Рисунок 1. Химическая структура типичных соединений, обнаруженных в минеральных маслах, насыщенных углеводородах (MOSH) и минеральных маслах, ароматических углеводородах (MOAH).
Аннотация
Минеральные масла (такие как парафиновая жидкость или белое масло), которые состоят из насыщенных минеральными маслами углеводородов (MOSH) и минеральных масел, ароматических углеводородов (MOAH), широко применяются в различных потребительских товарах, таких как лекарства и косметика.
Загрязнение пищевых продуктов минеральным маслом может происходить в результате миграции продуктов, содержащих минеральное масло, из упаковочных материалов или в процессе производства пищевых продуктов, а также в результате загрязнения окружающей среды во время сельскохозяйственного производства. Значительный аналитический интерес был вызван потенциальными неблагоприятными последствиями для здоровья,
особенно канцерогенное действие некоторых ароматических углеводородов. В этой статье рассматривается история анализа минеральных масел, начиная с гравиметрических и фотометрических методов, с последующей жидкостной хроматографией в режиме онлайн с газовой хроматографией и обнаружением пламенной ионизации (LC-GC-FID), которая до сих пор считается золотым стандартом для MOSH. -
MOAH анализ. Предоставляются подробные таблицы приложений в области косметики, продуктов питания, материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, и живых организмов. Рассмотрены другие методы, включая методы GCxGC-MS, которые могут быть пригодны для подтверждения результатов LC-GC-FID и идентификации классов соединений. Как альтернатива хроматографии,
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) недавно была предложена для анализа MOSH-MOAH, особенно с возможностью обнаружения только токсикологически значимых ароматических колец. Кроме того, ЯМР может предложить возможность быстрого скрининга, особенно с низкопольными приборами, пригодными для контроля сырья.
Введение
Минеральные масла являются определенными фракциями из нефтепереработки и могут быть проданы под различными обозначениями, такими как парафиновый жидкий, парафин, cera microcristallina, petrolatum (мягкий парафин), минеральное масло, парафиновый воск, парафиновое масло, озокерит, или белое (минеральное) масло, в зависимости от типа (например, жидкости или твердого тела) или области применения. 1-4 Высоко рафинированные минеральные масла практически безвкусны и без запаха даже при нагревах. Лекарственно они могут быть использованы в качестве слабительного или внешне в качестве защитительных или смазки; немедицинских использует включают разработку помощи в пищевых продуктах или в различных потребительских товаров, как смягчающий. 2 Другие области применения для минеральных масел включают печать чернил, косметических продуктов, агентов выпуска (например, для хлебопекарной или кондитерской промышленности), упаковочных материалов для пищевых продуктов (например, вощеная бумага, вощеный картон), а также различные различные виды использования, такие как в технических продуктах (например, смазочные масла). 5-7
Минеральное масло содержит углеводороды открытой цепи (парафины), углеводороды с насыщенными кольцевыми системами (нафтенес) и ароматические углеводороды(рисунок 1). Некоторые из соединений, таких как бензол углеводородов может представлять потенциальную опасность для здоровья, которая конкретно включает канцерогенные эффекты. 1 Хотя воздействие на здоровье не является частью настоящего обзора, они привели к значительному интересу к разработке и проверке аналитических методов определения углеводородов минерального масла и их примесей в различных потребительских продуктах.
Данный обзор предназначен для ознакомления с различными методами обнаружения насыщенных минеральных масел углеводородов (МОШ) и ароматических углеводородов минерального масла (MOAH).
Краткая история анализа минерального масла
За последнее десятилетие интерес к анализу минеральных масел и их компонентов значительно возрос. Исторически сложилось так, что методы до конца 1990-хгодов 5,8,9 были чисто сосредоточены на контроле качества минеральных нефтепродуктов; например, промышленность установила очень ранний стандартизированный метод IP 346, который gravimetrically определяется остаток в экстракте диметил сульфоксид (DMSO). Этот метод представляет собой первоначальное испытание минерального масла для минеральных масел, которые позже будут продаваться в качестве высоко рафинированных минеральных масел фармацевтического класса. Только фракции минерального масла, содержащие менее 3% по весу ароматических веществ, извлекаемых с DMSO, будут подвергаться дальнейшим этапам подготовки (например, переработке или гидрогенизации). Промышленность утверждает, что этот уровень является "определенным порогом" для отличия канцерогенных от неканциногенных продуктов. 10 Порог был эмпирически установлен на основе данных тестирования на животных с различными экстрактами DMSO. Европейский союз косметики регулирования реализованы этот метод в закон и требует, чтобы продукты для косметического использования соответствуют IP 346 предел. Даже в 2018 году метод IP 346 по-прежнему является действующим отраслевым стандартом для оценки канцерогенности минерального нефтяного сырья. В 2015 году был опубликован интересный метод микроэкстракционной микроэкстракционной работы с обнаружением газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC-MS) бензо(а) пирена в микрокристаловых восках. Этот метод дополняет неспецифический и трудоемкий метод IP 346. 11
Европейская фармакопея установила УФ-фотометрическую процедуру для более конкретного определения канцерогенных компонентов, а именно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Для этого был определен определенный порог абсорбции, который не может быть превышен, чтобы вывести продукт на рынок в качестве ингредиента лекарственных средств. 12 Существуют и некоторые методы более высокой специфичности для количественного определения ПАУ в минеральных нефтепродуктах. 13 Важно различать ПАУ и MOAH. ПАУ состоят из ограниченного числа полициклических ароматических углеводородов и могут быть проанализированы как отдельные вещества. В отличие от этого, MOAH содержат множество соединений, как правило, с высокой алкилированной (более 98%). 9 9
Соединения минерального масла могут содержаться в качестве ингредиентов в косметических продуктах, а также добавки или неинтентные загрязняющие вещества в пище. Из-за широкого применения в технических продуктах, включая пищевые контактные материалы, такие как упаковочные материалы, минеральные нефтепродукты могут мигрировать в пищевые продукты, легче всего в жиросодержащие продукты, такие как шоколад или маслосодержащие продукты. Первые наблюдения по поводу этого загрязнения вызвали значительный интерес к этому вопросу, усилив предупреждения от потребительских журналов и неправительственных организаций. Методы, пригодные для чистых минеральных нефтепродуктов, упомянутых выше, не смогли обнаружить следов загрязнения минеральных нефтепродуктов, мигрирующих в пищевые продукты. По этой причине необходимо было провести разработку новых методов, и первый успешный подход был зарегистрирован из лаборатории Гроба в 1991 году с использованием многомерной хроматографической техники: он-лайн соединенной жидкой хроматографии и газовой хроматографии (LC-GC). 14,15
Первые методы были разработаны только для обнаружения фракции MOSH. Часто для изоляции MOSH использовалось отделение твердой фазы (SPE), а затем для количественной оценки использовалась система GC-FID. Biedermann et al16 опубликовали в 2009 году, что офф-лайн разделение MOSH и MOAH с активированным кремнеземным гелем не является полным. Для полного разделения холестана (Чо) и три-терт-бутлин-бензолен (TBB), важно использовать серебристо-пропитанной кремнезема гель SPE системы, как описано Море и др.17 Обнаружение MOAH фракция пришла в фокус позже. Первый метод был опубликован Компанией Moret et al в 1996 году и описана система испарения LC-solvent (SE)-LC-GC-FID для анализа пищевого масла или экстракта жирной пищи. На фазе кремнезема с использованием пентан/дихлорметан (90/10) была собрана доля от насыщенных углеводородов до перилена. Перед передачей растворителей во вторую систему LC растворитель был удален путем одновременного испарения. 18 На второй колонке LC использовалась амино-производная фаза кремнезема. Углеводороды были разделены на фазу аминокислоты в зависимости от их количества ароматических колец с пентаном как элунтом. Для количественной оценки фракции были переведены в часть дефиса GC-FID. 6
Используя эту процедуру LC-GC-FID, не удалось решить минеральные масла в отдельные компоненты, поскольку они обычно содержат сложную смесь алканов и других соединений. В принципе, LC-GC-FID разрешает только 2 фракции: MOSH и MOAH. 2 аббревиатуры MOSH и MOAH получили высокую оценку в этой области и в настоящее время используются синонимами для анализа углеводородов минерального масла. Подходы, разработанные позднее, на основе спектроскопии GCxGC-MS или ядерного магнитного резонанса (ЯМР), также придерживались терминов MOSH-MOAH, но обеспечивали более избирательную и конкретную идентификацию.
За последнее десятилетие метод LC-GC-FID был усовершенствован и сегодня упоминается как метод выбора или золотой стандарт для обнаружения минеральных масел в ходе регулярного анализа. 14 Большое разнообразие структурно схожих отдельных соединений делает невозможным выявление отдельных соединений, но это общий подход к увеличению информации о образце, если он находится положительным в LC-GC-FID, используя дополнительные аналитические методы, например, GCxGC или, как недавно предложили, количественную спектроскопию ЯМР. 1 На данном этапе следует отметить, что не все положительные образцы могут требовать подтверждения методом соединения GCxGC, независимо от того, зависит ли это в основном от типа матрицы. Эти аналитические методы будут подробно обсуждены ниже.
Как было отмечено, методология, применимая для анализа минерального масла, вполне зависит от области применения, так что мы будем структурировать обзор в соответствии с матрицей. Для каждой области мы будем табулировать предлагаемые методологии и предоставлять критический обзор преимуществ и ограничений.
Материалы и методы
Научную литературу искали ключевые слова «MOSH», «MOAH», «минеральные углеводороды» и «анализ». Систематические поиски были проведены в сентябре 2017 года в следующих базах данных: PubMed (Национальная библиотека медицины США, Bethesda, MD, США) и Google Scholar (Google Inc., Mountain View, CA, США). Ссылки, которые были сочтены пригодными для включения в обзор, были получены в полном тексте, а все справочные списки были проверены вручную для дальнейших статей, не включенных в базы данных. Критериями включения являются доклад о новой аналитической процедуре или о продвижении существующей процедуры. Чистые прикладные документы (т.е. отчеты об анализе продуктов с существующим методом) были исключены.
Результаты
Хроматографические методы обнаружения MOSH и MOAH были отсортированы по образцу матрицы. Таблица 1 показывает приложения для косметики, в то время как таблица 2 показывает методы для пищевых продуктов, и, наконец, таблица 4 показывает пищевые контактные материалы. Количественно, наибольшее количество публикаций касается продуктов питания, а затем пищевые контактные материалы, в то время как только очень немногие приложения были найдены для косметики. Основное внимание в области косметики также в первую очередь ограничивается по уходу за губами, потому что предполагается, что они полностью попадает в устной форме и войти в желудочно-кишечный тракт, следовательно, создает более высокий риск, чем актуальные косметики.
В дополнение к этим продуктам питания и потребительским продуктам, Есть некоторые публикации, касающиеся материалов живых организмов, таких как определенные ткани от человека или экспериментальных животных (Таблица 3). Помимо хроматографических методов, обобщенных в таблицах 1 к 4,есть несколько методов, использующих другой принцип измерения, а именно, спектроскопия ЯМР(Таблица 5).
Обсуждения
Подготовка образцов
Первым этапом анализа MOSH-MOAH является необходимость получения раствора, приготавливаемого к хроматографии. В простых случаях (например, для сырья или сухих пищевых продуктов) достаточно экстракции гексаном, в то время как для сложных матриц, таких как жиросодержащие продукты или косметические средства (которые также могут содержать другие ароматические соединения), для уменьшения мешающих соединений/эффектов переноса необходима эффективная очистка образцов. В зависимости от используемого образца необходимо учитывать различные факторы, например, достижение полной экстракции сухого продукта зависит от его проницаемости и его дисперсии для прохождения отека гексаном. Biedermann et al20 опубликовали в 2012 году подробные различия в подготовке образцов сухой пищи, влажных матриц, жирных матриц, картона, пластиковых пленок и печатных чернил.
Важность шага подготовки образца в анализе MOSH-MOAH не может быть подчеркнута достаточно: метод LC-GC-FID обеспечивает только нерегулярные горбы нерешенных соединений(рисунок 2). Требуется большой опыт, чтобы правильно интерпретировать горбы MOSH и MOAH и распознать потенциальные ложноположительные результаты путем одновременного выноcительного материала из матрицы образца, если очистка была неполной. Такие группы вмешательства могут, например,
Рисунок 2. Процедура анализа LC-GC-FID MOSH-MOAH визуализирована хроматограммами моторного масла. Обозначенные пики указывают на внутренние стандарты для определения концентраций и проверки производительности. 6B указывает на гексилбензен; 9P-9B, неилбензен; 12, 14, 16, n-alkanes C12-C 16; ВР, бифенил; чо, 5-З-холестан; HPLC, высокопроизводительная жидкая хроматография; LC-GC-FID, жидкая хроматография с газовой хроматографией и обнаружением ионизации пламени; MOAH, ароматические углеводороды минерального масла; МОХ, насыщенное минеральным маслом углеводороды; перилен; ТББ, 1,3,5-три-терт-бутбензен.
1. Натуральные n-алканы в растительных материалах или продуктах питания. Они состоят преимущественно из n-alkanes с нечетными номерами углерода (в диапазоне C23-C35)и образуют хорошо сформированные, изолированные пики. В больших количествах они могут перегружать GC, так что обнаружение MOSH больше не представляется возможным. 20
2. Полиолефиновые олигомерные насыщенные углеводороды (POSH) присутствуют в некоторых пищевых контактных материалах. Они могут быть использованы в полиэтиленовых пакетах, пленках, тепло-герметичных слоях (например, в алюминиевых мешках). POS-изображения ускользают от высокопроизводительной жидкой хроматографии (HPLC) на фракцию MOSH, поскольку они в основном состоят из разветвленных углеводородов. В большинстве случаев можно провести различие между MOSH и POSH по их хроматографическим свойствам, описанным Biedermann-Brem et al.59
3. Олефины, такие как сквален, их продукты изомеризации, стерены, каротиноиды, терпены и другие. Из-за их большой полярной полосы ширины, они elute в MOSH или MOAH фракции. 20
4. Липиды (например, триглицериды) устают за фракцией MOAH, но огромное количество может перегрузить столбец LC и снижает емкость стационарной фазы для разделения MOSH/MOAH. 20
5. Олигомеры с ароматическими кольцами, как происходящие, например, в клеях.
Ликвидация длинной цепи n-alkanes оксидом алюминия активируется при приблизительно 400 градусов по Цельсию
Оксид алюминия имеет сильное удержание n-alkanes за n-C23. Метод удаляет все n-alkanes выше n-C23, но он, кажется, не будет избирательным для линейных алкан. Biedermann et al описало что с увеличивая молекулярной массой, также более большая доля MOSH сохранена (например, 20% на C40). Эффективность разделения оксида алюминия необратимо разрушается более полярными соединениями (например, липидами или влажностью). Поэтому требуется предварительное удаление таких соединений. Следует отметить, что фракция MOAH также удаляется активированным глиноземом. 20 Для получения дополнительной информации приводится ссылка на 2-ю часть публикации Fiselier et al, в которой описывается селективное удержание длинноцепочечные n-alkanes на глиноземе. 60,61
Обогащение для снижения предела обнаружения
Первой возможностью для обогащения являются ручные шаги очистки, ориентированные на фракцию MOSH. McGill et al опубликовала в 1993 году в офф-лайн метод SPE-LC-GC-MS для обнаружения MOSH в пищевых маслах. Неполярная фракция съедобных масел была выделена кремнеземным гелем-SPE с n-hexane как элунт. В дополнительном этапе очистки LC, MOSH фракция была изолирована и обнаружена GC-MS.62 Другая ручная подготовка образца для фракции MOSH осуществляется с помощью нитрата серебра на фазе кремнезема гель, который систематически оптимизировался, как указано в таблицах 2 и 3. 17,46
Для фракции MOSH емкость колонки фазы кремнезема (LC) (250 мм и 2,1 мм) для удержания липидов ограничена 20 мг, и, таким образом, предел количественной оценки для MOSH в пищевом масле дается выше 0,6 мг/кг. 20 Grundb'ck et al опубликовала офф-лайн обогащение SPE для фракции MOSH с использованием кремнеземного геля и оксида алюминия в двуспальной кровати. После обогащения SPE полученная фракция MOSH была реконцентрирована и проанализирована офф-лайн LC-GC. Предел количественной оценки дал ниже 0,1 мг/кг пищевого масла. 63 Силика гель широко используется для очистки от триглицеридов. Это зависит от его относительно сильной мощности удержания триглицеридов. Емкость фазы кремнезема для триглицеридов зависит от растворителя полярности. Grob et al опубликовал, что мобильная фаза снижает способность фазы кремнезема сохранять триглицериды путем добавления полярного модификатора к n-гексану в качестве мобильной фазы. 64 Для ручных шагов очистки, ориентированных на фракцию MOAH, очистка SPE с активированным кремнеземным гелем поможет сохранить липиды и может уменьшить предел обнаружения примерно в 50 раз. 63
Количество жира в образце является ограничивающим фактором для чувствительности метода LC-GC. Moret et al опубликовал микроволновую сапонификацию с последующим он-лайн методом LC-GC для определения минерального масла в различных продуктах питания на основе зерновых. Это хорошее решение для высоко жира содержащих образцов. 65 Предел обнаружения широко используемых методов большинства пищевых продуктов ниже 0,1 мг/кг. Для жирных продуктов, это значительно выше, по причинам, описанным выше. Zurfluh et al опубликовал метод обогащения фракции MOSH и MOAH для жирных пищевых продуктов с использованием двуспальной LC (нижняя часть состоит из активированного алюминия оксида/ кремнезема гель с нитратом серебра и активированного кремнезема гель; верхняя часть состоит из активированного кремнезема гель). С помощью этого метода обогащения предел обнаружения в пищевом масле достиг ниже 0,3 мг/кг. 41 В 2016 году был опубликован еще один хорошо структурированный обзор минеральных масел в масличных и растительных маслах, а также на загрязнение углеводородов в пищевых продуктах. 66,67
Шаг эпоксидации для удаления естественных олефинов
Олефины могут мешать хроматографическому рисунку. Удаление олефинов путем эпоксидации необходимо для образцов, содержащих их в количествах, давая проблемы вмешательства с фракцией MOAH (например, некоторые жиры) перед анализом образцов LC-GC-FID. Они могут быть преобразованы в более полярные производные эпиоксидации, а затем они elute после moAH фракции. Для эпоксидации, образец реагирует с 10% мета-хлоропероксибензоановой кислоты в дихлорметане. Тем не менее, Biedermann и др. определили, что этот шаг эпоксидации приводит к потере от 20% до 40% от фракции MOAH. Издание также содержит подробное описание шага эпиоксидации. 16 В 2017 году эпоксида была оптимизирована таким обнадеживающим образом, в том числе за счет изменения используемого растворителя (этанол вместо дихлорметана), что от 95% до 102% MOAH было восстановлено после эпокссидации. 24
Методы хроматографического LC-GC-FID
Он-лайн-связанный LC-GC идеально подходит для анализа сложных матриц минерального масла, поскольку он сочетает в себе высокую способность образца и широкий спектр разделения системы LC и высокую эффективность разделения и различные селективные методы обнаружения системы GC. В отличие от офф-лайн методов, он-лайн-связанные LC-GC система имеет некоторые преимущества, такие как высокая воспроизводимость, высокая пропускная способность образца, меньше восприимчивость к переносу эффектов, высокий уровень автоматизации, и надежность, а также более высокая чувствительность многомерной хроматографии (ни один из образцового материала не тратится впустую). Для этого аналитического метода используется FID, поскольку большое разнообразие химических соединений в фракции минерального масла требует неселективного детектора для обнаружения углеводородов. Обнаружение ионизации пламени имеет практически одинаковую реакцию на единицу массы для всех углеводородов, и, таким образом, FID позволяет количественно без калибровки различными соединениями. Кроме того, детектор FID характеризуется его прочностью, а сигнал детектора линейно пропорционален количеству аналита в широком диапазоне концентрации. Biedermann и Grob20 указывают на эмпирическое правило для обнаружения предела MOSH или MOAH приблизительно 50 нг для метода LC-GC-FID. Как следствие, большой объем образца должен быть введен в GC. Это предполагает, что все соединения, которые могут ухудшить производительность разделения столбца LC или GC, ранее устраняются или уменьшаются в офлайн-методе до анализа LC-GC (см. подготовку образца). В отличие от этого, MS более чувствителен, чем FID, но калибровка для смесей неизвестного состава является проблемой для MS. На основе этих фактов метод LC-GC-FID называется методом выбора для рутинных измерений в области анализа минерального масла.
Решающее инструментальное различие между простым анализом GC и методом сцепления LC-GC является более крупным (1 мл до 1 мл) объемом фракции в он-лайн LC-GC, который должен быть передан от LC к GC; таким образом, для передачи требуются специальные методы (например, интерфейсы типа петли или испарителя). Интерфейс между LC и GC является сердцем системы соединения. Выбор интерфейса во многом зависит от волатильности анализов. 16,68
В многомерной системе (LC-GC) роль LC заключается в выполнении фракции MOSH и MOAH, а также в проведении селективной очистки от помех. На рисунке 2 показан принцип он-лайн соединения LC с GC. Фаза высокой удержания мощности обычно используется в качестве стационарной фазы (небольшие поры/большая внутренняя площадь поверхности (например, LiChrospher 60; Мерк, Дармштадт, Германия; Allure Si; Речек, Беллефонте, Пенсильвания, США) и градиентная элуция n-гексан/дихлорметан. Сильная сила удержания между фазой кремнезема и фракцией MOAH требует крутого градиента n-hexane/CH2Cl2 до (70/30), чтобы сделать окно фракции MOAH как можно более узким. Дихлорметан является идеальным выбором для модификатора, так как он действует непосредственно без каких-либо задержек, как это было отмечено с терт-бутилметилового эфира. Параметры колонны (250 мм и 2,1 мм) и объем потока 300 мл/мин мобильной фазы оптимизированы для LC-GC для количественного разделения MOSH/MOAH. Основное внимание уделяется наиболее эффективным SE. Для восстановления эффективности разделения столбца фаза кремнезема затем промыта дихлорметаном после каждого запуска.
Хроматографические окна фракций MOSH и MOAH определяются порядком элевации специфических химических соединений (так называемых маркеров). Поведение elution различных типов химических структур углеводородов минерального масла на фазе кремнезема с малыми порами/большой внутренней площадью поверхности сильно зависит от эффектов исключения размера. 14,20 Последовательность элевации соединений минерального масла схематично показана на рисунке 3 используемыми маркерами. 20
Рисунок 3. Последовательность elution на фазе кремнезема (LC) MOSH и MOAH и маркеров для создания фракционого окна. LC указывает на жидкую хроматографию; MOAH, ароматические углеводороды минерального масла; MOSH, минеральное масло насыщенных углеводородов.
Парафины высокой молекулярной массы сначала (1,5-2,0 минуты), за которыми следуют парафины с низкой молекулярной массой и циклические MOSH (такие как холестан и циклохексил циклохексан )) с конца фракции MOSH в 2,5-3 минуты. Холестан широко используется в качестве маркера для установления конца фракции MOSH. 20 Biedermann et al16 опубликовали обновление аналитического метода LC-GC, который был введен в 2009 году. Группа указала, что необходимо пересмотреть уже установленные маркеры определения освятенных и МОАХ. Cyclohexyl cyclohexane elutes немного позже, чем холестан (бывший маркер для конца фракции MOSH) и лучше подходит для использования, потому что elution находится в относительно малой переполненной ранней части GC. Ароматические соединения ускользают в зависимости от размера их кольцевой системы и их стеривного спроса. Таким образом, TBB используется в качестве маркера для установления начала окна фракции MOAH и перилена (5-5,5 минут) для конца. Обновление Biedermann и др. включало новый маркер для фракции MOAH, ди (2-этилхексил) бензола (2,5-3 минуты), предложенного в качестве высоко алкилированного маркера бензола вместо три-терт-бутил-бензолена (TBB). Elution поведение TBB преобладает по размеру исключения эффекты громоздких tert-бутилгрупп, но высоко алкилированные бензолы eluted ранее мобильной фазы. 14 Восковые эфиры eluted после moAH фракции. В результате, например, возможна выборочная очистка фракции MOAH фазой кремнезема. Подробные хроматографические условия перечислены в таблице 2. Рисунок 4 показывает типичные примеры применения такого анализа LC-GC общих пищевых контактных материалов, таких как коробка волокна и чайный пакетик.
Рисунок 4. MOSH и MOAH хроматограммы из свежего волокна поле для печенья напечатаны с минеральным маслом, содержащим чернила (слева) и свежее волокно бумаги чай пакетик с минеральными чернилами нефти и масла, вероятно, используется для изготовления бумаги. CyCy, циклохексил циклохексана; DIPN, диизопропил нафталин; MOAH, ароматические углеводороды минерального масла; MOSH, минеральное масло насыщенных углеводородов.
Сравнение интерфейсов LC-GC
Как упоминалось ранее, интерфейс является сердцем системы LC-GC FID. Для он-лайн метода LC-GC, в основном 2 интерфейса были предложены, Y-тип интерфейс (на колонке удержания разрыв метод) и шприц основе запрограммированных испарителя температуры (PTV) интерфейс. Интерфейс типа Y позволяет избежать эффекта памяти, наблюдаемого с классическим интерфейсом на колонке. 53 Тип Y характеризуется с использованием длинных зазоров удержания (от 5 до 10 м) и большого внутреннего диаметра (ID 0,53 мм). Таким образом, можно обрабатывать большие объемы растворителей и высокие потоки газа, что важно для эффективного испарения. 69 Техника PTV использует упакованный лайнер, который сохраняет больше жидкости и является более стабильным, чем разрыв удержания. Сравнение этих различных интерфейсов для системы LC-GC было опубликовано Purcaro et al.70 Выбор интерфейса для LC-GC зависит от диапазона волатильности соединений, представляющих интерес, и от размера переданной растворителя фракции. Имеется несколько публикаций, вдающихся обзоры методов интерфейса. 20,71
Стандартизация LC-GC-FID
Стандартизированная процедура, изложенная в европейской норме (EN) 16995 (подробнее см. таблицу 2), была признана удовлетворительной в межлабораторных испытаниях для выявления концентраций MOSH/MOAH около 10 мг/кг в пищевых матрицах. 37 Если ожидается вмешательство соединений из природных источников, то ископаемое происхождение MOSH/MOAH необходимо проверить с помощью GCxGC-MS. Пиковая область, соответствующая минеральному маслу, определяется после вычитания острых пиков n-alkanes (естественных углеводов), терпенов, сквалена и его продуктов изомеризации, стеренов и олефинов с каротиноидной структурой. MOSH и MOAH количественно с использованием внутреннего стандарта, добавленного перед процедурой. Стандарты проверки добавляются для контроля правильной фракционизации HPLC и передачи GC. Минеральное масло- загрязненное пищевое масло почти исключительно состоит из разветвленных соединений, которые не сохраняются на активированном оксиде алюминия. Таким образом, использование этого средства для подготовки образца позволяет удалять растительные парафины. EN содержит подробный пример подготовки руководства для жиросодержащих продуктов питания. 37
EN37 и Biedermann и Grob26 аналогичны в используемых методах LC-GC-FID. Метод EN использовал более полярный градиент с n-гексан/дихлорметан (65/35) по сравнению с Бидерманном и Гробом (70/30). Фактически, насколько это может быть собрано из опубликованных хроматограмм, эта разница не приводит к заметным различиям. Из литературы следует, что большинство групп фактически используют установленное соотношение 70/30.
Ограничения LC-GC-FID
EN 16995 и все аналогичные методы LC-GC-FID являются методами конвенции, что означает методы, которые следуют четко определенной процедуре для получения сопоставимых результатов. 37 Очень важно, чтобы все параметры стандартной операционной процедуры строго соблюдались. Такие методы конвенции часто используются для официальных целей контроля над пищевыми продуктами. 72 Метод LC-GC-FID, таким образом, метод скрининга с преимуществами и недостатками, но положительные результаты скрининга должны быть дополнены более конкретным и подтверждающим методом, таким как комплексные методы GCxGC, MS или NMR методы.
Elution поведение MOSH и MOAH иногда не полностью специфичен для ароматиты. Литература содержит первоначальные доказательства того, что LC-GC, возможно, переоценить MOAH по сравнению с более конкретными методами, такими как NMR. 1 В целом с помощью LC-GC-FID невозможно получить более подробную информацию о составе образца. Подробная идентификация того, что «скрыто» внутри «горбов», может быть достигнуто только с помощью массового селективного детектора. 43
Дальнейшие хроматографические методы, включая GCxGC
Метод LC-GC-FID является мощным методом и методом выбора сегодня для количественного определения углеводородов минерального масла для плановых измерений. Иногда желательно получить больше информации о типе углеводородов. Всеобъемлющий 2-мерный GC (GCxGC) является метод, который затем широко используется.
При высокой мощности удержания компоненты рецентрируются в конце первого столбца GC. Пики в начале второй колонны GC становятся острее. Предварительное увеличение доли минерального масла LC, используемое в методе LC-GC-FID, приводит к дополнительному повышению эффективности разделения в области нафтеников углеводородов. 34 Год
Основной принцип GCxGC заключается в объединении колонн с ортогональными свойствами разделения. Порядок стационарных фаз сильно зависит от хроматографической цели. Часто неполярная стационарная фаза (1D GC) сочетается с полярной стационарной фазой (2D GC). Для более высокого разрешения фракции MOSH и для достижения хорошего разделения, особенно для анализа POSH,34 обратный механизм является продуктивным. 73 Для получения дополнительной информации, публикация Vendeuvre и др. показывает разницу GC и GCxGC для нефтехимических матриц. 73
Такой комплексный ГККК позволяет систематически заказывать фракцию MOSH на группы: n-алканы, парафины с низкой степенью ветвления и высокой степенью ветвления, а также циклические системы с 1 до 4 кольцами. Например, такой 2-мерный ГК способен обнаруживать остатки минеральных масел в тканях человека и, следовательно, дает информацию о степени накопления различных компонентов MOSH. 32
Другие примеры показывают сочетание LC-GC-FID с последующим анализом GCxGC-FID для подтверждения положительных результатов LC-GC-FID. GCxGC также может предоставить дополнительную информацию, такую как различие между MOSH и POSH.
Ядерный магнитный резонанс
Есть только очень мало методов, которые не применяются хроматографии для MOSH-MOAH анализа. Единственный подходящий прямой спектроскопический вариант, как представляется, NMR (Таблица 5).
Некоторые методы количественно сумму ароматических протонов45 или парафинов, олефинов, нафталин, и ароматические вещества. 57 Только недавно наша группа предложила использовать ЯМР в качестве метода конвенции для количественной оценки MOSH и MOAH, особенно с возможностью обнаружения только токсикологически соответствующих ароматических колец, аналогичным образом, чтобы LC-GC-FID подход. 1
Основное преимущество ЯМР перед любым хроматографическим или масс-спектрометрическим методом заключается в том, что, по крайней мере, в идеальных случаях, таких как чистые минеральные углеводородные продукты, образец может быть непосредственно измерен без необходимости подготовки образца или предварительной пролечения. Это означает, что образец может быть измерен "как он есть" и не должны быть введены в volatilized состояние, как для GC или в разбавленной жидкости, такие как для LC.
Было установлено, что типичный растворитель NMR CDCl3 легко solubilizes жидкости, а также твердого минерального масла углеводородов, и в результате раствор может быть непосредственно переданы в ЯМР измерения трубки. Это прямое измерение в CDCl3 позволяет количественно оценить долю MOSH и MOAH в выборке, а также других соединений, не относящихся к этим структурным категориям. 1
Типичный пример спектра ЯМР минерального углеводородного косметического продукта показан на рисунке 5. Спектральный диапазон от 6,5 до 7,2 промилле включает соединения MOAH; выше 7,3 промилле резонансы ПАУ, как ожидается. Область от 6,5 до 3,0 промилле включает в себя и другие соединения, кроме MOSH и MOAH, а область низкого поля от 3 до 0,2 промилле, наконец, содержит фракцию MOSH. Из-за прямой структурной взаимосвязи резонансов в ЯМР ожидается более высокая специфичность MOSH и MOAH, чем в LC-GC. 1 Использование так называемого метода количественной оценки PULCON (см. Monakhova et al74),нет необходимости применять внутренний стандарт в отличие от любого из методов LC-GC.
Рисунок 5. Представитель высокого поля 400-МГц 1H ядерного магнитно-резонансного спектра аутентичного косметического образца продукта (мешок бальзам), указывая спектральных областях, пригодных для MOSH и MOAH количественной оценки. MOAH указывает на ароматические углеводороды минерального масла; МОХ, насыщенное минеральным маслом углеводороды; TMS, тетнаметилсилана.
Хотя метод NMR не широко применяется до сих пор, исследования показали, что метод может быть полностью проверен и подходит для регулярного тестирования использования чистых минеральных нефтепродуктов и связанных с ними косметических продуктов, таких как вазелин. 1
Ограничением прямого ЯМР является возможное появление других ароматических ингредиентов в смеси, которые могут иметь резонансы в регионе MOAH (например, BHT (3,5-Di- tert-butylhydroxytoluene), который широко применяется в качестве добавки в вазелин). Если это относится к известным соединениям, резонансы могут быть исключены из окна интеграции, и все еще можно достичь точной количественной оценки. Более сложными являются случаи сложных смесей (например, в средствах по уходу за губами или косметические кремы, которые могут содержать множество соединений с потенциальными ароматическими группами, такими как УФ-фильтры или красители). В этих случаях, образец подготовки должна быть проведена аналогичная LC-GC, например, силика гель колонки очистки с циклохексановой elution. Любой другой образец препарата, упомянутый в разделах LC-GC выше, также представляется подходящим, если полученный раствор содержит соединения выше предела обнаружения ЯМР (который обычно выше, чем для LC-GC; концентрации должны быть выше 0,01%, чтобы быть обнаружены в NMR). Подавление раствора в программе импульса NMR может быть необходимо, если раствор содержит недеатерированные растворители для повышения чувствительности.
Еще одним ограничением высокофокумных ЯМР (400 МГц), применяемых в работе Lachenmeier et al1, является сравнительно высокая инвестиционная стоимость спектрометра ЯМР по сравнению с системой LC-GC (в то время как фактическая стоимость на каждый образец может быть значительно ниже из-за меньших затрат на персонал и расходные расходы). Тем не менее инвестиции могут быть слишком высокими для малых и средних предприятий. По этой причине авторы оценили низкополиный инструмент ЯМР в основном с тем же методом, что и опубликованный ранее. 1 Низкополевые приборы ЯМР значительно дешевле, чем системы LC-GC, и не требуют охлаждающей газы. Первоначальные измерения (Spinsolve Ultra 60 МГц; Magritek, Aachen, Германия) предоставили спектры с меньшим разрешением, но по-прежнему количественно для MOSH-MOAH содержание(рисунок 6). Была обнаружена отличная корреляция между результатами ЯМР на высоком и низком поле (R No 0.9948 для MOAH). Поэтому в качестве эффективной альтернативы контролю качества чистых углеводородных продуктов предлагается низководная ЯМР.
Рисунок 6. Представитель низкополя 60 МГц 1H ядерного магнитно-резонансного спектра подлинного образца продукта (уголь смолы крем с 1,6% MOAH) (оригинальные данные авторов). MOAH указывает на ароматические углеводороды минерального масла.
Выводы
Хотя, как представляется, не наблюдается каких-либо инноваций в области контроля качества чистых минеральных углеводородов и некоторые нормативные процедуры используются с 80-х годов, в настоящее время ведется большая работа по анализу концентраций следов в пищевых продуктах и других потребительских продуктах. Первая европейская нормативная процедура для этой цели была опубликована только в 2017 году во время написания настоящего обзора. 37 Анализ следов загрязняющих веществ является сложной задачей не только из-за необходимости подготовки и обогащения образцов, но и из-за необходимости сложной многомерной хроматографии. В более поздних хроматографических подходах положительное значение LC-GC-FID проверяется анализом GCxGC-MS. Основным результатом обзора, как представляется, является необходимость повышения специфичности в ходе анализа MOSH-MOAH, поскольку в противном случае существует значительный вариант для чрезмерного количественного прощения, особенно в том случае, если часть МОУ может считаться МОАХ.
Из рассмотренных методов, NMR, как представляется, лучше всего подходит для обеспечения быстрого скрининга продуктов. Преимущества ЯМР в том, что подготовка образца проще, чем для хроматографии, измерение очень быстро (20 минут), и назначение MOSH и MOAH является более конкретным, чем с LC-GC-FID. Методы ЯМР с низким уровнем поля, как представляется, могут заменить довольно устаревшую процедуру ИС 346.
После ЯМР все подозрительные образцы выше определенного порога (который должен быть установлен на основе токсикологических оценок риска) следует далее охарактеризовать, поскольку значение ЯМР MOAH в настоящее время не дает информации о степени и положении алкилирования (ожидается, что только 2 вицинальных H-атома на ароматическом кольце будут токсикологически актуальными, поскольку они могут быть метаболизированы к эпоксидам). Характеристика может быть проведена с помощью одной из указанных хроматографических процедур: LC-GC-FID, LC-MS, GC-MS или GCxGC-MS.
Оценили 11 человек
32 кармы