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

     
     
Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

     
     
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

     
3.2. Вспомогательные устройства

     
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

     
     
     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

     
     
     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

     
     
     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

     
Масс-спектрометр ITD-800

     
     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.
_______________
     * На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51593-2000. - Примечание изготовителя базы данных.     
     
     

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

     
     
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:
     

.