МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЭКОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
(Росгидромет)

МАССОВАЯ ДОЛЯ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
В ПРОБАХ МОРСКИХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Методика измерений методом инфракрасной спектрометрии

Москва
2014

Предисловие

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

2 РАЗРАБОТЧИКИ И.С. Матвеева, канд. хим. наук., А.В. Игнатченко

3 СОГЛАСОВАН с УМЗА Росгидромета 27.12.2013 г., ФГБУ «НПО «Тайфун» 25.12.2013 г.

4 УТВЕРЖДЕН Заместителем Руководителя Росгидромета 30.12.2013 г.

5 АТТЕСТОВАНА ФГБУ «НПО «Тайфун». Свидетельство об аттестации № 18.23.803/01.00305-2011/2013 выдано 25.07.2013 г.

6 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ФГБУ «НПО «Тайфун» 17.02.2014 г. за номером РД 52.10.803-2013

7 ВЗАМЕН РД 52.10.556-95 «Методические указания. Определение загрязняющих веществ в пробах морских донных отложений и взвеси» в части раздела 7 «Нефтяные углеводороды)», регламентирующего определение нефтяных углеводородов в пробах морских донных отложений (с. 18 - 26)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных загрязняющих веществ, попадающих в морскую среду [1]. Нелетучие нефтепродукты характеризуются высокой сорбируемостью на взвешенных частицах, которые при осаждении формируют состав донных отложений. В целом содержание нефтяных углеводородов возрастает с уменьшением плотности и увеличением дисперсности донных отложений.

Наиболее распространенным и при этом достаточно информативным интегральным методом оценки уровня загрязненности акватории является инфракрасная спектрометрия. Данный метод позволяет измерять содержание неполярных и малополярных нефтяных углеводородов после их выделения из пробы донных отложений.

Разработка настоящего руководящего документа обусловлена необходимостью усовершенствования некоторых стадий пробоподготовки и выполнения измерений.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Дата введения 2014-07-01

1 Область применения

1.1 Настоящий руководящий документ устанавливает методику измерений (далее методика) массовой доли нефтяных углеводородов (НУВ) в пробах морских донных отложений (далее пробы) в диапазоне от 5 до 100 мкг/г методом инфракрасной спектрометрии.

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

2 Нормативные ссылки

В настоящем руководящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда.

Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ Р 12.1.019-2009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.4.009-83 Система стандартов безопасности труда. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание

ГОСТ 12.4.021-75 Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. Общие требования

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

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

ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб.

РМГ 61-2010 Государственная система обеспечения единства измерений. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки

РМГ 76-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа

РМГ 60-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Смеси аттестованные. Общие требования к разработке

Примечания

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

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

3 Ссылки на остальные нормативные документы приведены в разделе 4.

3 Требования к показателям точности измерений

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

При соблюдении всех регламентируемых методикой условий проведения измерений, характеристики погрешности результата измерений в диапазоне от 5 до 100 мкг/г с вероятностью 0,95 не должны превышать значений, приведенных в таблице 1.

Таблица 1

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

4.1 При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательное оборудование, устройства, материалы:

- инфракрасный спектрофотометр с развёрткой спектра в области 2500 - 3300 см^-1 и разрешением 0,25 см^-1 типа Varian 640 IR (далее ИК-спектрометр) или ИК-анализатор типа АН-2 по ТУ 301-12-009-91;

- кюветы с кварцевыми окнами длиной 10 мм;

- государственный стандартный образец раствора нефтепродуктов в четыреххлористом углероде с концентрацией 50,0 мг/см³, ГСО 7554-99 (далее - ГСО) или смесь Симарда [4];

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

- сушильный электрический шкаф с температурой нагревания от 40 °С до 400 °С;

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

- плитка электрическая с закрытой спиралью мощностью не менее 1,2 кВТ по ГОСТ 14919-92;

- центрифуга лабораторная типа ЦЛС-3 У-42 по ТУ 5.375-4170-73;

- колонка хроматографическая стеклянная длиной 250 мм и внутренним диаметром 10 мм с оттянутым концом с тампоном из стекловаты или фильтром из стекловолокна в нижней части;

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

- пипетки градуированные вместимостью 1,0; 2,0 и 5,0 см³ 2-го класса точности по ГОСТ 29227-91;

- пипет-дозатор П1 с переменным объемом от 0,1 до 1,0 см³ по ТУ 64-1-3329-81;

- дозатор лабораторный с варьируемым объемом доз с наконечниками 1 и 5 см³ по ГОСТ 28311-89;

- вентилятор настольный типа ВН 10-У-4 по ГОСТ 7402-84;

- склянки и банки стеклянные с винтовым горлом, с прокладкой и крышкой или с притертой пробкой для хранения проб донных отложений вместимостью 50 - 250 см³ по ТУ 6-19-6-70;

- воронки делительные ВД исполнения 1, 3 вместимостью 50 и 100 см³ с притертыми пробками по ГОСТ 25336-82;

- воронки со стеклянным фильтром (фильтры Шотта) ВФ 1-40 с размером пор 100 по ГОСТ 25336-82;

- стаканчики для взвешивания с крышками СВ-19/9 по ГОСТ 25336-82;

- чашки типа ЧБН (Петри) диаметром 100 мм по ГОСТ 23932-90;

- стаканы В-1-25 ТС по ГОСТ 25336-82;

- воронки В-36-80 ХС по ГОСТ 25336-82;

- фильтры обеззоленные «синяя лента» по ТУ 6-09-1678-86;

- ступка № 4 с наибольшим наружным диаметром 110 мм и пестик по ГОСТ 9147-80;

- сито капроновое с металлическим корпусом с размером ячейки (1 ± 0,1) мм.

Примечание - Допускается использование других средств измерений и вспомогательного оборудования, в том числе импортных, имеющих метрологические характеристики лучше или аналогичные указанным в 4.1.

4.2 При выполнении измерений применяют следующие реактивы:

- алюминия оксид для хроматографии II степени активности по ТУ 6-09-3916-75;

- натрий сернокислый по ГОСТ 4166-76, ч.д.а;

- ацетон технический высшего сорта по ГОСТ 2768-84;

- метилен хлористый (метиленхлорид) технический высшего сорта по ГОСТ 9968-86;

- углерод четыреххлористый по ТУ 6-09-3219-84, о.с.ч;

- изооктан для хроматографии по ТУ 6-09-921-75;

- бензол по ТУ 6-09-0779-76, х.ч.;

- гексадекан (цетан) по ГОСТ 12525-85.

Примечание - Допускается использование других реактивов, в том числе импортных, с квалификацией не ниже указанной в 4.2.

5 Метод измерений

Массовую долю НУВ в пробах определяют методом инфракрасной спектрометрии, основанным на измерении интенсивности поглощения, обусловленного валентными асимметричными колебаниями (С-Н) связей метиленовых (-СН₂-) групп углеводородов, в ближней инфракрасной области спектра (полоса 2926 см^-1) [2, 3]. Методика предусматривает следующие этапы:

- перевод НУВ в раствор путем полного разложения проб ацетоном и метиленхлоридом с последующим осушением смеси реагентов и переводом сухого остатка в определенное количество четыреххлористого углерода;

- измерение концентрации НУВ в растворе методом инфракрасной спектрометрии;

- расчет массовой доли НУВ в пробе.

6 Требования безопасности, охраны окружающей среды

6.1 При проведении измерений следует соблюдать требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007 и [5].

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

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

6.4 Отработанные органические растворители необходимо сливать в отдельные склянки для передачи в организации, занимающихся утилизацией химических веществ [6].

7 Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица (инженер, техник или лаборант со средним специальным образованием), прошедшие соответствующую подготовку, имеющие навыки работы в химической лаборатории и изучившие руководство по эксплуатации инфракрасного спектрометра.

8 Требования к условиям измерений

При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:

9 Требования к отбору и хранению проб

Место отбора, период отбора, консервацию и хранение проб следует проводить в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01. Не обрабатываемые сразу пробы хранят в стеклянной посуде или в алюминиевой фольге в морозильной камере холодильника при температуре минус 20 °С. Перед анализом пробу отделяют от поровой воды с помощью центрифугирования, после чего вымораживают, или высушивают на воздухе до воздушно-сухого состояния в течение 2 ч. Пробу тщательно перемешивают, отбирают навеску массой от 30 до 50 г, растирают ее в ступке и просеивают через сито.

10 Подготовка к выполнению измерений

10.1 Подготовка посуды для отбора и хранения проб и рабочих растворов

10.1.1 Для работы и хранения проб должна использоваться посуда из стекла.

10.1.2 Посуду следует готовить следующим образом:

- тщательно вымыть водопроводной водой с моющими средствами;

- обработать хромовой смесью;

- тщательно промыть дистиллированной водой 3 - 4 раза;

- высушить;

- ополоснуть четыреххлористым углеродом до полного удаления мешающих определению веществ (контроль промывок - на ИК-спектрометре).

10.2 Приготовление растворов и реактивов

10.2.1 Хромовая смесь

Растворяют 10 г калия двухромовокислого в 100 см³ концентрированной серной кислоты при слабом нагревании. Препарат используют для чистки посуды.

10.2.2 Натрий сернокислый

Натрий сернокислый нагревают в сушильном шкафу при температуре 400 °С от 6 до 8 ч. Готовый реактив хранят в эксикаторе не более 1 мес. Используют для осушения экстрактов.

10.3 Приготовление градуировочных растворов

10.3.1 Рабочие градуировочные растворы для измерения содержания НУВ могут быть приготовлены при помощи:

а) ГСО 7554-99;

б) смеси Симарда [3].

10.3.2 Для приготовления рабочих градуировочных растворов из вскрытой ампулы ГСО с концентрацией нефтепродуктов 50,0 мг/см³ отбирают градуированной пипеткой 1 см³ исходного градуировочного раствора ГСО, переносят его в мерную колбу на 50 см³ и доводят объем до метки четыреххлористым углеродом. Полученный раствор является промежуточным градуировочным раствором и имеет массовую концентрацию НУВ 1000 мкг/см³ (1 мг/см³). Раствор можно хранить в плотно закрытой стеклянной посуде длительное время.

Рабочие градуировочные растворы готовят в соответствии с таблицей 2. Для получения градуировочного раствора заданной массовой концентрации необходимый объем аликвоты промежуточного рабочего раствора помещают с помощью дозатора в колбу на 25 см³ и доводят объем до метки четыреххлористым углеродом.

Градуировочные растворы каждой концентрации готовят параллельно 2 раза. Их можно хранить в тех же колбах с хорошо притертыми пробками не более 1 мес.

Таблица 2

10.3.3 Смесь Симарда готовят, смешивая 3 части гексадекана, 3 части изооктана и 2 части бензола (например, 1,5 см³, 1,5 см³ и 1 см³ соответственно). В мерную колбу на 50 см³ переносят 3,25 см³ этой смеси и доводят объем до метки четыреххлористым углеродом. Получают основной градуировочный раствор с концентрацией НУВ 50 мг/см³.

Промежуточный и рабочие градуировочные растворы готовят аналогично операциям, изложенным в 10.3.2.

10.4 Подготовка ИК-спектрометра к работе

Включение и настройку спектрометра производят согласно руководству по эксплуатации спектрометра.

11 Установление градуировочной характеристики

11.1 Установление градуировочной характеристики следует проводить перед каждой серией измерений концентрации НУВ, используя не менее 5 градуировочных растворов с таким расчетом, чтобы диапазон массовых концентраций НУВ в них охватывал ожидаемый диапазон массовых концентраций в анализируемых растворах.

11.2 Градуировку спектрометра следует начинать с анализа градуировочного раствора с минимальной концентрацией НУВ и заканчивать анализом градуировочного раствора с максимальной концентрацией.

11.3 Рабочие градуировочные растворы, приготовленные на основе ГСО или смеси Симарда, помещают поочередно в кварцевую кювету, закрываемую крышкой. Измеряют поглощение каждого раствора в интервале от 2600 до 3200 см^-1 (от 3,3 до 4,0 мкм) относительно исходного растворителя - четыреххлористого углерода. Перед измерением каждого градуировочного раствора кюветы ополаскивают чистым растворителем и определяемым раствором.

11.4 Градуировочный график строят в координатах: концентрация градуировочного раствора, мг/см³ - высота опорного пика h, мм (полоса поглощения при 2926 см^-1). Высота h равна длине перпендикуляра (рисунок 1), опущенного из вершины опорного пика на базисную линию (касательную к основаниям крайних пиков). В диапазоне концентраций рабочих градуировочных растворов градуировочный график представляет собой прямую линию.

11.5 Измерения поглощения каждого градуировочного раствора следует проводить не менее двух раз и усреднять. Расхождение между измерениями не должно превышать 10 %, в противном случае установку градуировочной характеристики повторяют.

11.6 Для подготовки холостой пробы в склянку объемом от 100 до 200 см³ наливают 30 см³ ацетона, затем 45 см³ метиленхлорида. Далее процедуры по обработке ацетон-метиленхлоридной смеси проводят аналогично описанному в разделе 12.

а - b - базисная линия, h - высота опорного пика (полосы поглощения)

Рисунок 1 - Типичная ИК-спектрограмма НУВ из пробы донных отложений

11.7 Для контроля стабильности градуировочной характеристики через 10 рабочих проб измеряют поглощение градуировочного раствора со средней или максимальной массовой концентрацией НУВ. Измерения проводят дважды и усредняют. Если полученный результат отличается от величины, полученной при градуировке, более чем на 10 %, проводят повторную градуировку.

12 Разложение проб

12.1 Пробу массой от 25 до 30 г переносят в стеклянную или тефлоновую центрифужную пробирку. К пробе добавляют 15 см³ ацетона и перемешивают на микроразмельчителе в течение 3 мин (или вручную - стеклянной палочкой). Затем пробирку помещают в центрифугу и центрифугируют при скорости 1500 об/мин до полного разделения твердой и жидкой фаз (обычно достаточно 5 мин). Жидкую фазу декантируют в склянку объемом от 100 до 200 см³ с притертой пробкой, а в пробирку снова добавляют 15 см³ ацетона и повторяют процедуры гомогенизации, центрифугирования и декантации. После этого приливают в пробирку с пробой 15 см³ метиленхлорида, перемешивают 3 мин и центрифугируют смесь 5 мин при скорости 1500 об/мин. Жидкость сливают в ту же склянку, что и ацетоновые вытяжки. Обработку метиленхлоридом проводят аналогичным образом еще 2 раза. Объединенную ацетон-метиленхлоридную вытяжку сушат в течение 30 мин безводным сульфатом натрия, добавляемым из расчета 5 г на 30 см³ экстракта.

12.2 Высушенную сульфатом натрия ацетон-метиленхлоридную вытяжку фильтруют через воронку со стеклянным фильтром в стаканчик на 100 см³ и оставляют выпариваться досуха в естественных условиях. Для ускорения выпаривания стаканчик устанавливают в водяную баню при температуре от 60 °С до 80 °С и подвергают обдуванию посредством работающего на малой мощности вентилятора.

12.3 Подготавливают хроматографическую колонку следующим образом: от 5 до 7 г оксида алюминия помещают в стакан, приливают 10 см³ четыреххлористого углерода, тщательно перемешивают и в виде суспензии переносят в колонку. Вытекший растворитель отбрасывают.

12.4 Сухой остаток в стаканчике растворяют путем внесения в него 10 см³ четыреххлористого углерода, экстракт перемещают в хроматографическую колонку. Затем ополаскивают стаканчик еще 5 см³ того же растворителя и также переносят в хроматографическую колонку.

12.5 Экстракт собирают в мерный цилиндр на 25 см³, записывают его объем в рабочем журнале и переносят в бюкс с притертой крышкой для последующего измерения.

13 Порядок выполнения измерений

13.1 Экстракты проб, собранные в бюксы, а также экстракт холостой пробы измеряют на спектрометре аналогично описанному в разделе 11.

13.2 Величину аналитического сигнала определяют по высоте опорного пика.

13.3 Величину массовой концентрации НУВ в экстракте заносят в рабочий журнал, форма которого приведена в приложении А. Измерение массовой концентрации НУВ проводят не менее двух раз.

13.4 Если измеренная концентрация НУВ превышает максимальную концентрацию на установленной градуировочной зависимости, то пробу разбавляют четыреххлористым углеродом и повторяют измерения.

14 Проверка приемлемости результатов параллельных измерений

14.1 Результатом измерений массовой доли НУВ является среднее арифметическое двух результатов параллельных измерений , мкг/г, если расхождение между ними не превышает предела повторяемости г.

Предел повторяемости r при измерении массовой концентрации НУВ в экстракте в диапазоне концентраций от 4 до 64 мкг/ см³, соответствующем диапазону массовой доли НУВ в пробе от 5 до 100 мкг/г, не должен превышать значений, указанных в таблице 3.

Таблица 3

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

15 Вычисление результатов измерений

15.1 Массовую долю НУВ в пробах X, мкг/г, рассчитывают по формуле

где С - значение среднего арифметического двух результатов параллельных измерений концентрации НУВ в экстракте рабочей пробы, мкг/см³;

С_х - значение среднего арифметического двух результатов параллельных измерений концентрации НУВ в экстракте холостой пробы, мкг/см³;

Р - коэффициент разбавления экстракта (Р = 1, если разбавление не применялось);

V - объем экстракта, см³;

m - навеска пробы, г.

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

16 Оформление результатов измерений

Результат измерений представляют в виде

где X - массовая доля НУВ в пробе, мкг/г;

±Δ - границы характеристики погрешности результата измерений при Р = 0,95 (таблица 1), мкг/г.

В случае, если массовая доля НУВ ниже границы диапазона измерений, указанного в таблице 1, производят следующую запись: «массовая доля НУВ менее (указать значение нижней границы диапазона) мкг/г».

17 Контроль качества результатов измерений

17.1 Контроль качества результатов измерений в лаборатории предусматривает проверку приемлемости результатов параллельных измерений согласно разделу 14; контроль процедуры измерений с использованием метода добавок и контроль стабильности результатов измерений. Добавки вносят в пробу в виде растворов НУВ в четыреххлористом углероде, приготовленных и аттестованных согласно РМГ 60.

17.2 Для контроля погрешности измерения с использованием метода добавок проводят сравнения результатов отдельно взятой контрольной процедуры К_к с нормативом контроля К.

Результат контрольной процедуры К_к, мкг/г, рассчитывают по формуле

где  - результат контрольного измерения массовой доли НУВ в рабочей пробе с известной добавкой, мкг/г;

 - результат контрольного измерения массовой доли НУВ в рабочей пробе, мкг/г;

С - величина добавки, мкг/г.

17.3 Норматив контроля погрешности К, мкг/г, рассчитывают по формуле

где Δ_л,Х - - значение характеристики погрешности результатов измерений, соответствующее массовой доле НУВ в пробе с добавкой, мкг/г;

Δ_л,Хʹ - значение характеристики погрешности результатов измерений, соответствующее массовой доле НУВ в рабочей пробе, мкг/г.

Если результат контрольной процедуры К_к удовлетворяет условию

процедуру анализа признают удовлетворительной.

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

17.5 Результаты контроля заносят в рабочий журнал, форма которого приведена в приложении Б.

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

Приложение А
(рекомендуемое)
Форма рабочего журнала регистрации результатов измерений
массовой доли НУВ

Приложение Б
(рекомендуемое)
Форма рабочего журнала регистрации результатов
контроля погрешности с использованием метода добавок

Библиография

[1] Determination of petroleum hydrocarbons in sediments. - Reference methods for marine pollution studies № 20, UNEP 1992

[2] Методические указания по определению загрязняющих веществ в морских донных отложениях № 43 - М. Гидрометеоиздат, 1979 - С. 14 - 22

[3] Desidcri Р., Lepri L. а. о. Concentration, separation and determination of НС in sea water. - J. Chrom., 1984 - Vol. 284, № 10, p. 167 - 178

[4] Simard R., Hasegawa I. a. o. IRS Determination of oil and phenols in water. - Anal. Chem., 1951. - Vol. 23, № 10, p. 1384 - 1387

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

[6] ПНД Ф 12.13.1-03 Методические рекомендации. Техника безопасности при работе в аналитических лабораториях (общие положения)

Лист регистрации изменений