ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПНД Ф 13.1:2:3.23-98 Методика допущена для целей государственного экологического контроля Москва 1998 г. (издание 2005 г.) Методика рассмотрена и одобрена научно-техническим советом ФГУ «Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия на окружающую среду» (ФГУ «ФЦАО») Протокол № 2 заседания НТС ФГУ «ФЦАО» от 4 мая 2005 г. В соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 и ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 и на основании свидетельства о метрологической аттестации № 224.02.11.043/2005 в МВИ внесены изменения (Протокол № 2 заседания НТС ФГУ «ФЦАО» от 04.05.2005). Настоящая методика предназначена для измерений массовой концентрации предельных углеводородов С1 - С5 и непредельных углеводородов (этена, пропена, бутенов) в атмосферном воздухе, в воздухе рабочей зоны и в источниках промышленных выбросов. Диапазон измеряемых концентраций от 1,0 до 1500 мг/м3. 1. ПРИПИСАННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИХНастоящая методика обеспечивает получение результатов измерений с погрешностью, не превышающей значений, приведённых в таблице 1. Таблица 1 - Диапазон измерений, значения показателей точности, правильности, повторяемости, воспроизводимости
Значения показателя точности методики используют при: - оформлений результатов измерений, выдаваемых лабораторией; - оценке деятельности лабораторий на качество проведения испытаний; - оценке возможности использования результатов измерений при реализации методики в конкретной лаборатории. 2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫГазовый хроматограф с пламенно-ионизационным детектором (предел детектирования по пропану 2,5×10-11 г/с). Система обработки данных (допускается применять линейку измерительную металлическую с ценой деления 1 мм, ГОСТ 427-75; лупу измерительную, ГОСТ 25706-83). Хроматографическая колонка из нержавеющей стали, длиной 3 метра и внутренним диаметром 3 мм. Комплект поверочных газовых смесей метан/воздух, ТУ 6-16-2356-92 - для градуировки хроматографа: Таблица 2
Примечания: 1. Допускается применение поверочных газовых смесей с другими значениями объемной доли (массовой концентрации) метана, установленными с относительной погрешностью не более ± 8 %. 2. Значения объемной доли метана, выраженные в млн-1, пересчитываются в значения массовой концентрации метана в мг/м3 (при 20 °С и 101,3 кПа) путем умножения на 0,667. Эталоны сравнения ВНИИМ пропан-азот (воздух) № ЭС23 о молярной долей пропана от 25 до 45 млн-1, относительная погрешность не более ± 3 %. Секундомер, кл. 3, цена деления 0,2 сек. Весы лабораторные типа ВЛР-200, ГОСТ 24104-2001. Аспиратор для отбора проб воздуха, модель 822, ТУ 64-1-862-77. Шприцы цельностеклянные, вместимостью 50 - 100 см3, ТУ 64-1-1279-75. Колба круглодонная типа КГП-3, вместимостью 250 см3, ГОСТ 25336-82. Печь муфельная, обеспечивающая нагрев до 1000 °С. Термопара хромель-алюмель, ГОСТ 6166-61, с милливольтметром, ГОСТ 9736-81, с пределом измерений до 1000 °С. Шкаф сушильный. Печь обогрева реактора от газоанализатора ГХЛ-1. Автотрансформатор лабораторный регулировочного типа ЛАТР-1М, ТУ 16-671.025-84. Реактор из нержавеющей стали, объемом 70 см3 (рис. 1, Приложение А). Набор сит «Физприбор» или сита аналогичного типа. Баня водяная, ТУ-64-1-2850-76. Стекловолокно, ГОСТ 10727-74. Вата гигроскопическая, ГОСТ 5556-81. Сетка проволочная. Эксикатор, ГОСТ 25336-82. Пипетки газовые, вместимостью 250 - 500 см3. Посуда лабораторная фарфоровая, ГОСТ 9147-73. Цветохром ЗК, фр. 0,315 - 0,46 мм, ТУ-6-09-26-219-75. Окись алюминия, ГОСТ 8136-85. Едкий натр, ГОСТ 4228-77. Кислота соляная, х.ч., ГОСТ 3118-77. Вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72. Ацетон для хроматографии, ТУ 6-09-1707-77. Гексан для хроматографии, ТУ 6-09-3375-78. Азотнокислый никель 6-водный, ГОСТ 4055-78. Натрий хлористый, ГОСТ 4233-77. Этанол для хроматографии, ТУ 6-09-1710-77. Водород технический, ГОСТ 3022-80, сортность Б. Воздух, ГОСТ 17433-80. Примечания: Допускается замена указанных средств измерений, вспомогательных материалов и реактивов на аналогичные, не уступающие им по метрологическим и техническим характеристикам. 3 МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙОпределение содержания предельных углеводородов С1 - С5 и непредельных углеводородов С2 - С4 в газовой пробе основано на газохроматографическом разделении компонентов на колонке, заполненной окисью алюминия, модифицированной едким натром, с последующей их регистрацией пламенно-ионизационным детектором. 4 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ4.1 При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76. 4.2 Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019-79. 4.3 Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004-90. 4.4 Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83. 5 ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРАК проведению измерения допускаются лица, проработавшие в химической лаборатории не менее года, отвечающие квалификации лаборанта или инженера, имеющие опыт работы в области газовой хроматографии, прошедшие инструктаж по технике безопасности. 6 УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙПри проведении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия: При выполнении измерений должны соблюдаться следующие условия хроматографического анализа:
При выполнении измерений должны соблюдаться следующие условия хроматографического анализа:
Таблица 3 - Ориентировочные относительные времена удерживания углеводородов
Типовая хроматограмма для углеводородов С1 - С5 приведена на рис. 3 (Приложение В). Эффективность разделительной колонки признаётся удовлетворительной, если степень разрешения (Rs) для метана и этана не менее 1,5. Степень разрешения вычисляют по формуле: (1) где t1 и t2 - времена удерживания метана и этана, с m1 и m2 - ширина пиков метана и этана на половине их высоты, мм. При наличии системы обработки данных m1 и m2 можно рассчитать по формулам: (2) (3) где h1, h2 и S1, S2 - высоты и площади пиков метана и этана. При нарушении указанного условия необходимо провести регенерацию колонки. 7 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ7.1 Приготовление катализатора для очистки газа-носителя от органических веществ Цветохром ЗК фракции 0,315 - 0,46 мм помещают в фарфоровую чашку и заливают 6 %-ным водным раствором азотнокислого никеля из расчета 12,5 % окиси никеля к весу носителя. Содержимое чашки выпаривают досуха на электрической плитке при постоянном перемешивании. Высушенный катализатор помещают в муфельную печь, установленную в вытяжном шкафу, где в течение 2-х часов постепенно поднимают температуру до 600 °С и выдерживают при этой температуре 3 часа до полного удаления окислов азота. Подготовленный катализатор засыпают в реактор (рис. 1, Приложение А), концы которого закрывают тампоном из стекловаты. Реактор устанавливают в электропечь от прибора ГХЛ-1. Подачу на печь напряжения, необходимого для поддержания температуры реактора до 600 °С, осуществляют через автотрансформатор, контроль за температурой реактора осуществляют термопарой с милливольтметром. 7.2 Приготовление сорбента Окись алюминия измельчают в фарфоровой чашке, отсеивают фракцию 0,25 - 0,50 мм, прокаливают в муфельной печи при 750 °С в течение 5 часов и охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры. 7.3 Приготовление насадки Для приготовления насадки взвешивают с точностью до первого десятичного знака 30,0 см3 твердого носителя и рассчитанное количество (5 % от массы твердого носителя) едкого натра с точностью до второго десятичного знака. Навеску едкого натра растворяют в дистиллированной воде. В круглодонную колбу засыпают носитель и туда же вносят растворенный в дистиллированной воде едкий натр (объем растворителя должен быть таким, чтобы над поверхностью твердого носителя образовался слой раствора не более 5 мм) и выдерживают в течение часа. Затем воду испаряют и сушат сорбент при 150 °С до полной его сыпучести. Охлажденный сорбент отсеивают от пыли, отбирая фракцию 0,25 - 0,50 мм. 7.4 Подготовка хроматографической колонки Хроматографическую колонку промывают последовательно водой, этанолом, гексаном, высушивают в токе воздуха и заполняют насадкой. Подготовленную колонку подсоединяют к испарителю хроматографа и продувают газом-носителем с расходом 10 см3/мин при температуре 90 °С в течение 6 часов. После этого колонку подсоединяют к детектору и кондиционируют ее до стабилизации нулевой линии при температуре 90 °С и максимальной чувствительности прибора. 7.5 Подготовка хроматографа Подключение хроматографа к сети, проверка на герметичность и вывод на режим выполняют согласно инструкции по монтажу и эксплуатации хроматографа. Методика предусматривает следующие изменения в газовой схеме хроматографа (рис. 2 Приложение Б): - установку сопротивления на участке от крана обратной продувки до детектора для предотвращения влияния перепада давления на горение пламени при переключении потока газа-носителя в хроматографической колонке; - установку каталитического реактора для очистки газа-носителя (воздуха) от органических примесей перед блоком подготовки газов; - исключение фильтра в линии газа-носителя во избежание накопления органических примесей на нем, дающих фоновое загрязнение. Градуировку хроматографа проводят методом абсолютной калибровки, используя серию градуировочных смесей с различной концентрацией метана (п. 2). Для нахождения градуировочного коэффициента необходимо хроматографировать 5 градуировочных смесей с различной концентрацией метана, равномерно распределенных по диапазону измерений. Градуировочную смесь не менее 5 раз подают в хроматографическую колонку и на полученных хроматограммах определяют значения площадей пиков в мм2 (или ед. сч.). Данная операция повторяется для всех взятых смесей. Полученные градуировочные данные заносят в таблицу, аналогичную приведенной ниже. Таблица 4
При анализе каждой градуировочной смеси проверяют выполнение следующего условия: где Si max - максимальная площадь хроматографического пика, мм2 или ед. сч; Si min - минимальная площадь хроматографического пика, мм2 или ед. сч; - среднее арифметическое площадей пиков. При невыполнении условия (4) анализ градуировочной смеси повторяют. При повторном невыполнении условия (4) выясняют и устраняют причины, приводящие к невыполнению этого условия. Приведенное значение площади (Sпр) рассчитывают по формуле: где - среднее значение площади пика, мм2; М - масштаб ослабления выходного сигнала. По полученным данным определяют градуировочный коэффициент К по формуле: (6) Градуировочную характеристику признают удовлетворительной при выполнении следующего условия: ((Kmax - Kmin)/K)100 % £ 15 %, (7) где Kmax - максимальный из т градуировочных коэффициентов; Kmin - минимальный из т градуировочных коэффициентов; т - число градуировочных коэффициентов; K - средневзвешенное значение градуировочных коэффициентов, рассчитанное по формуле: При невыполнении условия (8) выясняют и устраняют причины, приводящие к невыполнению этого условия. После чего повторяют процедуру построения градуировочной характеристики. В процессе градуировки измеряют атмосферное давление (Ргр). Ргр и Ра атмосферное давление при градуировке и при анализе, кПа; Контроль стабильности градуировочной характеристики проводят не реже одного раза в день, используя одну из газовых смесей, применяемых при градуировке хроматографа. Градуировочную характеристику считают стабильной при выполнении следующего условия: где (Sпр)к - значение приведенной площади пика, рассчитанное при контроле стабильности градуировочной характеристики, мм2 или ед. сч.; (Sпр)гр - значение приведенной площади пика, рассчитанное при построении градуировочной характеристики, мм2 или ед. сч.; z - поправочный коэффициент, (см. раздел 10). При невыполнении условия (9) выясняют, устраняют причины, приводящие к нестабильности градуировочной характеристики, и повторяют процедуру контроля стабильности градуировочной характеристики. При повторном невыполнении условия (9) строят новую градуировочную характеристику. 8 ОТБОР ПРОБОтбор проб атмосферного воздуха производится в соответствии с РД-52-186-89, ПНД Ф 12.1.1-99 «Методические рекомендации по отбору проб при определении концентрации вредных веществ (газов и паров) в выбросах промышленных предприятий». Для проб воздуха рабочей зоны - ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» при установившемся технологическом режиме работы обследуемого источника выделения загрязняющих веществ в атмосферу. Каждую пробу анализируют в соответствии с настоящей методикой. Анализируемый газ отбирают в стеклянные газовые пипетки на 250 - 500 см3 с зажимами на концах или в цельностеклянные шприцы на 50 - 100 см3 с зажимом. Анализируемым газом промывают пипетку в течение 2 - 3 мин со скоростью 0,5 - 2 дм3/мин, в объеме, равном 7 - 10 кратному объему газовой пипетки, перекрывают оба зажима одновременно, выключают аспиратор и отсоединяют пипетку от системы. При отборе проб промвыбросов, находящихся под разрежением, необходимо следить за тем, чтобы в отобранную пробу не попал воздух. В процессе отбора измеряется температура и давление (разрежение) газовой пробы у пипетки или шприца. Срок хранения проб не более 5 ч. 9 ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙГазовые пипетки или цельностеклянные шприцы с анализируемыми пробами предварительно выдерживают в помещении до комнатной температуры. Ввод пробы в хроматограф осуществляют краном-дозатором не менее 3 раз. Кран-дозатор переводят в положение «отбор», подсоединяют шприц или газовую пипетку и вытесняют пробу (в объеме 20 - 30 см3) в дозу. Вытеснение проб из пипеток осуществляют насыщенным раствором хлористого натрия. Затем отсоединяют шприц или газовую пипетку от крана-дозатора для выравнивания в нём давления и через 1 - 2 с переводят кран-дозатор в положение «анализ». Подсоединение и отсоединение шприца (пипетки) необходимо осуществлять таким образом, чтобы в пробу не попал воздух. Для этого в шприце (пипетке) с помощью поршня (раствора хлористого натрия) следует поддерживать избыточное давление пробы. В процессе анализа измеряют атмосферное давление (Ра). 10 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙДля каждой пробы вычисляют среднее значение площади пика для каждого компонента (В) по формуле: мм2 или ед. сч., (10) где Sвj - площади хроматографических пиков, для которых выполняется условие (4). При невыполнении условия (4) выясняют и устраняют причины, приводящие к невыполнению условия (4). После чего процедуру, описанную в раздаче 9, повторяют. Для каждой пробы вычисляют значение приведенной площади пика (мм2 или ед. сч.) по формуле (5) раздела 7.6. (При записи результатов вместо индекса «В» указывают химический символ и название конкретного определяемого углеводорода). Массовую концентрацию определяемого углеводорода вычисляют по формуле: XB = SBпр×AB×K×z×f (11) где К - градуировочный коэффициент, мг/м3/мм2 или мг/м3/ед. сч.; АВ - коэффициент относительной чувствительности для вещества «В»; z - поправочный коэффициент, учитывающий различия в параметрах вводимых в хроматограф газовых смесей при градуировке и при анализе. Коэффициент вычисляется по формуле: (12) где: Ргр и Ра атмосферное давление при градуировке и при анализе, кПа; f - коэффициент для приведения значений массовой концентрации к температуре, соответствующей принятым нормальным условиям. При анализе воздуха рабочей зовы f = 1,00; результат измерений приведён к температуре 20 °С (293 К) и давлению 101,3 кПа. При анализе атмосферного воздуха и выбросов f = 293/273 = 1,07; результат измерений приведён к температуре 0 °С (273 К) и давлению 101,3 кПа. Коэффициенты относительной чувствительности для пламенно-ионизационного детектора приведены в табл. 5. Таблица 5 - Коэффициенты относительной чувствительности для пламенно-ионизационного детектора
Расхождение между результатами измерений, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерения, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 6. Таблица 6 - Значение предела воспроизводимости при вероятности Р = 0,95
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов измерений согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6. 11 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙРезультат измерения в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде: X ± D, Р = 0,95, где D - показатель точности методики. Значение D рассчитывают но формуле: D = 0,23Х. Допустимо результат измерения в документах, выдаваемых лабораторией, представлять в виде: X ± Dл, Р = 0,95, при условии Dл < D, где X - результат измерения, полученный в соответствии с прописью методики; ± Dл - значение характеристики погрешности результатов измерений, установленное при реализации методики в лаборатории, и обеспечиваемое контролем стабильности результатов измерений. 12 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ В ЛАБОРАТОРИИКонтроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает: - оперативный контроль процедуры измерений (на основе оценки погрешности при реализации отдельно взятой контрольной процедуры); - контроль стабильности результатов измерений (на основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения повторяемости, среднеквадратического отклонения внутрилабораторной прецизионности, погрешности). Алгоритм оперативного контроля процедуры измерений с применением образцов для контроля Образцами для контроля являются эталоны сравнения ВНИИМ пропан-азот (воздух). Оперативный контроль процедуры измерений проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры Кк с нормативом контроля K. Результат контрольной процедуры Кк рассчитывают по формуле: Kк = |Хк - jФк|, (13) где Хк - результат измерений массовой концентрации определяемого компонента в образце для контроля, мг/м3, рассчитанный по формуле (11) методики; Фк - объемная или молярная доля компонента ПГС в образце для контроля, млн-1; j - коэффициент пересчета значений объемной (молярной) доли (млн) в значения массовой концентрации (мг/м3) при 20 °С и 101,3 кПа. Для пропана j = 1,83. Норматив контроля K рассчитывают по формуле: K = Dл, где ±Dл - характеристика погрешности результатов измерений, соответствующая аттестованному значению образца для контроля. Dл = 0,01×dл×j×Фк×dл - относительное значение характеристики погрешности результатов измерений. Примечание - Допустимо характеристику погрешности результатов измерений при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения: Dл = 0,84×D, с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов измерений. Процедуру измерений признают удовлетворительной, при выполнении условия: Kк £ K (14) При невыполнении условия (14) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (14) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению. Периодичность оперативного контроля процедуры измерений, а также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов измерений регламентируют в Руководстве по качеству лаборатории. ПРИЛОЖЕНИЕ АРЕАКТОР КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗА-НОСИТЕЛЯ Рис. 1 ПРИЛОЖЕНИЕ БПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОБВЯЗКИ ХРОМАТОГРАФА 1, 2 - баллоны с сжатым воздухом и водородом соответственно; 3, 4 - редукторы; 5 - печь прибора ГХЛ-1; 6 - реактор; 7 - блок подготовки газов; 8 - кран-дозатор; 9 - хроматографическая колонка; 10 - детектор; 11 - блок анализатора; 12 - электрометрический усилитель; 13 - регистратор; 14 - фильтр; 15 - дроссель; 16 - регулятор давления. Рис. 2 ПРИЛОЖЕНИЕ ВТИПОВАЯ ХРОМАТОГРАММА РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ С1 - C5 В ВОЗДУХЕ 1 - метан; 2 - этан; 3 - этен; 4 - пропан; 5 - протон; 6 - изо-бутан; 7 - бутан; 8 - изо-бутен; 9 - бутен; 10 - бутен-2; 11 - изо-пентан; 12 - пентан. Рис. 3 СОДЕРЖАНИЕ
|