МУК 4.1.1507-03  

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

     
     
4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

       
Инверсионно-вольтамперометрическое измерение концентрации
мышьяка в алкогольных и безалкогольных напитках

     
     
Дата введения 2003-06-30

     
     
     1. РАЗРАБОТАНЫ Федеральным центром госсанэпиднадзора Минздрава России (В.Б.Скачков, Н.С.Ластенко) и НПП "Техноаналит" (Ю.А.Иванов, Л.А.Хустенко, Б.Ф.Назаров, А.В.Заичко, Е.Е.Иванова, Г.Н.Носова, Т.П.Толмачева).
     
     2. РЕКОМЕНДОВАНЫ к утверждению Комиссией по госсанэпиднормированию при Минздраве России.
     
     3. УТВЕРЖДЕНЫ 29.06.03 И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ 30.06.03 Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации.
     
     4. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.
     
     
     Настоящие методические указания устанавливают методику количественного химического анализа проб минеральной воды, алкогольных напитков (водка, коньяк, крепленые и сухие вина), безалкогольных напитков (соков овощных и фруктовых) для определения содержания ионов мышьяка методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ).
     
     Диапазон массовых концентраций мышьяка составляет от 0,001 до 1,00 мг/дм включительно. Если содержание элемента в пробе выходит за верхнюю границу диапазона определяемых концентраций, допускается разбавление подготовленной к измерению пробы или уменьшение навески пробы. Если концентрация элемента выходит за нижнюю границу диапазона определяемых концентраций, допускается взятие большей навески анализируемой пробы или увеличение времени электронакопления.
     
     Предельно допустимые концентрации мышьяка приведены в табл.1.
     
     

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации мышьяка

1. Погрешность измерений

     
     Методика обеспечивает выполнение измерений с погрешностью, не превышающей ±35% () при доверительной вероятности 0,95.
     
     

2. Метод измерений

     
     Методика основана на проведении инверсионно-вольтамперометрического измерения раствора пробы после ее предварительной подготовки. Электроактивной формой является мышьяк в степени окисления (3+); электронакопление проводят в форме As(0); аналитический сигнал получают в результате электрохимической реакции As(0)As(3+).
     
     Растворение навески и окисление всех форм мышьяка до As(5+) проводят при нагревании со смесью азотной кислоты и перекиси водорода в присутствии солей магния. После упаривания раствора осадок помещают в муфельную печь и прокаливают при 550-580 °С для полного сжигания органических веществ. Неорганический осадок обрабатывают восстановителем (сернокислым гидразином) в концентрированной серной кислоте при нагревании, после чего избыток восстановителя и серной кислоты удаляют кратковременным нагреванием в муфельной печи. Осадок, содержащий As(3+), растворяют в фоновом электролите: растворе Трилона Б 1 М (рН=3,5-4,5). При этом мешающие анализу медь и железо частично связываются в комплексы.
     
     

3. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы

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

3.1. Средства измерений

3.2. Вспомогательные устройства

     
     Допускается использовать другое оборудование и приборы, позволяющие воспроизводить метрологические характеристики, указанные в данной методике анализа.     
     

3.3. Материалы

3.4. Реактивы
 

 _____________
     * Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ 4328-77. - Примечание .
     

4. Требования безопасности

     
     4.1..При работе с реактивами соблюдают требования безопасности, установленные для работы с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ 12.1.005-88.
     
     4.2. При работе с электроустройствами соблюдают правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации приборов.
     
     4.3. Анализатор ТА устанавливают в вытяжном шкафу.
     
     

5. Требования к квалификации оператора

     
     К выполнению измерений допускается персонал, владеющий техникой инверсионно-вольтамперометрического метода анализа и изучивший инструкцию по эксплуатации вольтамперометрического анализатора ТА.
     
     

6. Условия измерений

     
     При выполнении измерений соблюдают следующие условия.
     
     6.1. Процессы приготовления растворов и подготовки проб к анализу проводят в нормальных условиях согласно ГОСТ 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 анализаторе проводят в условиях, рекомендуемых технической документацией к прибору.
     
     

7. Подготовка к выполнению измерений

     
     Перед выполнением измерений проводят следующие работы: подготовку лабораторной посуды, приготовление растворов, отбор и предварительную обработку проб, подготовку анализатора и электродов.     
     

7.1. Подготовка лабораторной посуды

     
     Новую лабораторную стеклянную посуду, сменные наконечники дозаторов, пипетки промывают раствором соды (NaHCO), затем многократно бидистиллированной водой. Кварцевые стаканчики протирают фильтром с пищевой содой, ополаскивают водопроводной водой и бидистиллированной водой. Обрабатывают концентрированной серной кислотой (0,1-0,2 см или 4-6 капель), нагревают на плитке при температуре 300-350 °С до прекращения выделения паров кислоты. Прокаливают в муфельной печи при температуре 500-600 °С в течение 20-30 мин. Затем снова ополаскивают бидистиллированной водой. Обработку стаканчиков серной кислотой проводят не реже одного раза в две недели.
     
     Сменные кварцевые стаканчики хранят закрытыми калькой или в эксикаторе.     
     

7.2. Приготовление растворов

     
     Основной раствор мышьяка (=0,1 г/дм). Используют государственный стандартный образец состава водных растворов ионов мышьяка или готовят из оксида мышьяка (AsO). В 15 см NaOH 2 М растворяют 0,1320 г AsO, нейтрализуют раствором соляной кислоты 2 М и доводят объем раствора бидистиллированной водой до 1 дм.
     
     Аттестованные смеси мышьяка (=10,0; 5,0; 1,0 мг/дм). Готовят соответствующими разбавлениями растворов в мерных колбах вместимостью 25,0 см бидистиллированной водой согласно табл.2. Погрешность приготовления аттестованных смесей не превышает 3% отн.
     
     

Таблица 2

Приготовление аттестованных смесей мышьяка

     
     
     Нитрат магния 0,2 М. 1) Растворяют 4,8 г Mg(NO)в колбе объемом 100 см бидистиллированной водой с добавлением 1-2 капель концентрированной азотной кислоты. 2) Растворяют 0,80 г MgO в мерной колбе объемом 100 см в 5 см концентрированной азотной кислоты, доводят объем до метки бидистиллированной водой.
     
     Трилон Б 0,1 М. 1) Разводят фиксанал 0,1 моль-эквивалент (18,6 г) бидистиллированной водой в колбе объемом 500 см. 2) Растворяют 9,3 г Трилона Б в колбе вместимостью 250 см теплой бидистиллированной водой, охлаждают и доводят до метки бидистиллированной водой.
     
     Соляная кислота 2 М. Вносят 16 см концентрированной соляной кислоты в мерную колбу вместимостью 100 см, наполовину заполненную бидистиллированной водой, доводят до метки бидистиллированной водой.
     
     Натрия гидроокись 2 М. Растворяют 8,0 г NaOH в мерной колбе вместимостью 100 см бидистиллированной водой.
     
     Хлорид калия 1 М. Растворяют 7,46 г KCl бидистиллированной водой в мерной колбе вместимостью 100,0 см. Доводят объем до метки бидистиллированной водой.
     
     Перманганат калия 3%. Переносят 3,0 г KMnOв мерную колбу вместимостью 100,0 см и доводят объем до метки бидистиллированной водой.     
     

7.3. Подготовка анализатора

     
     7.3.1. Готовят анализатор ТА к выполнению измерений по паспорту на данный прибор. Устанавливают диапазон измерения токов ±20 мкА.
     
     7.3.2. Готовят (если в каталоге нет) методику "As с газом" с параметрами, приведенными ниже и в табл.3.
       
     

Таблица 3

Параметры подготовительных стадий при определении мышьяка

     
        
     Метод измерения: ступенчатый.
     
     Ячейка: двухэлектродная.
     
     Потенциал пика мышьяка: (0,05) В.
     
     Повторов в серии: 5.     
     
     Развертка: от -0,3 В до 0,6 В.
     
     Скорость развертки: 180 мВ/с.
     
     Шаг развертки: 5 мВ.
     
     Задержка измерения: 0.
     
     Метод расчета пиков: по высоте.
     
     7.3.3. Готовят (если в каталоге нет) методику "Приготовление ЗУЭ для As с газом" для нанесения пленки золота на углеродистый электрод со следующими параметрами.
       
     

Таблица 4

Параметры подготовительных стадий при приготовлении ЗУЭ

     
        
     Метод измерения: ступенчатый.
     
     Ячейка: двухэлектродная.
     
     Потенциал пика мышьяка - (0,05) В.
     
     Повторов в серии: 1.     
     
     Развертка: от (-0,3) В до 0,5 В.
     
     Скорость развертки: 180 мВ/с.
     
     Шаг развертки: 5 мВ.
     
     Задержка измерения: 0.
          

7.4. Приготовление электродов

     
     Рабочий золотоуглеродистый электрод. Поверхность углеродистого электрода покрывают электрохимически пленкой золота из раствора AuCl концентрации 20 мг/дм. В стаканчики с 10 см бидистиллированной воды добавляют по 0,02 см раствора
AuCl концентрации 10000 мг/дм. Стаканчики устанавливают в анализатор. Вставляют в прибор углеродистый (рабочий), хлорсеребряный (сравнения) электроды и трубочки для газа.
     
     Загружают методику "Приготовление ЗУЭ для As с газом". Проводят накопление золотой пленки на поверхность углеродистого электрода, регистрируя одну вольтамперограмму фона. Ополаскивают электроды бидистиллированной водой. Электроды хранят на воздухе.
     
     Хлорсеребряный электрод сравнения. Представляет собой спираль из серебряной проволоки, покрытой AgCl, помещенную в корпус с полупроницаемой пробкой, который заполнен одномолярным раствором KCl. Конец серебряной проволоки имеет токовыводящий контакт для подключения к прибору.
     
     Перед работой корпус электрода заполняют с помощью дозатора или шприца одномолярным раствором хлорида калия, закрывают и выдерживают не менее двух часов (при первом заполнении) в одномолярном растворе KCl для установления равновесного значения потенциала. Электрод перезаполняют новым раствором KCl не реже одного раза в неделю.
     
     Хлорсеребряный электрод (ХСЭ) хранят в одномолярном растворе хлорида калия.     
     

7.5. Отбор и хранение проб

     
     Метод отбора и хранения проб указан в нормативно-технической документации для данного вида продукции.     
     

7.6. Предварительная подготовка проб

     
     Одновременно проводится подготовка двух параллельных и одной резервной проб с соответствующей маркировкой.
     
     Объем пробы анализируемого напитка зависит от содержания мышьяка. Для вина или сока он составляет 0,3-1,0 см, для питьевых вод, водки, спирта - 1,0-2,0 см.
     
     Пробу помещают в чистый кварцевый стаканчик (фарфоровый тигель) объемом 20 см, добавляют 0,5 см раствора Mg(NO)0,2 М, 2,0 см концентрированной азотной кислоты и осторожно нагревают на плитке при температуре 100-220 °С (избегая разбрызгивания) до полного растворения и упаривания до влажных солей. Повторно обрабатывают 1,0 см концентрированной азотной кислоты и 0,5 см перекиси водорода (30%) и упаривают до сухого остатка.
     
     Стаканчик с остатком ставят в муфельную печь, нагретую до 550-580 °С и прокаливают в течение 10 мин. Если после прокаливания в осадке будут присутствовать несгоревшие частицы (черные, серые), осадок снова обрабатывают смесью азотной кислоты и перекиси водорода, как указано выше, и снова прокаливают в муфельной печи.
     
     К слегка охлажденному белому остатку добавляют 1-2 капли бидистиллированной воды (для смачивания остатка), 0,5 см концентрированной серной кислоты (омывая стенки стаканов) и несколько кристаллов серно-кислого гидразина (0,005 г). Смесь осторожно нагревают до удаления воды и "отдымляют" на плитке (=300-350 °С). Для полного удаления серной кислоты и разложения избытка гидразина стаканчики прокаливают в муфельной печи при температуре 550 °С в течение 1-2 мин, открыв дверцу муфеля, до полного удаления паров серной кислоты со стенок стаканчика.
     
     К охлажденному белому остатку добавляют 1,0 см раствора Трилона Б концентрации 0,1 моль/дм (омывая стенки стакана), выдерживают 2-3 мин до полного растворения осадка. Доводят объем бидистиллированной водой до 10-12 см.
     
     

8. Выполнение измерений

     
     Выполнение измерений проводят в два этапа: отмывка электрохимической ячейки; измерение концентрации мышьяка в растворе предварительно подготовленной пробы. При необходимости проводят проверку работоспособности электродов методом "введено-найдено".     
     

8.1. Отмывка электрохимической ячейки

     
     Перед анализом каждой пробы проводят отмывку стаканчиков и электродов.
     
     8.1.1. Подготовленные по п.7.4 золотоуглеродистые и хлорсеребряные электроды, стаканчики с 10-12 см бидистиллированной воды устанавливают в анализатор.
     
     8.1.2. Проводят отмывку электрохимической ячейки в течение 2-3 мин при потенциале растворения 0,3 В.
     
     8.1.3. После окончания отмывки содержимое стаканчиков выливают.     
     

8.2. Проверка работы электродов методом "введено-найдено"

     
     Проверку электродов проводят:
     
     а) после нанесения пленки золота на поверхность электрода;
     
     б) при расхождении результатов параллельных определений свыше допускаемого.
     
     8.2.1.В кварцевые стаканчики с 10-12 см бидистиллированной воды вносят по 0,5-1,0 см раствора Трилона Б 0,1 М. Стаканчики с полученным фоновым раствором помещают в анализатор. Подключают подготовленные к работе электроды, вставляют в прибор трубочки для газа. Включают газ. Загружают методику "As с газом". Регистрируют пять вольтамперограмм фона.
     
     8.2.2. Вносят в стаканчики 0,02 см аттестованной смеси мышьяка концентрации 5 мг/дм. В текущей методике изменяют время подготовки на 20 с. Устанавливают параметры пробы: объем аликвоты - 1,0; объем минерализата - 1,0; массу навески - 1,0. Регистрируют вольтамперограммы пробы. После серии измерений исключают, если необходимо, невоспроизводимые вольтамперограммы. Количество воспроизводимых вольтамперограмм в каждом окне должно быть не менее двух. В противном случае измерения повторяют.
     
     8.2.3. Устанавливают параметры добавки аттестованной смеси: концентрация - 5 мг/л; объем - 0,02 мл. Вводят в каждую ячейку по 0,02 см аттестованной смеси мышьяка концентрации 5 мг/дм и регистрируют и обрабатывают 2-3 воспроизводимые вольтамперограммы пробы с добавкой.
     
     8.2.4. Выполняют команду "Расчет". Если полученные результаты входят в интервал 0,07-0,13 мг/дм, то электроды считают готовыми для работы.
     
     8.2.5. В противном случае повторяют проверку электродов. В случае повторных отрицательных результатов проводят накопление новой пленки золота, предварительно удалив имеющуюся. Для этого срезают верхний слой электрода (толщиной 0,5-1 мм) скальпелем и тщательно промывают бидистиллированной водой.     
     

8.3. Анализ подготовленной пробы

     
     Рекомендуется одновременно проводить анализ двух параллельных и одной резервной проб.
     
     8.3.1. Стаканчики с подготовленной по п.7.6 пробой помещают в прибор (если пробоподготовка велась в тиглях, переливают пробу полностью, без аликвот, в кварцевые стаканчики). Устанавливают в прибор электроды, трубочки для газа. Включают газ.
     
     8.3.2. Из каталога загружают методику "As с газом". Устанавливают параметры пробы: объем аликвоты - 1 см; объем минерализата - 1 см; масса навески - масса пробы, взятой для анализа (0,3-2,0 г). Регистрируют вольтамперограммы пробы.
     
     8.3.3. Если пики мышьяка не проявляются, увеличивают время накопления до 100-300 с, время подготовки изменяют на 20 с. Регистрируют и обрабатывают 2-3 воспроизводимые вольтамперограммы.
     
     8.3.4. Вводят в каждую ячейку добавку аттестованной смеси мышьяка концентрации 1 или 5 мг/дм. Регистрируют и обрабатывают вольтамперограммы пробы с добавкой.
     
     8.3.5. Выполняют команду "Расчет". В результате получают три значения концентрации мышьяка в исходной пробе.
     
     Примечание. Если в анализируемой пробе содержится большое количество меди, то пики мышьяка могут искажаться. В этом случае берут меньшую навеску анализируемой пробы (в 2-3 раза), а время накопления увеличивают.
     
     
     8.3.6. После измерения стаканчики и электроды каждой ячейки промывают бидистиллированной водой.
     
     

9. Обработка результатов измерений

     
     9.1. Массовая концентрация мышьяка в анализируемой пробе вычисляется автоматически по формуле:
     

,

     
где  - содержание мышьяка в анализируемой пробе, мг/дм;
     
      - концентрация аттестованной смеси мышьяка, из которой делается добавка к анализируемой пробе, мг/дм;
     
      - объем добавки аттестованной смеси мышьяка, см;
     
      - величина пика мышьяка в анализируемой пробе, мкА;
     
      - объем минерализата, полученного растворением золы в известном объеме растворителя, см;
     
      - объем аликвоты, взятой для анализа из минерализата, см;
     
      - величина пика мышьяка в пробе с добавкой аттестованной смеси, мкА;
     
      - навеска пробы, взятой для анализа, см.
     
     9.2. В результате анализа получают три значения концентрации мышьяка. Условно будем считать два из них параллельными, а один  - резервным.
     
     Рассчитывают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений концентрации  и :
     

     
     Определяют допускаемое расхождение между параллельными определениями , используя , % из табл.5:
     

, мг/дм

     
     Если расхождение между параллельными определениями не превышает допускаемого: , то среднее арифметическое значение  принимают за результат анализа.
     
     В противном случае расчет повторяют, используя резервный результат анализа и один (более близкий к нему по значению) параллельный результат. Если расхождение между определениями превышает допускаемое, повторяют анализ пробы.
     
     9.3. Характеристика относительной погрешности измерения составляет ±35% () при доверительной вероятности 0,95.
     
     

10. Оформление результатов измерения

     
     Средние значения результатов измерения концентрации элементов в двух параллельных пробах заносят в протокол по форме:
     

Протокол N
количественного химического анализа
     

Результаты химического анализа

11. Контроль погрешности методики выполнения измерений

     
     11.1. Контроль сходимости результатов параллельных определений при анализе одной пробы проводят по двум параллельным результатам анализа, полученным в одинаковых условиях. Его проводят по п.9.2 настоящих методических указаний.
     
     Оперативный контроль сходимости является предупредительным и проводится при каждом анализе.
     
     11.2. Оперативный контроль воспроизводимости. Проводят по двум результатам анализа одной и той же пробы, полученным в разных условиях,  и . Для этого рассчитывают среднее арифметическое значение концентрации, :     

     
     Вычисляют допускаемое расхождение между параллельными определениями , используя значения , % из табл.5:
     

, мг/ дм.

     
     
Таблица 5

Значения нормативов оперативного контроля случайной составляющей погрешности
(сходимости и воспроизводимости) при доверительной вероятности =0,95

     
     
     Расхождение между результатами анализа одной и той же пробы, полученными в разных условиях, не должно превышать допускаемого:     

     
     В противном случае один результат или оба неверны, анализ повторяют. Контроль воспроизводимости также проводится при смене партии реактивов, посуды, после ремонта прибора, но не реже одного раза в месяц.
     
     11.3. Контроль точности результатов анализа. Проводят по одному из двух вариантов.
     
     11.3.1. В первом варианте образцами для контроля точности являются пробы стандартных образцов (ГСО), по составу адекватные пробам анализируемых объектов. Если предварительно установлено, что в анализируемой пробе отсутствует определяемый компонент, то образцами для контроля точности может служить реальная проба с добавками ГСО определяемого компонента в диапазоне определяемых концентраций. Добавку делают на самой ранней стадии (до пробоподготовки).
     
     В этом случае расхождение между результатом анализа () стандартного образца или образца для контроля и аттестованным значением содержания элемента в нем () не должно превышать значения норматива оперативного контроля погрешности (точности):     

     
     Значения норматива оперативного контроля точности (внутрилабораторного или внешнего) рассчитывают, используя значения , % из табл.6:
     

, мг/ дм

     
     
Таблица 6

Значения нормативов оперативного контроля относительной погрешности
при проведении контроля с использованием образцов для контроля

     
     
     11.3.2. По второму варианту образцами для контроля точности являются пробы реальных анализируемых объектов, а также пробы этих объектов с добавкой ГСО определяемого элемента. К добавке предъявляется ряд требований:
     
     - добавка должна вводиться в пробу на самой ранней стадии, чтобы пробу с добавкой ГСО провести через все стадии пробоподготовки и анализа;
     
     - вводимая добавка должна содержать примерно такое же количество (концентрацию) определяемого элемента, что и анализируемая проба;
     
     - проба с введенной добавкой не должна выходить за верхнюю границу определяемых концентраций элемента.
     
     Контроль проводят в этом случае по результатам анализов пробы () и пробы с добавкой () определяемого элемента концентрации  в исходную пробу. Разница между найденной ()  и вводимой () концентрацией добавки по абсолютной величине при =0,90 не должна превышать значения норматива оперативного контроля :     

     
     Норматив оперативного контроля во всем диапазоне определяемых содержаний рассчитывают по формулам при проведении:
     
     - внутрилабораторного контроля (=0,90):     

;

     
     - внешнего контроля (=0,95):
     

,

     
где  (мг/дм) - характеристика абсолютной погрешности, соответствующая пробе с добавкой (исходной пробе), рассчитывается по формулам:
     

;

,

     
где  - содержание определяемого элемента в пробе с добавкой, мг/дм;
     
      - содержание определяемого элемента в пробе, мг/дм;
     
      - характеристика относительной погрешности.
     
     Методические указания разработаны ООО "НПП Техноаналит", Томский политехнический университет.



Текст документа сверен по:
официальное издание
Измерение массовой концентрации химических веществ
методом инверсионной вольтамперометрии:
Сб. методических указаний. -
М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора
Минздрава России, 2003