Перспективы применения традиционных и нетрадиционных методов для идентификации и анализа токсичных химикатов

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И НЕТРАДИЦИОННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ И АНАЛИЗА ТОКСИЧНЫХ ХИМИКАТОВ

С.Е. Боева, В.Г. Дрига ВАИУ, г. Воронеж

В соответствии с требованиями к средствам контроля, разработанными Техническим секретариатом Организации по запрещению химического оружия, для идентификации токсичных химикатов (ТХ), в том числе отравляющих веществ, их гомологов, сопутствующих соединений, предшественников и продуктов превращений, предусматривается применение наиболее надежных и чувствительных методов анализа (хроматография, электрофорез, масс-спектрометрия, ИК- и ЯМР-спектроскопия) [1]. Принимая во внимание актуальность проблемы получения данных в полевых условиях непосредственно на месте отбора проб в реальном масштабе времени с целью последующего принятия неотложных решений, необходимы мобильные приборы. В идеале это должны быть быстродействующие портативные средства, характеризующиеся всеми аналитическими возможностями лабораторной аппаратуры [2].

Газовая хроматография (ГХ) является одним из наиболее чувствительных и эффективных методов газового анализа. Основным достоинством газохроматографического метода является высокая разрешающая способность, позволяющая разделять и детектировать микропримеси индивидуальных химических соединений в сложных газовых смесях.

Газохроматографические методы идентификации ТХ развиваются в направлении комбинированного применения разнообразных детекторов и капиллярных колонок различной полярности [1]. К настоящему времени большинство применений ГХ для этих целей связывается с использованием масс-селективных детекторов. К сформировавшимся методам и средствам, предназначенным для идентификации ТХ, можно отнести высокоскоростную ГХ, пригодную для использования в полевых условиях, многомерную ГХ с применением нетрадиционных детекторов (атомно-селективного, импульсного пламенно-фотометрического и детектора ионной подвижности) [2].

Жидкостная хроматография (ЖХ) применяется для анализа веществ, не обладающих достаточной летучестью, не устойчивых при высоких температурах и разлагающихся при переведении в газообразное соединение. Главенствующим фактором, обусловливающим эффективность применения ЖХ для идентификации ТХ, является возможность прямого (без химической дериватизации) анализа соединений, образующихся при разложении ТХ, а также продуктов разложения с низкой летучестью.

С целью идентификации ТХ описано применение электрохимического, фотометрического и кондуктометрического детекторов для ЖХ. Известны примеры использования в составе жидкостных хроматографов газохроматографических детекторов, селективных к Р- и Б-содержащим токсикантам.

Для увеличения чувствительности и специфичности при идентификации ТХ применяются методы ЖХ с нестандартным детектированием по рассеянному лазерному излучению, с электро-спрей-масс-детектором, с тандем-масс-детектором с ионизацией быстрыми атомами, с масс-детектированием отрицательных ионов [1].

В настоящее время в литературе часто встречаются примеры применения зонного капиллярного электрофореза для идентификации ТХ и продуктов их деструкции [1, 3]. К достоинствам капиллярного электрофореза относят высокую эффективность разделения, малый расход реактивов, экспрессность, низкую удельную стоимость анализа, простоту аппаратурного оформления. Недостатки, связанные с ограниченным применением метода для образцов, плохо растворяющихся в водных или разбавленных водно-спиртовых растворах, снимаются при применении неводного капиллярного электрофореза.

Достоверный качественный анализ микропримесей летучих химических соединений неизвестного состава в сложных композициях загрязнителей в полной мере может быть проведен методом, сочетающим ГХ и масс-спектральный анализ пробы. Практически все лаборатории, вовлеченные в работы и исследования по идентификации ТХ, применяют газохроматогра-фические системы с масс-селективным детектированием в режимах электронной и химической ионизации в качестве основного средства решения этой задачи. В последнее время в литературе можно найти примеры применения для идентификации ТХ таких нетрадиционных методов, как масс-спектрометрия с импульсной химической ионизацией [1].

Современные бортовые хромато-масс-спектрометры (ХМСБ) обеспечивают обнаружение, идентификацию и контроль содержания токсичных веществ в воздушных, твердых и жидких пробах объектов окружающей среды, а также выдачу исходных данных, необходимых для расшифровки структуры и установления типа анализируемого соединения.

К основным тенденциям дальнейшего развития данного метода следует отнести все более широкое применение тандем-масс-спектрометрии с электрораспылением, термораспылением и ионизацией при атмосферном давлении, которые позволяют получить более представительные масс-спектры и тем самым повысить достоверность идентификации, а также дальнейшую разработку и совершенствование мобильных хромато-масс-спектрометров, пригодных для применения в полевых условиях.

Для дистанционного обнаружения и идентификации ТХ в воздушных средах разработаны специальные приборы, применение которых возможно в стационарном и мобильном вариантах [4]. При этом обработка поступающих

аналитических сигналов осуществляется вычислительными методами в реальном масштабе времени. В результате многочисленных исследований методов дистанционного анализа, проводимых в России и за рубежом, сформирован банк спектральных данных ТХ и разработаны способы их специфичной идентификации и количественного анализа. К настоящему времени в ряде стран имеются как прототипы, так и находящиеся на оснащении армии образцы дистанционных средств [5]. Достоинства средств дистанционного обнаружения перед «локальными» очевидны. К недостаткам относят сложность, дороговизну и влияние метеорологических условий на результаты измерений. Применение дистанционных методов анализа позволяет значительно повысить эффективность химической разведки на больших территориях, обеспечивая ее высокую оперативность и достоверность.

Для обнаружения и оперативной идентификации OB и других ТХ в газовых средах при ведении химической разведки перспективным и удобным аналитическим инструментом являются химические сенсоры на основе различных преобразователей, а также портативные газоанализаторы типа «электронный нос».

Актуальность проблемы идентификации ТХ и ее активное развитие, а также наличие множества вопросов, требующих своего решения, позволяют ожидать в ближайшем будущем применения и других более совершенных методов и приборов, доступных современной аналитической химии.

Список сипользованной литературы

1. Рыбальченко И.В. Идентификация токсичных химикатов / И.В. Рыбальченко // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. - 2002. - Т. 46. - № 4. - С. 64 - 70.

2. Грузнов В.М., Филоненко В.Г., Балдин М.Н., Шишмарев А.Т. Портативные экспрессные газоаналитические приборы для определения следовых количеств веществ / В.М. Грузнов и др. // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. - 2002. - Т. 46. - № 4. - С. 100- 108.

3. Алексеенко A.A., Третьякова C.B., Брудник В.В., Егорова Ю.А., Андреев К.В., Исаева А.Ю., Конешов С.А., Мандыч В.Г. Методы хроматографии и капиллярного электрофореза в экологическом мониторинге токсичных химикатов и продуктов их деструкции / A.A. Алексеенко и др. // Рефераты докладов II Международного Форума «Аналитика и аналитики». - Воронеж, 2008. - С. 471.

4. Козинцев В.И., Орлов В.М., Белков M.JI. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды / В.И. Козинцев и др. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 527 с.

5. Рыбальченко И.В. Системы технических средств зарубежных армий / И.В. Рыбальченко. - Москва: Военная Академия Химической Защиты, 1996.-335 с.