Методические указания по методам контроля МУК 4.1.741-99 Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде.

     МУК 4.1.741-99

 4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

 Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена,

антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде

Дата введения: с момента утверждения

Методические указания разработаны Г.А.Газиевым и А.С.Московкиным (Всероссийский центр медицины катастроф Защита", г.Москва).

УТВЕРЖДЕНЫ Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации - Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко 10 апреля 1999 г.

Настоящие методические указания устанавливают количественный хромато-масс-спектрометрический анализ воды централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения для определения в ней фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена в диапазоне концентраций 0,004-0,4 мг/дм

, хризена - 0,004-0,2 мг/дм

, бензо(а)пирена - 0,002-0,2 мкг/дм

.

Физико-химические свойства полиароматических углеводородов представлены в табл.1, а их гигиенические нормативы - в табл.2.

Таблица 1

Физико-химические свойства веществ

Наименование вещества	Формула	Молек. масса	, ° С	Плотность, г/см	Растворимость, г/дм
					вода	этанол	эфир
Фенантрен	С Н	178	342,3	1,063	н. р.	20	89,3
Антрацен	С Н	178	351	1,283	н. р.	0,76	р.
Флуорантен	C H	202	384	-	-	-	-
Пирен	С Н	202	392	1,271	н. р.	14	х. р.
Хризен	C H	228	448	-	-	-	-
Бензо(а)пирен	C H	252	495	1,351	н. р.	р.	р.
* Примечание: н. р. - нерастворимо; р. - растворимо; х. р. - хорошо растворимо.

Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

Наименование вещества	ПДК, мг/дм	Класс опасности
Бензо(а)пирен	0,005 ·10	1
* Примечание. Для фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена и хризена ПДК в воде не установлены.

1. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений концентраций фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, бензо(а)пирена и хризена с погрешностью, не превышающей

±20% (

), при доверительной вероятности 0,95.

 2. Метод измерений

Измерения концентраций анализируемых веществ выполняют методом хромато-масс-спектрометрии.

Метод основан на извлечении соединений из воды экстракцией органическим растворителем с последующим упариванием растворителя, газохроматографическом разделении на кварцевой капиллярной колонке и анализе на масс-спектрометре.

Нижний предел измерения в объеме пробы - 0,00004 мкг.

Определению не мешает присутствие других ароматических углеводородов и фенолов.

 3. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы

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

3.1. Средства измерений

Хромато-масс-спектрометр ITD-800 фирмы "Finnigan MAT" (США, ФРГ), состоящий из масс-спектрометра типа "ионная ловушка" ITD-800, газового хроматографа Varian 3400, компьютера MSI Tower фирмы IBM
Барометр-анероид, тип БАММ1		ТУ 25-11.1513-79
Весы аналитические лабораторные, тип ВЛА-200		ГОСТ 24104-80Е
Колбы мерные 2-10-2, 2-50-2, 2-100-2, 2-1000-2		ГОСТ 1770-74Е
Меры массы		ГОСТ 7328-82Е
Микрошприцы для хроматографии 701N фирмы "Hamilton" (США), вместимостью 0,001 и 0,05 см или аналогичные
Пипетки стеклянные, вместимостью 1, 2, 5, 10 и 25 см 1-го или 2-го класса точности		ГОСТ 29169-91
Секундомер СДС пр.1-2-000		ГОСТ 5072-79
Стандартные образцы растворов фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо[а]пирена в метаноле АОЗТ "ЭКРОС"
Термометр ТЛ-4 4-Б 2 или ТЛ-2 1-Б 2		ГОСТ 215-73
Цилиндры мерные типа 2-100, 2-1000		ГОСТ 1770-74Е

3.2. Вспомогательные устройства

Хроматографическая колонка из кварцевого стекла DB-5 фирмы J&W Scientific (США), длиной 30 м и внутренним диаметром 0,32 мм с нанесенной жидкой 5%-ной фенил- и 95%-ной метилсиликоновой фазой и толщиной пленки 0,25 мкм, или аналогичная
Баня водяная		ТУ 61-1-423-72
Воронки делительные ВД 3-1000		ГОСТ 9613-75
Колбы выпаривательные КнКШ-100 и КнКШ-10		ГОСТ 10394-72
Колбы круглодонные К-1-100-29/32 ТХС и К-1-250-29/32 ТСХ   Контейнеры для отбора проб емкости из темного стекла объемом 1 дм , снабженные завинчивающейся крышкой с тефлоновой прокладкой		ГОСТ 25336-82
Холодильник ХШ-1-300-29/32   Шкаф сушильный электрический 2И-151		ГОСТ 25336-82
Электроплитка		ГОСТ 14919-83

3.3. Материалы

3.4. Реактивы

4. Требования безопасности

4.1. При работе с реактивами соблюдают требования безопасности, установленные для работы с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТу 12.01.005-88.

4.2. При выполнении измерений с использованием хромато-масс-спектрометра соблюдают правила электробезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.019-79 и инструкциями по эксплуатации прибора.

 5. Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений допускают лиц, имеющих квалификацию не ниже инженера-химика, с опытом работы на хромато-масс-спектрометрах.

 6. Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

6.1. Процессы приготовления растворов и подготовки проб к анализу проводят в нормальных условиях согласно ГОСТу 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 хромато-масс-спектрометре проводят в условиях, рекомендуемых технической документацией к прибору.

 7. Подготовка к выполнению измерений

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: подготовку посуды, очистку экстрагента, приготовление растворов, подготовку хромато-масс-спектрометрической системы, установление градуировочной характеристики, отбор проб.

7.1. Подготовка посуды

Посуда, используемая для анализа, промывается водопроводной водой и замачивается на 3-4 ч в свежеприготовленном 3%-ном растворе двухромовокислого калия в серной кислоте (0,5 г двухромовокислого калия на 100 см

концентрированной серной кислоты), отмывается в проточной водопроводной воде с последующим ополаскиванием дистиллированной водой. После высушивания в сушильном шкафу при температуре 150

°

С отверстия в посуде закрывают притертыми крышками.

7.2. Очистка экстрагента

Циклогексан, используемый в качестве экстрагента, приливают в круглодонную колбу, вместимостью 250 см

. Колбу соединяют с прямым холодильником и перегоняют циклогексан на водяной бане при температуре 80-85

°

С. Первые и последние порции циклогексана в количестве 20% от общего объема отбрасывают.

7.3. Приготовление растворов

10 М раствор гидроксида натрия. 40 г реактива вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см

, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора - 30 дней при 4

°

С.

В качестве исходных растворов фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена используют стандартные растворы этих веществ в метаноле с концентрацией 0,2 мг/см

(для хризена - 0,1 мг/см

). Срок хранения растворов - 1 год при 4

°

С.

Рабочий раствор N 1 фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена (

0,002 мг/см

). По 1 см

исходного раствора этих веществ вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см

, содержащую 20-30 см

этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес при 4

°

С.

Рабочий раствор N 2 хризена (

0,002 мг/см

). 1 см

исходного раствора хризена вносят в мерную колбу, вместимостью 50 см

, содержащую 10-20 см

этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес при 4

°

С.

Рабочий раствор N 3 бензо(а)пирена (

0,002 мг/см

). 1 см

исходного раствора бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см

, содержащую 20-30 см

этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес при 4

°

С.

Рабочий раствор N 4 бензо(а)пирена (

0,02 мкг/см

). 1 см

рабочего раствора N 3 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 100 см

, содержащую 20-30 см

этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес при 4

°

С.

Рабочий раствор N 5 бензо(а)пирена (

0,002 мкг/см

). 1 см

рабочего раствора N 4 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 10 см

, содержащую 2-3 см

этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес при 4

°

С.

7.4. Подготовка хромато-масс-спектрометрической системы

Включают хромато-масс-спектрометр ITD-800 в соответствии с техническим описанием и руководством по эксплуатации прибора.

Газохроматографическую колонку хроматографа Varian 3400 перед анализом кондиционируют при температуре 220 °С в течение 30 мин с предварительным медленным нагревом от температуры 40 °С со скоростью 1 °С/мин.

7.5. Установление градуировочной характеристики

Градуировочные характеристики устанавливают на градуировочных растворах полиароматических соединений в воде. Они выражают зависимость площади пика (безразмерные компьютерные единицы) от концентраций (мг/дм

) каждого соединения и строятся по 6 сериям градуировочных растворов.

Градуировочные растворы фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят исходный или рабочий раствор N 1 для градуировки в соответствии с табл.3, доводят объем дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают.

Таблица 3

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики

при определении концентрации фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем исходного р-ра ( 0,2 мг/см ), см	-	-	-	-	1	2
Объем рабочего р-ра N 1 ( 0,02 мг/см ), см	2	5	10	25	-	-
Концентрация вещества, мг/дм	0,004	0,01	0,02	0,05	0,2	0,4

Градуировочные растворы хризена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят исходный или рабочий раствор N 2 для градуировки в соответствии с табл.4, доводят объем дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают.

Таблица 4

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики

при определении концентрации хризена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем исходного р-ра ( 0,1 мг/см ), см	-	-	-	-	1	2
Объем рабочего р-ра N 2 ( 0,002 мг/см ), см	2	5	10	25	-	-
Концентрация вещества, мг/дм	0,004	0,01	0,02	0,05	0,1	0,2

Градуировочные растворы бензо(а)пирена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят рабочие растворы N 4 или N 5 для градуировки в соответствии с табл.5, доводят объем дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают.

Таблица 5

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики

при определении концентрации бензо(а)пирена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем рабочего р-ра N 4 ( 0,02 мг/см ), см	-	-	1	2	5	10
Объем рабочего р-ра N 2 ( 0,002 мг/см ), см	1	2	-	-	-	-
Концентрация вещества, мг/дм	0,002	0,004	0,02	0,04	0,1	0,2

Градуировочные растворы из мерных колб, вместимостью 1000 см

, переливают в делительные воронки, вместимостью 1000 см

, снабженные тефлоновым или хорошо притертым и смазанным только водой стеклянным краном. Используя 10 М раствор гидроксида натрия, создают среду в водной фазе с рН

11. Значение рН раствора устанавливают с помощью индикаторной бумаги.

В мерную колбу из-под градуировочного раствора приливают замеренные цилиндром (100 см

) 30 см

циклогексана, закрывают и встряхивают в течение 30 с для промывки внутренней поверхности колбы. После этого данную порцию растворителя переносят в делительную воронку, в которой находится анализируемый градуировочный раствор. Экстракцию проводят, встряхивая делительную воронку в течение 2 мин, периодически сбрасывая избыточное давление. После расслоения органической и водной фаз экстракт отделяют от воды и переносят в круглодонную колбу, вместимостью 100 см

. Градуировочный раствор последовательно экстрагируют еще 2 раза порциями по 20 см

циклогексана как описано выше. Объединенные экстракты (70 см

) высушивают от воды, пропуская через сухую пипетку, вместимостью 10 см

, заполненную 10 г сернокислого натрия, и собирают в выпаривательной колбе, вместимостью 100 см

. Для количественного переноса круглодонную колбу и пипетку промывают 10 см

циклогексана, которые затем добавляют к экстракту в выпаривательной колбе.

В выпаривательную колбу помещают 1 или 2 чистых "кипелки" и экстракт (80 см

) осторожно упаривают на водяной бане при температуре 35-40

°

С до объема 5-8 см

и переносят в выпаривательную колбу, вместимостью 10 см

. Перенесенный экстракт упаривают досуха и к сухому остатку добавляют 0,05 см

циклогексана. Затем микрошприцем отбирают 0,001 см

упаренного экстракта и вводят через инжектор в колонку хроматографа.

Анализ проводят на приборе ITD-800 в следующих условиях:

режим программирования температуры хроматографической колонки	40 °С - 5 мин,
в интервале 40-290 °С со скоростью	12 °С/мин, 290 °С - 6 мин,
в интервале 290-320 °С со скоростью	20 °С/мин, 320 °С - 5 мин,
без деления потока с последующей продувкой растворителя;
температура инжектора	250 °С;
расход газа-носителя	1 см /мин;
напряжение умножителя	2100 В;
температура рестриктора	250 °С;
диапазон сканирования масс (ат. ед. массы)	50-270 а. е. м.
скорость сканирования магнитного поля магнита	1 с/скан.

Хроматографические и масс-спектрометрические характеристики полиароматических соединений приведены в табл.6.

Таблица 6

Хроматографические и масс-спектрометрические характеристики полиароматических соединений

Записывают хроматограммы в виде файлов данных. Для основного и 2 подтверждающих ионов, выбранных из табл.6, получают масс-фрагментограммы каждого из анализируемых веществ. На каждой масс-фрагментограмме рассчитывают площади пиков соединений и по средним результатам из 6 серий строят градуировочную характеристику для каждого из компонентов. Градуировку проверяют 1 раз в полгода, либо после юстировки или ремонта хромато-масс-спектрометра.

7.6. Отбор проб

Пробы воды, объемом не менее 1 дм

, отбирают согласно ГОСТу 24481-80* в химически чистые емкости из темного стекла с завинчивающимися крышками, предварительно промытые дистиллированной водой и высушенные в сушильном шкафу при температуре 150

°

С. Для получения одного результата измерения отбирают две одинаковые пробы воды. Отобранные пробы воды хранят при температуре 4

°

С, срок хранения - 5 дней.

 8. Выполнение измерений

Емкости с отобранными пробами воды извлекают из холодильника и выдерживают 2-3 ч при комнатной температуре. Объем проб воды замеряют с помощью мерного цилиндра, вместимостью 1000 см

, и затем с ними проводят все операции, описанные в п.7.5.

По окончании хроматографического анализа проводят идентификацию обнаруженных соединений при помощи библиотечного поиска в библиотеке NBS компьютерной системы и по временам удерживания (табл.6). Качественную идентификацию осуществляют по следующим критериям:

- характеристические ионы для каждого анализируемого компонента должны давать максимальное значение в любом выбранном скане;

- время удерживания не должно отличаться более чем на 10 с от времени удерживания подлинного соединения;

- относительная интенсивность пиков 3 характеристических ионов на масс-фрагментограмме не должна отличаться более чем на 20% от относительной интенсивности этих пиков в справочном масс-спектре. Справочный масс-спектр может быть либо библиотечным, либо получен при анализе на хромато-масс-спектрометре градуировочного раствора индивидуального вещества. На масс-фрагментограммах для каждого анализируемого вещества, полученных по соответствующим основному и 2 подтверждающим ионам (табл.6), рассчитывают площади пиков.

Для получения результата измерения концентрации веществ проводят анализ 2 параллельных проб воды.

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

 9. Обработка результатов измерений

Концентрации каждого определяемого вещества в пробе (мг/дм

) определяют по соответствующим градуировочным характеристикам.

Вычисляют среднее значение концентрации определяемого вещества:

.

Рассчитывают относительную разницу результатов двух параллельных измерений одной пробы:

,

где

- оперативный контроль сходимости, равный 28,2%.

 10. Оформление результатов измерения

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

Протокол N

количественного химического анализа

Результаты количественного химического анализа

Шифр или N пробы	Определяемый компонент	Концентрация, мг/дм	Погрешность измерения, %

Руководитель лаборатории:

Исполнитель:

 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 -

и рабочей пробы и с добавкой -

. Результаты анализа исходной рабочей пробы -

и с добавкой -

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:

,

где

- добавка вещества, мкг/дм

;

- норматив оперативного контроля погрешности, мг/дм

.

При внешнем контроле (

0,95) принимают:

,

где

и

- характеристика погрешности для исходной пробы и пробы с добавкой, мг/дм

:

и

При внутрилабораторном контроле (

0,90) принимают, что

.

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