Принимая во внимание объем необходимой информации, который должен быть получен в результате анализа различных матриц и сред, методика выполнения измерений (МВИ) остатков пестицидов должна отвечать большинству или всем следующим требованиям:
— обеспечивать достоверное отделение анализируемого вещества от мешающих примесей;
— обеспечивать однозначную идентификацию анализируемого вещества;
— иметь низкий предел количественного определения;
— иметь короткое время анализа;
— иметь низкую стоимость;
— обеспечивать разумную степень точности и правильности результатов;
— обеспечивать надежность получаемых результатов.
Стремление разработчиков методик как можно полнее удовлетворять этим требованиям является одним из основных стимулов в совершенствовании МВИ. Современная МВИ, основанная на инструментальных методах анализа, подразделяется на следующие стадии:
— экстракция анализируемых пестицидов и их метаболитов;
— очистка полученного экстракта;
— возможное получение производных анализируемых пестицидов и продуктов их разрушения и метаболизма;
— хроматографическое разделение
— определение (детектирование) анализируемых веществ.
Способ экстракции, который используется в МВИ, должен обеспечивать количественное и селективное извлечение определяемых веществ, т. е. максимально извлекать из анализируемой матрицы определяемые вещества на фоне как можно меньшего извлечения коэкстрактивных (мешающих) веществ. В противном случае потребуется более сложная стадия очистки полученного экстракта, что неизбежно приведет к потерям определяемых веществ и увеличению общей ошибки анализа. В связи с этим в настоящее время проявляется общая тенденция в анализе остатков пестицидов использовать способы экстракции, которые легко поддаются автоматизации, уменьшают число операций, выполняемых вручную, и количества используемых органических растворителей и обеспечивают возможность анализа большого числа проб. Этим требованиям отвечает твердофазная экстракция (ТФЭ), которая является альтернативой традиционной экстракции в системе жидкость-жидкость и которая позволяет объединить отбор проб с концентрированием. Использование готовых коммерчески доступных патронов (картриджей) для ТФЭ значительно упрощает процедуру подготовки проб к анализу по сравнению с традиционными способами. ТФЭ используется не только в анализе воды, но также в анализе почвы, фруктов, овощей и других пищевых продуктов. Из экстрактов этих матриц, полученных с использованием малополярных и неполярных органических растворителей, пестициды затем концентрируют на молекулярных сорбентах за счет диполь-дипольных взаимодействий или образования водородных связей. Для этих целей используют картриджи, заполненные силикагелем, флоризилом или оксидом алюминия. Нами проведены систематические исследования процесса динамической сорбции следовых количеств пестицидов различных классов на макросетчатом "сверхсшитом" сополимере стирола с дивинилбензолом (полисорб. В результате этих исследований разработан сорбционный способ концентрирования с использованием пластмассовых патронов-концентраторов, заполненных полисорбом, который позволяет проводить экспресс-определение пестицидов в воде на 1-2 порядка ниже значений ПДК. Интересно отметить, что в совместном проекте SMT4-CT96-2142 семи Европейских исследовательских центров Франции, Бельгии, Германии, Нидерландов, Испании и Португалии, который стартовал в 1997 году и предметом которого являлась разработка метода определения множественных остатков пестицидов в питьевой воде с помощью ТФЭ, позволяющего контролировать пестициды в воде на уровне 0,1 мкг/л (в соответствии с требованиями Европейской Директивы по питьевой воде 80/778/EEC), были исследованы девять сорбентов различных фирм на основе С18-обращенной фазы и SDB-1 [10]. В результате этих исследований было установлено, что наиболее подходящим сорбентом для ТФЭ пестицидов из воды оказался SDB-1 — сорбент на основе сополимера стирола с дивинилбензолом, эффективность которого для этих целей была нами установлена еще в начале 80-х годов прошлого столетия.
В последние годы для извлечения пестицидов из различных матриц находит применение сферхкритическая флюидная экстракция (СФЭ), которая рассматривается как альтернатива обычной жидкостной экстракции в аппарате Сокслета. В качестве сверхкритических флюидов используются диоксид углерода, оксид азота и смеси диоксида углерода и оксида азота с метанолом и толуолом. При сверхкритических условиях (температура 40 °С, давление 300 атм) сольватирующие свойства диоксида углерода подобны таковым фреонов или гексана. Одно из основных преимуществ СФЭ заключается в том, что при этом из анализируемых матриц извлекаются остатки различных пестицидов и продуктов их разрушения и метаболизма, которые не экстрагируются традиционными методами, даже при проведении экстракции в аппарате Сокслета. Аппаратурное оформление ТФЭ позволяет полностью автоматизировать этот процесс. Украинским химикам-аналитикам, работающим в области анализа пестицидов, еще только предстоит знакомство с этим мощным средством извлечения остатков пестицидов из почвы, растительного материала и животных тканей, позволяющим проводить экстракцию большого количества проб. Особенно впечатляет эффективность ТФЭ для анализа таких супертоксикантов, как полихлорированные дибензодиоксины и полихлорированные дибензофураны.
В качестве способа очистки экстрактов в анализе остатков пестицидов в настоящее время часто применяется гель-хроматография либо как самостоятельный способ, или как ступень в многостадийной операции очистки. Особенно эффективен этот способ очистки при анализе матриц, содержащих большое количество липидов. Наибольшее использование для этого способа очистки получили гели, работающие в среде органических растворителей. Разработаны автоматизированные установки, позволяющие очищать большое количество проб без какого-либо внимания со стороны персонала лаборатории. Эффективность этого способа очистки была впервые продемонстрирована нами в отечественных исследованиях для очистки экстрактов из риса, содержащих гербициды сатурн и префикс, при использовании гелей, образованных слабосшитыми сополимерами стирола с дивинилбензолом, хорошо набухающими в малополярных и неполярных органических растворителях.
Гель-хроматография является обязательной стадией многоступенчатой операции очистки при разработке и использовании так называемых методик определения множественных остатков (multiresidue) пестицидов. Увеличение числа применяемых пестицидов и источников их поступления в объекты окружающей среды, сельскохозяйственное сырье и продукты питания обусловливает значительное увеличение объема химико-аналитических исследований. Естественно, что использовать для определения каждого пестицида в каждой анализируемой матрице отдельную МВИ экономически невыгодно и неудобно. Значительно более привлекательны такие методические подходы, которые позволяют охватить все количество применяемых в сельскохозяйственной практике пестицидов несколькими МВИ. Такой подход имеет ряд важных преимуществ:во-первых, общее время анализа существенно сокращается; во-вторых, общее число пестицидов и их метаболитов, которые могут быть определены этими методиками, резко увеличивается и, в третьих, эти методики могут быть при необходимости быстро адаптированы к новым анализируемым матрицам и к новым пестицидам. В настоящее время за рубежом для контроля за содержанием пестицидов используются только методики определения множественных остатков пестицидов, которые позволяют проводить определение в одной пробе сельскохозяйственного сырья, пищевого продукта, воды, почвы или воздуха практически всех пестицидов, которые используются в сельскохозяйственной практике. Так, например, методика определения множественных остатков АОАС 990.06 позволяет проводить определение в одной пробе питьевой воды 29 хлорорганических пестицидов. Методика определения множественных остатков АОАС 991.07 предназначена для определения 44 азот- и фосфорорганических пестицидов в одной пробе питьевой воды. Методика определения множественных остатков Министерства здравоохранения Германии S 8 предназначена для определения в одной пробе фруктов или овощей 91 хлор-, фосфор- и триазиновых пестицидов. Методика определения множественных остатков S 19 (Германия) позволяет проводить определение в одной пробе почвы 220 хлор-, фосфор- и азотсодержащих пестицидов. Методика Европейского проекта SMT4-CT96-2142 позволяет определять в одной пробе питьевой воды 38 пестицидов, являющихся приоритетными для стран-разработчиков методики.
К сожалению, в Украине до настоящего времени при разработке МВИ, предназначенных для контроля за содержанием остатков пестицидов, используется подход, который был сформирован в недрах Государственной комиссии по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками бывшего СССР, и заключающийся в необходимости разработки отдельной методики для каждого пестицида и каждой анализируемой матрицы. В основу такой разработки кладутся методики, которые представляет фирма-разработчик пестицидного препарата вместе с отчетом о валидации представляемых методик независимой лабораторией и результатами полевых испытаний по определению остатков пестицидов в сельскохозяйственных культурах, почве, воде и воздухе рабочей зоны. Эти методики фирма-разработчик пестицидного препарата представляет только для прохождения процедуры государственной регистрации пестицида в Украине для того, чтобы показать, что данные по остаткам пестицида в сельскохозяйственных культурах, почве, воде и воздухе рабочей зоны, которые представляет фирма, получены с помощью валидированных методик. Таким образом, МВИ, представляемые фирмой-разработчиком пестицидного препарата, служат только для целей государственной регистрации пестицида и не являются МВИ, с помощью которых в стране-разработчике пестицидного препарата осуществляется контроль за содержанием остатков пестицидов в сельскохозяйствнном сырье, продуктах питания и объектах окружающей среды. Прерогатива разработки МВИ, предназначенных для контроля за содержанием остатков пестицидов в различных средах, за рубежом закреплена не за фирмами-производителями пестицидных препаратов, а за министерствами и ведомствами, которые ответственны за ту или иную область контроля. Например, в США это Агенство по охране окружающей среды (EPA) и Администрация по контролю пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA).