Газовая хроматография воды: современные стандарты и методы анализа
В современном мире качество воды имеет первостепенное значение не только для употребления человеком, но и для экологической безопасности окружающей среды. Одним из современных методов анализа воды является газовая хроматография (ГХ). В статье рассматриваются современные методы ГХ для анализа воды с особым акцентом на соответствующие государственные стандарты, которые управляют этими методиками.
Газовая хроматография – мощный аналитический метод, используемый для разделения и анализа соединений, которые могут испаряться без разложения. В контексте анализа воды она служит важным инструментом для выявления летучих органических соединений (ЛОС), пестицидов и других загрязнителей, представляющих риск для здоровья и окружающей среды. Процесс заключается во введении образца в хроматограф, где он проходит через колонку с помощью инертного газа-носителя. Различные соединения взаимодействуют со стационарной фазой колонки, что приводит к разному времени содержания, которое затем анализируется для определения состава образца воды.
Рассмотрим несколько нормативных документов по анализу воды с использованием газовой хроматографии.
Высоколетучие галогенированные углеводороды
Высоколетучие галогенированные углеводороды (хлороформ, дихлорметан и т. д.) используются в промышленной, коммерческой и бытовой сфере, могут попадать в водоемы со сточными водами и, как следствие, загрязнять питьевую воду. Кроме того, они могут появляться в результате использования соединений хлора в очистке питьевой воды и сточных вод.
Международный стандарт ДСТУ EN ISO 10301:2022 «Якість води. Визначення легколетких галогенованих вуглеводнів. Газохроматографічні методи» устанавливает два метода определения таких соединений с помощью газовой хроматографии:
- С помощью предварительной жидкостно-жидкостной экстракции
- Методом статического газового пространства (headspace)
На практике метод газового пространства применяется для промышленных сточных вод как метод скрининга, но в некоторых случаях необходимо подтвердить результат методом жидко-жидкостной экстракции.
Фталаты
Органические липофильные соединения, которые преимущественно используются в качестве пластификаторов для повышения гибкости пластических полимеров, называют фталатами. Они также входят в состав типографских красок и лаков.
Нормативный документ, устанавливающий методы определения фталатов, – ДСТУ ISO 18856:2012 «Якість води. Визначення певних фталатів методами газової хроматографії та мас-спектрометрії».
Основным источником фталатов в окружающей среде являются пластиковые отходы, из которых фталаты медленно высвобождаются. Из-за их низкой активности и отсутствия химической связи с полимерными цепями в полимерных матрицах они могут мигрировать из пластика в среду (твердую, жидкую или газообразную), с которой контактируют. На скорость миграции в значительной степени влияют свойства полимерной матрицы, количество и свойства самого фталата, площадь контакта с окружающей средой. Из-за низкой растворимости в воде фталаты, которые высвобождаются, имеют тенденцию концентрироваться в почве и донных отложениях. Растения часто адсорбируют фталаты из почвы и таким образом вводят их в пищевую цепь.
Хлорорганические пестициды
Загрязнение воды хлорорганическими пестицидами тесно связано с сельскохозяйственной практикой и все еще является экологической проблемой, несмотря на запрет этих веществ во многих странах. Их определение методом газовой хроматографии устанавливает ДСТУ ISO 6468-2002 «Якість води. Визначання вмісту окремих хлорорганічних інсектицидів, поліхлорованих біфенілів та хлорбензолів. Метод газової хроматографії після екстракції типу “рідина-рідина”».
С учетом устойчивости хлорорганических пестицидов в окружающей среде, дисбаланс в экосистеме и тенденцию к биоаккумуляции в живых организмах через пищевую цепь, мониторинг хлорорганических пестицидов и их метаболитов имеет большое значение.
Нефтепродукты в воде
Методы определения нефтепродуктов устанавливает международный нормативный документ ДСТУ ISO 9377-2:2015 «Якість води. Визначення нафтопродуктів у воді. Частина 2. Метод рідинної екстракції та газової хроматографії».
К нефтепродуктам относятся жиры, масла, воск и другие родственные компоненты, содержащиеся в воде, в основном в сточных водах. Если эти соединения не удалить перед сбросом очищенных сточных вод, нефть и смазочные масла могут препятствовать биологической жизни в поверхностных водах и формировать опасные пленки.
При попадании в водные источники нефтепродукты оказывают негативное влияние на живые организмы, ограничивая доступ кислорода. К тому же они могут попадать в городские сети и добавлять большой нагрузки на очистные сооружения.
Следуя этим стандартам, лаборатории могут обеспечить качество своего анализа, прокладывая путь к согласованным результатам в разных условиях.
Газовая хроматография и поэтапность работы
На первый взгляд кажется, что метод газовой хроматографии – это сложно. Можем заверить, что все совсем не так. Далее рассмотрим особенности работы с газовым хроматографом на разных этапах.
1. Пробоподготовка
Подготовка образцов воды перед проведением анализа методом газовой хроматографии – критически важный этап для обеспечения точных и надежных результатов. Поскольку вода часто несовместима со многими системами и детекторами ГХ, для извлечения, концентрирования или дериватизации целевых аналитов применяют специальные методы подготовки.
Жидкостно-жидкостная экстракция (РРЭ)
В этом типе пробоподготовки образец воды смешивается с органическим растворителем (например, дихлорметаном, гексаном или этилацетатом). После этого органическая фаза с анализируемым веществом отделяется и концентрируется.
Жидкостно-жидкостная экстракция обычно применяется для анализа летучих и полулетучих органических соединений и пестицидов.
Твердофазная экстракция (ТФЭ)
При твердофазной экстракции происходит обогащение и выделение аналитов из образцов воды с помощью твердого адсорбента. Образец воды пропускают через картридж или диск, содержащий адсорбент (например, C18, кремнезем). После этого промывают и растворяют подходящим растворителем. Метод ТФЭ чаще всего используется для анализа фармацевтических препаратов, средств личной гигиены и для определения следов органических загрязнителей.
Отбор проб надводного пространства (статический или динамический headspace-метод)
По этому методу происходит извлечение летучих органических соединений (ЛОС) непосредственно из газовой фазы над водой.
Образец воды помещают в герметичный флакон и нагревают его, чтобы аналитические вещества улетучивались в надводное пространство.
После этого вводят пробу в газовый хроматограф при помощи шприца или автоматического пробоотборника. Этот метод применяют в анализе таких веществ, как бензол или толуол.
2. Тип детектора
Выбор детекторов для газовой хроматографии воды зависит от целевых соединений, уровней их концентрации, а также необходимой чувствительности и специфичности.
Пламенно-ионизационный детектор (FID)
FID выявляет ионы, образующиеся при горении органических соединений в водородно-воздушном пламени. Этот детектор имеет высокую чувствительность к углеводородам и другим органическим соединениям, широкий динамический диапазон и относительно неспецифичен, ведь реагирует на большинство углеродсодержащих соединений (кроме CO₂ и CO).
Детектор теплопроводности (TCD)
TCD измеряет изменения теплопроводности газа-носителя, вызванные присутствием аналитов. Детектор используется для анализа устойчивых газов, таких как H₂, O₂, N₂ и CO₂, однако имеет более низкую чувствительность, чем пламенно-ионизационный детектор.
Детектор электронного захвата (ECD)
ECD выявляет соединения, которые захватывают электроны, излучаемые радиоактивным источником (обычно ^63Ni). Он высокочувствителен к галогеновым соединениям, нитросоединениям и металлоорганическим веществам и имеет чрезвычайно низкие пределы выявления для этих классов аналитов.
Масс-спектрометрический детектор (MSD)
MSD идентифицирует и количественно определяет соединения на основе отношения их массы к заряду (m/z) после ионизации. Он обладает высокой чувствительностью и специфичностью, способен предоставлять структурную информацию для идентификации соединений.
Фотоионизационный детектор (PID)
PID использует ультрафиолетовый (УФ) свет для ионизации определенных органических соединений и измерения результирующего ионного тока. Детектор высокочувствителен к ароматическим углеводородам и органическим веществам с двойными связями. Однако он ограничен соединениями с потенциалом ионизации ниже энергии УФ-лампы (обычно 10,6 эВ).
Азотно-фосфорный детектор (NPD)
NPD специфически выявляет азот- и фосфорсодержащие соединения с помощью нагретого шарика, содержащего соли щелочных металлов. Он высокоселективен к азоту и фосфору и используется для анализа следов этих элементов.
Chrozen GC и Trajan: комплексное решение для эффективного контроля качества воды
Газовый хроматограф Chrozen GC в сочетании с хроматографическими колонками Trajan представляет собой универсальное решение для высокоточного анализа воды. Chrozen GC YoungIn Chromass обеспечивает стабильную производительность, высокую чувствительность и точность измерений, что делает его идеальным для анализа различных органических и неорганических соединений. Большой выбор детекторов и устройств для ввода пробы поможет реализовать любую аналитическую задачу лаборатории.
Комбинация Chrozen GC и Trajan гарантирует эффективность и соответствие современным требованиям экологического мониторинга и контроля качества.
Хроматографы ChroZen GC уже прошли сертификацию на территории Украины и имеют оценку соответствия согласно требованиям Технического регламента № 94, следовательно, могут быть использованы в лабораториях сферы законодательно регулируемой метрологии.
Анализ воды методом газовой хроматографии станет еще проще с Chrozen GC и колонками Trajan. А методисты ХЛР научат Вас и Ваш персонал, как правильно и результативно работать с таким оборудованием.
Ирина Кирина,
руководитель отдела отраслевых экспертов ХЛР
