VI.3. Газохроматографическое разделение

Первоначально при определении ПХДД и ПХДФ использовалась хроматография низкого разрешения на набивных колонках с последующей масс-спектрометрией. Она требовала многоступенчатой очистки экстрактов, сопровождающейся большими трудозатратами. В настоящее время для разделения отдельных изомеров в смесях диоксинов, содержащихся в очищенных экстрактах, применяется хроматография высокого разрешения. Применение кварцевых и стеклянных капиллярных колонок с привитыми фазами позволило заметно снизить требования к очистке экстрактов, хотя в целом очистка должна быть адекватной решаемым задачам [198,201,202,205,207,270].

Создание изомер-избирательных методов идентификации и количественного определения отдельных изомеров в смесях ПХДД и ПХДФ явилось принципиальным шагом в их определении [125,191, 205,270,356,441,442,534,885,889,935,979]. Эффективны они и при определении ПХБ [204,983]. Дело в том, что масс-спектрометрический метод не обеспечивает определения отдельных изомеров (спектры большинства изомеров в каждой из смесей изомерных серий соединений, как ПХДД, так и ПХДФ, оказываются аналогичными). Между тем необходимость в определении отдельных изомеров диктуется принципиальными различиями в токсичности отдельных диоксинов, входящих в состав больших серий изомеров.

Разделение изомеров диоксинов ПХДД и ПХДФ проводится с помощью программирования температуры на капиллярных колонках, изготовленных из плавленного кварца [961] или стекла, длиной до 60 м (внутренний диаметр порядка 0,25 мм). В качестве неподвижной фазы применяют самые различные материалы: сильнополярную (3-цианопропил)полисилокса-новую фазу - Silar 10C [191,441,442,894,901], SP-2330 ("Supelco, Inc.", PA, USA) [191,892,901,933, 944,954,957], SP-2331 [885,904,918,951,955], SP-2340 [191,970], CP Sil 88 ("Chrompack", Middelburg, The Netherlands) [885,903,947], низкополярную фазу DB-5 ("J&W Scientific", CA, USA) [716,771,901,921,928,949,957,958,979], DB-17 [885] или DB-225 [961,970] и ряд других фаз - SE-54 [191,444], SILOV [191,894], OV-17 ("Quadrex", New Haven, CT, USA) [191,891,905,912], OV-101 [191,894,901]. Сообщается об успешном использовании некоторых новых капиллярных колонок [970].

Колонки с SP-2330 широко используют для определения диоксинов в экстрактах газовых выбросов, летучей золы, почвы и донных отложений. Колонки с SP-2331 обычно применяют при определении в атмосферном воздухе, летучей золе, почве, технических и пищевых продуктах. Колонки с низкополярной фазой DB-5 показали свою эффективность при анализе воздуха и газовых выбросов, вод и очищенных стоков, пищевых продуктов и биопроб. Удачен опыт применения и колонок с другими фазами - SE-30 (летучая зола), SE-54 (очищенные стоки, древесина), HP-17 (атмосферный воздух), OV-17 (донные отложения), OV-240-OH (биопробы) и т.д. [72,73,894,885,890,921,927,928,933,961].

Таким образом сочетание газовой хроматографии высокого разрешения с масс-спектрометрическим окончанием для количественного определения уже разделенных изомеров обеспечивает возможность определения отдельных, например, наиболее токсичных изомеров.

Универсальных фаз пока не создано и вряд ли они могут существовать. Поэтому применяемая техника должна быть адекватна задаче. В частности, для отделения наиболее токсичного диоксина 2,3,7,8-ТХДД от остальных 21 изомеров ТХДД применима ГЖХ высокого разрешения с различными капиллярными колонками - Silar 10С [441,442], SP-2330 [901] и др. [970]. Описана методика идентификации отдельных изомеров и гомологов диоксинов ПХДД (в каждой из серий с x+y от 4 до 8) с помощью колонок Silar 10С [441,442] и SP-2330 [120], а также на активированном оксиде алюминия [979].

Отделение высокотоксичного дибензофурана 2,3,7,8-ТХДФ от остальных 37 изомеров серии ТХДФ достигнуто с использованием нескольких методик [885,886,961,970]. В их числе последовательное соединение двух колонок DB-5 и DB-225 [961], капиллярная ГХ со смектической жидкокристаллической фазой [885,886] и т.д. Описан способ идентификации каждого из 38 изомеров ТХДФ в их смеси, достигаемой с использованием капиллярных колонок SP-2330 и SE-54 [444] или одновременно двух колонок SP-2331 и DB-17 [885]. Сообщается о разделении с помощью колонки SP-2330 большинства изомеров в смесях ТХДФ, ПнХДФ и ГкХДФ [120]. Это важно, в частности, когда необходимо разделить такие пары изомеров, как высокотоксичный 1,2,3,7,8-Cl5-ДФ и менее токсичный 1,2,3,4,7,9-Cl6-ДФ, которые обычно элюируются без разделения. Такое разделение достигается на колонках OV-17 и DB-5 [270].

В работе [968] выполнено сравнительное исследование индексов удерживания 17 наиболее токсичных гомологов и изомеров диоксинов (7 в ряду ПХДД и 10 в ряду ПХДФ). Использованы колонки с новыми полисилоксановыми фазами с концевыми гидроксильными группами OV-17-OH, OV-225-OH, OV-240-OH (20 м х 0,3 мм) и на традиционных колонках SP-2330 (60 м х 0,2 мм). Как оказалось, полисилоксановые фазы средней полярности OV-225-OH и OV-240-OH обладают высокой инертностью и термостабильностью и являются наиболее избирательными по отношению к токсичным ПХДД.

В большом обзорном сообщении [205] заново синтезированы, очищены и исследованы все 135 гомологов и изомеров диоксинов, содержащих от 4 до 8 атомов хлора - 49 в ряду ПХДД и 87 в ряду ПХДФ. Полученная серия хроматограмм свидетельствует, что любое из этих соединений, в том числе токсикологически важные 17 веществ с фрагментом 2,3,7,8-Cl4, может быть отделено с помощью капиллярной ГХ от остальных путем целенаправленного подбора фаз (не менее двух). Исследование позволило дать корректные отнесения хроматографических пиков для всех тех изомерных пар и троек, данные о которых ранее оставались сомнительными. Показана, в частности, справедливость отнесений, выполненных ранее для ряда спорных случаев - в работе [441] для тройки 1,2,6,8-, 1,2,7,8- и 1,2,7,9-ТХДД, в работе [442] для пары 1,2,3,9- и 2,3,7,8-ТХДД, в работе [961] для тройки 2,3,7,8-, 2,3,4,7- и 1,2,3,9-ТХДФ, в работе [423] для тройки 1,3,4,7,8-, 1,3,4,7,9- и 1,2,3,6,8-ПнХДФ, в работах [191,918] для пары 1,2,6,7,8- и 2,3,4,6,8-ПнХДФ, в работе [423] для пары 1,2,4,6,7,8- и 1,3,4,6,7,8-ГкХДФ.

Важным шагом в повышении информативности определений и в автоматизации хроматографического разделения сложных диоксиновых смесей явилась практика двухступенчатой [205,897,956] и двумерной [923] жидкостной хроматографии.

При последовательном соединении капиллярных колонок с низкополярной фазой DB-5 и с более полярной фазой CP Sil 88 длиной 50-60 м каждая первая колонка обеспечивает четкое разделение анализируемой смеси на гомологические группы, содержащие каждая диоксины с равным числом атомов хлора - ТХДД, ПнХДД, ГкХДД и т.д.[956]. В свою очередь на второй колонке происходит полное разделение изомеров внутри каждой группы. В результате использования этой техники удается вводить в ГХ большие объемы очищенных экстрактов, что в свою очередь позволяет заметно снизить предел обнаружения.

Применение двумерной высокоэффективной жидкостной хроматографии позволяет осуществлять токсикологически ориентированный анализ объектов - проводить препаративное выделение из общей смеси ПХДД и ПХДФ только 2,3,7,8-Cl4-содержащих гомологов и изомеров (7 в ряду ПХДД и 10 в ряду ПХДФ) с последующим определением каждого в рамках стандартной процедуры [923].

В результате удается сравнительно просто получать данные о токсических характеристиках различных образцов, важные для целей мониторинга.