Бенз(а)пирен в воде водоемов

18.09.2016
Предельно допустимая концентрация бенз(а)пирена (БП) в воде водоемов 0,000005 мг/л, лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический.

Флуориметрическое определение


Принцип метода. Метод основан на определении БП по спектру флуоресценции в условиях замороженных н-парафиновых растворов. В н-октановом растворе при —196 °C спектр БП абсолютно специфичен.

Предел обнаружения 0,0000001 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций 0,0000001—0,0001 мг/л.

Мешают вещества, поглощающие излучение БП, вызывающие тушение его флуоресценции, конкурирующие с БП за энергию возбуждения или имеющие спектр флуоресценции, накладывающийся на спектр БП в области аналитической линии. Влияние сопутствующих примесей при количественном определении устраняют тонкослойной хроматографией и методом добавок.

Аппаратура. 1. Спектрометр ДФС-12 или спектрограф ИСП-51 с фотоэлектрической приставкой ФЭП-1. 2. Источники ультрафиолетового излучения для возбуждения флуоресценции (ртутно-кварцевая лампа ПРК-2, ДРШ-250 или ДРШ-500) и светофильтры, пропускающие ультрафиолетовое излучение в области 366 нм (УФС-2, -3 и -6). 3, Конденсоры стеклянные с фокусным расстоянием менее 100 мм. 4. Сосуды Дьюара металлические сферические для хранения жидкого азота. 5. Сосуды Дьюара стеклянные прозрачные вместимостью 250—500 мл. 6. Пластинки стеклянные для хроматографии размером 9х12, 13х18 или 18х24 см. 7. Колонки хроматографические стеклянные диаметром 6—8 мм, высотой 80—70 мм. 8. Кристаллизатор с пришлифованной крышкой (для хроматографии). 9. Пробирки из нефлуоресцирующего стекла. 10. Чашки Петри (для хроматографии).

Реактивы. 1. Бензол оптически чистый.

2. Петролейный эфир.

3. Диэтиловый (серный) эфир для наркоза.

4. н-Октан.

5. н-Гексан.

Все растворители должны быть химически чистыми, перегнанными на водяной или воздушной бане при соответствующей температуре. При отгоне первые и последние порции растворителей в количестве 20% от исходного объема отбрасывают. Степень очистки растворителя определяется следующим образом: 200—500 мл очищенного растворителя упаривают на водяной бане до объема 5—10 мл, затем подвергают спектрально-флуоресцентному анализу. При обнаружении в концентрате растворителя БП более 1*10в-10 г/мл его необходимо подвергнуть дополнительной очистке. Чистоту н-октана проверяют без концентрирования.

6. Подвижный растворитель. Смесь н-гексана или петролейного эфира с бензолом в соотношении 5:1.

7. Оксид алюминия для хроматографии второй степени активности.

8. Хлорид натрия.

9. Стандартные растворы бенз(а)пирена (БП). а) Основной раствор, В н-октане в мерной колбе на 100 мл растворяют 10 мг БП. В 1 мл содержится 0,1 мг БП. б) Рабочие растворы готовят последовательным разведением основного. Содержание БП от 1*10в-7 до 1*10в-10 г/мл.

10. Стандартные растворы 1,12-бензпирилена (БПЛ).

а) Основной раствор. Растворяют 5 мг БПЛ н-октаном в мерной колбе на 100 мл. б) Рабочие растворы готовят последовательным разведением основного. Содержание БПЛ от 1*10в-7 до 1*10в-9 г/мл.

Стандартные растворы хранят в холодильнике в колбочках с притертыми пробками.

11. Жидкий азот.

Для проверки чистоты всех применяемых реактивов следует проводить холостые опыты.

Ход определения. Объем воды, необходимый для анализа, составляет 3 л, при исследовании загрязненных вод его можно уменьшить до 1 л. БП из воды экстрагируют очищенным бензолом или диэтиловым эфиром 3 раза по 100 мл. При использовании диэтилового эфира в воду добавляют хлорид натрия до насыщения.

Экстракцию осуществляют в делительных воронках, энергично встряхивая их содержимое каждый раз 5 мин или непосредственно в бутылях на шюттель-аппарате в течение 20—30 мин. Из бутыли воду сливают в другой сосуд сифоном, а окончательно органический растворитель от воды отделяется в делительных воронках.

Если невозможно провести экстракцию воды на месте, то пробу консервируют, добавляя соответствующий растворитель из расчета 30 мл на 1 л воды.

Собранные бензольные экстракты упаривают на водяной бане до объема 5—10 мл, эфирные — до нескольких капель, которые удаляют продувкой воздуха, а остаток тотчас же растворяют в 5 мл н-октана, после чего проводят качественное и количественное определение БП спектрально-флуоресцентным методом.

Если линия БП λ 403 нм отчетливо выступает над фоном, создаваемым флуоресцирующими примесями, то, по всей вероятности, возможен анализ без хроматографии, однако из каждой серии проб хотя бы одну следует подвергнуть хроматографическому фракционированию. Если результат количественного определения БП без хроматографии и после нее совпадет, то всю серию проб можно анализировать без предварительного хроматографического разделения. Если же количество БП после хроматографии будет больше, чем без нее (что свидетельствует о присутствии в пробе мешающих определению БП веществ), то всю серию проб надо подвергнуть хроматографическому фракционированию. В этом случае 5—6 л воды экстрагируют бензолом или диэтиловым эфиром. Растворитель упаривают до объема 2 мл.

Хроматографию проводят следующим образом: на стартовую линию пластинки с незакрепленным слоем оксида-алюминия наносят часть сконцентрированного экстракта пробы. При использовании пластинки размером 13х18 см удобно брать 0,5 мл экстракта, при употреблении пластинок других размеров этот объем можно увеличить или уменьшить.

Развитие хроматограммы осуществляют смесью петролейного эфира или н-гексана с бензолом (5:1). Хроматограмму (пластинку) освещают ультрафиолетовым светом и делят на отличающиеся по характеру флуоресценции полосы. Адсорбент с флуоресцирующих зон, охватывающий всю пластинку, кроме линии старта, переносят в небольшие колонки (диаметром 6—8 мм и высотой 70—80 мм) с развернутыми верхними и суженными нижними концами и элюируют адсорбированные вещества диэтиловым эфиром. БП идентифицируют после удаления эфира и растворения остатка в н-октане.

Вторую часть экстракта анализируют без хроматографии и сравнивают результаты.

Качественное определение БП. Для определения БП можно использовать рабочую смесь, составленную из 1 мл экстракта или 1 мл исследуемой фракции и 2 мл н-октана. При этом структура спектра БП в смеси соответствует структуре н-октанового раствора.

Пробирку с исследуемым раствором погружают в сосуд Дьюара с жидким азотом так, чтобы она касалась передней стенки. На пробирку фокусируют конденсором возбуждающий свет от ртутно-кварцевой лампы (ДРШ-250, -500 или ПРК-2) через фильтр, пропускающий ультрафиолетовое излучение в области 366 нм (УФС-1, -2 или -6). Свет флуоресценции замороженного раствора фокусируют конденсором на входную щель спектрографа или спектрометра и регистрируют фотоэлектрической приставкой ФЭП-1 или на спектрометре ДФС-12.

Перед началом записи спектра выводят прибор на аналитическую линию 403 нм и регулировкой усиления и раскрытием щели добиваются отклонения пера самописца на 50— 80 делений шкалы, после чего записывают спектрограмму в области 401,5—410 нм. Если в спектре обнаружены линии с длиной волны 403 и 408,5 нм, то можно с уверенностью сказать, что в исследуемом экстракте или фракции содержится БП.

Количественное определение БП методом добавок с установкой прибора по фону, создаваемому люминесцирующими примесями, присутствующими в исследуемом экстракте. В 3 пробирки наливают по 1 мл бенз(а)пиреновой фракции, растворенной в н-октане или бензоле. Затем в первую пробирку добавляют 2 мл, а во вторую — 1,5 мл н-октана и 0,5 мл стандартного раствора БП в концентрации 1*10в-8 или 1*10в-9 г/мл в зависимости от ожидаемой концентрации исследуемого раствора (при самых низких концентрациях можно использовать для добавок раствор БП в концентрации 1*10в-10 г/мл). В третью пробирку добавляют 1 мл н-октана и 1 мл стандартного раствора той же концентрации, что и во вторую.

Величину добавок подбирают в соответствии с определяемой концентрацией. Так, например, при определении БП в экстрактах с концентрацией порядка 1*10в-9 г/мл добавки к: 1 мл исследуемого раствора составят соответственно 5*10в-10 и 1*10в-9 г/мл. Концентрацию исследуемого раствора приблизительно сравнивают со стандартными растворами.

Заморозив третью пробирку, выводят прибор на аналитическую линию БП—403 нм и добиваются отклонения пера самописца до 50—80-го деления шкалы, после чего записывают спектрограмму аналитической линии в области 404—401,5 нм. При этом отмечают положение пера самописца на длине волны 401,5 нм, т. е. в области, где флуоресценция БП уже практически равна нулю и фон создают флуоресцирующие примеси в экстракте, количество которых одинаково во всех пробирках. Запись повторяют дважды, добиваясь хорошей воспроизводимости. Затем последовательно замораживают вторую и первую пробирки и дважды записывают спектр в области аналитической линии. Запись спектра второго к первого растворов начинают с установки прибора по фону (на длине волны 401,5 нм) в то же положение, которое занимало перо самописца при записи спектра раствора с большей добавкой (третья пробирка). Добиться этого можно, установив пробирки в то же положение и незначительно изменив щели или усиления.

Концентрацию раствора определяют по графику. На оси абсцисс откладывают величину добавки БП в граммах, на оси ординат — высоту над фоном максимума линии БП А, 403 нм, измеренную в миллиметрах по спектрограмме. Если концентрация исследуемого раствора попадает в область, пригодную для измерений, т. е. интенсивность аналитической линии БП пропорциональна его концентрации, то полученные экспериментальные точки лежат на одной прямой. Экстраполяция этой прямой до пересечения с осью абсцисс дает на оси отрезок, соответствующий в выбранном масштабе содержанию БП в растворе с нулевой добавкой, т. е. в 1 мл исследуемого экстракта.

Количественное определение БП комбинированным методом добавок и внутреннего стандарта. При малом содержании примесей, т. е. при низком флуоресцирующем фоне, эффективность корректировки способом установки прибора по фону будет низкой.

Когда исследуют методом добавок, но фон, создаваемый, флуоресцирующими примесями, низкий и недостаточен для точной предварительной установки прибора, в каждый из растворов серии, приготовленной для анализа методом добавок,, вводят в одинаковое количество вещества-стандарта — БПЛ.

Линия стандарта и является тем репером, по которому предварительно устанавливается прибор, чтобы привести запись всех растворов серии к одинаковым условиям.

Для выполнения анализа составляют серию из 3 растворов:

1. 1 мл исследуемого раствора +1 мл н-октана +1 мл БПЛ в концентрации Cст в 10 раз выше концентрации раствора — добавка БП.

2. 1 мл исследуемого раствора +1 мл стандартного раствора БП концентрации «а»+1 мл раствора БПЛ в концентрации Сст.

3. 1 мл исследуемого раствора +1 мл стандартного раствора БП в концентрации «2а»+1 мл раствора БПЛ в концентрации Cст. Величину добавок (а и 2а) выбирают, как указано выше. Перед началом записи спектров всех растворов серии, составленной для одного анализа, показание пера самописца выводят по реперу (длина волны аналитической линии БПЛ 419,5 нм) в стандартное положение при одинаковом темповом токе. Это условие можно заменить произвольной записью спектров всех растворов серии. В этом случае при расчете вместо абсолютной интенсивности в максимуме аналитической линии следует брать отношение интенсивностей линий определяемого вещества и линии стандарта.

Количество определяемого вещества в 1 мл исследуемого раствора находят графически подобно тому, как описано выше. Простым расчетом по концентрации БП в экстракте определяют его концентрацию в воде.