"РД 52.10.775-2013. Руководящий документ. Массовая доля металлов в донных отложениях. Методика измерений методом атомно-абсорбционной спектрометрии"
(утв. Росгидрометом 25.09.2013)

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Государственный океанографический институт имени Н.Н. Зубова" (ФГБУ "ГОИН")

2 РАЗРАБОТЧИК И.С. Матвеева, канд. хим. наук

3 СОГЛАСОВАН с УМЗА Росгидромета 23.09.2013, ФГБУ "НПО "Тайфун" 01.09.2013

4 УТВЕРЖДЕН Заместителем Руководителя Росгидромета 25.09.2013

5 Аттестован ФГБУ "НПО "Тайфун". Свидетельство об аттестации методики (метода) измерений N 18.08.775/01.00305-2011/2013 от 09.07.2013 г.

6 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦМТР ФГБУ "НПО "Тайфун" за номером РД 52.10.775-2013 от 10.10.2013

7 ВЗАМЕН РД 52.10.556-95 "Методические указания. Определение загрязняющих веществ в пробах морских донных отложений и взвеси" в части раздела 5 "Следовые элементы (железо, марганец, хром, никель)", регламентирующего определение следовых элементов в пробах морских донных отложений (с. 4 - 10)

Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжелые металлы и их соединения характеризуются распространенностью в природной среде, высокой токсичностью, многие из них (такие как кадмий, мышьяк) - также способностью к накоплению в живых организмах. Металлы поступают в окружающую среду с промышленными и бытовыми стоками, с атмосферным переносом.

В донных отложениях металлы присутствуют в основном в сорбированной на твердом веществе форме. Сорбционная способность донных отложений зависит от ряда физико-химических факторов - особенностей состава, дисперсности, наличия органических веществ и т.д. Часть металлов может также включаться в кристаллическую решетку некоторых минералов (окклюдированная форма).

Разработка настоящего руководящего документа обусловлена необходимостью усовершенствования стадий пробоподготовки и выполнения измерений, а также увеличения перечня определяемых металлов.

В основу настоящей методики положен метод непламенной атомно-абсорбционной спектрометрии с предварительной минерализацией проб в микроволновой печи [1].

1. Область применения

1.1 Настоящий руководящий документ устанавливает методику измерений массовой доли алюминия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, свинца, хрома и цинка в пробах донных отложений (далее - проба) методом атомно-абсорбционной спектрометрии в электротермическом режиме.

1.2 Диапазоны измерения массовой доли металлов представлены в таблице 1.

1.3 Настоящий руководящий документ предназначен для использования в лабораториях, выполняющих измерения в области мониторинга загрязнения окружающей среды.

2. Нормативные ссылки

В настоящем руководящем документе использованы следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.4.009-83 ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание

ГОСТ 12.4.021-75 ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования

ГОСТ 17.1.5.01-80 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность

ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6)-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений

РМГ 61-2010 ГСИ. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки

РМГ 76-2004 ГСИ. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа

Примечания

1 При пользовании настоящим руководящим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", опубликованному по состоянию на 1 января текущего года.

2 Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим руководящим документом следует руководствоваться замененным (измененным) документом.

3. Требования к показателям точности измерений

Показатели точности и ее составляющих установлены в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6) и РМГ 61.

При соблюдении всех регламентируемых методикой условий проведения измерений характеристики погрешности результата измерений для всего диапазона концентраций с вероятностью 0,95 не должны превышать значений, приведенных в таблице 2.

4. Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам, материалам, реактивам

4.1 При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательные устройства, материалы:

- атомно-абсорбционный спектрометр с электротермической атомизацией и Зеемановским корректором фона (например, Agilent AA-280Z) с комплектом спектральных ламп с полым катодом для определения алюминия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, марганца, мышьяка, меди, никеля, свинца, хрома и цинка;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов железа с массовой концентрацией ионов железа (III) 1,00 мг/см³ ГСО 8032-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов алюминия с массовой концентрацией ионов алюминия 1,00 мг/см³ ГСО 8059-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов мышьяка с массовой концентрацией ионов мышьяка 1,00 мг/см³ ГСО 7144-95;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов марганца с массовой концентрацией ионов марганца 1,00 мг/см³ ГСО 8056-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов цинка с массовой концентрацией ионов цинка 1,00 мг/см³ ГСО 8053-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов меди с массовой концентрацией ионов меди 1,00 мг/см³ ГСО 7998-93;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов никеля с массовой концентрацией ионов никеля 1,00 мг/см³ ГСО 8001-93;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов хрома с массовой концентрацией ионов хрома (III) 1,00 мг/см³ ГСО 8035-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов ванадия с массовой концентрацией ионов ванадия (V) 1,00 мг/см³ МСО 0030:1998;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов свинца с массовой концентрацией ионов свинца 1,00 мг/см³ ГСО 7012-93;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов кобальта с массовой концентрацией ионов кобальта 1,00 мг/см³ ГСО 8089-94;

- государственный стандартный образец состава раствора ионов кадмия с массовой концентрацией ионов кадмия 1,00 мг/см³ ГСО 6690-93;

- весы лабораторные среднего класса точности, с пределом взвешивания 200 г по ГОСТ Р 53228-2008;

- холодильник бытовой, обеспечивающий температурные режимы от минус 18 °C до 4 °C;

- аквадистиллятор ДЭ-4-2 по ТУ-16-10721-79;

- комбинированная мембранная установка серии ДВС-М/1НА(18)-N для получения деионизированной воды с удельным сопротивлением не более 18 МОм/см по ТУ 4859-001-46824383-97;

- микроволновая печь для минерализации проб, например, MDS-2000, с набором тефлоновых или полипропиленовых стаканов (бомб) объемом 50 см³;

- колбы исполнения 2, вместимостью 25 см³, 50 см³, 100 см³, 1000 см³ 2-го класса точности по ГОСТ 1770-74;

- одноканальные дозаторы переменного объема вместимостью от 0,1 до 1,0 см³ с погрешностью дозирования не более 2% фирмы Эппендорф;

- полипропиленовые наконечники к дозаторам Эппендорф вместимостью от 0,1 до 1,0 см³;

- дозатор лабораторный с переменным объемом от 10 до 100 мм³ по ГОСТ 28311-89;

- пробирки типа П4, номинальной вместимостью 10 см³, с взаимозаменяемым конусом 14/23 по ГОСТ 25336-82;

- пробирки полипропиленовые градуированные с навинчивающимися крышками вместимостью 50 см³;

- склянки и банки стеклянные с винтовым горлом, с прокладкой и крышкой или с притертой пробкой для хранения реактивов вместимостью 500 см³, 1000 см³ по ТУ 6-19-6-70;

- флаконы и пробирки цилиндрические полиэтиленовые с навинчивающимися крышками для хранения проб и реактивов вместимостью 50 см³, 100 см³, 250 см³, 500 см³ по ТУ 6-19-45-74;

- ступка N 4 с наибольшим наружным диаметром 110 мм и пестик по ГОСТ 9147-80;

- сито капроновое с пластмассовым корпусом с размером ячейки (1 +/- 0,1) мм.

Примечание - Допускается использование других средств измерений и вспомогательного оборудования, в том числе импортных, обеспечивающих точность измерения, указанную в таблице 2.

4.2 При выполнении измерений применяют следующие реактивы:

- кислота плавиковая по МРТУ 6-09-4161-67, о.с.ч;

- кислота азотная по ГОСТ 11125-84, о.с.ч;

- кислота соляная по ГОСТ 14261, о.с.ч;

- вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72;

- вода деионизированная с удельным сопротивлением не более 18 МОм/см;

- кислота борная по ГОСТ 9656-75, х.ч.;

- аммоний фосфорнокислый однозамещенный по ГОСТ 3771-64, х.ч;

- магний азотнокислый, 6-водный по ГОСТ 11088-75, ч.д.а;

- палладий азотнокислый 2-водный по ТУ 6-09-395-75, ч.д.а;

- аргон газообразный высокой чистоты по ТУ 6-21-12-94.

Примечание - Допускается использование других реактивов, в том числе импортных, обеспечивающих точность измерения, указанную в таблице 2.

5. Метод измерений

Измерение массовой доли металла в пробах выполняют методом атомно-абсорбционной спектрометрии в режиме электротермической атомизации. Метод основан на селективном поглощении атомным паром металла резонансного излучения, испускаемого спектральной лампой с полым катодом. Методика предусматривает следующие этапы:

- перевод металла в раствор путем полного разложения (минерализации) проб смесью "царской водки" и плавиковой кислоты;

- измерение массовой концентрации металла в растворе проб методом атомной абсорбции в электротермическом режиме, согласно диапазонам, указанным в таблице 1;

- расчет массовой доли металла в пробе.

6. Требования безопасности, охраны окружающей среды

6.1 При выполнении измерений массовой доли металла следует соблюдать требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007 и правилами [2].

6.2 Помещение, в котором проводятся измерения, должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией согласно ГОСТ 12.4.021, соответствовать требованиям пожарной безопасности согласно ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения согласно ГОСТ 12.4.009.

6.3 Безопасность при работе с электроустановками должна обеспечиваться согласно ГОСТ Р 12.1.019.

6.4. При работе с плавиковой кислотой руки должны быть защищены резиновыми перчатками, глаза - защитными очками. Хранят плавиковую кислоту в посуде из тефлона, полиэтилена или полипропилена, отмеривают кислоту пипетками с полиэтиленовыми наконечниками или тефлоновыми (полиэтиленовыми) пробирками.

6.5 Отработанные растворы кислот сливают в канализацию после многократного разбавления или нейтрализации содой.

7. Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица с профессиональным образованием, прошедшие соответствующую стажировку по эксплуатации атомно-абсорбционного спектрометра, со стажем работы в лаборатории не менее 6 мес.

8. Требования к условиям измерений

При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:

9. Требования к отбору и хранению проб

Место отбора, период отбора, консервацию и хранение проб следует проводить в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01. Не обрабатываемые сразу пробы хранят в застегивающихся полиэтиленовых пакетах или тефлоновых емкостях с плотно закрывающейся крышкой в морозильной камере холодильника при температуре минус 20 °C. Перед анализом пробу вымораживают или высушивают на воздухе, избегая попадания солнечных лучей, до воздушно-сухого состояния. Пробу тщательно перемешивают, отбирают навеску массой от 30 до 50 г, растирают ее в ступке и просеивают через сито.

10. Подготовка к выполнению измерений

10.1 Подготовка посуды для отбора, приготовления и хранения проб и рабочих растворов

Посуду для отбора и хранения проб и рабочих растворов следует готовить следующим образом [1]:

- тщательно вымыть водопроводной водой с моющими средствами;

- промыть водопроводной водой;

- замочить на срок от 3 до 5 сут. в разбавленной (1:10) азотной кислоте в пластиковом контейнере;

- тщательно вымыть водопроводной водой;

- 3 - 4 раза ополоснуть дистиллированной водой;

- промыть разбавленной (1:10) соляной кислотой;

- 3 - 4 раза ополоснуть дистиллированной водой;

- тщательно промыть деионизированной водой;

- просушить на воздухе;

- поместить в застегивающиеся полиэтиленовые пакеты.

10.2 Приготовление растворов и реактивов

10.2.1 Раствор азотной кислоты (1:10)

Раствор готовят путем разбавления 100 см³ концентрированной азотной кислоты до 1000 см³ деионизированной водой.

10.2.2 Раствор азотной кислоты 0,1 N

Раствор готовят путем разбавления 6,7 см³ концентрированной азотной кислоты до 1000 см³ деионизированной водой.

10.2.3 Раствор соляной кислоты (1:10)

Раствор готовят путем разбавления 100 см³ концентрированной соляной кислоты до 1000 см³ деионизированной водой.

10.2.4. "Царская водка"

"Царскую водку" готовят путем смешивания 1 объемной части азотной и 3 объемных частей соляной кислот. Используют "царскую водку" в день ее приготовления.

10.3 Приготовление градуировочных растворов

10.3.1 Для приготовления рабочих и промежуточных градуировочных растворов следует руководствоваться таблицами 3, 4 и 5. Рабочий градуировочный раствор с максимальной концентрацией для измерения Cd, Pb, Cu, Ni, Cr, Mn, As, Co получают из общего (смешанного) промежуточного градуировочного раствора, приготовленного в колбе на 100 см³. Если используемое средство измерений предусматривает автоматическое разбавление градуировочного раствора с максимальной концентрацией при построении графика, то для получения этого раствора следует 50 мм³ промежуточного раствора довести 0,1 N раствором азотной кислоты до 50 см³. При отсутствии такой возможности для получения необходимого ряда градуировочных растворов (N 1, N 2, N 3) необходимо выполнить соответствующие разбавления раствора с максимальной концентрацией (N 4) в соответствии с таблицей 5. Рабочие градуировочные растворы следует готовить в день их использования.

Смешанный рабочий стандартный раствор N 4 для измерения массовой концентрации Al, Zn, Fe, V, Mn, Cr готовят в соответствии с таблицей 4 в колбе объемом 500 см³ из основных стандартных растворов (ГСО), минуя промежуточный, доводя объем до метки 0,1 N раствором азотной кислоты. Раствор устойчив в течение 1 месяца.

Для отбора аликвот растворов используют либо дозаторы, либо пипетки градуированные, в зависимости от отбираемых объемов.

10.3.2 В качестве нулевого раствора используют 0,1 N раствор азотной кислоты.

10.4 Приготовление модификаторов матрицы

10.4.1 Раствор магния азотнокислого 1%-го готовят растворением 1,0 г магния азотнокислого в деионизированной воде с доведением объема до 100 см³.

10.4.2 Раствор аммония фосфорнокислого 5%-го готовят растворением 5,0 г аммония фосфорнокислого в деионизированной воде с доведением объема до 100 см³.

10.4.3 Раствор палладия азотнокислого 0,2%-го готовят в 2 приема:

а) для приготовления 1%-го раствора, устойчивого к длительному хранению в холодильнике, 1 г палладия азотнокислого растворяют в небольшом количестве "царской водки" при нагревании на плитке, после чего доводят объем до 100 см³ деионизированной водой;

б) для приготовления 0,2%-го раствора полученный раствор разбавляют в 5 раз деионизированной водой.

10.4.4 Раствор следует хранить при температуре 4 °C не более 6 мес.

10.5 Подготовка атомно-абсорбционного спектрометра

Включение, настройку спектрометра, юстировку ламп и графитового атомизатора производят согласно руководству по эксплуатации. Условия измерений приведены в таблице 6 [3].

11. Установление градуировочной характеристики

Установление градуировочной характеристики следует проводить перед каждой серией измерений массовой концентрации металла, а также после замены графитовой кюветы в следующей последовательности:

- проводят атомизацию раствора азотной кислоты 0,1 N с добавкой или без добавки модификатора матрицы в соответствии с таблицей 6;

- выбирают 4 градуировочных раствора (1-й, 2-й, 3-й, 4-й) с таким расчетом, чтобы диапазон массовых концентраций металла в них охватывал ожидаемый диапазон массовых концентраций в анализируемых пробах;

- градуировку спектрометра проводят, измеряя величины абсорбции градуировочных растворов в порядке возрастания массовых концентраций металлов в соответствии с таблицей 6;

- измерения абсорбции каждого градуировочного раствора следует проводить не менее двух раз и усреднять. Расхождение между измерениями не должно превышать 10%, в противном случае установку градуировочной характеристики повторяют;

- градуировочные характеристики для каждого металла строят графически в координатах: атомная абсорбция A - массовая концентрация металла в растворе C. За величину сигнала абсорбции принимают либо высоту, либо площадь получаемого пика. Выбор оптимального режима измерений производится оператором для каждого конкретного металла.

12. Разложение (минерализация) проб

12.1 Для разложения (минерализации) навеску воздушно-сухой пробы массой от 0,15 до 0,30 г, взвешенную с погрешностью не более 0,01 г, переносят в тефлоновый или полипропиленовый стакан, входящий в комплект к микроволновой печи, добавляют 1 см³ "царской водки" и 4 см³ концентрированной плавиковой кислоты и оставляют пробу при комнатной температуре на 1 ч. Затем следует провести процедуру минерализации в соответствии с руководством по эксплуатации микроволновой печи.

После охлаждения до комнатной температуры раствор вместе с оставшимися твердыми частицами количественно переносят в мерную полипропиленовую пробирку с навинчивающейся крышкой вместимостью 50 см³, куда предварительно необходимо внести 1,80 г борной кислоты в небольшом количестве деионизированной воды, и доводят объем до метки этой же водой. Встряхивают пробирку до полного растворения борной кислоты. После осаждения твердых частиц (через 10 ч или на следующий день) минерализованная проба готова к измерениям [1].

12.2 Для подготовки холостой пробы в тефлоновый или пропиленовый стакан вносят 1 см³ "царской водки" и 4 см³ концентрированной плавиковой кислоты, после чего проводят все стадии минерализации в микроволновой печи и разбавления (включая добавку борной кислоты), что и для анализируемой пробы.

13. Порядок выполнения измерений

13.1 Аликвоты пробы и модификаторов в соответствии с таблицей 6 вводят в графитовую кювету и атомизируют в соответствии с руководством по эксплуатации спектрометра. Выбор объема аликвоты пробы в диапазоне от 10 до 70 мм³ производится оператором в зависимости от ожидаемой величины аналитического сигнала; объем аликвоты модификатора обычно составляет от 4 до 6 мм³ на каждые 20 мм³ пробы.

13.2 Цикл атомизации и измерение аналитического сигнала в анализируемой пробе проводят не менее двух раз.

13.3 Показания спектрометра заносят в рабочий журнал, форма которого приведена в приложении А.

13.4 Если измеренная массовая концентрация превышает максимальную массовую концентрацию на установленной градуировочной характеристике, пробу разбавляют раствором азотной кислоты 0,1 N и повторяют измерения.

13.5 Для контроля стабильности градуировочной характеристики через каждые 20 циклов атомизации измеряют абсорбцию градуировочного раствора со средней или максимальной массовой концентрацией определяемого металла. Измерения проводят дважды и усредняют. Если полученный результат отличается от величины, полученной при градуировке, более чем на 10%, проводят повторную градуировку.

14. Проверка приемлемости результатов параллельных измерений

14.1 Результатом измерений массовой доли металла является среднее арифметическое двух результатов параллельных измерений , мг/кг, если расхождение между ними не превышает предела повторяемости r.

14.2 Предел повторяемости r при измерении алюминия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, свинца, хрома и цинка в диапазоне массовых концентраций (таблица 2), соответствующих массовым долям в пробах (таблица 1), не должен превышать значений, указанных в таблице 7.

14.3 Если расхождение превышает предел повторяемости, выполняют повторное измерение рабочих проб. При повторном расхождении результаты анализа бракуются, а в лаборатории выясняют причины превышения предела повторяемости, устраняют их и повторяют выполнение измерений в соответствии с требованиями настоящей методики измерения.

15. Вычисление результатов измерений

15.1 Если используемое средство измерений не предусматривает автоматического расчета массовой доли металла в пробе по величинам навески и объема минерализованной пробы, то для расчета используют формулу

где X - массовая доля металла в пробе, мг/кг (мкг/г);

- среднее арифметическое двух результатов параллельных измерений массовой концентрации металла в растворе рабочей пробы, мкг/дм³; - среднее арифметическое двух результатов параллельных измерений массовой концентрации металла в растворе холостой пробы, мкг/дм³;

P - коэффициент разбавления пробы. P = 1, если не проводилось дополнительного разбавления пробы, кроме предусмотренного после минерализации;

V - объем раствора, полученный после минерализации пробы, дм³;

m - навеска пробы, г.

15.2 Последовательность проведения анализа и результаты вычислений заносят в журнал, форма которого представлена в приложении А.

16. Оформление результатов измерений

Результат измерений представляют в виде

где X - массовая доля определяемого металла в пробе, мг/кг;

- границы характеристики погрешности результатов измерений при P = 0,95 (таблица 2), мг/кг.

Если массовая доля металла ниже границы диапазона измерений, производят следующую запись: "Массовая доля металла менее (указать значение нижней границы диапазона) мг/кг".

17. Контроль качества результатов измерений

17.1 Контроль качества результатов измерений в лаборатории предусматривает проверку приемлемости результатов параллельных измерений согласно разделу 14 и оперативный контроль процедуры измерения.

Оперативный контроль процедуры измерения проводят для каждой аналитической серии проб. Аналитическая серия включает в себя не более 20 рабочих проб, холостую пробу и образец для контроля (ОК). В качестве ОК используют референс-образцы с известной массовой долей металла и аналогичной матрицей.

17.2 При выполнении контрольной процедуры получают результат контрольного измерения аттестованной характеристики образца для контроля X и сравнивают его с аттестованным значением A.

17.2.1 Результат контрольной процедуры К_к рассчитывают по формуле

где X - массовая доля металла в пробе, мг/кг;

A - аттестованное значение ОК, мг/кг

17.2.2 Норматив контроля К рассчитывают по формуле

17.2.3 Проводят сопоставление результата контрольной процедуры с нормативом контроля. Если результаты контрольной процедуры удовлетворяет условию

процедуру анализа признают удовлетворительной.

При невыполнении условия (5) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (5) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.

17.2.4 Результаты контроля погрешности с использованием ОК заносят в таблицу журнала, форма которого приведена в приложении Б.

17.3 Контроль стабильности результатов измерений при реализации методики осуществляют в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6) и РМГ 76. Периодичность контроля и контроль стабильности результатов измерений устанавливают в Руководстве по качеству лаборатории.

Проект: ...

Матрица: донные отложения

Дата проведения анализа ...

Проект: ...

Матрица: донные отложения

Дата проведения анализа: ...

[1] Standard operating procedures for trace metals determination, MESL, IAEA, Monaco, 1999.

[2] Правила по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983 г.

[3] Michel Hcenig, Anne-Marie de Kersabiec. Atomisation Electrothermique en spectrometrie d'absorption atomique, Preface de Maurice PINTA, 1990.