Politechnika Krakowska Zakład ad Chemii Analitycznej Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej Adam Grochowalski Ultraselektywność w oznaczaniu śladów związków organicznych technikami GC-MS
Bromowane antypireny (BFR) Firemaster BP-6, Firemaster-1, Flammex-B Wyroby włókiennicze Tworzywa sztuczne Produkty elektroniczne i elektryczne
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
Odpady elektroniczne zawierają BFR
Styrofoam is commonly used for building thermal insulation Br Br Br Br Br Br
Brominated Flame Retardants - PBDEs Exposure Meironyté, D.Å Bergman and K Norén, K. 1998. Organohalogen Compounds Swedish Environmental Protection Agency: Stockholm, Sweden, 1998; Vol. 35
Próbniki po ekspozycji ok. 1500 m 3 powietrza
Próbnik SPMD zanurzony w ścieku
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)
Próbniki membranowe Dializa ekstraktu przez 24 48h
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
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
Uzyskany ekstrakt końcowy z próbki 200 ml mleka 10 µl
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 100-1000 10.000 100.000 GC-ECD 1-10 100-1000 GC-MSD SIM 1-50 100-3000 GC-HRMS SIM 0,01 0,5 0,1-20 GC-MS/MS 0,01-1 0,1-50
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) 0,00001 3,3',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) 0,00001 2,3,4,5,3 4,5 - H 7 CB (PCB189) 0,0001
Separation of all 17 PCDDs/Fs on DB-5 column The most critical area US EPA 1613 Standard
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%)
Zasada spektrometrii mas Pomiar wartości sygnałowej od jonów o masie m i ładunku z m/z
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
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
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)
Sektor kwadrupolowy detektora LRMS Jon rezonansowy Jon nie rezonansowy + _ Detektor _ + Źródło jonu Zasilanie DC/AC
100 284 Cl Cl Cl 50 142 Cl 107 249 Cl 214 71 47 95 118 177 35 83 130 165 188 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 (mainlib) Benzene, hexa chloro- Cl Obraz pasm fragmentacyjnych heksachlorobenzenu TIC dla EI = 70 ev
Jacek Czerwiński Dioksyny w przemyśle i środowisku, Kraków, 2008
Spektrometria mas z wtórną fragmentacją Kolizja He Źródło jonów Q0 Q1 Q2 Q3 He Detektor
R T: 2 7.4 7-42.65 1 00 8 0 6 0 4 0 2 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 1 00 Relative Abundance 1 00 8 0 6 0 4 0 2 0 0 1 00 8 0 6 0 4 0 2 0 0 H6CDD 31.48 32.00 13C-H6CDD 3 3.3 6 3 3.8 3 3 4.6 9 28 2 9 3 0 31 3 2 33 3 4 3 5 36 3 7 3 8 39 4 0 4 1 Tim e (m in) 3 5.1 2 3 5.1 0 35.71 3 5.6 8 36.19 37.15 3 7.8 9 3 1.1 9 3 1.8 6 3 2.1 9 33.37 3 4.4 4 3 4.8 7 3 6.0 5 36.27 3 7.3 1 37.98 3 3.3 5 3 3.5 6 3 4.7 4 3 6.1 0 31.09 3 1.5 7 3 2.2 8 3 3.8 1 3 5.1 4 3 6.5 4 37.28 3 7.9 1 33.32 33.57 3 4.7 1 36.07 31.21 3 1.5 4 3 2.6 2 3 3.7 5 3 6.4 0 3 5.0 8 3 6.7 0 3 7.6 2 H6CDF 13C-H6CDF Chromatogram obszaru retencji H6CDF i H6CDD substancji wzorcowych
Chromatogram GC-MS/MS PCB 06181618 A 50% 15-Aug-2006 21:16:28 10_06081510 2: Voltage SIR 17 Channels EI+ 100 22.51 24.06 339.9178 21.98 23.00 4.03e6 13 C PnCB M+4 % 0 10_06081510 2: Voltage SIR 17 Channels EI+ 24.06 100 337.9207 21.98 22.51 23.00 6.52e6 22.15 % 13 C PnCB M+2 0 10_06081510 2: Voltage SIR 17 Channels EI+ 25.76 100 327.8775 2.44e6 % 17.78 18.33 12 C PnCB M+4 18.98 19.25 19.87 20.93 19.82 20.86 20.06 20.33 21.17 21.57 21.98 22.16 0 10_06081510 2: Voltage SIR 17 Channels EI+ 25.76 100 325.8804 5.40e6 12 C PnCB M+2 23.01 23.69 24.07 24.60 25.11 22.47 24.88 25.36 26.32 % 0 20.92 18.98 19.87 20.86 20.06 20.35 17.79 19.25 19.63 21.17 21.57 25.11 24.60 22.16 24.06 24.48 23.01 21.99 22.47 25.36 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 26.31 Time
Dobranie optymalnej wartości napięcia przyspieszającego (kolizyjnego) 160000 140000 120000 m/z = 322 100000 80000 Jon pierwotny Jon wtórny 60000 m/z = 259 40000 20000 0 0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5
Związek Jon pierwotny Jon wtórny Wzorzec wewnętrzny 1,2,3-trichlorobenzen 180 145 1,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,2,4-trichlorobenzen 180 145 1,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,3,5-trichlorobenzen 180 145 1,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3-trichloro[ 13 C 6 ]benzen 186 151 C-13 PCB70 1,2,3,4-tetrachlorobenzen 216 181 1,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3,5-tetrachlorobenzen 216 181 1,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,4,5-tetrachlorobenzen 216 181 1,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 1,2,3,4-tetra[ 13 C 6 ]benzen 222 187 C-13 PCB70 pentachlorobenzen 250 215 pentachloro[ 13 C 6 ]benzen pentachloro[ 13 C 6 ]benzen 256 221 C-13 PCB70 heksachlorobenzen 284 249 heksachloro[ 13 C 6 ]benzen 2,3,7,8-TCDD 322 259 C-13 PCB70 304 232 13 C-2,3,7,8-TCDD
RT: 14.95-17.27 100 90 80 RT: 15.83 MA: 938396 SN: 1322 Jon 249 NL: 4.80E5 m/z= 248.0-250.0 F: + c SRM ms2 284.00@2.50 [ 200.00-310.00] MS CB100 01 Relative Abundance 70 60 50 40 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 15.09 15.16 15.38 15.45 15.56 15.72 15.98 16.17 16.34 16.51 16.65 16.72 16.94 17.14 17.19 RT: 15.83 MA: 388661 SN: 418 Jon 284 NL: 2.01E5 m/z= 283.0-285.0 F: + c SRM ms2 284.00@2.50 [ 200.00-310.00] MS CB100 01 10 0 15.06 15.14 15.21 15.31 15.45 15.59 15.70 16.05 16.13 16.30 16.46 16.60 16.65 16.87 16.92 17.07 17.24 15.0 15.2 15.4 15.6 15.8 16.0 16.2 16.4 16.6 16.8 17.0 17.2 Time (min)
GC-MS/MS Chromatogram of PCB#126 in the salmon meat sample R T: 33.11-3 9.6 6 10 0 90 80 3 5.39 PCB 126 N L: 4.98E 5 m /z= 2 55.5-256.5 F: + c SR M m s 2 32 6.0 0@2.70 [ 25 2.0 0-326.00 ] MS 751 P CB n on Relative Abundance 70 60 50 40 30 20 10 0 10 0 90 80 3 3.4 2 R T: 3 8.1 1 MA: 6 6362 2 Chromatogram GC-MS/MS S N: 7 52 3 5.02 35.62 38.42 39.15 PCB#126 w mięsie łososia 34.01 34.22 34.4 3 37.0 4 37.27 3 7.86 R T: 3 8.10 MA: 2 577 024 S N: 5578 0,2 pg PCB#126 38.83 N L: 4.63E 5 m /z= 2 67.5-268.5 F: + c SR M m s 2 33 8.0 0@2.70 [ 25 4.0 0-338.00 ] MS 751 P CB n on 70 60 50 40 30 20 10 0 3 5.3 8 3 3.3 8 3 3.5 5 34.18 34.35 34.80 35.24 3 5.63 3 5.81 3 7.3 5 3 7.52 38.46 38.6 1 39.17 33.5 3 4.0 34.5 35.0 3 5.5 3 6.0 36.5 37.0 37.5 3 8.0 38.5 39.0 39.5 Tim e (m in)
PBDE etery tribromodifenylowe w tkance mięśniowej ryb bałtyckich Wzorzec TriBDEs Wzorzec TriBDEs
PBDE eter dekabromodifenylowy w tkance mięśniowej ryb bałtyckich Wzorzec DecaBDE Wzorzec DecaBDE
Minimalna wymagana rozdzielczość etery dibromodifenylowe
Dual GC- HRMS analysis of dibromodiphenl ethers and hexabromodiphenyl ethers RT = 80.11 min na 40m kolumnie
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
L.R. Bordajandi Bordajandi, L. Ramos, B. Gómara and M.J. González
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%
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
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
Konkluzja Mamy potencjał analityczny do oznaczania analitu na poziomie femtogramów (10-15 g)
Jedna z konkluzji: Jeśli wołowina zawierająca 1 ng TEQ/kg tłuszczu (powszechnie spotykana zawartość) poddana zostanie intensywnemu smażeniu na patelni w temperaturze 280 0 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.
Laboratorium Analiz Śladowych PK
Dziękuję za uwagę Pawica grabówka eudia pavonia Wszystkie zdjęcia: autor