КЛЮЕВ С.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛА БЕНЗ(А)ПИРЕНА ПРИ АНАЛИЗЕ ПРОБ ПОЧВ, ГРУНТОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МЕТОДОМ ВЭЖХ


КЛЮЕВ С.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛА БЕНЗ(А)ПИРЕНА ПРИ АНАЛИЗЕ ПРОБ ПОЧВ, ГРУНТОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МЕТОДОМ ВЭЖХ


Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
// Сельское, лесное и водное хозяйство. 2012. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2012/03/150 (дата обращения: 23.11.2016).

Среди органических веществ, загрязняющих атмосферу, почвы и природные воды, особое место занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти соединения относятся к супер-экотоксикантам 1-го класса опасности, поскольку многие из них, обладают мутагенными и канцерогенными свойствами и способны к накоплению в природных объектах. Из сотен ПАУ различного строения, обнаруженных в объектах окружающей среды, для постоянного контроля выбран узкий ряд приоритетных соединений. В России это лишь один – бенз(а)пирен. Бенз(а)пирен – опасный загрязнитель почв, грунтов, донных отложений и вод, относящийся к полиароматическим углеводородам [1]. Антропогенные источники бенз(а)пирена могут быть стационарными (промышленные предприятия, ТЭЦ, крупные и мелкие отопительные системы), загрязняющими атмосферу в относительно ограниченных районах, и передвижными (транспорт), выбросы которых распространяются на значительно большие пространства. Одним из широко распространённых источников бенз(а)пирена является процесс горения практически всех видов горючих материалов. Бенз(а)пирен присутствует в дымовых газах, копоти и саже, оседающих в дымоходах и на поверхностях, имевших контакт с дымом, точнее в смолистых веществах, содержащихся в продуктах сгорания. Бенз(а)пирен находят и в местах стихийно возникающих лесных пожаров, он появляется в атмосфере в результате извержения вулканов. Бенз(а)пирен образуется в результате протекания процессов полимеризации относительно простых по структуре осколков молекул (в основном свободно радикального характера), которые генерируются из исходного топлива вследствие действия высоких температур, при неблагоприятных условиях горения. Одним из наиболее распространённых источников образования бенз(а)пирена является также пиролиз. В молекулярно-дисперсном состоянии бенз(а)пирен может находиться лишь в ничтожно малых количествах. В воздухе он преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы.
Данное соединение обычно обнаруживают методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [2, 3]. Шум оказывает заметное влияние на результаты анализа при определении малых количеств данного вещества, так как полезные хроматографические сигналы приходится выбирать на фоне колебаний (флуктуаций) нулевой линии. Фильтрация шумов может быть использована для улучшения отношения сигнал/шум, что позволяет уменьшить минимально определяемую концентрацию вещества при проведении анализа [4, 5].
В методике ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03 описано выполнение измерений массовой доли бенз(а)пирена в пробах почв, грунтов, твердых отходов, донных отложений методом ВЭЖХ с использованием жидкостного хроматографа “Люмахром” с флюориметрическим детектором. Минимально определяемая массовая концентрация бенз(а)пирена в экстракте (при соотношении сигнал/шум равном трем) составляет 2 нг/см3. Не во всех случаях рекомендуется использовать фильтрацию, так как она искажает исходные данные. Однако соотношение сигнал/шум можно увеличить при использовании фильтров, что позволяет выделить аналитический сигнал (пик) из шума и понизить предел обнаружения определяемого вещества.
Запись хроматограммы проводилась с использованием фильтров медианы 2 и гауссианы 3. Использование других фильтров не предусмотрено программным обеспечением. Концентрация бенз(а)пирена в экстракте – 0.4 нг/см3 (бинарный растворитель – ацетонитрил-вода (4:1)). Неподвижная фаза – Kromasil C18; подвижная фаза – ацетонитрил-вода (4:1); расход подвижной фазы – 200 мм3/мин; ацетонитрил-вода (4:1)
Фильтр медианы – эффективный фильтр, сглаживающий как шумы сигнала, так и выбросы, в меньшей степени искажающий форму пиков, особенно на склонах. При этом ширина окна фильтрации должна быть не меньше ширины самого большого выброса. Значения точек внутри окна фильтрации сортируются в порядке возрастания и точка, соответствующая середине окна, заменяется значением, попадающим в центр отсортированного массива. Фильтр слегка “сглаживает” вершины пиков и ложбины между пиками и соответственно изменяет как высоту, так и площадь хроматографических пиков. Фильтр гауссианы (“гауссова” фильтрация) – наиболее эффективный фильтр, сглаживающий шумы сигнала, но искажающий форму пиков. Пики после сглаживания становятся ниже и шире, их площадь при этом не изменяется, а высота пиков уменьшается. Вычисляется среднее значение всех точек внутри окна фильтрации с весом, распределенным по Гауссовой функции, с центром в середине окна и значение средней точки окна заменяется вычисленным значением.
После записи хроматограммы проводилась неоднократная фильтрация фрагмента. При этом аналитический сигнал выделялся из шума (Рис.1).
Аналогичные действия выполнялись с хроматограммой холостой пробы и аналитический сигнал бенз(а)пирена не обнаруживался.
Таким образом, использование фильтров позволило уменьшить предел обнаружения бенз(а)пирена в экстрактах твердых проб в 5 раз.

Литература:

1. Ю.С. Другов, А.А. Родин. Мониторинг органических загрязнений природной среды. М.: БИНОМ. 2009. С. 133, С. 290.

2. Столяров Б.В. и др. // Практическая газовая и жидкостная хроматография. СПб.: СПбГУ, 1998. – С. 81.

3. Стыскин Е.Л., Илинсон Л.Б., Брауде Е.В. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. М. : Химия 1986.

4. Сергиенко А.Б. «Цифровая обработка сигналов», учебник для вузов, СПб.: Питер, 2003. 608 с.
Фрагменты хроматограмм
5. Айфичер Э., Джервис Б., «Цифровая обработка сигналов. Практический подход», М., «Вильямс», 2004. 992 с.



Все статьи автора «Клюев Сергей А.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: