Методические указания по методам контроля МУК 4.1.739-99 Хромато-масс-спектрометрическое определение бензола, толуола, хлорбензола, этилбензола, о-ксилола, стирола в воде.

     МУК 4.1.739-99

 4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

 Хромато-масс-спектрометрическое определение бензола, толуола,

хлорбензола, этилбензола, о-ксилола, стирола 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 питьевой и поверхностной (источниках питьевой) воды для определения в ней толуола, стирола в диапазоне концентраций 0,05-20 мг/дм

, бензола, хлорбензола, этилбензола 0,005-2,0 мг/дм

, ксилола 0,025-10 мг/дм

.

Методические указания могут быть использованы для определения ароматических соединений в воде в условиях чрезвычайных и послеаварийных ситуаций.

Физико-химические свойства бензола, толуола, хлорбензола, этилбензола, о-ксилола и стирола 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
Бензол	С Н	78	80,1	0,879	0,82	-	~
Толуол	С Н	92	110,6	0,867	0,57	беск.	~
Хлорбензол	С Н Сl	112	132,0	1,107	0,49	беск.	~
Этилбензол	C H	106	136,1	0,867	0,14	-	~
о-Ксилол	С Н	106	144,4	0,880	н. р.	-	х. р.
Стирол	C H	104	145,2	0,906	т. р.	р.	р.
* Примечание: н. р. - нерастворимо, т. р. - трудно растворимо, р. - растворимо, х. р. - хорошо растворимо, ~ - смешивается в любых соотношениях.

Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

Наименование вещества	ПДК, мг/дм	Класс опасности
Бензол	0,01	2
Толуол	0,5	4
Хлорбензол	0,02	3
Этилбензол	0,01	4
о-Ксилол	0,05	3
Стирол	0,1	3

1. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений концентраций бензола, стирола, этилбензола, о-ксилола, толуола и хлорбензола 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 - 0,01 мкг.

Определению не мешает присутствие других ароматических углеводородов и хлорорганических соединений.

 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 МАТ-90 фирмы "Finnigan MAT" (США, ФРГ), состоящий из масс-спектрометра MAT-90, газового хроматографа Varian 3400, компьютера Micro VIP 2 или 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, 2-100-2, 2-1000-2		ГОСТ 1770-74Е
Меры массы		ГОСТ 7328-82Е
Микрошприцы для хроматографии 701N фирмы "Hamilton" (США), вместимостью 0,001 см , или аналогичные
Пипетки стеклянные, вместимостью 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 и 10 см 1 или 2I класса		ГОСТ 29169-91
Секундомер СДС пр. 1-2-000		ГОСТ 5072-79
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 0,25 мм с нанесенной жидкой 5%-ной фенил- и 95%-ной метилсиликоновой фазой и толщиной пленки 0,25 мкм, или аналогичная   Хроматографическая колонка из кварцевого стекла DB-DIOXIN фирмы J&W Scientific (США) длиной 60 м и внутренним диаметром 0,25 мм с толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм
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   Контейнеры для отбора проб емкости из темного стекла, объемом 1 дм , снабженные завинчивающейся крышкой с тефлоновой прокладкой   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-спектрометров соблюдают правила электробезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.019-79 и инструкциями по эксплуатации приборов.

 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-спектрометрах проводят в условиях, рекомендуемых технической документацией к приборам.

 7. Подготовка к выполнению измерений

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: подготовку посуды, 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. 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.

Исходный раствор N 1 бензола, хлорбензола, этилбензола (

0,5 мг/см

). 50 мг каждого из ароматических соединений 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 1 бензола, хлорбензола, этилбензола (

0,05 мг/см

). 1 см

исходного раствора 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.

Исходный раствор N 2 о-ксилола (

0,5 мг/см

). 50 мг о-ксилола 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 о-ксилола (

0,25 мг/см

). 5 см

исходного раствора 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.

Исходный раствор N 3 толуола, стирола (

0,5 мг/см

). 50 мг каждого из ароматических соединений 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.

7.3. Подготовка хромато-масс-спектрометрической системы

Включают хромато-масс-спектрометр МАТ-90 или масс-спектрометр типа "ионная ловушка" ITD-800 в соответствии с техническим описанием и руководством по эксплуатации приборов.

Газохроматографические колонки хроматографов Varian 3400 перед анализом кондиционируют при температуре 150 °С в течение 12 ч с предварительным медленным нагревом от температуры 50 °С со скоростью 1 °С/мин.

7.4. Установление градуировочной характеристики

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

) каждого соединения и строятся по 7 сериям градуировочных растворов.

Градуировочные растворы бензола, хлорбензола и этилбензола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят 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 бензола, хлорбензола и этилбензола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора ( 0,05 мг/см ), см	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества, мг/дм	0,005	0,025	0,05	0,1	0,5	1,0	2,0
* Примечание: хромато-масс-спектрометрический анализ проводят либо на масс-спектрометре с магнитным масс-анализатором МАТ-90, либо на масс-спектрометре "ионная ловушка" ITD-800.

Градуировочные растворы о-ксилола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят 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 о-ксилола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора ( 0,25 мг/см ), см	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества, мг/дм	0,025	0,125	0,25	0,5	2,5	5,0	10

Градуировочные растворы толуола и стирола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 см

. Для этого в каждую колбу вносят исходный раствор N 3 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 толуола и стирола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора ( 0,5 мг/см ), см	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества, мг/дм	0,05	0,25	0,5	1	5	10	20

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

) 20 см

гексана, 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

гексана как описано выше. Объединенные экстракты (60 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

гексана, которые затем добавляют к экстракту в выпаривательной колбе.

В выпаривательную колбу помещают 1 или 2 чистых "кипелки" и экстракт (70 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 до объема 0,5 см

. Затем микрошприцем отбирают 0,001 см

упаренного экстракта и вводят через инжектор в колонку хроматографа.

Анализ проводят либо на приборе MAT-90, либо на приборе ITD-800 в следующих условиях:     

Масс-спектрометр МАТ-90

Режим программирования температуры хроматографической колонки в интервале 50-250 °С со скоростью 250 °С без деления потока последующей с продувкой растворителя*		50 °С - 1 мин, 10 °С/мин,   10 мин;
с продувкой растворителя
температура инжектора		200 °С;
расход газа-носителя		1 см /мин;
ионизирующее напряжение		70 эВ;
ток эмиссии		0,5 мА;
ускоряющее напряжение		4600 В;
температура ионного источника		200 °С;
диапазон сканируемых масс а. е. м. (ат. ед. массы);		35-260
скорость сканирования магнитного поля магнита		1 с/декада.

Масс-спектрометр ITD-800

Режим программирования температуры хроматографической колонки		50 °С - 5 мин,
в интервале 50-65 °С со скоростью		7 °С/мин,
в интервале 65-200 °С со скоростью   без деления потока с последующей продувкой растворителя;		10 °С/мин,
температура инжектора		200 °С;
расход газа-носителя		1 см /мин;
напряжение умножителя		2000 В;
температура рестриктора		220 °С;
диапазон сканирования масс (ат. ед. массы)		35-260 а. е. м.;
скорость сканирования магнитного поля магнита		1 с/скан.

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

Таблица 6

Хроматографические и масс-спектрометрические характеристики ароматических 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.

7.5. 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 1 результата измерения отбирают 2 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.7.4.

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-х 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 двум подтверждающим ионам (табл.6), рассчитывают площади пиков.

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

При обработке 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 2 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:

Оформление средних значений результатов измерений анализируемых соединений в воде осуществляют в виде протокола.

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 две пробы воды и к одной 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:

.

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