Хромато-масс-спектрометрическое определение бензола, толуола, хлорбензола, этилбензола, о-ксилола, стирола в воде (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 10 апреля 1999 г. N МУК 4.1.739-99)

Хромато-масс-спектрометрическое определение бензола, толуола, хлорбензола, этилбензола, о-ксилола, стирола в воде
(утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 10 апреля 1999 г. N МУК 4.1.739-99)

Дата введения: с момента утверждения

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 , бензола, хлорбензола, этилбензола 0,005-2,0 , ксилола 0,025-10 .

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.

1. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнение измерений концентраций бензола, стирола, этилбензола, о-ксилола, толуола и хлорбензола 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
Бензол		78	80,1	0,879	0,82	-
Толуол		92	110,6	0,867	0,57	беск.
Хлорбензол		112	132,0	1,107	0,49	беск.
Этилбензол		106	136,1	0,867	0,14	-
о-Ксилол		106	144,4	0,880	н. р.	-	х. р.
Стирол		104	145,2	0,906	т. р.	р.	р.
* Примечание: н. р. - нерастворимо, т. р. - трудно растворимо, р. - растворимо, х. р. - хорошо растворимо, - смешивается в любых соотношениях.

Таблица 2

Гигиенические нормативы анализируемых веществ

Наименование вещества	ПДК,	Класс опасности
Бензол	0,01	2
Толуол	0,5	4
Хлорбензол	0,02	3
Этилбензол	0,01	4
о-Ксилол	0,05	3
Стирол	0,1	3

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

Хромато-масс-спектрометр МАТ-90 фирмы "Finnigan MAT" (США, ФРГ), состоящий из масс-спектрометра МАТ-90, газового хроматографа Varian 3400, компьютера Micro VIP 2 или 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, 2-100-2, 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 , или аналогичные
Пипетки стеклянные, вместимостью 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 и 10 1 или 2I класса	ГОСТ 29169-91
Секундомер СДС пр. 1-2-000	ГОСТ 5072-79
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 0,25 мм с нанесенной жидкой 5%-ной фенил- и 95%-ной метилсиликоновой фазой и толщиной пленки 0,25 мкм, или аналогичная Хроматографическая колонка из кварцевого стекла DB-DIOXIN фирмы J&W Scientific (США) длиной 60 м и внутренним диаметром
0,25 мм с толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм
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	ГОСТ 25336-82
Контейнеры для отбора проб емкости из темного стекла, объемом 1 , снабженные завинчивающейся крышкой с тефлоновой прокладкой
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

Бензол, х.ч.	ГОСТ 5955-75
Вода дистиллированная	ГОСТ 6709-72
Гексан нормальный, х.ч.	ТУ 6-09-3375-78
Калий двухромовокислый, х.ч.	ГОСТ 4220-75
Кислота серная концентрированная, ч.	ГОСТ 4204-77
о-Ксилол, х.ч	ТУ 6-09-915-76
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

Стирол, х.ч.	ГОСТ 10003-90
Толуол, х.ч.	ГОСТ 5789-78
Хлорбензол, ч.д.а	ГОСТ 646-73
Этилбензол, х.ч.	ГОСТ 9385-77

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 хроматомасс-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-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 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 , доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора - 30 дней.

Исходный раствор N 1 бензола, хлорбензола, этилбензола (С = 0,5 ). 50 мг каждого из ароматических соединений 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 1 бензола, хлорбензола, этилбензола (С = 0,05 ). 1 исходного раствора 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.

Исходный раствор N 2 о-ксилола (С = 0,5 ). 50 мг о-ксилола 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 о-ксилола (С = 0,25 ). 5 исходного раствора 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.

Исходный раствор N 3 толуола, стирола (С = 0,5 ). 50 мг каждого из ароматических соединений 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.

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 () каждого соединения и строятся по 7 сериям градуировочных растворов.

Градуировочные растворы бензола, хлорбензола и этилбензола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 . 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.

Градуировочные растворы о-ксилола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 . 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.

Градуировочные растворы толуола и стирола готовят в мерных колбах, вместимостью 1000 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 3

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации бензола, хлорбензола и этилбензола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора (С = 0,05 ),	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества,	0,005	0,025	0,05	0,1	0,5	1,0	2,0
* Примечание: хромато-масс-спектрометрический анализ проводят либо на масс-спектрометре с магнитным масс-анализатором MAT-90, либо на масс-спектрометре "ионная ловушка " ITD-800.

Таблица 4

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации о-ксилола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора (С = 0,25 ),	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества,	0,025	0,125	0,25	0,5	2,5	5,0	10

Таблица 5

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентрации толуола и стирола

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7
Объем рабочего раствора (С = 0,5 ),	0,1	0,5	1,0	2,0	10	20	40
Концентрация вещества,	0,05	0,25	0,5	1	5	10	20

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 рН > 11. Значение рН раствора устанавливают с помощью индикаторной бумаги.

В мерную колбу из-под градуировочного раствора приливают замеренные цилиндром (100 ) 20 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 . Градуировочный раствор последовательно экстрагируют еще 2 раза порциями по 20 гексана как описано выше. Объединенные экстракты (60 ) 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 гексана, которые затем добавляют к экстракту в выпаривательной колбе.

В выпаривательную колбу помещают 1 или 2 чистых "кипелки" и экстракт (70 ) осторожно упаривают на водяной бане при температуре 35-40°С до объема 5-8 и переносят в выпаривательную колбу, вместимостью 10 . Перенесенный экстракт упаривают до объема 0,5 . Затем микрошприцем отбирают 0,001 упаренного экстракта и вводят через инжектор в колонку хроматографа.

Анализ проводят либо на приборе МАТ-90, либо на приборе ITD-800 в следующих условиях:

Масс-спектрометр МА Т-90

Режим программирования температуры хроматографической колонки	50°С - 1 мин,
в интервале 50-250°С со скоростью	10°С/мин,
250°С без деления потока последующей с продувкой растворителя	10 мин;
температура инжектора	200°С;
расход газа-носителя	1 ;
ионизирующее напряжение	70 эВ;
ток эмиссии	0,5 мА;
ускоряющее напряжение	4600 В;
температура ионного источника	200°С;
диапазон сканируемых масс а. е. м. (ат. ед. массы);	35-260
скорость сканирования магнитного поля магнита	1 с/декада.

Масс-спектрометр ITD-800

Режим программирования температуры
хроматографической колонки	50°С - 5 мин,
в интервале 50-65°С со скоростью	7°С/мин,
в интервале 65-200°С со скоростью без деления потока с последующей продувкой растворителя;	10°С/мин,
температура инжектора	200°С;
расход газа-носителя	1 ;
напряжение умножителя	2000 В;
температура рестриктора	220°С;
диапазон сканирования масс (ат. ед. массы)	35-260 а. е. м.;
скорость сканирования магнитного поля магнита	1 с/скан.

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

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.

Таблица 6

Хроматографические и масс-спектромегрические характеристики ароматических соединений

N	Вещество	Время удерживания, мин:сек		Характеристические массы, а. е. м.
		МАТ 90	ITD-800	Основной ион	Подтверждающие ионы
1	Бензол			78	77,79
2	Толуол			91	65,92
3	Хлорбензол			112	77,114
4	Этилбензол			91	105,106
5	о-Ксилол			91	105,106
6	Стирол			104	78,103

7.5. 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 1 результата измерения отбирают 2 одинаковые пробы воды. Отобранные пробы воды хранят при температуре , 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. 7.4.

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 () определяют по соответствующим градуировочным характеристикам.

Вычисляют среднее значение концентрации определяемого вещества:

Рассчитывают относительную разницу результатов 2 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:

Оформление средних значений результатов измерений анализируемых соединений в воде осуществляют в виде протокола.

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 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

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:

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