Определение 1,1-диметилгидразина в воде методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием с применением мицеллярного катализа для получения производных

Исследована возможность улучшения определения 1,1-диметилгидразина (несимметричного диметилгидразина, НДМГ) методом ВЭЖХ-СФ с предварительной дериватизацией 2-нитробензальдегидом (2НБА) и 4-нитробензальдегидом (4НБА) в водной среде за счет применения мицеллярного катализа реакции получения производных. Были оптимизированы условия дериватизации НДМГ, такие как рН, концентрации реагента и поверхностно-активного вещества (ПАВ), температура и время проведения реакции. Установлено, что реакции дериватизации протекают полностью при pH 9 в присутствии 87 мМ раствора додецилсульфата натрия (ДДСН) и избытка реагентов при комнатной температуре за 45 и 30 мин для 2НБА и 4НБА соответственно. Методом ионной хроматографии по отсутствию НДМГ в реакционной смеси доказано, что в этих условиях достигается количественный выход продуктов реакции. Мицеллярный катализ позволяет проводить дериватизацию в более мягких условиях и обеспечивает полноту протекания реакции в области малых концентраций НДМГ, что расширяет линейный диапазон определяемых концентраций. Для ВЭЖХ-СФ определения НДМГ использовали хроматографическую колонку ZORBAX Eclipse Plus C18 (150 × 3,0 мм, 3,5 мкм), а в качестве подвижной фазы — смесь ацетонитрила и 10 мМ аммиачного буферного раствора pH 7 (50/50, % об.) при скорости потока 0,7 мл/мин в изократическом режиме. Детектирование диметилгидразонов 2НБА и 4НБА проводили на длинах волн 308 и 394 нм соответственно. Пределы обнаружения НДМГ (S/N = 3) составили 3 и 1,5 мкг/л для 2НБА и 4НБА соответственно. Время хроматографического анализа — 15 мин. Разработанная методика анализа вод обеспечивает простое, чувствительное и воспроизводимое определение НДМГ в диапазоне концентраций 5 – 1000 мкг/л методом ВЭЖХ-СФ без дополнительного концентрирования.

1. Schmidt E. W. Hydrazine and its Derivatives. 2nd edition. — NY: John Wiley & Sons, Inc, 2001. — 2121 p.

2. Братков А. А., Серегин Е. П., Горенков А. Ф. Химмотология ракетных и реактивных топлив. — М.: Химия, 1987. — 301 с.

3. Carlsen L., Kenessov B. N., Batyrbekova S. Y., et al. Assessment of the mutagenic effect of 1,1-dimethyl hydrazine / Environ. Toxicol. Pharmacol. 2009. Vol. 28. N 3. P. 448 – 452. DOI: 10.1016/j.etap.2009.08.004.

4. Адушкин В. В., Александров Э. Л., Бурчик В. Н. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду. — М.: Анкил, 2000. — 640 с.

5. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2735-10. Предельно допустимая концентрация (ПДК) 1,1-диметилгидразина (гептила) в почве. 2010.

6. Смоленков А. Д., Смирнов Р. С., Родин И. А. и др. Влияние условий пробоподготовки на определение валовой концентрации несимметричного диметилгидразина в почвах / Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. №. 1. С. 9 – 16.

7. Пономаренко С. А., Смоленков А. Д., Шпигун О. А. Определение 1,1-диметилгидразина и продуктов его разложения методом ион-парной хроматографии / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2009. Т. 50. № 3. С. 185 – 192.

8. Kosyakov D. S., Pikovskoi I. I., Ul’yanovskii N. V., Kozhevnikov A. Y. Direct determination of hydrazine, methylhydrazine, and 1,1-dimethylhydrazine by zwitterionic hydrophilic interaction liquid chromatography with amperometric detection / Int. J. Environ. Anal. Chem. 2017. Vol. 97. N 4. P. 313 – 329. DOI: 10.1080/03067319.2017.1309036.

9. Смоленков А. Д., Родин И. А., Шпигун О. А. Спектрофотометрические и флуориметрические методы определения гидразина и его метилированных аналогов / Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 2. С. 133 – 149.

10. Смоленков А. Д. Хроматографические методы определения гидразина и его полярных производных / Обзорный журнал по химии. 2012. Т. 2. № 4. С. 334.

11. Елизарова Г. Л., Матвиентко Л. Г., Пестунова О. П. и др. Каталитическое окисление 1,1-диметилгидразина кислородом воздуха в разбавленных водных растворах / Кинетика и катализ. 1998. Т. 39. № 1. С. 49 – 55.

12. Абилев М. Б., Кенесов Б. Н., Батырбекова С. Е. Газохроматографическое определение 1,1-диметилгидразина в образцах воды методом твердофазной микроэкстракции с дериватизацией / Вестн. КазНУ. Серия химическая. 2014. Т. 75. № 3. С. 91 – 102. DOI: 10.15328/chemb_2014_391-102.

13. Osipenko S. V., Smirnov R. S., Smolenkov A. D., Shpigun O. A. Highly sensitive determination of 1,1-dimethylhydrazine by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry with precolumn derivatization by phenylglyoxal / J. Anal. Chem. 2016. Vol. 71. N 13. P. 1228 – 1232. DOI: 10.1134/S1061934816130098.

14. Cathum S., Atamaniouk V., Ananieva L., et al. Gas chromatography-mass spectrometric determination of unsymdimethylhydrazine in soil and water by derivatization with aromatic aldehydes / Can. J. Chem. Eng. 1998. Vol. 76. N 3. P. 680 – 685. DOI: 10.1002/cjce.5450760340.

15. An Z., Li P., Zhang X., Liu L. Simultaneous determination of hydrazine, methylhydrazine, and 1,1-dimethylhydrazine in rat plasma by LC-MS/MS / J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol. 2014. Vol. 37. N 9. P. 1212 – 1225. DOI: 10.1080/10826076.2012.745147.

16. Денисов А. А., Смоленков А. Д., Шпигун О. А. Определение 1,1-диметилгидразина методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием в виде производного с 4-нитробензальдегидом / Журн. аналит. химии. 2004. Vol. 59. N 5. P. 511 – 515.

17. Feng C., Liao Q., Wang L. Determination of unsymmetrical dimethylhydrazine in soil by gas chromatography-mass spectrometry with the pretreatment of alkaline distillation and ultrasonic derivatization / Chin. J. Anal. Chem. 2016. Vol. 44. N 9. P. 1425 – 1431.

18. Косяков Д. С., Амосов А. С., Ульяновский Н. В. и др. Спектрофотометрическое определение гидразина, метилгидразина и 1,1-диметилгидразина с предварительной дериватизацией 5-нитро-2-фуральдегидом / Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. № 2. С. 145 – 152. DOI: 10.1134/S106193481702006X.

19. Амосов А. С., Ульяновский Н. В., Косяков Д. С., Шпигун О. А. Одновременное определение гидразина, метилгидразина и 1,1-диметилгидразина методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с пред- и постколоночной дериватизацией 5-нитро-2-фуральдегидом / Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73. № 5. С. 389 – 396. DOI: 10.1134/S1061934818050027.

20. Lunne G., Sansone E. Oxidation of 1,1-dimethylhydrazine in aqueous solution with air and hydrogen peroxide / Chemosphere. 1994. Vol. 29. N 7. P. 1577 – 1590. DOI: 10.1016/0045-6535(94)90287-9.

21. Smolenkov A. D., Rodin I. A., Shpak A. V., Shpigun O. A. 1-Formil-2,2- dimethylhydrazine as a new decomposition product of 1,1-dimethylhydrazine / Int. J. Environ. Anal. Chem. 2007. Vol. 87. N 5. P. 351 – 359. DOI: 10.1080/03067310601068882.

22. Dwars T., Paetzold E., Oehme G. Reactions in micellar systems / Angew. Chem., Int. Ed. 2005. Vol. 44. N 44. P. 7174 – 7199. DOI: 10.1002/anie.200501365.

23. Yatsimirsky A. K., Yatsimirskaya N. T., Kashina S. B. Micellar catalysis and product stabilization in hydrazone formation reactions and micellar-modified determination of hydrazine and phenylhydrazine / Anal. Chem. 1994. Vol. 66. N 14. P. 2232 – 2239. DOI: 10.1021/ac00086a006.

24. Sayer J. M., Peskin M., Jencks W. P. Imine-forming elimination reactions. I. General base acid catalysis and influence of the nitrogen substituent on rates and equilibria for carbinolamine dehydration / J. Am. Chem. Soc. 1973. Vol. 95. N 13. P. 4277 – 4287. DOI: 10.1021/ja00794a600.

25. Miura M., Kodama M. The second CMC of the aqueous solution of sodium dodecyl sulfate. I. Conductivity / Bull. Chem. Soc. Jpn. 1972. Vol. 45. N 2. P. 428 – 431. DOI: 10.1246/bcsj.45.428.