РД 52.10.243-92. Руководство по химическому анализу морских вод
пипетка автоматическая калиброванная на 10 мл;
пипетка калиброванная на 5 мл по ГОСТ 20292;
колбы мерные по ГОСТ 1770 или цилиндры Несслера на 100 мл с притертыми пробками;
склянки для хранения растворов из темного стекла и пластмассовыми пробками на 1 л;
фильтры мембранные N 2 с размером пор 0,45 мкм и диаметром 35 мм;
фильтр стеклянный N 2;
колба Бунзена на 0,5 л;
насос водоструйный стеклянный по ГОСТ 10696 или пластмассовый КМ-1230 по ТУ 64-1-861, или механический Комовского типа НВК;
стакан химический на 0,4 - 0,6 л по ГОСТ 10394;
стекла часовые;
бюксы низкие диаметром 40 - 50 мм по ГОСТ 7148;
серная кислота концентрированная, х.ч., по ГОСТ 4204;
натрия гидроксид, х.ч., по ГОСТ 4328;
калий надсернокислый (калий персульфат), х.ч., по ГОСТ 4146;
борная кислота, х.ч., по ГОСТ 9656;
трилон Б (этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты динатриева соль двухводная), ч., по ГОСТ 10652.
3. Отбор проб
Пробы морской воды на общий азот анализируют сразу же после их отбора. Хранение проб не допускается. Если пробы морской воды содержат большое количество взвешенных частиц, что характерно для предустьевых районов морей, то до анализа их следует профильтровать через мембранный фильтр N 2 по [3].
4. Подготовка к анализу
4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа
4.1.1. Раствор гидроксида натрия концентрацией 0,12 моль/л готовят растворением 4,8 г щелочи в 1 л дистиллированной воды. Хранят в склянке с пластмассовой пробкой.
4.1.2. Раствор гидроксида натрия концентрацией 0,075 моль/л готовят растворением 3,02 г щелочи в 1 л безазотной воды.
4.1.3. Боратный буфер готовят растворением 6,0 г борной кислоты в 1 л раствора гидроксида натрия концентрацией 0,075 моль/л. Он устойчив на холоде не менее двух месяцев.
4.1.4. Окислительный раствор готовят растворением 10,0 г персульфата калия в 1 л боратного буфера. При хранении в темной склянке с пластмассовой пробкой на холоде раствор устойчив по крайней мере неделю.
4.2. Очистка мембранных фильтров
В химический стакан на каждые 10 фильтров приливают 50 мл безазотной воды. Закрывают его часовым стеклом, ставят на электроплитку, покрытую асбестовой тканью, и нагревают при слабом кипении раствора в течение 20 мин. три раза, каждый раз меняя воду. Фильтры хранят в бюксе.
4.3. Очистка воды и реактивов
Безазотная вода. 1 л дистиллированной воды помещают в колбу перегонного аппарата, добавляют 0,5 г персульфата калия и 50 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 0,12 моль/л, нагревают раствор до кипения на газовой горелке и кипятят несколько минут без отгонки. Затем собирают перегонный аппарат и отгоняют до тех пор, пока в колбе не останется 150 мл раствора. На безазотной воде готовят все реактивы и стандартные растворы. Воду желательно получать в день употребления.
Допускается ее хранение в течение 3 - 4 недель в склянках или колбах с хорошо пришлифованными и запарафинированными пробками в помещениях, воздух которых свободен от паров аммиака, азотной кислоты и органических соединений азота.
Большое внимание следует уделять дистиллированной воде, которая нередко так сильно бывает загрязнена органическим азотом, аммиаком, нитритами и нитратами, что, с одной стороны, полученная из нее безазотная вода также может содержать повышенные концентрации соединений азота, а с другой стороны, сильно загрязняет нитритами и нитратами пробы природной воды и холостую пробу при разбавлении. Для уменьшения содержания соединений азота дистиллированную воду следует получать в день использования.
Безазотная и дистиллированная воды пригодны для анализа, если в кювете длиной 50 мм оптическая плотность холостой пробы, измеренная относительно дистиллированной воды, не превышает 0,060. При больших значениях оптической плотности вместо дистиллированной воды следует использовать безазотную воду. Если же в безазотной воде содержание соединений азота повышено, то ее необходимо еще раз перегнать с персульфатом калия в щелочной среде.
Деионизированную воду применять не следует, так как она обычно содержит довольно много органического азота.
Альфа-нафтиламин. Этим реактивом можно пользоваться в том случае, если в твердом состоянии он окрашен в слабо-розовый цвет. При более интенсивной окраске его очищают. Для этого 0,2 г альфа-нафтиламина растворяют в 40 мл безазотной воды и нагревают до кипения. Горячий раствор фильтруют через фильтр из обычной фильтровальной бумаги, вставленной в стеклянную химическую воронку, предварительно нагретую в сушильном шкафу. В фильтрованный раствор добавляют 15 мл ледяной уксусной кислоты и 245 мл безазотной воды.
Калий надсернокислый. Его очистка описана в гл. "Общая растворенная ртуть".
4.4. Требования к лабораторному помещению
Воздух лабораторного помещения, в котором проводят анализ на общий и органический азот, а также получают дистиллированную и безазотную воды, должен быть чистым и свободным от паров азотной кислоты, аммиака и органических производных азота даже в следовых количествах. Этого можно достигнуть только в том случае, если в данном помещении не работали с указанными выше соединениями азота не менее шести месяцев. Также недопустимо присутствие в воздухе табачного дыма. В противном случае лабораторное помещение "отравлено" соединениями азота, и результаты анализов плохо воспроизводятся.
5. Проведение анализа
5.1. Схема проведения анализа
В зависимости от ожидаемой концентрации общего азота в пробе отбирают 10 мл (концентрация не больше 1000 мкг/л) или 2 мл (больше 1000 мкг/л) морской воды в бутылки для автоклавирования, прибавляют 10 мл окислительного раствора, бутылки сразу же закрывают и их содержимое перемешивают. Бутылки помещают в кастрюлю-скороварку, в которую предварительно наливают 600 мл дистиллированной воды. Кастрюлю закрывают и ставят на электроплитку. Бутылки с растворами кипятят 30 мин. при 120 °C с работающим грузовым клапаном (от начала нагревания до конца кипячения обычно требуется около 70 мин.), после чего кастрюлю снимают с плитки. После охлаждения кастрюлю открывают и бутылки вынимают. Содержимое бутылок количественно переносят в цилиндры Несслера на 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Полученные растворы анализируют далее по методике определения нитратов в морской воде с той лишь разницей, что после пропускания через колонку с омедненным кадмием отбирают по 25 мл пробы и по 25 мл (при измерении на спектрофотометре) или 50 мл (при измерении на фотоэлектроколориметре) холостой пробы. Необходимо отметить, что для вод разной солености следует прибавлять различные объемы щелочного раствора трилона Б для создания оптимального значения pH, которое надо строго контролировать. Параллельно с пробами каждый раз обрабатывают в кастрюле-скороварке окислительный раствор (холостую пробу) с последующим его разбавлением дистиллированной водой до 100 мл.
5.2. Холостое определение
Для выполнения холостого определения 10 мл окислительного раствора проводят через все стадии анализа, предусмотренные для пробы.
6. Подготовка средств измерений к работе
6.1. Методы приготовления градуировочных растворов
Основной стандартный раствор трилона Б готовят растворением 0,1330 г соли в безазотной воде в мерной колбе на 100 мл. 1 мл этого раствора содержит 100 мкг органического азота. При хранении в холодном месте в темной посуде раствор устойчив несколько месяцев.
Рабочий стандартный раствор трилона Б готовят разбавлением 10,0 мл основного стандартного раствора безазотной водой в мерной колбе на 100 мл до метки. 1 мл этого раствора содержит 10 кг органического азота. При хранении в холодном месте раствор устойчив месяц.
6.2. Установление градуировочных характеристик метода
Поскольку концентрация общего азота в морской воде может изменяться от сотен до нескольких тысяч микрограммов на литр, градуировочные графики необходимо строить в диапазонах концентраций 0 - 1000 или 0 - 5000 мкг/л.
Для построения градуировочного графика в диапазоне 0 - 1000 мкг/л отбирают 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 мл рабочего стандартного раствора трилона Б и разбавляют безазотной водой в мерных колбах или цилиндрах Несслера на 100 мл до метки. Концентрация азота в полученных стандартных растворах составляет соответственно 250; 500; 750 и 1000 мкг/л.
Отбирают пипеткой и помещают в бутылки для автоклавирования по 10 мл каждого стандартного раствора, добавляют к ним по 10 мл окислительного раствора и сразу же закрывают бутылки пробками. После перемешивания растворов бутылки (до 8 - 10 шт.) помещают в кастрюлю-скороварку и далее проводят аналитические процедуры, аналогичные описанным в п. 5.1.
Добавляют 2,5 и 1,25 мл реактива Грисса-Илосвая к 50 и 25 мл раствора соответственно и затем измеряют оптическую плотность градуировочных растворов на спектрофотометре при длине волны 543 нм или на фотоэлектроколориметре при длине волны, наиболее близкой к указанной, в кюветах длиной 50 мм относительно холостой пробы.
Каждый стандартный раствор готовят параллельно не менее трех раз. Градуировочный график строят по средним измеренным значениям оптической плотности растворов в координатах "оптическая плотность - концентрация общего азота, мкг/л".
Для построения градуировочного графика в диапазоне концентраций азота 0 - 5000 мкг/л отбирают по 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл основного стандартного раствора трилона Б и разбавляют их безазотной водой в мерных колбах или цилиндрах Несслера на 100 мл до метки. Полученные стандартные растворы имеют концентрации азота 1000; 2000; 3000; 4000; 5000 мкг/л соответственно. Отбирают пипеткой в бутылки для автоклавирования по 2 мл каждого раствора, добавляют к ним по 10 мл окислительного раствора и сразу же закрывают пробками. Дальнейший ход анализа и построение градуировочного графика проводят аналогично описанному для диапазона концентраций 0 - 1000 мкг/л. Следует отметить нестабильность окраски растворов при концентрациях общего азота более 3000 мкг/л. Поэтому необходимо строго соблюдать время выдержки проб от момента внесения реактива Грисса-Илосвая до измерения оптической плотности и выполнять анализ сериями не более 10 проб.
Градуировочные графики следует проверять не реже одного раза в месяц и обязательно каждый раз при приготовлении новых растворов реактивов.
7. Проведение измерений
Оптическую плотность проб измеряют в кювете длиной 50 мм относительно холостой пробы на спектрофотометре при длине волны 543 нм или фотоэлектроколориметре со светофильтром N 6 (ФЭК-56М, ФЭК-56) или N 4 (ФЭК-60) и записывают ее в журнал. Когда оптическая плотность определяемой пробы в диапазоне концентраций 0 - 5000 мкг/л превышает 0,8 в кювете длиной 50 мм, необходимо провести ее повторное измерение в кювете длиной 20 мм.
8. Обработка результатов
8.1. Вычисление результатов измерений
По измеренным значениям оптической плотности с помощью градуировочных графиков находят концентрацию общего азота (мкг/л). Если измерение оптической плотности проведено в кюветах длиной 20 мм, то в этом случае найденную по градуировочному графику концентрацию общего азота следует умножить на 2,5 для получения его истинной концентрации.
Если ранее в пробе были определены концентрации нитритов, нитратов и аммонийного азота, то, вычитая их сумму из найденной концентрации общего азота, находят содержание в морской воде органического азота (в мкг/л).
8.2. Числовые значения показателей погрешности
На основании метрологической аттестации, проведенной ВНИИАСМ-НПО "Исари" Госстандарта СССР с 01.09.88 по 25.12.88 (табл. 19), настоящая методика определения общего и органического азота допущена к применению в организациях Росгидромета.
Таблица 19
РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ МВИ
┌───────────────────┬─────────────────┬────────────┬──────────────────────┐ │ Диапазон │ Показатель │ Показатель │ Показатель │ │концентрации общего│воспроизводимости│правильности│ погрешности МВИ, │ │ азота в морской │ (эпсилон), % │ (ТЭТА), % │суммарная погрешность │ │ воде, мкг/л │ │ │ (ДЕЛЬТА), % │ ├───────────────────┼─────────────────┼────────────┼──────────────────────┤ │250 - 500 │4,5 │10,5 │12,0 │ │500 - 750 │3,5 │9,5 │9,5 │ │750 - 2600 │1,2 │4,6 │4,6 │ └───────────────────┴─────────────────┴────────────┴──────────────────────┘
8.3. Общие требования к точности определения
Необходимая точность определения общего азота может быть достигнута при правильном контроле чистоты безазотной воды, реактивов, посуды и воздуха лабораторного помещения.
9. Требования к квалификации аналитика
Определение может выполнять химик-аналитик, имеющий среднее специальное образование.
10. Нормы затрат рабочего времени на анализ
Для анализа общего азота в 10 пробах требуется 19,8 чел.-ч, в том числе:
на взятие проб из батометра - 0,3 чел.-ч;
на подготовку посуды и приготовление растворов реактивов - 2,0 чел.-ч;
на подготовку очищенной воды - 6,0 чел.-ч;
на подготовку редукторов - 3,0 чел.-ч;
на фильтрование проб - 2,0 чел.-ч;
на выполнение измерений - 3,5 чел.-ч;
на измерение светопоглощения - 0,5 чел.-ч;
на холостые опыты - 2,0 чел.-ч;
на выполнение расчетов - 0,5 чел.-ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические указания по химическому анализу распресненных вод морских устьевых областей рек и эпиконтинентальных морей, N 46. М.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 32 - 39.
2. Методы гидрохимических исследований океана. М.: Наука, 1978, с. 202 - 215.
3. Руководство по методам химического анализа морских вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 82 - 92, 101 - 109.
4. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 306 - 308.
5. Methods of seawater analyses/Ed. by K.Grasshoff. Weinheim New York: Verlag Chemie, 1976, p. 168 - 173.
6. Report of the Baltic intercalibration workshop. Annex., Kiel, 1977, p. 35.
7. Strickland J.D.H., Parsons T.R. A practical handbook of sea-water analysis. Fish. Res. Board Canada, Bull. 167, 1968.
НЕФТЕПРОДУКТЫ
Нефть и нефтепродукты, относящиеся к числу наиболее распространенных в морской среде загрязняющих веществ, представляют собой сложную смесь различных углеводородов ациклического, нафтенового и ароматического гомологических рядов с числом атомов углерода от 5 до 70 и соединений некоторых других классов, причем углеводороды составляют 50 - 98% массы смеси.
Анализ нефти и нефтепродуктов в воде можно осуществлять дифференциальными (газожидкостная хроматография, хроматомасс-спектрометрия) или интегральными (УФ-, ИК-спектрофотометрия, спектрофлуорометрия) методами, причем интегральные методы проще и удобнее для проведения наблюдений за состоянием нефтяного загрязнения водоемов.
Для исчерпывающей оценки нефтяного загрязнения (соотношение углеводородов различных гомологических рядов, количество алканов нормального и изостроения, алкенов, аренов с различным числом колец и т.п.) необходимо применять несколько методов. Вместе с тем для практических целей часто бывает вполне достаточно применять какой-либо один интегральный метод, например инфракрасную спектрофотометрию (ИКС) или спектрофлуорометрию.
Условно принято считать нефтепродуктами главную и наиболее характерную часть нефти и продуктов ее переработки - неполярные и малополярные углеводороды, не сорбирующиеся на оксиде алюминия [2, 4].
Ниже дается описание методики ИКС-определения нефтепродуктов (НП) в морской воде с использованием колоночной хроматографии для выделения неполярных и малополярных углеводородов * .
--------------------------------
* Допустимо применение методики [2] ИКС-определений.
1. Сущность метода анализа
Метод основан на измерении интенсивности поглощения, обусловленного
валентными асимметричными колебаниями C-H связей метиленовых (-CH -) групп
2
-1
углеводородов, в ближней ИК-области (полоса 2926 +/- 10 см или 3,41 +/-
0,01 мкм). Этой частоте (длине волны) соответствует наибольшее значение
удельных коэффициентов поглощения НП при наименьшем разбросе - около 20%
[2, 4].ИКС-метод в данном варианте не дает возможности распознавать автохтонные и аллохтонные углеводороды - результаты анализа отражают общее содержание НП.
В качестве стандартов в методе можно использовать две искусственные смеси с одинаковым коэффициентом удельного поглощения: 1) гексадекан:изооктан:бензол - 3:3:2 по объему - смесь Симарда [6]; 2) гексадекан:диоктилсебацинат - 1:6 по объему либо 3:22 по массе - смесь ГОИН [1].
2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы
Для выполнения анализа применяются:
ИК-спектрофотометр любой марки с разверткой спектра в области 2500 -
-1
3300 см (3,3 - 4 мкм), например ИКС-29, либо анализаторы (измерители) НП,
например типа АН-1;кюветы с кварцевыми окнами длиной 10 - 40 мм с крышками;
весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104;
сушильный шкаф по ТУ 79-383;
мешалка электромеханическая, составленная из электромотора, стеклянной или металлической мешалки с лопастями;
мешалка магнитная, например типа ММ ЗМ, по ТУ 25-11-834 с перемешивающим стержнем;
центрифуга лабораторная любого типа, например ЦЛС-3 У-42, по ТУ 5.375-4170;
электроплитка с закрытой спиралью мощностью 300 Вт и выше по ТУ 92-208;
пробоотборник в виде бутыли емкостью 3 - 5 л в обрешетке, прикрепленной к грузу [2];
ротационный испаритель, например ИР-10, по ТУ 25-11-741 либо прибор для отгонки растворителей, составленный из круглодонной колбы емкостью 50 - 100 мл, насадки Вюрца, прямого холодильника ХПТ-КШ, аллонжа АИО, приемника емкостью 50 - 100 мл, по ГОСТ 25336;
колонка стеклянная длиной 250 мм, внутренним диаметром 10 мм, с оттянутым концом, с тампоном из стекловаты в нижней части;
пинцет по ГОСТ 21241;
баня водяная по ТУ 46-22-608;
штатив лабораторный ШЛ с принадлежностями: лапки, муфты, кольца по ТУ 64-1-707;
шланг резиновый по ГОСТ 5496;
шланг вакуумный по ТУ 38-105-881;
термометр ТЛ-5 1-А по ГОСТ 215;
колбы конические с притертыми пробками на 50 или 100 мл по ГОСТ 23932;
цилиндры мерные емкостью 25; 50 мл по ГОСТ 1770;
пробирки мерные емкостью 5 - 25 мл по ГОСТ 1770;
пипетки на 1 и 10 мл с градуировкой по ГОСТ 20292;
банка 3-литровая стеклянная по ГОСТ 24639 либо колба Эрленмейера емкостью 2 л по ГОСТ 23932;
воронки химические по ГОСТ 25336;
ступка и пестик фарфоровые по ГОСТ 9147;
вата стеклянная, прокипяченная в четыреххлористом углероде;
бумага индикаторная универсальная по ТУ 6-09-1181;
бумага фильтровальная по ГОСТ 12026 либо фильтры "белая лента" по ТУ 6-09-1678;
алюминия оксид для хроматографии по ТУ 6-09-3916 II степени активности;
калий двухромовокислый, ч., по ГОСТ 4220;
кислота серная концентрированная, ч., по ГОСТ 4204;
натрий сернокислый (сульфат) безводный, ч.д.а., по ГОСТ 4166;
углерод четыреххлористый, ос.ч., по ТУ 6-09-3219, либо х.ч., по ГОСТ 20288;
компоненты стандартов (искусственных смесей):
гексадекан, ч., по ТУ 6-09-3659;
изооктан, х.ч., для хроматографии по ТУ 6-09-921;
бензол, ч.д.а., по ГОСТ 5955;
диоктилсебацинат, НЖФ производства "Реахим";
сорбенты для очистки четыреххлористого углерода, х.ч.: молекулярное сито с эффективным диаметром пор 0,5 нм, например цеолит 5А (СаА) производства "Реахим", либо силикагель с диаметром пор 3 нм, например марки КСМ N 5 производства "Реахим".
3. Отбор проб
Для отбора проб воды из поверхностного слоя моря используют стеклянный пробоотборник. Его опускают на тросе из синтетического материала на нужную глубину поверхностного слоя с подветренного борта судна. В простейшем случае бутыль пробоотборника может быть открытой, однако корректнее применять бутыли, горловины которых закрываются пробками. Во втором случае, после того как бутыль опустят на нужный поверхностный горизонт водоема, пробку вытаскивают. Особенно рекомендуется использовать устройства различной конструкции, способные открываться и закрываться в погруженном состоянии. При отборе проб таким устройством исключается либо становится маловероятным попадание в них воды из тонкого поверхностного слоя, в котором, как показано многочисленными исследованиями, концентрируются органические вещества (в том числе нефтепродукты) и присутствуют органические (нефтяные) пленки.
Пробы воды с глубинных горизонтов моря отбирают пластмассовыми батометрами различных конструкций емкостью от 2 л и более (например, 7-литровый батометр ИОАН, батометр Нискина). Батометры, укрепляемые на стальных, очищенных от смазки четыреххлористым углеродом тросах, либо линях из синтетических материалов, опускают с подветренного борта судна. При сливании воды из батометра в посуду первую порцию (примерно 0,5 л) необходимо отбросить.
4. Подготовка к анализу
4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа
4.1.1. Натрий сернокислый нагревают в сушильном шкафу при температуре 150 - 200 °C в течение 6 - 8 ч. Готовый реактив в теплом состоянии помещают в герметически закрывающуюся посуду. Используют для осушения экстрактов.
4.1.2. Хромовую смесь готовят растворением 10 г бихромата калия в 100 мл конц. серной кислоты при слабом нагревании. Препарат используют для чистки посуды.
4.1.3. Алюминия оксид II степени активности (если имеющийся реактив не этой квалификации) готовят следующим образом. Реактив прокаливают при 350 - 400 °C 4 - 6 ч в муфельной печи и после остывания до комнатной температуры дезактивируют добавлением 3% (масс.) дистиллированной воды. Для равномерного распределения добавки реактив необходимо хорошо перемешать встряхиванием в закрытой посуде в течение 20 - 30 мин.
4.1.4. Молекулярное сито (цеолит) и силикагель, используемые для очистки четыреххлористого углерода, измельчают в ступке пестиком до зернистости не крупнее 500 мкм, после чего активируют нагреванием 4 - 6 ч при температуре 350 - 450 и 150 - 200 °C соответственно.
4.2. Подготовка посуды
Основное внимание при подготовке посуды должно быть уделено предохранению проб воды и экстрактов от загрязнения посторонними органическими веществами.
Подготовка посуды для хранения экстрактов производится в базовой лаборатории. Для транспортировки удобны толстостенные склянки с притертой пробкой емкостью 50 - 150 мл.
Первоначальное отмывание посуды следует производить хромовой смесью и водой до достижения полной смачиваемости внутренних поверхностей (отсутствие капель). После сушки посуду ополаскивают четыреххлористым углеродом с контролем чистоты. Контроль осуществляют последовательным ополаскиванием посуды одной и той же порцией (10 - 30 мл) четыреххлористого углерода и снятием ИК-спектра этой порции растворителя относительно исходного четыреххлористого углерода. На спектрограмме в аналитической области не должно быть пиков, более чем вдвое превосходящих по высоте уровень "шума".
4.3. Очистка четыреххлористого углерода
Если при анализе используют растворитель квалификации ниже ос.ч. неудовлетворительной чистоты (критерий см. в п. 4.2, измерение относительно воздуха или четыреххлористого углерода ос.ч.), то его необходимо очистить. Для этого в растворитель вносят сорбент - молекулярное сито или силикагель в соотношении примерно 100:1 (по объему). Смесь выдерживают не менее 2 ч, периодически взмучивая, после чего отделяют жидкость от твердой фазы декантацией или фильтрованием, и четыреххлористый углерод перегоняют в перегонном аппарате, отбрасывая "головку" и "куб" в объеме 1 - 5% от загрузки.
5. Проведение анализа
5.1. Схема проведения анализа
Экстракцию НП производят сразу после отбора проб воды. Операцию осуществляют в делительной воронке ручным встряхиванием, в колбе или банке электромеханическим либо магнитным перемешиванием. Объем проб воды - 2...5 л, соотношение четыреххлористый углерод:вода - от 1:80 до 1:200. Во всех трех вариантах экстракции необходимо добиваться, чтобы четыреххлористый углерод образовывал эмульсию с водой практически по всему объему обрабатываемой пробы. Время экстракции 15 мин. При этом НП извлекаются полностью [5]. В случае, если обработке подлежит проба воды, по объему превышающая емкость экстрактора, то процесс проводят поэтапно с аликвотами пробы. При этом можно использовать одну и ту же порцию экстрагента-экстракта с добавлением на каждом последующем этапе 20% свежего растворителя. Конечный объем экстракта должен составлять 10 - 25 мл и в 2,5 - 3 раза превосходить емкость кюветы, а объем пробы воды должен быть таким, чтобы концентрация НП в этом экстракте составляла 0,002 мг/мл и более.
По окончании экстракции раствор оставляют стоять от 0,5 до 3 ч, декантируют верхний слой. Нижний органический слой с некоторым количеством воды, если дальнейший анализ будет проводиться на берегу, сливают в склянку для хранения экстрактов. При необходимости шлифы склянок можно смазать ортофосфорной кислотой. В растворе четыреххлористого углерода НП в стеклянной таре могут сохраняться без существенных изменений не менее 1 мес.
Экстракт сушат 30 мин. безводным сульфатом натрия, добавляя осушитель приблизительно в соотношении 1:5 по объему.
Если необходимо повысить чувствительность анализа, т.е. определять НП в концентрациях ниже 0,05 мг/л воды, допускается концентрировать экстракты упариванием на воздухе при комнатной температуре либо в перегонном аппарате или в роторном испарителе при температуре не выше 50 - 55 °C при пониженном давлении до объема, достаточного для выполнения измерений. При этом объем экстракта необходимо замерить до и после операции для определения степени концентрирования (см. п. 5.2).
5.2. Холостое определение
Холостое определение проводят в случае применения концентрирования экстрактов. Для этого экстрагент - четыреххлористый углерод - упаривают тем же методом, что и экстракты, в разной степени А: 1,5; 2; 4 и т.д. (А - отношение объемов экстрактов до и после концентрирования) и измеряют концентрации примесных НП в концентратах относительно исходного растворителя. График в координатах "А - концентрация НП" (если они значимы, т.е. соответствующие пики более чем вдвое превосходят уровень шума) используется для коррекции значений концентрации НП в пробах морской воды.
5.3. Очистка экстрактов
В стеклянную колонку (см. п. 2) насыпают оксид алюминия в таком количестве, чтобы после уплотнения его постукиванием или с помощью вибратора высота слоя составила примерно 40 мм. В снаряженную колонку наливают осушенный экстракт или концентрат, первые 4 - 5 мл отбрасывают, а остальной элюат отбирают в мерную пробирку. Хроматографирование заканчивают, когда очищенный экстракт отберется в объеме, достаточном для выполнения измерений.
6. Подготовка средств измерений к работе
6.1. Методы приготовления градуировочных растворов
6.1.1. Смесь Симарда
Готовят стандартную смесь, состоящую из 1,5 мл гексадекана, 1,5 мл изооктана и 1 мл бензола. 0,25 мл этой смеси растворяют в четыреххлористом углероде в мерной колбе на 25 мл доведением раствора до метки. Полученный основной стандартный раствор (ОСР) содержит 7,7 мг "нефтепродуктов" в 1 мл. Затем 0,25 мл ОСР разводят до 25 мл четыреххлористым углеродом в мерной колбе. Полученный раствор имеет концентрацию 0,077 мг/мл и служит рабочим стандартным раствором (РСР). Градуировочные растворы готовят разбавлением РСР в мерных пробирках емкостью 25 мл с ценой делений 0,1 мл в соответствии с табл. 20.
Таблица 20
ОБЪЕМЫ РСР (МЛ), НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАДУИРОВОЧНЫХ
РАСТВОРОВ РАЗНЫХ ОБЪЕМОВ * И КОНЦЕНТРАЦИЙ
--------------------------------
* Объем градуировочного раствора выбирается исходя из емкости измерительной кюветы.
┌─────────────────────────┬────────────┬──────────────────────────────────┐ │ Номер градуировочного │Концентрация│Объем градуировочного раствора, мл│ │ раствора │ НП, мг/мл ├──────┬──────┬──────┬──────┬──────┤ │ │ │ 5 │ 10 │ 15 │ 20 │ 25 │ ├─────────────────────────┼────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │1 │0,0025 │0,15 │0,30 │0,50 │0,65 │0,80 │ │2 │0,005 │0,30 │0,60 │1,0 │1,30 │1,60 │ │3 │0,01 │0,6 │1,2 │2,0 │2,6 │3,2 │ │4 │0,02 │1,2 │2,4 │4,0 │5,2 │6,4 │ └─────────────────────────┴────────────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘
Примечание. Градуировочный раствор каждой концентрации готовят параллельно 2 - 3 раза.
6.1.2. Смесь ГОИН
Смешивают 0,3 мл гексадекана и 1,8 мл диоктилсебацината либо 0,23 г и 1,65 г (технические весы) указанных компонентов соответственно. ОСР с концентрацией "нефтепродуктов" 7,7 мг/мл готовят растворением 0,2 мл полученной смеси в четыреххлористом углероде в мерной колбе на 25 мл. (Приготовление РСР и градуировочных растворов N 1 - 4, см. п. 6.1.1.) Полученные градуировочные растворы на основе смеси ГОИН в отношении концентраций идентичны градуировочным растворам на основе смеси Симарда; их тоже готовят в 2 - 3 повторностях.
6.2. Установление градуировочных характеристик
Градуировочный график строят в координатах "концентрация - высота
-1
опорного пика" (полоса поглощения при 2926 см ).Высота h равна длине перпендикуляра, опущенного из вершины опорного пика на базисную линию (касательная к основаниям крайних пиков) (рис. 15). В диапазоне концентраций, приведенных в табл. 20, градуировочный график представляет собой прямую линию. При построении графика целесообразно использовать метод наименьших квадратов [3]. По полученному графику можно вычислить градуировочный коэффициент К (мг/мл х мм), численно равный котангенсу угла наклона градуировочной прямой. Этим коэффициентом можно пользоваться для вычисления концентрации НП в пробах морской воды наравне с графиком.
6.3. Подготовка ИК-прибора к работе
Подготовку ИК-спектрофотометра или ИК-анализатора к работе и эксплуатацию прибора проводят в соответствии с инструкцией к нему.
7. Выполнение измерений
Градуировочные растворы смеси Симарда или смеси ГОИН (приготовление см.
п. 6.1) помещают в кювету длиной 10 - 40 мм, закрывают крышкой и измеряют
-1
поглощение растворов в интервале 2500 - 3000 см (3,3 - 4 мкм)
относительно исходного растворителя. Перед измерением поглощения каждого
раствора кювету ополаскивают чистым растворителем или определяемым
раствором. Для аналитических растворов, получаемых в результате обработки
проб морской воды согласно п. 5, измерения выполняются таким же образом.8. Обработка результатов
8.1. Вычисление результатов измерений
Определив концентрацию НП в аналитическом растворе (С , мг/мл) по
э
градуировочному графику или с помощью коэффициента К, вычисляют
концентрацию НП в воде (С, мг/л) по формуле:
С V
э э
С = -----,
V А
в
где:
V - объем экстракта (концентрата) до хроматографирования, мл;
э
V - объем пробы воды, л;
в
А - степень концентрирования (равна 1, если концентрирование не
применялось).8.2. Числовые значения показателей погрешности МВИ
На основании метрологической аттестации, проведенной ВНИИАСМ-НПО "Исари" Госстандарта в 1990 г. (табл. 21), настоящая методика определения нефтепродуктов допускается к использованию в организациях Росгидромета.
Таблица 21
РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ МВИ
Вещество | Диапазон концентра- ций, мг/л | Показатель воспроизво- димости (эпсилон), % | Показатель правильности (ТЭТА), % | Показатель
погрешности МВИ,
суммарная погрешность
(ДЕЛЬТА), % |
Нефтепродукты | 0,1 - 1,0 | 6,0 | 20,0 | 20,0 |
9. Требования к квалификации аналитика
Определение нефтепродуктов по настоящей методике может выполнять инженер или химик-аналитик со средним специальным или высшим образованием.
10. Нормы затрат * рабочего времени на анализ
--------------------------------
* Указаны нормы затрат времени на анализ НП без концентрирования экстрактов. С концентрированием время анализа увеличивается в 1,8 раза.
Для анализа 10 проб требуется 10,2 чел.-ч, в том числе:
на взятие проб из батометра - 0,6 чел.-ч;
на подготовку посуды - 1,5 чел.-ч;
на приготовление растворов и очистку четыреххлористого углерода - 2 чел.-ч;
на проведение экстракции - 1,5 чел.-ч;
на выполнение измерений и расчеты - 4,6 чел.-ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калибровочные смеси для определения нефтепродуктов в воде методом ИК-спектрофотометрии/М.П. Нестерова, И.А. Немировская, Г.Г. Лятиев, И.С. Соколова, В.В. Георгиевский. Океанология, 1979, т. XIX, вып. 2, с. 337 - 340.
2. Руководство по методам химического анализа морских вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 119 - 127.
3. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа. Л.: Химия, 1984, с. 137 - 144.
4. Carlberg S., Scarstedt С. Determination of small amounts of non-polar HC (oil) in sea water. J. Cons. Int. Explor. Mer., 1972, v. 34, N 3, p. 506 - 515.
5. Desideri P., Lepri L. a. o. Concentration, separation and determination of HC in sea water. J. Chrom, 1984, v. 284, N 10, p. 167 - 178.
6. Simard R., Hasegawa I. a. o. IRS Determination of oil and phenols in water. Anal. Chem., 1951, v. 23, N 10, p. 1384 - 1387.
ФЕНОЛЫ
Фенолы - высокотоксичные соединения, оказывающие крайне неблагоприятное воздействие на живой организм. В приоритетных списках загрязняющих природные воды веществ фенолы стоят на одном из первых мест, что объясняется большим объемом их мирового производства, а также высокой токсичностью.
Источниками поступления фенолов в морскую среду могут быть бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, аварийные разливы, утечки при транспортировке, а также перенос по воздуху в результате испарения с поверхности воды и почвы. Кроме того, в объектах морской среды присутствуют фенолы природного происхождения, продуцируемые морскими водорослями - макрофитами [6].
В последние годы значительное внимание уделяется анализу в природных водах хлор- и нитрозамещенных фенолов. Это обусловлено их высокой токсичностью и устойчивостью к метаболизму. Хлорфенолы попадают в воду в результате хлорирования сточной и питьевой воды, а также деградации пестицидов, с отходами целлюлозно-бумажного производства. Появление нитрофенолов в окружающей среде является следствием нефтехимического производства и деградации некоторых видов фосфорорганических пестицидов. Основные сведения об исследуемых фенолах приведены в табл. 22.
Таблица 22
НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЕНОЛОВ
┌────────────────────────┬──────────────┬───────────────────┬─────────────┬──────┬────────┐ │ Фенол │Брутто-формула│Температура * , °C│Растворимость│ПДК , │ПДК ,│ │ │(относительная├─────────┬─────────┤в воде <**>, │ в │ в.р. │ │ │ молекулярная │плавления│ кипения │ мг/л │ мг/л │ мг/л │ │ │ масса) │ │ │ │ │ │ ├────────────────────────┼──────────────┼─────────┼─────────┼─────────────┼──────┼────────┤ │Фенол │C H O (94) │40,90 │181,80 │67000 │0,001 │0,001 │ │ │ 6 6 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ 40 │ │ │ │2-Метилфенол │C H O (108) │30,99 │191,00 │31000 │0,05 │0,003 │ │ │ 7 8 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │2,5-Диметилфенол │C H O (122) │74,85 │211,13 │М.р. │0,25 │Н.у. │ │ │ 8 10 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │2,6-Диметилфенол │C H O (122) │45,62 │201,03 │М.р. │0,25 │Н.у. │ │ │ 8 10 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │3,4-Диметилфенол │C H O (122) │65,11 │226,94 │М.р. │5,00 │Н.у. │ │ │ 8 10 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │3,5-Диметилфенол │C H O (122) │63,27 │221,69 │М.р. │5,0 │Н.у. │ │ │ 8 10 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │3-Хлорфенол │ClC H O (129) │32,80 │214,00 │26000 │Н.у. │Н.у. │ │ │ 6 5 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │2,4-Дихлорфенол │Cl C H O (163)│45,00 │210,00 │460 │0,002 │Н.у. │ │ │ 2 6 4 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │2,4,6-Трихлорфенол │Cl C H O (198)│67,00 │243,50 │800 │0,0004│Н.у. │ │ │ 3 6 3 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ 754│ 50 │ │ │ │2,3,4,5,6-Пентахлорфенол│Cl C HO (266) │191,00 │309,00 │30,00 │0,3 │Н.у. │ │ │ 5 6 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │2-Нитрофенол │NC H O (139) │45,00 │216,00 │2100 │0,06 │Н.у. │ │ │ 6 5 3 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │4-Нитрофенол │NC H O (139) │114,00 │279,00 │16000 │0,02 │Н.у. │ │ │ 6 5 3 │ │(разл.) │ │ │ │ ├────────────────────────┴──────────────┴─────────┴─────────┴─────────────┴──────┴────────┤ │ Примечания: 1. М.р. - мало растворим; н.у. - не установлена. │ │ 2. ПДК - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема; │ │ в │ │ПДК - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, │ │ в.р. │ │используемого для рыбохозяйственных целей. │ │ │ │ -------------------------------- │ │ * Индекс вверху справа - значение давления, мм рт. ст.; при его отсутствии │ │предполагается, что оно составляет 760 мм рт. ст. │ │ <**> Индекс вверху справа - значение температуры, °C; при его отсутствии │ │предполагается, что оно составляет 18 - 20 °C │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Очень малые значения предельно допустимых концентраций фенолов в воде диктуют необходимость применения высокочувствительных и специфичных методов их определения.
Применяющаяся в практике химического мониторинга морской среды фотометрическая методика определения суммы фенолов и фенолоподобных веществ [3, 4] недостаточно чувствительна, не позволяет количественно анализировать индивидуальные фенолы и поэтому метрологически не аттестована. Указанная методика может быть использована для приближенных оценок фенольного загрязнения морской воды.
В настоящее Руководство включена высокочувствительная и специфичная газохроматографическая методика, которая дает возможность определять индивидуальные фенолы различных типов в морских и распресненных водах в диапазоне концентраций исследуемых веществ от 0,3 до 5000 мкг/л [2].
1. Сущность метода анализа
1.1. Сущность предлагаемого метода заключается в следующем: фенол и алкилфенолы анализируют в форме свободных фенолов на хроматографе с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) с предварительным извлечением их из воды изобутилацетатом с добавкой высаливателя [1].
1.2. Хлор- и нитрофенолы определяют на приборе с детектором типа электронного захвата (ДЭЗ). Предварительно с целью оптимизации хроматографических условий анализа производят совмещенный с экстракцией перевод анализируемых веществ в ацетилпроизводные [5, 7].
1.3. Идентификацию осуществляют по времени удерживания в сравнении с контрольными образцами фенолов. Количественный расчет проводят методом соотнесения с градуировочными растворами фенолов по площадям пиков на хроматограммах. Показатели погрешности измерений рассчитаны в диапазонах концентрации алкилфенолов от 1 до 5000 мкг/л и хлор- и нитрофенолов от 0,3 до 160 мкг/л.
Мешающее влияние нейтральных веществ устраняют предварительно отмывкой подщелоченной водной пробы органическим растворителем, органических кислот - обработкой бикарбонатом натрия.
2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы
Для выполнения анализа применяются:
хроматограф любой марки с детекторами электронного захвата или постоянной скорости рекомбинации, или ионизационного резонанса и пламенно-ионизационным;
весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104 (аналитические);
весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г по ГОСТ 24104 (технические);
сушильный шкаф по ГОСТ 13474;
насос водоструйный стеклянный по ГОСТ 25336 или пластмассовый КМ-1230 по ТУ 64-1-862;
плитка электрическая с закрытой спиралью мощностью 800 Вт по ТУ 92-208;
баня водяная по ГОСТ 25336;
батометр типа ГР-15М по ТУ 25-04-1750 или пластмассовый 7-литровый, например системы ИОАН;
баллон газовый для азота по ГОСТ 949;
баллон газовый для водорода по ГОСТ 949;
компрессор для подачи воздуха к детектору хроматографа, например типа КВМ-8, или баллон со сжатым воздухом по ГОСТ 949;
редуктор кислородный по ГОСТ 6268;
редуктор водородный по ГОСТ 15150;
штатив лабораторный ШЛ с зажимом по ТУ 64-1-707;
шланги резиновые по ГОСТ 5496;
шланги вакуумные по ТУ 38-105881;
секундомер по ГОСТ 5072;
термометр ТЛ-5 1-А по ГОСТ 215;
микрошприц МШ-10М на 10 мкл по ТУ 25-05-2152;
колонки хроматографические стеклянные длиной 1,8 - 2,0 м с внутренним диаметром 3 мм по ТУ 25-05-2815;
колбы мерные 2-го класса точности на 100; 500 и 1000 мл по ГОСТ 1770;
колбы круглодонные на 500 мл по ГОСТ 25336;
колбы грушевидные на 150 мл по ГОСТ 25336;
пробирки мерные на 5 мл по ГОСТ 1770;
стаканы на 250 мл по ГОСТ 25336;
цилиндры мерные на 50 мл по ГОСТ 1770;
воронки химические типа В диаметром 50 - 80 мм по ГОСТ 25336;
воронки делительные на 50; 1000 и 2000 мл по ГОСТ 25336;
пипетки 2-го класса точности на 0,2; 2; 5 мл по ГОСТ 20292;
холодильник прямой по ГОСТ 25336;
аллонж, тип АИО, по ГОСТ 25336;
склянки стеклянные с притертой пробкой на 25; 30; 100 и 1000 мл (для экстрактов и проб воды);
фильтры бумажные, тип ФОМ, по ТУ 6-09-1678;
бумага индикаторная универсальная по ТУ 6-09-181;
инертон-супер зернением от 0,160 до 0,200 мм с нанесенной неподвижной жидкой фазой (НЖФ) OV-225 в количестве 5%;
инертон-супер зернением от 0,160 до 0,200 мм с нанесенной НЖФ SE-30 в количестве 5%;
инертон-супер зернением от 0,160 до 0,200 мм;
антифомсилан (АФС), 70%-ный раствор в эфире поли-трис-(диметил)-метил-оксиметилсилоксан по ФС 421865;
ацетон, ос.ч., по ТУ 6-09-3513;
гексан, ч., очищенный концентрированной серной кислотой и свежеперегнанный, по ТУ 6-09-3375;
изобутиловый эфир уксусной кислоты, очищенный раствором гидроксида натрия концентрацией 1,6 моль/л и свежеперегнанный, по ТУ 6-09-701;
уксусный ангидрид, ч.д.а., по ГОСТ 5815;
натрий сернокислый безводный, ч.д.а., по ГОСТ 4166;
натрий углекислый, х.ч., по ГОСТ 4201;
калий двухромовокислый, ч.д.а., по ГОСТ 4220;
натрия гидроксид, х.ч., по ГОСТ 4328;
серная кислота, х.ч., по ГОСТ 4204;
соляная кислота, х.ч., по ГОСТ 3118;
вода дистиллированная, очищенная изобутиловым эфиром уксусной кислоты, по ГОСТ 6709;
эфир этиловый технический перегнанный по ГОСТ 6265;
азот особой чистоты по ГОСТ 9239 или поверочный нулевой газ (ПНГ);
водород особой чистоты по ГОСТ 3022;
стандартный раствор фенола ГСО N 1762, концентрация 100 мкг/мл;
стандартный раствор 2-метилфенола ГСО N 1763, концентрация 500 мкг/мл;
препараты фенолов: 2,5-диметилфенол; 2,6-диметилфенол; 3,4-диметилфенол; 3,5-диметилфенол; 3-хлорфенол; 2,4-дихлорфенол; 2,4,6-трихлорфенол; 2,3,4,5,6-пентахлорфенол; 2-нитрофенол; 4-нитрофенол - стандартные образцы импортного (например, фирмы "Кемикэл сервис вестчестер", РА 19380, США) или отечественного производства с содержанием основного вещества не менее 99,5%.
3. Отбор проб
Отбор проб осуществляют с помощью стеклянного или пластмассового батометра. Пробы воды объемом 1 л (для каждого вида анализа) без фильтрации немедленно переносят в стеклянные бутыли и закрывают притертыми пробками. Применение полиэтиленовой посуды, резиновых и полиэтиленовых пробок не допускается. Пробы воды хранят не более суток в темноте при комнатной температуре.
Гексановые и изобутилацетатные экстракты хранят в холодильнике в склянках с притертыми пробками при условии полного отсутствия в них воды. Срок хранения до 4 мес.
4. Подготовка к анализу
4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа
4.1.1. Безводный сульфат натрия для осушения экстрактов прокаливают в сушильном шкафу при температуре 200 - 250 °C в течение 7 - 8 ч. Прокаленный сульфат натрия хранят в герметически закупоренной склянке. Срок хранения не ограничен.
4.1.2. Навески сульфата натрия готовят взвешиванием 177 г безводного сульфата натрия.
4.1.3. Навески бикарбоната натрия готовят взвешиванием 10 г натрия углекислого кислого.
4.1.4. Хромовую смесь готовят перед употреблением растворением 9,9 г двухромовокислого калия в 100 мл концентрированной серной кислоты.
4.1.5. Раствор детергентов готовят растворением 10 г любого синтетического моющего средства в 1 л кипящей воды. Используют свежеприготовленный раствор.
4.1.6. 10%-ный раствор бикарбоната натрия готовят растворением 50 г бикарбоната натрия в 100 - 150 мл дистиллированной воды и последующим доведением объема раствора дистиллированной водой до 500 мл в мерной колбе. Срок хранения раствора 1 год.
4.1.7. Растворы гидроксида натрия концентрациями 1,6 и 4 моль/л готовят растворением 64 и 160 г щелочи в 150 - 200 мл дистиллированной воды и последующим доведением объемов растворов дистиллированной водой до 1 л в мерных колбах. Срок хранения растворов 1 год.
4.1.8. Гексан перед употреблением очищают следующим образом: 700 - 800 мл гексана помещают в делительную воронку на 1000 мл, добавляют 50 мл концентрированной серной кислоты и встряхивают в течение 5 мин. Жидкостям дают расслоиться, серную кислоту отбрасывают, затем повторяют встряхивание в аналогичных условиях еще раз с новой порцией серной кислоты. Гексан отмывают от остатков кислоты встряхиванием с дистиллированной водой (порциями по 100 мл) до нейтральной реакции промывных вод. Сушат безводным сульфатом натрия.
Очищенный от примесей гексан перегоняют с дефлегматором, отбрасывая первую порцию 75 - 80 мл, и собирают фракцию с температурой кипения 67 - 69 °C. Хранят гексан в стеклянной посуде с притертой пробкой не более 1 года.
4.1.9. Изобутиловый эфир уксусной кислоты перед использованием очищают следующим образом: 1000 мл реактива помещают в делительную воронку, добавляют 15 мл раствора гидроксида натрия (1,6 моль/л) и встряхивают в течение 3 мин., затем водно-щелочной слой отбрасывают, эфир промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод, сушат безводным сульфатом натрия и перегоняют, собирая фракцию с температурой кипения 116 - 117 °C. Хранят в темной стеклянной посуде не более 1 года.
4.2. Подготовка посуды
Стеклянную посуду и стеклянную вату промывают в следующем порядке: горячим раствором детергентов, дистиллированной водой (трижды), хромовой смесью, дистиллированной водой (трижды), ацетоном. После промывания все оборудование и стеклянная вата сушатся при температуре 150 - 200 °C в течение 2 - 3 ч.
4.3. Экстракция и ацетилирование хлор- и нитрофенолов
Пробу воды объемом 1 л помещают в делительную воронку и, добавляя по каплям раствор гидроксида натрия концентрацией 4 моль/л, доводят pH до 12 - 13. Приливают 40 мл н-гексана и энергично встряхивают в течение 3 мин. Дают слоям разделиться (10 - 12 мин.). Нижний водный слой сливают в исходную емкость из-под пробы, гексановый экстракт отбрасывают. Пробу воды опять помещают в воронку и доводят pH до 6 - 7, приливая по каплям концентрированную соляную кислоту. Добавляют в пробу воды 10 г бикарбоната натрия и встряхивают до полного его растворения. Приливают 1 мл уксусного ангидрида, 30 мл гексана и энергично встряхивают воронку в течение 3 мин. Дают слоям разделиться (10 - 15 мин.). Нижний водный слой сливают в исходную емкость из-под пробы, гексановый экстракт образовавшихся ацетилпроизводных фенолов сливают в склянку, пропуская через воронку с 20 - 25 г безводного сульфата натрия, ацетилирование и экстракцию повторяют еще раз с теми же объемами реагентов.
Водный слой сливают в емкость из-под пробы, гексановый же слой пропускают через ту же воронку с сульфатом натрия, присоединяя к первой порции гексана. Затем приливают к пробе 30 мл гексана и 0,5 мл уксусного ангидрида, встряхивают 3 мин., дают слоям разделиться, нижний водный слой отбрасывают, а гексановый присоединяют к предыдущим двум порциям, фильтруя через ту же воронку с сульфатом натрия. Емкость из-под пробы и делительную воронку обмывают гексаном дважды порциями по 3 мл и присоединяют смыв к экстракту, пропуская его через использованную для фильтрования экстракта воронку с сульфатом натрия. Допускается хранение экстракта в течение 4 мес.
4.4. Концентрирование экстрактов хлор- и нитрофенолов
Высушенный экстракт переносят в грушевидную колбу на 150 мл, обмывают склянку, в которой он хранился, порцией гексана 2 - 3 мл, присоединяют промывные порции гексана к экстракту и отгоняют гексан в вакууме водоструйного насоса в токе азота до объема около 3 мл на водяной бане при температуре не выше 35 °C. Применение смазки или других смазочных материалов не допускается. Концентрированный экстракт переносят в пробирку с помощью капилляра, обмывают колбу порцией гексана 1 - 2 мл, смыв гексана присоединяют к концентрату в пробирку тем же капилляром и помещают пробирку на водяную баню с температурой 30 - 40 °C, отдувая пары растворителя досуха инертным газом из баллона через редуктор. Растворяют сухой остаток 0,2 мл гексана и аликвоту (1 - 2 мкл) вводят в хроматограф с ДЭЗ.
4.5. Экстракция алкилфенолов
В емкость с пробой воды объемом 1 л добавляют навеску 177 г сульфата натрия и встряхивают до насыщения, затем пробу воды помещают в делительную воронку на 2 л и, добавляя по каплям концентрированную соляную кислоту, доводят pH до 1 - 2 (контроль по индикаторной бумаге). Приливают 10 мл изобутилацетата и встряхивают 10 мин. Дают слоям разделиться (10 - 15 мин.), водный слой сливают в исходную емкость из-под пробы, а органический - через воронку с 20 - 25 г безводного сульфата натрия переносят в склянки объемом 25 - 30 мл с притертой пробкой. Экстракцию повторяют еще раз с тем же объемом изобутилацетата. Экстракт помещают в ту же склянку. В таком виде экстракты можно хранить в холодильнике в течение 4 мес. Для дальнейшей обработки экстракт переносят в делительную воронку на 50 мл и встряхивают 3 мин. с 1 мл 10%-ного раствора бикарбоната натрия. После отстаивания нижний водный слой отбрасывают, а в делительную воронку приливают 1 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 4 моль/л и реэкстрагируют фенолы (5 мин.). Реэкстракт переносят в пробирку с притертой пробкой и подкисляют концентрированной HCl до pH = 1...2, не давая смеси нагреться выше комнатной температуры. Затем в пробирку вносят 0,1 мл изобутилацетата, закрывают пробкой и встряхивают 5 мин. Из верхнего органического слоя микрошприцем отбирают аликвоту объемом 1 - 5 мкл для ввода в хроматограф.
5. Проведение анализа
5.1. Схема проведения анализа
1 - 2 мкл экстрактов (получение см. п. п. 4.3 - 4.5) вводят в испаритель хроматографа, снабженного ДЭЗ и ПИД соответственно, и записывают хроматограмму. После выхода пика ацетилпроизводного пентахлорфенола (при анализе хлор- и нитрофенолов) и пика 3,4-диметилфенола (при анализе алкилфенолов), имеющих наибольшие индексы удерживания, оставляют прибор в холостом режиме работы на 20 мин. во избежание оседания на колонке возможных органических высокомолекулярных примесей, содержащихся в морской воде.
5.2. Проведение холостого определения
5.2.1. Холостое определение проводят перед анализом проб воды. Цель определения - проверка чистоты реактивов и материалов, используемых для анализа. Для выполнения холостого определения берут те же объемы реактивов, что и для одной пробы воды и проводят с ними последовательно все операции, описанные в п. п. 4.3 - 4.5.
5.2.2. Если время удерживания пиков на хроматограмме холостого опыта не совпадает ни с одним из анализируемых фенолов, то холостое определение повторяют для каждой партии реактивов.
5.2.3. Если же на хроматограмме холостого опыта имеются пики с временами удерживания, совпадающими с временами удерживания фенолов, то необходимо путем постадийного исследования установить, какой из реактивов загрязнен, и/или попытаться очистить его, или заменить этим же реактивом, но из другой партии. В случае, если загрязненной оказывается дистиллированная вода, необходимо провести ее очистку.
5.2.4. Для проверки чистоты используемой посуды ее ополаскивают порцией ацетона 3 мл и 1 мкл полученного смывного раствора вводят в испаритель хроматографа. Отсутствие на хроматограмме пиков (кроме пика, соответствующего растворителю) служит доказательством чистоты посуды.
5.2.5. Перед анализом каждой пробы проверяют чистоту микрошприца, используемого для ввода экстракта проб. Для этого набирают 1 мкл чистого ацетона и вводят в испаритель хроматографа. При появлении пиков на хроматограмме (кроме пика растворителя) дополнительно промывают шприц ацетоном и вновь проверяют на чистоту.
6. Подготовка средств измерений к работе
6.1. Способы приготовления стандартных растворов хлор- и нитрофенолов
6.1.1. Для приготовления стандартных растворов индивидуальных фенолов взвешивают на аналитических весах по 0,002 г 3-хлор-, 2,4-дихлор-, 2,4,6-трихлор- и пентахлорфенола. Переносят навески в отдельные мерные колбы вместимостью 100 мл, растворяют в небольшом количестве ацетона и доводят объем раствора до метки тем же растворителем. Каждому полученному раствору приписывают концентрацию 20 мкг/мл.
Для приготовления стандартных растворов 2-нитро- и 4-нитрофенолов взвешивают по 0,03 г фенолов и готовят растворы аналогично вышеописанным. Полученным растворам приписывают концентрации 300 мкг/мл. Растворы стабильны при хранении в холодильнике в течение 6 мес.
6.1.2. Непосредственно перед использованием готовят два стандартных ацетоновых раствора в мерных колбах вместимостью 100 мл. Раствор 1: отбирают 2 мл стандартного раствора 4-нитрофенола и по 1 мл стандартных растворов 3-хлор-, 2,4-дихлор- и пентахлорфенолов, доводят объем до метки. Раствор 1 содержит 6 мкг/мл 4-нитрофенола и по 0,2 мкг/мл 3-хлор-, 2,4-дихлор- и пентахлорфенола.
Раствор 2: отбирают 2 мл стандартного раствора 2-нитрофенола и 1 мл стандартного раствора 2,4,6-трихлорфенола. Доводят объем до метки. Раствор 2 содержит 6 мкг/мл 2-нитрофенола и 0,2 мкг/мл 2,4,6-трихлорфенола.
6.2. Способы приготовления стандартных растворов алкилфенолов
6.2.1. В качестве стандартных индивидуальных растворов фенола и 2-метилфенола используют их стандартные образцы с концентрацией 100 и 500 мкг/мл соответственно.
Для приготовления стандартных растворов индивидуальных алкилфенолов взвешивают на аналитических весах по 0,05 г 2,6-диметил-, 2,5-диметил-, 3,5-диметил-, 3,4-диметилфенола. Навески переносят количественно в мерные колбы вместимостью 100 мл, растворяют в небольшом количестве ацетона и доводят объем раствора до метки тем же растворителем. Каждый из полученных растворов имеет концентрацию 500 мкг/мл. Растворы стабильны при хранении в холодильнике в течение 6 мес.
6.2.2. Готовят стандартный раствор смеси алкилфенолов в ацетоне с содержанием 1 мкг/мл фенола и по 5 мкг/мл всех остальных алкилфенолов. Для этого в мерную колбу на 100 мл отбирают по 1 мл стандартных растворов собственно фенола и индивидуальных алкилфенолов и доводят объем раствора до метки ацетоном.
6.3. Установление градуировочных характеристик метода определения хлор- и нитрофенолов
6.3.1. Разделение всех определяемых хлор- и нитрофенолов в виде их ацетилпроизводных на насадочной колонке с одной и той же НЖФ не достигается, и необходимо применять две колонки с НЖФ разной полярности. В настоящей методике в качестве таких НЖФ выбраны OV-225 и SE-30. В выбранных условиях проведения анализа (см. п. 7.1.3) не разделяются ацетилпроизводные 2,4,6-трихлорфенола и 2-нитрофенола на колонке с НЖФ OV-225 и 2,4-дихлорфенола и 4-нитрофенола - с НЖФ SE-30.
6.3.2. Установление градуировочных характеристик всех хлор- и нитрофенолов проводят с использованием стандартных растворов 1 и 2 (см. п. 6.1.2). Для этого из раствора 1 в ряд мерных колб вместимостью 1 л отбирают 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 мл и доводят объемы дистиллированной водой до метки. Концентрации полученных растворов равны соответственно для каждого хлорфенола 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мкг/л, а для 4-нитрофенола - 1,5; 3,0; 4,5; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0 мкг/л. Эти растворы проводят через все стадии анализа (см. п. п. 4.3, 4.4). Аналитические растворы вводят в хроматограф с ДЭЗ, снабженный колонкой с OV-225.
Из раствора 2 в ряд мерных колб вместимостью 1 л отбирают 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 мл и доводят объемы дистиллированной водой до метки. Концентрации полученных растворов равны 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мкг/л для 2,4,6-трихлорфенола и 1,5; 3,0; 4,5; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0 мкг/л для 2-нитрофенола. Эти растворы проводят через все стадии анализа (см. п. п. 4.3, 4.4). Аналитические растворы вводят в хроматограф с ДЭЗ, снабженный колонкой с SE-30.
6.3.3. Градуировочные графики строят в координатах "площадь пика ацетилпроизводного хлор- или нитрофенола (кв. см) - концентрация соответствующего хлор- или нитрофенола (мкг/л)".
6.4. Установление градуировочных характеристик метода
определения алкилфенолов
6.4.1. Для установления градуировочных характеристик в ряд мерных колб вместимостью 1 л вносят 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 мл стандартного раствора смеси алкилфенолов (приготовление см. п. 6.2.2) и доводят объем до метки дистиллированной водой. Полученные растворы имеют концентрации 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 мкг/л для собственно фенола и 5,0; 7,5; 12,5; 20,0; 30,0; 40,0; 50,0 мкг/л для всех алкилфенолов. Каждый градуировочный раствор проводят через все стадии анализа (см. п. 4.5). Аналитические растворы вводят в хроматограф с ПИД, снабженный колонкой с АФС.
6.4.2. Градуировочный график строится в координатах "площадь пика фенола (кв. см) - концентрация фенола (мкг/л)" для собственно фенола и "площадь пика соответствующего алкилфенола (кв. см) - концентрация алкилфенола (мкг/л)" для всех алкилфенолов.
6.4.3. В приведенных условиях выполнения измерений (см. п. 7.2.3) собственно фенол и 2-нитрофенол выходят одним пиком, и если при анализе проб морской воды на хроматографе с ДЭЗ, снабженном колонкой с SE-30, установлено присутствие 2-нитрофенола в анализируемой пробе воды, то пик 1 на хроматограмме (рис. 16) соответствует сумме собственно фенола и 2-нитрофенола. В таких случаях содержание фенола в пробе устанавливают по разности с учетом вычисленной концентрации 2-нитрофенола. Для этого дополнительно строят градуировочный график для фенола (ГГф) по хроматограммам градуировочной смеси алкилфенолов без 2-нитрофенола и градуировочный график для 2-нитрофенола (ГГнф) по хроматограммам градуировочной смеси без фенола.
6.5. Подготовка хроматографических колонок для определения
хлор- и нитрофенолов
Стеклянные колонки длиной 1,8 - 2,0 м промывают смесью ацетона и диэтилового эфира, сушат и заполняют готовым носителем с нанесенной жидкой фазой следующим образом: один конец колонки закрывают тампоном из стеклянной ваты и подсоединяют к водоструйному насосу, а в другой конец через воронку засыпают приготовленный носитель небольшими порциями, постукивая колонку палочкой с резиновым концом, и следят за тем, чтобы носитель ложился равномерно. Заполненную колонку закрывают тампоном из стеклянной ваты, устанавливают в термостат хроматографа с ДЭЗ, не подсоединяя к детектору, и кондиционируют в токе азота (скорость 15 - 20 мл/мин.) при температуре 100 - 120 °C в течение 4 - 6 ч и при температуре 180 - 200 °C в течение 7 - 8 ч.
6.6. Подготовка хроматографической колонки для определения
алкилфенолов
Необходимый для заполнения стеклянной колонки длиной 1,8 - 2,0 м объем твердого носителя инертона-супер (около 10 г) взвешивают на технических весах и помещают в фарфоровую чашку. Навеску АФС (5% массы носителя - около 0,72 г) растворяют в диэтиловом эфире и добавляют к твердому носителю. Диэтиловый эфир испаряют на водяной бане при постоянном осторожном перемешивании до приобретения фазой воздушно-сухого состояния. Чашку с приготовленной насадкой помещают в сушильный шкаф и выдерживают при 100 °C в течение 1 ч. Далее заполняют стеклянную колонку длиной 1,8 м приготовленной насадкой и кондиционируют ее (см. п. 6.5).
6.7. Подготовка хроматографа для определения
хлор- и нитрофенолов
6.7.1. Подготовку хроматографа с ДЭЗ проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации. С помощью пенного расходомера устанавливают расход азота через колонку 23 - 26 мл/мин. и на поддув детектора ДЭЗ 110 - 120 мл/мин. Оптимальный расход азота через колонку и на поддув детектора ДЭЗ определяется качеством получаемых хроматограмм. Подсоединяют колонку к детектору и проверяют герметичность соединений при помощи мыльной пены. Измеряют суммарный расход азота на выходе прибора. Эту величину контролируют ежедневно перед началом работ.
Устанавливают температуру термостата колонок 140 - 150 °C, температуру
термостата детектора 220 - 230 °C, испарителя 210 - 220 °C, рабочий
-12
предел измерений на шкале электрометра 10 х 10 А, скорость диаграммной
ленты 240 мм/ч.6.7.2. Критерием полноты кондиционирования газохроматографической колонки является соответствие дрейфа и нерегулярных шумов нулевой линии паспортным данным прибора. После выхода прибора на режим для насыщения колонки вводят несколько раз по 1 мкл стандартного раствора смеси ацетилпроизводных хлор- и нитрофенолов (получение см. п. 6.3.2).
Определение параметров колонки и детектора проводят согласно Приложению 1.
6.8. Подготовка хроматографа для определения алкилфенолов
6.8.1. Подготовку хроматографа с ПИД также проводят в соответствии с
инструкцией по эксплуатации. Устанавливают расход азота через колонку 20 -
25 мл/мин., водорода - 25 - 30 мл/мин., воздуха - 280 - 300 мл/мин.
Подсоединяют откондиционированную колонку к детектору и проверяют
герметичность соединений при помощи мыльной пены. Устанавливают температуру
термостата колонок 90 °C, термостата детектора - 230 - 240 °C, испарителя -
-12
220 - 230 °C, рабочий предел измерений на шкале электрометра 2 х 10 А,
скорость диаграммной ленты 180 мм/ч. Режим программирования температуры
термостата колонок следующий: изотерма при 90 °C - 3 мин.; линейное
программирование 90 °C -> 200 °C со скоростью 10°/мин. (Критерий полноты
кондиционирования колонки см. п. 6.7.)6.8.2. Для насыщения колонки анализируемыми соединениями вводят 5 - 7 раз по 1 мкл стандартного раствора смеси алкилфенолов, после этого колонка готова к анализу.
Определение параметров колонки и детектора проводят согласно Приложению 1.
6.9. Определение характеристик линейности
6.9.1. Для определения характеристик линейности диапазона детектирования дозируют стандартные смеси хлор- и нитрофенолов и стандартные смеси алкилфенолов шести концентраций, отличающихся не более чем в 2 раза, и проводят через все стадии анализа (см. п. п. 4.3 - 4.5). Вводят в испаритель хроматографа по 1 мкл полученных растворов и записывают хроматограммы на рабочей шкале электрометра. Рассчитывают площади пиков на полученных хроматограммах и определяют отношение (К) концентрации фенолов С к площадям пиков S:
К = С / S.
Линейность детектирования сохраняется для концентраций, при которых значения К отличаются не более чем на 5%:
[(К - К ) / К ] 100% <= 5%,
2 1 2где индексы 1 и 2 относятся соответственно к предыдущей и последующей концентрациям стандартной смеси фенолов.
6.9.2. В случае отсутствия по какой-либо причине линейности детектирования следует построить градуировочный график для всех используемых рабочих шкал электрометра.
7. Выполнение измерений
7.1. Выполнение измерений содержания хлор- и нитрофенолов
7.1.1. В испаритель хроматографа с ДЭЗ, снабженного колонкой с OV-225, вводят микрошприцем 1 мкл стандартного раствора 1 (получение см. п. 6.3.2) и записывают хроматограмму. Времена удерживания всех компонентов рассчитывают по трем результатам хроматографирования. Этот параметр необходимо проверять перед началом определений после выхода прибора на режим.
7.1.2. Затем вводят в испаритель 1 мкл экстракта пробы (см. п. п. 4.3, 4.4). Хлорфенолы и нитрофенол идентифицируют, сравнивая времена удерживания индивидуальных соединений на хроматограмме пробы морской воды с соответствующими пиками на хроматограмме стандартного раствора 1.
7.1.3. В случае идентификации на хроматограмме пробы воды, полученной на колонке с OV-225, пика с относительным временем удерживания 0,45 - 0,47, принадлежащем ацетилпроизводным 2,4,6-трихлор- и 2-нитрофенола, необходимо ввести в испаритель хроматографа с ДЭЗ, снабженного колонкой с SE-30, 1 мкл стандартного раствора 2 (см. п. 6.3.2), определить времена удерживания ацетилпроизводных 2,4,6-трихлорфенола и 2-нитрофенола, а затем ввести в испаритель 1 мкл экстракта этой пробы воды.
7.1.4. Условия хроматографирования ацетилпроизводных хлор- и нитрофенолов приведены в табл. 23.
Таблица 23
УСЛОВИЯ * ХРОМАТОГРАФИРОВАНИЯ АЦЕТИЛПРОИЗВОДНЫХ
ХЛОР- И НИТРОФЕНОЛОВ НА НЖФ РАЗНОЙ ПОЛЯРНОСТИ
--------------------------------
* Условия приведены для газового хроматографа "Цвет-100", модель 110.
┌──────────────────────────────────┬─────────────────────────────┐ │ Параметр │ НЖФ │ │ ├──────────────┬──────────────┤ │ │ OV-225 │ SE-30 │ ├──────────────────────────────────┼──────────────┼──────────────┤ │ │ -12 │ -12 │ │1. Рабочие шкалы электрометра, А │10 х 10 │10 х 10 │ │ │ -12 │ -12 │ │ │20 х 10 │20 х 10 │ │ │ -12 │ -12 │ │ │50 х 10 │50 х 10 │ │2. Скорость протяжки ленты, мм/ч │240 │240 │ │3. Расход газов, куб. см/мин. │ │ │ │азота в колонку │23 - 26 │23 - 26 │ │азота в детектор │110 - 120 │110 - 120 │ │4. Температурный режим, °C │ │ │ │колонки │140 - 150 │130 - 140 │ │испарителя │210 - 220 │210 - 220 │ │детектора │220 - 230 │220 - 230 │ └──────────────────────────────────┴──────────────┴──────────────┘
7.1.5. Типические хроматограммы ацетилпроизводных хлор- и нитрофенолов представлены на рис. 17 и 18. Относительные времена удерживания по отношению к ацетилпроизводному пентахлорфенола даны в табл. 24.
Таблица 24
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВРЕМЕНА УДЕРЖИВАНИЯ * АЦЕТИЛПРОИЗВОДНЫХ ХЛОР- И НИТРОФЕНОЛОВ (ПО АЦЕТИЛПРОИЗВОДНОМУ ПЕНТАХЛОРФЕНОЛА) ПРИ ХРОМАТОГРАФИРОВАНИИ НА КОЛОНКАХ С НЖФ РАЗНОЙ ПОЛЯРНОСТИ <**>
--------------------------------
* Времена удерживания получены при анализе смеси хлор- и нитрофенолов на хроматографе "Цвет-100", модель 110.
<**> Параметры колонок приведены в табл. 23.
┌──────────────────────────────────┬─────────────────────────────┐ │ Хлор- и нитрофенолы │ НЖФ │ │ ├──────────────┬──────────────┤ │ │ OV-225 │ SE-30 │ ├──────────────────────────────────┼──────────────┼──────────────┤ │3-Хлорфенол │0,15 - 0,17 │0,09 - 0,11 │ │2,4-Дихлорфенол │0,19 - 0,21 │0,19 - 0,21 │ │2,4,6-Трихлорфенол │0,45 - 0,47 │0,40 - 0,42 │ │2,3,4,5,6-Пентахлорфенол │1,00 │1,00 │ │2-Нитрофенол │0,45 - 0,47 │0,12 - 0,13 │ │4-Нитрофенол │0,69 - 0,71 │0,19 - 0,21 │ └──────────────────────────────────┴──────────────┴──────────────┘
7.2. Выполнение измерений содержания алкилфенолов
7.2.1. В испаритель хроматографа с ПИД вводят микрошприцем 1 - 5 мкл стандартного раствора алкилфенолов, включают кнопку программирования и записывают хроматограмму. Времена удерживания всех компонентов смеси рассчитывают по трем результатам хроматографирования. Этот параметр проверяют ежедневно перед началом определений после выхода прибора на режим.
7.2.2. Затем вводят в испаритель 1 - 5 мкл экстракта пробы (подготовку см. п. 4.5). Алкилфенолы идентифицируют, сравнивая времена удерживания компонентов пробы морской воды на полученной хроматограмме с соответствующими параметрами на хроматограмме смеси стандартных алкилфенолов.
7.2.3. Условия хроматографирования смеси алкилфенолов приведены в табл. 25.
Таблица 25
УСЛОВИЯ <***> ХРОМАТОГРАФИРОВАНИЯ СМЕСИ АЛКИЛФЕНОЛОВ
--------------------------------
<***> Условия приведены для газового хроматографа "Хром-5" (Чехо-Словакия).
┌───────────────────────────────────┬────────────────────────────┐ │ Параметр │ Значение │ ├───────────────────────────────────┼────────────────────────────┤ │ │ -12 │ │Рабочая шкала электрометра, А │2 х 10 │ │ │ -12 │ │ │4 х 10 │ │ │ -12 │ │ │8 х 10 │ │ │ -12 │ │ │16 х 10 │ │Скорость протяжки ленты, мм/ч │180 │ │Расход газов, куб. см/мин. │ │ │азота │20 - 25 │ │водорода │25 - 30 │ │воздуха │280 - 300 │ │Температурный режим, °C колонки │Изотерма при 90 °C (3 мин.) │ │ │линейное программирование │ │ │90 - 200 °C со скоростью │ │ │10°/мин. │ │испарителя │220 - 230 │ │детектора │230 - 240 │ └───────────────────────────────────┴────────────────────────────┘
7.2.4. Типичная хроматограмма смеси алкилфенолов приведена на рис. 16. Относительные времена удерживания по отношению к 3,4-диметилфенолу даны в табл. 26.
Таблица 26
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВРЕМЕНА УДЕРЖИВАНИЯ * АЛКИЛФЕНОЛОВ (ПО 3,4-ДИМЕТИЛФЕНОЛУ) ПРИ ХРОМАТОГРАФИРОВАНИИ НА АФС <**>
--------------------------------
* Времена удерживания получены при анализе на хроматографе "Хром-5" (Чехо-Словакия).
<**> Параметры колонки, см. табл. 25.
┌────────────────────────────────┬───────────────────────────────┐ │ Алкилфенол │Относительное время удерживания│ ├────────────────────────────────┼───────────────────────────────┤ │Фенол │0,25 - 0,27 │ │2-Метилфенол │0,31 - 0,33 │ │2,6-Диметилфенол │0,37 - 0,39 │ │2,5-Диметилфенол │0,64 - 0,66 │ │3,5-Диметилфенол │0,83 - 0,85 │ │3,4-Диметилфенол │1,00 │ └────────────────────────────────┴───────────────────────────────┘
8. Обработка результатов
8.1. Обработка результатов измерений
8.1.1. Содержание фенолов в анализируемой пробе морской воды находят по формуле:
С S V V
ст х 1 ст
С = -------------,
х S V V
ст 2 х
где:
С - концентрация соответствующего фенола в пробе, мкг/л;
х
С - концентрация соответствующего фенола в стандартном растворе,
ст
мкг/л;
S - площадь пика определяемого фенола на хроматограмме пробы морской
х
воды, кв. см;
V - объем экстракта после концентрирования, мл;
1
V - объем стандартного раствора, инжектируемый в испаритель
ст
хроматографа, мкл;
S - площадь пика соответствующего фенола на хроматограмме
ст
стандартного раствора, кв. см;
V - объем пробы морской воды, взятой для анализа, мл;
2
V - объем экстракта пробы, инжектируемый в испаритель хроматографа,
х
мкл.
Площади пиков рассчитывают по формуле:
S = h а ,
0,5h
где:
S - площадь пика, кв. см;
h - высота пика, см;
а - ширина пика, измеренная на середине его высоты, см.
0,5h8.1.2. Поскольку в пробе при анализе на хроматографе с ПИД в выбранных условиях фенол и 2-нитрофенол выходят одним пиком, вычисление концентрации фенола производят с учетом вычисленной ранее концентрации 2-нитрофенола (при анализе проб на хлор- и нитрофенолы на хроматографе с ДЭЗ). Для этого из суммарной площади двух фенолов вычитают площадь пика 2-нитрофенола, найденную по градуировочному графику ГГнф (см. п. 6.4). Затем по полученной величине площади пика фенола находят его концентрацию, используя ГГф.
8.2. Числовые значения показателей погрешности методики
На основании метрологической аттестации, проведенной ВНИИАСМ-НПО "Исари" Госстандарта СССР с 01.09 по 20.12.89 (табл. 27), настоящая методика определения фенолов допущена к применению в организациях Росгидромета.
Таблица 27
РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ МВИ
┌────────────────────────┬─────────────┬─────────────────┬────────────┬──────────────┐ │ Фенол │ Диапазон │ Показатель │ Показатель │ Показатель │ │ │концентраций,│воспроизводимости│правильности│ погрешности │ │ │ мкг/л │ (эпсилон), % │ (ТЭТА), % │МВИ, суммарная│ │ │ │ │ │ погрешность │ │ │ │ │ │ (ДЕЛЬТА), % │ ├────────────────────────┼─────────────┼─────────────────┼────────────┼──────────────┤ │2-Нитрофенол │18,5 - 30,7 │5,0 │20,0 │20,0 │ │ │ │ │ │ │ │2-Нитрофенол │30,8 - 69,3 │3,5 │12,0 │12,9 │ │ │ │ │ │ │ │4-Нитрофенол │2,0 - 6,3 │3,6 │8,5 │9,5 │ │ │6,4 - 12,7 │2,9 │7,9 │8,7 │ │ │ │ │ │ │ │3,4-Диметилфенол │60,0 - 120,0 │3,0 │8,4 │9,2 │ │ │120,1 - 5000 │3,4 │7,3 │8,3 │ │ │ │ │ │ │ │3,5-Диметилфенол │60,0 - 120,0 │3,1 │7,7 │8,6 │ │ │120,1 - 5000 │3,3 │7,2 │8,2 │ │ │ │ │ │ │ │2,4-Дихлорфенол │2,5 - 65,0 │6,0 │15,0 │16,3 │ │ │65,1 - 130 │4,5 │9,5 │10,8 │ │ │ │ │ │ │ │2,4,6-Трихлорфенол │0,3 - 2,5 │5,0 │16,6 │17,9 │ │ │2,6 - 16,3 │4,6 │10,6 │12,4 │ │ │ │ │ │ │ │2,6-Диметилфенол │30,0 - 60,0 │2,4 │7,6 │8,3 │ │ │60,1 - 120,0 │1,9 │5,2 │5,7 │ │ │ │ │ │ │ │2,5-Диметилфенол │60,0 - 120,0 │2,9 │6,9 │7,7 │ │ │120,1 - 250 │2,3 │6,8 │7,5 │ │ │ │ │ │ │ │Фенол │1,0 - 5,0 │8,3 │21,1 │23,5 │ │ │5,1 - 15,0 │1,6 │3,2 │3,7 │ │ │ │ │ │ │ │2-Метилфенол │6,0 - 15,0 │4,3 │9,2 │10,5 │ │ │15,1 - 30,0 │1,7 │5,8 │6,3 │ │ │ │ │ │ │ │3-Хлорфенол │13,5 - 27,0 │5,7 │11,5 │13,2 │ │ │27,1 - 83,0 │3,3 │8,3 │9,3 │ │ │83,1 - 166,7 │1,6 │4,8 │5,2 │ │ │ │ │ │ │ │2,3,4,5,6-Пентахлорфенол│0,6 - 4,0 │6,2 │20,5 │22,3 │ │ │4,1 - 8,0 │3,8 │10,0 │10,7 │ └────────────────────────┴─────────────┴─────────────────┴────────────┴──────────────┘
9. Требования к квалификации аналитика
Анализ проб воды на содержание фенолов должен выполняться высококвалифицированными химиками-аналитиками, знакомыми с правилами эксплуатации приборов, применяемых в данной методике, и прошедшими соответствующий инструктаж по технике безопасности.
10. Нормы затрат рабочего времени на анализ
10.1. Для анализа 10 проб хлор- и нитрофенолов требуется 54,5 чел.-ч, в том числе:
на взятие проб из батометра - 0,5 чел.-ч;
на приготовление растворов реактивов - 6 чел.-ч;
на подготовку посуды - 4 чел.-ч;
на проведение пробоподготовки - 16 чел.-ч;
на подготовку прибора к измерениям - 4,0 чел.-ч;
на выполнение измерений - 20 чел.-ч;
на обработку значений, проведение расчетов, запись результатов - 4,0 чел.-ч.
10.2. Для анализа 10 проб алкилфенолов требуется 57,5 чел.-ч, в том числе:
на взятие проб из батометра - 0,5 чел.-ч;
на приготовление растворов и реактивов - 8 чел.-ч;
на подготовку посуды - 4 чел.-ч;
на проведение пробоподготовки - 22 чел.-ч;
на подготовку прибора к измерениям - 3,5 чел.-ч;
на выполнение измерений - 16 чел.-ч;
на обработку значений, проведение расчетов, запись результатов - 3,5 чел.-ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коренман Я.И., Минасянц В.А., Фокин В.Н. Экстракционно-газохроматографическое определение микроколичеств фенолов в водных средах. Журнал аналитической химии, 1988, т. XIII, вып. 7, с. 1303 - 1306.
2. Методические указания. Определение фенолов в морской воде. РД 52.10.242-90. М.: Гидрометеоиздат, 1990, 44 с.
3. Методические указания по химическому анализу распресненных вод морских устьевых областей рек и эпиконтинентальных морей, N 46. М.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 40 - 43.
4. Руководство по методам химического анализа морских вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 156 - 160.
5. Abrahamsson K., Xie T.M. Direct determination of trace amounts of chlorophenols in fresh water, waste and sea water. J. of chromatogr., 1983, 279, p. 199 - 208.
6. Buikema A., et al. Phenolics in aquatic ecosystems. Review. Mar. Environ. Res., 1979, N 2, p. 87 - 181.
7. Coutts A., Hargesheiner F., Passuto F. Application of a direct aqueous acetilation technique to the gas chromatographic quantitation of nitro-phenols and 1-naphtol in environmental water samples. J. of Chromatogr., 1980, 195, p. 105 - 112.
ХЛОРИРОВАННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Хлорированные углеводороды (хлорорганические пестициды - ХОП и полихлорбифенилы - ПХБ) являются одними из наиболее опасных веществ, загрязняющих окружающую среду. Они попадают в морскую среду с промышленными и сельскохозяйственными стоками. Значительное количество этих соединений попадает в морскую среду из атмосферы.
Согласно данным комиссии по охране окружающей среды Балтийского моря [3], в середине 70-х годов во всем мире резко сократилось производство и применение ХОП и ПХБ. Содержание их в морской воде не превышает в настоящее время, как правило, десятых и сотых долей микрограмма в литре. Однако, являясь гидрофобными соединениями, хлорированные углеводороды преимущественно адсорбируются на взвешенных частицах, а также оседают на дно; кроме того, принимая во внимание их способность накапливаться в объектах морской среды (вода - донные отложения - планктон - рыбы - птицы), необходимо осуществлять контроль за фоновыми концентрациями этих соединений в морской воде (0,5 - 5,0 нг/л).
В основу настоящей методики положена работа Доусона и Райли [4].
Наиболее предпочтительным при определении ХОП и ПХБ в морской воде является метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ) с использованием высокочувствительного к хлорорганическим соединениям детектора электронного захвата (ДЭЗ) [1].
1. Сущность метода анализа
Метод основан на извлечении хлорированных углеводородов органическим растворителем, очистке экстракта серной кислотой от мешающего влияния коэкстрагирующихся веществ и последующем детектировании ХОП в сконцентрированном экстракте на газовом хроматографе, снабженном детектором электронного захвата.
Идентификацию проводят по времени удерживания в сравнении с контрольными образцами ХОП и ПХБ. Количественный расчет проводят методом соотнесения с градуировочными растворами ХОП и ПХБ по высотам пиков на хроматограммах. Показатели погрешности измерений рассчитаны для гамма-ГХЦГ в диапазоне концентраций от 0,5 до 50,0 нг/л, для альфа-ГХЦГ - от 0,4 до 20,0 нг/л, для ДДТ - от 3,0 до 200,0 нг/л, для ДДД - от 3,0 до 24,0 нг/л, для ДДЭ - от 2,0 до 150,0 нг/л (табл. 30).
2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы
Для выполнения анализа применяют:
хроматограф любой марки, снабженный детектором типа электронного захвата или постоянной скорости рекомбинации;
колонки хроматографические стеклянные длиной 1,8 - 2,0 м с внутренним диаметром 3 мм по ТУ 25-05-2815;
микрошприц МШ-10м на 10 мкл по ТУ 25-05-2152;
эмалированное ведро;
батометр пластмассовый 7-литровый, например системы ИОАН;
баллон газовый для азота по ГОСТ 949;
редуктор кислородный по ГОСТ 6268;
штатив лабораторный ШЛ с зажимом по ТУ 64-1-707;
шланги резиновые по ГОСТ 5496;
шланги вакуумные по ТУ 38-105881;
секундомер по ГОСТ 5072;
термометр ТЛ-5 1-А по ГОСТ 215;
мешалка, снабженная электромотором, по ТУ 25-15-507;
весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104 (аналитические);
сушильный шкаф по ГОСТ 13474;
центрифуга лабораторная любого типа, например ЦЛС-3, У-42, по ТУ 5.375-4170;
плитка электрическая с закрытой спиралью мощностью 800 Вт по ТУ 92-208;
баня водяная по ТУ 46-22-608;
ротационный испаритель ИР-10 по ТУ 25-11-741;
прибор для отгонки растворителя, включающий в себя:
колбы круглодонные исполнения 1 на 500 мл по ГОСТ 25336;
холодильник прямой исполнения 1 по ГОСТ 25336;
аллонж типа АИО по ГОСТ 25336;
насос водоструйный стеклянный по ГОСТ 25336 или пластмассовый КМ-1230 по ТУ 64-1-862;
дефлегматор длиной 10 см по ГОСТ 20789;
бутыль для экстракции на 5 л по ГОСТ 10238;
встряхиватель типа АВУ по ТУ 64-1-1081;
колбы мерные 2 класса точности на 100 мл по ГОСТ 1770;
пипетки 2-го класса точности на 2 мл по ГОСТ 20292;
воронки делительные на 50 и 2000 мл по ГОСТ 25336;
пробирки мерные на 10 мл и 25 мл по ГОСТ 1770;
воронки Шотта по ГОСТ 9775;
колбы грушевидные на 300 мл по ГОСТ 25336;
воронки химические типа В диаметром 50 - 80 мм по ГОСТ 25336;
склянки стеклянные с притертой пробкой на 200 мл (для экстрактов) и на 5 л (для проб воды);
эксикатор по ГОСТ 6371;
бумага индикаторная по ТУ 6-09-1181;
фильтры бумажные типа ФОМ по ТУ 6-09-1678;
алюминиевая фольга;
стекловата;
хроматон N-AW-DMCS зернением от 0,160 до 0,200 мм с неподвижной жидкой фазой SE-30 в количестве 5% или DC-200 (3%);
гексан, ч., по ТУ 6-09-3375;
спирт этиловый ректификат высшей очистки по ГОСТ 5962 или спирт этиловый ректификат высший сорт, перегнанный и пропущенный через активированный силикагель, по ГОСТ 18300;
калия гидроксид, ос.ч., в гранулах по ОСТ 6-01-301 или натрия гидроксид, х.ч., в гранулах по ГОСТ 4328;
натрий сернокислый безводный, х.ч., по ГОСТ 4171;
натрий углекислый кислый, х.ч., по ГОСТ 4201;
серная кислота, х.ч., по ГОСТ 4204;
кальций хлористый, ч., по ТУ 6-09-4578;
силикагель L, хемапол (Чехо-Словакия), зернением 0,040 - 0,100 мм;
азот особой чистоты по ГОСТ 9239 или поверочный нулевой газ (ПНГ);
ацетон, ос.ч., по ТУ 6-09-3513;
бензол, х.ч., по ГОСТ 5955;
синтетическое моющее средство любого типа;
стандартный раствор 4,4'-дихлордифенилдихлорэтена (ДДЭ) - ГСО N 4190, концентрация 100 мкг/мл;
стандартный раствор 4,4'-дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) - ГСО N 4189, концентрация 100 мкг/мл;
препараты хлорированных углеводородов отечественного или импортного производства с содержанием основного вещества не менее 99,4%:
4,4'-дихлордифенилдихлорэтан (ДДД);
альфа-изомер гексахлорциклогексана;
гамма-изомер гексахлорциклогексана (линдан);
полихлорбифенилы - хлофен А-50.
3. Отбор проб
Для отбора проб воды с горизонта 0 м при высоте волны до 1,5 м необходимо использовать узкогорлую бутыль с укрепленным на дне грузом. Если высота волны больше 1,5 м, для отбора проб с горизонта 0 м можно использовать батометр или ведро. С нижележащих горизонтов пробы отбирают стеклянным, металлическим или, в крайнем случае, пластмассовым батометром.
Консервации и хранению пробы не подлежат. В течение двух часов после отбора необходимо проэкстрагировать их н-гексаном с целью перевода ХОП и ПХБ в органическую фазу. Экстракты помещают в склянки с притертыми пробками, которые сверху дополнительно обертывают алюминиевой фольгой. Склянки помещают в ящики для экспедиционных грузов, прокладывают полиуретановыми прокладками и в таком виде транспортируют без дополнительного охлаждения.
Газохроматографический анализ экстрактов производят не позднее чем через 3 мес. после отбора пробы.
4. Подготовка к анализу
4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа
4.1.1. Безводный сульфат натрия для осушения экстрактов прокаливают в сушильном шкафу 6 - 8 ч при температуре 200 - 220 °C. Прокаленный сульфат натрия хранят в герметически закупоренной склянке. Срок хранения неограничен.
4.1.2. 1%-ный раствор бикарбоната натрия готовят растворением 2 г кристаллического бикарбоната натрия в 200 мл дистиллированной воды. Срок хранения раствора - 1 год.
4.1.3. Силикагель L прокаливают при температуре 320 - 350 °C в течение 25 - 30 ч. Хранят в эксикаторе с хлористым кальцием.
4.1.4. Кальций хлористый прокаливают при температуре 220 - 250 °C в течение 6 - 8 ч.
4.1.5. Гексан перед использованием перегоняют на приборе с дефлегматором, отбрасывая первую порцию в 75 - 80 мл, собирают фракцию с температурой кипения 67 - 69 °C и пропускают через колонку с 5 г активированного силикагеля.
4.1.6. Этиловый спирт перед использованием перегоняют на приборе с дефлегматором при температуре 78 °C и пропускают через колонку с 5 г силикагеля.
4.1.7. Раствор детергентов готовят растворением 10 г любого синтетического моющего средства в 1 л кипящей воды. Используют свежеприготовленный раствор.
4.2. Подготовка посуды
Стеклянная и фарфоровая посуда промывается горячим раствором детергентов либо соды (на 1 л воды 10 г любого вещества), водопроводной водой, дистиллированной водой, ацетоном, гексаном. После промывания посуда сушится при температуре 130 - 140 °C в течение 4 ч и хранится завернутой в алюминиевую фольгу.
4.3. Экстракция
Из пробоотборника пробу морской воды объемом 4 л помещают в бутыль для экстракции объемом 5 л и экстрагируют 2 раза по 10 мин. порциями по 100 мл перегнанного н-гексана. Экстракт отделяют в делительной воронке на 2 л, пропускают через стеклянный фильтр с 20 г безводного сульфата натрия в склянку для экстракта. Двумя порциями по 25 мл н-гексана обмывают делительную воронку и бутыль для экстракции, сливают в ту же склянку. Затем небольшими количествами (5 мл) н-гексана два раза промывают осушитель, слив присоединяют к экстракту.
4.4. Концентрирование и очистка экстрактов
Полученный экстракт упаривается до объема примерно 10 мл на ротационном испарителе или приборе для отгонки растворителя с вакуумом при температуре до 40 °C. Концентрат переливают в делительную воронку на 50 мл, добавляют 6 - 8 мл серной кислоты. Аккуратно переворачивают (но не встряхивают) воронку 15 - 20 раз, отбрасывают сернокислотный слой, а к органическому приливают еще 6 - 8 мл кислоты и переворачивают воронку 10 - 15 раз. Обработку серной кислотой проводят до тех пор, пока сернокислотный слой не будет оставаться бесцветным. Добавляют к очищенному экстракту 8 - 10 мл 1%-ного раствора бикарбоната, встряхивают, отбрасывают водный слой. Обработку бикарбонатом проводят до нейтральной реакции промывных вод по универсальной индикаторной бумаге. Органический слой пропускают через слой осушителя 5 г в мерную пробирку на 25 мл, осушитель промывают два раза н-гексаном порциями по 2 мл, слив присоединяют к экстракту.
Очищенный и осушенный экстракт упаривают до объема примерно 1 мл (объем записывают с точностью до 0,1 мл) под струей воздуха или при слабом нагревании пробирки на водяной бане при температуре не выше 40 °C.
4.5. Дегидрохлорирование *
--------------------------------
* Стадия дегидрохлорирования может быть опущена, если в анализе использовать капиллярные колонки, обладающие значительно лучшими параметрами разделения [2, 5]. Методика измерений с капиллярной колонкой полностью приведена в Приложении 2.
В случае одновременного присутствия в пробе морской воды ХОП и ПХБ эти группы необходимо разделить химически с помощью спиртового дегидрохлорирования. Для этого к концентрату (после того как из него отобраны 3 мкл и введены в хроматограф, который зафиксировал наличие ПХБ) приливают 1 мл этанола, добавляют одну гранулу гидроксида калия, закрывают пробирку стеклянной пробкой, тщательно размешивают и помещают в водяную баню при температуре 55 - 60 °C (не выше) на 30 мин. Затем пробирку охлаждают под струей водопроводной воды, добавляют к содержимому 3 мл дистиллированной воды, очень энергично встряхивают и дают отстояться в течение 5 мин. до четкого разделения слоев (при возможности разделение слоев следует проводить в лабораторной центрифуге в течение 3 мин. при 1500 об./мин.). Из верхнего гексанового слоя отбирают аликвоту и вводят в хроматограф.
5. Проведение анализа
5.1. Схема проведения анализа
Отбирают 3 мкл экстракта из 1 мл концентрата (получение см. п. 4.4), вводят в испаритель хроматографа и записывают хроматограмму. После выхода пика ДДТ, имеющего наибольшее время удерживания, оставляют прибор в холостом режиме работы на 15 - 20 мин. во избежание оседания на колонке органических высокомолекулярных примесей, которые могут содержаться в морской воде. В случае присутствия в пробе морской воды ПХБ, что выражается в появлении на хроматограмме большого числа пиков, по времени удерживания не совпадающих с пиками известных пестицидов, необходимо отобрать 3 мкл из верхнего гексанового слоя, полученного согласно п. 4.5, и ввести в хроматограф.
5.2. Проведение холостого определения
Перед тем как приступить к анализу проб морской воды, нужно проделать холостой опыт, чтобы убедиться в чистоте используемых реактивов. Для этого 200 мл перегнанного н-гексана концентрируют, обрабатывают серной кислотой, готовят к ГЖХ-определению (см. п. 4.4) и 3 мкл вводят в хроматограф. В дальнейшем такой холостой опыт нужно проводить с каждой новой партией гексана и кислоты.
При обнаружении загрязняющих веществ реактивы и посуду подвергают дополнительной очистке.
Перед анализом каждой пробы проверяют чистоту микрошприца, используемого для ввода экстракта проб. Для этого набирают 3 мкл чистого гексана и вводят в испаритель хроматографа. При появлении пиков на хроматограмме (кроме пика растворителя) дополнительно промывают шприц гексаном и вновь проверяют на чистоту.
6. Подготовка средств измерений к работе
6.1. Способ приготовления стандартных растворов ХОП
Для приготовления стандартного раствора ХОП растворяют по 10 мг линдана и альфа-ГХЦГ и 80 мг ДДД в 100 мл перегнанного гексана, тщательно перемешивают, отбирают 0,5 мл полученной смеси, переносят в мерную колбу на 100 мл, добавляют туда же 2,5 мл ГСО ДДЭ и 5 мл ГСО ДДТ и доводят объем гексаном до метки. Отбирают из полученного раствора 1 мл, переносят в мерную пробирку на 10 мл и доводят объем гексаном до 10 мл.
Концентрации ХОП в растворе следующие: линдана - 50 нг/мл; альфа-ГХЦГ - 50 нг/мл; ДДЭ - 250 нг/мл; ДДД - 400 нг/мл; ДДТ - 500 нг/мл.
6.2. Способ приготовления стандартного раствора ПХБ
Для приготовления стандартного раствора ПХБ растворяют приблизительно 10 мг соединения хлофен А-50 в 100 мл гексана.
Полученный раствор тщательно перемешивают, отбирают 0,5 мл, переносят в мерную колбу на 100 мл, доводят объем гексаном до метки. Концентрация ПХБ в полученном растворе составляет приблизительно 500 нг/мл (рассчитывается с точностью до единиц нг/мл).
6.3. Способ приготовления смешанного стандартного
раствора ХОП и ПХБ
Для приготовления стандартного раствора смеси ХОП и ПХБ смешивают равные объемы стандартных растворов ХОП и ПХБ.
Концентрации отдельных компонентов ХОП и ПХБ в полученном растворе следующие: линдана - 25 нг/мл; альфа-ГХЦГ - 25 нг/мл; ДДЭ - 125 нг/мл; ДДД - 200 нг/мл; ДДТ - 250 нг/мл; ПХБ - 250 нг/мл.
6.4. Установление градуировочных характеристик метода определения ХОП
В хроматограф при выбранных условиях (см. п. 7.4) вводят по 3 мкл стандартного раствора ХОП 3 - 5 раз. По результатам индивидуальных дозирований определяют среднюю высоту каждого пика и времена удерживания отдельных ХОП (рис. 19). Разбавляют раствор гексаном в 2, 4, 8 раз и записывают хроматограммы полученных растворов. Проводят математическую обработку полученных хроматограмм. Градуировочный график строят в координатах "высота пика - масса компонента". Убеждаются в его линейности для данного диапазона концентраций.
6.5. Установление градуировочных характеристик метода определения ПХБ
В испаритель хроматографа при выбранных условиях (см. п. 7.4) вводят несколько раз по 3 мкл стандартного раствора ПХБ - хлофена А-50. На полученной хроматограмме (рис. 20) определяют времена удерживания и среднюю высоту каждого из 14 самых высоких пиков отдельных компонентов хлофена А-50.
Разбавляют стандартный раствор ПХБ в 2, 4, 8 раз и записывают хроматограммы полученных растворов. Проводят математическую обработку всех полученных хроматограмм. Градуировочный график строят в координатах "сумма высот самых интенсивных пиков ПХБ на хроматограммах стандартных растворов - масса хлофена А-50".
6.6. Установление градуировочных характеристик метода
определения ХОП и ПХБ при их совместном присутствии
В испаритель хроматографа при выбранных условиях (см. п. 7.4) вводят несколько раз по 3 мкл стандартной смеси ХОП и ПХБ (приготовление см. п. 6.3). На полученной хроматограмме 1 (рис. 21) по результатам единичных вкалываний определяют среднюю высоту каждого пика. Затем берут 1 мл этой же смеси и проводят реакцию дегидрохлорирования (см. п. 4.5). Из верхнего гексанового слоя отбирают 3 мкл и вводят в хроматограф несколько раз при тех же условиях. Записывают хроматограмму 2 (рис. 22).
В результате дегидрохлорирования на хроматограмме 2 два пика (ДДТ и ДДД) исчезают, пик ДДЭ возрастает за счет ДДТ, появляется новый пик ДМЭ * (производное ДДД). Пики ПХБ при этом остаются прежней высоты.
--------------------------------
* ДМЭ - 4,4'-дихлордифенилхлорэтен.
Разбавляют смешанный стандартный раствор ХОП и ПХБ гексаном в 2, 4, 8 раз. Эти растворы также проводят через реакцию дегидрохлорирования и записывают их хроматограммы.
Градуировочный график в координатах "высота пика - концентрация ХОП (нг/мл)" для альфа-, гамма-ГХЦГ и ДДЭ строят, измеряя высоту пика на хроматограмме 1, полученной до дегидрохлорирования. Высота пика ДДТ подсчитывается как разность высот пиков, имеющих соответствующее время удерживания на хроматограммах 1 и 2 (т.е. до и после дегидрохлорирования). Аналогично рассчитывается высота пика ДДТ.
Для построения градуировочного графика ПХБ сравнивают высоты отдельных пиков ПХБ на хроматограммах 2 (после дегидрохлорирования) и стандартных растворов ПХБ. График строится в координатах "сумма высот отдельных пиков ПХБ - содержание ПХБ (нг/мл)".
6.7. Подготовка хроматографической колонки
Стеклянную колонку длиной 2 м (промытую последовательно бензолом и ацетоном) заполняют хроматоном N-AW-DMCS с НЖФ SE-30 (5%) или DC-200 (3%) следующим образом: закрывают один конец колонки стеклянной ватой, устанавливают марлевую прокладку и подсоединяют к водоструйному насосу, в другой конец колонки через воронку засыпают насадку; во время всей операции колонку аккуратно простукивают. После заполнения колонки закрывают свободный ее конец тампоном из стеклянной ваты. Колонку устанавливают в термостат колонок хроматографа, не подсоединяя к детектору электронного захвата, и кондиционируют в токе азота (30 мл/мин.) при температуре 220 °C в течение 5 - 6 ч.
6.8. Подготовка газового хроматографа к работе
6.8.1. Подготовку хроматографа проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации. С помощью пенного расходомера устанавливают расход азота через колонку 25 - 30 мл/мин., через детектор 120 - 130 мл/мин. Оптимальный расход азота через колонку и на поддув детектора ДЭЗ определяется качеством получаемых хроматограмм. Подсоединяют колонку к детектору и проверяют герметичность соединений при помощи мыльной пены. Измеряют суммарный расход азота на выходе прибора. Эту величину контролируют ежедневно перед началом работ.
Устанавливают температуру термостата колонок 205 - 210 °C, детектора -
215 - 220 °C, испарителя - 225 °C, рабочий диапазон шкалы электрометра
-12 -12
10 х 10 - 50 х 10 А, скорость диаграммной ленты 240 мм/ч.6.8.2. Критерием полноты кондиционирования газохроматографической колонки является соответствие дрейфа и нерегулярных шумов нулевой линии паспортным данным прибора. После выхода прибора на режим для насыщения колонки вводят несколько раз по 3 мкл стандартного раствора смеси ХОП.
Определение параметров колонки и детектора проводят согласно Приложению 1.
6.9. Определение характеристик линейности
6.9.1. Для определения характеристик линейности диапазона детектирования готовят растворы стандартных смесей ХОП и ПХБ шести концентраций, различающихся не более чем в два раза. В испаритель хроматографа вводят по 3 мкл полученных растворов и записывают хроматограммы на рабочей шкале электрометра. Измеряют высоты пиков на полученных хроматограммах и определяют отношения концентраций С некоторых компонентов смеси ХОП и ПХБ к высотам пиков h:
К = С / h.
Линейность детектирования сохраняется для концентраций, при которых значения К отличаются не более чем на 5%:
К - К
2 1
------- 100% <= 5%.
К
26.9.2. В случае отсутствия по какой-либо причине линейности детектирования следует построить градуировочный график для всех используемых диапазонов.
7. Выполнение определений
7.1. В испаритель хроматографа вводят микрошприцем 3 мкл стандартного раствора ХОП и записывают хроматограмму. Времена удерживания всех компонентов рассчитывают по трем результатам хроматографирования. Этот параметр необходимо проверять перед началом определений после выхода прибора на режим.
Те же операции выполняют со стандартным раствором ПХБ и стандартной смесью ХОП и ПХБ.
7.2. Затем вводят в испаритель хроматографа 3 мкл экстракта пробы (подготовку см. п. п. 4.3 и 4.4). Отдельные компоненты ХОП идентифицируют, сравнивая времена удерживания индивидуальных соединений на хроматограмме пробы морской воды с соответствующими пиками на хроматограмме смеси стандартных веществ ХОП.
7.3. В том случае, если на хроматограмме экстракта пробы морской воды детектируются пики как ХОП, так и ПХБ, обрабатывают экстракт согласно п. 4.5 * , отбирают 3 мкл и вводят в хроматограф. На полученной хроматограмме пики идентифицируют согласно п. 6.6.
--------------------------------
* При использовании капиллярных колонок [2, 5], как указано выше, дегидрохлорирование не проводят.
Дегидрохлорирование следует проводить также и в том случае, если идентификация ХОП по одной хроматограмме не может быть проведена однозначно. Превращение ДДТ -> ДДЭ, ДДД -> ДМЭ является достаточно надежным критерием идентификации.
7.4. Условия хроматографирования ХОП и ПХБ на отечественном приборе "Цвет-100" мод. 110 приведены в табл. 28.
Таблица 28
УСЛОВИЯ ХРОМАТОГРАФИРОВАНИЯ ХОП И ПХБ НА SE-30
┌───────────────────────────────────┬────────────────────────────┐ │ Параметр │ Значение │ ├───────────────────────────────────┼────────────────────────────┤ │ │ -12 │ │Рабочая шкала электрометра, А │10 х 10 │ │ │ -12 │ │ │20 х 10 │ │ │ -12 │ │ │50 х 10 │ │Скорость протяжки ленты, мм/ч │240 │ │Расход азота, куб. см/мин. │ │ │в колонке │25 - 30 │ │в детекторе │120 - 130 │ │Температурный режим, °C │ │ │колонки │205 - 210 │ │испарителя │225 │ │детектора │215 - 220 │ └───────────────────────────────────┴────────────────────────────┘
7.5. Типичные хроматограммы смеси ХОП и ПХБ представлены на рис. 21, 22. Относительные времена удерживания ХОП по отношению к ДДЭ приведены в табл. 29 (хроматограф "Цвет-100", мод. 110).
Таблица 29
ВРЕМЕНА УДЕРЖИВАНИЯ ХОП (ОТНОСИТЕЛЬНО ДДЭ) НА SE-30 *
--------------------------------
* Параметры колонки, см. табл. 28.
┌────────────────────────────────┬───────────────────────────────┐ │ ХОП │Относительное время удерживания│ ├────────────────────────────────┼───────────────────────────────┤ │альфа-ГХЦГ │0,18 - 0,20 │ │гамма-ГХЦГ │0,25 - 0,27 │ │n,n'-ДДЭ │1,00 │ │n,n'-ДДД │1,34 - 1,36 │ │n,n'-ДДТ │1,53 - 1,55 │ └────────────────────────────────┴───────────────────────────────┘
7.6. Времена удерживания ДДТ и ДДД на рекомендуемой колонке совпадают с временами удерживания отдельных пиков ПХБ, поэтому в случае их одновременного присутствия в пробах морской воды необходимо провести дегидрохлорирование (см. п. 4.5). В результате дегидрохлорирования пики ДДТ и ДДД исчезают, пик ДДД возрастает за счет ДДТ, появляется новый пик ДМЭ (за счет ДДД). Пики ПХБ при этом остаются прежней высоты.
8. Обработка результатов
8.1. Математическая обработка результатов при регистрации
в пробе только ХОП
Содержание ХОП в анализируемой пробе морской воды находят по формуле:
С h V
ст х э
С = ---------, (1)
х h V
ст м.в
где:
С - концентрация соответствующего ХОП в пробе, нг/л;
х
С - концентрация соответствующего ХОП в стандартном растворе, нг/мл;
ст
h - высота пика соответствующего ХОП на хроматограмме пробы морской
х
воды, мм;
h - высота пика соответствующего ХОП в стандартном растворе, мм;
ст
V - объем концентрата, проба которого берется для
э
газохроматографического определения, мл;
V - объем пробы морской воды, взятой для анализа, л.
м.в8.2. Обработка результатов при наличии в пробе ХОП и ПХБ
Расчет содержания ХОП производится по формуле (1) (см. п. 8.1), при этом высоты пиков альфа-, гамма-ГХЦГ и ДДЭ измеряют по хроматограмме 1, полученной до дегидрохлорирования, так как мешающее влияние других соединений незначительно.
Высота пика ДДТ в исследуемом растворе подсчитывается как разность высот пиков, имеющих соответствующее время удерживания на хроматограммах 1 и 2 (т.е. до и после дегидрохлорирования).
Аналогично рассчитывается высота пика ДДД в исследуемом растворе.
Расчет ПХБ проводится по формуле:
С SUM h V
ст х э
С = -------------, (2)
х SUM h V
ст м.в
где:
С , С , V , V - см. экспликацию к формуле (1);
х ст э м.в
SUM h - сумма высот пиков, соответствующих компонентам ПХБ в
х
исследуемом растворе, мм;
SUM h - сумма высот пиков компонентов ПХБ в стандартном растворе
ст
хлофена А-50, мм.8.3. Числовые значения показателей погрешности методики
На основании метрологической аттестации, проведенной ВНИИАСМ-НПО "Исари" Госстандарта СССР с 01.09 по 20.12.90 (табл. 30), настоящая методика определения ХОП и ПХБ допущена к применению в организациях Росгидромета.
Таблица 30
РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ МВИ
┌──────────┬─────────────┬─────────────────┬────────────┬─────────────────┐ │ Вещество │ Диапазон │ Показатель │ Показатель │ Показатель │ │ │концентраций,│воспроизводимости│правильности│погрешности МВИ, │ │ │ нг/л │ (эпсилон), % │ (ТЭТА), % │ суммарная │ │ │ │ │ │ погрешность │ │ │ │ │ │ (ДЕЛЬТА), % │ ├──────────┼─────────────┼─────────────────┼────────────┼─────────────────┤ │гамма-ГХЦГ│0,5 - 50,0 │17,4 │17,6 │23,5 │ │альфа-ГХЦГ│0,4 - 20,0 │14,6 │2,0 │14,6 │ │ДДТ │3,0 - 200,0 │11,2 │10,0 │14,4 │ │ДДД │3,0 - 24,0 │7,5 │4,8 │8,4 │ │ДДЭ │2,0 - 150,0 │15,0 │19,6 │21,6 │ └──────────┴─────────────┴─────────────────┴────────────┴─────────────────┘
9. Требования к квалификации аналитика
Анализ проб воды на содержание ХОП и ПХБ должен выполняться высококвалифицированными химиками-аналитиками, знакомыми с правилами эксплуатации приборов, применяемых в данной методике, и прошедшими соответствующий инструктаж по технике безопасности.
10. Нормы затрат рабочего времени на анализ
Для анализа 10 проб ХОП и ПХБ требуется 65,5 чел.-ч, в том числе:
на взятие проб из батометра - 1,0 чел.-ч;
на приготовление реактивов и растворов - 4,0 чел.-ч;
на подготовку посуды - 3,0 чел.-ч;
на выведение прибора на режим - 4,0 чел.-ч;
на проведение экстракции, концентрирования экстрактов, ГЖ-анализа - 52,0 чел.-ч;
на проведение расчетов, запись результатов - 1,5 чел.-ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические указания по химическому анализу распресненных вод морских устьевых областей рек и эпиконтинентальных морей, N 46. М.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 44 - 52.
2. Черняк С.М. Определение хлорированных углеводородов в объектах морской экосистемы. В кн.: Методологические основы комплексного глобального мониторинга океана. М.: Гидрометеоиздат, 1985, с. 41 - 56.
3. Baltic Sea Environment Proceedings, N 5 B, Assessement of the natural of the Baltic Sea, Helsinki Commission, 1981, 426 pp.
4. Dawson R., Riley J.P. Chlorine-containing pesticides and polychlorinated biphenyls in British coastal waters. Estuarine and Coastal Mar. Sci., 1977, N 4, p. 55 - 69.
5. Duinker J.C. Monitoring of cyclic organochlorins in the marine environment. Environ. Monitor. Assess., 1986, v. 7, p. 189 - 208.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
Определение тяжелых металлов в морской воде является одной из основных задач мониторинга морской среды. Кадмий, свинец, медь, кобальт, никель, хром являются наиболее токсичными металлами, поступающими в морскую среду как при естественных процессах, так и в результате антропогенного воздействия. Железо и марганец, хотя и менее токсичны, играют важную роль в геохимическом поведении других токсичных тяжелых металлов, что необходимо учитывать при проведении мониторинга загрязнения морской среды.
В системе гидрометслужбы СНГ для определения металлов применяется спектрографический метод, разработанный в Гидрохимическом институте [4]. Однако этот метод характеризуется недостаточной чувствительностью и может быть использован только при определении высоких концентраций токсичных металлов, например, в шельфовых водах устьевых областей рек.
В последние годы для определения металлов широкое распространение получил метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии [1, 2, 5, 6]. В то же время из-за мешающего влияния основного солевого состава морской воды этот метод позволяет проводить прямое определение лишь некоторых металлов - железа, марганца, хрома [3]. Для определения других элементов из числа вышеназванных необходимо предварительно произвести выделение их из морской воды. Чаще всего для выделения используют способ экстракции, который при проведении в мягких условиях позволяет определять лабильную, наиболее реакционноспособную форму токсичных металлов.
1. Непламенный атомно-абсорбционный метод определения лабильных форм кадмия, свинца, меди, кобальта, никеля *
--------------------------------
* Настоящая методика метрологически не аттестована.
1.1. Сущность метода анализа
В основу настоящей методики положена работа [6], модифицированная в ГОИН [2].
В отличие от указанной работы, в которой в качестве комплексообразователей применяют пирролидиндитиокарбамат аммония и диэтилдитиокарбамат диэтиламмония, в настоящей методике экстрагируют комплексы металлов с диэтилдитиокарбаматом натрия (НДДК), а в качестве органического растворителя вместо фреона применяют тетрахлорметан. Мягкая кислотная обработка пробы перед экстракцией (подкисление до pH = 4) дает основание считать, что этим методом определяются металлы в лабильной форме и не определяется та их часть, которая связана в прочные комплексы с органическим веществом морских вод.
Экстракционный способ в сочетании с последующей реэкстракцией в азотную кислоту применяют не только для отделения микроколичеств тяжелых металлов от макроколичеств основных солей, но и для концентрирования их в малом объеме, так как обычно концентрации тяжелых металлов в морских водах чрезвычайно низки и составляют единицы, десятки, реже сотни нанограмм на литр.
При соблюдении условий анализа, описанных в методике, и в случае применения атомно-абсорбционного спектрофотометра типа "Перкин-Элмер" минимально определяемые концентрации составляют, мкг/л: свинца - 0,021; кадмия - 0,0015; меди - 0,015; никеля - 0,018 и кобальта - 0,006.
При работе на отечественном атомно-абсорбционном спектрофотометре типа С-112, С-115 по настоящей методике предел обнаружения указанных металлов примерно на порядок выше [5].
С учетом вышеприведенных минимально определяемых концентраций металлов настоящая методика рекомендуется для определения фоновых уровней содержания тяжелых металлов в морских и океанских водах.
1.2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы
Для выполнения анализа применяются:
атомно-абсорбционный спектрофотометр любой марки с непламенной атомизацией проб и дейтериевым корректором;
батометр пластмассовый или стеклянный ГР-18 по ТУ 25-04-2507;
pH-метр любой марки, например "pH-121", с набором измерительных электродов;
насос вакуумный типа НВЭ по ТУ 79 РСФСР 102 или стеклянный водоструйный по ГОСТ 25336;
фильтровальное устройство типа ФМ-02 по ТУ 112.966.249;
колба Бунзена на 1 л по ТУ 25-11-1173;
фильтры мембранные с диаметром 0,45 мкм типа "Сынпор" (Чехо-Словакия);
микрошприцы типа "Эппендорф" на 0,01; 0,02; 0,05 и 0,10 мл;
воронка делительная на 1 л по ГОСТ 25336;
колбы мерные на 0,1 и 1 л по ГОСТ 1770;
пипетки с делениями на 1; 2; 5 и 10 мл по ГОСТ 20292;
флаконы полиэтиленовые на 50 мл по ТУ 6-19-45;
колонки для ионообменных смол диаметром 45 мм;
цилиндр мерный на 0,25 и 0,5 л по ГОСТ 1770;
N,N-диэтилдитиокарбамат натрия, ч. или ч.д.а., по ГОСТ 8864;
кислота азотная конц., ос.ч., по ГОСТ 11125;
углерод четыреххлористый (тетрахлорметан), ос.ч., по ТУ 6-09-3219;
ионообменные смолы КУ-2 по ГОСТ 20298 (или другой равноценный) и ЭДЭ-10п по ГОСТ 13504 (или другой равноценный);
фильтры бумажные, тип ФОМ, по ТУ 6-09-1678;
натр едкий (или кали едкое), х.ч., по ГОСТ 4328;
натрий хлористый, х.ч., по ГОСТ 4233;
стандартные образцы для анализа вод СОВ-3 по ГСО 1759 или ГСОРМ-1 по ГСО N 2293 и ГСОРМ-2 по ГСО N 2294;
азот газообразный, ос.ч., по ГОСТ 9293 или поверочный нулевой газ (ПНГ) по ТУ 6-21-39.
1.3. Отбор проб
1.3.1. Подготовка оборудования для отбора и фильтрования проб
Пробы морской воды для определения металлов отбирают с помощью пластмассовых или стеклянных батометров, опускаемых с борта судна на неметаллическом тросе либо на стальном тросе с вплетенным в концевую часть капроновым фалом длиной от 5 до 10 м.
При отборе проб следует избегать попадания в пробу загрязняющих веществ. Поэтому при отборе проб с подповерхностных горизонтов батометр сначала опускают на глубину от 30 до 50 м, тем самым промывая его от возможного загрязнения поверхностной пленкой. Перед использованием батометры промывают 1%-ным раствором азотной кислоты. Хранят батометры завернутыми в полиэтиленовую пленку. Батометры должны быть снабжены сливными краниками из полимерного материала (винипласт, фторопласт). Флаконы для проб предварительно трижды ополаскивают морской водой.
Мембранные фильтры, используемые для фильтрации, предварительно очищают двукратным кипячением по 20 мин. в 1%-ном растворе азотной кислоты и двукратным кипячением в деионизированной воде. Азотную кислоту берут из расчета 20 мл на 1 фильтр. Фильтры хранят в бюксе с притертой крышкой.
1.3.2. Фильтрация проб морской воды
Отобранные пробы фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм, используя фильтровальное устройство ФМ-02. Первую порцию профильтрованной воды (примерно 250 мл) используют для ополаскивания колбы Бунзена, мерного цилиндра и делительной воронки и затем отбрасывают. Для анализа отбирают следующие 500 мл пробы.
1.4. Подготовка к анализу
1.4.1. Методы приготовления реактивов
1. Раствор азотной кислоты 1%-ный готовят растворением 7,1 мл концентрированной азотной кислоты (плотностью 1,4 г/куб. см) в 660 мл деионизированной воды. Раствор устойчив длительное время.
2. Раствор диэтилдитиокарбамата 2%-ный готовят растворением 2 г реактива в 0,1 л деионизированной воды.
3. Ионообменные смолы готовят, как описано в гл. "Общая растворенная ртуть".
4. Деионизированную воду получают, пропуская дистиллированную воду последовательно через анионит и катионит.
1.4.2. Очистка раствора диэтилдитиокарбамата натрия
Подготовленный раствор НДДК фильтруют через бумажный фильтр в делительную воронку, добавляют в нее 10 мл тетрахлорметана и энергично встряхивают. Экстракцию проводят трижды, причем последняя порция тетрахлорметана контролируется на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Раствор диэтилдитиокарбамата натрия устойчив непродолжительное время, поэтому не рекомендуется готовить сразу большие объемы комплексообразователя.
1.4.3. Подготовка посуды
Всю посуду, применяемую в анализе, моют следующим образом. Удаляют жировые пятна, промывают концентрированной азотной кислотой, ополаскивают несколько раз деионизированной водой. Смывные воды контролируют на содержание металлов на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Анализ должен показать отсутствие металлов. Посуда для хранения реэкстрактов готовится к анализу и проверяется на чистоту в береговой лаборатории.
1.5. Проведение анализа
1.5.1. Схема приведения анализа
Фильтрованную морскую воду подкисляют разбавленной азотной кислотой (1:1) до pH = 4,0 (контроль на pH-метре). 500 мл подкисленной пробы помещают в делительную воронку, в которую вносят 3 мл 2%-ного раствора НДДК и 20 мл тетрахлорметана. Смесь энергично встряхивают 3 мин.; после разделения фаз органический слой сливают в полиэтиленовые флаконы; к водной фазе добавляют 10 мл тетрахлорметана и экстракцию повторяют в течение 1 мин. Органические фазы объединяют. Для разрушения комплексных соединений металлов с НДДК органическую фазу встряхивают в течение 30 с с 0,2 мл концентрированной азотной кислоты и оставляют стоять 5 мин. Затем во флаконы добавляют 4,8 мл деионизированной воды и повторно встряхивают смесь 30 с. В таком виде пробу можно хранить при пониженной температуре (в холодильнике) не менее 3 мес. Анализу подвергают верхний азотнокислый слой (реэкстракт) без отделения или с отделением от органической фазы.
1.5.2. Холостое определение
Одновременно с обработкой проб проводят холостой опыт. Для этого к оставшейся после экстракции в делительной воронке морской воде добавляют то количество разбавленной азотной кислоты (1:1), которое пошло на подкисление пробы до pH = 4,0, а также 3 мл 2%-ного раствора НДДК, 30 мл тетрахлорметана и смесь встряхивают 3 мин. После разделения фаз органический слой сливают в полиэтиленовый флакон и затем проводят реэкстракцию, как описано выше. Опыт показывает, что дополнительное введение кислоты в морскую воду практически не приводит к изменению pH по сравнению с определенным перед первой экстракцией значением. Это связано с тем, что водный раствор НДДК имеет щелочную реакцию и в процессе первой экстракции повышает pH подкисленной пробы воды.
Холостой опыт проводят не менее трех раз, а также каждый раз при замене одного или нескольких реактивов.
1.6. Подготовка средств измерений к работе
1.6.1. Методы приготовления градуировочных растворов
1) Приготовление смешанного промежуточного стандартного раствора металлов
Смешанный промежуточный стандартный раствор металлов готовят разбавлением стандартных образцов СОВ-3 следующим образом.
В мерную колбу на 1 л отбирают 1 мл стандартного образца СОВ-3, подкисляют 20 мл концентрированной азотной кислоты и доводят до метки деионизированной водой. 1 мл смешанного промежуточного стандартного раствора содержит по 1 мкг кадмия, меди, кобальта, никеля и 4 мкг свинца.
2) Приготовление рабочих градуировочных растворов металлов
В мерные колбы на 0,1 л отбирают 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 и 10,0 мл смешанного промежуточного стандартного раствора, подкисляют каждый раствор 0,5 мл концентрированной азотной кислоты и доводят до метки деионизированной водой (табл. 31).
Таблица 31
КОНЦЕНТРАЦИЯ МЕТАЛЛОВ В ГРАДУИРОВОЧНЫХ РАСТВОРАХ, МКГ/Л
┌────────────────┬────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Металл │ Объем смешанного стандартного раствора, мл │ │ ├──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬───────┤ │ │ 0,1 │ 0,5 │ 1,0 │ 2,0 │ 3,0 │ 4,0 │ 5,0 │ 10,0 │ ├────────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │Кадмий │1,0 │5,0 │10,0 │20,0 │30,0 │40,0 │50,0 │100,0 │ │Свинец │4,0 │20,0 │40,0 │80,0 │120,0 │160,0 │200,0 │400,0 │ │Медь │1,0 │5,0 │10,0 │20,0 │30,0 │40,0 │50,0 │100,0 │ │Кобальт │1,0 │5,0 │10,0 │20,0 │30,0 │40,0 │50,0 │100,0 │ │Никель │1,0 │5,0 │10,0 │20,0 │30,0 │40,0 │50,0 │100,0 │ │N пп. раствора │1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │ └────────────────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴───────┘
Одновременно проводят проверку на чистоту деионизированной воды. Для этого в мерную колбу на 0,1 л вносят 0,5 мл концентрированной азотной кислоты и доводят до метки деионизированной водой. Полученная величина абсорбции соответствует поправке на загрязненность деионизированной воды.
1.6.2. Установление градуировочных характеристик метода
Градуировочные растворы анализируют на атомно-абсорбционном спектрофотометре с графитовой кюветой. Для определения кадмия, меди и свинца в графитовую кювету вводят по 20 мкл соответствующих градуировочных растворов и по 50 мкл для определения никеля и кобальта (табл. 32).
Таблица 32
МАССА МЕТАЛЛОВ В ГРАДУИРОВОЧНЫХ РАСТВОРАХ, ВВОДИМЫХ В ГРАФИТОВУЮ КЮВЕТУ СПЕКТРОФОТОМЕТРА
┌─────────────┬─────────────────────┬───────────────────────────────────────┐ │ Металл │Объем градуировочного│ Масса металла, нг │ │ │ раствора, мм │ │ ├─────────────┼─────────────────────┼────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┤ │Кадмий │20 │0,02│0,10│0,20│0,40│0,60│0,80│1,00│2,00│ │Медь │20 │0,02│0,10│0,20│0,40│0,60│0,80│1,00│2,00│ │Свинец │20 │0,08│0,40│0,80│1,60│2,40│3,20│4,00│8,00│ │Кобальт │50 │0,05│0,25│0,50│1,00│1,50│2,00│2,50│5,00│ │Никель │50 │0,05│0,25│0,50│1,00│1,50│2,00│2,50│5,00│ │N пп раствора│ │1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │ └─────────────┴─────────────────────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
Градуировочные графики строят по разности абсорбции градуировочных растворов и поправки на загрязненность деионизированной воды в координатах "абсорбция - масса металла в 20 (50) мкл".
1.6.3. Подготовка атомно-абсорбционного спектрофотометра
Включение, настройка прибора, юстировка лампы и графитового атомизатора производится согласно инструкции, прилагаемой к прибору.
1.7. Выполнение измерений
Анализ ведут в режиме абсорбции. Анализируемые реэкстракты вводят в графитовую кювету спектрофотометра с помощью микрошприца (типа "Эппендорф"). Основные параметры атомно-абсорбционного анализа металлов в реэкстрактах с применением прибора "Перкин-Элмер", модель 503, приведены в табл. 33.
Таблица 33
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО АНАЛИЗА ТОКСИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
┌─────────────────────────────┬──────────────────────────────────┐ │ Параметры │ Металл │ │ ├──────┬──────┬─────┬───────┬──────┤ │ │Кадмий│Свинец│Медь │Кобальт│Никель│ ├─────────────────────────────┼──────┼──────┼─────┼───────┼──────┤ │Температура, °C │ │ │ │ │ │ │сушки │100 │100 │100 │100 │100 │ │обжига │300 │700 │900 │1100 │1200 │ │атомизации │1900 │2100 │2550 │2600 │2650 │ │прогрева │2650 │2650 │2650 │2650 │2650 │ ├─────────────────────────────┼──────┼──────┼─────┼───────┼──────┤ │Время, с │ │ │ │ │ │ │сушки │45 │45 │45 │60 │60 │ │обжига │25 │25 │25 │25 │25 │ │атомизации │10 │10 │10 │10 │15 │ │прогрева │5 │5 │5 │5 │5 │ │Длина волны,нм │228,8 │283,3 │324,7│240,7 │232,0 │ │Ширина щели, нм │0,7 │0,7 │0,7 │0,2 │0,2 │ │Объем образца, мкл │20 │20 │20 │50 │50 │ └─────────────────────────────┴──────┴──────┴─────┴───────┴──────┘
При использовании других приборов оптимальные температурно-временные режимы анализа могут несколько отличаться.
1.8. Обработка результатов
По разности абсорбции анализируемой и холостой пробы находят по градуировочному графику массу металла (нг) в 20 (50) мкл реэкстракта и далее расчетным путем определяют концентрацию металла в пробе воды (см. пример).
Пример. Допустим, что по градуировочному графику найдено: в 20 мкл (0,02 мл) реэкстракта содержится 10 нг свинца. Общее количество реэкстракта 5 мл, объем пробы морской воды 500 мл. Концентрация свинца в пробе составляет:
10 кг х 5 мл
---------------- = 5 нг/мл, или 5 мкг/л.
0,02 мл х 500 мл2. Непламенный атомно-абсорбционный метод определения общего содержания тяжелых металлов в растворенном состоянии
2.1. Сущность метода анализа
Метод заключается в разложении металлорганических соединений кипячением пробы с соляной кислотой и персульфатом аммония с последующей нейтрализацией пробы, экстракции комплексов металлов с диэтилдитиокарбаматом натрия (НДДК) в тетрахлорметан, реэкстракции в кислый раствор и окончательном определении их содержания методом непламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Жесткая обработка проб воды окислителями в кислой среде особенно необходима при анализе распресненных и прибрежных вод, где содержание растворенных гуминовых веществ особенно высоко.
Настоящая методика может быть рекомендована для определения общего содержания тяжелых металлов в прибрежных распресненных водах.
2.2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы
Для выполнения анализа применяются:
атомно-абсорбционный спектрофотометр любой марки с непламенной атомизацией проб и дейтериевым корректором;
фильтровальное устройство типа ФМ-02 по ТУ 112.966.249;
электроплитка с закрытой спиралью ПЭК-800/3 по ТУ 92-208;
фильтры мембранные типа "Сынпор" диаметром 60 мм с размером пор 0,45 мкм;
колбы мерные на 0,1; 1 и 2 л по ГОСТ 1770;
воронки делительные на 0,5 л по ГОСТ 8613;
пипетки с делениями на 1; 2; 5 и 10 мл по ГОСТ 20292;
цилиндры мерные на 0,05; 0,25 и 0,5 л по ГОСТ 1770;
колба Бунзена на 1 л по ГОСТ 6514;
холодильники обратные с внутренним охлаждением со шлифом КШ 29 типа ХСВО-КШ по ГОСТ 9499;
колбы круглодонные со шлифом КШ 29 на 0,5 и 1 л по ГОСТ 10394;
флаконы полиэтиленовые на 50 мл по ТУ 6-19-45;
водоструйный стеклянный вакуумный насос по ГОСТ 25336 или насос вакуумный типа НВЭ по ТУ 79 РСФСР 102;
стандартные образцы для анализа вод СОВ-3, ГСО 1759;
N,N-диэтилдитиокарбамат натрия, ч.д.а., по ГОСТ 8864;
углерод четыреххлористый (тетрахлорметан), ос.ч., по ТУ 6-09-3219;
кислота азотная, ос.ч., по ГОСТ 11125;
кислота соляная, ос.ч., по ГОСТ 14261;
кислота уксусная, ос.ч., по ГОСТ 18270;
аммиак водный, ос.ч., по ТУ 6-09-19-91;
аммоний надсернокислый, х.ч., по ГОСТ 20478;
вода, ос.ч., по ТУ 6-09-2502;
азот газообразный, ос.ч., по МРТУ 6-02-375 или азот нулевой поверочный по ТУ 6-21-39.
2.3. Отбор проб
2.3.1. Подготовка оборудования для отбора и фильтрования проб
Отбор проб производится согласно п. 1.3.1.
2.3.2. Фильтрация проб морской воды
Фильтрацию проб осуществляют согласно п. 1.3.2.
2.3.3. Консервация проб
Профильтрованные пробы подкисляют концентрированной соляной кислотой из расчета 10 мл кислоты на 1 л пробы. Соляная кислота в настоящей методике играет роль не только консерванта, но и участвует в последующем разрушении растворенного органического вещества в процессе кипячения с персульфатом аммония.
2.3.4. Хранение проб
Подкисленные пробы в полиэтиленовых флаконах упаковывают в полиэтиленовые мешки и хранят в неметаллических контейнерах. Подкисленные пробы можно хранить неограниченное время при условии полной герметичности флаконов.
2.4. Подготовка к анализу
2.4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа
1. Ацетатный буферный раствор, pH = 4
Сливают вместе 480 мл концентрированной уксусной кислоты, 545 мл 25%-ного раствора аммиака и раствор разбавляют до 1,8 - 1,9 л деионизированной водой. Добавляют уксусную кислоту и устанавливают pH = 4 (контроль на pH-метре), после чего объем раствора доводят водой до 2 л в мерной колбе.
2. 2%-ный раствор диэтилдитиокарбамата натрия (НДДК)
Раствор диэтилдитиокарбамата натрия готовят согласно п. 1.4.1 (2).
2.4.2. Очистка ацетатного буферного раствора
Очистку ацетатного буферного раствора проводят следующим образом: к 0,5 л буферного раствора прибавляют 3 мл 2%-ного раствора НДДК, 20 мл четыреххлористого углерода и экстрагируют 3 мин. После отстаивания органический слой сливают. Экстракцию повторяют еще 2 - 3 раза с новыми порциями растворителя. Очищенный буферный раствор можно хранить в полиэтиленовой посуде с завинчивающейся крышкой длительное время.
2.4.3. Очистка раствора диэтилдитиокарбамата натрия
Очистку осуществляют согласно п. 1.4.2.
2.4.4. Подготовка посуды
Посуду очищают и моют согласно п. 1.4.3.
2.5. Проведение анализа
2.5.1. Схема проведения анализа
Профильтрованную пробу объемом 200 мл (500 мл для вод океанов и открытых районов морей) помещают в круглодонную термостойкую колбу объемом 500 мл с обратным холодильником, добавляют персульфат аммония из расчета 2 г персульфата аммония на 1 л пробы. Пробу в колбе нагревают до кипения и затем кипятят 30 мин. После охлаждения пробу переносят в делительную воронку емкостью 500 мл, раствором аммиака устанавливают pH ~= 4, добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, 3 мл 2%-ного раствора НДДК и 20 мл тетрахлорметана. Проводят экстракцию в течение 3 мин. После разделения слоев (через 5 - 10 мин.) органический слой сливают в полиэтиленовый флакон. Повторяют экстракцию с 10 мл тетрахлорметана в течение 1 мин. Органические фазы объединяют, добавляют 0,2 мл концентрированной азотной кислоты и проводят реэкстракцию (30 с). Через 10 мин. после реэкстракции к реэкстракту добавляют 4,8 мл деионизированной воды. Анализу подвергается верхний азотнокислый слой (реэкстракт) без его отделения или с отделением от органической фазы.