4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Измерение массовой концентрации
химических веществ
люминесцентными методами
в объектах окружающей среды

Сборник методических указаний
МУК 4.1.1255 - 4.1.1274-03

Минздрав России

МОСКВА 2003

1. Разработаны: Федеральным научным центром гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана (Т.В. Юдина), НПФ «Люмэкс», Санкт-Петербург (Е.А. Волосникова, Д.Б. Гладилович, И.Б. Любченко, Н.А. Майорова, Н.А. Тишкова, Н.А. Лебедева), Федеральным центром Госсанэпиднадзора Минздрава России (И.В. Брагина, Е.С. Шальникова, Н.С. Ластенко).

2. Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г. Г. Онищенко 1 апреля 2003 г.

3. Введены взамен МУК 4.1.057 - 4.1.081-96.

СОДЕРЖАНИЕ

Общие положения

Настоящие методические указания устанавливают методы определения массовой концентрации неорганических и органических загрязнений в водной и воздушных средах - поверхностных и подземных источниках водопользования, питьевой воде, воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест методами люминесцентного анализа, а также определения бенз(а)пирена в воздушных средах и почвах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуоресцентным детектированием.

Методические указания предназначены для использования в лабораториях центров Госсанэпиднадзора, санитарных лабораториях промышленных предприятий.

Настоящий документ вводится в действие наряду с существующими методиками с целью повышения производительности и снижения стоимости анализа при сохранении высокой чувствительности определения.

Средствами измерений являются флуориметры, спектрофлуориметры или люминесцентные анализаторы жидкости (например, анализатор жидкости «Флюорат-02» ТУ 4321-001-020506233-94, выпускаемый НПФ «Люмэкс»), имеющие следующие технические характеристики:

· диапазон возбуждающего излучения, нм                                    200 - 650;

· диапазон регистрации флуоресценции, нм                                 250 - 650;

· предел обнаружения фенола в растворе, мкг/дм³                       не более 5.

Порядок проведения измерений при использовании анализатора жидкости «Флюорат-02» подробно описан в соответствующем разделе. При использовании иных средств измерений необходимо использовать руководство (инструкцию) по его эксплуатации.

К выполнению измерений и обработке их результатов допускают специалистов, имеющих высшее или среднее специальное образование или опыт работы в аналитической лаборатории, прошедших соответствующий инструктаж, освоивших метод в процессе тренировки и показавших положительные результаты при выполнении процедур контроля точности измерений.

При выполнении измерений необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007, требования электробезопасности при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019, а также требования, изложенные в технической документации на средство измерений.

Помещение должно соответствовать требованиям пожаробезопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009. Содержание вредных веществ в воздухе не должно превышать норм, установленных ГН 2.2.5.686-96 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

Организация обучения работающих должна соответствовать требованиям техники безопасности по ГОСТ 12.0.004.

При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:

· температура воздуха                       20 ± 5 °С;

· атмосферное давление                    84,0 - 106,7 кПа (630 - 800 мм рт.ст.);

· влажность воздуха                          не более 80 % при температуре 25 °С.

Требования к качеству электроэнергии по ГОСТ 13109.

Применительно к анализаторам жидкости «Флюорат-02» методики прошли метрологическую аттестацию в ФГУ «Уральский НИИ метрологии» в части анализа водных сред и ФГУ «ВНИИМ им. Менделеева» в части анализа воздушных сред.

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Измерение массовой концентрации меди
флуориметрическим методом в пробах питьевой воды и воды
поверхностных и подземных источников водопользования

1. Введение

1.1. Назначение и область применения

Настоящие методические указания устанавливают методику выполнения измерения массовой концентрации меди в пробах воды поверхностных и подземных источников водопользования, а также питьевой воды флуориметрическим методом.

Диапазон измеряемых концентраций 0,005 - 0,1 мг/дм³ без разбавления пробы. Допускается разбавление проб при концентрациях меди в диапазоне от 0,1 мг/дм³ до 5 мг/дм³ таким образом, чтобы концентрация меди в разбавленной пробе находилась в диапазоне от 0,01 до 0,1 мг/дм³.

Допустимо присутствие до 1 г/дм³ щелочных, щелочно-земельных элементов, магния, аммония, хлорида, до 500 мг/дм³ сульфата, до 100 мг/дм³ фторида, до 50 мг/дм³ цинка, до 40 мг/дм³ фосфата до 5 мг/дм³ алюминия, кобальта, никеля, до 1,5 мг/дм³ железа.

1.2. Физико-химические и токсикологические свойства меди

Медь - розовый или красноватый металл.

Физические характеристики: температура плавления 1083 °С, температура кипения 2543 °С, плотность 8,92 - 8,94.

Химические свойства: медь растворяется в азотной и в горячей концентрированной серной кислотах. Порошкообразная медь растворяется в 0,3 %-ном растворе соляной кислоты и в желудочном соке.

Токсическое действие: медь содержится в организме главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения. Во вредном действии избытка меди решающую роль, по-видимому, играет реакция меди с SH-группами ферментов. Соединения меди, вступая в реакцию с белками тканей, оказывают резкое раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. (Вредные вещества в промышленности: Справочник /Под общ. ред. Н.В. Лазарева. Л.: Химия, 1977. Т. III.)

Медь относится к веществам 3-го класса опасности.

Предельно допустимые концентрации меди в воде хозяйственно-бытового водопользования составляют 1,0 мг/дм³ (Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. ГН 2.1.5.689-98), в питьевой воде 1,0 мг/дм³ (Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.1074-01).

2. Характеристика погрешности измерений

Характеристика погрешности измерений (граница допускаемой относительной погрешности измерений для доверительной вероятности Р = 0,95) приведена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика погрешности измерений для доверительной вероятности Р = 0,95

3. Метод измерений

Метод измерений основан на проведении в слабощелочной среде реакции образования флуоресцирующего димера люмокупферона, катализируемой ионами меди, с последующей остановкой реакции и измерении интенсивности флуоресценции.

4. Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

При выполнении измерений массовой концентрации меди применяются следующие средства измерений, реактивы, вспомогательные устройства и материалы.

4.1. Средства измерений

Государственный стандартный образец состава раствора ионов меди: массовая концентрация 1 мг/см³, границы допускаемого значения относительной погрешности ±1 %.

Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки. Допускается использование средств измерений с аналогичными или лучшими метрологическими характеристиками.

4.2. Реактивы

Допускается применение реактивов, изготовленных по иной нормативно-технической документации с техническими характеристиками не хуже, чем у указанных. Категорически запрещается использовать пероксид водорода, стабилизированный солями серной и/или фосфорной кислот.

4.3. Вспомогательные устройства и материалы

Описание подготовки химической посуды к анализу приведено в прилож. А.

5. Подготовка к выполнению измерений

При подготовке к выполнению измерений должны быть проведены следующие работы: отбор и консервирование проб, а также приготовление растворов.

5.1. Отбор и консервирование проб

Общие требования к отбору проб по ГОСТ Р 51592. Отбор проб питьевой воды по ГОСТ Р 51593, из источников водоснабжения по ГОСТ 17.1.5.05. Объем отбираемой пробы не менее 100 см³.

Для хранения и транспортирования проб используют сосуды из полиэтилена или фторопласта.

Для консервирования добавляют концентрированную азотную кислоту из расчета 3 см³ на 1 дм³ пробы. Срок хранения законсервированной пробы - 3 месяца.

Если консервирование не проводилось, то перед началом анализа к пробе добавляют 0,7 %-ный раствор азотной кислоты по п. 5.2.1 из расчета 1 см³ раствора на 100 см³ пробы. Срок хранения незаконсервированной пробы - не более 6 ч.

5.2. Приготовление растворов

Все растворы готовят только на бидистиллированной воде, которую получают путем повторной дистилляции воды, соответствующей ГОСТ 6709-72, в бидистилляторе или лабораторной установке для перегонки воды, выполненной из кварца или стекла.

5.2.1. Раствор азотной кислоты, объемная доля 0,7 %

К 500 см³ бидистиллированной воды при тщательном перемешивании приливают 3,5 см³ азотной кислоты. Раствор хранят в сосуде из полиэтилена или фторопласта. Срок хранения не ограничен.

5.2.2. Раствор азотной кислоты, объемная доля 0,007 %

К 500 см³ бидистиллированной воды приливают при тщательном перемешивании 5 см³ азотной кислоты по п. 5.2.1. Раствор хранят в сосуде из полиэтилена или фторопласта. Срок хранения не ограничен.

5.2.3. Люмокупферон, раствор в ацетоне, массовая концентрация 0,6 г/дм³

Точную навеску 60,0 мг люмокупферона помещают в мерную колбу вместимостью 100 см³, растворяют в ацетоне и доводят ацетоном до метки. Раствор устойчив не более 3 месяцев при хранении в холодильнике.

5.2.4. Аммиачно-ацетатный буферный раствор

К 500 - 600 см³ бидистиллированной воды прибавляют 2,5 см³ концентрированной уксусной кислоты и 10,5 см³ аммиака водного, тщательно перемешивают и разбавляют до 1000 см³ бидистиллированной водой. Раствор устойчив в течение 2 месяцев при хранении в полиэтиленовом сосуде.

5.2.5. Раствор трилона Б, молярная концентрация 0,01 моль/дм³

В 1000 см³ воды, подогретой до 60 - 70 °С, растворяют 3,72 г трилона Б. Срок хранения не ограничен.

5.2.6. Раствор меди, массовая концентрация 100 мг/дм³

В мерную колбу вместимостью 50 см³ помещают 5 см³ ГСО состава раствора ионов меди концентрации 1,0 мг/см³, приливают 0,5 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.1 и разбавляют до метки бидистиллированной водой. Срок хранения - 2 месяца.

5.2.7. Раствор меди, массовая концентрация 10,0 мг/дм³

В мерную колбу вместимостью 100 см³ помещают 10 см³ раствора меди концентрации 100 мг/дм³ по п. 5.2.6, приливают 1 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.1 и разбавляют до метки бидистиллированной водой. Срок хранения - 1 месяц.

5.2.8. Раствор меди, массовая концентрация 1,0 мг/дм³

В мерную колбу вместимостью 100 см³ помещают 10 см³ раствора меди концентрации 10 мг/дм³ по п. 5.2.7, приливают 1 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.1 и разбавляют до метки бидистиллированной водой. Срок хранения - 1 неделя.

5.2.9. Градуировочные растворы меди, массовая концентрация 0,1 и 0,025 мг/дм³

В мерные колбы вместимостью 100 см³ помещают 10; 2,5 см³ раствора меди концентрации 1 мг/дм³ по п. 5.2.8, приливают 1 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.1 и разбавляют до метки бидистиллированной водой. Все растворы готовят непосредственно перед использованием.

5.2.10. Приготовление рабочего раствора люмокупферона

В мерной колбе вместимостью 50 см³ смешивают 3 см³ раствора люмокупферона по п. 5.2.3, 20 см³ аммиачно-ацетатного буферного раствора по п. 5.2.4, доводят до метки бидистиллированной водой и перемешивают. Раствор готовят непосредственно перед использованием.

6. Выполнение измерений

Одновременно анализируют не менее двух аликвотных порций воды. При выполнении измерений должны быть выполнены следующие работы: разрушение органических веществ, приготовление рабочих растворов и измерение интенсивности их флуоресценции.

6.1. Разрушение органических веществ

Отбирают 25 см³ пробы, помещают в кварцевую чашку или термостойкий стакан вместимостью 50 см³, прибавляют 5 см³ концентрированной азотной кислоты и 0,5 см³ пероксида водорода. Раствор упаривают досуха и вновь обрабатывают 5 см³ концентрированной азотной кислоты и 0,5 см³ пероксида водорода. После упаривания досуха (избегать прокаливания!) остаток обрабатывают 5 - 10 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.2, нагретой до 60 - 70 °С, переносят в мерную колбу вместимостью 25 см³, разбавляют до метки тем же раствором азотной кислоты и используют для проведения определения по п. 6.3.

Одновременно приготавливают холостую пробу (не менее двух параллельных), для чего в кварцевую чашку или термостойкий стакан помещают азотную кислоту и пероксид водорода в тех же количествах, которые используются при обработке пробы, и упаривают как описано выше.

Примечание. Допускается не проводить разрушение органических веществ, если установлено, что расхождение между результатами, полученными без разрушения и с разрушением органических веществ, меньше величины характеристики погрешности измерений (табл. 1).

6.2. Приготовление анализируемого объекта

При ожидаемой концентрации меди свыше 0,1 мг/дм³ указанный в табл. 2 объем подготовленной по п. 6.1 пробы помещают в мерную колбу вместимостью 100 см³, разбавляют до метки азотной кислотой по п. 5.2.2 и перемешивают.

Таблица 2

Методика разбавления пробы

Допускается изменять объем аликвотных порций и, как следствие, фактор разбавления при обязательном соответствии фактической погрешности значениям характеристики погрешности (табл. 1).

6.3. Приготовление рабочих растворов

В ряд сухих пробирок вместимостью 10 см³ с пришлифованными пробками помещают по 2 см³ рабочего раствора люмокупферона по п. 5.2.10 и в две из них вводят по 2 см³ раствора меди по п. 5.2.9 с концентрациями 0,1 и 0,025 мг/дм³, в третью - 2 см³ раствора азотной кислоты по п. 5.2.2, а в остальные - по 2 см³ анализируемых проб и холостой пробы, приготовленных по п.п. 6.1 - 6.2. Пробирки погружают в кипящую водяную баню и нагревают в течение 15 - 20 мин. Затем добавляют по 1 см³ раствора трилона Б (п. 5.2.5) и охлаждают.

Примечание. Допускается проводить реакцию в сосудах с завинчивающейся пробкой (виалах) вместимостью 5 - 10 см³. В этом случае сосуды помещают в термореактор, предварительно нагретый до температуры 100 °С, и нагревают в течение 15 - 20 мин. Затем виалы вынимают из нагревательного устройства, осторожно отвинчивают крышки и добавляют в каждый раствор по 1 см³ раствора трилона Б по п. 5.2.5.

6.4. Градуировка анализатора и измерение интенсивности флуоресценции

Градуировку анализатора осуществляют при анализе каждой новой серии проб.

При градуировке прибора и всех измерениях в канале возбуждения используют светофильтр № 13, а в канале регистрации - светофильтр № 14.

6.4.1. Для модификаций «Флюорат-02-1» и «Флюорат-02-3»

Настройку режима «Фон» проводят при помощи раствора, не содержащего меди (пробирка № 3). Затем переводят анализатор в режим градуировки по нескольким образцам, задавая значение F5 = 1 и вводя его в память (клавиша «#»). Нажимают клавиши «Г» и «#» (ввод в память). На цифровой клавиатуре набирают значение концентрации градуировочного раствора (25 мкг/дм³) и помещают кювету с этим раствором в кюветное отделение. Нажимают клавишу «#» (ввод в память) и после завершения работы прибора вводят полученное значение градуировочного коэффициента в память анализатора (клавиша «#»). На цифровой клавиатуре набирают значение концентрации следующего градуировочного раствора (100 мкг/дм³) и проводят с ним те же операции. Для завершения градуировки еще раз нажимают клавишу «#» (ввод в память).

6.4.2. Для модификаций «Флюорат-02-2М» и «Флюорат-02-3М»

Входят в меню «Градуировка», устанавливают С0 = 0, С1 = 25 и С2 = 100. Значение параметра «J0» устанавливают по раствору, не содержащему меди, а «J1» и «J2» - по растворам с концентрациями меди 0,025 и 0,1 мг/дм³, соответственно. При этом значения параметров «С3» - «С6» и «J3» - «J6» должны быть равны нулю.

Интенсивность флуоресценции подготовленных по п. 6.3 растворов анализируемых проб измеряют в режиме «Измерение» не менее двух раз и вычисляют среднее арифметическое значение.

При использовании других люминесцентных анализаторов градуировку и измерение проб производят в соответствии с руководством по эксплуатации.

Примечания.

1. Достаточно готовить две холостые пробы в каждой серии растворов.

2. Если разрушение органических веществ не производилось, то холостую пробу не готовят.

7. Обработка результатов измерений

Массовую концентрацию меди (мг/дм³) в пробе вычисляют по формуле:

X = 10^-3 ∙ K ∙ (С_изм ∙ С_хол), где                                            (1)

Х - массовая концентрация меди в анализируемой пробе, мг/дм³;

C_изм - найденная концентрация меди в анализируемом объекте, мкг/дм³;

C_хол - найденная концентрация меди в холостой пробе, мкг/дм³;

Q - степень разбавления (табл. 2).

Примечание. В качестве С_хол необходимо взять среднее арифметическое результатов для двух холостых проб. Если разрушение органических веществ не производилось, то полагают С_хол = 0.

8. Оформление результатов измерений

За результат анализа () принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений X₁ и Х₂  расхождение между которыми не превосходит значений норматива контроля сходимости d. Значения норматива контроля сходимости приведены в прилож. Б. Значение d выбирают для среднего арифметического .

Результат количественного анализа в документах, предусматривающих его использование, представляют в виде:

результат анализа  (мг/дм³), характеристика погрешности δ (%), Р = 0,95 (табл. 1), %;

или  ± Δ, мг/дм³, Р = 0,95, где

                                                                (2)

Результат измерений должен оканчиваться тем же десятичным разрядом, что и погрешность. Результаты измерений регистрируют в протоколах, в которых указывают:

· ссылку на настоящий документ;

· описание пробы (номер, источник, дата отбора и анализа и т.п.);

· отклонения от текста методики при проведении измерений, если таковые имелись, и факторы, отрицательно влияющие на результаты анализа;

· результат измерения и его погрешность;

· фамилию исполнителя.

9. Контроль точности измерений

Контроль точности измерений (воспроизводимости и погрешности) проводят в соответствии с алгоритмом, изложенным в прилож. Б. Нормативы контроля также приведены в прилож. Б.

Приложение А
(рекомендуемое)

Подготовка химической посуды для выполнения измерений

При выполнении измерений массовой концентрации алюминия необходимо тщательно соблюдать чистоту химической посуды, руководствуясь следующими правилами.

1. Для мытья химической посуды разрешается использовать концентрированную серную кислоту или концентрированную азотную кислоту. Категорически запрещается использовать для мытья соду, щелочи, все виды синтетических моющих средств, хромовую смесь.

2. Посуда предварительно отмывается водопроводной водой, затем в нее наливают приблизительно на ¹/₂ объема кислоту (п. 1) и тщательно обмывают ею всю внутреннюю поверхность, а затем выливают в специальный сосуд. Пипетки при помощи груши несколько раз заполняют кислотой выше метки. После промывания посуды дистиллированной водой (не менее 5 раз) ее окончательно споласкивают бидистиллированной водой (2 - 3 раза).

3. Для каждого раствора необходимо использовать свою пипетку. Раствор из колбы наливают в стаканчик и из него набирают в пипетку. Запрещается погружать пипетку во весь объем раствора во избежание загрязнения.

4. Рекомендуется иметь отдельный набор посуды, который используется только для определения алюминия.

Приложение Б
(обязательное)

Контроль точности измерений

1. Контроль воспроизводимости измерений

Периодичность контроля воспроизводимости измерений зависит от количества рабочих измерений за контролируемый период и определяется планами контроля.

Образцами для контроля являются пробы природных и питьевых вод. Объем отобранной для контроля пробы должен соответствовать удвоенному объему, необходимому по методике для проведения анализа.

Отобранный объем делят на две равные части и анализируют в точном соответствии с прописью методики, максимально варьируя условия проведения анализа, т.е. измерения проводят либо в разных лабораториях, либо в одной лаборатории разными исполнителями или одним исполнителем, но в разное время. Результаты контроля признаются удовлетворительными, если выполняется условие:

 где                                        (Б.1)

 - результат анализа рабочей пробы, мг/дм³;

 - результат анализа этой же пробы, полученный другим аналитиком с использованием другого набора мерной посуды и других партий реактивов, мг/дм³;

 - среднее арифметическое  и , мг/дм³;

D - норматив контроля воспроизводимости измерений (табл. Б.1), %.

Значение D выбирают для среднего арифметического .

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

Таблица Б.1

Нормативы контроля сходимости и воспроизводимости для доверительной вероятности Р = 0,95

2. Контроль погрешности измерений

Периодичность контроля погрешности измерений зависит от количества рабочих измерений за контролируемый период и определяется планами контроля.

Образцами для контроля являются пробы природных и питьевых вод. Объем отобранной пробы для контроля должен соответствовать удвоенному объему, необходимому для проведения анализа по методике.

Отобранный объем делят на две равные части, первую из которых анализируют в точном соответствии с прописью методики и получают результат анализа исходной рабочей пробы - X, а во вторую часть делают добавку определяемого компонента и анализируют в точном соответствии с прописью методики, получая результат анализа рабочей пробы с добавкой - X'.

Результаты анализа исходной рабочей пробы и рабочей пробы с добавкой получают по возможности в одинаковых условиях, т.е. их получает один аналитик с использованием одного набора мерной посуды, одной партии реактивов и т.д.

Величина добавки должна составлять от 50 до 150 % от содержания алюминия в исходной пробе. Если содержание алюминия в исходной пробе меньше нижней границы диапазона измерений (0,01 мг/дм³), то величина добавки должна в 2 - 3 раза превышать нижнюю границу диапазона измерений.

Величину добавки (C_д, мг/дм³) рассчитывают по формуле:

 где                                                    (Б.2)

С_о - концентрация алюминия в стандартном образце (аттестованной смеси), использованном для внесения добавки, мг/дм³;

V_о - объем стандартного образца (аттестованной смеси), внесенного в качестве добавки, см³;

V - объем пробы, см³.

Объем добавки не должен превышать 5 % объема пробы. Решение об удовлетворительной погрешности принимают при выполнении условия:

|Х' - Х - С_д| ≤ К_д, где                                                  (Б.3)

Х - результат анализа рабочей пробы, мг/дм³;

X' - результат анализа рабочей пробы с добавкой алюминия, мг/дм³;

С_д - значение добавки алюминия, мг/дм³;

К_д - норматив контроля погрешности измерений, мг/дм³.

При внешнем контроле (Р = 0,95) норматив контроля вычисляют по формуле:

 где                                               (Б.4)

Δ_Х, Δ_Х' - характеристика погрешности измерения массовой концентрации алюминия в исходной пробе и пробе с добавкой алюминия соответственно, мг/дм³:

Δ_X =0,01 ∙ δ_X ∙ X; Δ_X' =0,01 ∙ δ_X' ∙ X', где                                   (Б.5)

δ_X, δ_X' - характеристика относительной погрешности измерения массовой концентрации алюминия в исходной пробе и пробе с добавкой алюминия соответственно (табл. 1), %.

Норматив контроля погрешности при внутрилабораторном контроле (Р = 0,90) вычисляют по формуле:

                                               (Б.6)

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