4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И ОТХОДАХ
ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ

Хромато-масс-спектрометрическое определение
труднолетучих органических веществ в почве
и отходах производства и потребления

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
МУК 4.1.1062-01

Минздрав России
Москва 2001

1. Подготовлены д. б. н. А.Б. Малышевой, проф., д. м. н. Н.В. Русаковым, к. х. н. Е.Г. Растянниковым, к. х. н. А.А. Беззубовым (НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН).

2. Утверждены Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации - Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г.Г. Онищенко 18 июля 2001 г.

3. Введены впервые.

Предисловие

Учитывая многокомпонентность химического загрязнения, актуальность приобретает аналитический контроль, ориентированный на идентификацию возможно более широкого спектра загрязняющих веществ и последующее проведение целевых анализов по выбранным на его основе ведущим показателям. В связи с этим в последнее время внимание уделяется разработке многокомпонентных аналитических методов контроля на основе использования хромато-масс-спектрометрии. Настоящие методические указания позволяют, с одной стороны, проводить идентификацию широкого спектра летучих и труднолетучих органических соединений в почве, твердых бытовых и промышленных отходах, осадках сточных вод и т.д. и, с другой стороны, являются аналитическим методом контроля 12 летучих и 34 труднолетучих органических соединений. Эти методики также могут быть применены для решения разнообразных гигиенических задач, направленных на поиск неизвестных соединений, без решения которых невозможно оценить уровень загрязнения почвы или степень опасности отхода. Результаты исследований могут послужить основанием для проведения санитарно-гигиенических, технологических, рекультивационных и других мероприятий по охране здоровья человека и условий его жизнедеятельности.

д. б. н. А.Г. Малышева, проф., д. м. н. Н.В. Русаков

СОДЕРЖАНИЕ

УТВЕРЖДАЮ

Главный государственный

санитарный врач Российской Федерации,

Первый заместитель Министра

здравоохранения Российской Федерации

Г. Г. Онищенко

18 июля 2001 г.

МУК 4.1.1062-01

Дата введения 1 октября 2001 г.

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Хромато-масс-спектрометрическое определение
труднолетучих органических веществ в почве
и отходах производства и потребления

1. Область применения

Методические указания по хромато-масс-спектрометрическому определению труднолетучих органических веществ в почве, твердых бытовых и промышленных отходах предназначены для центров госсанэпиднадзора, санитарных лабораторий промышленных предприятий, лабораторий научно-исследовательских институтов, работающих в области гигиены окружающей среды. Методические указания разработаны с целью обеспечения аналитического контроля труднолетучих органических веществ в почве и отходах и оценки соответствия уровня их содержания гигиеническим нормативам или требованиям.

2. Общие положения

Настоящие методические указания дают возможность идентифицировать и количественно определять с помощью хромато-масс-спектрометрии 34 труднолетучих органических вещества в почве и отходах производства и потребления в диапазоне концентраций 0,01 - 1,0 мг/кг. Методика метрологически аттестована.

Методические указания одобрены и рекомендованы секциями: «Физико-химические методы исследования объектов окружающей среды» и «Гигиена почвы и промотходов» при Проблемной комиссии «Научные основы экологии человека и гигиены окружающей среды».

Физико-химические свойства приведены в табл. 1 - 3.

3. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений с погрешностью, не превышающей ±20 % при доверительной вероятности 0,95.

4. Метод измерений

Измерение концентраций труднолетучих органических веществ основано на извлечении их из почвы (отходов) экстракцией диэтиловым эфиром, концентрировании экстракта до органического масла, реэкстракции хлороформом, газохроматографическом разделении на кварцевой капиллярной колонке, идентификации по масс-спектрам и количественном расчете по градуировочным характеристикам.

5. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы

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

5.1. Средства измерений

Газовый хроматограф с масс-селективным детектором с программным обеспечением

HPG 1034 с MS Chem Station (серия DOS)

Микрошприц, вместимостью 10 мм³, МШ-10М                 ГОСТ 8043-75

Весы аналитические ВЛА-200                                             ГОСТ 24104-80Е

Меры массы                                                                            ГОСТ 7328-82Е

Посуда стеклянная лабораторная                                         ГОСТ 1770-74Е, 25336-82

Аттестованные образцы состава полициклических

ароматических углеводородов, АОЗТ «Экрос»

Стандартный образец фенола, АОЗТ «Экрос»                   ГСО 7101-94

Аттестованные образцы хлорированных фенолов, АОЗТ «Экрос»

Аттестованные образцы замешанных фенолов, АОЗТ «Экрос»

Таблица 1

Физико-химические свойства полициклических ароматических углеводородов

Таблица 2

Физико-химические свойства фенолов

Таблица 3

Физико-химические свойства органических кислот

5.2. Вспомогательные устройства

Колонка кварцевая капиллярная длиной 30 м и внутренним диаметром 0,25 мм, покрытая неподвижной фазой НР-5 (полиметилсилоксан с 5 % фенильных групп) с толщиной пленки 0,25 мкм

Колбы с оттянутым дном, емкостью 25 см³                              ГОСТ 10394-72

Микрососуды с узким коническим дном типа Microvial фирмы Хьюлетт-Паккард

Баня водяная                                                                                 ТУ 61-1-423-72

Шкаф сушильный электрический 2В-151

Дистиллятор                                                                                 ТУ 61-1-721-79

Набор сит для ситового анализа

5.3. Материалы и реактивы

Эфир серный для наркоза, стабилизированный, Госфармакопея

Вода дистиллированная                                                              ГОСТ 6709-72

Хлороформ, х. ч.                                                                          ТУ 6-09-4263-76

Гелий газообразный, очищенный, марки А                             ТУ 51-940-60

Стекловата

Гексановая (капроновая) кислота, ч.                                         ТУ 6-09-126-75

Гептановая (энантовая) кислота, ч.                                            ТУ 6-09-613-76

Октановая (каприловая) кислота, ч.                                          ТУ 6-09-529-75

Нонановая (пеларгоновая) кислота, ч.                                      ТУ 6-09-531-75

Декановая (каприновая) кислота, ч.                                          ТУ 6-09-320-75

Ундекановая кислота, ч.                                                              ТУ 6-09-18-53-79

Додеканова (лауриновая) кислота, ч.                                        ТУ 6-09-612-76

Тридекановая кислота, ч.                                                            ТУ 6-09-18-55-59

Тетрадекановая (миристиновая) кислота, ч.                             ТУ 6-09-127-75

Пентадекановая кислота, ч.                                                        ТУ 6-09-18-16-76

Гексадекановая (пальмитиновая) кислота, ч.                           ТУ 6-09-4132-75

Гептадекановая кислота, ч.

Октадекановая (стеариновая) кислота, ч.                                  ГОСТ 9419-78

Нонадекановая кислота, ч.                                                          ТУ 6-09-1720-72

Эйкозановая (арахиновая) кислота, ч.                                       ТУ 6-09-1674-72

м-нитрофенол, ч. д. а.                                                                  ТУ 6-09-4530-77

Нафталин, х. ч.                                                                             ТУ 6-09-40-949-86

Антрацен, х. ч.                                                                             ТУ 6-09-4465-77

Ацетонитрил, х. ч.                                                                       ТУ 6-09-4326-76

Этанол для хроматографии                                                         ТУ 6-09-1710-77

Песок речной или карьерный

6. Требования безопасности

6.1. При выполнении измерений концентраций труднолетучих органических веществ с использованием хромато-масс-спектрометра следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации хромато-масс-спектрометра.

6.2. При работе с реактивами соблюдают необходимые меры безопасности, установленные для работы с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТу 12.1.005-88 и ГОСТу 12.1.007-76.

6.3. Диэтиловый эфир является наркотическим средством, вызывающим раздражение дыхательных путей, относится к IV классу опасности (ПДК = 0,6 мг/м³). При работе с этим растворителем следует соблюдать меры безопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.007-76.

7. Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений и обработке их результатов на хромато-масс-спектрометре допускаются лица, имеющие квалификационную группу по работе на установках с высоким напряжением не ниже четвертой, прошедшие соответствующий курс обучения и знающие устройство и правила эксплуатации прибора.

8. Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

·         приготовление растворов и подготовку проб к анализу проводят при температуре воздуха (20±5) °С, атмосферном давлении 630 - 800 мм рт. ст. и влажности воздуха не более 80 %;

·         выполнение измерений на хромато-масс-спектрометре проводят в условиях, рекомендованных технической документацией к прибору и настоящими методическими указаниями.

9. Подготовка к выполнению измерений

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: приготовление растворов, подготовку хроматографической колонки и установление градуировочной характеристики.

9.1. Приготовление растворов

Исходный раствор нафталина, антрацена для градуировки (с = 1 мг/см³). Навеску полициклического ароматического углеводорода в количестве 100 мг вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, приливают хлороформ до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения исходного раствора - 30 дней в холодильнике.

Рабочий раствор № 1 нафталина, антрацена (с = 0,2 мг/см³) 20 см³ исходного раствора вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, приливают хлороформ до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения исходного раствора - 7 дней в холодильнике.

Рабочий раствор № 2 фенантрена, флуорантена, пирена и хризена (с = 0,2 мг/см³). В качестве рабочих растворов используют стандартные растворы этих полициклических ароматических углеводородов. Срок хранения рабочего раствора - 1 год в холодильнике.

Исходный раствор фенола (с = 1 мг/см³). Содержимое ампулы ГСО фенола (0,1 г) вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, доводят уровень этанолом до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения рабочего раствора - 30 дней в холодильнике.

Рабочий раствор № 3 фенола (с = 0,1 мг/см³). 10 см³ исходного раствора фенола вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, доводят уровень этанолом до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения рабочего раствора - 7 дней в холодильнике.

Рабочий раствор № 4 хлорированных фенолов (с = 0,1 мг/см³). Содержимое 5 ампул (каждая с концентрацией 500 мкг/см³, объемом 1 см³), переносят в мерную колбу, вместимостью 25 см³, доводят этанолом до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения рабочего раствора - 30 дней при 4 °С.

Исходные растворы органических кислот (с = 1 мг/см³). 100 мг органической кислоты вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, доводят уровень хлороформом до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения исходных растворов - 30 дней при 4 °С.

Рабочие растворы органических кислот № 5 (с = 0,1 мг/см³), 10 см³ исходного раствора органической кислоты вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см³, доводят уровень хлороформом до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения рабочего раствора - 30 дней при 4 °С.

9.2. Подготовка хроматографической колонки

Кварцевую капиллярную колонку предварительно кондиционируют, нагревая в термостате хроматографа ступенчато с 70 °С до 270 °С и выдерживая при этой температуре в течение 4 ч. По охлаждении термостата хроматографа до комнатной температуры выход колонки подсоединяют к устройству сопряжения с масс-селективным детектором, создают разряжение в масс-селективном детекторе и записывают нулевую линию при параметрах проведения хроматографического анализа. При отсутствии заметных флуктуации (не более 0,1 % при масштабе измерений 200.000) приступают к работе.

9.3. Подготовка песка

Песок речной или карьерный, проходящий через сито № 1, промывается дистиллированной водой и высушивается в сушильном шкафу при 150 °С в течение 2 ч.

9.4. Установление градуировочной характеристики

Градуировочную характеристику устанавливают по 5 сериям градуировочных растворов полициклических ароматических углеводородов, фенолов и органических кислот. Она выражает зависимость площади пика (безразмерные компьютерные единицы) от концентрации каждого соединения (мкг/г или мг/кг).

Каждую серию, состоящую из 6 градуировочных растворов, готовят в мерных колбах на 25 см³. Для этого в каждую колбу вносят пипеткой рабочие растворы соответствующих труднолетучих органических веществ в соответствии с таблицами 4, 5 и 6, доводят соответствующим растворителем до метки и перемешивают.

Таблица 4

Градуировочные растворы для установления градуировочных характеристик при определении концентраций полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)

Таблица 5

Градуировочные растворы для установления градуировочных характеристик при определении концентраций фенолов

Таблица 6

Градуировочные растворы для установления градуировочных характеристик при определении концентраций органических кислот

Для построения градуировочной характеристики в коническую колбу, емкостью 10 см³, вносят 1 г прокаленного песка и вводят в него микрошприцем 10 мм³ градуировочного раствора, закрывают пробкой и встряхивают. Затем песок экстрагируют 3 см³ диэтилового эфира в течение 20 мин при периодическом встряхивании, диэтиловый эфир сливают декантацией и операцию повторяют еще дважды (органические кислоты извлекаются в количестве не менее 90 %, фенолы - 94 %, ПАУ - 98 %). Объединенный эфирный экстракт фильтруют через стекловату и упаривают на водяной бане при 45 - 50 °С сначала в колбочке с оттянутым дном, затем в микрососуде. К органическому маслу приливают 4 мм³ хлороформа и 2 мм³ полученного экстракта анализируют на газовом хроматографе с масс-селективным детектором.

Условия проведения хромато-масс-спектрометрического анализа:

температура испарителя                                                                       220 °С;

температура интерфейса                                                                      280 °С;

температура колонки                                                                            2 мин при 70 °С;

затем нагрев со скоростью 5 °С/мин до температуры 180 °С, после чего нагрев со скоростью 10 °С/мин до 270 °С и, наконец, выдержка при 270 °С в течение 20 мин;

общее время анализа                                                                             53 мин;

задержка деления потока при вводе образца                                     0,5 мин.

Масс-спектры электронного удара органических соединений получают при следующих параметрах:

энергия ионизирующих электронов                                                   70 эв;

диапазон сканирования масс                                                               33 - 550 m/z;

температура масс-селективного детектора                                        172 °С;

число сканирований в секунду                                                           1,2;

число выборок                                                                                       2;

напряжение на электронном умножителе                                         1635 в;

ток эмиссии                                                                                           50 мкА.

Идентификацию труднолетучих органических соединений осуществляют с помощью библиотечного поиска в библиотеке NBS-54 компьютера и по временам удерживания. Интегрируют площади пиков, полученных по извлеченным молекулярным ионам для полициклических ароматических углеводородов и фенолов и по характеристическим ионам для органических кислот; по средним результатам из 5 серий градуировочных растворов строят градуировочную характеристику для каждого соединения. Градуировку проводят один раз в полгода.

9.5. Условия отбора проб

Пробы почвы (отходов) отбирают методом конверта в соответствии с ГОСТом 17.4.4.02.84 в стеклянные емкости темного цвета с плотными крышками. Пробы хранят при 4 °С в течение недели.

10. Выполнение измерений

Отобранные точечные пробы извлекают из холодильника, выдерживают при комнатной температуре 2 - 3 ч, затем объединяют в одной емкости, растирают в фарфоровой ступке, просеивают и тщательно перемешивают. 1 г объединенной пробы помещают в коническую колбу, емкостью 10 см³, и анализируют как описано в п. 9.4.

Параллельно проводят определение влажности образца, для чего 15 г материала помещают в химический стакан, высушивают его при температуре 105 °С в течение 8 ч и доводят до постоянной массы, периодически, не менее 2 - 3 раз, взвешивая охлажденный до комнатной температуры стакан.

11. Обработка (вычисление) результатов

Концентрацию каждого идентифицированного соединения (мг/кг) определяют по соответствующей градуировочной характеристике после компьютерного интегрирования хроматограммы, соответствующего извлечения молекулярного или характеристических ионов.

Концентрацию вещества С в образце (мг/кг) вычисляют по формуле:

, где

а - абсолютное массовое количество вещества в пробе (мкг), определенное в 1 г пробы;

К - поправочный коэффициент, учитывающий влажность почвы (отходов).

, где

W - влажность почвы (отходов) при комнатной температуре (%);

, где

т₁ - масса влажной почвы (отходов) со стаканом (г);

т₀ - масса высушенной почвы (отходов) со стаканом (г);

т - масса стакана (г).

12. Оформление результатов измерений

Результаты анализа (измерений) представляют в виде: С, мг/кг ± 20 % или С ± 0,2 С мг/кг.

13. Контроль погрешности измерений

Проводят контроль погрешности измерений содержания каждого вещества при помощи градуировочных растворов. Рассчитывают среднее значение результатов измерений содержания вещества, введенного в почвенный материал из градуировочного раствора, отнесенное к единице массы почвы (отходов) (кг):

, где

п - число измерений содержания вещества, введенного из градуировочного раствора;

С_ni - результат измерения содержания вещества i-го измерения (мг/кг).

Рассчитывают среднее квадратичное отклонение результата измерения концентрации каждого введенного органического вещества:

Рассчитывают доверительный интервал

, где

t - коэффициент нормированных отклонений, определяемый по таблицам Стъюдента, при доверительной вероятности 0,95, и затем относительную погрешность определения концентраций:

Если δ £ 20 %, то погрешность измерений удовлетворительная.