«Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы»

VI.4. Масс-спектрометрическое определение.

Масс-спектрометрическое окончание занимает принципиальное место во всех процедурах, связанных с определением следовых количеств диоксинов. В масс-спектрометрии молекулы определяемых соединений ионизируются каким-либо способом в вакууме или в атмосфере газа.

При хромато-масс-спектрометрическом определении диоксинов часто применяется квадрупольная масс-спектрометрия низкого разрешения. Ионизация осуществляется двумя путями — электронным ударом (c образованием положительных ионов) и, поскольку многие органические соединения не образуют молекулярных ионов, химически (с образованием положительных или отрицательных ионов) [202,962].

Ионизация электронным ударом (EI) осуществляется в ионных источниках. При соударении электронов, испускаемых катодом, с молекулами образца последние ионизируются. Положительно заряженные молекулярный и осколочные ионы выводятся из ионизационной камеры, ускоряются и разделяются в анализаторе [964]. Этот вид ионизации наиболее всего подходит для определения ТХДД и ТХДФ (условия: потенциал ионизации — до 70 эВ, 250°С) [251]. Предел обнаружения 1-10 пг для ТХДД и ТХДФ и 10-50 пг для ОХДД и ОХДФ. Он достигается с использованием одно- (selective ion monitoring, SIM) и многоионных (MID) детекторов. Полный масс-спектр требует 0,1-1 нг вещества [201].

При химической ионизации первоначально ионизируется газ-реагент (Аr, H2O, CH4, O2 и т.д.), находящийся при давлении 0,2-2 мм рт.ст. Возникающие ионы реагируют с анализируемыми молекулами с образованием квазимолекулярных ионов, главным образом типа MH+. Образование этих ионов происходит при более мягких условиях, чем в случае EI, так что они оказываются более устойчивыми, а спектры — более простыми [962,964].

В последние годы чаще применяется §химическая ионизация отрицательных ионов (NCI) [196,901,962,964,967]. Она основана на захвате анализируемыми молекулами электронов, образующихся в ионном источнике при использовании в качестве реагента метана (реакция CH4 — CH4+ + e-; условия: 0,35 торр, 180°С). Применение NCI при исследовании галогенорганических соединений обеспечивает повышение чувствительности на 1-2 порядка по сравнению с EI и масс-спектрометрией положительных ионов [270]. С использованием метода NCI достигнута высокая чувствительность определения всех ПХДФ IV с x+y от 4 до 8, а также ПХДД с x+y > 5 (т.е. высокохлорированных диоксинов без 2,3,7,8-ТХДД). Чувствительность этого метода составляет 10-100 фг при использовании детектора SIM [201,270]. Техника NCI с использованием в качестве реагента O2 обладает селективностью по отношению к 2,3,7,8-ТХДД, поскольку лишь этот изомер из 22 ТХДД образует молекулярный анион (M — 19)- при замещении хлора на кислород [202]. В этом случае требуется создание специального ионного источника [270].

В методе NCI при атмосферном давлении (negative ion atmospheric pressure ionization, NIAPI) образование ионов происходит в результате ионно-молекулярных реакций в низкоэнергетической плазме, обогащенной кислородом. Ионизированное анализируемое вещество направляется далее в вакуумированную систему масс-спектрометра. В режиме SIM метод обеспечивает изомер-избирательное определение 2,3,7,8-ТХДД (предел обнаружения стандарта 2,3,7,8-ТХДД 5 фг) [202,880,935].

Сочетание масс-спектрометрии низкого разрешения в режиме селективного детектирования избранных ионов (SIM) с ГХ высокого разрешения позволяет достичь пределов обнаружения 1-10 пг в различных матрицах.

Дополнительное повышение селективности и чувствительности обеспечивает применение масс-спектрометрической техники высокого разрешения [965,966]. В частности, при разрешении 5000-10000 с использованием техники EI и SIM достигается чувствительность порядка 10-200 фг, которая улучшается для ПХДД и ПХДФ при последовательном переходе от Cl4- к Cl8-производным [201]. Сочетание ГХ высокого разрешения и масс-спектрометрии высокого разрешения в настоящее время стало наиболее распространенным методом определения ПХДД и ПХДФ в наиболее сложных матрицах — объектах окружающей среды, продуктах питания, биопробах [965,966].

В работе [975] предложен еще один резерв снижения предела обнаружения и повышения качества идентификации диоксинов. Авторы разработали новую конструкцию ионного источника для масс-спектрометров высокого разрешения, с использованием которого удалось повысить вероятность ионизации анализируемых молекул в несколько раз. В результате достигнут предел обнаружения ПХДД и ПХДФ в плазме крови 20 фг с одновременным снижением массы анализируемой пробы в 4 раза.

Для количественного масс-спектрометрического определения ПХДД и ПХДФ используется масс-спектрометрическое детектирование (масс-фрагментография). Результат получается в результате измерения площадей сигналов и сравнения их с градуировочными графиками внешних стандартов и изотопно меченных внутренних стандартов. Внутренние стандарты вводятся до экстракции. Применение меченых стандартов, обеспечивающих идентификацию отдельных изомеров и высокую точность определения диоксинов, особенно важно в случаях, когда их концентрация в образцах находится на уровне ppt и ниже. Во избежание ошибочных результатов при определении в образцах ПХДД и ПХДФ разработаны специальные критерии [198].

Один из эффективных подходов к масс-спектрометрическому определению следовых количеств ПХДД и ПХДФ в сложных смесях — комбинирование двух масс-спектрометров (тандемная масс-спектрометрия, метод MS-MS). Первый используется для генерирования и разделения ионов, второй служит для их идентификации и определения. Методом тандемной масс-спектрометрии успешно определяли ТХДД на фоне тысячекратного избытка ПХБ. С использованием этого метода определяли 2,3,7,8-ТХДД в полевых условиях с минимальной очисткой образцов почвы [188,195,202,896,884,891]. При использовании квадрупольного анализатора этот метод позволяет получить достоверные результаты, но не обеспечивает пределов обнаружения, достигаемых с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения с SIM [965]. В частности, при определении ПХДД и ПХДФ в образцах рыбы предел обнаружения для метода MS-MS оказался порядка 350 фг, тогда как масс-спектрометрия высокого разрешения с SIM позволяла достигнуть 10 фг [981].

В табл.16 приведены данные о молекулярных ионах ПХДД и ПХДФ, которые обычно используются в аналитической практике для целей их определения. Табл.17 содержит информацию о молекулярных ионах сопутствующих веществ, очистка от которых, по существу, никогда не является исчерпывающей. Это последнее обстоятельство должно учитываться во избежание ошибочных результатов.

Если диоксины III и IV присутствуют в образце на фоновом уровне, использование техники высокого разрешения обязательно. Практика показала, что при столь малых концентрациях возможно возникновение ошибочных результатов, и для их исключения необходимо одновременное применение различных методов [198].

В табл.18 приведены пределы обнаружения самого токсичного 2,3,7,8-ТХДД (I), которые получены с использованием стандартной аналитической техники высокого разрешения при проведении многолетнего последовательного мониторинга отдельного района. Речь идет об исследовании образцов, отобранных в районе Севезо (Италия) после аварии 1976 г. [206]. Многочисленные обобщения такого рода, относящиеся ко всему диапазону возможных аналитических задач при определении диоксинов III-VIII, собраны в работах [198,210].

Серьезное усовершенствование аналитической техники, достигнутое в последние годы при определении следовых количеств диоксинов, существенно улучшило ее аналитические возможности при изучении матриц различной природы [878]. В результате пределы обнаружения ПХДД и ПХДФ удалось снизить до уровней, приведенных табл.19.