|
4.1. МЕТОДЫ
КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Определение концентрации нефти в почве методом
инфракрасной спектрофотометрии Методические указания МУК 4.1.1956-05 1. Разработаны ГУ НИИ экологии
человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина: д.б.н. А.Г. Малышева, к.
х. н. Н.Ю. Козлова, к.х.н. А.А. Беззубов, Н.Ю. Карцева. 2. Утверждены Руководителем
Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.
Онищенко 21 апреля 3. Введены в действие с 1 июля
4. Введены впервые. Содержание
Предисловие
Нефть - горючее ископаемое,
являющееся одним из важнейших источников жидкого топлива, смазочных масел, а
также сырья для химической промышленности. Она представляет собой жидкость от
светло-коричневого до темно-бурого цвета. Плотность нефти колеблется от 0,65 до
1,05 г/см3. Нефти с плотностью ниже 0,83 г/см3 называются
легкими, с плотностью 0,83-0,86 г/см3 - средними, а с более высокой
плотностью - тяжелыми. Начало кипения нефти начинается обычно около 20 °С.
Встречаются и более тяжелые нефти с началом кипения около 100 °С и выше.
Средняя молекулярная масса нефти колеблется от 220 до 300 (редко 450-470). При
перегонке нефти, включая вакуумную, при температурах до 450-500 °С выкипает до
80 % объема пробы, при температурах до 560-580 °С - до 90-95 %. Нефть застывает
от 0 до 30 °С в зависимости от содержания углеводородов. Она является
легковоспламеняющейся жидкостью с температурой вспышки от -35 до +120 °С. Нефть
растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в
воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. По химическому составу нефть
представляет собой сложнейшую смесь, содержащую около 1 000 индивидуальных
веществ. Из них большая часть - углеводороды (более 500), составляющие обычно
80-90 % по массе и гетероатомные органические соединения (4-5 %, по массе),
преимущественно сернистые (около 250) и азотистые (более 80). Из остальных соединений
следует отметить растворенные в нефти углеводородные газы C1-С4
в количестве 1-4 %, металлоорганические соединения (ванадиевые и никелевые),
соли органических кислот, минеральные соли и воду (до 10 %). Углеводородный
состав нефти представлен парафиновыми углеводородами (30-50 %, по объему),
нафтеновыми углеводородами (25-75 %) и ароматическими соединениями (10-35 %)
(Химическая энциклопедия. Т. 3, с. 233: Научное издательство «Большая
Российская энциклопедия». М., 1992). Гетероатомные компоненты нефти состоят из
серосодержащих соединений (сероводород, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены
и тиофаны), азотсодержащих соединений (гомологи пиридина, хинолина, индола,
карбазола, пиррола, а также порфирины) и кислородсодержащих соединений
(нафтеновые кислоты, фенолы). Содержание вышеперечисленных веществ колеблется в
широких пределах в зависимости от месторождения нефти. Загрязнение
почвы нефтью и продуктами ее переработки становится в настоящее время
актуальной гигиенической проблемой для Российской Федерации. Особенно это
относится к Западно-Сибирскому и Северо-Кавказскому регионам, Республикам Коми,
Башкортостан, Татарстан, а также к районам Среднего и Нижнего Поволжья.
Сложность химического состава нефти требует для организации мониторинга
загрязнения почвы разработки наряду с многокомпонентными методами,
ориентированными на идентификацию с количественным определением компонентов
нефти и аналитических методов контроля суммарного содержания нефти.
Дата
введения: 1 июля 4.1. МЕТОДЫ
КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Определение
концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии Методические указания МУК 4.1.1956-05 1. Область применения
Методические указания по
ИК-спектрофотометрическому определению нефти в почве предназначены для
использования лабораториями центров гигиены и эпидемиологии, санитарных
лабораторий промышленных предприятий, лабораторий научно-исследовательских
институтов, работающих в области гигиены окружающей среды. Методические
указания разработаны с целью обеспечения аналитического контроля загрязнения
почвы в районах расположения предприятий по добыче и переработке нефти,
магистральных нефтепроводов и районов после ликвидации загрязнения в результате
разлива нефти. 2. Общие положения
Настоящие методические указания
устанавливают количественный химический анализ почвы с помощью
ИК-спектрофотометрии для определения в ней нефти в диапазоне концентраций 20-7
000 мг/кг. Методические указания разработаны в
соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563-96 «Методики
выполнения измерений», ГОСТ
17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб почвы
для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Методические указания одобрены и приняты
на бюро Секции по физико-химическим методам исследования объектов окружающей
среды Проблемной комиссии «Научные основы экологии человека и гигиены
окружающей среды» и бюро Комиссии по государственному
санитарно-эпидемиологическому нормированию Министерства здравоохранения и
социального развития Российской Федерации. 3. Токсикологическая характеристика
Нефть является природным жидким токсичным
продуктом. Контакт с нефтью вызывает сухость кожи, пигментацию или стойкую
эритему, приводит к образованию угрей, бородавок на открытых частях тела.
Острые отравления парами нефти вызывают повышение возбудимости центральной
нервной системы, снижение кровяного давления и обоняния. Нефть содержит
легколетучие вещества, вызывающие повышенную заболеваемость органов дыхания,
функциональные изменения со стороны центральной нервной системы. Аварийные разливы нефти вызывают сильные
и частично необратимые повреждения природных комплексов. При дозах нефти 250
мг/кг почвы снижалась всхожесть контрольных семян примерно на 50 %, а при дозах
400 мг/кг - полностью подавлялась. Легкие фракции нефти (бензиновая и дизельная)
еще более фитотоксичны: снижение всхожести контрольных семян на 50 %
происходило при дозах нефти 150 и 90 мг/кг. Тяжелые фракции нефти (моторное
масло и гудрон) не оказывали фитотоксичного действия на тест-растения даже при
очень высоких дозах. Загрязнение почвы нефтью приводило к
необратимым изменениям микробиологических свойств почвы. При дозах до 300 мг/кг
почва становилась основным трофическим субстратом для углеводород окисляющих
микроорганизмов. Другие виды микроорганизмов, растения и животные находились в
угнетенном состоянии. Превышение этой дозы практически полностью подавляло
биологическую активность почвы. Установлена ПДК нефтяных паров и опасных
веществ в воздухе рабочей зоны, равная 10 мг/м3. ПДК в воде водных
объектов не более 0,1 мг/дм3 (для нефти 3, 4 классов), и не более
0,3 мг/дм3 (для нефти 1, 2 классов). Гигиенический норматив нефти в
почве не установлен. 4. Погрешность измерения
Методика обеспечивает выполнение
измерений с погрешностью 5, непревышающей ± 24 %, при доверительной вероятности
0,95. 5. Метод измерений
Измерение концентраций нефти (Н) в почве
основано на экстракции нефтяных углеводородов четыреххлористым углеродом,
хроматографическом отделении от полярных соединений на оксиде алюминия и
количественном определении на ИК-спектрофотометре. 6. Средства измерений,
вспомогательные устройства, материалы и реактивы
При выполнении измерений применяют
следующие средства измерений, вспомогательные устройства, материалы и реактивы. 6.1. Средства измерений
6.2. Вспомогательные устройства
6.3. Материалы
6.4. Реактивы
7. Требования
безопасности
При работе с концентратомером
КН-2 или другим аналогичным прибором следует соблюдать правила
электробезопасности в соответствии с ГОСТ
12.1.019-79 и инструкцией по эксплуатации прибора. При работе с реактивами следует
соблюдать необходимые меры безопасности, установленные для работы с токсичными,
едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ
12.1.005-88. Все работы с четыреххлористым
углеродом проводить под тягой и в перчатках, избегая попадания его на кожу.
Следует помнить, что он отнесен к группе веществ, для которых в экспериментах
на животных доказано канцерогенное действие. 8. Требования к
квалификации оператора
К выполнению измерений и
обработке их результатов допускаются лица с квалификацией инженера-химика,
знающие устройство и правила эксплуатации прибора. 9. Условия измерений
При выполнении измерений
соблюдают следующие условия: Приготовление проб к анализу
проводят в нормальных условиях при температуре воздуха (20 ± 5) °С, атмосферном
давлении 630- Выполнение измерений на
концентратомере проводят в условиях, рекомендованных технической документацией
к прибору и настоящими методическими указаниями. 10. Подготовка к
выполнению измерений
Перед выполнением измерений
проводят следующие работы: • очистку четыреххлористого
углерода; • подготовку оксида алюминия; • подготовку стекловаты; • подготовку стеклянной посуды; • приготовление образцов
почвы; • подготовку
хроматографической колонки; • установление нулевого
значения шкалы концентратомера и установление градуировочной характеристики. 10.1. Очистка четыреххлористого углерода
Проверяют чистоту каждой
партии в соответствии с инструкцией к прибору. В случае непригодности
четыреххлористого углерода к работе выполняют его очистку. С этой целью его
перегоняют, собирая фракцию с температурой кипения 76-78 °С. 10.2. Подготовка оксида алюминия
Оксид алюминия с размером
зерен 0,10- 10.3. Подготовка стекловаты и стеклянной
посуды
Стекловату или стеклоткань
промывают разбавленной (1:1) серной кислотой, дистиллированной водой и
высушивают в сушильном шкафу при 105 °С. Химическую посуду тщательно
моют хромпиком, промывают дистиллированной водой и высушивают в сушильном
шкафу. 10.4. Подготовка проб
Отбор проб почвы и их
подготовка к анализу проводится в соответствии с ГОСТ
17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического,
бактериологического, гельминтологического анализа» для всех видов почв. Образцы
дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, как самой распространенной на
территории Российской Федерации (около 2/3 площади), высушивают до
воздушно-сухого состояния по ГОСТ
5180-84. Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных
коробках или в стеклянной таре в холодильнике при 4-5 °С не более 24 ч. Сухую
пробу почвы рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки,
затем выбирают включения - корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь,
кости животных, а также новообразования - друзы гипса, известковые журавчики.
Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий
10.5. Подготовка хроматографических
колонок
В нижнюю часть вымытой и
высушенной колонки помещают комочек стеклоткани или стекловаты. Затем в колонку
засыпают 10.6. Экстракция
Для экстракции нефти (Н) из почвы используют колбу
вместимостью 0,25 дм3 (колба № 1). Навеску почвы всыпают в колбу №
1, туда же приливают 60 % требуемого объема четыреххлористого углерода.
Рекомендуемые навески почвы (Р) и
объемы четыреххлористого углерода (V0)
при различном содержании нефти (СН)
(отношение V0/P должно
быть не менее 1,5 см3/г) представлены в табл. 10.1. Таблица 10.1
Колбу
закрепляют на стойке аппарата для встряхивания (вибратора). Включают вибратор и
в течение 15 мин интенсивно перемешивают почву с четыреххлористым углеродом.
Затем в течение 10 мин содержимое колбы отстаивают, жидкость через бумажный
фильтр сливают в колбу с притертой пробкой (колба № 2). В колбу № 1 приливают
оставшиеся 40 % от требуемого объема четыреххлористого углерода. Затем
полностью повторяют операции по экстракции нефти из почвы. После отстаивания
экстракт сливают в ту же колбу № 2 через бумажный фильтр. 10.7. Очистка экстракта
В подготовленную по п. 10.5
хроматографическую колонку наливают 10.8. Установление градуировочной
зависимости показаний прибора от содержания углеводородов в четыреххлористом
углероде
Зависимость химического
состава нефти от ее месторождения создает трудности при установлении
градуировочной характеристики. Поэтому при определении загрязненности почвы
нефтью неизвестного происхождения целесообразно пользоваться ГС О раствора
нефти (углеводородов), в котором сбалансировано содержание основных классов
углеводородов нефти: алканов, нафтенов и ароматических углеводородов. Раствор А
готовят из ГСО 7822-2000, представляющего собой раствор нефти (углеводородов -
УВ) в четыреххлористом углероде, следующим образом. Ампулу вскрывают, раствор
из ампулы аккуратно, без потерь переносят в мерную колбу вместимостью 50 см3
через воронку. Затем ампулу пятикратно промывают четыреххлористым углеродом,
сливая четыреххлористый углерод в мерную колбу, тщательно обмывая поверхность
воронки, и доводят объем раствора до метки четыреххлористым углеродом. Массовая
концентрация полученного раствора 1 000 мг/дм3. Готовят раствор Б концентрацией углеводородов Сув в четыреххлористом углероде 100 мг/дм3.
Для этого в мерную колбу емкостью 50 см3 приливают 20-25 см3
четыреххлористого углерода, затем пипеткой в ту же колбу вводят 5 см3
раствора А и доводят объем до метки четыреххлористым углеродом. Градуировочные растворы № 1-8 готовят непосредственно перед использованием путем
разбавления растворов А и Б (см. табл. 10.2). Таблица 10.2
Исходный
четыреххлористый углерод по п. 10.1 заливают в кювету и выставляют нулевое
показание. Затем заливают в кювету раствор Б с концентрацией 100 мг/дм и
выставляют показание 100. После этого последовательно заливают в кювету
растворы № 1-6, Б, 6-8. Строят градуировочный график, откладывая на оси абсцисс
концентрацию растворов (мг/дм3 ), а на оси ординат показания
прибора. При Сув ≥
400 мг/дм показания прибора указывают на то, что он находится в состоянии
переполнения. В этом случае необходимо разбавление раствора углеводородов
четыреххлористым углеродом, и истинная концентрация углеводородов в растворе СС14 может быть определена
расчетным путем. 10.9. Установление градуировочной
зависимости показаний прибора от содержания нефти в четыреххлористом углероде
Если нефть, являющаяся
источником загрязнения почвы, известного происхождения и может быть доступна,
то градуировочную характеристику строят по этой нефти. Готовят раствор А с концентрацией
нефти в четыреххлористом углероде (СН)
1 000 мг/дм3. Для этого в мерную колбу емкостью 50 см3
приливают 20-25 см3 четыреххлористого углерода, затем пипеткой
вводят 50 мг нефти, объем которой рассчитывают, как частное от деления массы
нефти на ее плотность (например, при плотности нефти 0,840 г/см3 это
будет 0,06 см3) и доводят объем раствора до метки четыреххлористым
углеродом. Готовят раствор Б с
концентрацией СН в
четыреххлористом углероде 100 мг/дм3. Для этого в мерную колбу
емкостью 50 см3 приливают 20-25 см3 четыреххлористого
углерода, затем пипеткой в ту же колбу вводят 5 см3 раствора А и
доводят объем раствора до метки четыреххлористым углеродом. Готовят градуировочные
растворы по п. 10.8 с концентрацией СН 5,0; 10,0; 20,0; 50,0; 75,0;
200; 300; 400 мг/дм3. Далее все градуировочные растворы, а также
раствор Б чистят, пропуская растворы по п. 10.7 через хроматографические
колонки с оксидом алюминия. Получаемый в процессе очистки элюат собирают в
колбочки. Исходный четыреххлористый углерод заливают в кювету и выставляют
нулевое показание прибора. Затем заливают в кювету раствор Б и выставляют
показание 100. Далее последовательно анализируют растворы 1-8. Строят
градуировочный график аналогично п. 10.8. При СН ≥ 400 мг/дм3 показания прибора указывают
на то, что прибор находится в состоянии переполнения. Необходимо разбавление
полученного после очистки элюата четыреххлористым углеродом с последующим
учетом этого разбавления при расчете концентрации нефти в элюате. 10.10. Установление градуировочной
зависимости показаний прибора КН-2 от содержания нефти в сухой почве
Устанавливают градуировочную
зависимость содержания нефти в почве для определенного вида почвы. Образцы почвы готовят по п.
10.4. Масса каждого образца - или Почву тщательно перемешивают и
перетирают ступкой в фарфоровой чашке. Далее каждый образец почвы помещают в
колбу емкостью 0,25 дм3 и экстрагируют по п. 10.6 четыреххлористым
углеродом (V0 = 75 см3).
Экстракт очищают по п. 10.7. Элюат собирают в пробирки с притертой пробкой.
Далее готовят растворы для анализа. Для этого по 1 см3 растворов №№
1-4 переносят в колбу емкостью 25 см3 и туда же добавляют 9 см3
четыреххлористого углерода, тем самым десятикратно уменьшая концентрацию нефти.
Получают растворы № 110, № 210, № 310 и № 410-
Элюат, полученный из экстракта № 0, непосредственно заливают в кювету и снимают
показания концентратомера. По градуировочной зависимости, полученной по п.
10.9, находят СНо в
холостой пробе почвы. Последовательно заливают в кювету растворы 110,
210, З10 и 410. Снимают показания прибора и по
градуировочной зависимости, полученной по п. 10.9, находят СНк в каждом растворе. В случае раствора №410
(а возможно для некоторых типов почв, и в случае раствора № З10)
прибор указывает на то, что он находится в состоянии переполнения. Поэтому
элюат, собранный после очистки экстракта из образца почвы № 4, анализируют
следующим образом. Для этого 1 см3 элюата переносят в колбу емкостью
25-50 см3, туда же добавляют 19 см3 четыреххлористого
углерода, тем самым уменьшая СН
в 20 раз, получают раствор № 420. Заливают раствор в кювету,
снимают показания прибора и по градуировочной зависимости по п. 10.9 находят СHк в растворе № 420 Концентрацию нефти в элюате для
растворов № 1-4 находят по формуле: СНэ - концентрация
нефти в элюате, мг/дм3; СНк - концентрация нефти, найденная по градуировочной
зависимости по п. 10.9, мг/дм3; К - коэффициент разбавления
элюата четыреххлористым углеродом; К= Vа/Vэ,
где Vа - объем разбавленного элюата, см3 (по №№ 1-3 Vа = 10 см3, по №
4 Vа - 20 см3), VCCl4 Vэ - объем элюата, взятого для анализа, см3
(по № 1-4 Vэ = 1 см3); Vссl2 - объем четыреххлористого углерода, добавленный к
элюату для разбавления, см3 (по № 1-3 VCCl4 = 9 см3, по № 4 VCCl4 = 19 см3). СHo - концентрация в элюате неспецифических составляющих
почвенного гумуса, а также остаточных нефтепродуктов, которые могут быть в
почве, взятой в качестве контрольной, найденная по градуировочной зависимости
по п. 10.9 для образца почвы с СH=0
мг/кг (образец № 0). Зная количество экстрагента -
четыреххлористого углерода – V0
и массу образца почвы – Р, можно
рассчитать концентрацию в почве нефти, экстрагированной четыреххлористым
углеродом: CНр=(K·CНк-CНо}·Vо/P СНр - концентрация
нефти в почве, полученная расчетным путем, исходя из показаний концентратомера,
мг/кг. Строят градуировочный график,
откладывая на оси абсцисс расчетную концентрацию нефти СНр, а на оси
ординат - СН - истинную концентрацию нефти в почве (в образцах
почвы, приготовленных путем внесения заданных объемов нефти в навески почвы).
Зависимость имеет линейный характер: Сн = D·СНр, где D - коэффициент
пропорциональности, устанавливающий зависимость степени экстракции нефти из
почвы четыреххлористым углеродом для данного вида почвы. Устанавливают D для данного вида почвы как tg(CН/CНр). 11. Проведение анализа
почвы
Анализируемый образец почвы готовят по п. 10.4. Отвешивают нужную
навеску и экстрагируют по п. 10.6. Экстракт подвергают очистке по п. 10.7.
Элюат собирают в колбу с притертой пробкой. Для предварительного анализа
полученного элюата на содержание в нем нефти переносят 1 см3 элюата
в колбу емкостью 25 см3 и приливают в эту же колбу 9 см3
четыреххлористого углерода, тем самым уменьшая концентрацию нефти в 10 раз.
Заливают разбавленный элюат в кювету и снимают показания концентратомера. В
случае показаний прибора в интервале 0-400 мг/дм3 разбавление
полученного в результате очистки элюата достаточно. В случае показаний прибора
более чем 400 мг/дм3 элюат необходимо разбавлять более, чем в 10
раз. Если имело место загрязнение почвы нефтью известного состава, то
концентрацию нефти в разбавленном элюате находят по градуировочной зависимости,
полученной по п. 10.9. Если же нефть недоступна, то ее концентрацию в
разбавленном элюате находят по градуировочной зависимости, полученной по п.
10.8. 12. Вычисление
результатов измерений
Концентрацию нефти в пробе
почвы рассчитывают по формуле: СН =(К СНк–СНо)·V0
/P, мг/кгпочвы, где D - коэффициент
пропорциональности, полученный в результате обработки градуировочной
зависимости действительной и измеренной концентрации нефти в почве,
устанавливается для данного вида почвы; К - коэффициент разбавления
элюата четыреххлористым углеродом, см3/см3 СНк - концентрация
нефти в разбавленном элюате, определенная по градуировочной зависимости по п.
10.9 (в случае доступности нефти, поступившей в почву), либо по п. 10.8 (в
случае недоступности нефти), мг/дм3; СНо - концентрация
в элюате неспецифических составляющих почвенного гумуса, а также остаточных
нефтепродуктов, которые могут быть в почве, взятой в качестве контрольной,
определенная либо по градуировочной зависимости по п. 10.8, либо по п. 10.9,
мг/дм3; V0 - объем
исходного четыреххлористого углерода, взятый для экстракции нефти из образца
почвы, дм3; Р - навеска почвы, кг. 13. Оформление
результатов измерений
Результат измерения в
документах, предусматривающих его использование, представляют в виде: СН ± 24 %, мг/кгпочвы,
или СН ±
0,24 СН с указанием даты проведения
анализа, места отбора пробы, названия лаборатории, юридического адреса
организации, ответственного исполнителя и руководителя лаборатории. 14. Контроль погрешности
измерений
Поскольку определение
концентрации нефти в почве происходит путем измерения интенсивности поглощения
С-Н связей ИК области спектра экстрагированной из почвы четыреххлористым
углеродом нефти, то рассчитываемая по п. 12 СН
в конечном счете есть результат измерения. Контроль погрешности измерения
массовой концентрации нефти в почве проводят при помощи навесок почвы с
известным содержанием нефти. Рассчитывают среднее значение результатов
измерений содержания нефти в почве, отнесенное к единице массы почвы: ,где n - число измерений концентрации нефти в почве для
данного образца; CHi -
результат измерения содержания нефти i-ого измерения, мг/кг. Рассчитывают среднее
квадратичное отклонение результата измерения концентрации нефти в почве: Рассчитывают доверительный
интервал: , где t - коэффициент нормированных
отклонений, определяемый по таблицам Стьюдента, при доверительной вероятности
0,95, затем относительную погрешность определения концентрации нефти: Если δ ≤ 24 %, то погрешность измерений удовлетворительная.
Если данное условие не выполняется, то выясняют причину и повторяют измерения. |
|