого адсорбированные аналиты медленно элюировали с помощью 50 мкл глубокого эвтектического растворителя ментол/муравьиная кислота. Далее глубокий эвтектический растворитель ментол/муравьиная кислота, содержащий аналиты и внутренний стандарт, отбирался в стеклянный микрошприц и данная смесь вводилась в порт ввода пламенно-ионизационного детектора системы газовой хроматографии (DANI 1000, Монца, Италия), снабженного инжектором парообразования с программируемой температурой. Инжектор парообразования с программируемой температурой выдерживается при 80°С в течение 2 минут, затем температура увеличивается до 300°С со скоростью 400°С/мин. Скорость вентиляционного потока инжектора парообразования с программируемой температурой составляет 120 мл/мин. Гелий используется в качестве газа-носителя при постоянной линейной скорости 30 см/с. Разделение аналитов проводится на капиллярной колонке DB-1 (100% диметилсилоксан, внутренний диаметр 30 м×0.53 мм, толщина пленки 3.0 мкм) (Agilent, Санта-Клара, США). Колонка выдерживается при 40°С в течение 5 мин, затем ее температуру необходимо повысить до 200°С со скоростью 5°С/мин и выдерживать при 200°С в течение 3 мин. Температура пламенно-ионизационного детектора необходимо поддерживать на уровне 300°С.
В таблице 1 представлены результаты квантово-химических расчетов энергии адсорбции 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана на различные адсорбционные частицы. Из представленных данных видно, что наибольшая (по модулю) энергию связи возникает при взаимодействии 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана с фуллереном С20. Следовательно, для экстракции как 1,4-диоксана, так и 2-метил-1,3-диоксолана оптимальным адсорбентом будет являться фуллерен С20. Использование фуллеренов С20 в качестве адсорбентов позволяет экстрагировать 1,4-диоксан и 2-метил-1,3-диоксолан даже из образцов со сложным химическим составом, например из образцов молока.
На фиг. 1 представлены результаты экспериментальных исследований по определению оптимального объема экстракционного растворителя (ацетона). Оптимальный объем составляет 0.5 мл.
На фиг. 2 представлены результаты экспериментальных исследований по определению оптимального вещества, которое может быть использована в качестве элюента (фиг. 2а), а также его необходимого объема (фиг. 2б). Рассматривались Menthol: FA - ментол/муравьиная кислота; Menthol: АсОН - ментол/уксусная кислота; Menthol: РА - ментол/фосфатидная кислота. Оптимальным элюентом является ментол: муравьиная кислота объемом 50 мкл.
На фиг. 3 представлены результаты экспериментальных исследований по определению оптимального значения времени перемешивания, которое составляет 3 мин как в случае 1,4-диоксана, так и в случае 2-метил-1,3 диоксолана.
На фиг. 4 представлены результаты экспериментальных исследований по определению оптимального количества адсорбента (фуллеренов С20), которое составляет 30 мг.
Достижение заявленных значений эффективности экстракции (89-90%), стандартного отклонения (<5%) и пределов обнаружения (0.09 и 0.13 нг/мл) 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в образцах молока проверено с помощью системы газового хроматографа/пламенно-ионизационного детектора DANI 1000 (Монца, Италия), снабженного инжектором парообразования с программируемой температурой.
Указанные изменения, внесенные в методику прототипа, в совокупности позволяют получить эффективность экстракции 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана из образцов молока в диапазоне 89-90% с относительным стандартным отклонением менее 5%, а также обеспечивает пределы обнаружения 0.09 и 0.13 нг/мл для 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана соответственно.
Список литературы
1. М. Sun, С. Lopez-Velandia, D.R.U. Knappe. Environmental Science & Technology 50, 2246 (2016), DOI 10.1021/acs.est.5b05875.
2. Y.-M. Park, H. Pyo, S.-J. Park, S.-K. Park. Analytica Chimica Acta 548, 109 (2005), DOI: 10.1016/j.aca.2005.05.057.
3. D.K. Stepien, P. Diehl, J. Helm, A. Thoms, W. Water Research 48, 406 (2014), DOI: 10.1016/j.watres.2013.09.057.
4. S.M. Simonich, P. Sun, K. Casteel, S. Dyer, D. Wernery, K. Garber, G. Carr, T. Federle. Integrated Environmental Assessment and Management, 9, 554 (2013), DOI: 10.1002/ieam.1448.
5. MUNCH, J.W. AND P. GRIMMETT. Method 522 - Determination of 1,4-Dioxane in Drinking Water by Solid Phase Extraction (SPE) and Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS) with Selected Ion Monitoring (SIM). U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, 2008.
Claims (1)
- Способ обнаружения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в пробе, включающий подготовку пробы методом твердофазной микроэкстракции с использованием адсорбента, элюента и внутреннего стандарта и ее введение в систему газовой хроматографии, отличающийся тем, что в качестве пробы используется молоко, а в качестве адсорбента, элюента и внутреннего стандарта используются фуллерены С20, глубокий эвтектический растворитель ментол/муравьиная кислота и 1,3-диоксан соответственно и пробу вводят в пламенно-ионизационный детектор системы газовой хроматографии.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776197C1 true RU2776197C1 (ru) | 2022-07-14 |
Family
ID=
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GRIMMETT P.E., MUNCH J.W. "Method development for the analysis of 1,4-dioxane in drinking water using solid-phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry.", Journal of Chromatographic Science, 2009, v.47, p.31-39. ФЕДОРЧУК О.И. и др. "Парофазное газохроматографическое определение 1,4-диоксана с предварительным сорбционным концентрированием на кремнеземе, модифицированным альфа-каррагинаном.", Журнал Аналитической химии, 2017, т.72, N 3, с.244-251. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Demeestere et al. | Sample preparation for the analysis of volatile organic compounds in air and water matrices | |
Mol et al. | Trace level analysis of micropollutants in aqueous samples using gas chromatography with on-line sample enrichment and large volume injection | |
Fung et al. | Determination of nanogram amounts of carbonyls as 2, 4-dinitrophenylhydrazones by high-performance liquid chromatography | |
Soylak et al. | Determination of trace amounts of cobalt in natural water samples as 4-(2-thiazolylazo) recorcinol complex after adsorptive preconcentration | |
Krogh et al. | Solid-phase microextraction for the determination of the free concentration of valproic acid in human plasma by capillary gas chromatography | |
Lehmpuhl et al. | New gas chromatographic-electron-capture detection method for the determination of atmospheric aldehydes and ketones based on cartridge sampling and derivatization with 2, 4, 6-trichlorophenylhydrazine | |
Abbott et al. | Determination of morphine in body fluids by high-performance liquid chromatography with chemiluminescence detection | |
Prasanthi et al. | Development and validation of RP-HPLC method for simultaneous estimation of rifampicin, isoniazid and pyrazinamide in human plasma | |
US4249904A (en) | Method and apparatus for extraction of airborne N-nitroso compounds without artifact formation | |
Smolenkov | Chromatographic methods of determining hydrazine and its polar derivatives | |
Sugita et al. | Sample introduction method in gas chromatography | |
Ueta et al. | A novel miniaturized extraction capillary for determining gaseous formaldehyde by high-performance liquid chromatography | |
RU2776197C1 (ru) | Способ обнаружения 1,4-диоксана и 2-метил-1,3-диоксолана в молоке | |
Kinahan et al. | High-performance liquid chromatographic determination of PEG 600 in human urine | |
RU2698476C1 (ru) | Способ анализа примесей малолетучих полярных веществ в жидких средах | |
Cai et al. | Highly sensitive analysis of cyanogenic glycosides in cold-pressed flaxseed oil by employing cigarette filter fiber-based SPE coupled with ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry | |
Campos-Candel et al. | Comparative evaluation of liquid chromatography versus gas chromatography using a β-cyclodextrin stationary phase for the determination of BTEX in occupational environments | |
Liu et al. | On-site solid phase extraction and HPLC determination of chloramphenicol in surface water and sewage | |
Jahed et al. | Dispersive Micro-Solid Phase Extraction for Sensitive Determination of Methotrexate from Human Saliva Followed by Spectrophotometric Method | |
CN110333308A (zh) | 一种灵敏度、准确性高的同时测定尿液中nnal和可替宁的方法 | |
Rodríguez-Palma et al. | A modified micro-solid phase extraction device for in-port elution and injection into portable liquid chromatography: A proof-of-concept study | |
Atia et al. | Development and validation of a rapid and efficient method for simultaneous determination of methylxanthines and their metabolites in urine using monolithic HPLC columns | |
Bishop et al. | Measurement of nitrophenols in air samples by impinger sampling and supported liquid membrane micro-extraction | |
Ueta | Gas chromatographic determination of volatile compounds | |
Dixit et al. | Solid-phase extraction of 11-nor-Δ-9-tetrahydrocannabinol-9-carboxylic acid from human urine with gas chromatographic—mass spectrometric confirmation |