Методические указания по хромато-масс-спектрометрическому определению летучих органических веществ в воде МУК 4.1.649-96 (утв. Первым заместителем Председателя Госкомсанэпиднадзора России - заместителем Главного государственного санитарного врача РФ 31 октября 1996 г.)

Методические указания по хромато-масс-спектрометрическому определению летучих органических веществ в воде
МУК 4.1.649-96
(утв. Первым заместителем Председателя Госкомсанэпиднадзора России - заместителем Главного государственного санитарного врача РФ 31 октября 1996 г.)

Дата введения: с момента утверждения

Настоящие методические указания устанавливают количественный хромато-масс-спектрометрический анализ воды водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения для определения в ней содержания летучих органических соединений в диапазоне концентраций 0,001-0,2 .

Физико-химические свойства веществ и их гигиенические нормативы представлены в табл. 1.

1. Погрешность измерений

Методика обеспечивает выполнения измерений с погрешностью, не превышающей %, при доверительной вероятности 0,95.

2. Метод измерений

Измерение концентраций летучих органических соединений основано на извлечении их из воды газовой экстракцией, концентрации на твердом полимерном адсорбенте, последующей термической десорбции, криогенном фокусировании в капилляре, газохроматографическом разделении на стеклянной капиллярной колонке и идентификации по масс-спектрам.

Нижний предел измерения ароматических углеводородов в объеме пробы 0,05 мкг; галогенсодержащих соединений 0,07 мкг; четыреххлористого углерода 0,1 мкг; кислородосодержащих соединений 0,1 мкг.

Определению не мешают присутствие диоксида углерода, этанола, пентана, гексана, 2-и 3-метилоктанов, нонана.

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 с магнитным или квадрупольным масс-анализатором Компьютерная система, обеспечивающая сбор и хранение всех масс-спектров в процессе проведения хромато-масс-спектрометрического анализа
Весы аналитические 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

Линейка измерительная	ГОСТ 17435-72
Лупа измерительная	ГОСТ 8309-75

ГАРАНТ:

См. ГОСТ 25706-83 "Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования", утвержденный постановлением Госстандарта СССР от 8 апреля 1993 г. N 1684

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

Микрошприц МШ-10М	ГОСТ 8043-75
Посуда стеклянная лабораторная	ГОСТ 1770-74Е, 20292-80, 25336-82

ГАРАНТ:

Постановлением Госстандарта СССР от 27 декабря 1991 г. N 2234 взамен ГОСТ 20292-74 в части общих требований к градуированным пипеткам с 1 января 1994 г. введен ГОСТ 29227-91

Постановлением Госстандарта СССР от 29 декабря 1991 г. N 2344 взамен ГОСТ 20292-74 в части бюреток с временем ожидания с 1 января 1994 г. введен в действие ГОСТ 29253-91

Ротаметр
Секундомер СДС пр. 1-2-000	ГОСТ 5072-79
Шприц стеклянный вместимостью 100	ГОСТ

3.2. Вспомогательные устройства

Гайки накидные с прокладками из витона (диаметр отверстия 6,3 мм)
Колонка стеклянная капиллярная хроматографическая длиной 50 м, внутренним диаметром 0,36 мм, покрытая неподвижной фазой SE-30 с толщиной пленки 0,25 мкм
Капилляр стеклянный U-образный длиной 140 мм и диаметром 0,7 мм
Капилляр стеклянный толстостенный длиной 200 мм, наружным диаметром 6,3 мм и внутренним диаметром 0,5 мм
Прибор стеклянный с пористой пластинкой для газовой экстракции длиной 550 мм и диаметром 20 мм
Сосуд Дьюара стеклянный высотой 80 мм и внутренним диаметром 25 мм
Трубки сорбционные из молибденового стекла длиной 200 мм и диаметром 5 и 6 мм
Эксикатор
Электропечь трубчатая длиной 160 мм и диаметром 13 мм

3.3 Материалы

Азот жидкий
Гелий газообразный марки А в баллоне	ТУ 51-940-80
Заглушки из фторопласта для сорбционных трубок
Мешочки для активированного угля марлевые
Стекловата силанизированная

3.4. Реактивы

Активированный уголь любой марки
Ацетон, ч. д, а.	ГОСТ 2768-84
Бензол, х. ч.	ГОСТ 5955-75
Дихлорметан, х. ч.	ТУ 6-09 2662-77
1,2-дихлорэтан, х. ч.	ТУ 6-09 2901-78
1,2-дихлорэтилен, х. ч.	ТУ 6-09 2667-78
Вода артезианская (дополнительно очищенная кипячением)
м.п-Ксилолы, х. ч.	ТУ 6-09-4556 77
о-Ксилол, х. ч.	ТУ 6-09-9156-76
Силикагель КСК, крупнозернистый
Стирол, х. ч.	ТУ 6-09-3999-78

Таблица 1

Физико-химические свойства и гигиенические нормативы соединений

Наименование вещества	Формула	Молек. масса	, °C	Плотность,	Растворимость, г/л
					вода	этанол	эфир
Ацетон		58,08	56,2	0,791	~	~	~
Бензол		78,0	80,0	0,879	0,82	~	~
Толуол		92,0	110,0	0,867	0,57	~	~
Этилбензол		106,1	136,2	0,867	0,14	~
м-, п-Ксилолы		106,1	138,3	0,861	н. р	л. р	л. р
о-Ксилол		106,1	144,4	0,880	н. р	л. р	л. р
Стирол		104,15	145,2	0,906	т. р	~	~
Дихлорметан		84,93	40,1	1,336	20,2	~	~
1,2-Дихлорэтилен		96,94	60,8	1,291	н. р	~	~
1,2Дихлорэтан		98,95	83,7	1,258	9,2	p	~
Хлороформ		119,37	61,27	1,498	10,0	~	~
Углерод четыреххлористый		153,81	76,8	1,632	0,8	~	~
Бромдихлорметан		163,83				~	~
Дибромхлорметан		208,28				~	~
Трихлорэтилен		131,38	88-90	1,440	1,0	~	~
Тетрахлорэтилен		165,82	возг.	2,983	н. р	т. р	т. р
Бромоформ		252,75	150,5	2,891	3,19	~	~

Продолжение таблицы 1

ПДК мг/л	Класс опасности	Масс-спектры
2,2	4	43	58	42	27	39	29	26	44
		100	33	7	6	4	4	4	4
0,01	2	78	52	51	77	50	39	79	76
		100	19	18	15	15	13	7	6
0,5	3	91	92	39	65	63	51	90	93
		100	75	15	12	8	8	6	5
0,01	3	91	106	51	92	77	65	39	78
		100	33	11	8	8	8	8	7
0,05	3	91	106	105	77	51	39	92	27
	1	100	63	28	14	14	14	8	8
0,05	3	91	106	105	77	51	39	92	27
		100	63	28	14	14	14	8	8
0,1	3	104	103	78	51	77	105	52	50
		100	40	30	26	18	9	9	8
7,5	4	49	84	86	51	47	35	48	88
		100	58	37	30	17	12	9	6
0,03	4	61	96	98	96	63	60	25	35
		100	62	40	36	32	27	17	12
0,03	3	62	27	49	64	26	63	51	61
		100	93	37	32	32	19	12	12
0,2	4	83	85	47	35	87	49	37	118
		100	64	31	15	10	10	5	2
0,002	2	117	119	121	47	82	35	84
		100	97	31	29	24	24	16
0,06		83	85	129	47	127	87	48	79
		100	66	17	16	13	11	11	7
0,1		129	127	131	208	210	48	47	91
		100	78	25	14	10	3	9	8
0.07	3	95	130	132	60	97	35	134	47
		100	90	85	65	64	40	27	26
0,04	3	166	164	129	131	168	47	94	35
		100	79	69	66	48	42	40	35
0,1	3	173	171	175	91	93	81	79	92
		100	52	50	17	16	13	11	10

Тенаке GC, зернением 0,2-0,25 мм фирмы "Alltech Associates", США
Толуол, х. ч.	ГОСТ 5789-78
Углерод четыреххлористый, х. ч.	ГОСТ 20228-74
Хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, бромоформ - реагенты для хроматографии фирмы "Alltech Assotiates" (США)
Этанол для хроматографии	ТУ 6-09-1710-77
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 12.1.005-88.

4.2. При выполнении измерений с использованием хромато-масс-спектрометра соблюдают правила электробезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации прибора.

5. Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений допускают лиц, имеющих квалификацию не ниже инженера-химика, с опытом работы на хромато-масс-спектрометре.

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 °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: приготовление сорбционных трубок, приготовление растворов, подготовка хроматографической системы, установление градуировочной характеристики, отбор проб.

7.1. Приготовление сорбционных трубок

Сорбционную трубку заполняют полимерным сорбентом тенакс, закрывают концы тампонами из стекловаты, помещают в нагретую до 300°С трубчатую электропечь и выдерживают в токе гелия при скорости 15 в течение 24 часов. По окончании кондиционирования трубки с заглушенными концами помещают для хранения в промытый и тщательно просушенный эксикатор, на дно которого насыпан слой сухого силикагеля КСК, а по бокам расположены марлевые мешочки с активированным углем.

7.2. Приготовление растворов

Исходный раствор ацетона в воде (с = 1 ). 50 мг ацетона вносят в мерную колбу вместимостью 50 , доводят артезианской водой до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при 4°С.

Рабочий раствор ацетона в воде (с = 4 ). 1 исходного раствора вносят в мерную колбу вместимостью 250 , доводят артезианской водой до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при 4°С.

Исходный раствор бензола, толуола, этилбензола, о-, м-, п-ксилолов и стирола (с = 1 ). 50 мг каждого из ароматических соединений вносят в мерную колбу вместимостью 50 , доводят этиловым спиртом до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при 4°С.

Рабочий раствор бензола, толуола, этилбензола, о-, м-, п-ксилолов и стирола (с = 4 ). 1 исходного раствора вносят в мерную колбу вместимостью 250 , доводят артезианской водой до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при 4°С.

Исходный раствор галогенсодержащих веществ (с = 1 ). 50 мг каждого из соединений вносят в мерную колбу вместимостью 50 , доводят этиловым спиртом до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при + 4°С.

Рабочий раствор галогенсодержащих веществ (с = 4 ). 1 исходного раствора вносят в мерную колбу вместимостью 250 , доводят артезианской водой до метки и перемешивают. Срок хранения - 1 месяц при 4°С.

7.3. Подготовка хроматографической системы

На крышке термостата газового хроматографа устанавливают штатив с вертикально закрепленной на нем трубчатой электропечью, внутри которой помещают толстостенный стеклянный капилляр, к которому подводят газ-носитель гелий. Выход капилляра с помощью накидных гаек с прокладками из витона соединяют с U-образным стеклянным капилляром, который, в свою очередь, подсоединяют непосредственно к стеклянной капиллярной хроматографической колонке. После того, как газовая линия хроматографической системы проверена на отсутствие утечек гелия, закрывают дверцу термостата хроматографа и проводят кондиционирование хроматографической колонки в токе гелия, поднимая температуру термостата со скоростью 6°С/мин до 250°С. Колонку выдерживают при этой температуре в течение суток. После охлаждения термостата хроматографа до комнатной температуры выход колонки подсоединяют к молекулярному сепаратору масс-спектрометра и записывают нулевую линию. При отсутствии заметных флуктуации система готова к работе.

7.4. Установление градуировочной характеристики

Градуировочную характеристику устанавливают на градуировочных растворах летучих органических соединений в воде. Она выражает зависимость площади пика (безразмерные компьютерные единицы) от концентраций () каждого соединения и строится по 4-м сериям градуировочных растворов. Для этого в мерную колбу вместимостью 1000 в соответствии с табл. 2 помещают исходные растворы каждого из соединений, доводят артезианской водой до метки и перемешивают.

Таблица 2

Градуировочные растворы для установления градуировочной характеристики при определении концентраций летучих органических веществ

Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7	8
Объем рабочего р-ра (с = 4 ),	0,25	0,5	1,0	2,0	5,0	10	20	50
Концентрация вещества,	1,0	2,0	4,0	8,0	20	40	80	200

Учитывая нелинейность детектора полного ионного потока в диапазоне концентраций 0,001-0,2 , градуировочный график разбивают на 2 поддиапазона: а) 0,001-0,02 и б) 0,02-0,2 .

При построении градуировочного графика (а) в стеклянный прибор с пористой пластинкой с помощью стеклянного шприца вносят 100 градуировочного раствора, подсоединяют к выходному патрубку прибора сорбционную трубку с тенаксом, к выходному газ-носитель гелий и при температуре 20°С в течение 10 минут проводят газовую экстракцию, пропуская гелий со скоростью 200 . При построении градуировочного графика (б) газовую экстракцию проводят из объема 20 .

Градуировку детектора полного ионного тока хромато-масс-спектрометра проводят при следующих условиях:

Температура хроматографической колонки в течение 5 минут комнатная, а затем программируемая до 240°С со скоростью 6°С/мин

Температура термодесорбции	280-300°С
Расход газа-носителя	1,6
Шкала усилителя детектора полного ионного тока	2 В
Ионизирующее напряжение в момент записи хроматограммы	20 эВ
Ионизирующее напряжение в момент записи масс-спектра	70 эВ
Ток эмиссии	50 мкА
Ускоряющее напряжение	3500 В
Температура ионного источника	270°С
Температура сепаратора	200°С
Диапазон сканируемых масс	25-236 а. е. м. (ат. ед. массы)
Скорость сканирования магнитного поля магнита	250 масс/сек

Находящийся внутри термостата и соединенный с хроматографической колонкой U-образный стеклянный капилляр погружают в сосуд Дьюара с жидким азотом. Затем, ослабив обжимные гайки, из холодной электропечи извлекают постоянно находящийся в ней толстостенный стеклянный капилляр и вместо него в направлении, обратном движению газа при ведении газовой экстракции, герметично закрепляют сорбционную трубку. В пространство между наружной стенкой сорбционной трубки и внутренней стенкой электропечи помещают термопару от испарителя хроматографа для контроля за температурой термодесорбции. Через 2-3 минуты после вытеснения воздуха из сорбционной трубки включают электропечь, которая постепенно (за 8-10 мин) нагревается от комнатной температуры до 300°С. Эту температуру выдерживают еще 1-2 минуты, после чего нагрев отключают. В течение этого времени газ-носитель полностью освобождает трубку от сконцентрированного в ней вещества и переносит его в U-образный охлажденный капилляр. По завершении термодесорбции и криогенного фокусирования жидкий азот убирают и U-образный капилляр на 15 секунд погружают в стаканчик с налитой в него кипящей водой, в результате чего вещества переносятся в капиллярную хроматографическую колонку. После появления на хроматограмме всех хроматографических пиков нагрев термостата хроматографа отключают, охлаждают хроматографическую колонку до комнатной температуры и извлекают охлажденную сорбционную трубку из электропечи, вставляя вместо нее толстостенный стеклянный капилляр.

На полученных хроматограммах рассчитывают площади пиков соединений и по средним результатам из 4-х серий строят градуировочную характеристику для каждого из компонентов. Градуировку проверяют 1 раз в полгода, либо сразу после юстировки или ремонта хромато-масс-спектрометра.

7.5. Отбор проб

Пробы воды объемом 150-180 отбирают согласно ГОСТу 4979-49, 2874-87-4, 17.1.5.04-81 в тщательно промытые и просушенные стеклянные емкости темного стекла с навинчивающимися пробками, не оставляя воздушного пространства под пробкой. Отобранные пробы воды хранят при +4°С, срок хранения - 5 дней.

8. Выполнение измерений

Стеклянные емкости с отобранными пробами воды извлекают из холодильника и выдерживают 2-3 часа при комнатной температуре. Затем с ними проводят все операции, описанные в п. 7.4. Одновременно с нагреванием стеклянного U-образного капилляра и переносом компонентов пробы в хроматографическую колонку включают компьютерную программу автоматического сканирования магнитного поля масс-спектра и сбора масс-спектрометрической информации, По окончании хроматографического анализа из массива масс-спектров формируют хроматограмму полного ионного тока, по которой проводят идентификацию обнаруженных соединений. Идентификация состоит в сравнении записанных масс-спектров со стандартными (см. табл. 1).

9. Вычисление результатов измерений

Концентрацию каждого идентифицированного вещества () определяют по его градуировочной характеристике после компьютерного интегрирования хроматограммы полного ионного тока.