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

    
    
Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

    
    
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

    
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-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

    
    
    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

    
    
    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

    
    
    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 рН11. 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:
    

    
    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.
_______________
    * 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.7.5.
    
    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

    
    
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
    

.