Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 10 апреля 1999 г. N МУК 4.1.741-99)

Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде
(утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 10 апреля 1999 г. N МУК 4.1.741-99)

Дата введения: с момента утверждения

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 , хризена - 0,004-0,2 , бензо(а)пирена - 0,002-0,2 .

Физико-химические свойства полиароматических углеводородов представлены в табл. 1, а их гигиенические нормативы - в табл. 2.

1. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений концентраций фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, бензо(а)пирена и хризена с погрешностью, не превышающей при доверительной вероятности 0,95.

Таблица 1

Физико-химические свойства веществ

Наименование вещества	Формула	Молек. масса	,°С	Плотность	Растворимость,
					вода	этанол	эфир
Фенантрен		178	342,3	1,063	н. р.	20	89,3
Антрацен		178	351	1,283	н. р.	0,76	р.
Флуорантен		202	384	-	-	-	-
Пирен		202	392	1,271	н. р.	14	х. р.
Хризен		228	448	-	-	-	-
Бензо(а)пирен		252	495	1,351	н. р.	р.	р.
* Примечание: н. р. - нерастворимо; р. - растворимо; х. р. - хорошо растворимо.

Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

Наименование вещества	ПДК,	Класс опасности
Бензо(а)пирен		1
* Примечание. Для фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена и хризена ПДК в воде не установлены.

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

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

ГАРАНТ:

См. ГОСТ Р 53228-2008 "Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания", утвержденный приказом Ростехрегулирования от 25 декабря 2008 г. N 739-ст

Колбы мерные 2-10-2, 2-50-2, 2-100-2, 2-1000-2	ГОСТ 1770-74Е
Меры массы	ГОСТ 7328-82Е

См. ГОСТ OIML R 111-1-2009 "Государственная система обеспечения единства измерений. Гири классов , , , , , , , и . Часть 1. Метрологические и технические требования", введенный в действие приказом Росстандарта от 22 августа 2011 г. N 233-ст

Микрошприцы для хроматографии 701N фирмы "Hamilton" (США), вместимостью 0,001 и 0,05 или аналогичные
Пипетки стеклянные, вместимостью 1, 2, 5, 10 и 25 1-го или 2-го класса точности	ГОСТ 29169-91
Секундомер СДС пр.1-2-000	ГОСТ 5072-79
Стандартные образцы растворов фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо[а]пирена в метаноле АОЗТ "ЭКРОС"
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 0,32 мм с нанесенной жидкой 5%-ной фенил- и 95%-ной метилсиликоновой фазой и толщиной пленки 0,25 мкм, или аналогичная
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

ГАРАНТ:

Постановлением Госстандарта СССР от 15 июля 1982 г. N 2670 взамен ГОСТ 10394-72 с 1 января 1984 г. введен в действие ГОСТ 25336-82

Колбы круглодонные К-1-100-29/32 ТХС и К-1-250-29/32 ТСХ	ГОСТ 25336-82
Контейнеры для отбора проб емкости из темного стекла объемом 1 , снабженные завинчивающейся крышкой с тефлоновой прокладкой
Холодильник ХШ-1- 300-29/32	ГОСТ 25336-82
Шкаф сушильный электрический 2И-151
Электроплитка	ГОСТ 14919-83

3.3. Материалы

Бумага индикаторная универсальная фирмы "Лахема" (Чехия) или аналогичная
Гелий газообразный марки А	ТУ 51-940-80

3.4. Реактивы

Вода дистиллированная	ГОСТ 6709-72
Калий двухромовокислый, х.ч.	ГОСТ 4220-75
Кислота серная концентрированная, ч.	ГОСТ 4204-77
Натрия гидроксид, х.ч.	ГОСТ 4328-77
Натрий сернокислый безводный, х.ч.	ГОСТ 4166-76
Спирт этиловый, ректификационный, х.ч.	ГОСТ 18300-72

ГАРАНТ:

См. ГОСТ Р 55878-2013 "Спирт этиловый технический гидролизный ректификованный. Технические условия", утвержденный приказом Росстандарта от 22 ноября 2013 г. N 2057-ст

Циклогексан, х.ч.

ТУ 6-09-10-592-76

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 , 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 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 . 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 , 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 (для хризена - 0,1 ). Срок хранения растворов - 1 год при 4°С.

Рабочий раствор N 1 фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена (с = 0,002 ). По 1 исходного раствора этих веществ вносят в мерную колбу, вместимостью 100 , содержащую 20-30 этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес. при 4°С.

Рабочий раствор N 2 хризена (с = 0,002 ). 1 исходного раствора хризена вносят в мерную колбу, вместимостью 50 , содержащую 10-20 этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес. при 4°С.

Рабочий раствор N 3 бензо(а)пирена (с = 0,002 ). 1 исходного раствора бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 100 , содержащую 20-30 этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес. при 4°С.

Рабочий раствор N 4 бензо(а)пирена (с = 0,02 ). 1 рабочего раствора N 3 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 100 , содержащую 20-30 этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес. при 4°С.

Рабочий раствор N 5 бензо(а)пирена (с = 0,002 ). 1 рабочего раствора N 4 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу, вместимостью 10 , содержащую 2-3 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 () каждого соединения и строятся по 6 сериям градуировочных растворов.

Градуировочные растворы фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 . 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.

Градуировочные растворы хризена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 . 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.

Градуировочные растворы бензо(а)пирена готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 . 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 3

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем исходного р-ра (С = 0,2 ),	-	-	-	-	1	2
Объем рабочего р-ра N 1 (С = 0,02 ),	2	5	10	25	-	-
Концентрация вещества,	0,004	0,01	0,02	0,05	0,2	0,4

Таблица 4

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации хризена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем исходного р-ра (С = 0,1 ),	-	-	-	-	1	2
Объем рабочего р-ра N 2 (С = 0,002 ),	2	5	10	25	-	-
Концентрация вещества,	0,004	0,01	0,02	0,05	0,1	0,2

Таблица 5

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации бензо(а)пирена

Номер раствора	1	2	3	4	5	6
Объем рабочего р-ра N 4 (С = 0,02 ),	-	-	1	2	5	10
Объем рабочего р-ра N 2 (С = 0,002 ),	1	2	-	-	-	-
Концентрация вещества,	0,002	0,004	0,02	0,04	0,1	0,2

Градуировочные растворы из мерных колб, вместимостью 1000 , переливают в делительные воронки, вместимостью 1000 , снабженные тефлоновым или хорошо притертым и смазанным только водой стеклянным краном. Используя 10 М раствор гидроксида натрия, создают среду в водной фазе с . Значение рН раствора устанавливают с помощью индикаторной бумаги.

В мерную колбу из-под градуировочного раствора приливают замеренные цилиндром (100 ) 30 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 . Градуировочный раствор последовательно экстрагируют еще 2 раза порциями по 20 циклогексана как описано выше. Объединенные экстракты (70 ) высушивают от воды, пропуская через сухую пипетку, вместимостью 10 , заполненную 10 г сернокислого натрия, и собирают в выпаривательной колбе, вместимостью 100 . Для количественного переноса круглодонную колбу и пипетку промывают 10 циклогексана, которые затем добавляют к экстракту в выпаривательной колбе.

В выпаривательную колбу помещают 1 или 2 чистых "кипелки" и экстракт (80 ) осторожно упаривают на водяной бане при температуре 35-40°С до объема 5-8 и переносят в выпаривательную колбу, вместимостью 10 . Перенесенный экстракт упаривают досуха и к сухому остатку добавляют 0,05 циклогексана. Затем микрошприцем отбирают 0,001 упаренного экстракта и вводят через инжектор в колонку хроматографа.

Анализ проводят на приборе ITD-800 в следующих условиях:

режим программирования температуры хроматографическои колонки	40°С - 5 мин,
в интервале 40-290°С со скоростью	12°С/мин, 290°С - 6 мин,
в интервале 290-320°С со скоростью	20°С/мин, 320°С - 5 мин,
без деления потока с последующей продувкой растворителя;
температура инжектора	250°С;
расход газа-носителя	1 ;
напряжение умножителя	2100 В;
температура рестриктора	250°С;
диапазон сканирования масс (ат. ед. массы)	50-270 а. е. м.
скорость сканирования магнитного поля магнита	1 с/скан.

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

Таблица 6

Хроматографические и масс-спектрометрические характеристики полиароматических соединений

N	Вещество	Время удерживания, мин:сек	Характеристические массы, а. е. м.
			Основной ион	Подтверждающие ионы
1	Фенантрен		178	176, 179
2	Антрацен		178	176, 179
3	Флуорантен		202	200, 203
4	Пирен		202	200, 203
5	Хризен		228	226, 229
6	Бензо(а)пирен		252	125, 253

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 , 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.

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 , 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 () определяют по соответствующим градуировочным характеристикам.

Вычисляют среднее значение концентрации определяемого вещества:

Рассчитывают относительную разницу результатов двух параллельных измерений одной пробы:

, где

d - 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

1. Дата проведения анализа _______________________________________

2. Место отбора пробы ___________________________________________

3. Название лаборатории _________________________________________

4. Юридический адрес лаборатории ________________________________

Результаты количественного химического анализа

Шифр или N пробы	Определяемый компонент	Концентрация,	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 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

С - добавка вещества, ;

Kg - норматив оперативного контроля погрешности, .

При внешнем контроле (Р = 0,95) принимают

, где

и - характеристика погрешности для исходной пробы и пробы с добавкой, :

и

При внутрилабораторном контроле (Р = 0,90) принимают, что

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

Первый заместитель Министра здравоохранения Российской Федерации - Главный государственный санитарный врач Российской Федерации

Г.Г. Онищенко