RŮZNÉ PŘÍSTUPY KE STANOVENÍ STŘEDNĚ TĚKAVÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK VE VODÁCH POMOCÍ GC/MS

Transkript

1 RŮZNÉ PŘÍSTUPY KE STANOVENÍ STŘEDNĚ TĚKAVÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK VE VODÁCH POMOCÍ GC/MS M. Ferenčík 1. ÚVOD Středně těkavé organické látky (SVOC) představují širokou skupinu látek, zahrnující látky s rozmanitými fyzikálně chemickými vlastnostmi (neutrální, zásadité, kyselé) dostatečně teplotně stabilní, aby byly analyzovatelné pomocí plynové chromatografie (GC) ve spojení s různými detektory: plamenově ionizační (FID), detektor elektronového záchytu (ECD), ale v posledních letech v analýze vzorků životního prostředí nejpoužívanější hmotnostní detektor (MS). Do této skupiny látek se řadí alifatické chlorované uhlovodíky (např. hexachlorethan), aromatické chlorované uhlovodíky (dichlorbenzeny až hexachlorbenzen), polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), polychlorované bifenyly (PCB), chlorované pesticidy (OCP), triazinové, fosfátové (OPP), chloracetanilidové pesticidy (NPP), nitroaromáty (nitrobenzen, dinitrobenzeny, dinitrotolueny, atp.), alkyl-, chlor- a nitro- substituované anilíny (např. chloranilíny, 4-chlor-2-nitroanilín, atp.), ftaláty (bis-(2-ethylhexyl)ftalát (DEHP), di-n-butylftalát), a z kyselých látek chlorfenoly (mono-, di-, tri-, tetraaž pentachlorfenol), nitrofenoly, atp. Jedná se o více než 80 látek. Stanovením těchto látek se zabývá několik norem Agentury životního prostředí Spojených států amerických (US EPA), například pro pitnou vodu US EPA 525.2, pro vody US EPA 1625C, pro pevné matrice US EPA 8270D. Vedle těchto multiskupinových metod existují ještě US EPA metody specifické pro jednotlivé skupiny, ale to je nad rámec tohoto příspěvku [1]. V české legislativě jsou tyto skupiny látek řešeny po jednotlivých skupinách specifickými metodami [2]. Stručný popis českých a amerických metod, společně s analyzovanými látkami, způsoby extrakce: kapalina kapalina (LLE), extrakce na pevné fázi (SPE), mikroexrakce ne pevné fázi (SPME), použitá přístrojová technika, druh matrice a dosažená mez stanovitelnosti (LOQ) je uvedena v tabulce č.1. Uvedený seznam není úplný, ale pouze ilustrativní pro srovnání.

2 Tabulka 1 Seznam vybraných norem používaných pro stanovení středně těkavých látek Název metody Sledované látky Extrakce Analytická technika Matrice LOQ [μg/l] US EPA 78 látek LLE GC/MS C vody US EPA 8270D 233 látek LLE GC/MS pevné i kapalné US EPA 115 látek SPE GC/MS pitné 0, EN ISO Těkavé nepolární P&T GC/MS 0,03-0,1 ČSN ISO ČSN ISO ISO ČSN ISO ČSN ISO ISO 6468 ČSN ISO až po TCB těkavé Headspace GC/MS těkavé OPP NPP LLE, pentan LLE LLE GC/MS GC/NPD GC-NPD NPP SPME GC/MS podzemní 15/16 PAU LLE hexan, HPLC- FLD, GC/MS cyklohexan 15 PAU LLE hexan HPLC- FLD 16 PAU LLE hexan, isooktan PCB, OCP, TCB-HCB Dioxinům podobné LLE hexan heptan LLE GC/MS GC-ECD HRGC/ HRMS vody, sedimenty, > 2 > 5 > 10 > 0,02 > 0,05 > 0,003 > 0,005 > > pg/l

3 12673 ISO PCB biota Chlorfenoly In-situ GC-ECD, acetylace, GC/MS LLE hexan Ftaláty SPE GC/MS 0,1 >0,02 Na první pohled je zřejmé, že metody US EPA 1625 a 8270 mají spíše skríningový charakter, velký počet analytů, ale také vysoké LOQ i nejistoty výsledků. Metoda 625 vznikla v 80. letech a byla určena pro monitoring toxických látek v komunálních a průmyslových ch vodách. Tomu byla podřízena robustní extrakce dichlormethanem, která umožňuje široký záběr polarity látek i v značně znečištěných vodách s komplexní matricí. Posléze vznikla metoda 8270, která sloužila pro analýzu podzemních vod a především nebezpečných odpadů. V této metodě bylo značně rozšířeno množství a druh analyzovaných látek. Opět vysoké meze stanovitelnosti a velké nejistoty výsledků (u některých analytů i 90%). Metoda byla vyvinuta v 90. letech za účelem monitoringu pitných vod. Z důvodu snížení spotřeby škodlivého rozpouštědla (dichlormethanu) byla zavedena extrakce na pevné fázi (SPE) v provedení diskovém nebo kolonkovém. Tato metoda má již nižší LOQ a vyšší přesnost a správnost, ale má menší schopnost retence pro látky s velkou polaritou [3]. 2. POUŽITÁ METODA Použitá metoda vychází z ISO (Stanovení vybraných sloučenin s organicky vázaným dusíkem a fosforem) s několika odchylkami (ph vzorku se upravuje tetraboritanovým pufrem na ph 8,5-9 pro zvýšení výtěžku bazických analytů a použití GC/MS místo GC/NPD pro zvýšení citlivosti a selektivity) [4]. Touto metodou jsou stanovovány pesticidy obsahující dusík a fosfor. Triazinové (např. atrazin, terbuthylazin, terbutryn), fosfátové (např. malathion, parathionmethyl, parathion ethyl, chlorfenvinfos), chloracetanilidové (acetochlor, alachlor, metolachlor, metazachlor, ) a další, a také nitroaromáty (nitrobenzen, nitrotolueny, dinitrotolueny, ), substituované anilíny (anilín, chloranilíny, dichloranilíny, 4-chlor-2-nitroanilín, ) a alkyfosfáty a chloralkylfosfáty (triethylfosfát (TEP), tributylfosfát (TBP), trifenylfosfát (TPP), tris-(2- chlorethyl)fosfát (TCEP), tris-(1-chlor-2-propy)fosfát (TCPP). Celkem více než 40 pesticidů a 39 středně těkavých látek.

4 Pro stanovení nepolárních látek z US EPA 625 používáme z důvodu dosažení nízkých mezí stanovitelnosti specifické metody: pro stanovení těkavých organických látek (TOL, VOC- EN ISO 15680), pro PAU ( ISO 17993), pro organochlorové pesticidy (OCP), polychlorované bifenyly (PCB) a chlorbenzeny ( ISO 6468), pro ftaláty ( ISO 18856), pro chlorfenoly ( 12673). 2.1 Odběr a příprava vzorků povrchových vod Odběr vzorků se provádí do skleněných zábrusových vzorkovnic z tmavého skla o objemu ml, které se před použitím umyjí horkou vodou s detergentem, opakovaně vypláchnou destilovanou vodou a vysuší při 150 C. Vzorky se uchovávají v chladu a temnu při teplotě menší než 6 C a analyzují se do dvou dnů od data odběru. V případě volného chloru se přidá do vzorkovnice před odběrem 80 mg thiosíranu sodného na 1 litr vzorku. 2.2 Chemikálie Dichlormethan, p.a. prostý sledovaných analytů Tetraboritan sodný, p.a. (roztok 52 g Na 2 B 4 O 7.10 H 2 O/ 1 l vody Síran sodný bezvodý, p.a. granulovaný NaCl, p.a. n-heptan, p.a. pro stopovou organickou analýzu Thiosíran sodný pentahydrát, p.a. Kalibrační a kontrolní standardy (Dr. Ehrenstorfer, Absolute Stanadrds, Fluka) Značené standardy (Supelco, Dr. Ehrenstorfer) 2.3 Přístroje a pomůcky Plynový chromatograf Agilent 6890N spojený s kvadrupolovým hmotnostním detektorem Agilent 5973 a ovládané softwarem Chemstation. Laboratorní třepačka Gerhardt, 170 kmitů/s horizontálně. Rotační vakuová odparky Büchi s kontrolou tlaku a membránovým vakuovým čerpadlem. Laboratorní sklo, mikrostříkačky 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 µl a plastové stříkačky. 2.3 Příprava vzorků, GC/MS metoda Ke vzorku 0,8 l povrchové vody se přidá 10 μl roztoku vnitřního standardu (azobenzen 1000 ng, sebuthylazin-d 5 100ng, anilín- d ng, naftalend 8 100ng, acenaften- d ng, anthracen- d ng, chrysen- d ng, perylen- d ng). Přidáním 10 ml tetraboritanového pufru se upraví ph

5 na hodnotu 8,5-9. Ke vzorku se přidá 60 ml dichlormethanu a třepe se 30 minut při 170 kmitech/s. V děličce se oddělí spodní organická vrstva do zábrusové lahvičky i s emulzí a uchová v lednici při cca 6 C. Před odpařením se extrakt vysuší přídavkem bezvodého síranu sodného a přidá se 250 μl heptanu jako stabilizátoru. Na RVO se odpaří právě na 700 μl. Analyzuje se 1 μl pomocí GC/MS metody. Používá se kapilární kolona s 5% difenyl dimethylpolysiloxanovou stacionární fází Rtx-5 (30m x 0,25 mm I.D. x 0,25 μm tloušťkou filmu a 5 m integrovanou předkolonou). Teplotní program pece je: 40 C (2 min), C (40 C/min), 150 C 260 C (4 C/min), C (20 C/min), 280 C (10 min). Nosný plyn helium (5.5), režim tlakového pulzního splitless nástřiku při 270 C, poté konstantní průtok 0,9 ml/min. 2.5 Způsob vyhodnocení Měření na MS v režimu vybraných iontů (SIM) podle normy US EPA 8027, případně z naměřeného plného skenu charakteristické nejintenzivnější ionty. Metoda vyhodnocení externí kalibrace s korekcí na vnitřní standard, případně izotopového zřeďování. Kalibrační křivky lineární nebo kvadratické. Kalibrace připravovány celým postupem a měřeny v každé sekvenci vzorků. Před každou sekvencí nejdříve zkontrolována inertnost a velikost odezev pomocí kalibračního standardu na nejnižší hladině. 2.6 Dosažené parametry metody LOQ pro pesticidy v rozmezí 5-50 ng/l, pro ostatní látky ng/l. U nitroaromátů a anilínů LOQ v rozmezí ng/l. Nejistoty %. 3. VÝSLEDKY Obr 1 ilustruje nálezy pesticidů, a alkylfosfátů v odběrovém profilu Labe Valy v roce Pesticidy mají typický sezónní průběh, maxima po aplikaci a poté odeznění, jehož rychlost vyjadřuje stabilitu a sorpci daného pesticidu v půdě. Repelentní přípravek DEET se nalézá v době používání od dubna do října. Na Obr 2 je patrné, že nálezy nitrobenzenu zůstaly na podobné úrovni jako v roce 1999 [5], ale zmizeli nitrotolueny, dinitrotolueny a anilín, a N-ethylanilin je proti minulosti více než 10x nižší. Obr 3 ukazuje zajímavé nálezy triiosobutylfosfátu a tris(1-chlor-2-propyl)fosfátu ve stovkách ng/l, které patří k široce rozšířeným polutantům ze skupiny fosfátových zpomalovačů hoření.

6 ug/l ng/l desethylatrazin atrazin terbutylazin metazachlor metolachlor acetochlor DEET DEET acetochlor metolachlor metazachlor terbutylazin atrazin desethylatrazin Obrázek 1: Výskyt pesticidů v [ng/l] v profilu Labe Valy v roce ,4-dichloranilin nitrobenzen N-ethylanilin 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N-ethylanilin nitrobenzen 2,4-dichloranilin Obrázek 2: Výskyt nitrobenzenu a anilínů v [μg/l] v profilu Labe Valy

7 TCEP TEP TBP TiBP TCPP ng/l TCEP TEP TBP TiBP TCPP Obrázek 3: Výskyt alkylfosfátů v [ng/l] v profilu Labe Valy v roce ZÁVĚR V příspěvku jsou prezentovány různé přístupy ke stanovení SVOC ve vodách. Zatímco US EPA 625C a 8270D mají široký záběr polarit analytů za cenu vyšších LOQ a větších nejistot měření, dedikované metody uzpůsobené vlastnostem jednotlivých skupin látek jsou schopny dosáhnout mnohem nižších LOQ i nejistot měření. Přesto metoda založená na extrakci dichlormethanem představuje univerzální a robustní metodu pro široké spektrum látek v matricích s přítomnými nerozpuštěnými látkami, na kterých jsou sledované analysy často nasorbovány. Nevýhodou použití dichlormethanu (DCM) jsou špinavé extrakty, které rychle kontaminují nástřik, kolonu i iontový zdroj, a také možná kontaminace prostředí laboratoře, v které se často stanovují stopové koncentrace DCM. Pomocí této metody budeme v budoucnosti sledovat nové požadované a relevantní polutanty v povrchových a ch vodách.

8 5. LITERATURA [1] Internetový odkaz s možností stažení norem: Methods/web/file/ cit [2] Internetový odkaz s možností náhledu a objednání: cit [3] Internetový odkaz: Method%20625%20to%20Methods%20525.pdf, cit [4] Ferenčík M., Dolének P., Jirásková I.: Sledování haloétherů v povrchových vodách, Sborník konference Pokroky v chromatografii a elektroforéze 2000, Univerzita Pardubice, , s , ISBN [5] Ferenčík, M., Dolének, P.: Problematika výskytu a sledování vybraných organických látek ve vodách (triaziny, haloethery, nitroaromáty a aromatické aminy), Sborník XXXIV. ročníku konference Hydrochémia 2000, Bratislava, , ISBN X. SUMMARY Different approaches to the determination of semivolatiles in surface waters by GC/MS Semivolatiles are a broad group of compounds analyzed by different methods. Generic ones (US EPA 625C and 8270D) utilizing dichloromethane extraction and GC/MS detection after previous cleanup if needed, or specific methods for more narrow groups of analytes, which have better precision and accuracy and lower LOQ s. Nevertheless, this generic approach is still valid and effective for analysis of many polar pollutants relevant for surface waters. Among these polar pollutants are nitroaromatics, anilines, trialkylphosphates (TCEP, TiBP, TCPP), polar pesticides and other possible future contaminants. Ing. Martin Ferenčík Povodí Labe, státní podnik Víta Nejedlého 951, Hradec Králové 3, Česká republika Tel.: , ferencikm@pla.cz