medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-6-694-700medlit-2320Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSМетодические особенности отбора проб воздуха на содержание низкомолекулярных органических соединений на примере фурана и метилфуранаMethodical peculiarities of air sampling for detecting contents of low molecular weight organic compounds on the example of furan and methylfuranhttps://orcid.org/0000-0002-9238-5598УлановаТ. С.UlanovaTatyana S.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2344-3037НурисламоваТатьяна ВалентиновнаNurislamovaTatyana V.

Доктор биол. наук, зав. лаб. методов газовой хроматографии отдела химико-аналитических методов исследований ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», 614045, Пермь.

e-mail: nurtat@fcrisk.ru

MD, PhD, DSci., Head of the Laboratory for Gas Chromatography Techniques of the Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation.

E-mail: nurtat@fcrisk.ru

nurtat@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7664-3270МальцеваО. А.MaltsevaOlga A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0732-8477ПоповаН. А.PopovaNina A.noemail@neicon.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies2022300620221016694700Copyright © Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Мальцева О.А., Попова Н.А., 20222022Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Мальцева О.А., Попова Н.А.Ulanova T.S., Nurislamova T.V., Maltseva O.A., Popova N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2320Введение

Введение. Актуальность и сложность задачи унификации методик аналитического контроля содержания низкомолекулярных органических соединений в атмосферном воздухе требует обоснования и выбора оптимального способа отбора проб воздуха.

Цель исследования — обоснование и выбор способа отбора проб воздуха для химического анализа фурана и метилфурана.

Материалы и методы

Материалы и методы. Этапами исследований являлись отработка и оптимизация способа подготовки проб атмосферного воздуха к химическому анализу на содержание фурана и метилфурана; изучение эффективности процесса сорбции/десорбции фурана и метилфурана на различных сорбентах. Использовали стандартные образцы фурана и метилфурана (≥ 99% Sigma-Aldrich), растворитель гептан, трубки, заполненные полимерным сорбентом марки Tenax ТА, кремнезёмным сорбентом марки Силохром С-120, и уголь. Экспериментальные исследования по отработке эффективных приёмов и способов подготовки проб атмосферного воздуха для анализа фурана и метилфурана выполнены на газовом хроматографе «Кристалл 5000» с масс-селективным детектором (MCD) с применением капиллярной колонки PoraPlot Q длиной 25 м.

Результаты

Результаты. Сравнительный анализ результатов по отбору проб воздуха на содержание фурана и метилфурана, полученных методом низкотемпературного концентрирования, методом сорбции на фильтры из кварцевого микроволокна и сорбционную трубку с Tenax ТА и методом сорбции на трубку с Tenax ТА при температуре плюс 20–25 °C, позволил определить эффективный способ отбора проб воздуха на содержание фурана и метилфурана: метод низкотемпературного концентрирования низкомолекулярных органических соединений на сорбционную трубку с Tenax ТА.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. В данных исследованиях изучено ограниченное число сорбентов.

Заключение

Заключение. Выполненные исследования позволяют рекомендовать отбор проб воздуха в течение 10 мин с расходом 0,1 л/мин на содержание фурана и метилфурана при использовании метода низкотемпературного концентрирования на сорбционную трубку с Tenax ТА с эффективностью для фурана 99,2% и метилфурана 100%.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов

Участие авторов: Уланова Т.С. — концепция, научная консультация; Нурисламова Т.В. — актуальность, заключение; Мальцева О.А. — материалы и методы, результаты, обсуждение, заключение; Попова Н.А. — аналитическая и экспериментальная часть работы. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 11.04.2022 / Принята к печати: 08.06.2022 / Опубликована: 26.06.2022

Introduction

Introduction. Variable analytical control methodologies are applied in monitoring over contents of low molecular weight organic compounds in ambient air. Their unification is a vital and serious challenge requiring valid substantiation and selection of optimal air sampling techniques.

Our research goal was to substantiate and select an air sampling technique for chemical analysis of furan and methylfuran.

Materials and methods

Materials and methods. Our research concentrated on developing and optimizing the process of air samples preparation for chemical analysis of furan and methylfuran; examining effectiveness of furan and methylfuran sorption-desorption using various sorbents. Standard furan and methylfuran samples (≥99.0% Sigma-Aldrich), heptane solvents, sorbent tubes with Tenax, Sylochrom С-120, and coal as sorbents were used in the research. All experimental studies were aimed at testing effective procedures for taking and preparing air samples for further furan and methylfuran analysis in them. They were performed on "Kristall-5000" gas chromatographer with mass-selective detection (MSD) and 25-meter long PoraPlotQ-capillary column.

Results

Results. We comparatively analyzed the results produced by taking air samples for further detection of furan and methylfuran in them using different techniques. They included low temperature concentration; sorption on filters made of quartz microfiber and a sorbent tube with Nenax TA; sorption on a tube with Tenax ТА at t=20–25 °C. The analysis enabled us to reveal an effective procedure for taking ambient air samples for further detection of furan and methylfuran in them. This procedure was low temperature concentration of low molecular weight organic compounds on a sorbent tube with Tenax ТА.

Limitations

Limitations. The accomplished study had no limitations.

Conclusion

Conclusion. The accomplished study allows us to recommend taking air samples during 10 minutes with consumption being 0.1 l/min for further detection of furan and methylfuran in them using low temperature concentration on a sorbent tube with TenaxТА. The achieved effectiveness is 99.2% for furan and 100% for methylfuran.

Compliance with ethical standards. The study has been accomplished in full conformity with the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and other Scientific Purposes (ETS N 123), the Directive of the European Union and the European Council 2010/63/EC dated September 22, 2010  on the protection of animals used for scientific purposes.

Contribution

Contribution: Ulanova Т.S. — overall concept, scientific advice; Nurislamova T.V. — topicality, conclusion; Maltseva О.А. — materials and methods, results, discussion, conclusion; Popova N.А. — analytical and experimental work. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: April 11, 2022 / Accepted: June 8, 2022 / Published: June 26, 2022

фуранметилфурансорбционные трубки Tenax TAметод низкотемпературного концентрирования с помощью хладагентовтермодесорбцияхромато-масс-спектрометрический анализfuranmethylfuransorbent tubes Tenax-TAlow temperature concentration using cooling agentsthermal desorptionchromate-mass-spectrometryReferencesГосударственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2003 году». М.; 2004.The state report «On the environmental conditions and environmental protection in the Russian Federation in 2003». Moscow; 2004. (in Russian)Рахманин Ю.А. Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды. М.; 2011.Rakhmanin Yu.A. Results and Prospects of Studies on Human Ecology and Environmental Hygiene [Itogi i perspektivy nauchnykh issledovaniy po probleme ekologii cheloveka i gigieny okruzhayushchey sredy]. Moscow; 2011. (in Russian)Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года и дальнейшую перспективу (утв. Президентом РФ 1 ноября 2013 г. № Пр-2573). М.; 2013.The fundamentals of the state policy in the sphere of providing chemical and biological safety in the Russian Federation for the period up to 2025 and beyond (approved by the RF President on November 1, 2013 No. Pr-2573). Moscow; 2013. (in Russian)Воронич С.С., Хлопаев А.Г. Оперативный экологический контроль атмосферных загрязнений локальных урбанизированных территорий. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 3: Экономика. Экология. 2012; (2): 205-13.Voronich S.S., Khlopaev A.G. Operative environmental control of atmospheric pollution of the local urbanized territories. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 3: Ekonomika. Ekologiya. 2012; (2): 205–13. (in Russian)Симпсон И., Волощук К. Изменение выбросов летучих органических соединений в городах: множество путей к тому, что воздух стал чище. Бюллетень ВМО. 2019; 68(2): 22-8.Simpson I., Voloshchuk K. Changing volatile organic compound emissions in urban environments: many paths to cleaner air. Byulleten’ VMO. 2019; 68(2): 22–8. (in Russian)Уланова Т.С., Нурисламова Т.В. Разработка методов определения органических соединений (оксид этилена, 1,3-бутадиен, акрилонитрил) в атмосферном воздухе на уровне референтных концентраций. Анализ риска здоровью. 2013; (2): 57-63.Ulanova T.S., Nurislamova T.V. The development of methods for the determination of organic compounds (ethylene oxide, 1,3-butadiene, acrylonitrile) at reference levels in ambient air. Analiz riska zdorov’yu. 2013; (2): 57–63. (in Russian)Новиков С.М., Фокин М.В., Унгуряну Т.Н. Актуальные вопросы методологии развития доказательной оценки риска здоровью населения при воздействии химических веществ. Гигиена и санитария. 2016; 95(8): 711-6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-8-711-716Novikov S.M., Fokin M.V., Unguryanu T.N. Actual problem of methodology and development of evidence-based health risk assessment associated with chemical exposure. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(8): 711–6. (in Russian)Унгуряну Т.Н. Загрязнение атмосферного воздуха и болезни органов дыхания у населения Новодвинска. Гигиена и санитария. 2007; 86(6): 28-30.Unguryanu T.N. Ambient air pollution and respiratory diseases in the population of Novodvinsk. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2007; 86(6): 28–30. (in Russian)Юдина Т.В. Развитие современных направлений по оптимизации лабораторного гигиенического контроля. В кн.: Гигиена: прошлое, настоящее, будущее. Научные труды ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана. М.; 2001: 247-8.Yudina T.V. Development of up-to-date trends in optimization of laboratory hygienic control. In: Hygiene: Past, Present, Future (Collection of Works by Experts from the F.F. Erismann’s Federal Scientific Center for Hygiene) [Gigiena: proshloe, nastoyashchee, budushchee. Nauchnye trudy FNTsG im. F.F. Erismana]. Moscow; 2001: 247–8. (in Russian)Малышева А.Г., Рахманин Ю.А., Растянников Ю.Г., Козлова Н.Ю. Химико-аналитические аспекты исследования комплексного действия факторов окружающей среды на здоровье населения. Гигиена и санитария. 2015; 94(7): 5-10.Malysheva A.G., Rakhmanin Yu.A., Rastyannikov Yu.G., Kozlova N.Yu. Chemical-analytical aspects of the complex impact of the environmental factors on the population’s health. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2015; 94(7): 5–10. (in Russian)Николаева Л.А. Отбор проб воздуха, воды и почвы для санитарно-гигиенических исследований. Иркутск; 2020.Nikolaeva L.A. Taking Air, Water and Soil Samples for Sanitary and Hygienic examination [Otbor prob vozdukha, vody i pochvy dlya sanitarno-gigienicheskikh issledovaniy]. Irkutsk; 2020. (in Russian)Дорогова В.Б. Об отборе проб воздуха для анализа загрязняющих веществ. Экология человека. 2010; (3): 16-8.Dorogova V.B. About sampling air for analyses of polluting substances. Ekologiya cheloveka. 2010; (3): 16–8. (in Russian)Хотунцев Ю.Л. Человек, технологии, окружающая среда. М.; 2001.Khotuntsev Yu.L. People, Technology, the Environment [Chelovek, tekhnologii, okruzhayushchaya sreda]. Moscow; 2001. (in Russian)Снакин В.В. Экология и охрана природа: Словарь-справочник. М.: Aсademia; 2000.Snakin V.V. Ecology and Environmental Protection: Reference Dictionary [Ekologiya i okhrana priroda: Slovar’-spravochnik]. Moscow: Academia; 2000. (in Russian)Slemr J., Slemr F., D’Souza H., Partridge R. Study of the relative response factors of various gas chromatograph-flame ionisation detector systems for measurement of C2-C9 hydrocarbons in air. J. Chromatogr. A. 2004; 1061(1): 75-84. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.10.037Slemr J., Slemr F., D’Souza H., Partridge R. Study of the relative response factors of various gas chromatograph-flame ionisation detector systems for measurement of C2–C9 hydrocarbons in air. J. Chromatogr. A. 2004; 1061(1): 75–84. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.10.037Другов Ю.С., Родин А.А. Газохроматографический анализ загрязненного воздуха: практическое руководство. М.: Бином; 2006.Drugov Yu.S., Rodin A.A. Gas Chromatographic Analysis of Polluted Air: a Practical Guide [Gazokhromatograficheskiy analiz zagryaznennogo vozdukha: prakticheskoe rukovodstvo]. Moscow: Binom; 2006. (in Russian)Ross B.M., Vermeulen N. The combined use of thermal desorption and selected ion flow tube mass spectrometry for the quantification of xylene and toluene in air. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2007; 21(22): 3608-12. https://doi.org/10.1002/rcm.3255 (in Russian)Ross B.M., Vermeulen N. The combined use of thermal desorption and selected ion flow tube mass spectrometry for the quantification of xylene and toluene in air. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2007; 21(22): 3608–12. https://doi.org/10.1002/rcm.3255 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.