Газова хроматографія води: сучасні стандарти й методи аналізу
У сучасному світі якість води має першорядне значення не лише для споживання людиною, але й для екологічної безпеки довкілля. Одним із найсучасніших методів аналізу води є газова хроматографія (ГХ). У статті розглядаються сучасні методи ГХ для аналізу води з особливим акцентом на відповідні державні стандарти, які керують цими методиками.
Газова хроматографія – потужний аналітичний метод, що використовується для розділення й аналізу сполук, які можуть випаровуватися без розкладання. У контексті аналізу води вона слугує важливим інструментом для виявлення летких органічних сполук (ЛОС), пестицидів та інших забруднювачів, які становлять ризик для здоров’я і навколишнього середовища. Процес полягає у введенні зразка в хроматограф, де він проходить через колонку за допомогою інертного газу-носія. Різні сполуки взаємодіють зі стаціонарною фазою колонки, що спричиняє різний час утримування, який потім аналізується для визначення складу зразка води.
Розглянемо декілька нормативних документів щодо аналізування води із застосуванням газової хроматографії.
Високолеткі галогеновані вуглеводні
Високолеткі галогеновані вуглеводні (хлороформ, дихлорметан тощо) використовуються в промисловій, комерційній та побутовій сфері, можуть потрапляти у водойми зі стічними водами і, як наслідок, забруднювати питну воду. Крім того, вони можуть з’являтися внаслідок використання сполук хлору в очищенні питної води й стічних вод.
Міжнародний стандарт ДСТУ EN ISO 10301:2022 «Якість води. Визначення легколетких галогенованих вуглеводнів. Газохроматографічні методи» встановлює два методи визначення таких сполук за допомогою газової хроматографії:
- За допомогою попередньої рідинно-рідинної екстракції
- Методом статичного газового простору (headspace)
На практиці метод газового простору застосовується для промислових стічних вод як метод скринінгу, але в деяких випадках необхідно підтвердити результат методом рідинно-рідинної екстракції.
Фталати
Органічні ліпофільні сполуки, що переважно використовуються як пластифікатори для підвищення гнучкості пластичних полімерів, називають фталатами. Вони також входять до складу друкарських фарб і лаків.
Нормативний документ, що встановлює методи визначення фталатів, – ДСТУ ISO 18856:2012 «Якість води. Визначення певних фталатів методами газової хроматографії та мас-спектрометрії».
Основним джерелом фталатів у навколишньому середовищі є пластикові відходи, з яких фталати повільно вивільняються. Через їхню низьку активність і відсутність хімічного зв’язку з полімерними ланцюгами в полімерних матрицях вони можуть мігрувати з пластику в середовище (тверде, рідке або газоподібне), з яким контактують. На швидкість міграції значною мірою впливають властивості полімерної матриці, кількість і властивості самого фталату, площа контакту з навколишнім середовищем. Через низьку розчинність у воді фталати, що вивільняються, мають тенденцію концентруватися в ґрунті й донних відкладеннях. Рослини часто адсорбують фталати з ґрунту і в такий спосіб вводять їх у харчовий ланцюг.
Хлорорганічні пестициди
Забруднення води хлорорганічними пестицидами тісно пов’язане із сільськогосподарською практикою та все ще є екологічною проблемою, незважаючи на заборону цих речовин у багатьох країнах. Їх визначення методом газової хроматографії встановлює ДСТУ ISO 6468-2002 «Якість води. Визначання вмісту окремих хлорорганічних інсектицидів, поліхлорованих біфенілів та хлорбензолів. Метод газової хроматографії після екстракції типу “рідина-рідина”».
З огляду на стійкість хлорорганічних пестицидів у навколишньому середовищі, дисбаланс у екосистемі й тенденцію до біоакумуляції в живих організмах через харчовий ланцюг, моніторинг хлорорганічних пестицидів та їхніх метаболітів має велике значення.
Нафтопродукти у воді
Методи визначення нафтопродуктів встановлює міжнародний нормативний документ ДСТУ ISO 9377-2:2015 «Якість води. Визначення нафтопродуктів у воді. Частина 2. Метод рідинної екстракції та газової хроматографії».
До нафтопродуктів належать жири, олії, віск та інші споріднені компоненти, що містяться у воді, здебільшого в стічних водах. Якщо ці сполуки не видалити перед скиданням очищених стічних вод, нафта й мастила можуть перешкоджати біологічному життю в поверхневих водах і формувати небезпечні плівки.
У разі потрапляння у водні джерела нафтопродукти мають негативний вплив на живі організми, обмежуючи доступ кисню. До того ж вони можуть потрапляти до міських мереж і додавати великого навантаження на очисні споруди.
Дотримуючись цих стандартів, лабораторії можуть забезпечити якість свого аналізу, прокладаючи шлях до узгоджених результатів у різних умовах.
Газова хроматографія та поетапність роботи
На перший погляд здається, що метод газової хроматографії – це складно. Можемо запевнити, все зовсім не так. Далі розглянемо особливості роботи з газовим хроматографом на різних етапах.
1. Пробопідготовка
Підготовка зразків води перед проведенням аналізу методом газової хроматографії – критично важливий етап для забезпечення точних і надійних результатів. Оскільки вода часто несумісна з багатьма системами й детекторами ГХ, для вилучення, концентрування або дериватизації цільових аналітів застосовують спеціальні методи підготовки.
Рідинно-рідинна екстракція (РРЕ)
У цьому типі пробопідготовки зразок води змішується з органічним розчинником (наприклад, дихлорметаном, гексаном або етилацетатом). Після цього органічна фаза з аналізованою речовиною відокремлюється й концентрується.
Рідинно-рідинна екстракція зазвичай застосовується для аналізу летких та напівлетких органічних сполук і пестицидів.
Твердофазна екстракція (ТФЕ)
Під час твердофазної екстракції відбувається збагачення й виділення аналітів зі зразків води за допомогою твердого адсорбенту. Зразок води пропускають через картридж або диск, що містить адсорбент (наприклад, C18, кремнезем). Після цього промивають і розчиняють відповідним розчинником. Метод ТФЕ найчастіше використовується для аналізу фармацевтичних препаратів, засобів особистої гігієни й для визначення слідів органічних забруднювачів.
Відбір проб надводного простору (статичний або динамічний headspace-метод)
За цим методом відбувається вилучення летких органічних сполук (ЛОС) безпосередньо з газової фази над водою.
Зразок води поміщують у герметичний флакон і нагрівають його, щоб аналітичні речовини випарувалися в надводний простір.
Після цього вводять пробу в газовий хроматограф за допомогою шприца або автоматичного пробовідбірника. Цей метод застосовують в аналізі таких речовин, як бензол або толуол.
2. Тип детектора
Вибір детекторів для газової хроматографії води залежить від цільових сполук, рівнів їх концентрації, а також необхідної чутливості й специфічності.
Полум’яно-іонізаційний детектор (FID)
FID виявляє іони, що утворюються під час горіння органічних сполук у воднево-повітряному полум’ї. Цей детектор має високу чутливість до вуглеводнів та інших органічних сполук, широкий динамічний діапазон і є відносно неспецифічним, адже реагує на більшість вуглецевмісних сполук (крім CO₂ і CO).
Детектор теплопровідності (TCD)
TCD вимірює зміни теплопровідності газу-носія, викликані присутністю аналітів. Детектор використовується для аналізу стійких газів, таких як H₂, O₂, N₂ і CO₂, проте має нижчу чутливість, ніж полум’яно-іонізаційний детектор.
Детектор електронного захоплення (ECD)
ECD виявляє сполуки, які захоплюють електрони, випромінювані радіоактивним джерелом (зазвичай ^63Ni). Він високочутливий до галогенових сполук, нітросполук і металоорганічних речовин та має надзвичайно низькі межі виявлення для цих класів аналітів.
Мас-спектрометричний детектор (MSD)
MSD ідентифікує та кількісно визначає сполуки на основі відношення їхньої маси до заряду (m/z) після іонізації. Він має високу чутливість і специфічність, здатний надавати структурну інформацію для ідентифікації сполук.
Фотоіонізаційний детектор (PID)
PID використовує ультрафіолетове (УФ) світло для іонізації певних органічних сполук і вимірювання результуючого іонного струму. Детектор високочутливий до ароматичних вуглеводнів та органічних речовин із подвійними зв’язками. Проте він обмежений сполуками з потенціалом іонізації, нижчим за енергію УФ-лампи (зазвичай 10,6 еВ).
Азотно-фосфорний детектор (NPD)
NPD специфічно виявляє азот- і фосфоровмісні сполуки за допомогою нагрітої кульки, що містить солі лужних металів. Він високоселективний до азоту й фосфору та використовується для аналізу слідів цих елементів.
Chrozen GC і Trajan: комплексне рішення для ефективного контролю якості води
Газовий хроматограф Chrozen GC у поєднанні з хроматографічними колонками Trajan є універсальним рішенням для високоточного аналізу води. Chrozen GC від YoungIn Chromass забезпечує стабільну продуктивність, високу чутливість і точність вимірювань, що робить його ідеальним для аналізу різних органічних та неорганічних сполук. Великий вибір детекторів і пристроїв для введення проби допоможе реалізувати будь-яке аналітичне завдання лабораторії.
Комбінація Chrozen GC та Trajan гарантує ефективність і відповідність сучасним вимогам екологічного моніторингу й контролю якості.
Хроматографи ChroZen GC уже пройшли сертифікацію на території України й мають оцінку відповідності згідно з вимогами Технічного регламенту № 94, отже, можуть бути використані в лабораторіях сфери законодавчо регульованої метрології.
Аналіз води методом газової хроматографії стане ще простішим із Chrozen GC та колонками Trajan. А методисти ХЛР навчать Вас і Ваш персонал, як правильно й результативно працювати з таким обладнанням.
Ірина Кіріна,
керівник відділу галузевих експертів ХЛР
