| Результаты этапа: Разработана методика ВЭЖХ-МС определения полярных фосфорсодержащих пестицидов (глифосата, глюфосината) и продуктов их трансформации (аминометилфосфоновой кислоты) в водных растворах. Методика включает градиентное разделение аналитов водным раствором муравьиной кислоты на пористом графитированном углеродном сорбенте Hypercarb, и последующее детектирование с помощью квадрупольного или трехквадрупольного масс-спектрометра. Детектирование проводили в режиме регистрации отрицательных ионов с ионизацией электрораспылением, пределы обнаружения составили 100 нг/мл при использовании одинарного квадруполя и 10 нг/мл при использовании тройного квадруполя.
Изучена сорбция этих аналитов (глифосата, глюфосината, аминометилфосфоновой кислоты) на сорбенте Hypercarb. Для этих целей построены кривые проскока (зависимость степени извлечения аналита от объема образца) при трех значениях pH (3.0, 5.0 и 8.5), а также при двух значениях ионной силы (в качестве фонового электролита использовали NaCl, концентрация которого составляла 0.01 и 0.1 моль/л). Установлено, что максимальная степень извлечения аналитов наблюдается при pH 8.5 и ионной силе не более 0.01 моль/л, и составляет 87% для глифосата, 91% для глюфосината и 81% для аминометилфосфоновой кислоты при извлечении из 15 мл водного раствора.
Построены off-line кривые десорбции этих аналитов с сорбента Hypercarb. В качестве десорбирующих растворов использовали субкритическую воду при температурах 150-200 °C, смеси «вода-метанол» при комнатной и повышенной температурах, растворы аммиака в воде и смесях «вода-метанол». Показано, что наиболее эффективно десорбция глифосата, глюфосината, аминометилфосфоновой кислоты проходит при использовании раствора аммиака в смеси «метанол-вода» при комнатной температуре. Изучено влияние концентрации аммиака (в интервале 0.5-2%) и метанола в воде (70-90%) на эффективность десорбции. Установлено, что оптимальным является использование 1% раствора аммиака в смеси «вода-метанол» 20:80. При этом возможна десорбция 95% аналита с помощью 0.9 мл десорбирующего раствора с колонки размером 2*30 мм.
В рамках направления по использованию модели сольватационных параметров Абрахама для изучения механизмов удерживания веществ на углеродных сорбентах, предложен алгоритм отбора тестовых аналитов для построения модели. Алгоритм включает три этапа: первый - выбор аналитов из открытой базы данных дескрипторов с учетом заданного диапазона коэффициентов емкости; второй – выбор по наличию или отсутствию заданных функциональных групп в структуре аналита; третий – ранжирование полученного списка по корреляции величин дескрипторов. Таким образом, для изучения удерживания на сорбенте EnviCarb удалось составить набор из 37 соединений, характеризующихся достаточно низкой корреляцией дескрипторов E и S, а также E и A. При этом выбраны как аналиты, детектирование которых возможно по оптическому поглощению в УФ области (в основном, ароматические соединения), так и аналиты, для детектирования которых необходим испарительный детектор по светорассеянию (сахара, алифатические амины, кетоны). Получены сведения об устойчивости этих аналитов в субкритической воде при нагревании до 200 °C. Показано, что за исключением нескольких сложных эфиров, остальные выбранные аналиты не претерпевают деградации при нахождении в нагретой до 200 °C колонке в течение 3-5 минут. Получены данные об удерживании набора аналитов (35 веществ) на сорбенте EnviCarb при температурах 150 и 175 °C, рассчитаны сольватационные параметры системы, проведен их анализ методом bootstrapping. Показано, что, как и в случае с сорбентом Hypercarb, основной вклад в удерживание аналитов вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита. Несколько большие, по сравнению с сорбентом Hypercarb, величины сольватационных параметров e и s, отвечающих за вклад поляризуемости и полярности аналита в удерживание, свидетельствуют о различиях в химии поверхности сорбентов Hypercarb и EnviCarb. |
| Результаты этапа: Изучена сорбция гидрофильных пестицидов – глюфосината, глифосата и аминометилфосфоновой кислоты на непористом графитированном углеродном сорбенте EnviCarb и диоксиде циркония, покрытом графитированным углеродом (ZirChrom Carb). Кривые проскока получали при трех значениях pH (3, 5 и 8.5), а также при ионной силе 0,01 М. Степень извлечения аналитов снижается при уменьшении pH, а также при увеличении ионной силы. Наибольшее значение степеней извлечения аналитов (80-85%) достигнуты при использовании ZirChrom Carb. Изучена десорбция этих аналитов. Строили off-line кривые десорбции. Для десорбции применяли воду и смеси «вода-метанол» при комнатной температуре и повышенных температурах (150-200 °C, т.н. «субкритическая вода»), растворы аммиака в воде и водно-метанольных смесях. Наиболее эффективным десорбирующим раствором является смесь «80% метанол – 20% вода» с добавкой 0.5% аммиака при комнатной температуре.
Разработаны методики определения глюфосината, глифосата и аминометилфосфоновой кислоты в речной воде и в подсолнечном масле. Для анализа образцов речной воды методика включает off-line концентрирование на сорбенте Hypercarb, десорбцию в противотоке водным раствором 80% метанола, 1% NH3. После десорбции проводят ВЭЖХ-МС разделение и определение аналитов также на сорбенте Hypercarb с использованием градиента «вода - муравьиная кислота». Пределы обнаружения аналитов при использовании в качестве детектора одинарного квадруполя составили 0.5-1 нг/мл. Методика для анализа образцов растительного масла отличается наличием предварительной стадии экстракции аналитов из 5 г масла 40 мл деионизованной воды. Предел обнаружения аналитов при использовании в качестве детектора одинарного квадруполя составили 1-2 нг/мл (для экстракта) или 10-20 нг/г (для масла).
В рамках изучения механизмов удерживания органических веществ на графитированных сорбентах с помощью модели сольватационных параметров Абрахама, продолжено исследование удерживания аналитов на непористом углеродном сорбенте EnviCarb: получены данные об удерживании набора тестовых аналитов на этом сорбенте в среде субкритической воды при 200 °C, а также в средах «вода-10% ацетонитрил», «вода-5% ацетонитрил» при 150 и 175 °C, рассчитаны сольватационные параметры для пяти сорбционных систем. Устойчивость регрессии проверена статистическим методом bootstrapping. Анализ сольватационных параметров систем указывает на то, что основной вклад в удерживание аналитов на графитированных сорбентах вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита.
Получены данные о гидролизе О-алкилметилфосфоновых кислот в среде субкритической воды при температурах 150-250 °C в ходе проведения десорбции с сорбента Hypercarb. В диапазоне температур 190-210 °C наблюдается частичный гидролиз аналитов, о чем свидетельствует увеличение концентрации метилфосфоновой кислоты и снижение степеней десорбции аналитов при увеличении длительности прогрева колонки. При температуре 250 °C наблюдали количественный гидролиз всех изученных О-алкилметилфосфоновых кислот до метилфосфоновой кислоты. Установленные закономерности позволили предложить методику определения суммарного содержания О-алкилметилфосфоновых кислот и метилфосфоновой кислоты, включающую в себя стадии сорбции на сорбенте Hypercarb, целенаправленного гидролиза аналитов субкритической водой при 250 °C, десорбцию метилфосфоновой кислоты водой и off-line ВЭЖХ-МС анализ концентрата с использованием сорбента Hypercarb в качестве неподвижной фазы. За счет этого приема удалось сократить время ВЭЖХ разделения с 15 до 5 минут. |
| Результаты этапа: Изучена сорбция глифосата, глюфосината, аминометилфосфоновой кислоты на сорбенте Hypercarb. Установлено, что максимальная степень извлечения аналитов наблюдается при pH 8.5 и ионной силе не более 0.01 моль/л, и составляет 81-91% при извлечении из 15 мл водного раствора. Построены off-line кривые десорбции этих аналитов с сорбента Hypercarb. Показано, что наиболее эффективна десорбция глифосата, глюфосината, аминометилфосфоновой кислоты при использовании раствора аммиака в смеси «метанол-вода» при комнатной температуре. Установлено, что оптимальным для десорбции является использование 1% раствора аммиака в смеси «вода-метанол» 20:80.
Разработана методика ВЭЖХ-МС определения этих аналитов в водных растворах, природных водах и подсолнечном масле. Методика включает градиентное разделение аналитов водным раствором муравьиной кислоты на пористом графитированном углеродном сорбенте Hypercarb, и последующее детектирование с помощью квадрупольного или трехквадрупольного масс-спектрометра (пределы обнаружения составили 100 нг/мл и 10 нг/мл, соответственно).
Изучена также сорбция глюфосината, глифосата и аминометилфосфоновой кислоты на непористом графитированном углеродном сорбенте EnviCarb и диоксиде циркония, покрытом графитированным углеродом (ZirChrom Carb). Кривые проскока получали при трех значениях pH (3, 5 и 8.5), а также при ионной силе 0,01 М. Степень извлечения аналитов снижается при уменьшении pH, а также при увеличении ионной силы. Наибольшее значение степеней извлечения аналитов (80-85%) достигнуты при использовании ZirChrom Carb. Изучена десорбция этих аналитов. Для десорбции применяли воду и смеси «вода-метанол» при комнатной температуре и повышенных температурах (150-200 °C, т.н. «субкритическая вода»), растворы аммиака в воде и водно-метанольных смесях. Наиболее эффективным десорбирующим раствором является смесь «80% метанол – 20% вода» с добавкой 0.5% аммиака при комнатной температуре.
Разработаны методики высокочувствительного сорбционно-ВЭЖХ определения глюфосината, глифосата и аминометилфосфоновой кислоты в речной воде и в подсолнечном масле. Для анализа образцов речной воды методика включает off-line концентрирование на сорбенте Hypercarb, десорбцию в противотоке водным раствором 80% метанола, 1% NH3. После десорбции проводят ВЭЖХ-МС разделение и определение аналитов также на сорбенте Hypercarb с использованием градиента «вода - муравьиная кислота». Пределы обнаружения аналитов при использовании в качестве детектора одинарного квадруполя составили 0.5-1 нг/мл. Методика для анализа образцов растительного масла отличается наличием предварительной стадии экстракции аналитов из 5 г масла 40 мл деионизованной воды. Предел обнаружения аналитов при использовании в качестве детектора одинарного квадруполя составили 1-2 нг/мл (для экстракта) или 10-20 нг/г (для масла).
Изучена сорбция лекарственного препарата мельдоний (2- (2-карбоксилатоэтил)-1,1,1-триметилгидразиний) на углеродных сорбентах Hypercarb, EnviCarb и ZirChrom Carb. Строили кривые проскока – зависимость концентрации аналита на выходе из колонки для концентрирования от объема пропущенного образца. Для этого собирали растворы порциями по 0,5 мл, определяли аналит с помощью ВЭЖХ-МС. При извлечении из деионизованной воды объем до проскока (степень извлечения 95%) составил 14 мл, 11,5 мл и 13 мл для сорбентов Hypercarb, EnviCarb и ZirChrom Carb соответственно. Скорость пропускания образца 0.5 мл/мин, аналит извлекали на колонке размерами 2.1 * 30 мм. Для изучения влияния ионной силы на степень извлечения аналитов в раствор вводили 0,01 М и 0,1 М хлорида натрия; при этом для сорбента Hypercarb степень извлечения мельдония снизилась до 87% и 79% соответственно, из объема 14 мл.
Исследована десорбция мельдония с углеродных сорбентов Hypercarb, EnviCarb и ZirChrom Carb. Для этого проводили сорбцию аналита из 5 мл водного раствора. Строили off-line кривые десорбции: десорбирующий раствор пропускали через колонку с сорбентом, собирали раствор на выходе из колонки порциями по 0,3-0,5 мл, аналит определяли в каждой порции с помощью ВЭЖХ-МС. Применяли следующие десорбирующие растворы: вода, смесь «вода-метанол», растворы аммиака и/или формиата аммония в воде и водно-метанольных смесях при комнатной и повышенных температурах. Наиболее эффективным десорбирующим раствором оказалась смесь «метанол-вода» с концентрацией метанола 70%, с добавкой 0.1% аммиака при температуре +25 °C. Степень десорбции аналита составила 94% при пропускании 1,3 мл раствора со скоростью 0,3-0,5 мл/мин. Повышение концентрации метанола до 90% приводит к снижению степени десорбции. Замена аммиака на формиат аммония в равной молярной концентрации не влияет заметным образом на степень десорбции аналита. Десорбция водой при повышенных температурах оказалась малоэффективной: при +150 °C степень десорбции аналита составила около 23%. При этом последующая десорбция 80% метанолом при комнатной температуре не привела к повышению суммарной степени десорбции аналита. По нашему предположению, это указывает на возможную деструкцию молекулы аналита при повышенных температурах. Эксперименты при более высоких температурах десорбции не проводили.
Разработана методика определения мельдония в водных растворах и в моче. Методика включает в себя концентрирование аналита на углеродном сорбенте Hypercarb, off-line десорбцию 70%-ным раствором метанола в воде с добавкой 0.1% аммиака, ВЭЖХ разделение на колонке с силикагелем С18 (Phenomenex Luna C18, 150*4.6 мм, 5 мкм) и МС детектирование в режиме регистрации положительных ионов. ВЭЖХ разделение проводили в изократическом режиме, в качестве элюента использовали 45%-ный раствор метанола в воде, с добавкой 75 мМ формиата аммония. В случае анализа мочи образец разбавляли в 2 раза деионизованной водой, проводили центрифугирование для отделения взвешенных частиц, пропускали 5 мл образца через колонку с сорбентом Hypercarb (30*2.1 мм). После проведения десорбции отбирали аликвоту 20 мкл концентрата, инжектировали в ВЭЖХ колонку С18. Для детектирования использовали одинарный квадруполь Shimadzu LCMS-2020. Пределы обнаружения составили 0,8 нг/мл для водных растворов и 3 нг/мл для мочи.
В рамках направления по использованию модели сольватационных параметров Абрахама для изучения механизмов удерживания веществ на углеродных сорбентах, предложен алгоритм отбора тестовых аналитов для построения модели. Для изучения удерживания веществ на сорбенте EnviCarb удалось составить набор из 37 соединений, характеризующихся достаточно низкой корреляцией дескрипторов E и S, а также E и A. При этом выбраны как аналиты, детектирование которых возможно по оптическому поглощению в УФ области (в основном, ароматические соединения), так и аналиты, для детектирования которых необходим испарительный детектор по светорассеянию (сахара, алифатические амины, кетоны). Получены данные об удерживании набора аналитов (35 веществ) на сорбенте EnviCarb при температурах 150 и 175 °C, рассчитаны сольватационные параметры системы, проведен их анализ методом bootstrapping. Показано, что, как и в случае с сорбентом Hypercarb, основной вклад в удерживание аналитов вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита.
С помощью модели сольватационных параметров продолжено исследование удерживания аналитов на непористом углеродном сорбенте EnviCarb: получены данные об удерживании набора тестовых аналитов на этом сорбенте в среде субкритической воды при 200 °C, а также в средах «вода-10% ацетонитрил», «вода-5% ацетонитрил» при 150 и 175 °C, рассчитаны сольватационные параметры для пяти сорбционных систем. Устойчивость регрессии проверена статистическим методом bootstrapping. Анализ сольватационных параметров систем указывает на то, что основной вклад в удерживание аналитов на графитированных сорбентах вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита.
Получены данные о гидролизе О-алкилметилфосфоновых кислот в среде субкритической воды при температурах 150-250 °C в ходе проведения десорбции с сорбента Hypercarb. В диапазоне температур 190-210 °C наблюдается частичный гидролиз аналитов, о чем свидетельствует увеличение концентрации метилфосфоновой кислоты и снижение степеней десорбции аналитов при увеличении длительности прогрева колонки. При температуре 250 °C наблюдали количественный гидролиз всех изученных О-алкилметилфосфоновых кислот до метилфосфоновой кислоты. Установленные закономерности позволили предложить методику определения суммарного содержания О-алкилметилфосфоновых кислот и метилфосфоновой кислоты, включающую в себя стадии сорбции на сорбенте Hypercarb, целенаправленного гидролиза аналитов субкритической водой при 250 °C, десорбцию метилфосфоновой кислоты водой и off-line ВЭЖХ-МС анализ концентрата с использованием сорбента Hypercarb в качестве неподвижной фазы. За счет этого приема удалось сократить время ВЭЖХ разделения с 15 до 5 минут.
Исследованы особенности удерживания полярных органических веществ на сорбенте ZirChrom Carb. Сорбент представляет собой сферические частицы диоксида циркония, покрытые слоем графитированного углерода. Изучение проводили в рамках модели сольватационных параметров Абрахама. Ранее для этого сорбента модель не применяли. Получены данные об удерживании набора тестовых аналитов (30-40 шт, в зависимости от условий эксперимента) на этом сорбенте в среде субкритической воды при 150, 175 и 200 °C, а также в средах «вода-10% ацетонитрил», «вода-5% ацетонитрил» в том же диапазоне температур. Для детектирования аналитов использовали как спектрофотометрический детектор с диодной матрицей, так и квадрупольный масс-спектрометр Shimadzu LCMS-2020 с химической ионизацией при атмосферном давлении (интерфейс APCI). Условия детектирования аналитов с помощью APCI были выбраны нами ранее. Полученные данные об удерживании аналитов обработаны методом множественной линейной регрессии, рассчитаны наборы сольватационных параметров для девяти сорбционных систем (три уровня концентрации ацетонитрила: 0%, 5% и 10%, и три уровня температуры: 150, 175 и 200 °C). Устойчивость регрессии проверена статистическим методом bootstrapping. Установлено что, как и в случае с ранее изученными сорбентами Hypercarb и EnviCarb, наибольший вклад в величину удерживания аналита вносит сольватационный параметр v, отвечающий за «образование полости» в подвижной фазе при переносе молекулы аналита между фазами. Этот параметр прямо связан с величиной молекулярного объема аналита. По сравнению с сорбентами Hypercarb и EnviCarb сольватационный параметр s для систем с сорбентом ZirChrom Carb достоверно выше. Параметр s является мерой вклада полярности аналита в удерживание. По нашему мнению, это свидетельствует о неполном экранировании поверхности диоксида циркония слоем графитированного углерода и проявлении взаимодействий «аналит – диоксид циркония».
Собрана и протестирована установка для проведения ВЭЖХ разделения аналитов на сорбенте Hypercarb при одновременном приложении электрического потенциала к неподвижной фазе. Установка включает в себя потенциостат PalmSens EmStat2 и хроматограф Shimadzu LC-20. Сорбент помещали в стальную колонку размерами 2.1*30 мм, к корпусу колонки подключали проводник рабочего электрода потенциостата. Реализована двухэлектродная схема подключения потенциостата: объединены вспомогательный электрод и электрод сравнения. В качестве электрода сравнения использовали серебряную проволоку, покрытую хлоридом серебра. Для пространственного разделения рабочего и вспомогательного электродов применили схему с делением потока с помощью тройника. В диапазоне потенциалов от 0 до +300 мВ проведены эксперименты по изучению удерживания бензосульфоната натрия и динатриевой соли 1,5-нафталиндисульфоновой кислоты в подвижной фазе, содержащей 0,1 М хлорида и перхлората лития. Показано, что при увеличении приложенного потенциала времена удерживания аналитов существенно возрастают.
|
