Кратко — подходы различаются по цели (определить молекулярные органические соединения vs элементы/их формы), по подготовке матрицы и по используемой инструментальной технике. Ниже — сжатое сравнение с объяснением «почему».
1) Отбор проб и хранение
- Общие требования: репрезентативность, дегазация/контроль влаги, протоколы деградации.
- Для органики: хранение при низкой температуре, исключение света, добавление консервантов (NaN3 для биологической стабильности) — чтобы избежать биодеградации летучих/лабораторно-лабильных соединений.
- Для неорганики: обычно меньше ограничений на холод, важна предотвращение контаминации (чистые инструменты) и стабилизация pH при анализе растворимых форм.
2) Подготовка проб
- Органика: извлечение из почвы растворителями (Soxhlet, ASE — accelerated solvent extraction, ультразвуковая экстракция, QuEChERS для пестицидов), концентрирование, очистка (флоралсиль/алюмосиликат, GPC) и, при необходимости, дериватизация для GC.
Причина: органические молекулы находятся в различной растворимости/связанности с матрицей; требуется селективный перенос в органическую фазу и удаление гуминовых/липофильных мешающих веществ.
- Неорганика: перевод в раствор через кислотное разложение (аqua regia для «экстрагируемых» металлов; HF/HNO3 для полного разложения кремнезёмсодержащих матриц). Для ионов — водная экстракция/выщелачивание.
Причина: элементы нужно перевести в измеряемую растворимую форму; многие находятся в кристаллических/минеральных фракциях.
3) Инструментальные методы — органические загрязнители
- Газовая хроматография с масс-спектрометрией (GC–MS / GC–MS/MS): для летучих и термостабильных неполярных/слабополярных соединений (VOCs, PAHs, PCBs, многие пестициды).
- Жидкостная хроматография с масс-спектрометрией (LC–MS / LC–MS/MS): для полярных/термолабильных веществ (пестициды, фармацевтические остатки, гидрофильные органики).
- Голяяе- или двумерная GC×GC–MS: для сложных смесей с высоким разрешением (нефтепродукты).
- Пурж-энд-трап, headspace, SPME: для VOCs/полулетучих.
- Дополнительно: HPLC–UV/FLD для специфических классов, TOC/TOF для общего органического углерода.
Причина: выбор зависит от летучести, полярности, молекулярной массы и требуемой специфичности/чувствительности.
4) Инструментальные методы — неорганические загрязнители
- ICP–MS: многокомпонентный анализ следовых и ультратрейсовых металлов с низким пределом обнаружения — основной метод.
- ICP–OES (ICP–AES): для более высоких концентраций и матриц, где ICP–MS избыточен.
- AAS (пламя/графитовый): для отдельных элементов, особенно когда требуется экономичность и средние уровни.
- Элементный анализ/CHNS, флуоресцентный/рентгенофлуоресцентный (XRF): быстрый скрининг элементного состава/минерального анализа (XRF — безразрушительно, но хуже пределы следов).
- Ионная хроматография (IC): для анионов/катионов (NO3−, SO4^2−, Cl−, NH4+).
- Волтамперометрия/электрохимические методы: для некоторых видов (Cr(VI), Cu2+ и т.д.).
Причина: элементы измеряются по их атомным/ионным свойствам; методы выбирают по требуемой чувствительности, матрице и возможности мультиэлементного анализа.
5) Специация и биоусвояемость
- Органика: выделение родственных фракций (растворимые/связанные), биодеградационные тесты, метаболиты (LC–MS/MS).
- Неорганика: специация валентных состояний (Cr(III)/Cr(VI), As(III)/As(V)) методом HPLC–ICP–MS или электрохимией; последовательное экстрагирование (BCR) для фракционирования подвижных/сильно связанных/минеральных форм; тесты выщелачивания (TCLP, SPLP) для оценки мобилизации.
Причина: токсичность и подвижность часто определяются именно химической формой, а не суммарным содержанием.
6) Качество данных, интерференции и калибровка
- Органика: внутренние стандарты (изотопно меченые), матричные стандарты, контроль восстановления экстракции, очищающие шаги чтобы снизить матричные эффекты при MS.
- Неорганика: использование матрично-согласованных стандартов или стандартов методом стандартной добавки, контроль восстановления после разложения, устранение масс–спектральных/матричных интерференций (исправления в ICP–MS).
Причина: сильные матричные эффекты и потери при подготовке влияют на точность и пределы обнаружения.
7) Критерии выбора метода
- Химическая природа аналита (летучесть, полярность, валентность).
- Требуемая чувствительность/избирательность.
- Матрица почвы и ожидаемые концентрации.
- Необходимость специации и оценки биоусвояемости.
- Стоимость, доступность оборудования и пропускная способность.
Вывод: органические анализы ориентированы на извлечение/очистку и идентификацию молекул (GC/LC–MS и техники подготовки: SPME, ASE, QuEChERS), тогда как неорганические — на перевод элемента в раствор и его количественное атомно-спектральное определение (ICP–MS/OES, AAS, XRF) с дополнением специационных методов (HPLC–ICP–MS, последовательные экстракции) для оценки валентности и подвижности.