CZENIA MIKROEKSTRAKCJI DO FAZY STACJONARNEJ I CHROMATOGRAFII GAZOWEJ DO OZNACZANIA LOTNYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH W PRÓBKACH

Transkrypt

1 ECOLOGICAL CHEMISTRY AND ENGINEERING S Vol. 15, No Anna BANEL 1 i Bogdan ZYGMUNT* ZASTOSOWANIE POŁĄCZENIA MIKROEKSTRAKCJI DO FAZY STACJONARNEJ I CHROMATOGRAFII GAZOWEJ DO OZNACZANIA LOTNYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH W PRÓBKACH ŚRODOWISKOWYCH I POKREWNYCH APPLICATION OF COMBINATION OF SOLID PHASE MICROEXTRACTION AND GAS CHROMATOGRAPHY FOR DETERMINATION OF VOLATILE FATTY ACIDS IN ENVIRONMENTAL AND RELATED SAMPLES Streszczenie: Oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w próbkach środowiskowych wymaga najczęściej izolacji i wzbogacania analitów na etapie przygotowania próbek oraz zastosowania techniki o duŝym potencjale separacyjnym i identyfikacyjnym na etapie oznaczeń końcowych. W pracy dokonano krytycznego przeglądu zastosowań wygodnej i często stosowanej techniki mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPME) w połączeniu z wysokosprawną techniką chromatografii gazowej (GC) w oznaczaniu LKT w próbkach środowiskowych i pokrewnych. Słowa kluczowe: lotne kwasy tłuszczowe, chromatografia gazowa, mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej, próbki środowiskowe, ścieki Wprowadzenie Monokarboksylowe kwasy tłuszczowe (LKT), zawierające według róŝnych danych literaturowych od 2 do 5 [1, 2], 6 [3], 7 [4-6], a nawet 8 [7] atomów węgla w molekule, naleŝą do grupy związków dość szeroko rozpowszechnionych w środowisku. Powszechnie związki te występują w ściekach pochodzących z hodowli trzody chlewnej, przemysłu przetwarzania Ŝywności, w odpadach organicznych, osadach ściekowych oraz odciekach ze składowisk odpadów. Głównym źródłem LKT jest proces beztlenowej biodegradacji materii organicznej, tj.: węglowodanów, białek i tłuszczów. W środowisku rzadko są one obecne w stanie wolnym, najczęściej występują w postaci estrów, soli lub amidów [8]. * Katedra Chemii Analitycznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, Gdańsk, tel , fax , zygmuntb@chem.pg.gda.pl 1 Autor do korespondencji: banelka@wp.pl

2 8 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Znajomość właściwości fizykochemicznych danego LKT pozwala dość dobrze przewidzieć jego zachowanie się w środowisku. Właściwości te determinują równieŝ sposób postępowania podczas oznaczania wybranych analitów z grupy LKT. W tabeli 1 przedstawiono nomenklaturę, budowę chemiczną oraz wybrane właściwości fizykochemiczne lotnych kwasów tłuszczowych. Nomenklatura, budowa chemiczna oraz wybrane właściwości fizykochemiczne lotnych kwasów tłuszczowych [9-12] Tabela 1 Nazwa systematyczna i zwyczajowa Kwas etanowy octowy Kwas propionowy propanowy Kwas izobutanowy izomasłowy Kwas butanowy masłowy Kwas izopentanowy izowalerianowy Kwas pentanowy walerianowy Kwas heksanowy kapronowy Kwas heptanowy enantowy Kwas oktanowy kaprylowy Wzór chemiczny Temp. wrzenia [ o C] Rozpuszczalność w wodzie [g/dm 3 ] pk a M [g/mol] CH 3COOH 117 duŝa 4,75 60,1 C 2H 5COOH 141 duŝa 4,87 74,1 (CH 3) 2CHCOOH ,85 88,1 C 3H 7COOH 164 średnia 4,81 88,1 (CH 3) 2CHCH 2COOH ,78 102,1 C 4H 9COOH ,82 102,1 C 5H 11COOH ,88 116,2 C 6H 13COOH 223 2,6 4,89 130,2 C 7H 15COOH 235 0,7 4,89 144,2 Najbardziej odpowiednimi technikami oznaczania LKT są techniki chromatograficzne, gdyŝ umoŝliwiają skuteczną separację, a dzięki temu identyfikację i ilościowe oznaczenie poszczególnych lotnych kwasów tłuszczowych. Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) i chromatografia jonowa (IC) często wymagają skomplikowanej procedury oczyszczania próbki, a często takŝe derywatyzacji, aby zmniejszyć interferencje oraz osiągnąć odpowiednio niską granicę oznaczalności [2]. Natomiast chromatografia gazowa moŝe być z powodzeniem stosowana równieŝ w przypadku małych stęŝeń LKT w próbkach wodnych, np. ściekach. Próbka ścieków, zawierająca lotne kwasy tłuszczowe, nie nadaje się do bezpośredniego wprowadzenia do kolumny chromatograficznej, groŝąc zanieczyszczeniem lub uszkodzeniem kolumny. Niezgodność matrycy próbki z większością odpowiednich do separacji LKT kolumn do chromatografii gazowej wymusza jej zmianę. Przed analizą chromatograficzną naleŝy zatem przeprowadzić etap izolacji i wzbogacenia analitów za pomocą odpowiedniej techniki ekstrakcyjnej. Najczęściej stosowanym sposobem przygotowania próbek wodnych do analizy na zawartość LKT za pomocą techniki GC jest ekstrakcja ciecz-ciecz (LLE) i ekstrakcja do fazy stałej

3 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej... 9 (SPE). Techniki te są raczej czasochłonne i Ŝmudne, a ponadto, w szczególności technika LLE, wymagają zastosowania względnie duŝej ilości organicznego rozpuszczalnika o wysokiej czystości. Obserwowane dzisiaj dąŝenie do uproszczenia i miniaturyzacji aparatury do przygotowania próbki i minimalizacji zuŝycia rozpuszczalników spowodowały rozwój innych technik, a szczególnie mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPME). Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej (SPME - Solid Phase Microextraction) SPME jest techniką ekstrakcyjną zaproponowaną w 1990 r. przez Arthura i Pawliszyna [13]. Metoda ta ciągle cieszy się ogromnym zainteresowaniem, gdyŝ moŝe być stosowana w oznaczaniu szerokiej gamy organicznych związków lotnych i średniolotnych w próbkach środowiskowych i innych, w tym takŝe w próbkach o skomplikowanych matrycach. Ponadto spełnia ona wymagania aktualnego trendu miniaturyzacji zestawu do przygotowania próbek i prawie całkowitego wyeliminowania rozpuszczalników z tego procesu [14, 15]. Podstawą takiej ekstrakcji jest uŝycie cienkiego włókna ze stopionej krzemionki pokrytego odpowiednim materiałem sorpcyjnym, które przymocowane jest do tłoka mikrostrzykawki do GC. Włókno moŝe być wsuwane bądź wysuwane z igły strzykawki. Kiedy włókno jest eksponowane bezpośrednio w badanej próbce wodnej lub w jej fazie nadpowierzchniowej, to następuje podział analitu między fazą wodną (matrycę) a fazą stacjonarną umieszczoną na włóknie SPME. Włókno SPME wsunięte do igły strzykawki wprowadza się do dozownika chromatografu gazowego, gdzie po wysunięciu anality są desorbowane termicznie i przenoszone za pomocą gazu nośnego do kolumny chromatograficznej w celu ich separacji, a następnie do odpowiedniego detektora [15]. Zalety i wady techniki SPME Technika SPME jest innowacyjną techniką izolacji i wzbogacania głównie organicznych zanieczyszczeń w próbkach środowiskowych [16]. Technika ta jest szybka, prosta, łatwa do automatyzacji oraz moŝliwa do uŝycia w warunkach polowych. Dzięki jej stosowaniu moŝna oznaczać organiczne zanieczyszczenia w wodzie na niskim poziomie stęŝeń [16]. Technika SPME jest niewraŝliwa na zawiesiny obecne w próbce, jeśli zastosuje się ekstrakcję analitów z fazy nadpowierzchniowej. MoŜe być stosowana nie tylko do próbek ciekłych, ale takŝe gazowych oraz stałych (ekstrakcja w fazie nadpowierzchniowej HS (Head Space) SPME) [17]. Stosowanie rozpuszczalników jest prawie całkowicie wyeliminowane. Główną wadą tej techniki ekstrakcyjnej jest względnie duŝy koszt włókna i ograniczony czas jego uŝytkowania związany z zanieczyszczaniem w czasie ekstrakcji i ewentualną degradacją. Częściowa degradacja fazy stacjonarnej włókna, szczególnie jeśli desorpcja prowadzona jest w wysokiej temperaturze, i/lub składników próbki nietrwałych termicznie moŝe prowadzić do pojawienia się dodatkowych pików na chromatogramie. Pogarszać to moŝe dokładność i precyzję analizy [14].

4 10 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Dodatkową zaletą tej metody jest moŝliwość jej połączenia z techniką HS. Wokół włókna umieszczonego w fazie gazowej nad ciekłą próbką nie tworzy się stacjonarna warstewka wody, utrudniająca transport analitów do włókna, a duŝa powierzchnia kontaktu próbki z fazą gazową moŝe być odnawiana w sposób ciągły w wyniku mieszania. W rezultacie transport lotnych analitów z próbki do włókna przez fazę nadpowierzchniową jest duŝo szybszy niŝ bezpośrednio z próbki do włókna. Równowaga w takim układzie ustala się bardzo szybko [17]. Sposoby stosowania SPME W zaleŝności od umieszczenia włókna względem próbki mikroekstrakcję do fazy stacjonarnej moŝna podzielić na [15, 17, 18]: - bezpośrednią (DI (Direct Immersion) - SPME), - z fazy nadpowierzchniowej (HS-SPME). Te dwa rozwiązania zebrano i opisano w tabeli 2. Sposoby prowadzenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej na włóknie Tabela 2 DI-SPME Włókno jest bezpośrednio zanurzone w próbce i anality są przenoszone bezpośrednio z matrycy próbki do fazy stacjonarnej. HS-SPME Włókno SPME wprowadza się do fazy nadpowierzchniowej próbki wewnątrz naczynka i poddaje ekspozycji. Następnie włókno umieszcza się w dozowniku chromatografu gazowego, gdzie następuje termodesorpcja analitów, które są rozdzielane w kolumnie chromatograficznej i oznaczane. Termodynamiczne aspekty tej techniki przygotowania próbek zostały dokładnie przeanalizowane i wskazują, Ŝe ilość ekstrahowanych analitów przez włókno jest wprost proporcjonalna do stęŝenia analitów w próbce i niezaleŝna od połoŝenia włókna (w próbce lub w fazie stacjonarnej). Współczynniki podziału analitu między fazą stacjonarną a fazą nadpowierzchniową (K fh ) oraz analitu między fazą stacjonarną a próbką

5 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej (K fs ) mogą być oszacowane na podstawie danych fizykochemicznych i parametrów chromatograficznych [19]. Warunki wpływające na wydajność mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej Z rozwaŝań termodynamicznych wynika, Ŝe takie parametry, jak: temperatura, siła jonowa roztworu, polarność matrycy próbki i rodzaj materiału włókna, wpływają na współczynnik podziału, a tym samym na wydajność ekstrakcji i czułość metody, dlatego powinny być uwzględnione w procesie optymalizacji. Inne parametry, które mogą wpływać na czułość oznaczenia, to objętość fazy stacjonarnej, fazy nadpowierzchniowej oraz próbki [17]. Natomiast kinetyka mikroekstrakcji, będąca funkcją temperatury i intensywność mieszania, określa czas ekstrakcji. Wydajność ekstrakcji moŝna równieŝ modyfikować, przeprowadzając anality w pochodne [20]. Pokrycie włókna Włókno w celu osiągnięcia dobrej selektywności i wydajności ekstrakcji analitów powinno charakteryzować się odpowiednimi właściwościami chemicznymi i fizycznymi [20-22]. W pierwszym etapie wybór fazy stacjonarnej korzysta z zasady podobne rozpuszcza się w podobnym, czyli niepolarne anality są skuteczniej ekstrahowane do niepolarnego pokrycia włókna, najczęściej polidimetylosiloksanu (PDMS), a polarne anality są ekstrahowane do polarnego pokrycia włókna, np. poliakrylanu (PA) [23]. Mieszane fazy (stały sorbent rozproszony w ciekłej fazie stacjonarnej) są stosowane głównie do ekstrakcji bardzo lotnych związków. Wydajność ekstrakcji do takich włókien jest większa w porównaniu z PDMS, ale czas uŝytkowania generalnie krótszy. Proces sorpcji do faz mieszanych jest zazwyczaj w większym stopniu zaleŝny od adsorpcji niŝ absorpcji [21]. Dobór właściwego włókna jest niezmiernie waŝny, poniewaŝ rodzaj i ilość fazy stacjonarnej wpływa na czułość i selektywność procedury, korzystającej z mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej. W tabeli 3 przedstawiono krótką charakterystykę handlowo dostępnych włókien do SPME. Wolne LKT są związkami o silnych właściwościach hydrofilowych i, według wspomnianej wyŝej zasady, najbardziej odpowiednie do ich ekstrakcji są włókna mieszane. Typowe fazy mieszane (PDMS-DVB, PDMS-CAR i PDMS-CAR-DVB) uŝyto i porównano pod względem moŝliwości oznaczania LKT w próbkach ścieków miejskich za pomocą HS-SPME-GC-FID [11]. Największe powierzchnie pików uzyskano dla wolnych LKT o większej masie molekularnej (C4-C7). Wszystkie te włókna dały satysfakcjonujące powierzchnie pików. Kwasy o mniejszej liczbie węgla w molekule (kwas octowy i propionowy) były ekstrahowane z uŝyciem włókna PDMS-CAR, by uzyskać wystarczająco duŝe pole powierzchni pików. Szczególnie korzystne było jego uŝycie do oznaczania kwasu octowego. W porównaniu z PDMS-DVB, włókno PDMS-CAR-DVB dawało lepszą wartość odzysku dla kwasu octowego, propionowego i masłowego, podczas gdy dla kwasu waleria-

6 12 Anna Banel i Bogdan Zygmunt nowego, heksanowego i heptanowego nie było znaczącej róŝnicy między tymi dwoma włóknami. Handlowo dostępne włókna do SPME [19, 22, 24, 26] Tabela 3 Pokrycie włókna Polidimetylosiloksan Akronim Grubość filmu [µm] WŁÓKNA NIEPOLARNE PDMS WŁÓKNA POLARNE GC, HPLC GC, HPLC GC, HPLC Poliakrylan PA 85 GC, HPLC Oznaczenie końcowe Polidimetylosiloksanpolidiwinylobenzen Polidimetylosiloksan - Carboxen WŁÓKNA MIESZANE PDMS-DVB PDMS- CAR GC HPLC 75 GC Carbowax - Polidiwinylobenzen CW-DVB 65 GC Carbowax - Ŝywica z nadrukiem molekularnym Polidimetylosiloksan - Polidiwinylobenzen/Carboxen CW-TPR 50 HPLC PDMS- DVB/CAR 50/30 GC Zastosowanie Niepolarne związki organiczne: VOCs, PAHs, BTEX Polarne związki organiczne: triazyny, fosfoorganiczne pestycydy i fenole Węglowodory aromatyczne, aromatyczne aminy, VOCs Gazowe/lotne anality, VOCs, węglowodory Polarne związki organiczne, alkohole, ketony, nitroaromatyczne związki Anionowe surfaktanty, aromatyczne aminy Szeroki zakres polarnych analitów Natomiast do ekstrakcji benzylowych pochodnych LKT z matrycy wodnej zastosowano włókno polarne (PA), które charakteryzuje się stabilnością mechaniczną i zapewniają dobrą powtarzalność ekstrakcji [27]. W przeprowadzonych badaniach porównywano równieŝ wydajność ekstrakcji do włókien PDMS i CW-DVB, uzyskując ponad 10-krotnie mniejszą wydajność dla PDMS. W przypadku włókna CW-DVB wystąpił natomiast problem natury trwałości mechanicznej, wynikający z pęcznienia powierzchni włókna. Dlatego teŝ do dalszej ekstrakcji wykorzystywano jedynie włókno PA. Włókno pokryte poliakrylanem jest przewaŝnie stosowane do ekstrakcji pochodnych LKT po etapie derywatyzacji lub do jednoczesnej derywatyzacji i sorpcji na włóknie. Derywatyzacja za pomocą takich odczynników, jak np. 1-pentafluorofenylodiazoetan (PFPDE) i pirenylodiazometan (PDAM) w połączeniu z techniką SPME słuŝy do monitorowania LKT w próbkach wodnych i w powietrzu. Na ogół lepszy odzysk otrzymuje się, prowadząc jednocześnie ekstrakcję i derywatyzację na powierzchni włókna pokrytego fazą stacjonarną z odczynnikiem derywatyzującym, uzyskując 98% przekształcenie kwasów w estry LKT w fazie stacjonarnej [25]. Grubość warstwy fazy stacjonarnej jest niezmiernie waŝna. Zastosowanie grubej warstwy fazy stacjonarnej powoduje, Ŝe układ dochodzi do równowagi znacznie dłuŝej.

7 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej NaleŜy wybierać włókno z najmniejszą grubością filmu, które juŝ zapewnia wymaganą czułość [19]. Do oznaczania LKT stosowano handlowo dostępne włókna pokryte filmem fazy stacjonarnej o róŝnych grubościach. W tabeli 4 przedstawiono właściwości i zakres zastosowania włókien o róŝnej grubości warstwy fazy stacjonarnej [18, 22, 23, 25]. Tabela 4 Porównanie właściwości i zastosowań włókien z grubym i cienkim filmem fazy stacjonarnej Gruby film Cienki film Ilość sorbowanego analitu większa mniejsza Właściwości Zastosowanie Skuteczna ekstrakcja związków o wysokiej temperaturze wrzenia z matrycy próbki. Szybkość desorpcji jest wówczas przedłuŝona i moŝe być niecałkowita (efekt pamięci). W szczególności do lotnych związków, gdyŝ zapewniają przeniesienia ich do GC bez znacznych strat. Zapewniona szybka dyfuzja i łatwe uwalnianie związku o wyŝszej temperaturze wrzenia podczas termicznej desorpcji. Do izolacji i wzbogacania substancji o wysokiej temperaturze wrzenia. Szeroki asortyment włókien do SPME o róŝnej grubości i polarności jest handlowo dostępny. W tabeli 5 umieszczono parametry (dopuszczalną temperaturę i warunki kondycjonowania) zalecane przez producenta dla handlowo dostępnych włókien o róŝnej grubości filmu fazy stacjonarnej. Dopuszczalna temperatura pracy i warunki kondycjonowania włókien [19, 26] Tabela 5 Pokrycie włókna PDMS Grubość filmu [µm] Maksymalna temperatura desorpcji [ o C] Temperatura kondycjonowania [ o C] Czas kondycjonowania [h] PA PDMS-DVB ,5 PDMS-CAR ,5 CW-DVB ,5 CW-TPR PDMS-DVB/CAR 50/ Pierwsze włókna do SPME były opracowane do stosowania w chromatografii gazowej [20]. Natomiast uŝycie techniki SPME w przypadku wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) stwarzało wiele problemów. Wynikały one głównie z rozpuszczania się pokrycia włókna w organicznym rozpuszczalniku fazy ruchomej, pęcznienia pokrycia

8 14 Anna Banel i Bogdan Zygmunt włókna, zmian natęŝenia przepływu podczas desorpcji [19]. Obecnie większość włókien moŝe być stosowana równieŝ w HPLC; warunkiem jest odporność pokrycia włókna na organiczny rozpuszczalnik, wchodzący w skład fazy ruchomej [20]. Czas ekstrakcji Z punktu widzenia powtarzalności i czułości najlepiej, jeśli ekstrakcję (a właściwie sorpcję) prowadzi się do momentu osiągnięcia stanu równowagi pomiędzy próbką a fazą stacjonarną włókna. Czas uzyskania równowagi jest definiowany jak czas, po którym ilość ekstrahowanych analitów pozostaje stała w granicach błędu eksperymentalnego i równa ilości ekstrahowanej w nieskończenie długim czasie. Określając ilość wyekstrahowanego analitu dla stanu równowagi, moŝna obliczyć współczynnik podziału (K fs ) [18], który generalnie wzrasta wraz ze wzrostem długości łańcucha i temperaturą wrzenia analitu [23]. Czas ekspozycji włókna ekstrakcyjnego w fazie nadpowierzchniowej dla wolnych LKT w próbkach ścieków miejskich wynosił 20 min [4, 5], a bezpośrednio z próbek ścieków z farmy trzody chlewnej wynosił równieŝ 20 min [7]. W przypadku ekstrakcji połączonej z derywatyzacją stosowano czas ekspozycji min dla próbek powietrza, a w fazie nadpowierzchniowej próbek wodnych 60 min [31]. Czas ten jest zaleŝny od współczynnika podziału analitu, współczynnika dyfuzji oraz intensywności mieszania próbki, których wzrost skraca czas potrzebny do osiągnięcia stanu równowagi, poniewaŝ przyspiesza transport analitów w kierunku do włókna [20]. Czas ten jest generalnie krótszy dla ekstrakcji z fazy nadpowierzchniowej [25]. Temperatura Temperatura ekstrakcji wpływa na proces SPME w dwojaki sposób [20]. Korzystne i negatywne aspekty podwyŝszenia temperatury procesu ekstrakcji przedstawiono w tabeli 6. Zazwyczaj moŝna ustalić optymalną temperaturę, w której ilość wyekstrahowanego analitu jest największa. Temperatura ta zaleŝy od składu matrycy i stosowanej fazy stacjonarnej [17]. Najczęściej stosowaną temperaturą w trakcie ekstrakcji LKT było 25 C [11, 12, 14, 26]. Korzystne i negatywne aspekty podwyŝszonej temperatury ekstrakcji [15, 17, 18, 20, 25] Tabela 6 Korzystne powoduje wzrost szybkości ekstrakcji przez wzmo- Ŝoną dyfuzję analitów w kierunku włókna pomaga przenieść anality do fazy nadpowierzchniowej (HS-SPME) współczynnik dyfuzji w wodzie jest większy i czas ekstrakcji krótszy, ale współczynnik podziału włókno-próbka jest wówczas mniejszy ułatwia desorpcję analitów związanych z matrycą i przyspiesza transport analitów o małej lotności Negatywne zmniejsza wartość współczynnika podziału analitów (K fs), poniewaŝ etap absorpcji jest procesem egzotermicznym dla termicznie niestabilnych związków, takich jak np. HMX podwyŝszona temperatura nie jest zalecana zmniejsza wartość współczynnika podziału między fazą stacjonarną a fazą nadpowierzchniową

9 Mieszanie Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej Mieszanie odgrywa waŝną rolę w procesie ekstrakcji SPME. Stosowane zazwyczaj sposoby mieszania opisano w tabeli 7 [17, 19, 23, 28]. Sposoby mieszania stosowane w technice SPME Tabela 7 Metoda mieszania magnetyczne technika wiru stały przepływ próbki przy uŝyciu ultradźwięków Charakterystyka wymaga zastosowania mieszadełka magnetycznego w naczynku z próbką jest najczęściej stosowaną techniką w SPME ze względu na łatwość realizacji w laboratoriach analitycznych, a ponadto moŝe być stosowane w róŝnych wersjach SPME naczynko jest szybko obracane ruchem okręŝnym odnawianie powierzchni włókna i zwiększony transport analitów do włókna jest najbardziej skutecznym i najszybszym sposobem. Wadą jest ogrzewanie się próbki, a co za tym idzie - moŝliwość degradacji analitów oraz obniŝenie precyzji oznaczeń Porównując wyniki analiz próbek mieszanych z wykorzystaniem mieszadła magnetycznego i próbek bez mieszania, większe pola powierzchni pików chromatograficznych LKT uzyskuje się zazwyczaj dla tego pierwszego [4]. Wynika to z faktu, Ŝe skuteczna technika mieszania minimalizuje czas potrzebny do uzyskania stanu równowagi, a tym samym zwiększa odzysk przeprowadzonej ekstrakcji. Czas ten zaleŝy od współczynnika podziału oraz od sposobu i intensywności mieszania. Gdy szybkość mieszania rośnie, to pola powierzchni pików chromatograficznych lotnych kwasów tłuszczowych równieŝ wzrastają [4]. W praktyce trudno jest osiągnąć idealne warunki mieszania dla próbek wodnych, gdyŝ wokół włókna powstaje cienka, nieruchoma warstewka wody, która tworzy barierę dyfuzyjną. Wpływa to znacząco na wydłuŝenie czasu dochodzenia do stanu równowagi. Najszybszy czas dochodzenia do równowagi w przypadku LKT daje mieszanie z zastosowaniem ultradźwięków (20 s); natomiast czas w przypadku najbardziej rozpowszechnionego sposobu mieszania za pomocą mieszadła magnetycznego wynosi od 2 do 60 min. Mieszanie wpływa równieŝ korzystnie na dyfuzję składników z fazy ciekłej do fazy nadpowierzchniowej. Ze względu na stosunkowo duŝą lotność LKT równieŝ bez mieszania moŝna osiągnąć stan równowagi w wersji HS-SPME [4]. Zmiana wartości ph Przez odpowiedni dobór ph próbki moŝna w znacznym stopniu poprawić czułość procedury analitycznej, korzystając z techniki SPME. ObniŜając wartość ph próbki, moŝna cofnąć dysocjację kwaśnych analitów; przy ph = 2 LKT pozostają praktycznie całkowicie w formie niezdysocjowanej. Dla analitów kwasowych ph powinno mieć wartość co najmniej o 2 jednostki mniejszą niŝ pk a analitu, a dla zasadowych analitów o dwie większą niŝ pk b [18]. Jednak nale-

10 16 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Ŝy pamiętać, Ŝe włókna pokryte fazą PDMS nie mogą być eksponowane na działanie próbki o ph poniŝej 4 i powyŝej 10 [19, 25]. Dodatek soli Dodatek soli, najczęściej NaCl lub Na 2 SO 4, zwiększa siłę jonową roztworu, co zmniejsza rozpuszczalność wielu substancji organicznych, w tym LKT w wodzie, a tym samym zwiększa ułamek ekstrahowanych analitów do włókna [20, 25, 29]. Zmniejszenie rozpuszczalności wielu związków polarnych moŝe być na tyle duŝe, Ŝe następuje kilkakrotny wzrost współczynnika podziału między fazę stacjonarną a próbkę [17, 19]. Efektem towarzyszącym moŝe być spadek selektywności włókna [25]. Włókno po desorpcji musi być bardzo ostroŝnie i dokładnie umyte, poniewaŝ sól zwiększa na ogół jego kruchość [19]. Wielkość efektu wysolenia próbki zaleŝy od polarności analitu, stęŝenia soli oraz od matrycy próbki [20]. Dodatek rozpuszczalnika Problem dodatku organicznego rozpuszczalnika do próbki ciekłej nie jest jeszcze gruntownie zbadany. Obecność organicznych rozpuszczalników w próbkach wodnych zazwyczaj zmniejsza ułamek ekstrahowanych analitów. Dodatek rozpuszczalnika organicznego lub wody do próbek stałych i mulistych pozwala na uwolnienie analitów z matrycy i dzięki temu zwiększa skuteczność ekstrakcji [20]. Objętość próbki WaŜnym parametrem w procesie optymalizacji warunków ekstrakcji LKT jest objętość próbki, która ma bezpośredni wpływ na czułość metodyki analitycznej. Objętość próbki jest wielokrotnie większa niŝ objętość fazy stacjonarnej na włóknie i ilość ekstrahowanych analitów jest proporcjonalna do współczynnika podziału, stęŝenia próbki oraz objętości fazy stacjonarnej na włóknie. Związki chemiczne o duŝej wartości współczynnika K fs są bardziej wraŝliwe na zmiany objętości próbki niŝ związki o małym powinowactwie do włókna. Z tego powodu jednym z kryteriów doboru odpowiedniej objętości próbki jest uwzględnienie wartości współczynnika podziału K fs. Natomiast dla mikroekstracji w fazie nadpowierzchniowej (HS-SPME) objętość fazy gazowej powinna być zminimalizowana, aby osiągnąć jak największe stęŝenie LKT w fazie nadpowierzchniowej, a co za tym idzie - uzyskać zwiększoną czułość metodyki [20, 21]. Desorpcja analitów z włókna Głównymi czynnikami wpływającymi na termiczną desorpcję LKT z włókna SPME są: temperatura, czas desorpcji i połoŝenie igły w dozowniku GC [25]. Wpływ tych czynników został scharakteryzowany w tabeli 8. Skuteczność termicznej desorpcji analitów w dozowniku GC jest równieŝ zaleŝna od lotności analitów i grubości pokrycia włókna [30]. Większość dozowników w chromatografach gazowych jest przystosowana do bezpośredniego wprowadzenia włókna. Objętość wkładki wpływa na kształt pików

11 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej chromatograficznych; większa objętość jest powodem poszerzania pasma analizowanych substancji. Dozownik powinien być ustawiony na pracę w układzie bez dzielenia strumienia. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie powinowactwa LKT do włókna, a tym samym zwiększa efektywność ich uwolnienia do dalszej analizy [11, 20], zaś natęŝenie przepływu gazu nośnego determinuje czas przeniesienia LKT z dozownika do kolumny GC. Wpływ temperatury, czasu i połoŝenia igły w dozowniku na proces desorpcji termicznej Tabela 8 Temperatura zazwyczaj pomiędzy C zaleŝy od rodzaju pokrycia włókna optymalna temperatura jest w przybliŝeniu równa temperaturze wrzenia najmniej lotnego kwasu początkowa temperatura kolumny GC powinna być: utrzymana na niskim poziomie lub kolumna chłodzona, aŝeby zapobiec poszerzaniu się pasm chromatograficznych niŝsza o C od temperatury wrzenia najbardziej lotnego kwasu Czas zaleŝy od temperatury desorpcji dla danego kwasu na ogół pomiędzy 1 s i 1 min [25], 2 min [20], jednakŝe w celu wyeliminowania efektu pamięci proponuje się zostawić włókno w dozowniku na 5 10 min PołoŜenie igły w dozowniku waŝne szczególnie dla trudniej lotnych związków chemicznych, gdyŝ dozownik nie jest jednolicie ogrzany najlepiej utrzymywać igłę zawsze w tej samej pozycji Derywatyzacja Kwasy tłuszczowe są oznaczane za pomocą chromatografii gazowej albo w postaci wolnej, albo zderywatyzowanej [31]. DuŜa polarność i zdolność do odszczepiania protonu prowadzi do silnego oddziaływania z próbką wody i tym samym obniŝa wydajność ekstrakcji i czułość procedury. Ponadto silne oddziaływanie wolnych LKT z elementami układu chromatograficznego moŝe w konsekwencji dawać niesymetryczne, silnie ogonujące piki. To z kolei utrudnia oznaczanie i pogarsza jakość otrzymanych wyników. Wprowadzenie etapu chemicznej derywatyzacji umoŝliwia rozwiązanie tego problemu. Derywatyzacja, czyli przeprowadzenie analitów w pochodne (w szczególności w estry), poprawia właściwości chromatograficzne poprzez zmianę struktury analitu. Wynikiem tego jest podwyŝszenie lotności oraz obniŝenie polarności i reaktywności analitów, a co za tym idzie - poprawienie jakości pików chromatograficznych [27, 32-34]. Przyczynia się to do zwiększenia czułości i selektywności, a tym samym do obniŝenia granicy oznaczalności. Krótkołańcuchowe kwasy są bardzo polarne i dobrze rozpuszczalne w wodzie. Ponadto mogą być adsorbowane na ściankach kolumny GC, co jest szczególnie waŝne w przypadku małych stęŝeń (< 1 mmol/dm 3 ) [31]. Dlatego korzystne jest wprowadzenie etapu derywatyzacji do procedur oznaczania LKT. Ze względu na miejsce przeprowadzenia tego procesu moŝemy podzielić je na 3 grupy (tab. 9).

12 18 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Podział technik derywatyzacji ze względu na miejsce prowadzenia procesu Tabela 9 Derywatyzacja Charakterystyka Bezpośrednio w matrycy in situ - dodanie do próbki pierwotnej odczynnika derywatyzującego - po zajściu reakcji pochodne ekstrahuje się do włókna SPME Lotne kwasy tłuszczowe Odczynnik derywatyzujący Pochodne LKT - pokrycie włókna jest impregnowane odczynnikiem derywatyzującym - wolne kwasy są wyizolowane z matrycy do włókna, gdzie ulegają derywatyzacji Na włóknie SPME Lotne kwasy tłuszczowe Odczynnik derywatyzujący Pochodne LKT W komorze dozownika chromatografu - wprowadzenie wyekstrahowanego analitu do włókna w postaci pary jonowej, a następnie do dozownika chromatografu gazowego - dzięki wysokiej temperaturze panującej wewnątrz dozownika reakcja derywatyzacji zachodzi szybko - ograniczenie strat analitu w wyniku wyeliminowania etapu ekstrakcji pochodnej pary jonowe

13 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej Wysoka selektywność i wydajność procesu derywatyzacji moŝe być osiągnięta dzięki właściwemu doborowi odczynnika derywatyzującego oraz techniki derywatyzacyjnej [31]. Większość odczynników derywatyzujących jest wraŝliwa na obecność wody w próbce, dlatego ekstrakcja analitów z matrycy pierwotnej jest często niezbędna przed derywatyzacją. Przykładem jest reakcja metylowania za pomocą np. metanolu z dodatkiem trifluorku boru jako katalizatora [35], w wyniku której powstają estry metylowe LKT, które są mało stabilne w roztworach wodnych i konieczna jest ich izolacja przed dalszą analizą. Wprowadzenie grupy pentafluorobenzylowej w procesie derywatyzacji jest szeroko stosowane w oznaczaniu LKT za pomocą techniki GC z detekcją wychwytu elektronów (ECD) lub spektrometrią mas (MS). PFPDE (1-pentafluorofenylodiazoetan) i PFBBr (bromek pentafluorobenzylu) są skutecznymi odczynnikami alkilującymi anality z grupy LKT w matrycy wodnej. PowyŜsze reakcje nie wymagają zmiany środowiska na rozpuszczalnik organiczny [31]. PDAM (pirenylodiazometan) ma stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia, dzięki czemu nie interferuje z lotnymi związkami podczas analizy chromatograficznej, umoŝliwiając tym samym separację i oznaczenie estrów LKT. PDAM łatwo reaguje z LKT w temperaturze pokojowej i daje pochodne trwałe w próbkach wodnych [31]. Ze względu na małą lotność moŝna łatwo impregnować nim włókna SPME, stosując heksanowy roztwór [36]. Wymagane są łagodne warunki reakcji, uzyskane pochodne są trwałe, a wydajność duŝa. PFPDE i PDAM są idealnymi odczynnikami derywatyzującymi, które w połączeniu z techniką SPME słuŝą do monitorowania LKT w powietrzu. PFPDE jako odczynnik stosunkowo lotny dodawany jest w nadmiarze do naczynia, w którym znajdują się analizowane kwasy. Zachodzi wówczas bezpośrednia derywatyzacja w matrycy próbki. Kolejnym etapem jest mikroekstrakcja do włókna pokrytego poliakrylem (PA) umieszczonego nad powierzchnią próbki, zawierającej pochodne LKT. PDAM jest stosunkowo nielotnym odczynnikiem, dlatego w tym przypadku zaleca się derywatyzację na powierzchni włókna pokrytego PA. Ponad 98% kwasów ulegało przekształceniu w estry LKT w tej fazy stacjonarnej. Wynika z tego, Ŝe lepszy odzysk otrzymano, prowadząc jednocześnie ekstrakcję i derywatyzację na powierzchni włókna pokrytego fazą stacjonarną z odczynnikiem derywatyzującym [31]. Z kolei zastosowanie bromku benzylu umoŝliwia przeprowadzenie derywatyzacji kwasu octowego do octanu benzylu, bezpośrednio w próbkach wodnych [27]. Po etapie derywatyzacji bezpośrednio w matrycy próbki przeprowadza się ekstrakcję HS-SPME na włóknie pokrytym poliakrylem PA. Jak wyŝej wspomniano, derywatyzację moŝna równieŝ przeprowadzić bezpośrednio w gorącym dozowniku chromatografu gazowego. Taką technikę derywatyzacji zastosowano do oznaczania LKT, zawierających powyŝej 4 atomów węgla w molekule, powstałych na skutek ozonolizy cyklicznych alkenów. Odczynnikiem derywatyzującym był N,O-bis(trimetylosililo)trifluoroacetamid (BSTFA), wprowadzający grupę trimetylosililowej (TMS). Zaletą reakcji sililowania jest jej duŝa szybkość w wysokiej temperaturze dozownika chromatograficznego [37]. Proces derywatyzacji analitów stosuje się w wielu procedurach analitycznych, w których na etapie oznaczeń końcowych wykorzystuje się chromatografię gazową. Liczne

14 20 Anna Banel i Bogdan Zygmunt zalety oraz dostępność szerokiego spektrum odczynników derywatyzujących (tab. 10) umoŝliwiają ciągły rozwój etapu derywatyzacji i wprowadzenia nowych procedur oznaczania [38]. Tabela 10 Odczynniki stosowane do derywatyzacji LKT ukierunkowanej na analizę chromatograficzną Odczynnik derywatyzujący Kwas Matryca PDAM pirenylodiazometan PFB-Br bromek pentafluorobenzylu PFPDE 1-pentafluorofenylodiazoetan PDAM pirenylodiazometan PFPDE 1-pentafluorofenylodiazoetan C 7H 7Br bromek benzylu PDAM pirenylodiazometan BSTFA N,O-bis(trimetlosililo)trifluoroacetamid DNPH 2,4-dinitrofenylohydrazyna PFBHA o-2,3,4,5,6-pentafluorobenzylohydroksyloamina DNPH 2,4-dinitrofenylohydrazyna PFB α-2,3,4,5,6-pentafluorotoluen Metanol z dodatkiem H 2SO 4 Oznaczenie końcowe Literatura -C5 woda SPME-GC-FID [31] -C5 woda GC-ECD [31] -C5 powietrze GC-FID [31] -, ic4, C4, ic5, C5-C6 woda fekalia HS-SPME GC-FID In situ/hs-spme- GC-MS [27] [36] C5-C17 powietrze GC-FID [37] - woda morska HPLC-UV/Vis [39] - woda HS-GC-MS [39] C1-C4 powietrze HPLC-detektor spektrofotometryczny [40] -C5 fekalia GLC-ECD [41] C1-, ic4, C4 kompost HS-GC-FID [42] Dobór kolumny chromatograficznej Dobór odpowiedniej kolumny chromatograficznej jest niezwykle waŝny dla separacji analitów oraz ich jakościowego i ilościowego oznaczania. Ogólna zasada wyboru kolumny zaleca w pierwszej kolejności odnalezienie w źródłach informacyjnych (publikacje, katalogi firm) odpowiedniej fazy, której charakterystyka jest odpowiednia do rozdzielanych składników (np. polarną do składników polarnych). Ogólnie wiadomo, Ŝe fazy bardzo polarne są mniej stabilne i słuŝą do analizy związków o węŝszym zakresie temperatur wrzenia oraz mają na ogół gorszą sprawność. Natomiast kolumny z fazą niepolarną są bardziej odporne na utlenianie, łatwiej znoszą niewłaściwe przechowywanie i nieszczelności układu chromatograficznego.

15 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej Kolumna chromatograficzna powinna mieć duŝą sprawność i odporność na róŝne czynniki [17]. Cechą fazy stacjonarnej powinna być stabilność termiczna i róŝnicowanie retencji poszczególnych składników analizowanej mieszaniny (duŝa selektywność). Obecnie do oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych stosuje się głównie kolumny kapilarne, poniewaŝ zapewniają krótszy czas analizy, duŝą sprawność oraz małe zuŝycie gazu nośnego i fazy stacjonarnej. W analityce wolnych LKT stosuje się głównie polarne fazy stacjonarne; w przypadku prekolumnowej derywatyzacji (np. do estrów LKT) mogą być równieŝ z powodzeniem stosowane niepolarne lub raczej średnio polarne fazy stacjonarne. Do separacji wolnych LKT najbardziej polecaną fazą stacjonarną jest glikol polietylenowy (PEG) modyfikowany przez traktowanie kwasem nitrotereftalowym. Faza ta jest powszechnie stosowana w kolumnach kapilarnych i pakowanych. W kolumnach pakowanych glikol polietylenowy moŝe być osadzony na róŝnych nośnikach, a takŝe na sadzy grafityzowanej. McGrath i inni [41] do rozdzielania estrów pentafluorobenzylowych LKT wyizolowanych z fekaliów, zastosowali kolumnę pakowaną wypełnioną Chromosorbem W, deaktywowanym dimetylochlorosilanem (DCMS) z naniesioną ciekłą fazą 50%metylo-50%fenylopolisiloksanową. Natomiast Manni i Caron [6] do oznaczania wolnych LKT w próbkach ługów ze składowiska odpadów korzystali z kolumny pakowanej, wypełnionej Chromosorbem WAW (przemyty 1% kwasem ortofosforowym) i pokrytej nośnikiem estrowym. W tabeli 11 przedstawiono krótką charakterystykę najczęściej stosowanych faz stacjonarnych do oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych. Ogólna charakterystyka najczęściej stosowanych faz stacjonarnych do oznaczenia LKT Tabela 11 Faza stacjonarna Charakterystyka fazy stacjonarnej Postać rozdzielanych LKT Glikol polietylenowy (PEG) polarna wolna Glikol politetylenowy modyfikowany kwasem nitrotereftalowym 95%dimetylo- 5%difenylopolisiloksan 14%cyjanopropylo- 86%metylosiloksanowa Nazwy zastosowanych kolumn Stabilwax, DBWAX Odnośnik literaturowy [2, 7, 9] polarna wolna TR-FFAP [4, 5] niepolarna średniopolarna róŝne pochodne estry trimetylosililowe DB-5 SPB-5 RTX-1701, HP-1701 [11, 27] [37, 42] Detekcja lotnych kwasów tłuszczowych W celu oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych za pomocą GC stosuje się róŝne metody detekcji, zaleŝnie od tego, czy kwasy znajdują się w postaci wolnej czy teŝ pochodnych (tab. 12). Najczęściej stosowanymi detektorami w przypadku oznaczania LKT techniką chromatografii gazowej są: detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID), detektor wychwytu elektronów (ECD), spektrometr mas (MS). Do detekcji LKT stosowano równieŝ olfaktometrię [43, 44].

16 22 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Tabela 12 Zestawienie literaturowe sposobów detekcji stosowanych w oznaczaniu LKT w postaci wolnej i pochodnych Detektor Wolne LKT Literatura Pochodne LKT FID [2, 4, 6, 37] [27, 34, 42] MS [4, 5, 45, 47, 48] [7, 37, 46] ECD [41] Dotychczas najczęściej stosowanymi detektorami w przypadku oznaczania LKT techniką chromatografii gazowej są: detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID) i spektrometr mas (MS). Granice wykrywalności LKT oznaczanych za pomocą GC przedstawiono w tabeli 13. Wynika z niej, Ŝe chromatografia gazowa sprzęŝona ze spektrometrem mas z ujemną jonizacją chemiczną (GC-CI-MS) daje zdecydowanie niŝsze granice wykrywalności niŝ pozostałe detektory. Wprowadzając etap derywatyzacji, moŝna uzyskać zwiększoną selektywność i obniŝoną granicę oznaczalności np. poprzez wprowadzanie fluorowanych grup funkcyjnych i zastosowanie detektora ECD. Granice wykrywalności LKT Tabela 13 Granica wykrywalności [mg/l] LKT Detektor FID MS ECD ic4 C4 ic5 C5 C6 C7 Lit. SPME-GC-FID 3,7 3,3 0,9 0,3 0,7 0,3 - - [2] HS-SPME-GC-FID 0,675 0,054-0,006 0,046 0,019 0,038 [4] SPME-GC-FID 0,760 0,290-0,122-0, [31] SPME-GC-FID (derywatyzacja PDAM) - 0,002-0, [31] HS-GC-FID (derywatyzacja: metanol + H 2SO 4) [42] HS-SPME-GC-FID 0, [27] NCI-MS 0,150 0,005-0,002-0,002 0,006 0,005 [5] PCL-MS (CH 4) 0,115 0,025-0,026-0,011 0,013 0,010 [5] SPME-GC-ECD (derywatyzacja PFB-Br) , , [31] SPME-GC-ECD (derywatyzacja PFPDE) 0, , , , [31]

17 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej Literaturowy przegląd metodyk oznaczania LKT Efektywność biologicznego oczyszczania ścieków w duŝym stopniu zaleŝy od zawartości LKT, które, jeśli zostaną wprowadzone do środowiska, mogą powodować niekorzystne zmiany. Dlatego teŝ naleŝy je monitorować w ściekach surowych i oczyszczonych, a takŝe na róŝnych etapach oczyszczania. Znajomość zawartości LKT w ściekach jest pomocna juŝ na etapie projektowania nowoczesnych rozwiązań technologicznych, stosowanych w oczyszczalniach ścieków. Zatem nie moŝe budzić zdziwienia to, Ŝe w ciągu ostatnich lat obserwuje się znaczący wzrost liczby publikacji dotyczących zagadnień oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych w ściekach i innych próbkach środowiskowych. Na podstawie przeprowadzonego studium literaturowego stwierdza się, iŝ najczęstszą techniką oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych w próbkach środowiskowych, w tym w ściekach, jest chromatografia gazowa. W tabeli 14 przedstawiono zastosowanie techniki GC do oznaczania LKT, w których izolacje i wzbogacanie analitów prowadzi się z wykorzystaniem mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej, techniki prostej, wygodnej, stosunkowo taniej i dość skutecznej. Wnioski Proces beztlenowej biodegradacji materiału organicznego z punktu widzenia jakości środowiska jest zazwyczaj zjawiskiem korzystnym. Powstające wówczas lotne kwasy tłuszczowe, np. w ściekach, zwiększają efektywność biologicznego usuwania związków fosforu i azotu. Jednak LKT mogą mieć pewien niekorzystny wpływ na środowisko; mają bowiem nieprzyjemny zapach i zwiększają mobilność metali cięŝkich i radionuklidów. Z powyŝszych względów konieczne jest monitorowanie stęŝenia LKT w ściekach na róŝnych etapach oczyszczania biologicznego i w środowisku, w szczególności na składowiskach odpadów. Do oznaczania LKT w próbkach środowiskowych stosuje się na ogół techniki chromatograficzne, w tym najszerzej chromatografię gazową. Przedstawiony przegląd literaturowy wskazuje, Ŝe połączenie nowoczesnej techniki przygotowania próbek, tj. mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej z odpowiednim systemem separacyjnym i detekcyjnym, pozwala uzyskać duŝą czułość i selektywność oraz niską granicę oznaczalności. Dotychczasowe badania pozwalają stwierdzić, Ŝe metodyki, wykorzystujące technikę SPME na etapie przygotowania próbek i chromatografii gazowej sprzęŝonej ze spektrometrią mas, detektorem płomieniowo-jonizacyjnym lub wychwytu elektronów na etapie oznaczeń końcowych, mogą być z powodzeniem stosowane do identyfikacji i oznaczania ilościowego lotnych kwasów tłuszczowych w ściekach, powietrzu, odchodach i innych próbkach. RóŜnorodność matryc próbek i zwiększające się coraz bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jakości wyników zawartości LKT w róŝnych mediach oraz aspekty ochrony środowiska sprawiają, Ŝe powinny być prowadzone dalsze prace nad modyfikacją juŝ istniejących i opracowaniem nowych procedur analitycznych.

18 24 Anna Banel i Bogdan Zygmunt Publikowane zastosowania SPME w połączeniu z chromatografią gazową do oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych w róŝnych próbkach środowiskowych Tabela 14 LKT Matryca Sposób ekstrakcji Włókno Desorpcja termiczna Objętość próbki [cm 3 ] Derywatyzacja Wysolenie Czas [min] Szybkość mieszania [rpm] Temp. [ o C] Oznaczenie końcowe C4 C5 C6 C7 C4 C5 C6 C7 ic4 C4 ic5 C5 C6 C7 ic4 C4 ic5 C5 C6 Ścieki miejskie Ścieki miejskie Ścieki z farmy trzody chlewnej Odchody bydlęce - HS-SPME - HS-SPME - DI-SPME - HS-SPME PDMS-CAR 75 µm PDMS-CAR 75 µm CW-DVB 65 µm PDMD-CAR 75 µm PDMS- DVB/CAR50/ 30 µm 5 min w 300 p C 5 min w 300 o C Odnośnik 10 lub 20 NaCl GC-FID [4] 10 NaCl GC-NCI-MS GC-PCL-MS (CH 4) 3 min GC-MS [7] 3 min w 300 o C 10 NaCl GC-MS [45] [5]

19 Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do 25 fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej... C7 ic5 C6 Wydech bydlęcy - HS-SPME PDMS-DVB/ CAR50/ 30 µm 7 min w 250 o C GC-MS-O [43] ic4 C4 C5 C6 Pył w chlewni - HS-SPME PDMS-CAR 85 µm 40 min w 260 o C GC-MS-O [44] ic4 C4 ic5 C5 C6 Pył w chlewni - HS-SPME PDMS- CAR 75 µm min w 280 o C GC-MS [47] ic4 C4 C5 C6 C7 C8 Odchody - HS-SPME PDMS-CAR 75 µm 300 o C GC-MS [48] ic5 Obszary bagienne - HS-SPME PDMS-CAR 75 µm 5 min w 300 o C 10 NaCl GC- NCI-MS GC-PCL-MS (CH 4) [49]

20 26 Anna Banel i Bogdan Zygmunt C4 C5 C6 C7 Próbki wody powietrze In situ/spme Pirenylodiazometan DI-SPME HS-SPME Wolne kwasy: PA 95 µm Pochodne PDAM: PA Wolne kwasy: 3 min Pochodne PDAM: 4 min GC-FID [11] Próbki wodne Octan benzylu HS-SPME PA C4 C5 C4 C5 ic4 C4 ic5 C5 C6 Powietrze Woda Odchody In situ/spme Pirenylodiazometan (PDAM) In situ/spme Pirenylodiazometan (PDAM) In situ/spme Pirenylodiazometan (PDAM) DI-SPME HS-SPME Wolne kwasy: PA 85 µm Pochodne PDAM: PA Pochodne PDAM: PA 5 min w 250 C 5 min GC-FID [27] min GC-FID GC-ECD GC-ITMS GC-FID GC-ECD HS-SPME PA 85 µm 4 min - NaCl GC-MS [36] [31] [31]

21 Literatura Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej [1] śeglin K.: Mat. Seminarium w Polit. Krakow. Metody oznaczania wskaźników zanieczyszczeń organicznych. Kraków [2] Cruwys J.A., Dnsdale R.M., Hawkes F.R. i Hawkes D.L.: J. Chromatogr. A, 2002, 945, [3] Kryłow M. i Lach A.: Mat. Seminarium w Polit. Krakow. Metody oznaczania wskaźników zanieczyszczeń organicznych. Kraków [4] Abalos M., Bayona J.M. i Pawliszyn J.: J. Chromatogr. A, 2000, 873, [5] Abalos M., Bayona J.M. i Pawliszyn J.: J. Chromatogr. A, 2000, 891, [6] Manni G. i Caron F.: J. Chromatogr. A, 1995, 690, [7] Shao-Pin Yo: Chemosphere, 1999, 38, [8] Światłowska J., Zaborowska A. i Zygmunt B.: Analityka, 2006, 2, 4-6. [9] Kai P. i Schafer A.: Agr. Eng. International: CIGR J. Sci. Res. Develop., 2004, 6, Manuscript BC [10] Poradnik fizykochemiczny, praca zbiorowa. WNT, Warszawa [11] Pan L., Adams M. i Pawliszyn J.: Anal. Chem., 1995, 67, [12] Wardencki W., Curyło J. i Namieśnik J.: J. Biochem. Biophys. Methods, 2007, 70, [13] Psillakis E. i Kalogerakis N.: Trends Anal. Chem., 2002, 21, [14] Psillakis E. i Kalogerakis N.: J. Chromatogr. A, 2001, 907, [15] Psillakis E. i Kalogerakis N.: J. Chromatogr. A, 2001, 938, [16] Psillakis E. i Kalogerakis N.: J. Chromatogr. A, 2003, 999, [17] Namieśnik J. i Jamrógiewicz Z.: Fizykochemiczne metody kontroli zanieczyszczeń środowiska. WNT, Warszawa [18] Mester Z. i Sturgeon R.: Spectrochim. Acta B, 2005, 60, [19] de Fa tima Alpendurada M.: J. Chromatogr. A, 2000, 889, [20] Penalver A., Pocurull E., Borrull F. i Marce R.M.: Trends Anal. Chem., 1999, 18, [21] Theodoridis G., Koster E.H.M. i de Jong G.J.: J. Chromatogr. B, 2000, 745, [22] Zygmunt B., Zaborowska A., Światłowska J. i Namieśnik J.: Curr. Org. Chem., 2007, 11, [23] Bulletin 923, Supelco, [24] Katalog Supelco, 2003/2004, [25] Prosen H. i Zupancic-Kralj L.: Trends Anal. Chem., 1999, 18, [26] Augusto F. i Pires Valentey A.L.: Trends Anal. Chem., 2002, 21, [27] Wittmann Gy., Van Langenhove H. i Dewulf J.: J. Chromatogr. A, 2000, 874, [28] Eisert R. i Pawliszyn J.: J. Chromatogr. A, 1997, 776, [29] Grebel J.E. i Young C.C., (Mel) Suffet I.H.: J. Chromatogr. A, 2006, 1117, [30] Kataoka H., Lord H.L. i Pawliszyn J.: J. Chromatogr. A, 2000, 880, [31] Pan L. i Pawliszyn J.: Anal. Chem., 1997, 69, [32] Field J.A.: J. Chromatogr. A, 1997, 785, [33] Zygmunt B., Jastrzębska A. i Namieśnik J.: Crit. Rev. Anal. Chem., 2001, 31(1), [34] Mills G. A. i Walker V.: J. Chromatogr. A, 2000, 902, [35] Clark J.T. i Bunch J.E.: J. Chromatogr. Sci., 1997, 35, [36] Mills G. A., Walker V. i Mughal H.: J. Chromatogr. B, 1999, 730, [37] Docherty K.S. i Ziemann P.J.: J. Chromatogr. A, 2001, 921, [38] Wells J.M.: J. Chromatogr. A, 1999, 843, [39] Takeda K., Katoh S., Nakatani N. i Sakugawa H.: Anal. Sci., 2006, 22, [40] Uchiyama S., Matsushima E., Aoyagi S. i Ando M., Anal. Chem., 2004, 76, [41] McGrath L.T., Weir C.D., Maynard S. i Rowlands B.J.: Anal. Biochem., 1992, 207, [42] Himanen M., Latva-Kala K., Itavaara M. i Hanninen K.: J. Environ. Qual., 2006, 35(2), [43] Spinhirne J.P., Koziel J.A. i Chirase N.K.: J. Chromatogr. A, 2004, 1025, [44] Cai L., Koziel J.A., Lo Y.-C. i Hoff S.J.: J. Chromatogr., 2006, 1102, [45] Larreta J., Vallejo A., Bilbao U., Alonso A., Arana G. i Zuloaga O.: J. Chromatogr. A, 2006, 1136, 1-9. [46] Wells J.M. i Zhou You L.: J. Chromatogr. A, 2000, 885, [47] Razote E.B., Maghirang R.G., Seitz L.M. i Jeon I.J.: Am. Soc. Agric. Eng., 2004, 47(4), [48] Miller D.N. i Woodbury B.L.: J. Environ. Qual., 2006, 35(6), [49] Huang Y., Ortiz L., Aguirre P., Garcia J., Mujeriego R. i Bayona J.M.: Chemosphere, 2005, 59,

22 28 Anna Banel i Bogdan Zygmunt APPLICATION OF COMBINATION OF SOLID PHASE MICROEXTRACTION AND GAS CHROMATOGRAPHY FOR DETERMINATION OF VOLATILE FATTY ACIDS IN ENVIRONMENTAL AND RELATED SAMPLES Summary: Determination of volatile fatty acids (VFAs) in environmental samples requires an appropriate technique of sample preparation and a technique of final analysis; the latter should enable effective separation and reliable identification of VFAs to be determined. A convenient and frequently used technique of VFA isolation and enrichment is solid phase microextraction (SPME), while gas chromatography (GC) is an efficient technique of final analysis. In this work, the combination of these two techniques for determination of VFAs in environmental and related samples has been critically discussed. Keywords: volatile fatty acids, gas chromatography, solid phase microextraction, environmental sample, waste water