Využití SPE při stanovení chlorfenolů ve varní vodě a pivu.

Práce popisuje metodu stanovení chlorfenolů ve varní vodě a pivu. Pro extrakci a zakoncentrování analytů byla využita technika extrakce na pevné fázi (SPE). Poté byly chlorfenoly derivatizovány anhydridem kyseliny octové a stanoveny na plynovém chromatografu s detektorem elektronového záchytu. V práci byly porovnány SPE kolonky LiChrolut EN (ethylvinylbenzen-divinylbenzen kopolymer s extrémně velkým specifickým povrchem) a LiChrolut RP-18. Kromě toho byl zkoumán vliv různého objemu elučního činidla na výtěžnost chlorfenolů. V práci jsou dále popsány pracovní charakteristiky optimalizované metody.

1 ÚVOD

Chlorované fenoly se svou povahou řadí mezi látky, které se značnou měrou podílejí na znečištění životního prostředí. Jejich hlavními zdroji jsou jednak ochranné prostředky užívané zejména v zemědělství (pesticidy, herbicidy, fungicidy), jednak odpadní produkty chemického, dřevařského a papírenského průmyslu. Chlorované fenoly se do životního prostředí mohou dostávat buď přímou aplikací insekticidů a fungicidů na bázi pentachloru, nebo jako degradační produkty vznikající metabolickým rozkladem chlorovaných pesticidů obsahujících ve své molekule substituované fenoly (chlorfenoxyalkanové kyseliny a nitrofenoly), odbouráváním herbicidů (diuron, chloroxuron na bázi močoviny) a přeměnou organofosfátů, chlorovaných benzenů a nitrobenzenů (1, 2, 3).

Tvorba chlorfenolů nastává i ve vodárnách a čisticích stanicích při úpravě vod chlorací. Aktivní chlor reaguje s přítomnými aromáty za vzniku sloučenin charakteristických intenzivní vůní a chutí již ve velmi nízkých koncentracích. Již v roce 1939 zaznamenal Faber (4) při dezinfekci vody chloraminem vznik těchto intenzivních vůní a chutí, Griffin (5) popsal reakce zodpovědné za tvorbu těchto sloučenin. Práce německých autorů (6) vysvětluje vznik 2,4,6-trichlorfenolu přes 2-chlorfenol a 2,4-dichlorfenol při chloraci fenolů chloraminem i ve vodném prostředí. Pentachlorfenol a oxidační produkty uvedených sloučenin zde prokázány nebyly.

Z hlediska pivovarského průmyslu je významné zjištění o sekundární tvorbě chlorfenolů během stáčení piva v důsledku předchozího použití sanitárních prostředků na bázi chloru. Přítomnost nízkých koncentrací 2,6-dichlorfenolu a 2-chlorfenolu se podařilo prokázat při použití kapilární plynové chromatografie ve spojení s hmotnostním detektorem (7). Rovněž práce (8), která se zabývá senzorickým hodnocením piva a sleduje více než 160 těkavých složek, připisuje chuť po zatuchlině nebo dezinfekci vyvíjejícím se chlorfenolům po stočení piva jako důsledek působení chloru v souvislosti s předchozí sterilizací.

S nárůstem výskytu a užívání fenolických sloučenin byl kladen důraz na jejich rychlou a spolehlivou identifikaci. K tomu se s výhodou používá chromatografických metod. Při stanovení chlorfenolů ve varní vodě a pivu je nutné analyty z matrice vyextrahovat a vzniklý extrakt přečistit od možných rušivých látek. K tomu se nejčastěji používaly postupy založené na extrakci v systému kapalina-kapalina. Ale dosahované výtěžnosti při použití extrakčních rozpouštědel jako hexan, diethylether nebo dichlormethan byly horší než 60 % (9).

Použití extrakce na pevné fázi (SPE) je rychlejší, bezpečnější a poskytuje lepší výtěžnosti než klasické techniky založené na extrakci kapalina-kapalina. Největší výhodou tohoto postupu je však eliminace velmi stabilní emulze (10). Díky tomu je možné výrazně zlepšit opakovatelnost výsledků. Pro extrakci chlorfenolů bylo popsáno použití mnoha různých druhů sorbentů naplněných v SPE kolonkách (11). Některé tyto způsoby přípravy vzorků byly popsány v souvislosti se stanovením chlorfenolů pomocí vysoce účinné kapalinové chromatografie (HPLC) (12). Jiné práce navrhují použití SPE postupu a následné derivatizace stanovovaných analytů ve spojení s plynovou chromatografií (13, 14). Derivatizace chlorovaných fenolů různými činidly se většinou používá při stanovení plynovou chromatografií. Ve srovnání s HPLC metodami jsou postupy využívající plynovou chromatografii citlivější, ale na druhé straně pracnější a časově náročnější (15, 16).

Práce popisuje metodu pro zakoncentrování a stanovení skupiny nejrozšířenějších chlorovaných fenolů ve varní vodě a v pivu. Byla provedena optimalizace podmínek při porovnání off-line zakoncentrování těchto sloučenin pomocí SPE kolonek s dvěma různými typy sorbentů a následné derivatizaci těchto látek. Po derivatizaci byly chlorfenoly stanoveny na plynovém chromatografu s detektorem elektronového záchytu.

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

2.1 Použité chemikálie, standardy

Methanol v kvalitě pro kapalinovou chromatografii, hexan v kvalitě SupraSolv, anhydrid kyseliny octové, SPE kolonky LiChrolut byly použity od fy Merck (Německo). Ultračistá voda (Milli-RO 5plus, Millipore, USA), helium v kvalitě 5.0, dusík v kvalitě ECD (Messer, ČR).

2,4-dichlorfenol (2,4-DCP), 2,6-dichlorfenol (2,6-DCP), 2,4,5-trichlorfenol (2,4,5-TCP), 2,4,6-trichlorfenol (2,4,6-TCP) a pentachlorfenol (PCP) byly zakoupeny od fy Supelco (USA).

2.2 Podmínky plynové chromatografie

Vlastní stanovení probíhalo na plynovém chromatografu Chrompack CP 9001 s detektorem elektronového záchytu. Plynový chromatograf byl opatřen automatickým dávkovačem vzorků Labio ASG 40. K separaci analytů byla použita 30 m dlouhá křemenná kapilární kolona DB-5 firmy J&W Scientific s vnitřním průměrem 0,32 mm a tloušťkou filmu 0,25 μm. Kolona byla temperována na teplotu 75 °C po dobu 0,5 min, poté následoval teplotní gradient 30 °C/min do teploty 120 °C a následně byla kolona vyhřívána rychlostí 10 °C/min do teploty 255 °C. Při této teplotě byla ponechána po dobu 2 min. K nástřiku byl použit split/splitless injektor v režimu splitless. Split ventil byl otevřen po uplynutí 0,5 min. Injektor byl vyhříván na teplotu 260 °C, detektor elektronového záchytu na teplotu 310 °C. Jako nosný plyn bylo využito helium v kvalitě 5.0, tlak na kolonu byl 55 kPa při teplotě 80 °C.

2.3 Příprava vzorků

Do 500 ml vzorku bylo přidáno 1,5 ml borátového pufru (pH 10,4). Poté bylo přidáno ke vzorku 0,5 ml anhydridu kyseliny octové a vzorek byl intenzivně protřepán.

SPE kolonky LiChrolut EN 200 mg/3ml a LiChrolut RP-18 200 mg/3ml byly těsně před použitím kondicionovány promytím 2 ml methanolu a 3 ml borátového pufru. Poté byl vzorek za pomoci vakua protlačen skrze lože sorbentu. Z SPE kolonky byly analyty eluovány pomocí hexanu. Hexanový extrakt byl promyt 0,1 M hydrogenfosforečnanem sodným.

3 VÝSLEDKY A DISKUSE

K optimalizaci postupu vyextrahování a zakoncentrování chlorovaných fenolů ze vzorku byla zkoumána závislost výtěžnosti stanovovaných analytů na použitém objemu elučního rozpouštědla a také vliv pH vzorku.

Z tab. 1 je patrné, že podle očekávání se vzrůstajícím množstvím elučního rozpouštědla stoupá výtěžnost 2,4-dichlorfenolu, 2,4,5-trichlorfenolu a pentachlorfenolu. Již při použití 2 ml hexanu bylo pro všechny látky dosaženo výtěžnosti alespoň 97 %.

Tab. 1 Závislost výtěžnosti extrakce vybraných chlorovaných fenolů na objemu eluentu

K tomu, aby se dosáhlo maximální účinnosti zadržení analytů sorbentem, je nutné upravit pH vzorku. Přídavek 1,5 ml borátového pufru o pH 10,4 k 500 ml vzorku způsobil, že výsledná hodnota pH vzorku se pohybovala v rozmezí hodnot 8,7-9,0. Přidáním 0,5 ml anhydridu kyseliny octové došlo k poklesu pH na hodnoty v rozsahu 4,6-4,9. Toto rozmezí hodnot pH se prokázalo jako optimální (data nejsou ukázána).

Porovnání dvou typů SPE sorbentů – LiChrolut EN 200 mg/3ml a LiChrolut RP-18 200 mg/3ml – bylo provedeno na základě srovnání výtěžnosti obou druhů SPE kolonek. Výsledky jsou shrnuty v tab. 2. Kolonky naplněné sorbentem LiChrolut EN poskytují pro všechny stanovované chorfenoly lepší výsledky, a proto byl tento typ kolonek použit pro zjištění pracovních charakteristik metody.

Tab. 2 Porovnání výtěžností chlorovaných fenolů při jejich extrakci na kolonkách LiChrolut EN a LiChrolut RP-18

Mez detekce byla získána jako trojnásobek poměru signál/šum (3xS/N), mez stanovení byla určena jako desetinásobek tohoto poměru (10xS/N). Výsledky jsou shrnuty v tab. 3.

Tab. 3 Mez detekce a mez stanovení

4 ZÁVĚR

Bylo dokázáno, že chlorované fenoly je možné stanovit v jednotkách ng/l (trichlorfenoly a pentachlorfenol) nebo desítkách ng/l (dichlorfenoly) po jejich derivatizaci anhydridem kyseliny octové a následné extrakci a zkoncentrování pomocí SPE techniky na kolonkách naplněných sorbentem LiChrolut EN s použitím plynové chromatografie s detektorem elektronového záchytu.

Tento postup je rychlý, jednoduchý, levný a nedochází při něm k tvorbě nepříjemných emulzí, proto je vhodný pro rutinní analýzy chlorovaných fenolů.