Ultraselektywność w oznaczaniu śladów związków organicznych technikami GC-MS

Transkrypt

1 Politechnika Krakowska Zakład ad Chemii Analitycznej Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej Adam Grochowalski Ultraselektywność w oznaczaniu śladów związków organicznych technikami GC-MS

2 Bromowane antypireny (BFR) Firemaster BP-6, Firemaster-1, Flammex-B Wyroby włókiennicze Tworzywa sztuczne Produkty elektroniczne i elektryczne

3 Br Br Br Br Br Br O O Br Br Br Br O HBCDD Bezwodnik tetrabromoftalimidu Br Br HO CH 3 OH Szkodliwe Br CH 3 Br antypireny Tetrabromobisfenol A

4 Odpady elektroniczne zawierają BFR

5 Styrofoam is commonly used for building thermal insulation Br Br Br Br Br Br

6 Brominated Flame Retardants - PBDEs Exposure Meironyté, D.Å Bergman and K Norén, K Organohalogen Compounds Swedish Environmental Protection Agency: Stockholm, Sweden, 1998; Vol. 35

7 Próbniki po ekspozycji ok m 3 powietrza

8 Próbnik SPMD zanurzony w ścieku

9 Metody chemiczne oznaczania POPs Chromatografia gazowa z detekcją wychwytu elektronów GC-ECD Chromatografia gazowa z detekcją spektrometrii mas GC-MS, GC-MS/MS Metody bioanalityczne Analizy biologiczne (bioassay( bioassay) Analizy w oparciu o zdolność wiązania ligandu (ligand binding assay) Analizy immunologiczne i radioimmunologiczne (immunoassay IAs, radioimmunoassay RIAs)

10 Próbniki membranowe Dializa ekstraktu przez 24 48h

11 aparat Soxhlet a Schemat oznaczania dioksyn Kwaśny i zasadowy żel krzemionkowy Al 2 O 3 Kolumna węglowa Toluen Toluen Hx, DCM ASE, SPM Heksan Próbka - H 2 SO 4 krzemionka krzemionka KOH - krzemionka Al 2 O 3 Heksan Dichlorometan

12 Izolowanie analitu z matrycy Rozdzielanie przy użyciu Power Prep (FMS ) Ekstrakt w heksanie Heksan Wielowarstwowa kolumna żelowa Heksan/DCM (98:2) Heksan/DCM (50:50) Kolumna z Aluminą Heksan/DCM (98:2) Heksan/DCM (50:50) Toluen < Toluen > DCM, MeOH, Aceton Kolumna węglowa DCM, MeOH, Aceton Toluen > Ekstrakt końcowy

13 Uzyskany ekstrakt końcowy z próbki 200 ml mleka 10 µl

14

15 Porównanie granicy oznaczalności różnych technik chromatograficznych w oznaczaniu dioksyn i PCB Analytical technique Detecion limit of PCDDs/PCDFs and PCBs For standard solution [pg in injection] Detecion limit of PCDDs/PCDFs and PCBs For extract of animal fat sample [pg in injection] GC-FID GC-ECD GC-MSD SIM GC-HRMS SIM 0,01 0,5 0,1-20 GC-MS/MS 0,01-1 0,1-50

16 D IO K SY N Y K ongener PC D D s TEF K ongener PC D Fs TEF 2,3,7,8-TCDD 1 2,3,7,8-TCDF 0,1 1,2,3,7,8-P 5 CDD 1 2,3,4,7,8- P 5 CDF 0,5 1,2,3,4,7,8-H 6 CDD 0,1 1,2,3,7,8- P 5 CDF 0,05 1,2,3,6,7,8- H 6 CDD 0,1 1,2,3,4,7,8- H 6 CDF 0,1 1,2,3,7,8,9- H 6 CDD 0,1 1,2,3,6,7,8- H 6 CDF 0,1 1,2,3,4,6,7,8- H 7 CDD 0,01 1,2,3,7,8,9- H 6 CDF 0,1 O CDD 0,0001 2,3,4,6,7,8- H 6 CDF 0,1 1,2,3,4,6,7,8- H 7 CDF 0,01 1,2,3,4,7,8,9- H 7 CDF 0,01 O CDF 0,0001 D IO K SY N O PO D O BNE PCB K oplanarne kongenery non-orto PC B 3,3',4,4' - T 4 CB (PCB 77) 0,0001 3,4,4,5- T 4 CB (PCB 81) 0, ,3',4,4',5 P 5 CB (PCB126) 0,1 3,3',4,4',5,5 H 6 CB (PCB169) 0,01 K ongenery m ono-orto PC B 2,3,4,3,4 - P 5 CB (PCB105) 0,0001 2,3,4,5,4 - P 5 CB (PCB114) 0,0005 2,4,5,3,4 - P 5 CB (PCB118) 0,0001 3,4,5,2,4 - P 5 CB (PCB123) 0,0001 2,3,4,5,3 4 - H 6 CB (PCB156) 0,0005 2,3,4,3 4,5 - H 6 CB (PCB157) 0,0005 2,4,5,3,4,5 - H 6 CB (PCB167) 0, ,3,4,5,3 4,5 - H 7 CB (PCB189) 0,0001

17 Separation of all 17 PCDDs/Fs on DB-5 column The most critical area US EPA 1613 Standard

18 Wymagania w zakresie oznaczania metodą rozcieńczenia izotopowego ID-GC-MS/MS Zastosowanie wzorców wewnętrznych 13 C-PCDD/F: przy pobieraniu próbek (spaliny), ekstrakcji, odzysku, ekstraktu końcowego, korekcji objętości dozowanej. Oznaczanie ślepej próby Wielopunktowa kalibracja detektora MS Trzykrotnie powtórzona analiza GC-MS Uzyskanie akceptowalnych wartości odzysku analitu (40 130%)

19 Zasada spektrometrii mas Pomiar wartości sygnałowej od jonów o masie m i ładunku z m/z

20 Ze względu na selektywność pomiaru m/z spektrometry mas można podzielić na niskorozdzielcze (LRMS) 1 j.m.a oraz wysokorozdzielcze (HRMS) 0,0001 j.m.a Innym rozwiązaniem jest zastosowanie spektroemtrii mas z wielostopniową fragmentacją cząsteczki MS/MS n lub TOF-MS

21 Źródło jonu typu EI (Electron Ionization) ~70 Volt Kolektor elektronów Jony dodatnie Pole elektryczne + Cząsteczki obojętne + Z kolumny _ do analizatora e - e - e - _ elektrony Filament Soczewka zbierająca jony

22 Sektor magnetyczny spektrometru HRMS Tor jonu rejestrowanego Tor jonu nie rejestrowanego (jon za lekki) S Źródło jonu N elektomagnes Detector Tor jonu nie rejestrowanego (jon zbyt ciężki)

23 Sektor kwadrupolowy detektora LRMS Jon rezonansowy Jon nie rezonansowy + _ Detektor _ + Źródło jonu Zasilanie DC/AC

24

25

26

27 Cl Cl Cl Cl Cl (mainlib) Benzene, hexa chloro- Cl Obraz pasm fragmentacyjnych heksachlorobenzenu TIC dla EI = 70 ev

28 Jacek Czerwiński Dioksyny w przemyśle i środowisku, Kraków, 2008

29

30

31 Spektrometria mas z wtórną fragmentacją Kolizja He Źródło jonów Q0 Q1 Q2 Q3 He Detektor

32 R T: Relative Abundance H6CDD C-H6CDD Tim e (m in) H6CDF 13C-H6CDF Chromatogram obszaru retencji H6CDF i H6CDD substancji wzorcowych

33 Chromatogram GC-MS/MS PCB A 50% 15-Aug :16:28 10_ : Voltage SIR 17 Channels EI e6 13 C PnCB M+4 % 0 10_ : Voltage SIR 17 Channels EI e % 13 C PnCB M _ : Voltage SIR 17 Channels EI e6 % C PnCB M _ : Voltage SIR 17 Channels EI e6 12 C PnCB M % Time

34 Dobranie optymalnej wartości napięcia przyspieszającego (kolizyjnego) m/z = Jon pierwotny Jon wtórny m/z = ,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5

35 Związek Jon pierwotny Jon wtórny Wzorzec wewnętrzny 1,2,3-trichlorobenzen ,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,2,4-trichlorobenzen ,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,3,5-trichlorobenzen ,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen C-13 PCB70 1,2,3,4-tetrachlorobenzen ,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3,5-tetrachlorobenzen ,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,4,5-tetrachlorobenzen ,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen C-13 PCB70 pentachlorobenzen pentachloro[ 13 C 6 ]benzen pentachloro[ 13 C 6 ]benzen C-13 PCB70 heksachlorobenzen heksachloro[ 13 C 6 ]benzen 2,3,7,8-TCDD C-13 PCB C-2,3,7,8-TCDD

36 RT: RT: MA: SN: 1322 Jon 249 NL: 4.80E5 m/z= F: + c SRM ms @2.50 [ ] MS CB Relative Abundance RT: MA: SN: 418 Jon 284 NL: 2.01E5 m/z= F: + c SRM ms @2.50 [ ] MS CB Time (min)

37 GC-MS/MS Chromatogram of PCB#126 in the salmon meat sample R T: PCB 126 N L: 4.98E 5 m /z= F: + c SR M m s @2.70 [ ] MS 751 P CB n on Relative Abundance R T: MA: Chromatogram GC-MS/MS S N: PCB#126 w mięsie łososia R T: MA: S N: ,2 pg PCB# N L: 4.63E 5 m /z= F: + c SR M m s @2.70 [ ] MS 751 P CB n on Tim e (m in)

38 PBDE etery tribromodifenylowe w tkance mięśniowej ryb bałtyckich Wzorzec TriBDEs Wzorzec TriBDEs

39 PBDE eter dekabromodifenylowy w tkance mięśniowej ryb bałtyckich Wzorzec DecaBDE Wzorzec DecaBDE

40 Minimalna wymagana rozdzielczość etery dibromodifenylowe

41 Dual GC- HRMS analysis of dibromodiphenl ethers and hexabromodiphenyl ethers RT = min na 40m kolumnie

42 Pojedyncza kolumna 40m: dwie analizy po 90 minut = 180 minut nie licząc czasu wychłodzenia i stablilizacji Dwukolumnowy GC-MS : dwie analizy po 48 minut = 96 minut

43 L.R. Bordajandi Bordajandi, L. Ramos, B. Gómara and M.J. González

44

45 Człow iek Juszczenko Dorsz kw as 2,4-D żółtko Spalarnia Mleko Rzepak 2,3,7,8:TeCDD 1,2,3,7,8:PeCDD 1,2,3,4,7,8:HxCDD 1,2,3,6,7,8:HxCDD 1,2,3,7,8,9:HxCDD 1,2,3,4,6,7,8:HpCD OCDD 2,3,7,8:TeCDF 1,2,3,7,8:PeCDF 2,3,4,7,8:PeCDF 1,2,3,4,7,8:HxCDF 1,2,3,6,7,8:HxCDF 1,2,3,7,8,9:HxCDF 2,3,4,6,7,8:HxCDF 1,2,3,4,6,7,8:HpCD 1,2,3,4,7,8,9:HpCD OCDF 100%

46 25,0 20,0 15,0 Industrial Municipal 10,0 5,0 0,0 1,2,3,7,8-P5CDD 2,3,7,8-TCDD 1,2,3,6,7,8-H6CDD 1,2,3,4,7,8-H6CDD OCDD 1,2,3,4,6,7,8-H7CDD 1,2,3,7,8,9-H6CDD 2,3,4,7,8-P5CDF 2,3,7,8-TCDF 1,2,3,4,7,8-H6CDF 1,2,3,7,8-P5CDF 1,2,3,7,8,9-H6CDF 1,2,3,6,7,8-H6CDF 1,2,3,4,6,7,8-H7CDF 2,3,4,6,7,8-H6CDF OCDF 1,2,3,4,6,7,8-H7CDF Industrial 180 ng-teq/kg Municipal 29 ng-teq/kg Odra river sediment in the Copper industry area versus sediment from municipal waste water treatment

47 DR. CALUX Dioxin Responsive Chemical Activated LUciferase gene expression assay The chemically activated luciferase gene expressionin vitro cell bioassay is a bioanalytical tool that is increasingly being used by research and commercial laboratories for the screening and relative quantification of dioxins and dioxin-like compounds in sample extracts

48

49 Konkluzja Mamy potencjał analityczny do oznaczania analitu na poziomie femtogramów (10-15 g)

50

51

52

53

54

55 Jedna z konkluzji: Jeśli wołowina zawierająca 1 ng TEQ/kg tłuszczu (powszechnie spotykana zawartość) poddana zostanie intensywnemu smażeniu na patelni w temperaturze C lub grilowana na otwartym ogniu, to ta sama wołowina będzie zawierała podczas spożywania ok 50 ng TEQ/kg wskutek reakcji powstawania dioksyn w podwyższonej temperaturze tak, jak podczas niekontrolowanego spalania odpadów! Kwestionowane mięso irlandzkie jesienią 2008r. Zawierało ok. 60 ng TEQ/kg. Szacuje się, że w UE straty spowodowane aferą irlandzką wyniosły 280 mln Euro.

56 Laboratorium Analiz Śladowych PK

57 Dziękuję za uwagę Pawica grabówka eudia pavonia Wszystkie zdjęcia: autor