Одновременное определение полярных пестицидов различных классов в водах и почвах методом капиллярного электрофореза

Большаков, Дмитрий Сергеевич

Одновременное определение полярных пестицидов различных классов в водах и почвах методом капиллярного электрофореза тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

Большаков, Дмитрий Сергеевич АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Владимир МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Одновременное определение полярных пестицидов различных классов в водах и почвах методом капиллярного электрофореза»

Автореферат диссертации на тему "Одновременное определение полярных пестицидов различных классов в водах и почвах методом капиллярного электрофореза"

На правах рукописи

'^ОІШІ С*.

0050Ьоо^«

Большаков Дмитрий Сергеевич

ОДНОВРЕМЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯРНЫХ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ В ВОДАХ И ПОЧВАХ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

02.00.02 - аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

16 МАЙ ¿013

Саратов 2013

005058338

Работа выполнена на кафедре химии Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

доктор химических наук, профессор Амелин Василий Григорьевич

Иванов Александр Вадимович,

доктор химических наук, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, доцент кафедры аналитической химии

Алексенко Светлана Сергеевна,

кандидат химических наук, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», старший научный сотрудник Института химии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Самарский государ-

ственный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Защита диссертации состоится 23 мая 2013 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 на базе Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, Институт химии, I корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в ЗНБ им. В.А. Артисевич Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Автореферат разослан « А^ » апреля 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета, —г-* I ,

доктор химических наук '\\1 Русанова Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наряду с использованием единичных пестицидов в сельском хозяйстве часто применяются их различные смеси. Комбинированные пестициды позволяют одновременно уничтожать сорняки, вредителей и болезни, и являются важным резервом повышения биологической и экономической эффективности химических средств защиты растений. Известно, что применение комбинаций небольших доз двух или более пестицидов может обеспечить такую же биологическую эффективность и длительность действия, как и обработка большой дозой более токсичного препарата. Однако, расширение одновременного использования пестицидов различных классов приводит к заметному загрязнению почвы, грунтовых, поверхностных, питьевых вод и сельскохозяйственной продукции.

Для определения остаточных количеств пестицидов в объектах окружающей среды используют в основном газовую и высокоэффективную жидкостную хроматографию. Эти методы требуют длительной подготовки проб с использованием токсичных растворителей и характеризуются сложностью и, в большинстве случаев, высокой ценой применяемой аппаратуры.

Более доступным и экспрессным методом определения пестицидов в последнее время стал метод капиллярного электрофореза (КЭ), основанный на различии в скоростях движения ионов в электрическом поле в зависимости от величины заряда и ионного радиуса. В сравнении с хроматографическими методами его отличает высокая эффективность, высокое разрешение, малый объем пробы, возможность автоматизации, низкая себестоимость и экологичность анализа. Анализ публикаций показывает, что обычно разрабатывают методики определения либо единичных пестицидов, либо пестицидов одного класса и недостаточно изучается их взаимное влияние на разделение и определение при совместном присутствии в объекте, а также безопасным способам их извлечения и концентрирования.

Целью данной работы явилась разработка подходов одновременного определения полярных пестицидов различных классов в объектах окружающей среды методом капиллярного электрофореза в сочетании с твердофазной экстракцией, дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракцией и методом QuEChERS.

Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:

• установление возможности определения и оптимизация условий электрофоре-тического разделения основных классов полярных пестицидов;

• выбор оптимальных условий электрофоретического разделения смеси гербицидов, фунгицидов и инсектицидов при совместном присутствии;

• изучение влияния состава и концентрации ведущего электролита (ВЭ), наличия модификаторов электроосмотического потока (ЭОП) на электрофоретическое поведение пестицидов;

• оптимизация условий твердофазной экстракции (ТФЭ) и дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции (ДЖЖМЭ) для извлечения и концентрирования пестицидов из питьевых, природных и грунтовых вод;

• оптимизация условий подготовки проб по методу QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe - быстрый, простой, дешевый, эффективный, точный и надежный) для извлечения, концентрирования пестицидов и очистки экстрактов почв.

Научная новизна. Исследовано электрофоретическое поведение основных классов пестицидов (феноксикарбоновых кислот (ФКК), «ш-триазинов, триазинонов,

хлорацетамидов, карбаматов, неоникотиноидов, фосфорорганических соединений (ФОС), производных триазола, производных мочевины, производных бензимидазола, производных имидазола), используемых в различных коммерческих препаратах.

Изучены возможности мицеллярной электрокинетической хроматографии (МЭКХ) при разделении полярных пестицидов и их смесей: 1) сгш-триазинов, МЦПА, диурона, метолахлора, линурона; 2) триазинонов, хлорацетамидов, хлорида-зона; 3) производных мочевины, хлоридазона, симазина, атразина, цимоксанила, ди-камбы, прометрина, прохлораза; 4) неоникотиноидов, 6-хлорникотиновой кислоты; 5) производных триазола, тиабендазола, тирама, имазалила, прохлораза; 6) имидазолов; 7) карбаматов; 8) бензимидазолов, тирама, тебуконазола; 9) фосфорорганических пестицидов.

Показана возможность электрофоретического разделения смеси гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (метамитрона, имидаклопирда, пиразона, симазина, три-асульфурона, тиофанат-метила, тиабендазола, имазетапира, метсульфурон-метила, трибенурон-метила, имазапира, атразина, десметрина, дикамбы, 2,4-Д, флуометурона, карбарила, флутриафола, хлортолурона, 6-хлорникотиновой кислоты, малатиона, три-адименола, диурона, тидиазурона, триадимефона, тритиконазола, линурона, ципроко-назола, хлорбромурона, диазинона, пропиконазола, имазалила, эпоксиконазола, тебуконазола, пенконазола, пиримифос-метила, прохлораза, диниконазола и дифенокона-зола) методом МЭКХ.

Оценено влияние различных факторов на эффективность электрофоретического разделения пестицидов: состав и концентрация ВЭ, наличие модификаторов ЭОП и их природа. Установлено значительное увеличение селективности разделения анали-тов в МЭКХ при введении в состав ВЭ ион-парного реагента фосфата тетрабутилам-мония (ТБА). Исследованы возможности поверхностно-активных веществ различной природы, формирующих мицеллярную «псевдостационарную» фазу, и их смесей при разделении пестицидов в режиме электрокинетической хроматографии.

Предложен вариант on-line концентрирования 17-ти гербицидов и их метаболитов (бромацила, галоксифопа, флуазифопа, МЦПБ, 2,4-ДМ, 2-(4-хлорфенокси)-2-метилпропионовой кислоты, 2,4,5-Т, фенопропа, мекопропа, дихлорпропа, триклопи-ра, МЦПА, 2,4-Д, бентазона, пиклорама, дикамбы, клопиралида) в режиме капиллярного зонного электрофореза (КЗЭ) с использованием стэкинга с большим объемом пробы и переключением полярности.

Установлена возможность применения ДЖЖМЭ для извлечения и концентрирования полярных пестицидов различных классов при совместном присутствии из природных, питьевых и грунтовых вод с использованием трихлорметана в качестве экстрагирующего растворителя, а также применения метода QuEChERS для извлечения пестицидов различных классов из почвы с последующим электрофоретическим разделением.

Изучена зависимость времен миграции пестицидов в вариантах КЗЭ и МЭКХ от констант кислотности рКа, растворимости в воде и основных органических растворителях. Установлено решающее значение кислотно-основных и гидрофобных свойств аналитов при их разделении с использованием электрофореза в свободном растворе и мицеллярной «псевдостационарной» фазы соответственно.

Практическая значимость. Разработаны методики определения:

• основных классов пестицидов (ФКК, сгш-триазинов, триазинонов, хлорацетамидов, карбаматов, неоникотиноидов, ФОС, производных триазола, производных

мочевины, производных бензимидазола и имидазола) и их смесей методом капиллярного электрофореза в сочетании с ТФЭ в природных, питьевых и грунтовых водах;

• 30-ти полярных пестицидов различных классов при их совместном присутствии в природных водах методом МЭКХ в сочетании с ТФЭ и ДЖЖМЭ;

• 17-ти гербицидов и их метаболитов в природных водах методом КЗЭ в сочетании с ДЖЖМЭ и on-line концентрированием;

• 27-ми пестицидов (метамитрона, имидаклопирда, пиразона, симазина, тиа-бендазола, имазапира, атразина, десметрина, дикамбы, 2,4-Д, флуометурона, карбари-ла, флутриафола, малатиона, триадименола, тидиазурона, диурона, тритиконазола, линурона, ципроконазола, диазинона, имазалила, тебуконазола, пенконазола, прохло-раза, диниконазола, дифеноконазола) в почве методом МЭКХ в сочетании с подготовкой проб по методу QuEChERS.

На защиту выносятся:

• особенности электрофоретического разделения пестицидов различных классов и их смесей;

• данные по оптимизации условий экстракции, концентрирования и очистки экстрактов проб природных вод методами ТФЭ, ДЖЖМЭ при определении полярных пестицидов;

• данные по оптимизации условий экстракции, концентрирования и очистки экстрактов проб почв методом QuEChERS при определении полярных пестицидов;

• условия и результаты определения полярных пестицидов в питьевых, природных, грунтовых водах и почвах.

Личный вклад автора заключался в разработке подходов и проведении экспериментальных исследований сорбционных и электрохроматографических процессов, участии в разработке методик анализа, интерпретации и обработке результатов эксперимента, формулировании научных положений и выводов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VIII региональной студенческой научной конференции с международным участием «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2010), Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2010), международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2011», «Ломоносов - 2012», «Ломоносов - 2013» (Москва, МГУ), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2011), Всероссийских конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2011», «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург, СПбГУ), конференции «Методы анализа и контроля качества воды» (Москва, 2012), «36lh International Symposium on Capillary Chromatography» (Riva del Garda, Italy, 2012), «7th European Conference on Pesticides and Related Organic Micropollutants in the Environment» and the «13th Symposium on Chemistry and Fate of Modern Pesticides» (Porto, Portugal, 2012), «Annual MGPR Meeting 2012 and the International Conference on Food Health Safety» (Belgrade, Serbia, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ: 5 статей в центральной печати (из списка, рекомендованного ВАК) и 13 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 217 страницах, включая введение, 5 глав, выводы, список литературы (246 источников) и три приложения. Работа содержит 48 рисунков и 46 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новизна и практическая значимость результатов исследований, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В обзоре литературы проанализированы данные о применении основных способов подготовки проб, разделения и детектирования пестицидов при анализе объектов окружающей среды и продуктов питания методом КЭ. Рассмотрены варианты online и off-line концентрирования, используемые для экстракции и очистки экстрактов проб при определении пестицидов. Систематизированы опубликованные данные по КЗЭ, МЭКХ и капиллярной электрохроматографии для разделения и количественного определения единичных пестицидов и их отдельных классов в природных объектах и модельных растворах. Рассмотрены способы детектирования пестицидов и способы повышения чувствительности их определения. Обсуждены достоинства и недостатки КЭ в сравнении с методами газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Экспериментальная часть

Аппаратура. В работе использовали систему капиллярного электрофореза «Капель- 105М» («Люмэкс», Россия) оснощенную УФ-детектором. Внутренний диаметр капилляра 75 и 50 мкм, полная длина капилляра 60 (75) см, эффективная длина 50 (65) см. Применяли гидродинамический ввод пробы. Сбор и обработку данных проводили с программным обеспечением «Мультихром» (АО «Амперсэнд», Россия).

Реактивы. Использовали стандартные образцы 88-ми индивидуальных пестицидов («Dr. Ehrenstorfer», ГСО и СОП «ВНИИХСЗР, НПК «Блок-1», содержание основного вещества не менее 98,0 %). Растворы пестицидов 100 мкг/мл готовили растворением соответствующих навесок в ацетонитриле. Рабочие растворы готовили в день использования разбавлением исходных дистиллированной водой.

Для характеристики эффективности пробоподготовки использовали коэффициенты концентрирования (К) и степени извлечения (R), рассчитываемые по формулам:

с с V

К = —; R = ^-lOO, где ск и с„ - концентрация аналита в конечном анализируемом рас-

с0 cJJ0

творе и начальная концентрация аналита в исходной пробе воды (почвы), V, и V0 — объемы конечного анализируемого раствора - концентрата и объем пробы.

ВЫБОР УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ И ИХ СМЕСЕЙ

Производные феноксикарбоновых кислот применяют в качестве гербицидов в сочетании друг с другом или с бромацилом, галоксифопом, флуазифопом, триклопи-ром, бентазоном, пиклорамом, дикамбой и клопиралидом. Все указанные соединения являются слабыми кислотами (рКа = 2,0 - 9,2) и могут быть определены методом КЗЭ без обращения ЭОП. Использование ВЭ тетрабората и гидрофосфата натрия не приводило к полному разделению аналитов из-за близких электрофоретических подвиж-ностей. Увеличение эффективности разделения наблюдали при введении в состав ВЭ Р-циклодекстрина ф-ЦД). Будучи электронейтральным соединением Р-ЦД перемещается с ЭОП. Размер его полости максимально соответствует размеру бензольного кольца, что способствует образованию комплекса включения типа «гость-хозяин» с

14 і, мин

Рис. 1. Электрофореграмма ФКК в присутствии бромацила, галоксифопа, флуазифопома, трикло-пира, бентазона, пиклорама, дикамбы и клопира-лида. Условия разделения: капилляр 70 см х 50 мкм; ВЭ 30 мМ тетрабората натрия, 2 мМ р-ЦД; ввод пробы 30 мбар х 30 с; +25 кВ; 190 нм, 20 °С. Концентрация каждого компонента 5 мг/л: 1 -бромацил; 2 — галоксифоп; 3 - флуазифоп; 4 -МЦПБ; 5 - 2,4-ДМ; б - 2-(4-хлорфенокси)-2-метилпропионовая кислота; 7 — 2,4,5-Т; 8 — фено-проп; 9 - мекопроп; 10 - дихлорпроп; 11 - трик-лопир; 12 - МЦПА; 13 - 2,4-Д; 14 - бентазон; 15 -пиклорам; 76-дикамба; 17- клопиралид.

определяемыми компонентами.

Электрретическая подвижность ана-литов меняется тем значительнее, чем в большей степени они склонны к такому комплексообразованию. Использование МЭКХ (добавка до-децилсульфата натрия (ДДС) и дез-оксихолата натрия) не привело к полному разделению смеси пестицидов.

Использование капилляра с внутренним диаметром 50 мкм и ВЭ, состоящего из 30 мМ тетрабората натрия, 2 мМ Р-ЦД способствовало увеличению эффективности разделения (рис. 1).

Ош-триазины. Для определения мш-триазинов, согласно литературным данным, используют ВЭ, состоящий из 10 мМ тетрабората натрия и 30 мМ ДДС. В данных условиях разделяется лишь смесь симазина, атразина, пропазина и прометрина и не разделяются атразин и десметрин, прометрин и тербутрин.

Установлено, что смесь атразина, симазина, прометрина, пропазина, десметрина, тербутрина и тербутилазина разделяется при введении в состав ВЭ ион-парного реагента ТБА и замены ДДС олеатом натрия. Введение ТБА меняет селективность разделения компонентов смеси: увеличивается время миграции анионных молекул пестицидов, уменьшается электростатическое отталкивание от мицелл.

Сгш-триазины чаще всего используют в сочетании с линуроном, диуроном, мето-лахлором и МЦПА. При использовании ВЭ, состоящего из 20 мМ тетрабората натрия, 30 мМ олеата натрия, 10 мМ ТБА, 10 % (об.) ацетонитрила линурон, диурон, метолахлор и МЦПА не мешают определению сим-триазинов, время миграции их не изменяется (рис. 2). Достигнуто удовлетворительное разделение пропазина и МЦПА, диурона и тербутилазина. Более приемлемое разделение таких смесей наблюдали при использовании ВЭ, состоящего из 20 мМ тетрабората натрия, 30 мМ ДДС, 10 мМ ТБА и 20 % (об.) ацетонитрила, но при этих условиях не разделяются атразин и десметрин.

Производные триазинона и хлораце-тамиды. К производным триазинона - системным гербицидам - относятся метамитрон

Рис. 2. Электрофореграмма смеси сим-триазинов в присутствии линурона, диурона, метолахлора и МЦПА. Условия разделения: капилляр 60 см х 75 мкм; ВЭ 20 мМ тетрабората натрия, 30 мМ олеата натрия, 10 мМ ТБА, 10 % (об.) ацетонитрила; ввод пробы 30 мбар х ю с; +25 кВ; 229 нм. Концентрация каждого компонента 10 мг/л: 1 - симазин, 2 -атразин, 3 - десметрин, 4 - пропазин, 5 — МЦПА, б - прометрин, 7 — диурон, 8 -тербутилазин, 9 - метолахлор, 10 - линурон, 11- тербутрин.

Карбаматы (карбофуран, карбарил, феноксикарб, карбосульфан, десмедифам, фенмедифам и фуратиокарб) активно используются в качестве фунгицидов и инсектицидов. Определение карбаматов возможно только методом МЭКХ, так как они нейтральны. Хорошее разделение смесей имидазолов (рис. 7а) и карбаматов (рис. 76) наблюдали при использовании ВЭ, состоящего из 10 мМ тетрабората натрия, 30 мМ ДДС и 10 % (об.) ацетонитрила. Применение выбранного электролита обеспечивает не только наиболее оптимальное разделение, но и повышает чувствительность определения имидазолов.

Рис. 7. Электрофореграммы смеси производных имидазола (а), карбаматов (б), смеси 4-х производных бензимидазола, тирама и тебуконазола (в), 10-ти ФОС (г). Условия разделения: капилляр 60 см х 75 мкм; ВЭ 10 мМ тетрабората, 30 мМ ДДС, 10 % (об.) ацетонитрила (а, б. г); 10 мМ тетрабората, 40 мМ ДДС, 10 % (об.) ацетонитрила (в); ввод пробы 30 мбар х 10 с; +25 кВ; 190 нм. Концентрация каждого компонента 10 мг/л (г - 20 мг/л): а: 1 - имазетапир, 2

- имазапир, 3 - имазалил, 4 - прохлораз; б: 1 - карбофуран, 2 - карбарил, 3 - десмедифам, 4

- фенмедифам, 5 - карбосульфан, 6 - фуратиокарб, 7 - феноксикарб; в: 1 - беномил + кар-бендазим, 2 — тиофанат-метил, 3 - тиабендазол, 4 — тирам, 5 - тебуконазол; г: 1 - диметоат, 2

- трихлорфон, 3 - паратион-метил, 4 - фосмет, 5 — мапатион, 6 - фенитротион, 7 - диазинон, 8 - пиримифос-метил, 9 - фозалон, 10 - хлорпирифос.

Производные бензимидазола (беномил, карбендазим, тиофанат-метил и тиабендазол) как фунгициды часто используются в сочетании с другими фунгицидами (тирамом, производными триазола). Особое распространение получил тиофанат-метил в качестве основы многих фунгицидных препаратов. Для разделения производных бензимидазола использовали метод МЭКХ. Выбор метода обусловлен кислотным (беномил, тиофанат-метил, тиабендазол) и основным (карбендазим) характером разделяемых соединений. Определение проводили при использовании ВЭ, состоящего из 10 мМ тетрабората натрия, 40 мМ ДДС и 10 % (об.) ацетонитрила. В данных условиях беномил и карбендазим не разделяются (рис. 7в).

Фосфорорганические соединения являются одним из самых распространенных классов пестицидов. В данной работе использовали метод МЭКХ для разделения смеси 10-ти ФОС (пиримифос-метила, фозалона, малатиона, паратион-метила, диазино-на, диметоата, трихлорфона, фосмета, фенитротиона и хлорпирифоса).

пользовании ВЭ тетрабората натрия (рН = 9,2) аналиты мигрируют в порядке увеличения силы кислот, то есть в порядке уменьшения их рКа. При отрицательной полярности высоковольтного блока и использовании ВЭ с рН = 2,0 следует ожидать обращения порядка миграции кислотных пестицидов: в этом случае на их собственную электрофоретическую подвижность будет накладываться подвижность ЭОП, совпадающие по направлению. Время полного разделения в этом случае заметно увеличивалось за счет низкого значения рН.

Для разделения смесей пестицидов других классов, включающие нейтральные компоненты использовали метод МЭКХ. Модификацию ЭОП проводили введением в состав ВЭ ион-парного реагента ТБА и ацетонитрила. Применение МЭКХ без обращения полярности (ВЭ имеет рН » 7,0) обеспечивало разделение компонентов смесей в порядке усиления их гидрофобных свойств: по мере увеличения времени миграции аналитов, увеличивается их растворимость в органических растворителях и уменьшается растворимость в воде. В варианте МЭКХ ослабевает влияние кислотно-основных свойств на электрофоретическое поведение пестицидов: нет четкой зависимости времени миграции от констант кислотности, в отличие от КЗЭ.

Таким образом, решающую роль в разделении аналитов методом КЗЭ играют кислотно-основные свойства, а при использовании МЭКХ - строение вещества, сродство к органическим растворителям и растворимость в воде.

ПРОБОПОДГОТОВКА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ В ВОДЕ И ПОЧВЕ

Подготовка проб природных, питьевых и грунтовых вод

Твердофазная экстракция. Твердофазная экстракция - простой и эффективный метод пробоподготовки, является удобным, недорогим и быстрым способом извлечения загрязнений из воды, альтернативный методу жидкостно-жидкостной экстракции. При использовании готовых концентрирующих патронов пробоподготовка включает четыре стадии: кондиционирование, добавление пробы, промывание сорбента и элю-ирование целевых компонентов. В данной работе использовали концентрирующие патроны Oasis® HLB Зсс/60 mg.

На степени извлечения загрязнителей различной природы при их концентрировании методом ТФЭ из водных объектов существенное влияние оказывает рН пробы. Выбор оптимального значения рН осуществляли при сравнении значений средних степеней извлечения пестицидов при рН пробы 2,0, 3,5 и 5,0, использовали 100 мл предварительно профильтрованной природной воды, подкисленной 1 М НС1 до определенного значения рН, вводимая добавка пестицидов (30 наименований) составляла 40 - 130 мкг/л. Наибольшая средняя степень извлечения полярных пестицидов (93 %) наблюдалась при рН анализируемой воды 3,5; 84 % и 81 % при рН 2,0 и 5,0 соответственно.

Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция. Для извлечения и концентрирования пестицидов из природных вод применяли также ДЖЖМЭ, которая отличается доступностью, простой техникой эксперимента, низким расходом токсичных растворителей. При выборе оптимальных условий микроэкстракционного концентрирования, определяющих ее эффективность, в качестве рабочего раствора использовали 10 мл природной воды, содержащей 50- 100 мкг/л полярных пестицидов.

Выбор экстрагента. Экстрагирующий растворитель должен иметь (по возможности) более высокую плотность, чем вода, низкую растворимость в воде, высокую

сообмена между раствором и экстрагентом, а также дополнительным диспергированием применяемого растворителя. Оптимальная продолжительность обработки проб ультразвуком составляла 10 мин, при этом средняя степень извлечения пестицидов возрастает до 63 %.

Оптимальные условия ДЖЖМЭ: объем пробы 10 мл; объем экстрагента - три-хлорметана 250 мкл; объем диспергатора - ацетонитрила 750 мкл; рН пробы 2,0 - 3,5; обработка ультразвуком в течение 10 мин; центрифугирование 10 мин при 2700 об/мин. В этих условиях средняя степень извлечения пестицидов составила 63 %.

Выбор оптимальных условий on-line концентрирования гербицидов и их метаболитов. Подходящим способом on-line концентрирования органических анионов анализируемых пестицидов при выбранных условиях электрофоретического разделения являлся стэкинг с большим объемом пробы и переключением полярности. Данный вариант основан на электрокинетическом удалении растворителя пробы при отрицательной полярности электродов в процессе концентрирования.

Установлено, что при 95%-м токе окончания процесса выбранная разность потенциалов определяет чувствительность, а значит и эффективность концентрирования. При постоянном объеме вводимой пробы определение наиболее чувствительно в случае концентрирования при -10 кВ до достижения тока 9 мкА. Объем вводимой пробы, который может достигать 40-70 % объема капилляра, определяет эффективность разделения и чувствительность определения компонентов. Высокая чувствительность определения с сохранением достаточного разрешения аналитов была достигнута при гидродинамическом вводе пробы 18000 мбар х с.

Подготовка проб почв с использованием метода QuEChERS

Определение пестицидов в почве за счет содержащихся в ней липидов, углеводов, лигнина, флавоноидов, пигнентов, смол, гуминовых и фульвокислот является сложной задачей. Необходимо обеспечить соответствующую степень очистки экстрактов при высоких степенях извлечения аналитов.

Поскольку использование метода QuEChERS для экстракции, концентрирования и очистки экстрактов почвы не является обыденной практикой в аналитических лабораториях, были исследованы и оптимизированы основные этапы пробоподготовки почвы при анализе методом МЭКХ.

Масса пробы. Многокомпонентность состава анализируемой матрицы может накладывать ограничения на объем пробы за счет сорбции аналитов частицами почвы и чрезмерного загрязнения экстракта. Установлено, что при увеличении объема пробы с 2,0 до 10,0 г степень извлечения большинства пестицидов изменялась несущественно (исключение: производные триазола). При навеске 10,0 г эффективность очистки высока, поэтому она была использована в дальнейших исследованиях.

Характер высаливателей и буферирующих смесей. В данной работе была изучена зависимость степеней извлечения полярных пестицидов от характера высаливателей и буферирующих смесей. Использованы следующие варианты добавок солей и кислот: 2 г MgS04; 4 г MgS04; 4 г MgS04 + 100 мкл СН3СООН; 4 г MgS04 + 1 г NaCl + 1,0 г Na3C6H507 + 0,5 г Na2HC6H507.

Применение 4,0 г безводного MgS04, 1,0 г NaCl, 1,0 г Na3C6H507 ■ 2Н20 и 0,5 г Na2HC6H507 ■ 1,5Н20 не приводило к уширению пиков и обеспечивало максимальные степени извлечения большинства аналитов (66 %).

Объем воды и ацетонитрила. Объемы используемых растворителей в методе QuEChERS влияют на коэффициенты распределения полярных пестицидов между

водной и ацетонитрильной фазами при добавлении высаливающих добавок. При использовании системы, включающей 10 мл воды и 5 мл ацетонитрила, были достигнуты более высокие степени извлечения (в среднем 62 %).

Очистка экстрактов. Изучена эффективность применения сорбентов Bondesil-PSA, DSC-18, Supelclean ENVI-Carb (GCB), DSC-SAX для очистки первичных экстрактов. Установлено, что использование Bondesil-PSA способствовало более эффективной очистке конечных экстрактов при средней степени извлечения 67 %. Для очистки 2 мл ацетонитрильного экстракта достаточно 50 мг Bondesil-PSA.

Оптимальные условия подготовки проб почвы с использованием метода QuEChERS. Масса пробы 10 г; объем воды 10 мл; объем ацетонитрила 5 мл; очистка 2 мл экстракта 50 мг PSA. В этих условиях средняя степень извлечения пестицидов составила 67 %.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ

Определение 30-ти полярных пестицидов в природных водах с использованием ТФЭ и ДЖЖМЭ. В современном сельском хозяйстве для увеличения экономической выгоды активно используют комбинированные препараты, основу которых составляют полярные пестициды хорошо растворимые в воде. Среди них можно выделить тридцать применяемых наиболее часто, которые относятся к различным классам химических соединений. В табл. 1 приведены аналитические характеристики методики определения 30-ти полярных пестицидов в воде.

Градуировочные характеристики линейны в диапазоне 0,25-5,0 мгУл (R > 0,999) для каждого пестицида. Пределы обнаружения (cmin) (отношение сигнал/шум = 3) и определения (сПп1) (отношение сигнал/шум = 10) рассчитаны с учетом коэффициентов концентрирования (42-112 и 45-92 для ТФЭ и ДЖЖМЭ соответственно). Пределы определния варьируются от 0,8 до 20 мкг/л при использовании ТФЭ, и от 2 до 22 мкг/л при использовании ДЖЖМЭ

С точки зрения доступности, простоты и малого расхода растворителей, а также времени осуществления, метод ДЖЖМЭ превосходит ТФЭ. Кроме того, для проведения ТФЭ, как правило, нужны специализированные, не всегда универсальные, дорогостоящие патроны, многократность эксплуатации которых ограничена.

Определение 17-ти гербицидов и их метаболитов в природных водах с использованием ДЖЖМЭ. В табл. 2 приведены аналитические характеристики методики определения наиболее часто используемых гербицидов, а также их метаболитов в природной воде.

Градуировочные характеристики линейны в диапазоне 0,25-5,0 мг/л (R > 0,998) для каждого пестицида. Пределы определения рассчитаны с учетом коэффициентов концентрирования (67-129) и варьируются от 7 до 28 мкг/л. Для некоторых пестицидов пределы обнаружение выше их ПДК в воде (галоксифоп, флуазифоп, 2,4-ДМ и 2,4-Д), поэтому использовали внутрикапиллярное концентрирование. Последнее привело к снижению пределов обнаружения и определения примерно в 10 раз (табл. 3).

Таблица 1

Аналитические характеристики методики определения полярных пестицидов в природных водах методом МЭКХ при использовании ДЖЖМЭ и ТФЭ (п = 3,Р =0,95)

Время Уравнение гра-дуировоч-ной характеристики Я <%), К* Стіш мкг/л с1іт, мкг/л

№ п/п Пестицид рации, мин ТФЭ ДЖЖМЭ ТФЭ ДЖЖМЭ ТФЭ ДЖЖМЭ

1 Метамитрон 5,16 у = 0,8530 л: 112 ± 4 45 ±6 1,2 3,0 4,0 9,9

2 Имидаклоприд 5,54 у = 1,1706* 103 ±8 56 ±8 1,6 3,0 5,4 10,0

3 Пиразон 5,66 у = 0,4916 л: 108 ±6 66 ±8 0,7 1,1 2,3 3,7

4 Симазин 6,10 у = 1,7112 дг 96 ± 10 65 ±6 3,0 4,4 9,9 14,7

5 Имазетапир 6,55 у = 0,7886 * 92 ±4 69 ±8 0,6 0,8 1,9 2,6

б Тиабендазол 6,64 у = 0,5528 * 96 ±4 60 ±9 0,7 1,1 2,2 3,6

7 Имазапир 6,92 у = 1,0104 х 61 ±3 74 ±5 0,8 0,6 2,5 2,1

8 Атразин 7,07 у = 0,5354* 91 ±9 66 ±7 2,0 2,8 6,7 9,2

9 Десмегрин 7,22 у = 2,0118лг 99 ±7 67 ±5 1,2 1,8 4,0 6,0

10 Дикамба 8,36 у = 0,4202* 94 ±5 48 ±4 0,4 0,8 1,3 2,5

11 2,4-Д 8,61 у = 0,6213* 101 ±8 74 ±7 0,2 0,5 0,8 1,6

12 Флуометурон 8,75 у = 0,5651* 94 ±9 74 ±9 0,9 1,1 2,9 3,7

13 Карбарил 9,06 V = 0,7665 * 97 ±2 58 ±6 1,3 2,1 4,2 7,1

14 Флутриафол 9,33 у = 0,4504* 88 ±8 56 ±2 0,8 1,2 2,6 4,1

15 Хлортолурон 9,48 у = 0,5614* 79 ± 10 54 ±8 1,1 1,6 3,5 5,2

16 Малатион 11,19 у = 3,1833* 90 ±7 77 ±9 5,3 6,2 17,7 20,7

17 Триадименол 11,68 у = 0,4141* 91 ±9 92 ±6 0,9 0,9 3,0 3,0

18 Тидиазурон 11,98 V = 0,3817* 52 ±4 71 ±6 1,1 0,8 3,8 2,8

19 Диурон 12,16 у = 0,5245 * 78 ±6 55 ±8 1,0 1,5 3,4 4,9

20 Тритиконазол 12,95 V = 0,5653 * 73 ±7 64 ±5 1,0 1,3 3,4 4,3

21 Линурон 13,22 у = 0,4668 * 73 ±9 64 ±8 1,0 1,1 3,3 3,8

22 Ципроконазол 13,49 у = 0,6530* 68 ±5 68 ±7 1,8 1,8 5,9 5,9

23 Хлорбромурон 13,82 у = 0,4405 * 67 ±7 55 ±8 0,9 1,1 2,9 3,5

24 Диазинон 13,96 у= 1,5517* 52 ±4 46 ±8 5,9 6,6 19,6 22,1

25 Имазалил 14,31 у = 0,3237 * 42 ±3 54 ±7 1,4 1,1 4,7 3,7

26 Тебуконазол 14,79 V = 0,2984 * 53 ±7 73 ±3 1,3 1,0 4,4 3,2

27 Пенконазол 15,39 у = 0,2213* 54 ±9 64 ±4 0,9 0,8 3,1 2,6

28 Прохлораз 15,67 у = 0,3501* 112 ± 4 45 ±6 0,8 1,9 2,6 6,4

29 Диниконазол 15,93 V = 0,5400 * 103 ±8 56 ±8 1,4 2,6 4,7 8,6

30 Дифеноконазол 16,30 у = 0,4152* 108 ±6 66 ±8 1,8 3,0 6,0 9,9

Примечание - * при используемых в работе объемах конечного анализируемого раствора-концентрата (0,1 мл при ДЖЖМЭ и 1 мл при ТФЭ) и исходной пробы (10 мл при ДЖЖМЭ и 100 мл при ТФЭ) Я С/с) = К.

Определение пестицидов в почвах

В данной работе извлечение пестицидов проведено с использованием метода ОиЕСЬЕЯЗ при выбранных оптимальных условиях с последующим разделением конечного экстракта методом МЭКХ.

В табл. 4 приведены аналитические характеристики методики определения полярных пестицидов в почве. Градуировочные характеристики линейны в диапазоне 0,25-5,0 мг/л (И > 0,997) для каждого пестицида. Пределы обнаружения и определения рассчитаны с учетом степеней извлечения (31-104). Пределы определения (масса пробы - 10 г) варьируются от 0,01 до 0,4 мг/кг.

Таблица 2

Аналитические характеристики методики определения гербицидов и их метаболитов в природных водах методом КЗЭ при использовании ДЖЖМЭ (п = З, Р = 0,95)

№ п/п Пестицид Время миграции, мин Уравнение гра-дуировочной характеристики R (%), К* cmi„, мкг/л Сцт, мкг/л

1 Бромацил 8,51 v = 3,4502 л 99 ±5 8,5 28

2 Галоксифоп 9,39 v= 1,3218л: 82 ±8 4,0 13

3 Флуазифоп 9,46 v= 1,3245 л 100 ±5 3,0 10

4 МЦПБ 9,73 у = 1,1650 х 82 ±8 4,0 13

5 2,4-ДМ 9,80 у = 0,8518 л 88 ±7 3,0 10

6 2-ЦПМП 9,88 у = 2,3465 л 129 ±4 4,0 14

7 2,4,5-Т 10,36 v= 1,0886 * 96 ±8 3,0 11

8 Фенопроп 10,44 v= 1,0216 л: 97 ±5 2,5 9

9 Мекопроп 10,89 у = 0,8683 л: 102 ±8 4,0 14

10 Дихлорпроп 10,96 V = 0,9223 л: 100 ±7 2,5 9

11 Триклопир 11,27 v= 1,2609 л 104 ±5 3,5 12

12 МЦПА 11,53 у = 0,7355 л: 111 ±8 2,0 7

13 2,4-Д 11,66 у = 0,7825 л 114 ± 6 2,0 7

14 Бентазон 11,89 v= 1,7028 л 106 ±6 5,0 17

15 Пиклорам 12,23 у = 1,7076 л 96 ±6 6,5 22

16 Дикамба 12,39 V = 0,7394 л 97 ±7 2,5 9

17 Клопиралид 13,66 v = 0,9112 л 67 ±3 6,0 19

Примечание - * при используемых в работе объемах конечного анализируемого раствора-концентрата (0,1 мл) и исходной пробы (10 мл) Я (%) = К.

Таблица 3

Аналитические характеристики методики определения гербицидов и их метаболитов в природных водах методом КЗЭ при использовании ДЖЖМЭ и on-line концентрирования (и = З, Р = 0,95)

№ п/п Пестицид Время миграции, мин Уравнение граду-ировочной характеристики R (%), К* Cmi„, мкг/л Clin,, мкг/л

1 Бромацил 9,09 у = 0,2071 л: 81 ±8 0,6 1,9

2 Галоксифоп 9,98 V = 0,0564 х 77 ±7 0,3 1,1

3 Флуазифоп 10,05 у = 0,0706 л: 71 ±9 0,4 1,2

4 МЦПБ 10,34 v = 0,0361 х 69 ±7 0,2 0,8

5 2,4-ДМ 10,40 у = 0,0364 л 62 ±4 0,2 0,8

6 2-ЦПМП 10,49 v = 0,1144 х 99 ±2 0,4 1,2

7 2,4,5-Т 11,01 у = 0,0460 л: 88 ±4 0,2 0,8

8 Фенопроп 11,11 V = 0,0477 л: 72 ±5 0,2 0,8

9 Мекопроп 11,58 v = 0,0321 х 86 ±5 0,3 0,9

10 Дихлорпроп 11,69 V = 0,0459 х 82 ±6 0,2 0,7

11 Триклопир 12,03 V = 0,0575 х 86 ±3 0,3 1,0

12 МЦПА 12,31 у = 0,0322 х 97 ±9 0,2 0,5

13 2,4-Д 12,45 V = 0,0362 х 63 ±5 0,2 0,7

14 Бентазон 12,73 у = 0,0720 х 79 ±2 0,4 1,5

15 Пиклорам 13,15 v = 0,0814 х 54 ±5 0,8 2,6

16 Дикамба 13,31 у = 0,0344 л: 68 ±4 0,3 0,9

17 Клопиралид 14,74 v = 0,0414 х 28 ±4 0,9 3,0

Примечание - * при используемых в работе объемах конечного анализируемого раствора-

концентрата (0,1 мл) и исходной пробы (10 мл) R = К.

Таблица 5

Результаты определения пестицидов в водных объектах методом КЗЭ и МЭКХ при использовании ДЖЖМЭ (п = 3,Р = 0,95)

Объект, место отбора Пестицид Найдено, мкг/л* sr*

р.Улово, Суздальский р-н, Владимирская обл. Карбарил 4,0 -

Имазалил 8,5 ± 0,5 0,02

Диниконазол 6,0 -

Родник, д. Сущево, Суздальский р-н, Владимирская обл. Прохлораз 2,3 -

Диниконазол 6,5 -

Родник, СПК «МЮД», Суздальский р-н, Владимирская обл. Имидаклоприд 13 ± 1 0,04

Флуометурон 14 ±1 0,04

Флутриафол 1,7 -

Дифеноконазол 43 ±6 0,06

р. Ушна, Селивановский р-н, Владимирская обл. Имидаклоприд И ± 1 0,03

Дикамба 530 ± 20 0,01

Флутриафол 1,9 -

Триадименол 1,8 -

Прохлораз 10,5 ±0,8 0,03

Диниконазол 22,2 ± 0,6 0,01

Пруд, п. Лукново, Вязниковский р-н, Владимирская обл. Дикамба 24 ± 1 0,01

2,4-Д 7 ± 1 0,08

Карбарил 3,8 -

Малатион 6,2 -

Пенконазол 8,4 ± 0,9 0,04

Прохлораз 14,9 ±0,5 0,01

Родник, Ковровский р-н, Влади-мисркая обл. Дикамба 12 ± 2 0,08

Пенконазол 3,9 ± 0,2 0,02

Пруд, с. Павловское, Суздальский р-н, Владимиркая обл. Имидаклоприд 6,1 -

Флутриафол 1,7 -

Родник, мкр. Энергетик, г. Владимир Флутриафол 1,6 -

Прохлораз 2,8 -

Диниконазол 8,2 -

Примечание - * для пестицидов, содержание которых находится между пределом обнаружения и пределом определения, результаты представлены без расчета доверительного интервала и относительного стандартного отклонения.

Таблица 6

Результаты определения гербицидов и их метаболитов в природных водах методом КЗЭ при использовании ДЖЖМЭ и on-line концентрирования (п = 3,Р = 0,95)

Объект, место отбора Пестицид Найдено, мкг/л* sr*

р. Улово, Суздальский р-н, Владимирская обл. МЦПБ 5,4 ± 0,6 0,05

2,4-ДМ 2,4 ± 0,2 0,04

Пруд, с. Павловское, Суздальский р-н, Владимирская обл. Бентазон 0,6 —

Колодец, п. Лукново, Вязниковский р-н, Владимирская обл. Дикамба 0,3 —

Таблица 7

Результаты определения полярных пестицидов в почве методом МЭКХ при использовании метода (ЗиЕСЬЕЯЗ (п = 3,Р = 0,95)

Место отбора Пестицид Найдено, мг/кг * в,*

с. Павловское (частный сектор), Суздальский р-н, Владимирская обл. Флуометурон 0,013 _

Карбарил 0,056 ± 0,004 0,03

Малатион 0,28 ± 0,03 0,05

Ципроконазол 0,030 _

Имазалил 0,055 -

Прохлораз 0,22 ± 0,06 0,10

Дифеноконазол 0,069 _

д. Никульское, Ивановский р-н, Ивановская обл. Имидаклоприд 0,027 _

Дикамба 0,007 _

Карбарил 0,028

Флутриафол 0,020 _

Диазинон 0,14 -

Имазалил 0,072 ± 0,008 0,04

Пенконазол 0,035 -

Дифеноконазол 0,065 _

д. Денисово, Гороховецкий р-н, Владимирская обл. Пиразон 0,039 _

Флуометурон 0,046 ±0,006 0,05

Тритиконазол 0,031 _

Линурон 0,036 ± 0,002 0,02

с. Павловское (с.-х. угодья), Суздальский р-н, Владимирская обл. Флуометурон 0,031 ± 0,005 0,06

Тебуконазол 0,041 -

Примечание - * для пестицидов, содержание которых находится между пределом обнаружения и' пределом определения, результаты представлены без расчета доверительного интервала и относительного стандартного отклонения.

< * т » 4 11 В А 1 V ил^и 1 » 1* и ^ и и 14 _ * и _ г

Рис. 9. Электрофореграммы экстрактов пробы воды (о-в) и почвы (г), полученные методом МЭКХ (а, г) и КЗЭ (б, в) с использованием ДЖЖМЭ и метода ОиЕСЬЕЯЗ. а, г) 1 - имидаклоприд, 2 - дикамба, 3 - флуометурон, 4 - карбарил, 5 - флутриафол, 6 - диазинон, 7 - имазалил, 8 - пенконазол, 9 -дифеноконазол; б, в) 1 - 2,4-Д, 2 - дикамба.

ВЫВОДЫ

1. Проведено электрофоретичеекое разделение основных классов полярных пестицидов (феноксикарбоновых кислот, сгш-триазинов, триазинонов, хлорацетамидов, производных мочевины, триазола, имидазола (имидазолинона), бензимидазола, кар-баминовой кислоты (карбаматов), неоникотиноидов, фосфорорганических соединений) и смеси пестицидов различных классов при их совместном присутствии методом КЭ. Высокая эффективность разделения и чувствительность определения достигается оптимизацией состава ведущего электролита, в том числе наличием модификаторов ЭОП (ион-парных, макроциклических реагентов, органических растворителей), его концентрации, используемой температуры, внутреннего диаметра и эффективной длины капилляра.

2. Установлена и охарактеризована зависимость времен миграции пестицидов различных классов и их смесей от кислотно-основных и гидрофобных свойств при разделении методами КЗЭ и МЭКХ. Для МЭКХ полученные экспериментальные данные согласуются с рассчитанными значениями упрощенного критерия гидрофобно-сти.

3. Установлена возможность использования и выбраны оптимальные условия дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции и метода QuEChERS для извлечения и концентрирования смесей наиболее распространенных полярных пестицидов из поверхностных, питьевых, грунтовых вод и почв. Изучено влияние основных параметров подготовки проб на степени извлечения аналитов.

4. Предложены способы одновременного определения 30-ти полярных пестицидов (метамитрона, имидаклоприда, пиразона, симазина, имазетапира, тиабендазола, имазапира, атразина, десметрина, дикамбы, 2,4-Д, флуометурона, карбарила, флутри-афола, хлортолурона, малатиона, триадименола, тидиазурона, диурона, тритиконазо-ла, линурона, ципроконазола, хлорбромурона, диазинона, имазалила, тебуконазола, пенконазола, прохлораза, диниконазола, дифеноконазола) в поверхностных и грунтовых водах после концентрирования их методом дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции и твердофазной экстракции на концентрирующих патронах Oasis® HLB Зсс/60 mg с последующим разделением методом МЭКХ. Пределы определения (объем пробы - 10 мл) варьируются от 0,8 до 20 мкг/л при использовании ТФЭ и от 2 до 22 мкг/л при использовании ДЖЖМЭ. Коэффициенты концентрирования составили от 42 до 112 и от 45 до 92 при использовании ТФЭ и ДЖЖМЭ соответственно. Проведено сравнение используемых методов экстракции по затратам реагентов, времени и материалов.

5. Разработана методика определения 17-ти гербицидов и их метаболитов (бен-тазона, бромацила, 2-(4-хлорофенокси)-2-метилпропионовой кислоты, клопиралида, 2,4-Д, 2,4-ДМ, дикамбы, дихлорпропа, фенопропа, флуазифопа, галоксифопа, МЦПА, МЦПБ, мекопропа, пиклорама, 2,4,5-Т и триклопира) в природных водах, сочетающая использование жидкостно-жидкостной микроэкстракции с диспергированием растворителя и стэкинга с большим объемом пробы, переключением полярности и КЗЭ-разделением. Пределы определения (объем пробы - 10 мл) варьируются от 0,5 до 3,0 мкг/л при использовании внутрикапиллярного концентрирования. Коэффициенты концентрирования аналитов составили от 67 до 129.

6. Предложен способ определения 27-ми полярных пестицидов при их совместном присутствии в почве после извлечения, концентрирования и очистки экстрактов

по методу QuEChERS. Пределы определения (масса пробы - 10,0 г) пестицидов составили от 0,01 до 0,42 мг/кг. Степень извлечения пестицидов 31-104 %.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Амелин В.Г., Большаков Д.С., Третьяков A.B. Идентификация и определение синтетических пиретроидов, хлорпирифоса и неоникотиноидов в воде методами газовой и жидкостной хроматографии // Журн. аналит. хим. 2012. Т. 67. № 4. С. 398-403.

2. Амелин В.Г., Большаков Д.С., Третьяков A.B. Определение глифосата и ами-нометилфосфоновой кислоты в воде водоемов и растительном масле методом капиллярного зонного электрофореза // Журн. аналит. хим. 2012. Т. 67. № 4. С. 432-437.

3. Амелин В.Г., Большаков Д.С, Третьяков A.B. Определение неоникотиноидов (имидаклоприда, тиаметоксама, ацетамиприда) в воде методом капиллярного электрофореза // Вода: химия и экология. 2012. № 9. С. 76-80.

4. Амелин В.Г., Большаков Д.С., Третьяков A.B. Разделение и определение полярных пестицидов в грунтовых, поверхностных и питьевых водах методом капиллярного электрофореза // Журн. аналит. хим. 2012. Т. 67. № U.C. 1005-1026.

5. Амелин В.Г., Большаков Д.С., Третьяков A.B. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция и твердофазная экстракция при извлечении полярных пестицидов из природных вод и определении их методом мицеллярной электрокинетической хроматографии //Журн. аналит. хим. 2013. Т. 68. № 5. С. 430-431.

6. Большаков Д.С. Определение глифосата методом капиллярного зонного электрофореза / VIII Региональная студенческая научная конференция с международным участием «Фундаментальные науки - специалисту нового века». Иваново. 19-21 апреля 2010. Тезисы докладов. Т. 2. С. 12.

7. Третьяков A.B., Амелин В.Г., Большаков Д.С. Определение глифосата и ами-нометилфосфоновой кислоты в воде и продуктах питания растительного происхождения методом капиллярного зонного электрофореза /1 Всероссийская конференция «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез». Краснодар. 26 сентября - 01 октября 2010. Тезисы докладов. С. 248.

8. Большаков Д.С. Метод капиллярного электрофореза для разделения и определения пестицидов различных классов в грунтовых водах / XVIII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011». Москва. 11-15 апреля 2011. Тезисы докладов.

9. Большаков Д.С. Метод мицеллярной электрокинетической хроматографии для разделения и определения пестицидов различных классов / V Всероссийская конференция студентов и аспирантов «Химия в современном мире». Санкт-Петербург. 18-21 апреля 2011. Тезисы докладов. С. 63-65.

Ю.Большаков Д.С., Третьяков A.B., Амелин В.Г. Применение метода капиллярного электрофореза для разделения и определения пестицидов различных классов / XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Волгоград. 25-30 сентября 2011. Тезисы докладов. Т. 4. С. 327.

П.Большаков Д.С., Амелин В.Г., Третьяков A.B. Капиллярный электрофорез: разделение и определение при совместном присутствии различных классов полярных пестицидов в природных водах / III Всероссийский симпозиум «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии». Всероссийская научная школа по аналитической химии. Краснодар. 2-8 октября 2011. Материалы научной школы. С.34.

12. Большаков Д.С. Одновременное определение пестицидов различных классов в природных водах методом мицеллярной электрокинетической хроматографии / VI Всероссийская конференция по химии «Менделеев-2012». Санкт-Петербург. 3-6 апреля 2012. Тезисы докладов. С. 48.

13. Большаков Д.С. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция пестицидов различных классов из природных вод и определение их методом капиллярного электрофореза / XIX Молодежная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» Москва. 9-13 апреля 2012. Тезисы докладов. С. 11.

14. Большаков Д.С. Определение неоникотиноидных инсектицидов в овощах и фруктах методом мицеллярной электрокинетической хроматографии в сочетании с пробоподготовкой QuEChERS / XX Молодежная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» Москва. 8-13 апреля 2013. Тезисы докладов. С. 1.

15. Большаков Д.С., Амелин В.Г., Третьяков А.В. Совместное определение полярных пестицидов в природных водах методом мицеллярной электрокинетической хроматографии в сочетании с дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракцией / «Методы анализа и контроля качества воды». Москва. 06 июня 2012. Материалы конференции. С. 18.

16.Amelin V.G., Bolshakov D.S., Tretyakov A.V. Dispersive liquid-liquid microextraction combined with micellar electrokinetic chromatography for the determination of polar pesticides in environmental water samples / 36th International symposium on capillary chromatography. Riva del Garda, Italy. May 27 - June 1, 2012. P. 46.

17. Amelin V.G., Bolshakov D.S., Tretyakov A.V. Determination of polar pesticides in ground, surface and drinking waters by capillary electrophoresis / 7th European Conference on Pesticides and Related Organic Micropollutants in the Environment, 13th Symposium on Chemistry and Fate of Modern Pesticides. Porto, Portugal. 7-10 October, 2012. P. 220.

18. Amelin V.G., Bolshakov D.S., Tretyakov A.V. Determination of polar pesticides in soil and waters by capillary electrophoresis / Annual MGPR meeting 2012 and the International conference on food health safety. Belgrade, Serbia. 11-12 October, 2012. P. 67.

Автор выражает глубокую благодарность кандидату химических наук Алексею Викторовичу Третьякову, заведующему лабораторией химического анализа Федерального центра охраны здоровья животных, за предоставленную возможность использования аналитического оборудования и коллекции стандартных образцов пестицидов, а также за помощь в обсуждении результатов работы и подготовке диссертации.

Подписано в печать 17.04.2013. Формат 60x84 1/) Бумага офсетная. Гарнитура Times. Объем 1.75 печ. л. Тираж 120 экз. Заказ № 81-Т

Типография СГУ г. Саратов, ул. Б. Казачья 112а тел.: (845-2) 27-33-85

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Большаков, Дмитрий Сергеевич, Владимир

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

04201358644

На правах рукописи

Большаков Дмитрий Сергеевич

02.00.02 - аналитическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Амелин В. Г.

Владимир - 2013

Работа выполнена

на кафедре химии ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Список сокращений

кэ Капиллярный электрофорез

кзэ Капиллярный зонный электрофорез

мэкх Мицеллярная электрокинетическая хроматография

кэх Капиллярная электрохроматография

нвкэ Неводный капиллярный электрофорез

мээкх Микроэмульсионная электрокинетическая хроматография

ИТФ Изотахофорез

гх Газовая хроматография

вэжх Высокоэффективная жидкостная хроматография

дмд Диодно-матричное детектирование

ЭД Электрохимическое детектирование

ЛИФ Лазерно-индуцированная флуоресценция

эоп Электроосмотический поток

ЦЦ Циклодекстрин

ПАВ Поверхностно-активное вещество

ккм Критическая концентрация мицеллообразования

дцс Додецилсульфат натрия

хн Холат натрия

дхн Дезоксихолат натрия

досс Диоктилсульфосукцинат натрия

мгэц Метилгидроксиэтилцеллюлоза

ЦТАБ Цетилтриметиламмония бромид

ТТАБ Тетрадецилтриметиламмония бромид

ДТАБ Додецилтриметиламмония бромид

Г ДБ Гексадиметрина бромид

Бридж 35 Полиоксиэтилен (23) лауриновый эфир

МЕв Морфолинэтансульфоновая кислота

Трис Трис(гидроксиметил)аминометана

ТБА Фосфат тетрабутиламмония

ХОП Хлорорганические пестициды

ФОС Фосфорорганические соединения

ФКК Феноксикарбоновые кислоты

ТФЭ Твердофазная экстракция

ТФМЭ Твердофазная микроэкстракция

ЖЖЭ Жидкостно-жидкостная экстракция

ДЖЖМЭ - Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция

СФЭ Сверхкритическая флюидная экстракция

УЭР Ускоренная экстракция растворителем

ДОС Диапазон определяемых содержаний

Стт Предел обнаружения

СНт Предел определения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................................7

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ

(обзор литературы)............................................................................................................................................13

1.1. Способы пробоподготовки при определении пестицидов

методом КЭ............................................................................................................................................................15

1.1.1. Способы off-line извлечения и концентрирования................................................15

1.1.2. Способы on-line концентрирования....................................................................................28

1.2. Способы разделения........................................................................................................................34

1.2.1. Капиллярный зонный электрофорез..................................................................................34

1.2.2. Мицеллярная электрокинетическая хроматография..........................................43

1.2.3. Капиллярная электрохроматография................................................................................51

1.2.4. Другие способы разделения......................................................................................................53

1.3. Способы детектирования..............................................................................................................57

1.3.1. Детектирование в УФ- и видимой части спектра..................................................57

1.3.2. Масс-спектрометрическое детектирование....................................................................58

1.3.3. Детектирование с лазерно-индуцированной флуоресценцией..................59

1.3.4. Другие способы детектирования..........................................................................................60

1.4. Преимущества и недостатки КЭ при определении пестицидов................62

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..................................................................64

ГЛАВА 3. ВЫБОР УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ПЕСТИЦИДОВ И ИХ

КОМБИНАЦИЙ..................................................................................................................................................71

3.1. Производные феноксикарбоновых кислот......................................................................71

3.2. Ош-триазины..........................................................................................................................................74

3.3. Производные триазинона и хлорацетамиды..................................................................77

3.4. Производные мочевины..................................................................................................................78

3.5. Неоникотиноиды.................................................................. 80

3.6. Производные триазола........................................................... 82

3.7. Производные имидазола и карбаматы........................................ 85

3.8. Производные бензимидазола................................................... 88

3.9. Фосфорорганические соединения............................................. 88

3.10. Глифосат, глуфосинат и аминометилфосфоновая кислота................ 90

3.11. Разделение смеси пестицидов различных классов......................... 94

3.12. Общие закономерности выбора условий электрофоретического разделения полярных пестицидов............................................. 103

3.13. Выводы к главе 3.................................................................. 113

ГЛАВА 4. ПРОБОПОДГОТОВКА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ В ВОДЕ И ПОЧВЕ............ 115

4.1. Подготовка проб природных, питьевых и грунтовых вод............... 115

4.1.1. Твердофазная экстракция при определении смеси гербицидов, фунгицидов и инсектицидов различных классов........................... 116

4.1.2. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция при определении смеси гербицидов, фунгицидов и инсектицидов различных классов................................................................ 116

4.1.3. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция при определении гербицидов и их метаболитов с on-line

концентрированием...............................................................' 124

4.2. Подготовка проб почвы с использованием метода QuEChERS......... 135

4.3. Выводы к главе 4.................................................................. 141

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ...................................... 142

5.1. Определение пестицидов в природных, питьевых и грунтовых водах

методом капиллярного электрофореза........................................... 142

5.1.1. Определение отдельных классов полярных пестицидов в природных

водах с применением твердофазной экстракции........................... 142

5.1.2. Определение 30-ти полярных пестицидов в природных водах с

применением твердофазной экстракции и дисперсионной

жидкостно-жидкостной микроэкстракции......................................................................148

5.1.3. Определение 17-ти гербицидов и их метаболитов в природных водах с применением дисперсионной жидкостно-жидкостной

микроэкстракции....................................................................................................................................153

5.2. Определение пестицидов в почвах..........................................................................................160

5.3. Выводы к главе 5......................................................................167

ВЫВОДЫ....................................................................................................................................................................168

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................170

Приложение 1..........................................................................................................................................................198

Приложение 2..........................................................................................................................................................208

Приложение 3..........................................................................................................................................................212

ВВЕДЕНИЕ

Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:

• установление возможности определения и оптимизация условий электрофоретического разделения основных классов полярных пестицидов;

• изучение влияния состава и концентрации ведущего электролита, наличия модификаторов электроосмотического потока (ЭОП) на электрофоретическое поведение пестицидов;

Научная новизна. Исследовано электрофоретическое поведение основных классов пестицидов (феноксикарбоновых кислот (ФКК), сим-триазинов, триазинонов, хлорацетамидов, карбаматов, неоникотиноидов, фосфорорганических соединений (ФОС), производных триазола, производных мочевины, производных бензимидазола, производных имидазола), используемых в различных коммерческих препаратах.

хлоридазона; 3) производных мочевины, хлоридазона, симазина, атразина, цимоксанила, дикамбы, прометрина, прохлораза; 4) неоникотиноидов, 6-хлорникотиновой кислоты; 5) производных триазола, тиабендазола, тирама, имазалила, прохлораза; 6) имидазолов; 7) карбаматов; 8) бензимидазолов, тирама, тебуконазола; 9) фосфорорганических пестицидов.

Показана возможность электрофоретического разделения смеси гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (метамитрона, имидаклопирда, пиразона, симазина, триасульфурона, тиофанат-метила, тиабендазола, имазетапира, метсульфурон-метила, трибенурон-метила, имазапира, атразина, десметрина, дикамбы, 2,4-Д, флуометурона, карбарила, флутриафола, хлортолурона, 6-хлорникотиновой кислоты, малатиона, триадименола, диурона, тидиазурона, триадимефона, тритиконазола, линурона, ципроконазола, хлорбромурона, диазинона, пропиконазола, имазалила, эпоксиконазола, тебуконазола, пенконазола, пиримифос-метила, прохлораза, диниконазола и дифеноконазола) методом МЭКХ.

Оценено влияние различных факторов на эффективность электрофоретического разделения пестицидов: состав и концентрация ВЭ, наличие модификаторов ЭОП и их природа. Установлено значительное увеличение селективности разделения аналитов в МЭКХ при введении в состав ведущего электролита ион-парного реагента фосфата тетрабутиламмония (ТБА). Исследованы возможности поверхностно-активных веществ различной природы, формирующих мицеллярную «псевдостационарную» фазу, и их смесей при разделении пестицидов в режиме электрокинетической хроматографии.

Предложен вариант on-line концентрирования 17-ти гербицидов и их метаболитов (бромацила, галоксифопа, флуазифопа, МЦПБ, 2,4-ДМ, 2-(4-хлорфенокси)-2-метилпропионовой кислоты, 2,4,5-Т, фенопропа, мекопропа, дихлорпропа, триклопира, МЦПА, 2,4-Д, бентазона, пиклорама, дикамбы, клопиралида) в режиме капиллярного зонного электрофореза (КЗЭ) с

использованием стэкинга с большим объемом пробы и переключением полярности.

Установлена возможность применения метода QuEChERS для извлечения пестицидов различных классов из почвы с последующим электрофоретическим разделением.

Практическая значимость. Разработаны методики определения:

• основных классов пестицидов (ФКК, сгш-триазинов, триазинонов, хлорацетамидов, карбаматов, неоникотиноидов, ФОС, производных триазола, производных мочевины, производных бензимидазола и имидазола) и их смесей методом капиллярного электрофореза в сочетании с ТФЭ в природных, питьевых и грунтовых водах;

• 27-ми пестицидов (метамитрона, имидаклопирда, пиразона, симазина, тиабендазола, имазапира, атразина, десметрина, дикамбы, 2,4-Д, флуометурона, карбарила, флутриафола, малатиона, триадименола, тидиазурона, диурона, тритиконазола, линурона, ципроконазола, диазинона, имазалила, тебуконазола,

пенконазола, прохлораза, диниконазола, дифеноконазола) в почве методом МЭКХ в сочетании с подготовкой проб по методу QuEChERS.

На защиту выносятся:

• особенности электрофоретического разделения пестицидов различных классов и их смесей;

• условия и результаты определения полярных пестицидов в питьевых, природных, грунтовых водах и почвах.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VIII региональной студенческой научной конференции с международным участием «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2010), Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2010), международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов — 2011», «Ломоносов — 2012», «Ломоносов - 2013» (Москва, МГУ), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2011), Всероссийских конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2011», «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург, СПбГУ), конференции «Методы анализа и контроля качества воды» (Москва, 2012), «36th International Symposium on Capillary

Chromatography» (Riva del Garda, Italy, 2012), «7 European Conference on Pesticides and Related Organic Micropol