4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение концентрации химических веществ
в воде централизованных систем питьевого
водоснабжения

Сборник методических указаний
МУК 4.1.737-99 - 4.1.754-99

Выпуск 2

Минздрав России
Москва 1999

1. Подготовлены авторским коллективом специалистов в составе: А.Г. Малышева (руководитель), Н.П. Зиновьева, Ю.Б. Суворова, И.Н. Топорова, Т.И. Голова (НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН).

2. Утверждены и введены в действие Первым заместителем министра здравоохранения Российской Федерации - Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 10 апреля 1999 г.

3. Введены впервые.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

По данным международных регистров в мире зарегистрировано около 16 млн. химических соединений, а общее число потенциально загрязняющих окружающую среду веществ определяется в пределах 40 - 60 тыс. Известно, что в сточных водах различных производств идентифицировано до 12 тыс. химических ингредиентов, в поверхностных и питьевых водах разных стран доказано присутствие до тысячи соединений. В Российской Федерации в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения установлены гигиенические нормативы содержания около 800 веществ, в поверхностных водах - около 1500. Однако не для всех нормируемых в воде веществ существуют методы аналитического контроля.

В современных условиях, когда количество опасных химических веществ постоянно возрастает, и каждый исследуемый водный объект может содержать специфические, ранее не определявшиеся вещества, особую актуальность приобретает задача контроля качества воды неизвестного состава, когда можно ожидать присутствия любых соединений.

Для совершенствования аналитического контроля качества воды следует исходить из следующего алгоритма:

- проведение обзорного анализа, включающего идентификацию и количественное определение возможно более полного спектра загрязняющих веществ в водах практически неизвестного состава;

- выбор ведущих показателей на основе выявленного компонентного состава по степени их гигиенической значимости с учетом комплекса критериев: уровни концентраций, групповая принадлежность, специфичность для сточных вод местных источников загрязнения, способность веществ к трансформации, возможность образования более токсичных продуктов трансформации;

- текущий контроль с использованием целевых анализов по выбранным ведущим показателям.

Схема проведения обзорного анализа воды неизвестного состава выглядит следующим образом. Методика исследования предусматривает изучение интегральных показателей, анализ неорганических веществ и анализ органических соединений. Интегральные показатели степени загрязненности воды включают определение pH, перманганатного индекса, биохимического потребления кислорода.

Для оценки степени загрязнения воды целесообразно определение ненормируемого показателя - общего, органического и неорганического углерода. Из комплекса неорганических веществ гигиеническую значимость имеют катионы металлов, ряд элементов (например, берилий, мышьяк, бор и др.) и анионный состав. Аналитическое исследование органических загрязняющих веществ в воде разделяют на анализ летучих и труднолетучих соединений. Выявление и анализ летучих соединений основан на их извлечении из воды газовой экстракцией инертным газом, улавливании сорбентом, термодесорбции, хроматографическом разделении на капиллярной колонке, идентификации по масс-спектрам. Такой подход позволяет определять низкомолекулярные галогенуглеводороды, ароматические соединения, кетоны, эфиры, альдегиды, спирты, нитрилы, нитросоединения, серусодержащие углеводороды. Рекомендуемая для обзорного анализа и контроля летучих органических соединений в воде хромато-масс-спектрометрическая методика приведена в сборнике «Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. МУК 4.1.646 - 4.1.660-96» (Вып. I).

Решение идентификационной задачи и количественного определения труднолетучих органических соединений в воде требуют проведения следующих этапов работы: жидкостно-экстракционное или твердофазно-экстракционное выделение органических веществ; получение концентрата органических веществ упариванием элюата или экстракта; реэкстракция соединений из концентрата; хроматографическое разделение смеси веществ на капиллярной колонке; идентификацию по масс-спектрам; количественную оценку. Такой алгоритм аналитического исследования воды применяют для идентификации высокомолекулярных галогенсодержащих эфиров, насыщенных углеводородов и олефинов, аминов и амидов, бензидинов и ненасыщенных карбоновых кислот и их эфиров, анилинов, нитро-ароматических соединений, фталатов, фенолов, масел. Применение хромато-масс-спектрометрии обеспечивает возможность идентификации в воде органических углеводородов С₁ - С₄₀, их кислород-, азот-, серу- и галогенсодержащих производных ниже уровня большинства гигиенических нормативов с определением более 100 веществ в одной пробе.

В настоящем сборнике приведены хромато-масс-спектрометрические методики, рекомендуемые для обзорного анализа и контроля труднолетучих органических соединений в воде. В сборник вошли также методики инверсионного вольтамперометрического измерения концентраций металлов, хроматографического, в том числе газохроматографические, высокоэффективные жидкостнохроматографические, ионохроматографические и фотометрические методики контроля ряда органических соединений (всего 19 методических указаний).

Последовательность расположения методических указаний представлена следующим образом: сначала приведены многокомпонентные методы контроля (всего 6), далее - по алфавиту однокомпонентные методы контроля конкретных веществ (всего 13).

д.б.н. А.Г. Малышева

Область применения

Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде предназначены для использования органами государственного санитарно-эпидемиологического надзора при осуществлении государственного контроля за соблюдением требований к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, водохозяйственными организациями, производственными лабораториями предприятий, контролирующими состояние водных объектов, а также научно-исследовательскими институтами, работающими в области гигиены водных объектов.

Включенные в сборник методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОСТа Р 8.563-96 «Методики выполнения измерений», ГОСТа 17.0.0.02-79 «Охрана природы. Метрологическое обеспечение контроля загрязненности атмосферы, поверхностных вод и почвы. Основные положения».

Методики выполнены с использованием современных физико-химических методов исследования, метрологически аттестованы и дают возможность контролировать содержание химических веществ на уровне и меньше их предельно допустимых концентраций в воде, установленных в СанПиНе 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», а для веществ, не включенных в перечень этого документа, - в СанПиНе 4630-88 «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения».

Методические указания одобрены и приняты на бюро секции по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды Проблемной комиссии «Научные основы экологии человека и гигиены окружающей среды» и бюро Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию Министерства здравоохранения Российской Федерации.

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Газохроматографическое определение
2-метил-5-винилпиридина в воде

Настоящие методические указания устанавливают газохроматографическую методику количественного химического анализа воды централизованного питьевого водоснабжения для определения в ней содержания 2-метил-5-винилпиридина в диапазоне концентраций 0,8 до 16 мг/дм³.

2-Метил-5-винилпиридин (5-винил-α-пиколин) - бесцветная жидкость со специфическим запахом. 2-Метил-5-винилпиридин растворим в воде (0,98 % при 20 °С) и органических растворителях. Температура кипения - 75 °С (при 15 мм рт. ст.), температура плавления - 14,1 °С, плотность - 0,987 г/см³.

2-Метил-5-винилпиридин воздействует на центральную нервную систему. При попадании на кожу вызывает сильную аллергическую реакцию.

1. Нормы погрешности измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений с погрешностью, не превышающей ±23 % (δ_отн.), при доверительной вероятности 0,95.

2. Метод измерений

Измерения концентрации 2-метил-5-винилпиридина выполняют методом газожидкостной хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием.

Нижний предел измерения в анализируемом объеме пробы - 0,005 мкг.

Определению не мешают дивинилбензол, алкилбензин, этилстирол, бензол в количестве до 10 ПДК их содержания в воде.

3. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы.

3.1. Средства измерений

3.2. Вспомогательные устройства

3.3. Материалы

3.4. Реактивы

4. Требования безопасности

4.1. При работе с реактивами соблюдают требования безопасности, установленные для работ с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ 12.1.005-88.

4.2. При выполнении измерений с использованием газового хроматографа соблюдают правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации прибора.

5. Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений допускают лиц, имеющих квалификацию не ниже инженера-химика, с опытом работы на газовом хроматографе.

6. Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

6.1. Процессы приготовления растворов и подготовки проб к анализу проводят в нормальных условиях согласно ГОСТ 15150-69 при температуре воздуха 20 ± 10 °С, атмосферном давлении 630 - 800 мм рт. ст. и влажности воздуха не более 80 %.

6.2. Выполнение измерений на газовом хроматографе производят в условиях, рекомендованных технической документацией к прибору.

7. Подготовка к выполнению измерений

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: приготовление растворов, подготовка хроматографической колонки, установление градуировочной характеристики, отбор проб.

7.1. Приготовление растворов

Рабочий раствор 2-метил-5-винилпиридина для градуировки (С = 200 мг/дм³). 200 мг 2-метил-5-винилпиридина помещают в мерную колбу, вместимостью 1 дм³, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Срок хранения - 7 дней в холодильнике.

7.2. Подготовка хроматографической колонки

Хроматографическую насадку (10 %-ный динонилфталат на сферохроме-1) готовят следующим образом: 2 г динонилфталата растворяют в 80 см³ этанола. Затем в фарфоровую чашку вносят 20 г сферохрома-1 и раствор динонилфталата при перемешивании. Смесь нагревают на водяной бане до полного удаления растворителя. Насадку сушат в сушильном шкафу 30 мин при 60 °С. После охлаждения заполняют насадкой чистую хроматографическую колонку. Хроматографическую колонку перед заполнением промывают горячей водой, дистиллированной водой, растворителем (ацетоном или этиловым спиртом), высушивают в токе газа-носителя и заполняют приготовленной насадкой с помощью вакуумного насоса. Концы заполненной колонки закрывают стекловатой слоем 1 см, колонку помещают в термостат и, не подключая к детектору, кондиционируют в токе газа-носителя с расходом 40 см³/мин при температуре 160 °С в течение 6 ч. После охлаждения колонку подключают к детектору и записывают нулевую линию в рабочем режиме. При отсутствии дрейфа нулевой линии колонка готова к работе.

7.3. Установление градуировочной характеристики

Градуировочную характеристику устанавливают методом абсолютной градуировки по 6 сериям градуировочных растворов 2-метил-5-винилпиридина, каждая из которых состоит из 5 растворов. В мерные колбы, вместимостью 100 см³, вносят рабочий раствор для градуировки в соответствии с табл. 1 и доводят объем до метки дистиллированной водой. Растворы тщательно перемешивают. Готовят в день проведения измерений.

Таблица 1

Растворы для установления градуировочной характеристики
при определении концентрации 2-метил-5-винилпиридина

В испаритель прибора вводят по 2,5 мм³ каждого градуировочного раствора. Анализ проводят в следующих условиях:

На полученной хроматограмме рассчитывают площади пиков 2-метил-5-винилпиридина и по средним результатам из 6 серий строят градуировочную характеристику, выражающую зависимость площади пика (мм²) от концентрации (мг/дм³) 2-метил-5-винилпиридина.

7.4. Отбор проб

Для анализа отбирают 100 см³ пробы воды в соответствии с ГОСТ 24481-80. Отбор в емкости из темного стекла с крышками. Анализируют в день отбора.

8. Выполнение измерений

Пробу анализируют в соответствии с п. 7.3. Измерение пробы проводят не менее 3 раз. На хроматограмме рассчитывают площадь пика 2-метил-5-винилпиридина и по градуировочной характеристике определяют его массу в пробе.

Перед обработкой любых результатов необходимо проанализировать «холостую пробу» дистиллированной воды по п. 8, чтобы убедиться в отсутствии помех и загрязнений.

9. Обработка (вычисление) результатов измерений

Концентрацию 2-метил-5-винилпиридина (C в воде определяют по градуировочной характеристике (мг/дм³).

Вычисляют среднее значение концентрации 2-метил-5-винилпиридина в воде:

Рассчитывают относительную разницу результатов 2 параллельных измерений 1 пробы:

где d - оперативный контроль сходимости, равный 32,4 %.

10. Оформление результатов измерения

Средние значения результатов измерения концентрации веществ в 2 параллельных пробах воды оформляют в протокол по форме:

11. Контроль погрешности измерений

11.1. Контроль сходимости. Выполняют по п. 9. При превышении норматива оперативного контроля сходимости эксперимент повторяют. При повторном превышении норматива выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам контроля и устраняют их.

11.2. Оперативный контроль погрешности. Проводится при смене реактивов, после ремонта прибора. Образцами для контроля являются реальные пробы питьевой воды, к которым делаются добавки измеряемых веществ в виде раствора. Отбирают 2 пробы воды и к 1 из них делают добавку таким образом, чтобы содержание определяемых веществ увеличилось по сравнению с исходным на 50 - 150 %, так, чтобы концентрация в пробе не выходила за верхний диапазон. Каждую пробу анализируют в точном соответствии с прописью методики и получают результат анализа исходной рабочей пробы - С_исх. и рабочей пробы и с добавкой - С¹. Результаты анализа исходной рабочей пробы - С_исх. и с добавкой - С¹ получают по возможности в одинаковых условиях, т.е. их получает 1 аналитик с использованием 1 набора мерной посуды, 1 партии реактивов и т.д.

Результаты контроля признаются удовлетворительными, если выполняется условие:

|С¹ - С_исх - C| < Kg, где

С - добавка вещества, мкг/дм³;

Kg - норматив оперативного контроля погрешности, мкг/дм³.

При внешнем контроле (Р = 0,95) принимают:

где ΔС¹ и ΔС_исх. - характеристика погрешности для исходной пробы и пробы с добавкой, мг/дм³:

ΔС_исх. = 0,01·δ_отн.·С_исх. и

ΔС¹ = 0,01·δ_отн.·C¹

При внутрилабораторном контроле (Р = 0,90) принимают:

K'g = 0,84·Kg.

При превышении норматива оперативного контроля погрешности эксперимент повторяют. При повторном превышении указанного норматива выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам контроля, и устраняют их.

Методические указания разработаны И.Н. Топоровой (НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, г. Москва).

Список литературы

1. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: СанПиН 2.1.4.559-96. - М.: ГКСЭН России, 1996. - 111 с.

2. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения: СанПиН 4630-88 - М.: МЗ СССР, 1988. - 60 с.

3. Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения: Сборник методических указаний. - М.: МЗ России, 1997. - 112 с.