Разработка новых гибридных методов анализа биологических сред и объектов окружающей среды (заключительный)

1. Разработаны методики синтеза высокоэффективных гранулированных и монолитных поверхностно-слойных угольно-фторопластовых сорбентов для экспрессного сорбционного концентрирования летучих органических веществ, в частности, высокотоксичных фенольных соединений (фенола, изомерных крезолов и хлорфенолов) из потока воздуха. В сочетании с ВЭЖХ разработана гибридная методика определения этих соединений на уровне ПДК в воздухе населенных мест, включающая сорбционное концентрирование фенолов в 105 раз. 2. Установлены закономерности динамической сорбции фенолов из газовой фазы различными типами углеродных сорбентов и их последующей десорбции органическими растворителями применительно к обращенно-фазовому ВЭЖХ определению аналитов. Установлено влияние природы и содержания углеродных сорбционно-активных материалов на политетрафторэтиленовом (ПТФЭ) носителе, размеров частиц этих материалов и частиц ПТФЭ-носителя на эффективность динамической сорбции фенольных соединений (фенол, изомерные крезолы) из потока воздуха при его различных скоростях. Установлено, что при размерах частиц угля менее 20 мкм могут быть получены поверхностно-слойные сорбенты (ПСС) с содержанием угля до (30 – 32) % от массы ПТФЭ-носителя. При этом содержание в воздухе водяного пара практически не влияет на параметры удерживания аналитов. Доказана более высокая эффективность ПСС по сравнению с обычными объемнопористыми углями при высоких (более 200 мл/мин) скоростях потока анализируемого воздуха через сорбционную колонку, которая проявляется в полуторно-двукратном увеличении объемов до проскока фенольных соединений. Преимущество ПСС по сравнению с обычными сорбентами на стадии десорбции состоит в 2-3 кратном уменьшении объема необходимого для количественной десорбции органического растворителя и соответствующем увеличении коэффициентов концентрирования аналитов. 3. Установлены физико-химические закономерности и исследованы аналитические возможности предложенной в рамках настоящего проекта двухмерной схемы сорбционного концентрирования применительно к определению высокотоксичных фенольных соединений (фенола, изомерных крезолов и хлорфенолов) в воздухе с их десорбцией органическим растворителем и ВЭЖХ анализом концентрата. По сравнению с известными решениями предложенная схема позволяет приблизительно в 3 раза сократить продолжительность стадии сорбционного концентрирования. При продолжительности концентрирования 10 минут методика анализа на принципах предложенной схемы обеспечивает определение фенолов на уровне ПДК рабочей зоны (1 мг/м3) в случае спектрофотометрического детектора, а при использовании флюориметрического детектора – на уровне ПДК атмосферного воздуха населенных мест (0,01 мг/м3). Проведен отбор и анализ нескольких параллельных проб воздуха Санкт-Петербурга (Московский район) и воздуха аудиторий Института химии СПбГУ. Во всех пробах были найдены следы фенола (меньше ПДК), а изомерные крезолы и хлорфенолы обнаружены не были с точностью до вышеуказанных пределов обнаружения. Для выделения и концентрирования аналитов из жидких проб впервые реализован микроэкстракционный метод, предполагающий in situ образование дисперсной фазы экстрагента в жидкой фазе пробы за счет изменения ее кислотности с одновременным выделением образующейся фазы экстракта на вращающемся пористом гидрофобном диске. Новый микроэкстракционный метод был автоматизирован на принципах циклического инжекционного анализа при установке диска в реакционную емкость. Для реализации нового микроэкстракционного метода в качестве экстрагентов были изучены высшие карбоновые и фосфорорганические кислоты. Установлено, что все изученные экстрагенты при изменении кислотности обеспечивают образование in situ эмульсии и выделение из нее органической фазы на мембранном диске. Установлено, что карбоновые кислоты обеспечивают максимальную эффективность извлечения тетрациклинов, а фосфорорганические кислоты – сульфаниламидов. 5. Разработан новый гибридный метод для анализа твердофазных биологических сред, который предполагает образование in situ глубоко эвтектического растворителя (ГЭР) при нагревании его прекурсоров непосредственно в смеси с твердофазной пробой с последующим микроэкстракционным извлечением целевых аналитов. Схема была реализована в методике определении фторхинолонов в мышечной ткани животных. Для извлечения фторхинолонов были изучены различные гидрофобные и гидрофильные ГЭР. Установлено, что максимальную эффективность экстракции обеспечивает гидрофобный ГЭР. Разработанный метод позволил увеличить степень выделения целевых аналитов с 50 % до 95 % по сравнению с классическим вариантом экстракции. 6. Разработан новый автоматизированный комбинированный метод, предполагающий􀀀 микроэкстракционное выделение тяжелых металлов непосредственно в шприцевом насосе проточного анализатора для его последующего определения методом атомной абсорбции. Впервые изучена возможность применения гидрофильных ГЭР на основе тетрабутиламмония бромида и органических кислот в качестве диспергатора в дисперсионной микроэкстракции. Возможности разработанного метода проиллюстрированы на примере методики автоматизированного определения хрома (VI) в природных водах. Для экстракции хрома были изучены различные спирты и был установлено, что максимальную полноту выделения аналитической формы хрома обеспечивает октанол. В качестве диспергаторов синтезированы и изучены различные ГЭР на основе карбоновых кислот и солей четвертичных аммониевых оснований. Было обнаружено, что с увеличением размера катиона четвертичного аммония эффективность экстракции возрастала. Этот факт может быть объяснен тем, что с увеличением размера иона возрастает его высаливающий эффект. В свою очередь карбоновые кислоты обеспечивали требуемую кислотность для образования аналитической формы аналита. Максимальное значение степени выделения хрома было достигнуто при использовании в качестве прекурсора ГЭР муравьиной кислоты. 7. Разработан новый способ парофазной микроэкстракции летучих аналитов на магнитных сорбентах, удерживаемых в газовой фазе с помощью внешнего постоянного магнита, и показана его эффективность при определении формальдегида в почвах. Для реализации способа синтезированы и изучены ферромагнитные сорбенты типа ядро-оболочка. В них ядро представляют собой частицы магнетита, оболочки имеют как неорганическую, так и органическую природу. Неорганическая оболочка призвана предотвратить взаимодействие магнетита с компонентами элюента, а органическая – увеличить сорбционную способность частиц сорбента за счет взаимодействия между его функциональными группами и формальдегидом. 8. В плане развития микроэкстракционных методов при выполнении проекта установлено, что получивший в последнее время широкое распространение глубокий эвтектический растворитель на основе холина хлорида и фенола не может рассматриваться в качестве экстрагента для реализации жидкостной экстракции из водной фазы. Впервые было экспериментально установлено, что происходит разложение данного ГЭР в водной фазе за счет диссоциации его прекурсора (холина хлорида). Показано, что при введении апротонного растворителя (инициатора фазового разделения), в качестве которого использовали тетрагидрофуран, происходит выделение из гомогенного раствора органической фазы. На основании полученных фазовых диаграммустановлено, что холин хлорид как прекурсор ГЭР не входит в состав образующейся фазы. Ранее в литературе ГЭР на основе холина хлорида и фенола рассматривался как экстрагент для микроэкстракции различных классов аналитов, что является ошибочным, т.к. такой ГЭР в водной фазе полностью разрушается. 9. Впервые для определения стероидных гормонов в биологических жидкостях предложен микроэкстракционный метод, предполагающий in situ их выделение в каплю легкоплавкого экстрагента (н-додеканола), фиксированную на вращающемся диске, помещенном в реакционную емкость циклического инжекционного анализатора. По сравнению с классической твердофазной экстракцией, применяемой для извлечения стероидных гормонов, удалось сократить время пробоподготовки до 15 мин, а расход экстрагента – до 50 мкл. Разработанный метод в сочетании с ВЭЖХ-МС/МС определением аналитов, включен в методику определения стероидных гормонов в биологических жидкостях, по своим аналитическим характеристикам превосходит известные аналоги. 10. Предложен общий подход к изотопному электрофоретическому анализу бора в органических соединениях, заключающийся в сочетании термохимического разложения анализируемого соединения для перевода в форму борной кислоты с последующим ее электрофоретическим изотопным анализом. Продемонстрирована возможность анализа изотопного состава борорганических соединений, используемых в ядерной медицине, на примере боронофенилаланина. Разработана оптимизированная методика изотопного анализа борной кислоты, испытанная на препаратах обогащенных по 10В.