МУК 4.1.3093-13. 4.1. Методы контроля. Химические факторы. Хромато-масс-спектрометрическое определение метил-трет-бутилового эфира в воде. Методические указания

(утв. Роспотребнадзором 31.07.2013)

31 июля 2013 года

4.1 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРА В ВОДЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

с момента утверждения

1. Разработаны ФГБУ «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава Российской Федерации.

2. Рекомендованы к утверждению Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (протокол от 30 мая 2013 г. № 1).

3. Утверждены руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 31 июля 2013 г.

4. Введены впервые.

Свидетельство о метрологической аттестации от 12.12.2011 № 0100225/205-79-11.

1. Назначение и область применения

1.1. Настоящие методические указания устанавливают порядок применения хромато-масс-спектрометрического метода для измерения массовой концентрации метил-трет-бутилового эфира в воде водных объектов (вода централизованных систем питьевого водоснабжения; вода нецентрализованных систем питьевого водоснабжения; вода, расфасованная в емкости; вода природная, поверхностная вода) в диапазоне концентраций от 0,005 до 0,250 мг/куб. дм.

1.2. Методические указания по измерению массовой концентрации метил-трет-бутилового эфира хромато-масс-спектрометрическим методом в воде водных объектов предназначены для использования лабораториями учреждений государственной санитарно-эпидемиологической службы, производственными лабораториями предприятий, научно-исследовательскими институтами, работающими в области гигиены окружающей среды, при осуществлении аналитического контроля качества воды в районе расположения предприятий нефтехимии, бензозаправочных станций, транспортных предприятий, транспортных магистралей, предприятий по производству биологически активных добавок.

1.3 Методические указания носят рекомендательный характер.

2. Физико-химические и токсикологические свойства

Метил-трет-бутиловый эфир (2-метил-2-метоксипропан) — бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом. Добавление метил-трет-бутилового эфира в бензины снижает содержание оксида углерода, углеводородов и полициклических ароматических соединений в отработавших газах автотранспорта. Относится к умеренно опасным веществам. Гигиенический норматив в Российской Федерации не установлен.

Рекомендуемый гигиенический норматив — 0,015 мг/куб. дм.

**CAS                                                     1634-04-4**
Формула                                                 C H  O

                                                     5 12

Молекулярная формула                                    88
Т    °C                                                 -

пл.

Т °C 55 кип.

Плотность, г/куб. см                                    0,746
Растворимость, г/100 куб. см                            4,8
Давление насыщенных паров при 20 °C, кПа                41,4 - 61,2
Характеристичные ионы, m/z                              73 - 999, 57 - 257,

                                                    41 - 247, 29 - 156

ПДК, мг/куб. дм                                         отсутствует
Класс опасности                                         4

3. Метрологические характеристики методики выполнения измерений

При соблюдении всех регламентированных условий и проведении анализа в точном соответствии с данной методикой значения погрешности (и ее составляющих) результатов измерений не превышают значений, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

(ПРАВИЛЬНОСТИ И ПРЕЦИЗИОННОСТИ) МЕТОДИКИ

4. Метод измерения

Измерение массовой концентрации метил-трет-бутилового эфира (МтБЭ) в воде выполняют методом газохроматографического анализа с масс-спектрометрическим детектированием равновесной паровой фазы над исследуемым образцом, идентификации вещества по масс-спектру и времени выхода и количественном определении по градуировочному графику.

Определение МтБЭ в питьевой воде проводят с использованием метода абсолютной градуировки, а в природной — методом добавки.

Определению не мешает присутствие в воде других органических веществ.

5. Средства измерений, реактивы, вспомогательные устройства и материалы

5.1. Средства измерений

Хромато-масс-спектрометрическая система, включающая нижеперечисленные блоки, модули и программы:

• масс-спектрометрический детектор с квадрупольным масс-анализатором;
• хроматограф с полным электронным контролем газовых потоков и режимом цифрового контроля давления и потоков с автоматическим определением параметров колонки и поиском утечек по каналу газа-носителя;
• программное обеспечение, контролирующее работу всего прибора, обеспечивающее сбор и хранение всех масс-спектров в процессе проведения хромато-масс-спектрометрического анализа, обеспечивающее обработку результатов измерений, вывод и расчет хроматограмм, вывод и вычитание фона масс-спектров, количественный анализ, поиски сравнение с библиотеками масс-спектров;
• библиотека масс-спектров

Примечание. Допускается использование средств измерения с аналогичными или лучшими характеристиками.

5.2. Реактивы

Примечание. Допускается использование реактивов с более высокой квалификацией.

5.3. Вспомогательные устройства и материалы

Примечание. Допускается использование других вспомогательных устройств аналогичного назначения, технические характеристики которых не уступают указанным, а также материалов, обеспечивающих нормативы точности при проведении измерений.

6. Требования безопасности и охраны окружающей среды

6.1. При выполнении измерений следует соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76, требования электробезопасности при работе с электроустановками в соответствии с ГОСТ 12.1.019-2009, а также требования, изложенные в технической документации на эксплуатацию хромато-масс-спектрометра.

6.4. Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать ПДК (ОБУВ), установленных ГН 2.2.5.1313-03 и ГН 2.2.5.2308-07.

7. Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются специалисты, имеющие опыт работы в химической лаборатории, прошедшие обучение и владеющие техникой проведения хромато-масс-спектрометрического анализа.

8. Условия измерений

При приготовлении градуировочных растворов и подготовке проб к анализу соблюдают следующие условия: - температура окружающего воздуха (22 +/- 2) °C; - атмосферное давление от 84 до 106 кПа; - относительная влажность воздуха от 30 до 80%.

Выполнение измерений на хромато-масс-спектрометре проводят в условиях, рекомендованных технической документацией к прибору.

9. Подготовка к выполнению измерений

При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы:

• подготовка стеклянной посуды,
• подготовка хроматографической системы,
• приготовление растворов для градуировки,

9.1. Подготовка стеклянной посуды

Стеклянную посуду тщательно моют хромовой смесью, промывают дистиллированной водой и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °C.

9.2. Подготовка хроматографической системы

9.2.1 Кондиционирование кварцевой капиллярной колонки

9.2.2 Установление режима работы хромато-масс-спектрометра в соответствии с нижеследующими условиями

Записывают нулевую линию при установленных режимных параметрах. При отсутствии флуктуации приступают к работе.

9.3. Приготовление исходного раствора метил-трет-бутилового эфира (5,0 г/куб. дм)

Исходный раствор готовят из метил-трет-бутилового эфира в этаноле объемно-массовым методом. Емкости с метил-трет-бутиловым эфиром и этанолом перед применением выдерживают не менее 2 часов в помещении, где готовятся растворы.

В мерную колбу вместимостью 100 куб. см мерным цилиндром вносят примерно 30 куб. см этилового спирта, взвешивают, пипеткой вместимостью 1 куб. см вносят 0,7 куб. см метил-трет-бутилового эфира, взвешивают, содержимое колбы доводят до метки этиловым спиртом. Устанавливают точное значение концентрации метил-трет-бутилового эфира в исходном растворе с учетом навески метил-трет-бутилового эфира.

9.4. Приготовление основных растворов

Перед приготовлением основных растворов необходимо удостовериться, что применяемая для разбавления дистиллированная вода не содержит МтБЭ.

Основной раствор N 1 метил-трет-бутилового эфира (250 мг/куб. дм). Пипеткой вместимостью 5 куб. см вносят 5 куб. см исходного раствора метил-трет-бутилового эфира в мерную колбу вместимостью 100 куб. см. Приливают дистиллированную воду до метки, тщательно перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин. Срок хранения основного раствора N 1 - 10 дней в холодильнике.

Основной раствор N 2 метил-трет-бутилового эфира (10 мг/куб. дм). Пипеткой вместимостью 5 куб. см вносят 4 куб. см основного раствора метил-трет-бутилового эфира N 1 в мерную колбу вместимостью 100 куб. см. Приливают дистиллированную воду до метки, тщательно перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин. Срок хранения основного раствора N 2 - 10 дней в холодильнике.

9.5. Приготовление градуировочных растворов

Перед приготовлением градуировочных растворов необходимо удостовериться, что применяемая для разбавления дистиллированная вода не содержит МтБЭ.

Градуировочные растворы готовят в шести мерных колбах вместимостью 1000 куб. см путем разбавления основных растворов дистиллированной водой. Перед приготовлением основные растворы выдерживают при температуре (22 +/- 2) °C не менее 20 мин.

В каждую колбу пипеткой вместимостью, указанной в табл. 2, вносят основной раствор объемом, указанным в табл. 2, доводят объем до метки дистиллированной водой, перемешивают и выдерживают при температуре (22 +/- 2) °C не менее 20 мин.

Таблица 2

9.6. Приготовление рабочих растворов для анализа природной воды

Рабочий раствор N 2 (250 мг/куб. дм). В качестве рабочего раствора N 2 используют основной раствор N 1.

9.7. Построение градуировочной характеристики

По 125 куб. см каждого градуировочного раствора помещают в стеклянный флакон емкостью 150 куб. см, закрывают пробкой с резиновой прокладкой и навинчивающейся крышкой с отверстием и выдерживают при комнатной температуре (22 +/- 2) °C в течение 30 мин. Паровую фазу над градуировочными растворами отбирают газоплотным шприцем объемом 1 куб. см, вводят в испаритель хроматографа и анализируют при условиях по п. 9.2.2. Каждый раствор хроматографируют два раза. Растворы анализируют один за другим в порядке возрастания концентрации.

Анализ градуировочного раствора N 1 - анализ холостой пробы.

На полученных хроматограммах определяют площади пиков (безразмерные компьютерные единицы, бке), рассчитывают средние значения площади пика метил-трет-бутилового эфира для каждого градуировочного раствора и проверяют приемлемость результатов параллельных определений.

| \frac{C_{i} - C_{i}^{\text{гр}}}{C_{i}^{\text{гр}}} | \cdot 100 \leq g_{2},(1)

где:

C_{i} - заданное значение массовой концентрации МтБЭ в растворе, мг/куб. дм;

C_{i}^{\text{гр}} - массовая концентрация МтБЭ в этом градуировочном растворе, полученная по градуировочной характеристике, мг/куб. дм;

g_{2} - норматив приемлемости градуировочной характеристики, g_{2} = 12\% .

Результат проверки признается положительным при выполнении условия (1). Если условие не выполняется, то градуировку прибора проводят повторно.

Процедуру градуировки проводят 1 раз в 6 месяцев, а также при внедрении методики в практику лаборатории, после ремонта хроматографа и при отрицательных результатах контроля стабильности градуировочной характеристики.

10. Выполнение измерений

10.1. Отбор проб

Пробы воды объемом не менее 1 куб. дм отбирают согласно ГОСТ Р 51232 [21], ГОСТ Р 51592 [22] в химически чистые емкости из темного стекла, предварительно промытые раствором бихромата калия и дистиллированной водой и высушенные в сушильном шкафу при температуре 120 - 150 °C. Емкости заполняют пробой до верха (без газовой фазы) и герметично закрывают завинчивающимися крышками. Для получения результата измерения отбирают две одинаковые (параллельные) пробы воды.

Отобранные пробы воды хранят в холодильнике при температуре (5 +/- 1) °C, срок хранения - 5 суток.

10.2. Выполнение измерений питьевой воды

При выполнении измерений перед началом анализа проб питьевой воды проводят анализ холостой пробы по п. 9.7 (раствор N 1). При возможном обнаружении пика МтБЭ рассчитывают его площадь. Площадь обнаруженного пика МтБЭ не должна превышать 5% площади пика, соответствующего градуировочному раствору с минимальной концентрацией МтБЭ (раствор N 2). Если это условие не выполняется, проверяют последовательно все стадии подготовки к анализу.

С помощью мерного цилиндра емкостью 250 куб. см отмеряют 125 куб. см пробы воды и помещают в стеклянный флакон емкостью 150 куб. см, закрывают пробкой с резиновой прокладкой и навинчивающейся крышкой с отверстием и выдерживают при комнатной температуре (22 +/- 2) °C в течение 30 мин. Для проведения двух параллельных определений пробу отбирают в два флакона. Постоянство температуры обеспечивают либо с помощью кондиционера, установленного в помещении, либо выдерживая флаконы в термостате.

Газоплотным шприцем отбирают пробу воздуха над раствором объемом 1 куб. см, вводят в испаритель хроматографа и анализируют по п. 9.7. Проводят 2 повторных анализа паровой фазы из 2 разных флаконов. Регистрируют хроматограммы каждого ввода, фиксируя время удерживания и площадь пика характеристического молекулярного иона определяемого метил-трет-бутилового эфира (S_{x}) (m/z = 73). За результат измерения площади пика МтБЭ в каждом флаконе принимают среднее из двух значений (\hat{S}_{x}) . Если площадь пика МтБЭ на хроматограмме пробы превышает площадь пика в градуировочном растворе с максимальной концентрацией (раствор N 6), то пробу разбавляют дистиллированной водой так, чтобы попасть в диапазон градуировочной характеристики.

Результаты измерений используют для определения значения массовой концентрации МтБЭ по градуировочной характеристике.

10.3. Выполнение измерений природной воды

Для предварительной оценки массовой концентрации МтБЭ в исследуемом растворе и выборе объема добавки проводят промежуточные измерения по п. 10.2. Рассчитывают площади пика для каждого ввода. Проверяют приемлемость результатов параллельных определений площади по формуле (1). Рассчитывают среднее значение площади пика МтБЭ и по градуировочной зависимости получают предварительную массовую концентрацию МтБЭ в исследуемой пробе.

Добавку готовят из соответствующего рабочего раствора МтБЭ (п. 9.6), рассчитав предварительный объем добавки рабочего раствора МтБЭ по формуле:

                            C       · 125

                        0    предв.

                           V  = -------------, (2)
                            Д        C

                                  Д

где:
 0
V  - предварительный объем добавки рабочего раствора, куб. см;
 Д
125 - объем анализируемой пробы, куб. см;
C       - предварительная    массовая   концентрация   МтБЭ   в  пробе,
 предв.

мг/куб. дм; C — массовая концентрация МтБЭ в рабочем растворе (в добавке), Д мг/куб. дм.

Если при предварительном измерении МтБЭ в пробе массовая концентрация находится в диапазоне от 0,005 до 0,04 мг/куб. дм, используют рабочий раствор № 1. Используемый объем добавки уточняют таким образом, чтобы он был кратным 5 куб. мм.

Если при предварительном измерении МтБЭ в пробе массовая концентрация находится в диапазоне от 0,04 до 0,25 мг/куб. дм, используют рабочий раствор № 2. Используемый объем добавки уточняют таким образом, чтобы он был кратным 5 куб. мм.

С помощью мерного цилиндра емкостью 250 куб. см отмеряют 125 куб. см пробы воды и помещают в стеклянный флакон емкостью 150 куб. см, закрывают пробкой с резиновой прокладкой и навинчивающейся крышкой с отверстием и выдерживают при комнатной температуре (22 +/- 2) °C в течение 30 мин. Добавку рассчитанного объема, кратную 5 куб. мм (V_{\text{Д}}) , вводят жидкостным микрошприцем емкостью 100 или 250 куб. мм через герметичное уплотнение флакона с пробой. В соответствии с п. 10.2 проводят измерения и регистрируют хроматограммы каждого ввода. Фиксируют время удерживания и площадь пика характеристического молекулярного иона определяемого метил-трет-бутилового эфира (S_{x}^{r}) (m/z = 73). Проводят 2 повторных анализа паровой фазы из 2-х разных флаконов. За результат измерения площади пика в каждой пробе принимают среднее из двух измерений (\hat{S}_{x}^{r}) .

11. Обработка результатов измерений

11.1. Обработка результатов измерений при анализе питьевой воды

Для каждого из двух параллельных определений МтБЭ в пробе питьевой воды фиксируют значение площади пика МтБЭ на хроматограмме каждого из 3 вводов (S_{x}) . Проверяют приемлемость выходных сигналов (S_{x}) по формуле (1), используя в качестве норматива g_{1} = 20\% . Рассчитывают среднее значение площади пика (S_{x}) .

По градуировочной характеристике рассчитывают значение массовой концентрации МтБЭ в пробе воды в флаконе (C_{x}) , мг/куб. дм, по формуле:

C_{x} = \frac{\hat{S}_{x}}{A} ,(3)

где A — коэффициент, установленный по градуировочной характеристике.

За результат измерений принимают среднее арифметическое результатов 2-х параллельных определений (C ): ср.

                             (C  + C )

                               1    2

                      C    = ---------, мг/куб. дм, (4)

                       ср.       2

    где C , C  - концентрации   МтБЭ    в   первом   и    втором    флаконе

         1   2

                              0,01r x (C  + C )
                                        1    2
                 |C  - C | <= -----------------, (5)
                   1    2             2

где r — предел повторяемости для двух параллельных определений (22%).

11.2. Обработка результатов измерений при анализе природной воды

Рассчитывают значение площади пика МтБЭ на хроматограммах пробы для каждого ввода до и после введения добавки. Проверяют приемлемость результатов определений площадей по формуле (1), используя в качестве норматива g_{1} = 20\% (для 2-х параллельных вводов). Рассчитывается среднее значение площади пика до и после ввода добавки (S_{x}\text{и }S_{x}^{r}) в безразмерных компьютерных единицах (бке).

Рассчитывают значение массовой концентрации МтБЭ в пробе природной воды C_{x} , мг/куб. дм, по формуле (6)

C_{x} = \{ \frac{S_{x}}{(S_{x}^{r} - S_{x})} \} \cdot \{ \frac{C_{x\text{Д}} \cdot V_{\text{Д}}}{(V + V_{\text{Д}})} \},(6)

где:

C_{x} — массовая концентрация МтБЭ в пробе природной воды, мг/куб. дм;

S_{x} — площадь пика МтБЭ на хроматограмме при анализе пробы воды, бке;

S_{x}^{r} — площадь пика МтБЭ на хроматограмме при анализе пробы воды с добавкой, бке;

    За  результат  измерений принимают среднее арифметическое результатов 2

параллельных определений (C   ):

                       ср.

                         (C  + C )

                               1    2
                      C    = ---------, мг/куб. дм, (4)
                       ср.       2

    где C , C  - концентрации МтБЭ в исследуемой пробе природной воды  двух
         1   2

параллельных определений, для которых выполняется условие, мг/куб. дм:

                           0,01r x (C  + C )
                                     1    2
              |C  - C | <= -----------------, (5)
                1    2            2

где r — предел повторяемости для двух результатов параллельных определений (22%).

Пример. Измерение МтБЭ в пробе природной воды

1. Для предварительной оценки измеряют массовую концентрацию МтБЭ в пробе воды (по п. 10.2) получают следующие результаты:

2. В соответствии с градуировочной характеристикой определяют предварительную массовую концентрацию МтБЭ в пробе. Предварительная массовая концентрация в первом измерении составляет 0,0386 мг/куб. дм, во втором — 0,0382 мг/куб. дм.

3. По формуле (2) рассчитывают приблизительный объем добавки:

      0

      Д1

      0

V = 0,0382 / 50 · 125 = 0,0955 куб. см = 95,5 куб. мм

      Д2

    Поскольку  объем добавки должен быть кратным 5 куб. мм,  объем добавки:
V  = 100 куб. мм.

Д

4. В каждом из двух определений в оба флакона, содержащие по 125 куб. см пробы воды, микрошприцем емкостью 100 куб. мм вносят 100 куб. мм рабочего раствора № 1 с массовой концентрацией МтБЭ 50 мг/куб. дм.

5. По п. 10.3 измеряют массовую концентрацию МтБЭ в пробе воды с добавкой, получают следующие результаты:

6. По формуле (6) рассчитывают значение массовой концентрации МтБЭ в пробе воды:

                 6              6            6
  C   = 9,71 · 10  / (20,21 · 10  - 9,71 · 10 ) · 50 · 0,1 / (125 + 0,1) =

к1

                        = 0,0370 мг/куб. дм

                 6              6            6
  C   = 9,61 · 10  / (19,89 · 10  - 9,61 · 10 ) · 50 · 0,1 / (125 + 0,1) =

к2

                        = 0,0374 мг/куб. дм

7. За результат измерений принимают среднее арифметическое результатов 2-х параллельных определений:

        (C   + C  )

          x1    x2

    C     = ----------- = 0,0370 + 0,0374 = 0,372 мг/куб. дм.
     xср.        2

12. Контроль стабильности градуировочной характеристики

Для контроля градуировки готовят контрольные образцы, идентичные градуировочным растворам № 2 и № 5 по табл. 2, соответствующие середине диапазона измерений, и анализируют в точном соответствии с прописью методики. Градуировочную характеристику считают стабильной, если в контрольном образце выполняется условие:

| \frac{C_{i}^{\text{изм}.} - C_{i}^{\text{расч}.}}{C_{i}^{\text{гр}.}} | \cdot 100 \leq K_{\text{гр}.},(7)

где:

C_{i}^{\text{изм}.} , C_{i}^{\text{расч}.} — значения концентрации метил-трет-бутилового эфира в образце для контроля, измеренные и рассчитанные соответственно;

K_{\text{гр}.} = 0,5\delta,

где \pm \delta — границы относительной погрешности, % (табл. 1: \delta = 23 ).

Если условие стабильности (7) не выполняется, то выполняют повторное измерение этого образца. Если при повторном измерении условие (7) не выполняется, выясняют причины нестабильности и повторяют контроль стабильности с использованием другого образца.

Если условие (7) не выполняется с использованием другого образца, то прибор градуируют заново.

13. Оформление результатов измерений

Результат измерения массовой концентрации МтБЭ в воде C (мг/куб. дм) оформляют протоколом в виде:

(C \pm \Delta),\text{мг}/\text{куб}.\text{дм},

где \Delta — абсолютная погрешность измерений:

\Delta = 0,01\delta \cdot C.

При доверительной вероятности P = 0,95, \delta = \pm 22% .

В случае если содержание МтБЭ в воде превышает заявленный диапазон, пробу воды разбавляют в 2 — 4 раза дистиллированной водой и проводят измерение разбавленных проб по п. 10.2 для питьевой воды и по п. 10.3 для природной воды.

14. Контроль точности результатов измерений

Контроль качества результатов измерений в лаборатории при реализации методики осуществляют по ГОСТ Р ИСО 5725-6 [23], используя контроль стабильности среднеквадратического (стандартного) отклонения промежуточной прецизионности по п. 6.2.3 ГОСТ Р ИСО 5725-6 [23].

Рекомендуется устанавливать контролируемый период так, чтобы количество результатов контрольных измерений было от 20 до 30.

При неудовлетворительных результатах контроля, например, при превышении предела действия или регулярном превышении предела предупреждения, выясняют причины этих отклонений, в том числе проводят смену реактивов, проверяют работу оператора, при необходимости переградуируют прибор.

Список нормативно-технических документов

1. ГОСТ Р 53228-2008. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания.