Tendencias de desarrollo en química analítica ambiental
Estandarización de métodos analíticos
Esta es la base y el eslabón central del análisis ambiental. La formulación e implementación de la evaluación de la calidad ambiental y la planificación de la protección ambiental se basan en datos de análisis ambientales. Por lo tanto, es necesario desarrollar un conjunto de métodos de análisis estándar para garantizar la confiabilidad y precisión de los datos del análisis.
Automatización continua de la tecnología analítica
La química analítica ambiental se está transformando gradualmente del análisis químico clásico al análisis instrumental, y de las operaciones manuales a las operaciones automatizadas continuas. Desde la década de 1970, han aparecido instrumentos analíticos automáticos que pueden medir continuamente docenas de muestras por hora y han sido designados oficialmente como métodos analíticos estándar. Actualmente, existen métodos de análisis automatizados y los instrumentos correspondientes, como análisis colorimétrico, electrodo selectivo de iones, espectroscopia de fluorescencia de rayos X, espectrometría de absorción atómica, polarografía, cromatografía de gases, cromatografía líquida y análisis de inyección de flujo. Especialmente el método de análisis de inyección de flujo, la velocidad de análisis puede alcanzar más de 200 muestras por hora, el consumo de reactivos y muestras es pequeño, la estructura del instrumento es simple y fácil de promover. Es uno de los métodos de más rápido crecimiento. .
Aplicación de las computadoras electrónicas
La aplicación de las computadoras electrónicas en la química analítica ambiental ha mejorado enormemente las capacidades analíticas y los niveles de investigación. En los laboratorios analíticos modernos, muchos instrumentos analíticos ya utilizan computadoras para controlar los procedimientos operativos, procesar datos, mostrar resultados analíticos e interpretar varios gráficos. La aplicación de computadoras electrónicas puede realizar la automatización de instrumentos analíticos y la medición continua de muestras. Por ejemplo, un espectrómetro de rayos gamma equipado con una computadora electrónica puede medir varios elementos en cientos de muestras al mismo tiempo, y la transformada de Fourier se puede calcular en la computadora, lo que no sólo puede mejorar la sensibilidad y precisión del análisis, sino también también hacen oscilar la resonancia magnética nuclear. El instrumento mide las señales de 13C, lo que permite determinar la estructura de los esqueletos orgánicos, abriendo perspectivas para estudiar los mecanismos ecológicos y fisiológicos provocados por los contaminantes ambientales a nivel molecular.
El uso combinado de varios métodos y herramientas
Esto puede aprovechar eficazmente las ventajas de varias tecnologías para resolver algunos problemas complejos y, con la ayuda de computadoras electrónicas, puede mejorar enormemente el análisis. efectos y proporcionar resultados de análisis de manera oportuna. Por ejemplo, una computadora GC-MS puede medir rápidamente varios compuestos orgánicos volátiles. Este método se ha aplicado al análisis de aguas residuales y puede detectar más de 200 contaminantes. En el análisis de la contaminación ambiental, la espectrometría de masas con fuente de chispa-computadora, la cromatografía de gases-espectrometría de emisión de plasma por microondas, la cromatografía de gases-espectroscopia infrarroja, la cromatografía de gases-espectrometría de absorción atómica, la espectrometría de emisión y fuente de plasma, la espectrometría de masas-microscopio de iones a menudo se utilizan para obtener imágenes directas. analizador de iones.
Aplicación de la tecnología láser
Utilizando el láser como fuente de luz para la química analítica, hemos desarrollado espectroscopia de absorción, espectroscopia Raman, espectroscopia de fluorescencia atómica y molecular, espectroscopia fotoacústica láser y espectroscopia de alta densidad. Espectroscopia de resolución. Técnicas espectroscópicas y métodos analíticos. El análisis láser se caracteriza por su alta resolución, alta sensibilidad, larga distancia y corto tiempo. Con el mayor desarrollo de la investigación teórica básica sobre láseres, la tecnología láser cambiará aún más la faz de la química analítica ambiental.
Investigación de análisis de trazas y ultratrazas
Con el desarrollo de la investigación en ciencias ambientales, se ha planteado un nuevo requisito para el análisis ambiental, es decir, a menudo es necesario detectar como bajos como 10-6 ~ 10-9 gramos (nivel de trazas) y 10-9 ~ 10-12 gramos (nivel de ultratrazas) de contaminantes, y realizar investigaciones y preparaciones. Por ejemplo, se ha determinado que el contenido de plomo en el aire sobre el centro del Océano Pacífico es de 1 ppb, mientras que en el Polo Norte y Sur es de menos de 0,5 ppb. El contenido de DDT en el hielo de la Antártida es de 0,04 ppb; el contenido medio de mercurio en el agua de lluvia es de 0,2 ppb; el contenido medio de uranio en el cuerpo humano es de 1 ppb. Estos resultados se obtienen mediante técnicas de análisis micro o ultramicro. Fortalecer la investigación sobre nuevos métodos de análisis de trazas y ultratrazas con alta sensibilidad, buena selectividad y rapidez se ha convertido en una de las futuras direcciones de desarrollo de la química analítica ambiental.
Pretratamiento de muestras de análisis ambiental
Métodos de pretratamiento de muestras en análisis ambiental
Debido a que las muestras ambientales tienen baja concentración de sustancias medidas, componentes complejos y sustancias que interfieren. Lo mismo El elemento existe en formas de múltiples fases y se ve fácilmente afectado por el medio ambiente. Por lo general, requiere un tratamiento previo complejo antes de que se puedan realizar el análisis y la medición.
Métodos de pretratamiento clásicos, como precipitación, complejación, derivatización, adsorción, extracción, destilación, secado, filtración, diálisis, centrifugación, sublimación, etc. Al depender de la operación manual, tiene poca reproducibilidad, alta intensidad de trabajo, ciclo de procesamiento largo y utiliza una gran cantidad de solventes orgánicos. Por lo tanto, el pretratamiento y la separación previa de muestras son los eslabones más débiles del análisis ambiental, y también son eslabones clave importantes en la química analítica ambiental e incluso en la química analítica. Incluye dos aspectos: investigación sobre nuevos métodos y tecnologías de pretratamiento e investigación sobre equipos combinados en línea de estas tecnologías y métodos de análisis.
Entre los nuevos métodos y tecnologías, las más maduras son:
1. Extracción en fase sólida, SPE)
El principio se basa en la acción de diferentes componentes en La resistencia del relleno sólido en una muestra que separa el componente que se mide de otros componentes. Se utiliza principalmente para procesar muestras ambientales de agua y muestras ambientales sólidas solubles, y también se puede utilizar para capturar trazas de materia orgánica y aerosoles en gases. Cambie la composición del eluyente, el tipo de relleno y otros parámetros para lograr diferentes propósitos de separación. Al principio se utilizaban principalmente rellenos sólidos columnares, pero recientemente han aparecido nuevos rellenos de película con un espesor de aproximadamente 1 mm. Tienen grandes áreas de sección transversal y altos caudales y son particularmente adecuados para el procesamiento de muestras in situ.
2. Extracción de fluidos supercríticos (SLM)
Este método utiliza fluidos supercríticos con alta densidad similar a los líquidos, alta solubilidad y alta difusividad similar a los gases, por lo que el soluto medido puede ser eficiente. extraído de sólidos. Es particularmente adecuado para procesar una variedad de muestras ambientales sólidas. Al cambiar la composición, temperatura y presión del fluido supercrítico, se pueden extraer y separar de la muestra de forma selectiva y continua diferentes componentes. Se utiliza no sólo para el pretratamiento de muestras sino también para el tratamiento de residuos sólidos.
3. Microextracción en fase sólida (SPME)
Utiliza la fibra óptica de sílice fundida en la aguja de la jeringa como portador y la superficie está recubierta con un fijador orgánico. Cuando se sumerge en el disolvente de la muestra, la sustancia a medir se adsorbe en su superficie mediante difusión y luego se transfiere al puerto de inyección del cromatógrafo de gases para su inyección. Después del calentamiento y la desorción, la sustancia a medir ingresa a la calibración cromatográfica con el gas portador para su separación y medición. Este método se puede utilizar para procesar una variedad de gases y líquidos en muestras ambientales, como muestras sólidas de sustancias volátiles en HPLC. Al cambiar el tipo de fijador y el espesor de la capa líquida, se puede cambiar la selectividad del método, se puede aumentar la capacidad de adsorción, es fácil de automatizar y se puede procesar directamente por debajo de 650. La Tabla 1 enumera varios métodos representativos de pretratamiento de muestras sin disolventes y sin disolventes.
Tabla-1 Varios métodos de pretratamiento principales para muestras sin disolventes y sin disolventes
Métodos de pretratamiento
Principios
Métodos analíticos
Objetos de análisis
Etapa de extracción
Desventajas
Método de espacio de cabeza (método de espacio de cabeza estático, método de captura y purga)
p>
Utilice la volatilidad del objeto a medir
Extraiga directamente el gas del espacio de cabeza de la muestra para el análisis cromatográfico; utilice un gas portador para eliminar la mayor cantidad posible de sustancia medida en la muestra. posible, y capturarlo o adsorberlo mediante congelación. Recoger para recolectar la sustancia que se está probando.
Compuestos orgánicos volátiles
Gas
El método del espacio de cabeza estático no puede concentrar la muestra y la cuantificación requiere calibración. El método de soplar y agarrar facilita la formación de espuma y el instrumento cortará demasiado.
Extracción de fluido supercrítico
Utilizando las características de alta densidad, baja viscosidad y sensibilidad a los cambios de presión del fluido supercrítico
Extraiga la sustancia de prueba en estado supercrítico Muestras se analizan después de ser recolectados bajo presión reducida, enfriamiento o adsorción.
Hidrocarburos y compuestos no polares, así como algunos compuestos moderadamente polares.
Dióxido de carbono, amoniaco, etano, etileno, propileno, agua, etc.
Los dispositivos de extracción son caros y no adecuados para analizar muestras de agua.
Extracción por membrana
Adsorción de la sustancia a medir por la membrana
Extraer la sustancia a medir en la muestra a través de la membrana polimérica, y luego extraer la sustancia en la membrana a través de gas o líquido Sustancia a probar.
Las sustancias volátiles y semivolátiles favorecen la extracción mediante membrana líquida de compuestos que pueden ionizarse a diferentes valores de pH
Membranas poliméricas, fibras huecas
Edad de la membrana El cambio en la concentración de la sustancia a medir está retrasada y la sustancia a medir está muy restringida por la membrana.
Extracción en fase sólida
Adsorción del objeto a medir por el adsorbente sólido
Primero, el adsorbente se utiliza para adsorber la sustancia a medir, y luego se eluye con un disolvente.
Varios gases, líquidos y sólidos solubles
Membranas de discos, filtros, extracción en fase sólida
La tasa de recuperación es baja y el adsorbente sólido se bloquea fácilmente.
Extracción en microfase sólida
Equilibrio de partición de analitos entre la muestra y el recubrimiento de extracción
Se realiza exponiendo la fibra extraída al artículo o su extracto de espacio de cabeza.
Compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles.
Recubrimiento de Adsorción Selectiva
Los recubrimientos de extracción se desgastan fácilmente y tienen una vida útil limitada.
4. Extracción acelerada con disolventes
Este es un nuevo método de extracción que puede aumentar significativamente la velocidad del pretratamiento de la muestra. Después de bombear el disolvente al tanque de extracción que contiene la muestra, se calienta y se presuriza. Después de unos minutos, el extracto se transfiere del tanque de extracción calentado a una botella de recolección para su análisis. Los pasos de extracción están automatizados, son posibles extracciones múltiples, son rápidas, ahorran tiempo y consumen menos solvente. Tomando como ejemplo el análisis de pesticidas organoclorados en el suelo, se utiliza una gran cantidad de solventes orgánicos para extraerlos de la matriz. Las regulaciones de protección ambiental recientes y futuras han restringido severamente el uso de solventes en los laboratorios en muchos aspectos. Para adaptarse a este cambio, la extracción acelerada con solventes surgió como una tecnología de pretratamiento de muestras sólidas para reducir el consumo de solventes. En comparación con los métodos tradicionales, la extracción acelerada con solventes es más conveniente, más rápida, utiliza menos solvente y tiene una reproducibilidad comparable a la extracción ultrasónica. Evita los múltiples problemas de limpieza provocados por la extracción ultrasónica.
La Tabla 2 muestra los métodos analíticos estándar de la serie 600 para la detección prioritaria de contaminantes orgánicos en el agua, que se pueden desarrollar para agua potable (serie 500) y residuos sólidos (serie 8000) después de los pasos de pretratamiento adecuados. Métodos analíticos estándar para los contaminantes correspondientes, que realmente corresponden a los respectivos pasos de pretratamiento.
Tabla 2 Tabla comparativa de números de métodos de las series 500, 600 y 8000 de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.
Nombres de contaminantes
Serie 500
(Beber Agua)
Serie 600
(Aguas Residuales)
Serie 8000
(Residuos Sólidos)
Análisis Principal Método
Hidrocarburos halogenados volátiles
502.1
601
8010
GC/OHD, ECD
Compuestos orgánicos volátiles
502.2
8015
Hidrocarburos aromáticos volátiles
503.1
601
8020
GC/PID
Acrilonitrilo
603
8030
GC/ FID
Dibromuro de etileno, dicloruro de propano
504
Fenoles
604
8040
GC/FID', CE
Organohaluros, plaguicidas de emergencia bifenilos policlorados
505
Unión Anilina
605
Ftalatos
506
606
8060
Pesticidas que contienen nitrógeno y fósforo
507
Nitrosaminas
607
Té GC/NPD
Picidas organoclorados y bifenilos policlorados
508/508A
608
8080
GC/ECD
Nitroaromáticos e isoforona
609
Los años 80 y 90; los octogenarios y los años 90
GC/CE, FID
HAP
610
8100
LC/UV, fluorescencia, GC/detector de ionización de llama
Éteres halogenados
611
GC/OHD
Hidrocarburos halogenados
612
8120
GC/ECD
2,3,7,8-TCDD
613
Cromatografía de gases/Espectrometría de masas
Organofosforado
8140
Herbicida organoclorado
515
8150
Compuestos orgánicos volátiles
524-2 (60 wt)
624
8240
Cromatografía de gases/espectrometría de masas
p>Compuestos orgánicos semivolátiles
525
625
8250
GS/MS
Progreso en diversas tecnologías de cromatografía
1. El continuo desarrollo y aplicación de la tecnología de cromatografía de gases capilar
El desarrollo de gases altamente sensibles y altamente selectivos. detectores de cromatografía y GC y MS. Los cuatro métodos analíticos para la detección prioritaria de contaminantes orgánicos en el agua anunciados por USEPA 114 a finales de 1979 sentaron las bases. La aplicación de la cromatografía de gases capilar mejora en gran medida la eficiencia de la separación y la velocidad del análisis, simplifica los métodos y reduce las pérdidas por purificación. En los últimos 20 años, los tubos capilares han pasado del metal al vidrio y luego se han convertido en capilares fundidos. El desarrollo de fases estacionarias de columnas capilares, fases estacionarias de cristal líquido polimérico, nuevas fases estacionarias de éter corona de polímero, tratamientos de desactivación de la superficie de la columna (como el tratamiento con radiación), especialmente el desarrollo exitoso de fases estacionarias reticuladas unidas químicamente, ha eliminado un gran número de contaminantes importantes (incluidos muchos isómeros) tiene un método fiable para su determinación. Las tecnologías de inyección splitless e inyección en columna resuelven los problemas de columna de pequeña capacidad y descomposición de muestras térmicamente inestables.
En los últimos años, el desarrollo de columnas capilares de gran diámetro con diámetros internos de 0,53 mm y 0,75 mm ha resuelto aún más el problema de la capacidad de las columnas pequeñas, permitiéndoles conectarse directamente a equipos de extracción, simplificando los pasos de análisis de compuestos volátiles y es más propicio para la sensibilidad del detector. Tecnología de columna combinada, tecnología de derivatización química (incluidas precolumna y poscolumna), etc. , no solo puede mejorar la resolución o la sensibilidad, sino que también resuelve hasta cierto punto el problema de monitorear algunas sustancias químicas poco volátiles. Aún se están desarrollando detectores altamente sensibles y altamente selectivos, como detectores de quimioluminiscencia, TEA, detectores de ionización, monitores de fluorescencia de inhibidores enzimáticos, etc. , junto con la aplicación de cromatografía multidimensional y la combinación de múltiples monitores, especialmente GC, MS y otros instrumentos. Xu et al. resumieron el estado actual de la investigación sobre cromatografía de la contaminación del aire en mi país, estudiaron y discutieron los posibles carcinógenos en el medio ambiente, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos y los hidrocarburos aromáticos nitropolicíclicos, y estudiaron el efecto invernadero de los oligoelementos y los nocivos y tóxicos. Material particulado en el aire de varias ciudades de mi país. La EPA ha adoptado la cromatografía de gases capilar como tecnología de monitoreo de rutina y el GC-TID (detector de trampa de iones) tiene sus propias características para mejorar la sensibilidad. En este sentido, nuestro país tiene una buena base tanto en la producción de instrumentos como en el desarrollo de columnas capilares. En el futuro, puede hacer más contribuciones en el desarrollo de nuevas tecnologías cromatográficas, mejorando la calidad, reduciendo precios y serializando los sólidos recetados. El Séptimo Simposio Nacional de Cromatografía celebrado en 1998 publicó más de 350 artículos, 1/6 de los cuales estaban relacionados con muestras ambientales, lo que también refleja el importante papel de la cromatografía en la química analítica ambiental de mi país.
Recientemente, la fotometría inducida por superficie de cuarzo (FPD) desarrollada por Jiang Guibin es la primera vez en el mundo que aplica el principio QSIL iniciado por Seasonal Surface al análisis cuantitativo. y ganó la patente de invención nacional. Este trabajo de investigación proporciona un detector fotométrico de llama de alta sensibilidad. En comparación con los instrumentos comerciales existentes, tiene tres ventajas: (1) La columna cromatográfica se inserta directamente en la parte superior del quemador, lo que evita el ensanchamiento de los picos cromatográficos causado por la difusión de la muestra. (2) Cambia el método tradicional de combustión de la llama de hidrógeno y mejora fundamentalmente la estabilidad de la llama. (3) Al cambiar el medio de emisión de la llama, el mecanismo de emisión cambia fundamentalmente para obtener un espectro de emisión fuerte. En comparación con la fotometría de llama por cromatografía de gases ordinaria, la sensibilidad aumenta entre 100 y 1000 veces. Este sistema puede separar y determinar diferentes formas de compuestos organoestánnicos en diversos medios, siendo el límite de detección más bajo de 30 fg-2,3 pg. Además, este principio también se puede aplicar al análisis cuantitativo de azufre, compuestos de fósforo, selenio orgánico, plomo orgánico y otros compuestos.
Después del Simposio del Siglo XXI celebrado en los Estados Unidos en 1997, surgió una nueva dirección de desarrollo en el diseño y la investigación de laboratorios móviles y de monitoreo de campo. Por ejemplo, se han utilizado cromatógrafos portátiles en análisis ambientales de campo. Los productos aparecieron en la conferencia de Pittsburgh de 1998 y China también está desarrollando un cromatógrafo capilar portátil. En el proceso de miniaturización, la tecnología de miniaturización de los detectores cromatográficos convencionales es un factor limitante en este campo.
Tecnología de muestreo cromatográfico: con el rápido desarrollo, tecnologías como el muestreo en columna, la inyección dividida/sin división y el muestreo con purga y trampa se han convertido en métodos rutinarios en los laboratorios. El desarrollo de la calibración cromatográfica también está cambiando rápidamente. Utilizando un sistema policapilar paralelo desarrollado en Francia (que incluye 900 capilares con una longitud de 1 m, un diámetro interior de 40 μm y un espesor de recubrimiento de 0,2 μm), se separaron y determinaron con éxito muchos compuestos organoestánnicos. El tiempo de separación se reduce de 5 a 10 minutos de las columnas capilares convencionales a 30 segundos.
2. Amplia aplicación de la cromatografía líquida de alta resolución
Desde la década de 1980, la tasa de crecimiento de los instrumentos de HPLC ha sido la primera. Se estima que en 1983, las ventas globales de. HPLC ha alcanzado más que GC. Esto se debe a que la GC se utiliza principalmente para la determinación de contaminantes volátiles, pero los compuestos superiores a 70 son de baja volatilidad, de alto peso molecular o térmicamente inestables y no pueden medirse directamente mediante GC sin que la derivatización simplemente compense esta deficiencia. este último se utiliza cada vez más en el análisis ambiental. Jin Zuliang contó una vez los artículos citados por "Analytical Digest". En 1980, el número de artículos que utilizaban HPLC era sólo una quinta parte de los que citaban GC, pero en 1989 se había reducido a casi la mitad.
Aunque la resolución de la cromatografía líquida de alta resolución no es tan buena como la de la cromatografía de gases capilar (HRGC), también es útil para analizar directamente 32 contaminantes a la vez. Reducir el diámetro de la columna y utilizar un empaque de 3 μm puede mejorar la resolución. La eficiencia de la columna de columnas comerciales de 3 a 7 cm puede alcanzar 5000-10000 platos teóricos/m. Cuando se utilizan para análisis de rutina de muestras ambientales, la reacción post-columna de HPLC se puede completar en 1 minuto y la sensibilidad de detección puede alcanzar pg. nivel. Es un campo tecnológico en rápido desarrollo. Además, se han desarrollado detectores más generales similares a los utilizados en cromatografía de gases, como HPLC-FPD y HPLC-etc.
La aplicación de columnas microporosas ha impulsado el desarrollo de LC-MS. Debido a la reducción de disolventes, se ha solucionado el problema de la interfaz con MS y se puede realizar una detección de rutina. Sin embargo, debido a la lenta velocidad de análisis de las columnas microporosas, otras tecnologías de interfaz como la pulverización térmica, la electropulverización y el haz de partículas son más ideales. Si se utiliza HPLC para la clasificación y la separación previa, la cantidad de contaminantes detectados en el análisis del sistema se puede aumentar varias veces.
3. Desarrollo de la cromatografía de fluidos supercríticos
La aplicación del fluido supercrítico en la separación química y la combinación exitosa de tecnología informática han creado modernos instrumentos de cromatografía de fluidos supercríticos y han provocado una ola de análisis. interés mundial. En los últimos años, la aparición de SFC capilares comerciales ha atraído una atención cada vez mayor en la química analítica ambiental. Dado que este método se caracteriza por utilizar fluido supercrítico como fase móvil, puede llenar el vacío entre GC y HPLC y es adecuado para la separación y determinación de mezclas complejas como compuestos polares, térmicamente inestables, químicamente activos, de alto peso molecular y volátiles. compuestos. Los cálculos teóricos muestran que la eficiencia de separación del SFC capilar es similar a la del GC, pero mayor que la del HPLC. Por tanto, SFC combina las ventajas de GC y HPLC.
Una fase móvil común para SFC es el CO2, pero ahora hay muchos más fluidos disponibles. También se pueden utilizar combinaciones de diferentes fluidos y diferentes proporciones de composición, por lo que los métodos de análisis pueden ser bastante diversos y también pueden desempeñar un papel en la extracción selectiva y la separación previa. Esto no sólo ahorra disolventes y acorta el tiempo de extracción, sino que también reduce la contaminación causada por el pretratamiento.
Ahora se reconoce que SFC es valioso porque puede combinarse con una variedad de sistemas de detección. En términos generales, se pueden utilizar detectores tanto de GC como de HPLC para SFC, como FID, FPD, ECD, UV y fluorescencia. Los nuevos detectores, como los detectores de azufre quimioluminiscentes, tienen sensibilidades que van desde decenas a 100 pg y un rango lineal de 103. La combinación de SFC con MS y FT-IR también resulta exitosa. Actualmente, SFC-FTIR puede obtener espectros de masas similares a los de EI y CI, con buena sensibilidad.
Según los informes, las aplicaciones de SFC son pesticidas, colorantes, ácidos orgánicos, tensioactivos y fármacos. Entre ellos, existen numerosos informes sobre la determinación de pesticidas y sus metabolitos.
4. Aplicación de la cromatografía iónica [IC]
Con el desarrollo de la cromatografía iónica, la cromatografía iónica se utiliza por su funcionamiento sencillo, alta velocidad, buena selectividad, alta sensibilidad y precisión. Con las ventajas de poder medir múltiples componentes al mismo tiempo, poco a poco se está utilizando en análisis ambientales. En primer lugar, se desarrolló rápidamente en el análisis de aniones. En los últimos años, la cromatografía iónica se ha utilizado para la determinación de cationes, metales de transición y complejos metálicos debido a nuevos desarrollos en elución en gradiente, columnas cromatográficas y detectores. Diferenciar entre diferentes estados de valencia hasta analizar el compuesto orgánico.
5. Electroforesis capilar
En los últimos años, la aplicación de la electroforesis capilar en la química ambiental se ha ido ampliando gradualmente, incluyendo el análisis de contaminantes y aductos de ADN, coeficiente de partición n-octanol-agua. Determinación de metilmercurio en animales, etc. y publicó varias reseñas. Debido a que la electroforesis capilar tiene las características de pequeña demanda de muestras, alta eficiencia de separación, bajo precio de columna, fácil limpieza, bajo consumo de reactivo, método simple y corto tiempo de análisis, tiene ventajas únicas en la separación de contaminantes ambientales. Yan et al. utilizaron electrocromatografía capilar en columna empaquetada para separar 65,438 06 HAP priorizados por la EPA en 45 minutos. Usando el modo CZE (electroforesis de zona capilar), el fenol y sus 65,438 02 derivados se pueden separar en 24 minutos. Al cambiar las condiciones de análisis, 65,438 02 compuestos fenólicos se pueden separar rápidamente en 24 minutos.
También hay informes sobre la separación de dioxinas TCDD, isómeros de bifenilo policlorados e isómeros ópticos. MEKC (cromatografía electrocinética micelar) se ha utilizado con éxito para separar y analizar compuestos coloidales. La electroforesis capilar se ha utilizado para separar paraquat, aquat, sulfonilurea, fenoxiácido, etc. Este tipo de trabajos implica no sólo la separación de enantiómeros o isómeros de herbicidas, sino también el análisis de residuos de herbicidas en cultivos y de herbicidas en agua. En la actualidad, la investigación sobre la separación por electroforesis capilar y el análisis de contaminantes ambientales continúa profundizándose y expandiéndose, pero una gran cantidad de trabajo se centra en la separación de muestras estándar y relativamente pocas aplicaciones se aplican al análisis de muestras ambientales reales. La razón principal es que el detector no es lo suficientemente sensible y requiere nuevos métodos de pretratamiento de muestras, pero en general las perspectivas siguen siendo muy prometedoras.
Tecnología híbrida
La tecnología combinada es un punto caliente en la química analítica. En el análisis ambiental, debido a la complejidad de la muestra y la alta demanda de información, es difícil resolver el problema con un solo instrumento. La experiencia exitosa de GC/MS en química analítica ambiental, especialmente en análisis orgánico ambiental, no necesita explicación. En particular, la introducción de la espectrometría de masas de cuarto nivel combinada con la recuperación de sistemas de microcomputadoras ha elevado el costo de la detección de rutina en la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. sistema equivalente al de GC, y en ocasiones incluso inferior a este último. Con el desarrollo de la espectrometría de masas, el alcance de esta aplicación en línea continúa ampliándose, y la combinación de cromatografía de gases e instrumentos de análisis elemental también extiende su poder al análisis de compuestos inorgánicos o metal-orgánicos. Aunque es difícil eliminar disolventes mediante el uso de cromatografía líquida de alto rendimiento para reemplazar la cromatografía de gases en línea, es muy conveniente usarlo junto con espectroscopia infrarroja, resonancia magnética nuclear, etc. Además, la combinación de tecnologías de interfaz como la pulverización térmica, la electropulverización y la ionización suave no sólo resuelve los principales obstáculos del acoplamiento LC/MS, sino que los objetos de análisis se pueden ampliar a compuestos poco volátiles y el acoplamiento de SFC, IC y La EM también ha tenido éxito. La Tabla 3 muestra varias tecnologías combinadas en el análisis ambiental, de las cuales podemos ver que las tecnologías combinadas y sus combinaciones están aumentando rápidamente.
La aparición de sistemas de instrumentos triples y cuádruples e incluso la integración de múltiples máquinas es una nueva tendencia en el desarrollo de la química analítica ambiental y los instrumentos de análisis ambiental. Además, la introducción de tecnologías como la inyección de flujo (FIA) también llevará la automatización y la velocidad del análisis de muestras ambientales a un nuevo nivel.
Tabla 3 Tecnologías combinadas en química analítica ambiental
Tecnología híbrida
Ejemplos de aplicación
Cromatografía de gases-espectrometría de absorción atómica
Compuestos de etilo de plomo en el petróleo, complejos y compuestos de mercurio en el pescado
Espectroscopia de emisión atómica
Compuestos organoestánicos, alcoholes sililados
Espectroscopia de emisión de plasma por microondas
p>Detección selectiva de elementos
Espectrometría de fluorescencia atómica
Tetraetilo de plomo
Cromatografía de gases-espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente
Alquilo plomo, silicona (manganeso, mercurio, cromo)
Cromatografía de gases-espectrometría de masas
Aplicaciones generales (compuestos volátiles, semivolátiles, derivados)
Gas Cromatografía-Espectroscopia Infrarroja
Hidrocarburos aromáticos policíclicos nitro en partículas de escape de motores diésel
Cromatografía de gases-Espectrometría de masas-Espectroscopia Infrarroja
Té GX
Nitrosaminas
Cromatografía líquida de alta resolución-espectrometría de absorción atómica
Organoestaño tetraalquilo de plomo
Cromatografía líquida de alta resolución-espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente
Cobalto, medio metálico proteico, hierro, arsénico, mercurio, cobre en VB12; análisis del estado de quelación, dilución de isótopos
Cromatografía líquida de alta resolución-espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente; cromatografía líquida de alta resolución-espectroscopia infrarroja; cromatografía líquida de alta resolución-té
Cromatografía líquida de alta resolución-Cromatografía-espectrometría de masas
Pulverización térmica, haz de partículas/magia
Cromatografía líquida de alta resolución-resonancia magnética nuclear
10-4g, electrospray semicomponente Sustancias volátiles y no volátiles
Cromatografía líquida de alta resolución-espectroscopia infrarroja/espectrometría de masas
MS/MS (puede combinarse con GC o HPLC)
10 -11-10-12g(PCDF PCDD)
SFC-FID, UV, etc.
Azo, antraquinona, colorantes anilina, hidrocarburos aromáticos policíclicos
SFC-MS, FTIR o NMR
Pesticidas, etc.
IC -ICP
1-100×10-9 Agua superficial
Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente
0,1-10×10-9 (límite de detección hasta 0,01 ). Aluminio, manganeso, cobre, níquel, cobalto, zinc, estaño, cadmio, bario, lantano, cerio, torio y uranio en organismos marinos.
Detección fotométrica de llama por emisión superficial por cromatografía de gases
Análisis de especiación de organoestaño, plomo, mercurio, germanio y selenio en agua y muestras biológicas, con una sensibilidad de 0,7-2,3pg (límite de detección ) Organoestaño.
En el análisis de sustancias inorgánicas, la combinación de IC e instrumentos de detección, especialmente la combinación de ICP, MS y varios métodos de muestreo, se ha convertido en una frontera importante en el análisis de elementos traza. Debido a su alta sensibilidad (límite de detección de 10-60 pg/ml), alta selectividad, amplio rango lineal, determinación simultánea de múltiples elementos y análisis en línea, la USEPA ha incluido la ICP-MS como un método de análisis de rutina factible.
Química analítica ambiental combinada con biología
1. El análisis de separación bajo la guía de experimentos biológicos
El análisis de separación bajo la guía de experimentos biológicos se desarrolló en la década de 1980. Al principio fue una de las direcciones importantes del desarrollo del análisis de contaminantes orgánicos. Actualmente, los componentes cancerígenos, teratogénicos y mutagénicos en muestras ambientales son motivo de gran preocupación. Dado que la medicina no puede controlar y curar completamente los cánceres que amenazan gravemente la vida humana, y la epidemiología señala que entre el 70 y el 90% de los cánceres en humanos son causados por carcinógenos en el medio ambiente, el desarrollo de pruebas biológicas a corto plazo (como la prueba de Ames) Se brinda la posibilidad de evaluar inicialmente las tres características principales del objeto de investigación en un corto período de tiempo, con bajo costo y alta sensibilidad. Con una buena selectividad, combinada con la separación e identificación química, es posible detectar eficazmente ingredientes activos a partir de muestras ambientales complejas y obtener nuevos resultados, como el descubrimiento de nitro-PAH, carcinógenos potenciales en el medio ambiente. Estudios recientes han demostrado que el polvo atmosférico contiene no sólo nitro-PAH, sino también hidroxinitro-PAH, y estos últimos a veces son más mutagénicos que los primeros. La investigación del gas también ha logrado resultados correspondientes, promoviendo la investigación sobre actividades de contaminación ambiental. El descubrimiento de actividades guiadas biológicamente es el producto de la combinación de biología y análisis y desempeñará un papel más importante en la investigación de las ciencias ambientales.
2. Un nuevo método de análisis: biomonitoreo: inmunoensayo
Los análisis ambientales de rutina a veces no pueden informar los resultados de una gran cantidad de muestras complejas de manera oportuna y rápida, y algunos métodos de biomonitoreo Puede desempeñar un muy buen papel en este sentido. Las pruebas de inmunidad son un buen ejemplo. Este último ha logrado grandes logros en aplicaciones ambientales en los últimos años y se ha aplicado a la evaluación de la calidad ambiental regional. Los inmunoensayos tienen muchas ventajas: bajo precio, alta sensibilidad (por ejemplo, 1ng), métodos de pretratamiento simples, que permiten monitorear una gran cantidad de determinados objetos y análisis en tiempo real, por lo que las perspectivas son atractivas. En algunos avances del análisis ambiental a la vanguardia de la química analítica, se han reportado datos de inmunoensayos para pesticidas, carcinógenos e incluso aductos de ADN, lo que demuestra su alta sensibilidad. La EPA, la AOAC y la IUPAC en los Estados Unidos han organizado muchas reuniones profesionales y se espera que se utilicen más para el monitoreo ambiental en el futuro.
Además, el desarrollo y aplicación de diversos biosensores y biomarcadores también tendrá amplias perspectivas.