Визначення вмісту пестицидів з використанням газорідинної хроматографії

Тонкошарова хроматографія (ТШХ) є одним з найбільш простих і ефективних експрес-методів розділення і аналізу речовин у харчових продуктах, біологічних рідинах і інших об'єктах, що не вимагають складного устаткування. У той же час метод має високу вибірковість і чутливістю (низькою межею виявлення). Цим методом можна визначити 10-20 мкг речовини з точністю до 5-7%.

З точки зору особливостей нашого експерименту, газорідинна хроматографія є найбільш удосконаленим методом хроматографії, що поєднує такі якості, як універсальність, висока чутливість, швидкість та простота виконання аналізу. Завдяки цим якостям, ми надійно зможемо ідентифікувати кількість надлишкових хлорорганічних пестицидів в молоці.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2. ТОНКОШАРОВА ХРОМОТОГРАФІЯ

 

2.1. Основи хроматографії та її види

 

Хроматографічні методи посідають особливе місце серед ефективних методів аналітичного аналізу, оскільки найбільш широко використовуються завдяки своїй універсальності – дозволяють провести аналіз складних неорганічних та органічних речовин, що перебувають у газовому, рідкому і навіть твердому агрегатному стані.

Хроматографія – високоефективний фізико-хімічний метод розділення і аналізу, в якому речовина розподіляється між двома фазами: рухомою і нерухомою.

Хроматографія поєднує в собі як способи концентрування і розділення, так і способи ідентифікації та кількісного визначення різноманітних речовин.

Розділення компонентів суміші на хроматографічній колонці зумовлене їх різним утримуванням у нерухомій фазі. Якщо як нерухому фазу взяти подрібнений сорбент – речовину, яка поглинає компоненти суміші, і наповнити ним скляну чи металічну трубку, а просування рухомої фази (рідини чи газу) здійснювати за рахунок різниці тиску на кінцях цієї трубки, то ця трубка буде представляти собою хроматографічну колонку. Нерухома фаза – це твердий адсорбент із розвиненою поверхнею або плівка рідини, адсорбційно закріплена на твердому носії; рухома фаза – потік газу або рідини, який проходить (фільтрується) крізь шар сорбенту

Функція нерухомої фази – сорбувати, утримувати речовини, функція рухомої фази – розчиняти в собі речовини і переміщувати їх. Неоднаковий розподіл компонентів суміші між фазами створює умови, необхідні для їх розділення та подальшого визначення.

 

 

 

За допомогою хроматографічного методу можна провести:

- якісний і кількісний аналіз досліджуваної речовини;

- концентрування речовин з дуже розбавлених розчинів;

-розділення складних сумішей органічних і неорганічних речовин на окремі компоненти; розділення і виділення рослинних і тваринних пігментів, ізотопів, рідкоземельних елементів та інших речовин;

-очищення речовин від домішок;

-визначення молекулярної структури деяких сполук шляхом встановлення зв’язку між здатністю до сорбції і будовою даної речовини.

Газова хроматографія - різновид хроматографії, метод поділу летючих компонентів, при якому рухомою фазою служить інертний газ (газ-носій), що протікає через нерухому фазу з великою поверхнею. В якості рухомої фази використовують водень, гелій, азот, аргон, вуглекислий газ. Газ-носій не реагує з нерухомою фазою і речовинами, що.

Розрізняють газо-твердофазних і газо-рідинну хроматографію. У першому випадку нерухомою фазою є твердий носій (силікагель, вугілля, оксид алюмінію), у другому - рідина, нанесена на поверхню інертного носія.

Газо-рідинна хроматографія - розділення газової суміші внаслідок різної розчинності компонентів проби в рідині або різної стабільності комплексів, що утворюються. Нерухомою фазою служить рідина, нанесена на інертний носій, рухомий - газ.

Розділення засновано на відмінностях у летючості і розчинності (або адсорбованих) компонентів суміші,.

Цей метод можна використовувати для аналізу газоподібних, рідких і твердих речовин з молекулярною масою менше 400, які повинні відповідати певним вимогам, головні з яких - летючість, термостабільність, інертність, легкість отримання. Цим вимогам повною мірою задовольняють, як правило, органічні речовини, тому газову хроматографію широко використовують як серійний метод аналізу органічних сполук.

 

Газова хроматографія - метод поділу летючих, термостабільних сполук. Цим вимогам відповідає близько 5 % відомих органічних сполук, але саме ці сполуки залишають70-80% сполук, які використовує людина в сфері виробництва і побуту. Рухомий фазою служить інертний газ (газ - носій), протікає через нерухому фазу, що має велику поверхню. У якості рухомої фази можна використовувати водень, гелій, азот, аргон і вуглекислий газ. Найбільш часто використовують азот, як більш доступний і дешевий. Газ-носій забезпечує перенесення поділюваних компонентів по хроматографічній колонці і не взаємодіє ні з речовинами, що розділяються , ні з нерухомою фазою.

Перевагами газової хроматографії є:

- Порівняльна простота  апаратурного оформлення;

- Вельми широкі межі  застосування (можна визначати з'єднання, для яких досягається тиск насиченої пари 0,001-1 мм рт.ст.) ;

- Можливість визначення  з високою точністю малих кількостей газів органічних сполук з високою точністю;

- Швидкість аналізу;

- Широкий вибір сорбентів  і нерухомих фаз;

- Висока гнучкість зміни  умов поділу ;

- Можливість здійснення  хімічних реакцій вхроматографічної колонці або детекторі, що розширює колоаналізованих сполук (реакційна газова хроматографія ) ;

Тонкошарова хроматографія. Тонкошарова хроматографія (ТШХ) є різновидом рідинної хроматографії, в якій рухлива фаза (ПФ) рухається в пористому середовищі шару адсорбенту. Процес подібний паперовій хроматографії, але його перевагою є велика швидкість аналізу, більш висока якість розділення, і можливість вибору однієї з нерухомих фаз, що володіє найбільш відповідними властивостями. На даний момент тонкошарова хроматографія (ТШХ) є одним з основних методів аналізу сумішей органічних речовин в наукових лабораторіях і повністю витіснив паперову хроматографію.

Аналітична ТСХ є якісним методом аналізу речовин. Необхідно пам'ятати, що інтенсивність кольору плям далеко не завжди є навіть приблизної кількісної характиристики. Така оцінка можлива при використанні універсальних проявників, тоді детектування проводиться візуально або за допомогою денситометра.

Препаративна ТСХ є методом виділення речовини або групи близьких речовин із суміші. У цьому випадку суміш наноситься на старт у вигляді суцільної смуги. Далі відрізається край пластини (або закривається вся інша частина) і виробляється прояв. Частина пластини, відповідним цільовим речовинам відскрібаються, речовина відділяється від адсорбенту. Препаративну ТШХ слід використовувати, якщо в лабораторії немає високоефективного рідинного хроматографа (ВЕРХ)

Високоефективна рідинна хроматографія — один з ефективних хроматографічних методів аналізу і розділення складних сумішей. Принцип хроматографічного розділення також лежить в основі ряду технологічних процесів.

Як спосіб аналізу, ВЕРХ входить до складу групи методів, яка, зважаючи на складність досліджуваних об'єктів, включає попереднє розділення початкової складної суміші на відносно прості. Отримані прості суміші аналізуються потім звичайними фізико-хімічними методами або спеціальними методами, створеними для хроматографії. Принцип рідинної хроматографії полягає в розділенні компонентів сумішей, засновуючись на відмінності в рівноважному розподілі їх між двома фазами, що не змішуються, одна з яких нерухома, а інша рухома. Суміші нерівно розподіляються між двома фазами завдяки своїм полярностям, розміру або іншим властивостям. Відмітною особливістю ВЕРХ є використання високого тиску і дрібнозернистих сорбентів (зазвичай 3-5 мкм, часто до 1,8 мкм). Це дозволяє розділяти складні суміші речовин швидко і повно (середній час аналізу від 3 до 30 хвилин).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.   Принцип роботи ДЕЗ (детектора електронного захоплення) в газорідинній хромотографії

 

Детектори у рідинній хроматографії бувають декількох типів. Переважно це оптичні детектори (абсорбційні, люмінесцентні, рефрактометричні), інші – електрохімічні детектори (потенціометричні, амперометричні, кондуктометричні тощо), газові. Основний вузол оптичного детектора – високочутливий спектрофотометр, який дає змогу детектувати сполуки концентрації до 10 - 10, які поглинають світло в ультрафіолетовій і видимій частинах спектра (190–800 нм) з реєстрацією спектра протягом 0,01–0,05 с.

У газо-рідинної хроматографії застосовується ряд детекторів, специфічно реагують на будь-які органічні речовини або ж на органічні речовини з певною функціональною групою. До їх числа відносяться іонізаційні детектори, детектори електронного захоплення, термоіонні, спектрофотометричні та деякі інші детектори.

Детектор електронного захоплення є найбільш часто використовуваних селективним газохроматографічному детектором . ДЕЗ застосовується для визначення сполук, що володіють великим спорідненістю до електронам . Ці речовини захоплюють вільні теплові електрони в камері з радіоактивним джерелом з утворенням стабільних іонів. Він успішно застосовується для визначення малих концентрацій галоген - , азот - і кисневмісних речовин.

Система детектування по захопленню електронів включає: іонізаційну камеру ( осередок детектора ) і джерело поляризующего напруги (блок живлення ) . В осередку детектора газ -носій під впливом β - випромінювання джерела 63Ni іонізується з утворенням позитивних іонів і вільних електронів. Умови електронного харчування детектора такі, що процес іонізації частково звернемо за рахунок протікання іон - електоронной рекомбінації .

При появі в детекторі молекул аналізованого речовини, що володіє спорідненістю до електрона , відбувається захоплення електронів речовиною з утворенням негативних іонів . Рухливість масивних негативних іонів на 4 ? 5 порядків менше рухливості електронів , що призводить в ДЕЗ до заміни електорон - іонної рекомбінації на іон - іонну . Швидкість утворення заряджених частинок визначається величиною рівній сумі швидкостей процесів рекомбінації та збору зарядів на електродах детектора. Остання величина визначає струм , реєстрований у зовнішній ланцюга детектора електрометром .

При постійній напрузі живлення детектора струм, що протікає через нього , в результаті захоплення електронів електроноакцепторними речовинами знижується , так як швидкість рекомбінації зростає. Чутливість ДЕЗ визначається ефективністю захоплення електрона і залежить від великої кількості різних факторів : природи аналізованого речовини і газу -носія , умови електричного та газового харчування , чистоти газу , температури детектора. При захопленні електрона нейтральній молекулою з утворенням негативного іона потенційна енергія частки зменшується. Різниця енергій нейтральної молекули та відповідного їй негативного іона називається спорідненістю до електрона , а речовини , молекули яких здатні захоплювати електрони - електроноакцепторамі . Ймовірність захоплення електрона молекулою залежить від енергії електрона і природи молекули , причому захоплення може здійснюватися в процесах наступних типів:

дисоціативний захоплення - захоплення електрона молекулою з утворенням порушеної іона та подальшої його дисоціацією ;

захоплення електрона з утворенням порушеної іона і подальшою втратою збудження при зіткненні з третього часткою ;

захоплення електрона при потрійному зіткненні ;

радіаційний захоплення електрона нейтральним атомом .

Радіаційний захват малоймовірний і, як правило , не відбувається. Ймовірність захоплення різко зростає , якщо в процесі захоплення бере участь третя частка . Здатність атомів або молекул виконувати роль третьої частинки залежить від того , чи можуть вони поглинати звільнену при захопленні електронів енергію. Завдяки великому числу внутрішніх ступенів свободи молекули ефективніше , ніж атоми , і виконують роль третьої частинки. Коли звільняється при захопленні енергія повністю йде на збільшення потенційної енергії третьої частинки , спостерігається резонанс - різке збільшення захоплення електрона . Коли електрон захоплюється молекулою , надлишок енергії може йти на порушення електронних рівнів молекулярного іона. Якщо ця енергія перевищує енергію дисоціації іона , то утворений збуджений іон дисоціює на нейтральну частку і негативний іон. Імовірність діссоціаціатівного захоплення звичайно сильно залежить від енергії електрона . Якщо звільняються при захопленні енергія (сума кінетичної енергії електрона і спорідненості молекули до електрона ) дорівнює або більше енергії дисоціації , то захоплення відбувається . Проте при великих енергіях електрона дисоціативний захоплення не відбувається , тому залежність ймовірності диссоциативного захоплення від енергії електрона має характер , близький до резонансного . Енергія електрона , при якій спостерігається резонансне збільшення захоплення , для різних речовин різна. Наприклад , у сполук , легко диссоциирующих і мають велику спорідненість до електрона , ймовірність захоплення максимальна при практично нульовій енергії електрона . Якщо ж енергія дисоціації велика, а спорідненість до електрону мало , ймовірність диссоциативного захоплення може бути великий лише при значних енергіях електронів. Таким чином , для детектування великого числа речовин , що володіють різним спорідненістю до електрона , необхідно забезпечити умови для наявності в детекторі електронів широкого спектру енергій. Особливо сильний вплив на енергію електронів надає природа газу -носія .

 

 

 

 

2.3. Хроматографічне обладнання для проведення дослідження пестицидів в молоці 

 

Для кількісного аналізу пестицидів  в молоці використовуємо хроматограф газорідинний ГАЛС-311. Газовий хроматограф ГАЛС-311 призначений для проведення аналізів складних багатокомпонентних сумішей органічних і неорганічних сполук у лабораторних умовах. Він має наступні переваги: