SKŁAD CHLOROBIFENYLI W PREPARACIE CHLOROFEN W OPARCIU O ROZDZIAŁ Z UŻYCIEM FAZY HT8-PCB* )

Transkrypt

1 BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. XL, 2007, 4, str Jerzy Falandysz, Yukari Ishikawa 1), Yukio Noma 1), Nobuyoshi Yamashita 2) SKŁAD CHLOROBIFENYLI W PREPARACIE CHLOROFEN W OPARCIU O ROZDZIAŁ Z UŻYCIEM FAZY HT8-PCB* ) Zakład Chemii Środowiska i Ekotoksykologii Uniwersytetu Gdańskiego Kierownik: prof dr. hab. J. Falandysz 1) National Institute for Environmental Studies, Onogawa 16-2, Tsukuba, Ibaraki , Japonia Kierownik: dr Y. Noma 2) National Institute of Advanced Science and Technology, EMTECH, Onogawa 16-1, Tsukuba, Ibaraki , Japonia Kierownik: dr N. Yamashita Przedstawiono wyniki analizy składu chlorobifenyli w polskim preparacie technicznym tych zwia zków o nazwie Chlorofen uzyskane metoda HRGC/HRMS z rozdziałem w kolumnie kapilarnej pokrytej opracowana specyficznie dla rozdziału tych zwia zków faza ciekła HT8-PCB. Hasła kluczowe: Chlorofen, PCBs, ksenobiotyki. Key words: Chlorofen, PCBs, xenobiotics. Chlorobifenyle (CBs; polichlorowane bifenyle, PCBs), tworzące pojedyncze preparaty techniczne tych związków, np. Chlorofen, Tarnol, Sovol, Flix, albo serie preparatów o nazwach takich jak Aroclor, Clophen, Kanechlor, Delor, Phenoclor czy Pyralene, a także chlorobifenyle powstające samorzutnie podczas niektórych procesów termicznych (spalanie śmieci komunalnych, odpadów przemysłowych itp.) lub występujące jako zanieczyszczenia w materiałach środowiskowych (powietrze, woda, gleba, biomasa roślinna, tkanki i płyny ustrojowe zwierząt i ludzi, żywność), to bardzo złożone w składzie mieszaniny związków o podobnych właściwościach fizykochemicznych (1). Teoretycznie preparaty techniczne PCBs czy wiele innych rodzajów materiałów, produktów lub elementów składowych środowiska przyrodniczego mogą zawierać do 209 chlorobifenyli (dokładnie 209 kongenerów chlorobifenylu z grupami homologów od mono- do dekachlorobifenylu) (2, 3). Wymóg dokładnego poznania (określenia) składu jakościowego i ilościowego z jednej strony chlorobifenyli, a z drugiej chlorodibenzo-p-dioksyn (CDDs; polichlorowanedibenzo-p-dioksyny i chlorodibenzofuranów (CDFs; polichlorowa- * ) Podziękowanie Badania wsparte finansowo przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach projektów nr DS/ i 127/E/335/S/2003.

2 382 J. Falandysz i inni 4 ne dibenzofurany, PCDFs) w materiałach środowiskowych i innych był asumptem dla rozwijania technik analitycznych o dużej zdolności rozdzielczej (chromatografia kapilarna) i specyficznych detektorów (detektor masowy, spektrometria mas) (4). Niemniej miarodajna analiza śladowa lub makro tylko PCBs w określonym materiale lub produkcie pozostaje zadaniem bardzo trudnym, a często w codziennej praktyce wręcz niewykonalnym (nierzetelne wyniki) dla większości nawet wyspecjalizowanych laboratoriów na świecie. Wyniki badań interkalibracyjnych przeprowadzonych niedawno w kraju wskazują, że oznaczając zawartość zaledwie kilku tzw. wskaźnikowych kongenerów chlorobifenylu też bardzo trudno o zgodność pomiędzy wynikami dostarczanymi przez uczestniczące laboratoria a faktycznym składem PCBs w badanych materiałach (5). Chlorofen jest jednym z dwóch polskich preparatów technicznych chlorobifenyli, który wytwarzano w Zakładach Chemicznych Górnictwa w Ząbkowicach Śląskich (Dąbrowa Górnicza) w latach Tym drugim preparatem, ale jak dotąd niedostępnym badaczom dla poznania jego składu jakościowego i ilościowego, i zatem, dla którego jest brak opublikowanych danych, jest preparat Tarnol. Tarnol wytwarzano w Tarnowskich Zakładach Azotowych (Mościce) w Tarnowie w latach (6). Skład chlorobifenyli tworzących preparat Chlorofen był już wcześniej przedmiotem badań, także występujących w tym produkcie zanieczyszczeń technicznych takich jak: CDDs, CDFs, CNs (chloronaftaleny; PCNs, polichlorowane naftaleny), CPhs (chlorofenole) i CBzs (chlorobenzeny) (7 16). W pracy przedstawiono dokładne wyniki analizy chlorobifenyli tworzących preparat Chlorofen uzyskane w oparciu o rozdział na fazie ciekłej o symbolu HT8-PCB, którą to fazę stworzono właśnie w celu perfekcyjnej analizy tych związków. Fazę tę zastosowano w układzie kolumna kapilarna chromatografu gazowego wysokorozdzielczy spektrometr mas (HRGC/HRMS) z rozcieńczeniem izotopowym. MATERIAŁ I METODYKA Próbkę Chlorofenu otrzymano z Zakładu Farmakologii i Toksykologii Państwowego Instytutu Weterynarii w Puławach. 10 mg preparatu Chlorofen rozpuszczano w 10 cm 3 n-heksanu, a następnie podwielokrotność roztworu podstawowego rozcieńczano (0,5 mg/dm 3 roztwór roboczy ) n-heksanem. Do tak otrzymanego roztworu dodawano mieszaniny, znakowanych izotopowo ( 13 C 12 ), wzorców wewnętrznych chlorobifenyli (wzorce MBP-MXP i PCB-LCS-A200 z Wellington Laboratories Inc., Ontario, Kanada). Analizę chlorobifenyli prowadzono techniką kapilarnej chromatografii gazowej sprzężonej z wysokorozdzielczą spektrometrią mas (HRGC/HRMS). Kolumna kapilarna z fazą HT8-PCB (SGE, Australia) miała dł. 60 m i średnicę wewn. 0,25 mm (grubość błony nałożonej fazą pozostaje tajemnicą firmy australijskiej). Chromatograf (Agilent 6890 GC) sprzężono z spektrometrem mas (Autospec 3000 Micromass Co.) o rozdzielczości > MU (ścieżka 10%). Stosowano jonizację wiązką elektronów (EI) przy 38 ev z selektywnym monitorowaniem jonów (SIM) i pomiarem dwóch najsilniej intensywnych jonów molekularnych klasteru. W celu rozdzielenia izomerów od mono- do dekachlorobifenylu temperaturę pieca chromatografu gazowego programowano w zakresie od 100 do 180 C z przyrostem w tempie 20 C/min. po wstępnym przetrzymaniu przez 1 min. Następnie od temp. 180 do 260 C przyrost wynosił 2 C/min., a dalej od 260 do 300 C wynosił 5 C z przytrzymaniem na końcu przez 2 min. Temperatura bloku nastrzyku wynosiła 280 C, objętość nastrzyku 1 mm 3 bez podziału strumienia (splitless) przy stałym przepływie helu jako gazu nośnego w tempie 1 cm 3 /min. Wyniki analizy od mono- do dekachlorobifenylu zestawiono w tab. I.

3 4 Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen 383 Tabela I Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen Table I Chlorobiphenyls content of Chlorofen Monochlorobifenyle Σ MonoCBs 270 Dichlorobifenyle 4 2,2'- 73 5/8 2,3-/2,4' ,3' ,4- < ,5- < ,6- < ,3' /13 3,4-/3,4'- < ,5- < ,4'- < 0.1 Σ DiCBs 290 Trichlorobifenyle 16 2,2',3- < ,2',4- < ,2', ,2',6- < /33 2,3,3'-/2',3, ,3,4- < ,3,4'- < ,3,5- < ,3,6- < ,3',4- < ,3',5- < ,3',6- < ,4,4' ,4,5- < ,4,6-31 2,4',5- < ,4',6- < ',3,5- < ,3',4- < ,3',5- < ,4,4' ,4,5- < ,4',5- < 0.1 Σ TriCBs 99 Tetrachlorobifenyle 40/57 2,2',3,3'-/2,3,3',5- < ,2',3,4- < ,2',3,4'- < /49 2,2',3,5-/2,2',4,5' ,2',3,5' ,2',3,6- < ,2',3,6'- < /48/65/75 2,2',4,4'-/2,2',4,5-/2,3,5,6-/ /2,4,4', ,2',4,6- < ,2',4,6'- < /69 2,2',5,5'-/2,3',4, ,2',5,6'- < ,2',6,6'- < ,3,3',4- < ,3,3',4'- < /63 2,3,3',5'-/2,3,4', ,3,3',6- < ,3,4,4'- < /74 2,3,4,5-/2,4,4', ,3,4,6- < /72 2,3,4',6-/2,3',5,5' ,3',4,4' ,3',4,,5- < ,3',4,5'- < ,3',4', ,3',4',6- < ,3',5',6- < ',3,4,5- < * 3,3',4,4' ,3',4,5- < ,3',4,5'- < ,3',5,5'- < ,4,4', Σ TetraCBs Pentachlorobifenyle 82 2,2',3,3',4- < /109 2,2',3,3',5-/2,3,3',4',5- < ,2',3,3',6- < ,2',3,4,4'- < 0.1

4 384 J. Falandysz i inni 4 T a b e l a I (cd.) Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen T a b l e I (cont.) Chlorobiphenyls content of Chlorofen Pentachlorobifenyle (cd.) Heksachlorobifenyle (cd.) 86 2,2',3,4, /115 2,2',3,4,5'-/2,3,4,4',6- < /91/121 2,2',3,4,6-/2,2',3,4',6-/ /2,3',4,5',6- < ,2',3,4,6'- < ,2',3,4',5- < ,2',3,5,5'- < /95/98/102 2,2',3,5,6-/2,3',3,5',6-/ /2,2',3',4,6-/2,2',4,5,6' ,2',3,5,6'- < ,2',3,6,6'- < /117 2,2',3',4,5-/2,3,4',5,6- < ,2',4,4',5- < ,2',4,4',6'- < ,2',4,5,5'' ,2',4,5',6- < ,2',4,6,6'- < ,3,3',4,4' ,3,3',4,5- < /108 2,3,3',4,5'-/2,3,3',4,6- < /120 2,3,3',4',6-/2,3',4,5,5'' ,3,3',5,5'- < /119 2,3,3',5,6-/2,3',4,4',6- < ,3,3',5',6- < ,3,4,4',5' /125 2,3,4,5,6-/2',3,4,5,6'- < ,3',4,4', ',3,3',4,5- < ',3,4,4',5- < ',3,4,5,5'- < ,3',4,4', ,3',4,5,5'- < 0.1 Σ PentaCBs 680 Heksachlorobifenyle 128 2,2',3,3',4,4' ,2',3,3',4, ,2',3,3',4,5'- < /133 2,2',3,3',4,6-/2,2',3,3',5,5'- < /161 2,2',3,3',4,6'-/2,3,3',4,5', ,2',3,3',5,6- < ,2',3,3',5,6' /148 2,2',3,3',6,6'-/2,2',3,4',5,6' ,2',3,4,4',5- < ,2',3,4,4',5' /149 2,2',3,4,4',6-/2,2',3,4,5', ,2',3,4,4',6'- < ,2',3,4,5,5' ,2',3,4,5,6- < ,2',3,4,5,6'- < /147 2,2',3,4',5,6-/2,2',3,4',5', ,2',3,4,6,6'- < ,2',3,4',5,5' ,2',3,4',6,6'- < ,2',3,5,5', ,2',3,5,6,6'- < ,2',4,4',5,5' ,2',4,4',5,6'- < ,2',4,4',6,6'- < ,,3,3',4,4', ,3,3',4,4',5' /160 2,3,3',4,4',6,6-/2,3,3',4,5,6, ,3,3',4,5,5' ,3,3',4',5,5'- < /164 2,3,3',4',5,6-/2,3,3',4',5',6' ,3,3',5,5',6'- < ,3,4,4',5, ',3',4,4',5,5' ,3',4,4',5',6'- < ,3',4,4',5,5'- 3.3 Σ HexaCBs Heptachlorobifenyle 170 2,2',3,3',4,4', ,2',3,3',4,4', ,2',3,3',4,5,5' ,2',3,3',4,5,6- < 0.1

5 4 Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen 385 T a b e l a I (cd.) Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen T a b l e I (cont.) Chlorobiphenyls content of Chlorofen Heptachlorobifenyle (cd.) 174 2,2',3,3',4,5,6' ,2',3,3',4,5', ,2',3,3',4,6,6' ,2',3,3',4',5, ,2',3,3',5,5', ,2',3,3',5,6,6' ,2',3,4,4',5,5' ,2',3,4,4',5,6- < /187 2,2',3,4,4',5,6'-/2,2',3,4',5,5',6- < ,2',3,4,4',5', ,2',3,4,4',6,6'- < ,2',3,4,5,5', ,2',3,4,5,6,6'- < ,2',3,4',5,6,6'- < ,3,3',4,4',5,5' ,3,3',4,4',5, ,3,3',4,4',5',6- < ,3,3',4,5,5',6- < ,3,3',4',5,5',6- < 0.1 Σ HeptaCBs Oktachlorobifenyle 194 2,2',3,3',4,4',5,5' ,2',3,3',4,4',5, /203 2,2',3,3',4,4',5',6-/ /2,2',3,4,4',5,5', ,2',3,3',4,4',6,6' /199 2,2',3,3',4,5,5',6-/ /2,2',3,3',4,5,5',6' ,2',3,3',4,5,6,6' ,2',3,3',4,5',6,6' ,2',3,3',5,5',6,6' ,2',3,4,4',5,6,6'- < ,3,3',4,4',5,5', Σ OktaCBs Nonachlorobifenyle 206 2,2',3,3',4,4',5,5', ,2',3,3',4,4',5,6,6' ,2',3,3',4,5,5',6,6' Σ NonaCBs Dekachlorobifenyl 209 2,2',3,3',4,4',5,5',6,6' Σ PCBs Cl (%) 60 WYNIKI I ICH OMÓWIENIE Chlorofen produkowano w Zakładach Chemicznych w Dąbrowie Górniczej w latach (łącznie wytworzono 1000 ton), i jako niepalny smar zużyto przede wszystkim w maszynach górniczych (6, 17). Z wcześniej przeprowadzonych badań wynika, że skład Chlorofenu tworzą przede wszystkim silnie schlorowane kongenery chlorobifenylu głównie hepta- i oktachlorobifenyle. Niemniej zauważalne są rozbieżności, co do występowania i podawanej zawartości szeregu kongenerów chlorobifenylu zidentyfikowanych w Chlorofenie (7 10, 12, 13). Poszczególni autorzy badając skład PCBs w Chlorofenie stosowali chromatografię gazową oraz kolumny kapilarne o różnych parametrach długości i przekroju, pokryte fazami ciekłymi innymi niż HT8-PCB, tj., odpowiednio, DB-1, DB-17, DB-17 (koplanarne chlorobifenyle), Faza HT8 w porównaniu z innymi niepolarnymi fazami nośnymi używanymi w analizie chlorobifenyli metodą chromatografii gazowej w układzie z pojedynczą kolumną umożliwiała okresowo rozdział największej liczby kongenerów chlorobifenylu (1), a faza HT8-PCB jest jej udoskonaleniem. Niemniej jak to wynika z zestawienia w tab. I, niektóre spośród 209 kongenerów chlorobifenylu też pozostawały nierozdzielne (koeluowały), w ramach poszczególnych grup homologicznych, podczas separacji z użyciem fazy HT8-PCB. Ogółem podczas rozdziału i detekcji chlorobifenyli tworzących Chlorofen zarejestrowano 78 pików reprezentujących 100 kongenerów chlorobifenylu, a w tym zidentyfikowano 60 pików reprezentowanych przez pojedyncze chlorobifenyle i 18 pików reprezentujących 40 koelujących.chlorobifenyli (koeluujących po dwa, trzy lub cztery kongenery) (tab. I). Główne grupy homologiczne chlorobifenyli

6 386 J. Falandysz i inni 4 tworzące Chlorofen to: heptachlorobifenyle (43%), oktachlorobifenyle (38%), heksachlorobifenyle (11%) i nonachlorobifenyle (7,5%). Hepta- i oktachlorobifenyle także wcześniej identyfikowano jako główne składniki Chlorofenu, ale cytowani autorzy dokumentowali mniejszą liczbę kongenerów chlorobifenyli. Jak wynika z zestawienia w tab. I, w składzie chlorobifenyli tworzących silnie schlorowany preparat jakim jest Chlorofen występują reprezentanci wszystkich grup homologicznych od mono- do dekachlorobifenylu. J. F a l a n d y s z, Y. I s h i k a w a, Y. N o m a, N. Y a m a s h i t a CHLOROBIPHENYLS IN CHLOROFEN FORMULATION DETERMINED BY SEPARATION USING HT8-PCB PHASE Summary This paper specifies detailed data on composition and content of chlorobiphenyls in Chlorofen. A technical PCBs formulation named Chlorofen was manufactured in Poland in Qualitative and quantitative analysis of chlorobiphenyls has been performed using HT8-PCB coated capillary column and high resolution mass spectrometry (HRGC/HRMS) with isotopic dilution. PIŚMIENNICTWO 1. Falandysz J.: Polichlorowane bifenyle (PCBs) w środowisku: chemia, analiza, toksyczność, stężenia i ocena ryzyka. Fundacja Rozwoju Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk ISBN Noma Y., Ishikawa Y., Falandysz J., Jęcek L., Gulkowska A., Miyaji K., Sakai S.: By-side impurities in chloronaphthalene mixtures of the Halowax series: all 209 chlorobiphenyls. J. Environ. Sci. Health., 2004; 39A: Falandysz J., Albanis T., Bachmann J., Bettinetti R., Bochentin I., Boti V., Bristeau B., Daehne B., Dagnac T., Galassi S., Jeannot R., Oehlmann J., Orlikowska A., Sakkas V., Szczerski R., Valsamaki V., Schulte-Oehlmann U.: Chemical contamination of surface sediments at the Baltic Sea coastal region with special emphasis on androgenic and anti-androgenic compounds. J. Environ. Sci. Health., 2006; 41A: Cochran J.W., Frame G.M.: Recent developments in the high-resolution gas chromatography of polychlorinated biphenyls. J. Chromatogr. A., 1999; 843: Szyrwińska K., Malinowski B., Lulek J.: Ocena jakości oznaczeń wybranych polichlorowanych bifenyli i pestycydów chloroorganicznych w osadach. VII Polska Konferencja Chemii Analitycznej, Toruń, 3 7.VII Abstrakty. 6. Falandysz J., Szymczyk K.: Data on the manufacture, use, inventory and disposal of polychlorinated biphenyls (PCBs) in Poland. Pol. J. Environ. Stud., 2001; 10: Falandysz J., Yamashita N., Tanabe S., Tatsukawa R.: Composition of PCB isomers and congeners in technical Chlorofen formulation produced in Poland. Int. J. Environ. Anal. Chem., 1992; 47: Falandysz J., Taniyasu S., Flisak M., Świętojańska A., Horii Y., Hanari N., Yamashita N.: Chlorobiphenyl and by-side impurities content and composition of technical Chlorofen formulation. J. Environ. Sci. Health., 2004; 39A: Ishikawa Y., Falandysz J., Noma Y., Sakai S.: Chlorobiphenyl composition of highly chlorinated type of a technical CBs, Aroclor 1268, Chlorofen, Clophen T 64, KC-600 and KC J. Environ. Sci. Health., 2005; 40A: Falandysz J., Taniyasu S., Flisak M., Świętojańska A., Hori Y., Hanari N., Yamashita N.: Skład kongenerów chlorobifenylu w preparacie Chlorofen. Roczn. Państw. Zakł. Hig., 2004; 55: Hori Y., Kannan K., Petrick G., Gamo T., Falandysz J., Yamashita N.: Congener-specific carbon isotopic analysis of technical PCB and PCN mixtures using two-dimensional gas chromatography isotope ratio mass spectrometry. Environ. Sci. Technol., 2005; 39: Takasuga T., Senthilkumar K., Matsumura T., Shiozaki K., Sakai S.: Isotope dilution analysis of polychlorinated biphenyls (PCBs) in transformer oil and global commercial PCB formulations by high resolution gas chromatography-high resolution mass spectrometry. Chemosphere, 2006; 62: Wyrzykowsk B., Bochentin I., Hanari N., Orlikowska A., Falandysz J., Horii Y., Yamashita N.: Sources determination of highly chlorinated biphenyl isomers in pine needles comparison to several PCB

7 4 Skład chlorobifenyli w preparacie Chlorofen 387 preparations. Environ. Poll., 2006; 143: Yamashita N., Kannan K., Imagawa T., Miyazaki A., Giesy J.P.: Concentrations and profiles of polychlorinated naphthalene congeners in eighteen technical polychlorinated biphenyl preparations Environ. Sci. Technol., 2000; 34: Falandysz J., Nose K., Mostrag A., Ishikawa Y., Noma Y., Sakai S.: Chlorodibenzo-p-dioxins and chlorodibenzofurans in technical chlorobiphenyl formulations of Aroclor 1268, Chlorofen, and Clophen T 64. J. Environ. Sci. Health., 2005; 40A: Noma Y., Yamamoto T., Falandysz J., Mostra g A., Sakai S.: By-side chlorobenzenes and chlorophenols in technical chlorobiphenyl formulations of Aroclor 1268, Chlorofen, Clophen T64, Kanechlor 600 and Kanechlor J. Environ. Sci. Health., 2006; 41A: Sułkowski W.W., Kania-Korwel I., Robertson L.W., Szafran B., Lulek J.: Polychlorinated biphenyls production in Poland. Fresenius Environ Bull., 2003; 12: Adres: Gdańsk, ul. Sobieskiego 18.