ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ
В СФЕРЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
УТВЕРЖДАЮ Директор
ФБУ «Федеральный центр __________________ А.Н. Кичемасов «21» марта 2012 г. |
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОД
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ КАДМИЯ
В ПОВЕРХНОСТНЫХ, ПОДЗЕМНЫХ ПРЕСНЫХ
И СТОЧНЫХ ВОДАХ ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ С БРОМБЕНЗТИАЗО
ПНД Ф 14.1:2:3.180-2002
(ФР.1.31.2007.03801)
Методика допущена для целей государственного
экологического контроля
МОСКВА
2007 г.
(издание 2012 г.)
Методика рассмотрена и одобрена федеральным бюджетным учреждением «Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия» (ФБУ «ФЦАО»).
СОДЕРЖАНИЕ
Настоящий документ устанавливает методику измерений массовой концентрации кадмия в поверхностных, подземных пресных и сточных водах фотометрическим методом с бромбензтиазо.
Диапазон измерений от 0,005 до 1 мг/дм3
Если массовая концентрация кадмия в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация соответствовала регламентированному диапазону.
Если массовая концентрация кадмия в пробе меньше 0,05 мг/дм3, пробу необходимо концентрировать путем упаривания.
Данным методом можно определить ионы кадмия при содержании в пробе меди, железа, никеля, хрома, цинка, свинца, олова, в сумме менее 10 мг/дм3. В противном случае необходимо применять другую методику.
Мешающие влияния, обусловленные присутствием в пробе меди, никеля, серебра, кобальта, цианидов, ртути, красителей, органических веществ, дающих стойкую эмульсию воды в четырёххлористом углероде, устраняются специальной подготовкой пробы к анализу (п. 9.1).
Значения показателя точности измерений1 - расширенной относительной неопределенности измерений по настоящей методике при коэффициенте охвата 2 приведены в таблице 1. Бюджет неопределенности измерений приведен в Приложении А.
________
1 В соответствии с ГОСТ Р 8.563-2009 (п. 3.4) в качестве показателя точности измерений использованы показатели неопределенности измерений)
Таблица 1 - Диапазон измерений, показатели неопределенности измерений
Диапазон измерений, мг/дм3 |
Суммарная стандартная относительная неопределенность, u, % |
Расширенная относительная неопределенность2, U при коэффициенте охвата k = 2, % |
От 0,005 до 0,05 включ. |
17 |
34 |
Св. 0,05 до 1 включ. |
14 |
28 |
________
2 Соответствует характеристике погрешности при доверительной вероятности Р = 0,95.
Значения показателя точности методики используют при:
- оформлении результатов анализа, выдаваемых лабораторией;
- оценке качества проведения испытаний в лаборатории;
- оценке возможности использования настоящей методики в конкретной лаборатории.
При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательное оборудование, материалы, реактивы.
Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр, позволяющий измерять оптическую плотность при дине волны λ = 590 нм.
Кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 мм.
Весы лабораторные специального или высокого класса точности с ценой деления не более 0,1 мг, наибольшим пределом взвешивания не более 210 г по ГОСТ Р 53228-2008.
Гири по ГОСТ 7328-2001.
Колбы мерные 2-25 (50; 100)-2, 2-1000 по ГОСТ 1770-74.
Пипетки мерные 6 (7)-2-5(10), 4 (5)-2-2, 2-2-25 по ГОСТ 29227-91.
Цилиндры мерные 1 - 100, 3 - 100 по ГОСТ 1770-74.
Плитка электрическая по ГОСТ 14919-83.
Колбы конические Кн - 1-200 (500) по ГОСТ 25336-82.
Воронки делительные ВД-1-100 (250) ХС, ВД-3-1000 по ГОСТ 25336-82.
Фильтры стеклянные по ГОСТ 25336-82
Бутыли из боросиликатного стекла или полимерного материала для отбора и хранения проб.
Примечания.
1 Допускается использование других средств измерений утвержденных типов, обеспечивающих измерения с установленной точностью.
2 Допускается использование другого оборудования с метрологическими и техническими характеристиками, аналогичными указанным.
3 Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки.
Бромбензтиазо по ТУ 6-09-1134-77.
Кислота соляная по ГОСТ 3118-77.
Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.
Кислота серная по ГОСТ 4204-77.
Натрия гидроксид по ГОСТ 4328-77.
Аммиак водный по ГОСТ 3760-79.
Калий-натрий виннокислый 4-водный (соль Сегнетова) по ГОСТ 5845-79.
Хлороформ по ГОСТ 20015-88.
Углерод четыреххлористый по ГОСТ 20288-74.
Диметилглиоксим по ГОСТ 5828-77.
Диэтилдитиокарбамат свинца (II) по ТУ 6-09-3901-75.
Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Вода бидистиллированная по ГОСТ Р 52501-2005.
Бумага индикаторная универсальная по ТУ 6-09-1181-76.
Анионит ЭДЭ-10п.
ГСО с аттестованным содержанием ионов кадмия с погрешностью аттестованного значения не более 1 % при Р = 0,95
Примечания.
1 Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации ч.д.а. или х.ч.
2 Допускается использование реактивов, изготовленных по другой нормативно-технической документации, в том числе импортных.
Метод определения массовой концентрации кадмия основан на их взаимодействии с реактивом бромбензтиазо (ББТ), образующим с кадмием красно-фиолетовый комплекс, экстрагируемый хлороформом. Состав комплекса - Cd:ББТ = 1:2, максимальная окраска довольно устойчива при pH = 13,5. Максимум поглощения при λ = 590 нм.
При выполнении измерений необходимо соблюдать следующие требования техники безопасности.
5.1 При выполнении измерений необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76.
5.2 Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ Р 12.1.019-2009.
5.3 Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004-90.
5.4 Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.
5.5 Содержание вредных веществ в воздухе не должно превышать установленных предельно допустимых концентраций в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88.
Выполнение измерений может производить химик-аналитик, владеющий техникой экстракционно-фотометрического анализа, изучивший инструкцию по эксплуатации спектрофотометра или фотоэлектроколориметра и получивший удовлетворительные результаты при выполнении контроля процедуры измерений.
При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:
температура окружающего воздуха |
(20 ± 5) °С; |
атмосферное давление |
(84,0 - 106,7) кПа; |
относительная влажность не более 80 % |
при температуре 25 °С; |
напряжение сети |
(220 ± 22) В; |
частота переменного тока |
(50 ± 1)Гц. |
При подготовке к выполнению измерений должны быть проведены следующие работы: отбор проб, подготовка прибора к работе, приготовление вспомогательных и градуировочных растворов, построение градуировочного графика, контроль стабильности градуировочной характеристики.
8.1.1 Отбор проб производят в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ПНД Ф 12.15.1-08 «Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод».
8.1.2 Посуда для отбора проб и проведения анализа должна быть очищена. Для этого в посуду, чисто вымытую содой и хлористо-водородной (соляной) кислотой и промытую дистиллированной водой, вносят чистый хлороформ, встряхивают в течение 1 мин, дают постоять. Если появляется окраска, раствор выливают. Операцию продолжают до тех пор, пока цвет хлороформа перестанет изменяться. После этого посуду промывают бидистиллированной водой.
8.1.3 Пробы воды отбирают в бутыли из полимерного материала или боросиликатного стекла, подготовленные по п. 8.1.2 и предварительно ополоснутые отбираемой водой. Объем отбираемой пробы должен быть не менее 300 см3. Пробы анализируют в день отбора или консервируют, прибавляя 5 см3 концентрированной азотной кислоты на 1 дм3 пробы.
При отборе проб составляется сопроводительный документ по утвержденной форме, в котором указывается:
цель анализа, предполагаемые загрязнители;
место, время отбора;
номер пробы;
объем пробы;
должность, фамилия отбирающего пробу, дата.
Подготовку прибора к работе проводят в соответствии с рабочей инструкцией по эксплуатации прибора
Вся посуда должна быть подготовлена по п. 8.1.2.
8.4.1 Приготовление раствора гидроксида натрия с массовой долей 10 %
Навеску гидроксида натрия 10 г помещают в коническую колбу и растворяют в 90 см3 бидистиллированной воды. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде.
Срок хранения 3 месяца
8.4.2 Приготовление раствора соляной кислоты (1:1)
Смешивают равные объемы бидистиллированной воды и концентрированной соляной кислоты.
Срок хранения не ограничен.
8.4.3 Приготовление раствора бромбензтиазо в хлороформе с молярной концентрацией 0,001 моль/дм3
На аналитических весах взвешивают 0,0384 г бромбензтиазо (С17Н10Br3OS) и растворяют в 100 см3 хлороформа.
Срок хранения 1 месяц.
8.4.4 Приготовление основного градуировочного раствора кадмия с массовой концентрацией 0,1 мг/дм3
Раствор готовят из ГСО с аттестованным содержанием ионов кадмия и бидистиллированной воды в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией.
Срок хранения 1 месяц.
8.4.5 Приготовление рабочего градуировочного раствора кадмия с массовой концентрацией 0,001 мг/дм3
Смешивают 10 см3 основного градуировочного раствора с 10 см3 соляной кислоты (1:1) и доводят объём до метки бидистиллированной водой в мерной колбе вместимостью 1 дм3.
Срок хранения 3 дня.
Для построения градуировочного графика необходимо приготовить образцы для градуировки с массовой концентрацией ионов кадмия 0,05 - 1,0 мг/дм3. Условия анализа, его проведение должны соответствовать п.п. 7 и 9.2.
Состав и количество образцов для градуировки приведены в таблице 2. Погрешность, обусловленная процедурой приготовления образцов для градуировки, не превышает 2,5 %.
Таблица 2 - Состав и количество образцов для градуировки
Номер образца |
Массовая концентрация кадмия в градуировочных растворах, мг/дм3 |
Аликвотная часть (см3) рабочего градуировочного раствора с концентрацией 0,001 мг/см3, помещаемая в мерную пробирку вместимостью 10 см3 |
1 |
0,00 |
0,00 |
2 |
0,05 |
0,5 |
3 |
0,1 |
1,0 |
4 |
0,2 |
2,0 |
5 |
0,4 |
4,0 |
6 |
0,6 |
6,0 |
7 |
0,8 |
8,0 |
8 |
1,0 |
10,0 |
Растворы доводят до метки в мерных пробирках вместимостью 10 см3 бидистиллированной водой, далее растворы переносят в делительные воронки вместимостью 50 см3 и проводят через весь ход анализа по п. 9.2.
Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их концентрации. Для построения градуировочного графика каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения данных. При построении градуировочного графика по оси ординат откладывают значения оптической плотности, а по оси абсцисс - величину концентрации вещества в мг/дм3.
Контроль стабильности градуировочной характеристики проводят не реже одного раза в квартал, а также при смене партий реактивов, после поверки или ремонта прибора. Средствами контроля являются вновь приготовленные образцы для градуировки (не менее 3 образцов из приведенных в таблице 2).
Градуировочную характеристику считают стабильной при выполнении для каждого образца для градуировки следующего условия:
|
(1) |
где X - результат контрольного измерения массовой концентрации ионов кадмия в образце для градуировки;
С - аттестованное значение массовой концентрации ионов кадмия;
- стандартное отклонение результатов измерений, полученных в условиях промежуточной прецизионности, %.
Значения приведены в Приложении А.
Если условие стабильности градуировочной характеристики не выполняется только для одного образца для градуировки, необходимо выполнить повторное измерение этого образца с целью исключения результата, содержащего грубую погрешность.
Если градуировочная характеристика нестабильна, выясняют причины и повторяют контроль с использованием других образцов для градуировки, предусмотренных методикой. При повторном обнаружении нестабильности градуировочной характеристики строят новый градуировочный график.
9.1.1 Если анализируемая вода содержит значительное количество органических веществ, необходимо провести минерализацию пробы. Для этого к пробе добавляют 0,5 - 5,0 см3 (в зависимости от содержания органических веществ) разбавленной 1:1 серной кислоты и 5,0 см3 концентрированной азотной кислоты. Пробу выпаривают, к остатку после выпаривания добавляют 1 см3 концентрированной соляной кислоты и вновь выпаривают досуха. Полученный остаток растворяют в дистиллированной воде, подогревая смесь, если понадобится. Затем фильтруют через стеклянный фильтр и анализируют фильтрат. Сильнокислые пробы нейтрализуют разбавленным раствором гидроксида натрия.
9.1.2 Большое количество серебра осаждают в виде хлорида.
9.1.3 Для устранения влияния меди её отделяют от кадмия экстракцией в кислой среде диэтилдитиокарбоматом свинца в четырёххлористом углероде.
9.1.4 При содержании железа в пробе более 10 мг/дм3 его необходимо осадить избытком аммиака. При этом кадмий будет находится в растворе в виде аммиаката кадмия Cd(NH3)2+, в то время, как при добавлении недостаточного количества аммиака, кадмий, как и железо находится в осадке - Cd(ОН)2.
9.1.5 Экстрагирующиеся красители удаляют предварительной экстракцией пробы четырёххлористым углеродом. Экстракцию проводят порциями по 5,0 см3 до тех пор, пока последний экстракт не останется бесцветным.
9.1.6 Для устранения влияния никеля и кобальта применяют экстракцию диметилглиоксиматов этих металлов хлороформом. К 50 см3 пробы или раствора после минерализации прибавляют 10 см3 раствора сегнетовой соли, приливают раствор аммиака до pH = 8,5 - 9,0, затем 5 см3 1 % раствора диметилглиоксима в 96 % этиловом спирте и смесь тщательно взбалтывают 30 сек. Далее экстрагируют порциями по 10 см3 хлороформа до тех пор, пока не будет извлечён весь избыток диметилглиоксима, и окончательно промывают пробу встряхиванием с 5 см3 четырёххлористого углерода.
9.1.7 Если проба содержит цианиды, то их разрушают кипячением в течение 10 мин в вытяжном шкафу при добавлении 0,5 см3 концентрированной серной кислоты на 100 см3 пробы.
9.1.8 Отделение кадмия от мешающих определению металлов возможно с и помощью ионообменной хроматографии на анионите ЭДЭ-10п.
В делительную воронку вместимостью 50 см3 помещают 10 см3 пробы, предварительно (в случае необходимости) разбавленной бидистиллированной водой или упаренной, содержащей 0,05 - 1,0 мг кадмия в 1 дм3. Добавляют 1,5 г сегнетовой соли и перемешивают до растворения. Приливают 4 см3 хлороформа, 2 см3 0,001 моль/дм3 раствора бромбензтиазо в хлороформе, 10 см3 раствора гидроксида натрия с массовой долей 10 % (pH раствора - в пределах 12,7 - 13,5) и экстрагируют в течение 2 мин. Нижний хлороформенный слой фильтруют через фильтр белая лента в пробирку (pH раствора - 6,5 - 7,0) и измеряют оптическую плотность на спектрофотометре при λ = 590 нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм.
pH раствора контролируют по универсальной индикаторной бумаге.
Из оптической плотности пробы вычитают оптическую плотность экстракта, полученного в «холостом опыте», проведённого с бидистиллированной водой через весь ход анализа.
Массовую концентрацию кадмия (мг/дм3) находят по градуировочному графику.
Массовую концентрацию кадмия X (мг/дм3) находят по градуировочному графику.
Если проба была разбавлена или сконцентрирована, то учитывается соответствующий коэффициент.
При необходимости за результат анализа Хср принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений Х1 и Х2
|
(2) |
для которых выполняется следующее условие:
|Х1 - Х2| ≤ 0,01·r·Хср |
(3) |
где r - предел повторяемости, значения которого приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Значения пределов повторяемости и воспроизводимости при вероятности Р = 0,95
Диапазон измерений, мг/дм3 |
Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных определений), r, % |
Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, % |
От 0,005 до 0,05 включ. |
36 |
47 |
Св. 0,05 до 1 включ. |
30 |
40 |
При невыполнении условия (3) могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов параллельных определений и установления окончательного результата согласно разделу 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002.
Расхождение между результатами анализа, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата анализа, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. Значение предела воспроизводимости приведены в таблице 3.
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов анализа согласно разделу 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002.
Численное значение результата анализа должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.
Результат измерений в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде: X ± U, мг/дм3,
где X - результат измерений массовой концентрации кадмия, установленный по п. 10, мг/дм3;
U - значение показателя точности измерений (расширенная неопределенность измерений с коэффициентом охвата k = 2), мг/дм3.
U = 0,01·Uотн.·X |
(4) |
Значение Uотн. приведено в таблице 1.
Допускается результат измерений в документах, выдаваемых лабораторией, представлять в виде: X ± Uл, мг/дм3, Р = 0,95, при условии Uл < U, где Uл - значение показателя точности измерений (расширенной неопределенности с коэффициентом охвата k = 2), установленное при реализации методики в лаборатории и обеспечиваемое контролем стабильности результатов измерений.
12.1.1 Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает:
- оперативный контроль процедуры измерений;
- контроль стабильности результатов измерений на основе контроля стабильности среднего квадратического отклонения (СКО) повторяемости, СКО промежуточной (внутрилабораторной) прецизионности и правильности.
Периодичность контроля исполнителем процедуры выполнения измерений и алгоритмы контрольных процедур, а также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов измерений регламентируют во внутренних документах лаборатории.
Разрешение противоречий между результатами двух лабораторий проводят в соответствии с 5.3.3 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002.
12.1.2 При проведении контроля стабильности градуировочной характеристики в лаборатории используют либо приведенные в бюджете неопределенности стандартные отклонения промежуточной прецизионности, либо установленные в лаборатории, при выполнении следующего условия: , где - стандартное отклонение (СКО) воспроизводимости, приведенное в бюджете неопределенности;
σI(TOE) - стандартное отклонение (СКО) промежуточной прецизионности, приведенное в бюджете неопределенности;
- СКО внутрилабораторной прецизионности, установленное в лаборатории при внедрении методики измерений.
Оперативный контроль процедуры измерений проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры Кк с нормативом контроля К.
Результат контрольной процедуры Кк рассчитывают по формуле
Кк = |Хср′ - Хср - Сд|, |
(5) |
где Хср′ - результат анализа массовой концентрации кадмия в пробе с известной добавкой - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (3).
Хср - результат анализа массовой концентрации кадмия в исходной пробе - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (3).
Норматив контроля Кд рассчитывают по формуле:
|
(6) |
где Uл,Х и Uл,Х′ - показатели точности результатов измерений (расширенная неопределенность с коэффициентом охвата 2), установленные в лаборатории при реализации методики, соответствующие массовой концентрации кадмия в рабочей пробе и в пробе с добавкой соответственно, мг/дм3.
Процедуру измерений признают удовлетворительной при выполнении условия:
(7) |
При невыполнении условия (7) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (7) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.
Оперативный контроль процедуры измерений проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры Кк с нормативом контроля К.
Результат контрольной процедуры Кк рассчитывают по формуле
Кк = |Сср - С|, |
(8) |
где Сср - результат анализа массовой концентрации кадмия в образце для контроля - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (3);
С - аттестованное значение образца для контроля.
Норматив контроля К рассчитывают по формуле
К = 0,01·Uл·С, |
(9) |
где Uл - значение показателя точности измерений (расширенной неопределенности с коэффициентом охвата k = 2), установленное при реализации методики в лаборатории и обеспечиваемое контролем стабильности результатов измерений.
Процедуру измерений признают удовлетворительной при выполнении условия:
(10) |
При невыполнении условия (10) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (10) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.
Примечание - Допустимо показатели точности измерений при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения:
Uл = 0,84·U(X) |
(11) |
с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов анализа.
Таблица А.1 - Бюджет неопределенности измерений
Источник неопределенности |
Оценка типа |
Стандартная относительная неопределенность3, % |
|
От 0,005 - 0,05 мг/дм3 |
Св. 0,05 - 1 мг/дм3 |
||
Приготовление градуировочных растворов, u1, % |
В |
2,5 |
2,5 |
Степень чистоты реактивов и дистиллированной воды, u2, % |
В |
2,4 |
2,1 |
Подготовка проб к анализу, u3, % |
В |
2,7 |
2,2 |
Стандартное отклонение результатов измерений, полученных в условиях повторяемости4, ur (σr), % |
А |
13 |
11 |
Стандартное отклонение результатов измерений, полученных в условиях промежуточной прецизионности4, uI(TOE) (σI(ТОЕ)), % |
А |
15 |
12 |
Стандартное отклонение результатов измерений, полученных в условиях воспроизводимости, uR (σR), % |
А |
17 |
14 |
Суммарная стандартная относительная неопределенность, uc, % |
17 |
14 |
|
Расширенная относительная неопределенность, (Uотн.) при k = 2, % |
34 |
28 |
|
Примечания. 1 Оценка (неопределенности) типа А получена путем статистического анализа ряда наблюдений. 2 Оценка (неопределенности) типа В получена способами, отличными от статистического анализа ряда наблюдений. |
________
3 Соответствует характеристике относительной погрешности при доверительной вероятности Р = 0,95.
4 Согласно ГОСТ Р ИСО 5725-3-2002 учтено при расчете стандартного отклонения результатов измерений, получаемых в условиях воспроизводимости.