МУК 4.1.1956-05

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной
спектрофотометрии

Дата введения 2005-07-01

     1. РАЗРАБОТАНЫ ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина: д.б.н. А.Г.Малышева, к.х.н. Н.Ю.Козлова, к.х.н. А.А.Беззубов, Н.Ю.Карцева.
     
     2. УТВЕРЖДЕНЫ Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко 21 апреля 2005 г.
     
     3. ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 2005 г.
     
     4. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ
     
     

Предисловие

     Нефть - горючее ископаемое, являющееся одним из важнейших источников жидкого топлива, смазочных масел, а также сырья для химической промышленности. Она представляет собой жидкость от светло-коричневого до темно-бурого цвета. Плотность нефти колеблется от 0,65 до 1,05 г/см. Нефти с плотностью ниже 0,83 г/см называются легкими, с плотностью 0,83-0,86 г/см - средними, а с более высокой плотностью - тяжелыми. Начало кипения нефти начинается обычно около 20 °С. Встречаются и более тяжелые нефти с началом кипения около 100 °С и выше. Средняя молекулярная масса нефти колеблется от 220 до 300 (редко 450-470). При перегонке нефти, включая вакуумную, при температурах до 450-500 °С выкипает до 80% объема пробы, при температурах до 560-580 °С - до 90-95%. Нефть застывает от 0 до 30 °С в зависимости от содержания углеводородов. Она является легковоспламеняющейся жидкостью с температурой вспышки от -35 до +120 °С. Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.
     
     По химическому составу нефть представляет собой сложнейшую смесь, содержащую около 1000 индивидуальных веществ. Из них большая часть - углеводороды (более 500), составляющие обычно 80-90% по массе и гетероатомные органические соединения (4-5%, по массе), преимущественно сернистые (около 250) и азотистые (более 80). Из остальных соединений следует отметить растворенные в нефти углеводородные газы C-C в количестве 1-4%, металлоорганические соединения (ванадиевые и никелевые), соли органических кислот, минеральные соли и воду (до 10%). Углеводородный состав нефти представлен парафиновыми углеводородами (30-50%, по объему), нафтеновыми углеводородами (25-75%) и ароматическими соединениями (10-35%) (Химическая энциклопедия. Т.3, с.233: Научное издательство "Большая российская энциклопедия". М., 1992). Гетероатомные компоненты нефти состоят из серосодержащих соединений (сероводород, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны), азотсодержащих соединений (гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины) и кислородсодержащих соединений (нафтеновые кислоты, фенолы). Содержание вышеперечисленных веществ колеблется в широких пределах в зависимости от месторождения нефти.
     
     Загрязнение почвы нефтью и продуктами ее переработки становится в настоящее время актуальной гигиенической проблемой для Российской Федерации. Особенно это относится к Западно-Сибирскому и Северо-Кавказскому регионам, Республиках Коми, Башкортостане, Татарстане, а также к районам Среднего и Нижнего Поволжья. Сложность химического состава нефти требует для организации мониторинга загрязнения почвы разработки, наряду с многокомпонентными методами, ориентированными на идентификацию с количественным определением компонентов нефти, также разработки аналитических методов контроля суммарного содержания нефти.
     
     

1. Область применения

     Методические указания по ИК-спектрофотометрическому определению нефти в почве предназначены для использования лабораториями центров гигиены и эпидемиологии, санитарных лабораторий промышленных предприятий, лабораторий научно-исследовательских институтов, работающих в области гигиены окружающей среды. Методические указания разработаны с целью обеспечения аналитического контроля загрязнения почвы в районах расположения предприятий по добыче и переработке нефти, магистральных нефтепроводов и районов после ликвидации загрязнения в результате разлива нефти.
     
     

2. Общие положения

     Настоящие методические указания устанавливают количественный химический анализ почвы с помощью ИК-спектрофотометрии для определения в ней нефти в диапазоне концентраций 20-7000 мг/кг.
     
     Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563-96 "Методики выполнения измерений", ГОСТ 17.4.4.02-84 "Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического, гельминтологического анализа".
     
     Методические указания одобрены и приняты на бюро Секции по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды Проблемной комиссии "Научные основы экологии человека и гигиены окружающей среды" и бюро Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
     
     

3. Токсикологическая характеристика

     Нефть является природным жидким токсичным продуктом. Контакт с нефтью вызывает сухость кожи, пигментацию или стойкую эритему, приводит к образованию угрей, бородавок на открытых частях тела. Острые отравления парами нефти вызывают повышение возбудимости центральной нервной системы, снижение кровяного давления и обоняния. Нефть содержит легколетучие вещества, вызывающие повышенную заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения со стороны центральной нервной системы.
     
     Аварийные разливы нефти вызывают сильные и частично необратимые повреждения природных комплексов. При дозах нефти 250 мг/кг почвы снижалась всхожесть контрольных семян примерно на 50%, а при дозах 400 мг/кг - полностью подавлялась. Легкие фракции нефти (бензиновая и дизельная) еще более фитотоксичны: снижение всхожести контрольных семян на 50% происходило при дозах нефти 150 и 90 мг/кг. Тяжелые фракции нефти (моторное масло и гудрон) не оказывали фитотоксичного действия на тест-растения даже при очень высоких дозах.
     
     Загрязнение почвы нефтью приводило к необратимым изменениям микробиологических свойств почвы. При дозах до 300 мг/кг почва становилась основным трофическим субстратом для углеводородокисляющих микроорганизмов. Другие виды микроорганизмов, растения и животные находились в угнетенном состоянии. Превышение этой дозы практически полностью подавляло биологическую активность почвы.
     
     Установлена ПДК нефтяных паров и опасных веществ в воздухе рабочей зоны, равная 10 мг/м. ПДК в воде водных объектов не более 0,1 мг/дм (для нефти 3, 4 классов), и не более 0,3 мг/дм (для нефти 1, 2 классов). Гигиенический норматив нефти в почве не установлен.
     
     

4. Погрешность измерения

     Методика обеспечивает выполнение измерений с погрешностью , не превышающей ±24%, при доверительной вероятности 0,95.
     
     

5. Метод измерений

     Измерение концентраций нефти () в почве основано на экстракции нефтяных углеводородов четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении от полярных соединений на оксиде алюминия и количественном определении на ИК-спектрофотометре.
     
     

6. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы и реактивы

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

6.1. Средства измерений

     
6.2. Вспомогательные устройства

     
6.3. Материалы

     
6.4. Реактивы

     
     
7. Требования безопасности

     7.1. При работе с концентратомером КН-2 или другим аналогичным прибором следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации прибора.
     
     7.2. При работе с реактивами следует соблюдать необходимые меры безопасности, установленные для работы с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ 12.1.005-88.
     
     7.3. Все работы с четыреххлористым углеродом проводить под тягой, и в перчатках, избегая попадание его на кожу. Следует помнить, что он отнесен к группе веществ, для которых в экспериментах на животных доказано канцерогенное действие.
     
     

8. Требования к квалификации оператора

     К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица с квалификацией инженера-химика, знающие устройство и правила эксплуатации прибора.
     
     

9. Условия измерений

     При выполнении измерений соблюдают следующие условия:
     
     9.1. Приготовление проб к анализу проводят в нормальных условиях при температуре воздуха (20±5) °С, атмосферном давлении 630-800 мм рт.ст. и влажности воздуха не более 80%.
     
     9.2. Выполнение измерений на концентратомере проводят в условиях, рекомендованных технической документацией к прибору и настоящими методическими указаниями.
     
     

10. Подготовка к выполнению измерений

     Перед выполнением измерений проводят следующие работы:
     
     - очистку четыреххлористого углерода;
     
     - подготовку оксида алюминия;
     
     - подготовку стекловаты;
     
     - подготовку стеклянной посуды;
     
     - приготовление образцов почвы;
     
     - подготовку хроматографической колонки;
     
     - установление нулевого значения шкалы концентратомера и установление градуировочной характеристики.
     

10.1. Очистка четыреххлористого углерода

     Проверяют чистоту каждой партии в соответствии с инструкцией к прибору. В случае непригодности четыреххлористого углерода к работе выполняют его очистку. С этой целью его перегоняют, собирая фракцию с температурой кипения 76-78 °С.
     

10.2. Подготовка оксида алюминия

     Оксид алюминия с размером зерен 0,10-0,25 мм (40-100 меш) промывают четыреххлористым углеродом высушивают на воздухе в вытяжном шкафу, прокаливают в фарфоровой чашке в муфельной печи при 500-600 °С в течение 3-4 ч. После чего добавляют 3% (по массе) дистиллированной воды и тщательно перемешивают, плотно закрывают и используют не ранее чем через 24 ч. Оксид алюминия хранят в эксикаторе. Срок хранения оксида алюминия 1 месяц. Использованный ранее для очистки оксид алюминия можно регенерировать промыванием его четыреххлористым углеродом, испарением растворителя и последующим прокаливанием при 300-400 °С в течение 3-4 ч.
     

10.3. Подготовка стекловаты и стеклянной посуды

     Стекловату или стеклоткань промывают разбавленной (1:1) серной кислотой, дистиллированной водой и высушивают в сушильном шкафу при 105 °С.
     
     Химическую посуду тщательно моют хромпиком, промывают дистиллированной водой и высушивают в сушильном шкафу.
     

10.4. Подготовка проб

     Отбор проб почвы и их подготовка к анализу проводится в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 "Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа" для всех видов почв. Образцы дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, как самой распространенной на территории Российской Федерации (около  площади), высушивают до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180-84. Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре в холодильнике при 4-5 °С не более 24 ч. Сухую пробу почвы рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки, затем выбирают включения - корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных, а также новообразования - друзы гипса, известковые журавчики. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Берут нужную навеску почвы.
     

10.5. Подготовка хроматографических колонок

     В нижнюю часть вымытой и высушенной колонки помещают комочек стеклоткани или стекловаты. Затем в колонку засыпают 3 г оксида алюминия и вновь помещают слой стеклоткани или стекловаты (0,5 см).
     

10.6. Экстракция

     Для экстракции нефти () из почвы используют колбу вместимостью 0,25 дм (колба N 1). Навеску почвы всыпают в колбу N 1, туда же приливают 60% требуемого объема четыреххлористого углерода. Рекомендуемые навески почвы () и объемы четыреххлористого углерода () при различном содержании нефти () (отношение  должно быть не менее 1,5 см/г) представлены в табл.10.1.
     
     

Таблица 10.1

     
     
     Колбу закрепляют на стойке аппарата для встряхивания (вибратора). Включают вибратор и в течение 15 мин интенсивно перемешивают почву с четыреххлористым углеродом. Затем в течение 10 мин содержимое колбы отстаивают, жидкость через бумажный фильтр сливают в колбу с притертой пробкой (колба N 2). В колбу N 1 приливают оставшиеся 40% от требуемого объема четыреххлористого углерода. Затем полностью повторяют операции по экстракции нефти из почвы. После отстаивания экстракт сливают в ту же колбу N 2 через бумажный фильтр.
     

10.7. Очистка экстракта

     В подготовленную по п.10.5 хроматографическую колонку наливают 3 см четыреххлористого углерода для смачивания. Как только четыреххлористый углерод впитается в оксид алюминия, небольшими порциями вливают экстракт. При этом внимательно следят, чтобы уровень жидкости не опускался ниже слоя оксида алюминия. Полученный элюат собирают в мерный цилиндр. Первые 3 см элюата отбрасывают.
     

10.8. Установление градуированной зависимости показаний прибора от содержания углеводородов
в четыреххлористом углероде

     Зависимость химического состава нефти от ее месторождения создает трудности при установлении градуировочной характеристики. Поэтому при определении загрязненности почвы нефтью неизвестного происхождения целесообразно пользоваться ГСО раствора нефти (углеводородов), в котором сбалансировано содержание основных классов углеводородов нефти: алканов, нафтенов и ароматических углеводородов.
     
     Раствор А готовят из ГСО 7822-2000, представляющего собой раствор нефти (углеводородов - УВ) в четыреххлористом углероде, следующим образом. Ампулу вскрывают, раствор из ампулы аккуратно, без потерь переносят в мерную колбу вместимостью 50 см через воронку. Затем ампулу пятикратно промывают четыреххлористым углеродом, сливая четыреххлористый углерод в мерную колбу, тщательно обмывая поверхность воронки, и доводят объем раствора до метки четыреххлористым углеродом. Массовая концентрация полученного раствора 1000 мг/дм.
     
     Готовят раствор Б концентрацией углеводородов  в четыреххлористом углероде 100 мг/дм. Для этого в мерную колбу емкостью 50 см приливают 20-25 см четыреххлористого углерода, затем пипеткой в ту же колбу вводят 5 см раствора А и доводят объем до метки четыреххлористым углеродом.
     
     Градуировочные растворы N 1-8 готовят непосредственно перед использованием путем разбавления растворов А и Б (см. табл.10.2).
     
     

Таблица 10.2

     
     
     Исходный четыреххлористый углерод по п.10.1 заливают в кювету и выставляют нулевое показание. Затем заливают в кювету раствор Б с концентрацией 100 мг/дм и выставляют показание 100. После этого последовательно заливают в кювету растворы N 1-6, Б, 6-8. Строят rpaдуировочный график, откладывая на оси абсцисс концентрацию растворов (мг/дм), а на оси ординат показания прибора. При 400 мг/дм показания прибора указывают на то, что он находится в состоянии переполнения. В этом случае необходимо разбавление раствора углеводородов четыреххлористым углеродом, и истинная концентрация углеводородов в растворе CCl может быть определена расчетным путем.
     

10.9. Установление градуированной зависимости показаний прибора от содержания нефти
в четыреххлористом углероде

     Если нефть, являющаяся источником загрязнения почвы, известного происхождения и может быть доступна, то градуировочную характеристику строят по этой нефти.
     
     Готовят раствор А с концентрацией нефти в четыреххлористом углероде () 1000 мг/дм. Для этого в мерную колбу емкостью 50 см приливают 20-25 см четыреххлористого углерода, затем пипеткой вводят 50 мг нефти, объем которой рассчитывают, как частное от деления массы нефти на ее плотность (например, при плотности нефти 0,840 г/см это будет 0,06 см) и доводят объем раствора до метки четыреххлористым углеродом.
     
     Готовят раствор Б с концентрацией  в четыреххлористом углероде 100 мг/дм . Для этого в мерную колбу емкостью 50 см приливают 20-25 см четыреххлористого углерода, затем пипеткой в ту же колбу вводят 5 см раствора А и доводят объем раствора до метки четыреххлористым углеродом.
     
     Готовят градуировочные растворы по п.10.8 с концентрацией  5,0; 10,0; 20,0; 50,0; 75,0; 200; 300; 400 мг/дм. Далее все градуировочные растворы, а также раствор Б чистят, пропуская растворы по п.10.7 через хроматографические колонки с оксидом алюминия. Получаемый в процессе очистки элюат собирают в колбочки. Исходный четыреххлористый углерод заливают в кювету и выставляют нулевое показание прибора. Затем заливают в кювету раствор Б и выставляют показание 100. Далее последовательно анализируют растворы 1-8. Строят градуировочный график аналогично п.10.8. При 400 мг/дм показания прибора указывают на то, что прибор находится в состоянии переполнения. Необходимо разбавление полученного после очистки элюата четыреххлористым углеродом с последующим учетом этого разбавления при расчете концентрации нефти в элюате.
     

10.10. Установление градуировочной зависимости показаний прибора КН-2
от содержания нефти в сухой почве

     Устанавливают градуировочную зависимость содержания нефти в почве для определенного вида почвы.
     
     Образцы почвы готовят по п.10.4. Масса каждого образца - 50 г. Для градуировки используют 5 навесок почвы с концентрациями =0 (N 0), 1000 (N 1), 3000 (N 2), 5000 (N 3), 7000 (N 4) мг/кг. Для этого в навески почвы NN 1-4 пипеткой вносят 50, 150, 250 и 350 мг нефти, объем которой рассчитывают, как частное от деления массы нефти на ее плотность (например, при плотности нефти 0,84 г/см это будет 0,06, 0,18, 0,30 и 0,42 см).
     

или  

     
     Почву тщательно перемешивают и перетирают ступкой в фарфоровой чашке. Далее каждый образец почвы помещают в колбу емкостью 0,25 дм и экстрагируют по п.10.6 четыреххлористым углеродом (=75 см). Экстракт очищают по п.10.7. Элюат собирают в пробирки с притертой пробкой. Далее готовят растворы для анализа. Для этого по 1 см растворов NN 1-4 переносят в колбу емкостью 25 см и туда же добавляют 9 см четыреххлористого углерода, тем самым десятикратно уменьшая концентрацию нефти. Получают растворы N 1, N 2, N 3 и N 4. Элюат, полученный из экстракта N 0, непосредственно заливают в кювету и снимают показания концентратомера. По градуировочной зависимости, полученной по п.10.9, находят  в холостой пробе почвы. Последовательно заливают в кювету растворы 1, 2, 3 и 4. Снимают показания прибора и по градуировочной зависимости, полученной по п.10.9, находят  в каждом растворе. В случае раствора N 4 (а возможно для некоторых типов почв, и в случае раствора N 3) прибор указывает на то, что он находится в состоянии переполнения. Поэтому элюат, собранный после очистки экстракта из образца почвы N 4, анализируют следующим образом. Для этого 1 см элюата переносят в колбу емкостью 25-50 см, туда же добавляют 19 см четыреххлористого углерода, тем самым уменьшая  в 20 раз, получают раствор N 4.
     
     Заливают раствор в кювету, снимают показания прибора и по градуировочной зависимости по п.10.9 находят  в растворе N 4. Концентрацию нефти в элюате для растворов N 1-4 находят по формуле:
     

     
      - концентрация нефти в элюате, мг/дм;
     
      - концентрация нефти, найденная по градуировочной зависимости по п.10.9, мг/дм;
     
      - коэффициент разбавления элюата четыреххлористым углеродом;
     
     , где  - объем разбавленного элюата, см (по NN 1-3 10 см, по N 4 20 см),
     

,

где  - объем элюата, взятого для анализа, см (по N 1-4 =1 см);
     
      - объем четыреххлористого углерода, добавленный к элюату для разбавления, см (по N 1-3 9 см, по N 4 19 см).
     
      - концентрация в элюате неспецифических составляющих почвенного гумуса, а также остаточных нефтепродуктов, которые могут быть в почве, взятой в качестве контрольной, найденная по градуировочной зависимости по п.10.9 для образца почвы с 0 мг/кг (образец N 0).
     
     Зная количество экстрагента - четыреххлористого углерода -  и массу образца почвы - , можно рассчитать концентрацию в почве нефти, экстрагированной четыреххлористым углеродом:
     

     
      - концентрация нефти в почве, полученная расчетным путем, исходя из показаний концентратомера, мг/кг.
     
     Строят градуировочный график, откладывая на оси абсцисс расчетную концентрацию нефти , а на оси ординат -  - истинную концентрацию нефти в почве (в образцах почвы, приготовленных путем внесения заданных объемов нефти в навески почвы). Зависимость имеет линейный характер:
     

,

где -  коэффициент пропорциональности, устанавливающий зависимость степени экстракции нефти из почвы четыреххлористым углеродом для данного вида почвы.
     
     Устанавливают  для данного вида почвы как .
     
     

11. Проведение анализа почвы

     Анализируемый образец почвы готовят по п.10.4. Отвешивают нужную навеску и экстрагируют по п.10.6. Экстракт подвергают очистке по п.10.7. Элюат собирают в колбу с притертой пробкой. Для предварительного анализа полученного элюата на содержание в нем нефти переносят 1 см элюата в колбу емкостью 25 см и приливают в эту же колбу 9 см четыреххлористого углерода, тем самым уменьшая концентрацию нефти в 10 раз. Заливают разбавленный элюат в кювету и снимают показания концентратомера. В случае показаний прибора в интервале 0-400 мг/дм разбавление полученного в результате очистки элюата достаточно. В случае показаний прибора более чем 400 мг/дм элюат необходимо разбавлять более, чем в 10 раз. Если имело место загрязнение почвы нефтью известного состава, то концентрацию нефти в разбавленном элюате находят по градуировочной зависимости, полученной по п.10.9. Если же нефть недоступна, то ее концентрацию в разбавленном элюате находят по градуировочной зависимости, полученной по п.10.8.
     
     

12. Вычисление результатов измерений

     Концентрацию нефти в пробе почвы рассчитывают по формуле:
     

, мг/кг,

где   - коэффициент пропорциональности, полученный в результате обработки градуировочной зависимости действительной и измеренной концентрации нефти в почве, устанавливается для данного вида почвы;
     
      - коэффициент разбавления элюата четыреххлористым углеродом, см/см;
     
      - концентрация нефти в разбавленном элюате, определенная по градуировочной зависимости по п.10.9 (в случае доступности нефти, поступившей в почву), либо по п.10.8 (в случае недоступности нефти), мг/дм;
     
      - концентрация в элюате неспецифических составляющих почвенного гумуса, а также остаточных нефтепродуктов, которые могут быть в почве, взятой в качестве контрольной, определенная либо по градуировочной зависимости по п.10.8, либо по п.10.9, мг/дм;
     
      - объем исходного четыреххлористого углерода, взятый для экстракции нефти из образца почвы, дм;
     
      - навеска почвы, кг.
     
     

13. Оформление результатов измерений

     Результат измерения в документах, предусматривающих его использование, представляют в виде:
     

±24%, мг/кг, или ±0,24  

     
     с указанием даты проведения анализа, места отбора пробы, названия лаборатории, юридического адреса организации, ответственного исполнителя и руководителя лаборатории.
     
     

14. Контроль погрешности измерений

     Поскольку определение концентрации нефти в почве происходит путем измерения интенсивности поглощения С-Н связей ИК области спектра экстрагированной из почвы четыреххлористым углеродом нефти, то рассчитываемая по п.12  в конечном счете есть результат измерения. Контроль погрешности измерения массовой концентрации нефти в почве проводят при помощи навесок почвы с известным содержанием нефти. Рассчитывают среднее значение результатов измерений содержания нефти в почве, отнесенное к единице массы почвы:
     

,

где   - число измерений концентрации нефти в почве для данного образца;
     
      - результат измерения содержания нефти -ого измерения, мг/кг.
     
     Рассчитывают среднее квадратичное отклонение результата измерения концентрации нефти в почве:
     

     
     Рассчитывают доверительный интервал:
     

,

где   - коэффициент нормированных отклонений, определяемый по таблицам Стьюдента, при доверительной вероятности 0,95, затем относительную погрешность определения концентрации нефти:
     

%

     
     Если 24%, то погрешность измерений удовлетворительная. Если данное условие не выполняется, то выясняют причину и повторяют измерения.



Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Федеральный центр гигиены и
эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006