GC, GC/MSD, Příprava vzorků, HPLC, LC/MS, Kapilární elektroforéza
ZaměřeníNebezpečné látky
VýrobceVýznam tématu
Organofosforečné bojové látky (nervově paralytické látky) představují velké riziko pro bezpečnost i životní prostředí. Jejich vysoce toxické účinky vycházejí z inhibice cholinesteráz, což vede k akumulaci acetylcholinu a poruchám nervové signalizace. Důkladná analýza těchto látek, jejich prekurzorů a především degradačních produktů je klíčová pro monitorování dodržování Úmluvy o zákazu chemických zbraní a pro identifikaci zdrojů a doby kontaminace v různých matricích (voda, půda, vzduch).
Cíle a přehled studie
Studie shrnuje výsledky a zkušenosti Výzkumného ústavu organických syntéz (VÚOS) v Pardubicích v oblasti detekce, izolace a analýzy organofosforečných bojových látek a jejich degradačních produktů. Hlavními cíli byly:
- prozkoumat možnosti superkritické fluidní extrakce (SFE) pro izolaci degradátů z půdních matric;
- ověřit retenční indexy řady analogů látky Sarin a jejich methylovaných degradačních produktů;
- zoptimalizovat postupy předúpravy vodných i pevných vzorků (odstranění iontů, derivatizace) pro různé analytické techniky;
- zajistit spolehlivou identifikaci a kvantifikaci v rámci mezinárodních okružních testů Organizace pro zákaz chemických zbraní.
Použitá instrumentace
Pro separaci a detekci původních bojových látek a jejich degradátů bylo využito následujících metod:
- plynová chromatografie s detekcí GC–MS (EI, CI, MS/MS), GC–FTIR, GC–FPD, GC–NPD, GC–AED, GC–FID;
- kapalinová chromatografie spojena s hmotnostní spektrometrií LC–ESI–MS, LC–ESI–MS/MS, LC–APCI–MS, LC–APCI–MS/MS;
- kapilární elektroforéza (CE) s UV detekcí a kombinací CE–ionspray–MS;
- jaderná magnetická rezonance (1H, 31P, 19F NMR) pro charakterizaci preparátů degradátů;
- mikrokolonová kapalinová chromatografie s plameno-fotometrickou detekcí (micro-LC–FPD) a laserem indukovanou fluorescencí.
Použitá metodika
Vzorky vody i půdy byly zpracovány postupem založeným na třístupňové extrakci:
- rozpouštědlová extrakce neutrálních složek (dichlormethan, Soxhlet nebo ultrazvuk);
- vodná extrakce polárních kyselých degradačních produktů (pH 1–2 a pH 10–11), následná iontová výměna;
- bazická extrakce báze s polárními degradačními produkty.
Derivatizace pro GC analýzu prováděna diazomethanem (methylace) a silylačními činidly (BSTFA, MTBSTFA). Použití kvartérních amoniových solí umožnilo „flash alkylaci“ i fázový transfer pro iontové deriváty. Superkritická fluidní extrakce (CO2 + modifikátor methanol) byla optimalizována pro izolaci neutrálních i polárních esterů organofosfonových kyselin.
Hlavní výsledky a diskuse
S optimální přípravou vzorku bylo dosaženo:
- výtěže O-alkyl methylfosfonátů z vodných matrix > 70 % (diazomethan) a ~60 % (silylace);
- izolace polárních degradátů z vodných vzorků s výtěžky 40–85 %;
- superkritická extrakce z půdní matrice: neutrální látky > 90 %, polární degradáty 20–70 % v závislosti na složení půdy;
- validace a tvorba databáze retenčních indexů 1A1 analogů Sarinu a jejich esterů s přesností 0,1–0,6 RI;
- úspěšná účast a přední pozice laboratoře VÚOS ve třetím a čtvrtém mezinárodním oficiálním okružním testu (MOOT) OPCW.
Přínosy a praktické využití
Optimalizované postupy umožňují spolehlivou detekci a kvantifikaci nervově paralytických látek a jejich rozkladných produktů v široké škále matric. Výsledky přispívají k posílení kapacit verificích laboratoří, poskytují standardizovanou metodiku pro kontrolu plnění Úmluvy a podporují rychlou odezvu v případě podezření na nasazení bojových látek.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj je zaměřen na:
- rozšíření superkritické fluidní extrakce o kontinuální modifikátorovou pumpu a vyšší teplotní rozsah;
- aplikaci vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie pro detekci ultrastopových koncentrací;
- automatizaci předúpravy vzorků pomocí pevných fází (SPE) a mikrofluidních technologií;
- vývoj on-line spojení SFE–GC–MS a CE–MS pro rychlou terénní analýzu;
- vytváření otevřených databází retenčních indexů a spekter pro širokou veřejnost.
Závěr
Komplexní analytický přístup zahrnující optimalizovanou přípravu vzorků, derivatizaci, selektivní extrakce a kombinaci chromatografických a spektrometrických metod umožňuje spolehlivou identifikaci a stanovení organofosforečných bojových látek i jejich degradačních produktů v různých matricích. Rozšíření metod o superkritickou fluidní extrakci a tvorba retenčních databází významně posiluje kapacitu ověřovacích laboratoří a přispívá k implementaci Úmluvy o zákazu chemických zbraní.
Reference
- Lisy V.: Chem. Prum. 3, 10 (1997).
- Soderstrom M. T., Ketola R. A.: Fresenius Z. Anal. Chem. 350, 162 (1994).
- Kientz Ch. E., Verweij A., de Jong G. J., Brinkman U. A. T.: J. Microcol. Sep. 4, M1 (1992).
- Franke S.: Lehrbuch der Militärchemie. Band I. Militärverlag der DDR, Berlin 1997.
- Yang Y., Szafraniec L. L., Beaudry W. T., Rohrbaugh D. K.: J. Am. Chem. Soc. 112, 6621 (1990).
- Preliminary Evaluation of Results, Third Official Proficiency Test, OPCW Haag 1997.
- Witkiewicz Z., Mazurek M., Szulc J.: J. Chromatogr. 503, 293 (1990).
- Tornes J. A., Opstad A. M., Johnsen B. A.: Inter. J. Environ. Anal. Chem. 44, 227 (1991).
- Rautio M.: Recommended Operating Procedures for Sampling and Analysis in the Verification of Chemical Disarmament. Ministry for Foreign Affairs of Finland, Helsinki 1993.
- Verweij A., Degenhardt C. E. A. M., Boter H. L.: Chemosphere 3, 115 (1979).
- Verweij A., Boter H. L., Degenhardt C. E. A. M.: Science 204, 616 (1979).
- Harvey D. J., Horning M. G.: J. Chromatogr. 79, 65 (1973).
- Field J. A.: Nati. Meet. Amer. Chem. Soc. 33, 300 (1993).
- Tornes J. A., Johnsen B. A.: J. Chromatogr. 467, 129 (1989).
- Lisi A. M., Trout G. J., Kazlauskas R.: J. Chromatogr. 563, 257 (1991).
- Lisi A. M., Kazlauskas R., Trout G. J.: J. Chromatogr. 557, 57 (1992).
- Nicholson J. D.: Analyst 103, 1 (1978).
- Tornes J. A., Opstad A. M., Johnsen B. A.: Inter. J. Environ. Anal. Chem. 44, 209 (1991).
- Bossle P. C., Martin J. J., Sarver E. W., Sommer H. Z.: J. Chromatogr. 267, 209 (1983).
- Sipponen K. B.: J. Chromatogr. 389, 87 (1987).
- Kientz Ch. E., Verweij A., Boter H. L., Poppema A., Frei R. W., de Jong G. J., Brinkman U. A. T.: J. Chromatogr. 467, 385 (1989).
- Kientz Ch. E., Verweij A., de Jong G. J., Brinkman U. A. T.: J. Microcol. Sep. 4, 465 (1992).
- Roach M. C., Ungar L. W., Zare R. N., Reimer L. M., Pompliano D. L., Frost J. W.: Anal. Chem. 59, 1056 (1987).
- Bossle P. C., Reutter D. J., Sarver E. W.: J. Chromatogr. 407, 399 (1987).
- Wils K. R. J., Hulst A. G.: J. Chromatogr. 454, 261 (1988).
- Wils K. R. J., Hulst A. G.: J. Chromatogr. 525, 151 (1990).
- Wils K. R. J., Hulst A. G.: Fresenius Z. Anal. Chem. 321, A1 (1985).
- Bruins A. P., Covey T. R., Henion J. D.: Anal. Chem. 59, 2642 (1987).
- Kingery A. F., Allen H. E.: Anal. Chem. 66, 155 (1994).
- Pianetti G. A., Taverna M., Baillet A., Mahuzier G., Baylocq-Ferrier D.: J. Chromatogr. 630, 371 (1993).
- Kostiainen R., Bruins A. P., Hakkinen V. M. A.: J. Chromatogr. 634, 113 (1993).
- Black O. R. M., Clarke R. J., Cooper D. B., Read R. W., Utley D.: J. Chromatogr. 637, 71 (1993).
- Black R. M., Clarke R. J., Read R. W., Reid M. T. J.: J. Chromatogr. 662, 301 (1994).
- Creasy W. R., Rodriguez A. A., Stuff J. R., Warren R. W.: J. Chromatogr. A 709, 333 (1995).
- Hawthorne S. B.: Anal. Chem. 62, 633A (1990).
- Chester T. L., Pinkston J. D., Raynie D. E.: Anal. Chem. 64, 153R (1992).
- Chester L., Pinkston J. D., Raynie D. E.: Anal. Chem. 66, 106R (1994).
- McNally M. E. P.: Anal. Chem. 67, 308A (1995).
- King J. W.: J. Chromatogr. Sci. 27, 355 (1989).
- Pawliszyn J.: J. Chromatogr. Sci. 31, 31 (1993).
- Langenfeld J. J., Hawthorne S. B., Miller D. J., Pawliszyn J.: Anal. Chem. 67, 1727 (1995).
- Yang Y., Gharabeh A., Hawthorne S. B., Miller D. J.: Anal. Chem. 67, 641 (1995).
- Lee H. B., Peart T. E.: J. Chromatogr. 594, 303 (1992).
- Rochette E. A., Harsch J. B., Hill H. H., Jr.: Talanta 40, 147 (1993).
- Hawthorne S. B., Miller D. J., Nivens D. E., White D. C.: Anal. Chem. 64, 405 (1992).
- Field J. A., Miller D. J., Field T. M., Hawthorne S. B., Giger W.: Anal. Chem. 64, 3161 (1992).
- Field J. A.: Nati. Meet. Amer. Chem. Soc., Div. Envir. Chem. 33, 320 (1993).
- Lopez-Avila V., Benedicto J.: Nati. Meet. Amer. Chem. Soc., Div. Envir. Chem. 33, 320 (1993).
- Ashraf-Khorassani M., Taylor L. T., Zimmerman P.: Anal. Chem. 62, 1177 (1990).
- Oostdyk T. S., Grob R. L., Snyder J. L., McNally M. E.: Anal. Chem. 65, 596 (1993).
- Fernandez P., Alder A. C., Giger W.: Nati. Meet. Amer. Chem. Soc., Div. Envir. Chem. 33, 303 (1993).
- Hills J. W., Hill H. H., Jr., Maeda T.: Anal. Chem. 63, 2152 (1991).
- Croft M. Y., Murby E. J., Wells R. J.: Anal. Chem. 66, 4459 (1994).
- Chatfield S. N., Croft M. Y., Dang T., Murby E. J., Yu G. Y. R., Wells R. J.: Anal. Chem. 67, 945 (1995).
- Lee H. B., Peart T. E., Hong-You R. L.: J. Chromatogr. 605, 109 (1992).
- Kuitunen M. L., Hartonen K., Riekkola M. L.: J. Microcol. Sep. 3, 505 (1991).
- Griest W. H., Ramsey R. S., Ho S. H., Caldwell W. M.: J. Chromatogr. 600, 273 (1992).
- Finnish Retention Index Libraries, Finland, Non Paper, 17. April 96.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.