МР 146-1110. Измерение массовой концентрации бенз(а)пирена в питьевой воде вольтамперометрическим методом. Методические рекомендации

(утв. Госкомсанэпиднадзором РФ 20.10.1997)

с момента утверждения

ИЗМЕРЕНИЕ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ МР 146-1110

1. Разработаны: д.х.н. Ю.В. Водзинский, к.х.н. Т.И. Сидорова, к.х.н. Н.Ю. Тихова, О.Д. Дубровина (Волжская государственная академия водного транспорта, г. Нижний Новгород).

При финансовой поддержке Департамента по охране природы и управлению природопользованием при администрации Нижегородской области.

2. Утверждены заместителем Главного государственного санитарного врача Российской Федерации 20 октября 1997 г.

Бенз(а)пирен, С Н , мол. масса — 252,3: твердое 20 12 кристаллическое вещество бледно-желтого цвета, Т — 177 °С, пл. Т — 475 °С, растворим в этаноле, хлороформе, петролейном кип.

эфире, ледяной уксусной и  концентрированной  серной  кислотах,  а
также  в  ароматических  углеводородах  (бензол,  толуол  и  др.),
нормальных  парафинах  (гексан,  октан  и  др.),   нитробензоле  и

пиридине.

Бенз(а)пирен относится к веществам 1-го класса опасности, обладает канцерогенными свойствами.

Область применения

Методика предназначена для скрининга бенз(а)пирена в питьевой воде и рекомендуется для центров Госсанэпиднадзора, экологических служб и лабораторий водопроводных станций.

При отборе проб питьевой воды объемом 5 куб. дм измеряемые концентрации составляют 5,0 — 500 нг/куб. дм.

1. Нормы точности измерений

1.1 Нормы точности измерений согласно ГОСТу 27384-87 составляют:

    для диапазона 0,5 - 5 нг/куб. дм             от -65 +100% отн.
    для диапазона свыше 5 нг/куб. дм                    +50% отн.

1.2 Значение суммарной погрешности измерений составляет:

для диапазона 50 — 300 нг/куб. дм 20% отн.

2. Метод измерений

Измерение массовой концентрации БП в пробах питьевой воды проводят вольтамперометрическим методом на электроде из стеклоуглерода СУ-2000 в неводной среде.

В основу метода положена аналитическая реакция электроокисления (ЭО) полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), к которым относится БП, на структурно подобных им гексагонах графитового электрода.

Метод основан на извлечении БП из анализируемой воды гексаном,

проведении  кислотно-щелочной   обработки   полученного  экстракта
для   устранения   влияния   сопутствующих,    мешающих   веществ,
электроокислении  БП  на  электроде из СУ-2000 в фоновом растворе,
содержащем 0,1 моль/куб. дм NaClO   или 0,5 моль/куб. дм  LiClO  в
                                 4                             4
смеси  (1:1)  изопропанола   и   гексана,   определении   массовой

концентрации БП путем измерения высот пика тока ЭО в анализируемом

растворе   до   и   после   добавления   стандартного  раствора  с
концентрацией  500 - 5000 нг/куб. см.   Высоты  пика  тока  ЭО  БП

регистрируются на полярографе ПУ-1 в дифференциальном режиме.

По значению величины предельного тока (I ) определяется пред. концентрация вещества, находящегося в растворе. В дифференциальном режиме измерение I проводят по первой производной от пред. потенциала. В качестве параметра при расчетах используется высота пика тока ЭО БП, выраженная в мм.

Селективность определения обусловлена тем, что БП в условиях проведения измерений имеет наименьшее по сравнению с другими ПАУ (хризен, бенз(с)пирен, пирен, перилен, бензантрацен, бензфлуорантен) значение потенциала ЭО. Это даст возможность определить бенз(а)пирен раздельно с другими изомерами, например, бенз(с)пиреном, имеющим потенциал ЭО на 200 мВ выше.

Блок-схема проведений вольтамперометрического определения БП представлена на черт. 1.

                           ┌──────────┐
                           │Отбор проб│
                           └────┬─────┘
                                │
                      ┌─────────┴─────────┐
                      │Извлечение гексаном│
                      │суммы органических │
                      │      веществ      │
                      └─────────┬─────────┘
                                │
                 ┌──────────────┴───────────────┐
                 │ Кислотно-щелочная обработка  │
                 │(с удалением мешающих веществ)│
                 └─────────────┬┬┬──────────────┘
          ┌────────────────────┘│└──────────────────────┐
<pre class="legal-pre">┌─────────┴─────────┐  ┌────────┴──────────┐  ┌─────────┴────────┐
│ Водная фаза после │  │ Органическая фаза │  │Водная фаза после │
│кислотной обработки│  │гексановый экстракт│  │щелочной обработки│
└─────────┬─────────┘  └────────┬──────────┘  └─────────┬────────┘
          │                     │                       │
    ┌─────┴─────┐           ┌───┴───┐            ┌──────┴──────┐
    │Амины и их │           │  ПАУ  │            │   Фенолы,   │
    │производные│           │  (БП) │            │кислоты и др.│
    └───────────┘           └───┬───┘            └─────────────┘</pre>
                                │
                  ┌─────────────┴──────────────┐
<pre class="legal-pre">                  │   Вольтамперометрическое   │
                  │        определение         │
                  │  рабочий электрод СУ-2000  │</pre>
                  │электрод сравнения - Ag/AgCl│
                  └────────────────────────────┘

3. Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

При выполнении измерений должны быть применены следующие средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы.

3.1 Средства измерений

Полярограф универсальный ПУ-1, либо другого типа Рабочий электрод из стеклоуглерода марки СУ-2000 (с диаметром 2 — 4 мм) ГОСТ 25773 Электрод сравнения — медный тигель с нанесенным на его внутреннюю поверхность слоя серебра, затем слоя хлорида серебра. Рабочая поверхность электрода сравнения (16 +/- 1) кв. см, потенциал 0,22 В относительно н. в. э. в 0,1 моль/куб. дм растворе перхлората натрия в смеси (1:1) гексан-изопропанол. Все измерения потенциала рабочего электрода проводят относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Электрод сравнения одновременно служит электролизером. Соотношение рабочих поверхностей рабочего электрода и электрода сравнения не менее 1:100

Магнитная мешалка ММ-5                             ТУ-25-11-834
Весы аналитические ВЛР-200                         ГОСТ 24104

Песочные весы t = 3 мин. ГОСТ 10576-74 Меры массы ГОСТ 7328

3.2 Вспомогательные устройства

Колбы мерные вместимостью 50 куб. см,

100 куб. см, 1000 куб. см                          ГОСТ 1770
Пипетка вместимостью 2 и 5 куб. см                 ГОСТ 20292
Чашка выпарительная                                ГОСТ 25336

Воронка делительная вместимостью

100 куб. см, 200 куб. см, 2000 куб. см             ГОСТ 1770
Груша резиновая                                    ГОСТ 5496

Линейка измерительная для измерения высоты пика, предел измерений 250 мм, цена деления 1 мм ГОСТ 17435-72 Цилиндры мерные вместимостью 25 куб. см, 50 куб. см ГОСТ 1770 Банки вместимостью 3 куб. дм для отбора проб

Стакан вместимостью 1000 куб. см                   ГОСТ 1770
Сушильный шкаф                                     ГОСТ 13474-70

3.3 Реактивы

Бенз(а)пирен[3,4-бензпирен], puriss x.ч. «Флука Букс» Швейцария

Литий хлорнокислый безводный, х.ч.                 ТУ 6-09 3360
Натрий хлорнокислый безводный, х.ч.                ТУ 6-09 3605
Гексан, х.ч.                                       ТУ 6-09-3375
Изопропиловый спирт, ч.д.а., х.ч.                  ТУ 6-09-402
Ацетон, ос.ч.                                      ТУ 6-09-3513
Калия гидроокись, х.ч.                             ГОСТ 24356

                                               (СТ СЭВ 1439)

Серная кислота, ч.д.а.                             ГОСТ 4204
Дистиллированная вода                              ГОСТ 6709

Фильтры обеззоленные («черная лента») ТУ 6-09-1678-86 Натрии хлористый, х.ч. ГОСТ 4233-66

3.4 Материалы

Универсальная индикаторная бумага рН 0 — 12, ПНД 50-975-84 Лахема, г. Брно

Перчатки резиновые разового пользования

4. Требования безопасности

4.1 Выполнение измерений по методике должно проводиться в соответствии с:

• «Основными правилами безопасности работы в химической лаборатории», утвержденными Министерством химической промышленности СССР от 07.07.1977;
• паспортом на полярограф универсальный ПУ-1;
• «Правилами техники безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета СССР». — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — С. 161 — 169.

4.2. Помещение, в котором проводят анализы, должно быть оборудовано приточно-вытяжном вентиляцией.

4.3. К выполнению работ по определению БП могут быть допущены лица не моложе 18 лет, прошедшие специальный практикум по выполняемым работам и инструктаж по технике безопасности выполнения этих работ.

4.4 БП и содержащие его экстракты являются канцерогенно

активными  и  работа с ними должна  производиться в вытяжном шкафу
при  скорости  потока  до 1,2 м/с.  БП должны храниться в сейфе, в
герметически   закрытой   емкости.   Растворы   БП   в  гексане  с

                -4

концентрацией 2 х 10   г/куб. см должны храниться в холодильнике в
герметично  закупоренной  емкости.  Приготовление растворов БП для
добавок  при  проведении  анализа  и  взятии  навесок   БП  должно
производиться  в  вытяжном  шкафу;  при  этом следует использовать

После окончания анализа необходимо разрушить оставшийся БП, для чего следует отогнать или выпарить растворитель, остаток смолянистых веществ залить хромовой смесью на 1 — 2 часа, посуду необходимо тщательно вымыть хромовой смесью, последовательно ополоснуть водопроводной и дистиллированной водой, затем высушить в шкафу при температуре 120 — 150 °С. При попадании раствора на кожу и на стол необходимо смыть загрязнение водопроводной водой с моющим средством и обработать участок кожи и рабочий стол этиловым спиртом.

5. Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений и обработке их результатов допускают лиц, имеющих квалификацию лаборанта-химика, со средним техническим образованием и изучивших методику.

Определение БП по предложенной методике может производить оператор, прошедший стажировку не менее 10 дней в лаборатории, проводящей анализ на БП объектов окружающей среды вольтамперометрическим методом, сдавшим экзамен по технике безопасности работы с канцерогенными веществами. Оператор должен изучить прибор ПУ-1 и порядок проведения анализа на нем, построить градуировочную характеристику по п. 7.5.2 настоящих Методических указаний, измерить значение аналитического сигнала стандартных калибровочных растворов. Оператор должен произвести самостоятельный анализ не менее 10 определений.

Нормативы контроля сходимости, воспроизводимости и точности (% отн.) не должны превышать нормативов оперативного контроля, предусмотренных свидетельством о метрологической аттестации методики (МУ).

6. Условия выполнения измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия в соответствии с ГОСТом 15150: - температура окружающей среды, °С 20 +/- 10 - относительная влажность при температуре 25 °С, % 30 — 80

7. Подготовка к выполнению измерений

7.1 Работы, проводимые при подготовке

к выполнению измерений

При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы:

• приготовление фонового раствора (электролита);

• приготовление рабочих растворов для кислотно-щелочной обработки;
• подготовка к работе полярографа ПУ-1;
• подготовка к работе рабочего электрода СУ-2000;
• отбор проб;

7.2 Приготовление фонового раствора (электролита)

Навеску перхлората лития (или перхлората натрия) (11,00 +/- 0,05) г растворяют в 500 куб. см изопропанола, добавляют 500 куб. см гексана.

Фоновый раствор применяется для приготовления стандартных растворов БП, а также для растворения экстрактов с целью определения в них БП.

7.3 Приготовление стандартных растворов бенз(а)пирена

Навеску БП 50 мг, взвешенную с точностью — 0,0002 г переносят в колбу вместимостью 50 куб. см, добавляют фоновый электролит, приготовленный по п. 7.2, перемешивают до полного растворения БП и доводят до метки фоновым раствором.

Полученный раствор содержит 1 мг/куб. см БП, его хранят в холодильнике, в колбе с притертой пробкой.

Градуировочные растворы БП, используемые для измерений, готовят непосредственно перед проведением анализа разбавлением раствора БП с концентрацией 1 мг/куб. см в 100 раз.

7.4 Приготовление рабочих растворов

для кислотно-щелочной обработки

7.4.1 Приготовление 2 моль/куб. дм водного раствора едкого калия проводят следующим образом:

навеску едкого калия (120 +/- 2) г помещают в стакан емкостью 1 куб. дм, добавляют 400 — 500 куб. см дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения навески, раствор охлаждают, переносят в мерную колбу емкостью 1 куб. дм и доводят дистиллированной водой до метки.

7.4.2. Для приготовления 1 куб. дм 2 моль/куб. дм водного раствора серной кислоты в стакан емкостью 1 куб. дм помещают 300 — 400 куб. см дистиллированной воды, вливают 60 куб. см концентрированной серной кислоты (96%) небольшими порциями (непрерывно перемешивая), после охлаждения переносят раствор в колбу на 1 куб. дм и доводят дистиллированной водой до метки.

7.5 Установление режима работы полярографа ПУ-1

7.5.1. Подготовка к работе и запуск полярографа ПУ-1 производится в соответствии с техническим описанием на прибор: - рабочий режим — постоянно-токовая вольтамперометрия: дифференциальный режим + 60S; - чувствительность по току в зависимости от содержания определяемого компонента, мкА от 1 х 1 до 1 х 10 мкА; - скорость развертки наложения потенциала, мВ/с 5 — 10;

- <a id="p100079"></a>время выдержки рабочего  электрода  в анализируемом растворе

(при  потенциале  максимальной  адсорбции  Е =  (0,10 +/- 0,05)  В
относительно электрода сравнения Ag/AgCl,  3 мин.;

- <a id="p100080"></a>рабочий диапазон напряжения, В       0,0 - 1,5;
- <a id="p100081"></a>скорость диаграммной ленты, мм/час   5400.

7.5.2. При подготовке к работе ПУ-1 проверяют линейность градуировочной характеристики.

Для построения градуировочной характеристики стандартные растворы, содержащие БП, заливают в ячейку полярографа ПУ-1, регистрируют вольтамперограмму m = 5 раз, одного и того же раствора, используя не менее n = 6 концентраций растворов для градуировки по всему диапазону:

250; 175; 125; 75; 50; 25; 12,5: 5,0; 2,5 мг/куб. см.

На вольтамперограммах измеряют высоты пиков тока электроокисления, результаты измерений заносят в табл. 1.

Таблица 1

7.5.3. При обработке результатов измерений в соответствии с ГОСТом 8.207 по данным табл. 1, максимальное значение погрешности принимают за погрешность градуировочного графика полярографа ПУ-1.

Сравнивают полученное значение погрешности и установленные значения погрешности градуировочной характеристики при метрологической аттестации МВИ

сигма <= +/- 8% <...>

При выполнении указанного соотношения приступают к дальнейшим измерениям по методике.

При невыполнении указанного соотношения принимают меры к проверке работы ПУ-1.

7.6 Подготовка к работе рабочего электрода СУ-2000

Рабочий электрод из стеклоуглерода СУ-2000 помещают в электролизер (электрод сравнения, содержащий 10 — 15 куб. см фонового раствора и проводят ЭО этого раствора 3 — 4 раза с записью вольтамперограмм, характеризующих чистоту поверхности рабочего электрода.

7.7 Отбор проб

7.7.1. Пробы воды отбирают в соответствии с ГОСТом 28481-80 «Вода питьевая. Отбор проб».

7.7.2. Требования к приборам и устройствам для отбора, первичной обработки и хранения проб согласно: Международному стандарту ИСО 5667/3 «Качество воды. Отбор проб». Ч. 3. Руководство по хранению и обработке проб.

7.7.3. Для получения достоверных результатов пробы воды анализируют как можно скорее после отбора (в течение 2 — 3 ч, в крайнем случае 12 ч или консервируют гексаном 50 куб. см на 3 куб. дм анализируемой воды на 24 ч).

7.8 Подготовка проб к анализу

7.8.1. Определению БП в питьевой воде мешают вещества, способные к электроокислению на графитном аноде, а именно: фенолы, ароматические амины и их производные, экстрагируемые гексаном.

Поэтому перед ВА определением БП проводили кислотно-щелочную обработку гексанового экстракта для перевода фенолов и аминов в водорастворимые соединения и удаления их из анализируемого водного раствора.

7.8.2 Экстрагирование БП из питьевой воды осуществляется следующим образом:

в банку с 3000 куб. см исследуемой воды добавляют мерным цилиндром 50 куб. см гексана и помещают на магнитную мешалку со скоростью вращения 400 — 1200 об./мин. на 10 — 15 мин. Подбирают скорость вращения так, чтобы в центре вращающейся жидкости образовалась «воронка». Затем пробу помещают порциями в делительную воронку вместимостью 2000 куб. см, дают время на расслоение. Гексановый экстракт переносят в маленькую делительную воронку. Проводят повторную экстракцию пробы с 50 куб. см гексана в течение 15 мин. После разделения слоев гексановый экстракт присоединяют к первой порции в маленькой делительной воронке. Емкость, содержащую исследуемую воду, промывают 20 куб. см гексана и присоединяют его к общей порции. Гексановый экстракт в количестве 120 куб. см подвергают кислотно-щелочной обработке.

7.8.3. Для выделения БП в делительную воронку вместимостью 200 куб. см переносят экстракт в виде гексанового раствора, добавляют 20 куб. см 2 моль/куб. дм водного раствора серной кислоты, тщательным образом встряхивают в течение 3 мин., затем отделяют водный слой, содержащий водорастворимые сернокислые амины и их соли — от гексанового раствора, который промывают 3 раза по 150 куб. см дистиллированной водой до нейтральной реакции, которая проверяется по универсальной индикаторной бумаге. Затем для удаления фенолов гексановый экстракт обрабатывают аналогично водным раствором едкого калия и с водным слоем удаляют остатки фенолов.

7.8.4. После кислотно-щелочной обработки гексановый экстракт, содержащий нейтральные вещества — полиарены, переносят в фарфоровую чашку и выпаривают досуха в вытяжном шкафу или в вакуумном испарителе (от 5 до 30 мин.) при комнатной температуре.

7.8.5. В случае образования эмульсии необходимо экстракт профильтровать (фильтр «черная лента», смоченная гексаном) с целью разделения эмульсии и удаления остатков влаги.

8. Выполнение измерений

8.1. При выполнении измерений по определению массовой доли БП в пробах питьевой воды проводят следующие операции.

8.1.1. Экстракт, полученный по п. 7.8.4, растворяют в 5 — 10 куб. см фонового раствора, полученного по п. 7.2, и переносят в электрод сравнения — электролизер. Туда же помещают рабочий электрод из стеклоуглерода СУ-2000.

8.1.2. Рабочий электрод СУ-2000 выдерживают в течение 3 мин. в анализируемом растворе (при потенциале максимальной адсорбции 0,10 +/- 0,05 В), затем устанавливают скорость наложения потенциала 5 — 10 мВ/с и снимают вольтамперограмму анализируемого раствора (экстракта растворенного в фоновом электролите). Затем вынимают рабочий электрод и зачищают его поверхность на фильтровальной бумаге, пропитанной фоновым раствором.

8.1.3. Измерения анализируемого раствора проводят 3 — 4 раза. Измеряют высоту пика тока на каждой вольтамперограмме (как показано на черт. 2 — не приводится). Среднее арифметическое значение из этих измерений принимают за величину аналитического сигнала. Результаты наблюдений заносят в табл. 2.

Таблица 2

8.1.4 В анализируемый раствор, приготовленный по п. 8.1.1,

                              ст

полученного разбавлением стандартного раствора, приготовленного по п. 7.3. Концентрация стандартного раствора БП должна быть примерно в 10 раз больше, чем в анализируемом. В этом случае высота пика тока

(ЭО)   анализируемого  раствора,   содержащего  0,5 - 1,0 куб.  см
стандартного  раствора  БП  (h  + h  ),  увеличивается  примерно в
                              х    ст

2 раза по сравнению с анализируемым (h ). х

Измеряют высоты волн ЭО как указано в п. 8.1.3. Результаты измерений заносят в табл. 2.

8.1.5. По результатам измерений пиков тока ЭО БП рассчитывают массовую концентрацию БП в пробе.

9. Вычисление результатов измерений

9.1 Концентрацию БП в анализируемой пробе (С ) питьевом воды

                                              х

рассчитывают по формуле:

                            С   х V  х 1,5
                             ст    х
           C  = --------------------------------------,
            х     h   + h    V   + V     V
                   ст    х    ст    х     х

            [(-------- х --------) - ---] х V

                     h          V        V       пробы
                      х          x        ст

где:

С   - концентрация БП в стандартном растворе, нг/куб. см;

 ст

    h , h   - высоты  пиков  электроокисления  БП  в анализируемом
     х   ст
растворе до и после добавки стандартного раствора,  при этом берут

средние арифметические значения из трех измерений, мм;

    V , V   - объемы  анализируемого  и  стандартного   растворов,
     х   ст

куб. см; V — объем пробы анализируемой воды, куб. дм; пробы

    1,5 - поправочный  коэффициент,   учитывающий  потери  БП  при
подготовке проб к анализу  (экстракцию гексаном, кислотно-щелочную

обработку).

Нормативные ссылки

1. ГОСТ 8.010.90. «Методика выполнения измерений». — М.: Издательство стандартов. 1991. — 16 с.

2. ГОСТ 8.207.76 «ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений, атмосферных осадков». — М.: Издательство стандартов, 1985. — 15 с.

3. Международный стандарт ИСО 5667/1-82. «Качество воды. Отбор проб». — Ч. 1. Руководство по составлению программы отбора проб. — М.: Издательство стандартов, 1988. — 24 с.