"МУК 4.1.741-99. 4.1. Методы контроля. Химические факторы. Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде. Методические указания"
(утв. Минздравом России 10.04.1999)

1. Подготовлены авторским коллективом специалистов в составе: А.Г. Малышева (руководитель), Н.П. Зиновьева, Ю.Б. Суворова, И.Н. Топорова, Т.И. Голова (НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН).

2. Утверждены и введены в действие Первым заместителем министра здравоохранения Российской Федерации - Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 10 апреля 1999 г.

3. Введены впервые.

По данным международных регистров в мире зарегистрировано около 16 млн. химических соединений, а общее число потенциально загрязняющих окружающую среду веществ определяется в пределах 40 - 60 тыс. Известно, что в сточных водах различных производств идентифицировано до 12 тыс. химических ингредиентов, в поверхностных и питьевых водах разных стран доказано присутствие до тысячи соединений. В Российской Федерации в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения установлены гигиенические нормативы содержания около 800 веществ, в поверхностных водах - около 1500. Однако не для всех нормируемых в воде веществ существуют методы аналитического контроля.

В современных условиях, когда количество опасных химических веществ постоянно возрастает и каждый исследуемый водный объект может содержать специфические, ранее не определявшиеся вещества, особую актуальность приобретает задача контроля качества воды неизвестного состава, когда можно ожидать присутствия любых соединений.

Для совершенствования аналитического контроля качества воды следует исходить из следующего алгоритма:

- проведение обзорного анализа, включающего идентификацию и количественное определение возможно более полного спектра загрязняющих веществ в водах практически неизвестного состава;

- выбор ведущих показателей на основе выявленного компонентного состава по степени их гигиенической значимости с учетом комплекса критериев: уровни концентраций, групповая принадлежность, специфичность для сточных вод местных источников загрязнения, способность веществ к трансформации, возможность образования более токсичных продуктов трансформации;

- текущий контроль с использованием целевых анализов по выбранным ведущим показателям.

Схема проведения обзорного анализа воды неизвестного состава выглядит следующим образом. Методика исследования предусматривает изучение интегральных показателей, анализ неорганических веществ и анализ органических соединений. Интегральные показатели степени загрязненности воды включают определение рН, перманганатного индекса, биохимического потребления кислорода. Для оценки степени загрязнения воды целесообразно определение ненормируемого показателя - общего, органического и неорганического углерода. Из комплекса неорганических веществ гигиеническую значимость имеют катионы металлов, ряд элементов (например, бериллий, мышьяк, бор и др.) и анионный состав. Аналитическое исследование органических загрязняющих веществ в воде разделяют на анализ летучих и труднолетучих соединений. Выявление и анализ летучих соединений основан на их извлечении из воды газовой экстракцией инертным газом, улавливании сорбентом, термодесорбции, хроматографическом разделении на капиллярной колонке, идентификации по масс-спектрам. Такой подход позволяет определять низкомолекулярные галогенуглеводороды, ароматические соединения, кетоны, эфиры, альдегиды, спирты, нитрилы, нитросоединения, серосодержащие углеводороды. Рекомендуемая для обзорного анализа и контроля летучих органических соединений в воде хромато-масс-спектрометрическая методика приведена в сборнике "Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. МУК 4.1.646-4.1.660-96" (Вып. 1).

Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде предназначены для использования органами государственного санитарно-эпидемиологического надзора при осуществлении государственного контроля за соблюдением требований к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, водохозяйственными организациями, производственными лабораториями предприятий, контролирующими состояние водных объектов, а также научно-исследовательскими институтами, работающими в области гигиены водных объектов.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОСТа Р 8.563-96 "Методики выполнения измерений", ГОСТа 17.0.0.02-79 "Охрана природы. Метрологическое обеспечение контроля загрязненности атмосферы, поверхностных вод и почвы. Основные положения".

Методики выполнены с использованием современных физико-химических методов исследования, метрологически аттестованы и дают возможность контролировать содержание химических веществ на уровне и меньше их предельно допустимых концентраций в воде, установленных в СанПиНе 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества", а для веществ, не включенных в перечень этого документа, - в СанПиНе 4630-88 "Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения".

Методические указания одобрены и приняты на бюро секции по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды Проблемной комиссии "Научные основы экологии человека и гигиены окружающей среды" и бюро Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию Министерства здравоохранения Российской Федерации.

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 мг/куб. дм, хризена - 0,004 - 0,2 мг/куб. дм, бензо(а)пирена - 0,002 - 0,2 мкг/куб. дм.

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

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.

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательные устройства, материалы и реактивы.

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.

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

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 (20 +/- 10) °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.

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: подготовку посуды, очистку экстрагента, приготовление растворов, подготовку хромато-масс-спектрометрической системы, установление градуировочной характеристики, отбор проб.

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 куб. см 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.

Циклогексан, используемый в качестве экстрагента, приливают в круглодонную колбу, вместимостью 250 куб. см. 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.

10 М раствор гидроксида натрия. 40 г реактива вносят в мерную колбу вместимостью 100 куб. см, 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 мг/куб. см (для хризена - 0,1 мг/куб. см). Срок хранения растворов - 1 год при 4 °С.

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

Рабочий раствор N 2 хризена (с = 0,002 мг/куб. см). 1 куб. см исходного раствора хризена вносят в мерную колбу вместимостью 50 куб. см, содержащую 10 - 20 куб. см 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 мг/куб. см). 1 куб. см исходного раствора бензо(а)пирена вносят в мерную колбу вместимостью 100 куб. см, содержащую 20 - 30 куб. см 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 мкг/куб. см). 1 куб. см рабочего раствора N 3 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу вместимостью 100 куб. см, содержащую 20 - 30 куб. см 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 мкг/куб. см). 1 куб. см рабочего раствора N 4 бензо(а)пирена вносят в мерную колбу вместимостью 10 куб. см, содержащую 2 - 3 куб. см этилового спирта, доводят до метки этиловым спиртом и перемешивают. Срок хранения - 1 мес. при 4 °С.

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.

Градуировочные характеристики устанавливают на градуировочных растворах полиароматических соединений в воде. Они выражают зависимость площади пика (безразмерные компьютерные единицы) от концентраций (мг/куб. дм) каждого соединения и строятся по 6 сериям градуировочных растворов.

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

Градуировочные растворы из мерных колб вместимостью 1000 куб. см переливают в делительные воронки вместимостью 1000 куб. см, 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 куб. см) 30 куб. см 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 куб. см. Градуировочный раствор последовательно экстрагируют еще 2 раза порциями по 20 куб. см циклогексана, как описано выше. Объединенные экстракты (70 куб. см) высушивают от воды, пропуская через сухую пипетку вместимостью 10 куб. см, заполненную 10 г сернокислого натрия, и собирают в выпаривательной колбе вместимостью 100 куб. см. Для количественного переноса круглодонную колбу и пипетку промывают 10 куб. см циклогексана, которые затем добавляют к экстракту в выпаривательной колбе.

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

Анализ проводят на приборе ITD-800 в следующих условиях:

Хроматографические и масс-спектрометрические характеристики полиароматических 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.

Пробы воды, объемом не менее 1 куб. дм, 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.

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 куб. см 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.

Концентрации каждого определяемого вещества в пробе (мг/куб. дм) 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%.

Средние значения результатов измерения концентрации веществ в 2 параллельных пробах воды записывают в протокол по форме:

Руководитель лаборатории:

Исполнитель:

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.

Результаты контроля признаются удовлетворительными, если выполняется условие:

где:

С - добавка вещества, мкг/куб. дм;

Kg - норматив оперативного контроля погрешности, мг/куб. дм.

При внешнем контроле (Р = 0,95) принимают:

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.

Методические указания разработаны Г.А. Газиевым и А.С. Московкиным (Всероссийский центр медицины катастроф "Защита", г. Москва).

1. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: СанПиН 2.1.4.559-96. М.: ГКСЭН России, 1996. 111 с.

2. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения: СанПиН 4630-88. М.: МЗ СССР, 1988. 60 с.

3. Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения: Сборник методических указаний. М.: МЗ России, 1997. 112 с.