Диоксины и диоксиноподобные соединения - признанные «лидеры» по токсичности даже среди химических поллютантов «грязной дюжины» (“dirty dozen”). Наиболее известный представитель этой группы соединений- 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин, который обладает максимальной токсичностью и нередко именуется собственно диоксином.
Под диоксинами в широком смысле понимают обширное семейство полихлорированных дибензопарадиоксинов и дибензофуранов, которые имеют сходную молекулярную структуру, но отличаются количеством и расположением атомов хлора, замещающих атомы водорода в ароматических циклах. Дибензопарадиоксины образуют группу из 75 конгенеров (родственных соединений, которые получаются в результате одного/общего химического процесса), для полихлорированных дибензофуранов число конгенеров - 135.
Источник происхождения этих загрязнителей преимущественно индустриальный, они являются нежелательными побочными продуктами многих технологических процессов. В несоизмеримо меньшей степени диоксины генерируются в результате естественных природных катаклизмов, связанных с реакцией горения, - извержений вулканов, лесных пожаров.
Токсические эффекты диоксинов и диоксиноподобных соединений сложны и разнообразны, имеют ярко выраженный дозозависимый эффект. На молекулярном уровне интересное проявление токсических свойств диоксинов связано с их особым химическим родством к некоторым регуляторным белкам-рецепторам, осуществляющим контроль генной экспрессии. Взаимодействие диоксина с регуляторным белком способствует переходу последнего в активную форму, которая, связываясь со специфичной регуляторной последовательностью ДНК, запускает биосинтез белков-ферментов, метаболизирующих диоксины. При этом, образуемые метаболиты оказываются более токсичными, чем их хемогенные прекурсоры.
На организменном уровне высокие концентрации диоксинов вызывают повреждение кожных покровов, а длительное воздействие более низких концентраций обусловливает угнетение всех систем организма с активно пролиферирующими тканями (иммунная, эндокринная, половая). Хорошо документированы случаи эндометриоза (неконтролируемого разрастания эндометрия за пределы матки) у женщин при воздействии 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксина. Многие диоксины обладают выраженной канцерогенной активностью. Период полужизни этих стойких химических загрязнителей в организме человека составляет около 10 лет, что определяет их высокий накопительный эффект, связанный с преимущественным депонированием в жировой ткани.
Мониторинг содержания полихлорированных дибензопарадиоксинов и дибензофуранов в поверхностных водах, почвах и продуктах питания имеет особое значение и является объектом пристального контроля со стороны государственных служб. Хорошо известны крупные скандалы с тяжелыми экономическими последствиями, причиной которых стал отзыв пищевой продукции (домашняя птица, свинина, яйца), загрязненной диоксинами в Ирландии (2008), Бельгии (1999), Италии (1976).
Лабораторный анализ диоксиноподобных соединений (диоксинов и фуранов) в различных объектах природной среды и промышленных выбросах на метрологическом уровне, установленном соответствующими нормативными документами, - вершина современной аналитической химии. Как препаративная, так и инструментальная составляющая методики измерений этих соединений, предполагает использование дорогостоящих реактивов и средств измерения, которыми обычно располагают только крупные лаборатории. Так, в ходе пробоподготовки необходимо внесение в образец суррогатов-имитаторов, содержащих метку в виде тяжелого изотопа углерода 13С, кроме того изотопно-меченный внутренний стандарт необходимо вносить в экстракт перед инъекцией в хроматограф. Для детекции индивидуальных аналитов необходим масс-селетивный детектор (МСД).
В нашей лаборатории для анализа диоксинов и фуранов используется мощнейшая ГХ-МС система (Agilent 7000C MS/MS) с тандемным масс-анализатором (Triple quad, TQQ), которая гарантирует наилучшее решение этой непростой аналитической задачи на самом высоком исследовательском уровне.
В области аккредитации нашей лаборатории есть несколько методик для анализа массовой концентрации диоксинов в различных средах, в которых описываются отбор проб, экстракция, очистка и анализ на хромато-масс-спектрометре данных загрязнителей.
Наша лаборатория аккредитована на лабораторные исследования (анализы) диоксинов (ПХДД) и фуранов (ПХДФ) в промышленных выбросах, атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, воде, грунтах, почвах, донных отложениях, отходах.
Отбор проб для определения диоксинов
Пробы воздуха отбирают, прокачивая известный объём воздуха через различные фильтры. Перед отбором проб на фильтры наносятся изотопно-меченые стандарты-имитаторы этих соединений, необходимые для контроля всех этапов анализа.
При анализе диоксинов в воде и грунтах воде изотопно-меченые стандарты-имитаторы диоксинов вносятся в пробы перед экстракцией, также они используются как внутренние стандарты при градуировке.
Экстракция и очистка
Из пробы грунта или донных отложений диоксины экстрагируют как минимум 18 часов в аппарате Сокслета смесью гексан-хлористый метилен (1:1 по объёму), а из воздушных фильтров от 3 до 16 часов в зависимости от фильтра.
Из 1 дм3 воды экстрагируют хлористым метиленом в делительной воронке трижды.
Затем экстракт чистят на многослойной колонке, заполненной различными сорбентами на основе силикагеля и осушителем, после чего на угольной колонке, еще раз на многослойной колонке и на колонке с оксидом алюминия.
Полученный экстракт концентрируют, добавляют инструментальный внутренний стандарт, который нужен для контроля полноты экстракции анализируемых соединений и правильности работы прибора. Затем пробу переносят в хроматограф хромато-масс-спектрометра для записи хроматограммы.
Аппаратура для измерения содержания диоксинов
Для анализа диоксинов в нашей лаборатории используется хромато-масс-спектрометр Agilent 7000C. В состав системы входит газовый хроматограф Agilent 7890 и тандемный масс-спектрометр с тройным квадруполем (QQQ). Масс-спектрометр имеет ионный источник, предназначенный для ионизации электронным ударом.
Основы метода анализа диоксинов на хромато-масс-спектрометре с тройным квадруполем
В хроматографе происходит деление анализируемой смеси на отдельные соединения, которые поступают в масс-спектрометр поочередно. В масс-спектрометре происходит ионизация поступающего вещества, фрагментация на отдельные заряженные ионы в ионном источнике и отбор по массам на первом квадрупольном масс-фильтре. Первый квадруполь настраивается на пропуск только ионов, характерных для определенного соединения, которые можно измерять.
К сожалению, такой селективности для анализа диоксинов недостаточно.
Одновременно с ионами анализируемого вещества через один квадруполь могут одновременно пройти и ионы фоновых веществ, которые могут остаться в пробе даже после всех очисток экстракта. Это может привести к ошибочному определению.
В тройной системе (QQQ), во втором квадруполе, происходит столкновение ионов, прошедших через первый квадруполь, с молекулами азота. Конструкция прибора позволяет добавлять азот во второй квадруполь и регулировать энергию соударений. В результате столкновений возникают новые ионы — «продукты». Вероятность возникновения одинаковых «продуктов» из ионов анализируемых соединений и ионов фона мала. В третьем квадруполе происходит отбор ионов — «продуктов», характерных только для анализируемых целевых соединений. Только они попадают на детектор. За счет этого резко увеличиваются соотношение сигнал/шум и селективность всей системы, которые достаточны для анализа следовых количеств диоксинов.
Идентификация диоксинов
Идентификацию диоксинов проводят по времени удерживания на хроматограмме определяемых соединений и по ионам в масс-спектрах, которые характерны для этих соединений.
Для каждого компонента смеси диоксинов из их масс-спектров выбирают два пика с характерными массами. Для обоих пиков записывают свои масс-хроматограммы. Далее, сравнивают полученные масс-хроматограммы на предмет совпадения времен удерживания и на предмет определенного отношения площадей пиков.
Для полного подтверждения компонента используются аналогичные действия с одновременно записанной информацией о соответствующих изотопно-меченых добавленных внутренних стандартах.
Для количественного обсчета используются предварительно полученные градуировочные графики.
Лабораторный Кластер
Все виды лабораторных исследований:
Прайс-лист на исследование воды
Прайс лист на исследование почвы
Прайс-лист на исследование отходов
Прайс лист на исследование воздуха
Подписывайтесь на наш канал, чтобы быть в курсе наших проектов и исследования.
