МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕТОДИКА выполнения измерений концентраций стирола в водной и водно-спиртовых средах, имитирующих алкогольные напитки, методом газовой хроматорафии

гаШ.аШ 1401-2:000

Минск 2000

2

У чрежлени с-разработчик:

Белорусский научно-исследовательский санитарно-гигиенический институт, отдел физико-химических исследований Заведующий отделом Марусич Н.И.

(017) 284-13-73

Авторы:

Заведующий лабораторией хроматографических исследований, кандидат химических наук

Старший научный сотрудник

Научный сотрудник

Младший научный сотрудник

Рецензенты:

Заведующий отделением профилактической токсикологии с лабораторией РЦГЭ М3 РБ

Заведующий лабораторией физикохимических исследований РЦГЭ М3 РБ

Старший научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований РНПЦ по ЭОК и БПП, к.х.н.

Ответственный за выпуск:

Заведующий лабораторией хроматографических

исследований БелНИСГИ    В.Ф.    Новицкий

АННОТАЦИЯ

Методика выполнения измерений концентраций стирола в водной и водно-спиртовых средах, имитирующих алкогольные налитки, основана на концентрировании его в тетрахлормстан с последующим анализом получаемых экстрактов методом газожидкостной хроматографии с использованием фотоионизационного детектора.

Методика предназначена для центров санэпиднадзора Министерства здравоохранения Республики Беларусь, санитарных лабораторий промышленных предприятий, научно-исследовательских работ, связанных с определением стирола.

Методика утверждена Министерством здравоохранения Республики Беларусь в качестве официального документа.

1!

12.1.    Средства контроля погрешности методики выполнения измерений

В качестве средств контроля в процессе определения показателей качества результатов анализа применяются: для контроля стабильности градуировочной характеристики -градуировочные растворы, приготовленные по п. 8.3.6, для контроля сходимости и воспроизводимости - пробы модельных растворов, содержащие стирол.

12.2.    Конзроль стабильности градуировочной характеристики проводят при смене основных реактивов, но нс реже одного раза в месяц. При контроле стабильности градуировочной характеристики проводят измерения нс менее трех образцов концентраций для градуировки, содержание стирола в которых должно охватывать весь диапазон концентраций.

Гралуировочная характеристика считается стабильной, если для каждой из используемой для контроля градуировочного раствора сохраняется соотношение:

.    (X - С) х 100

X - концентрация стирола контрольного измерения, мг/дм³;

С - известная концентрация градуировочной смеси стирола, взятая для контроля стабильности градуировочной характеристики, мг/дм³;

8,9 - погрешность градуировочной характеристики для стирола, %;

Если величина расхождения (А) превышает 8,9 %, делают вывод о невозможности применения градуировочной характеристики для дальнейших измерений. В этом случае выясняют и устраняют причины нестабильности градуировочной характеристики и повторяют контроль ее стабильности с использованием других образцов смеси для градуировки. При повторном обнаружении нестабильности градуировочной характеристики определяют ее заново согласно п. 8.4.

12.3. Сходимость результатов определения (4) концентраций стирола проводят путем сравнения расхождения результатов двух параллельных определений с нормативом сходимости результатов параллельных определений (d). Должно выполняться следующее соотношение:

d_k = X,-X₂Sd, (11) dm. = ^di-'°-    (12), где

х_ф

d - норматив сходимости (табл. 3);

Xi.Xj - результаты параллельных определений, мг/дм³.

Если dk S d, то сходимость результатов параллельных определений признают удовлетворительной, и по ним может быть рассчитан результат измерений при рабочих измерениях и контрольном измерении.

Если d_k > d, то рабочая или котрольпая проба подлежит повторному измерению. При повторном превышении указанного норматива необходимо выяснить причины, приводящие к неудовлетворительных результатам, и устранить их.

12.4. Контроль воспроизводимости результатов измерений проводится не реже 2 -3 раз в месяц с использованием рабочих проб. Контроль воспроизводимости обязателен при смене партии реактивов, посуды, после ремонта оборудования, существенных изменений условий выполнения измерений.

Контроль воспроизводимости проводится путем сравнения результата контрольной процедуры Dj, равного расхождению двух результатов измерений - первичного (Xi) и повторного (Ха) - содержания стирола в одной и той же рабочей пробе молельного раствора с нормативом воспроизводимости D (табл. 3).

Первичный и повтортгый результат измерений должен быть получен-в разных условиях. например, двумя операторами в один день или в разные дни. D| рассчитывают по формуле:

D, — Xi -Хг (13),    (14), где

Хер

12

Xi - первичный результат измерения рабочей пробы;

Xj - повторный результат измерения рабочей пробы.

Величины Xi и Хг должны быть получены с соблюдением условий сходимости.

Если D| <, D, то воспроизводимость контрольных измерений признается удовлетворительной. В этом случае воспроизводимость результатов измерений рабочих проб, полученных в условиях, соответствующих требованиям МВИ, признается удовлетворительной.

В случае превышения норматива воспроизводимости, когда Di > D, контроль повторяют. Пр повторном превышении указанного норматива должны быть выяснены и устранены причины, приводящие к неудовлетворительным результатам контроля воспроизводимости.

12.5. ВОК точности осуществляют с использованием метода добавок. Образцами для контроля являются рабочие пробы модельных растворов и эти же пробы с добавкой любой градуировочной смеси. К пробе с добавкой предъявляются следующие требования, добавка должна вводиться в пробу на самой ранней стадии измерений; проба с введенной добавкой не должна выходить за верхнюю границу определяемого диапазона концентраций стирола согласно МВИ.

Контроль точности проводится по результатам измерений пробы до введения добавки (Х«р) и после введения добавки градуировочной смеси (Xnpj**) концентрацией С** в исходную пробу вытяжки. Разница <К_к) между найденной / Х_прЛ0б - Х_пр / и введенной (Си*) концентрацией добавки не должна превышать но абсолютной величине значения норматива точности К (табл. 3).

Кк-'/Хпрюоб-Хпр -<:**/< К (15)

Если для расчета используются относительные значения погрешностей Д, то относительное значение К* рассчитывается по формуле:

к.НК - -Ь*-¹⁰-°    (16)

Точность контрольных измерений, а также точность результатов измерений рабочих проб модельных растворов, выполненных в условиях соблюдения требований МВИ, признается удовлетворительной, если / К_к/< К.

Если / К_к /> К, то точность контрольных измерений признается неудовлетворительной и процедура контроля повторяется с использованием другой рабочей пробы модельного раствора. При повторном получении неудовлетворительных результатов контроля точности выясняют и устраняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам контроля.

3

Введение.

Настоящая МВИ устанавливает газохроматографическую методику количественного химического анализа проб водной и водно-спиртовых вытяжек, имитирующих алкогольные напитки, для определения 8 них содержания стирола в пределах концентраций от

0.005 до 0.030 м кг/см³ (мг/дм³).

1. Краткая характеристика вещества

Химическое название: винилбензол. фенилэтилен.

Молекулярная масса 104.15. Брутто-формула CiHg.

Структурная формула:

Стирол - бесцветная жидкость с резким сладковатым запахом с плотностью 0.9063 г/см'. Температура плавления -30°С. Температура кипения 145,2°С. Температура испарения ! 0500 ккал/моль (25°С). Хорошо растворим в одноатомных спиртах, кетонах, сложных и простых эфирах, сероуглероде, а также в алифатических, алицикличсских, ароматических и хлорированных углеводородах. Трудно смешивается с водой: при 40°С вода растворяет до 0.05% стирола, а стирол в этих же условиях растворяет до 0,1% воды.

Химически стирол очень реакционноспособен из-за наличия в нем зинильной группировки. Легко полимеризуется (иногда даже самопроизвольно). При нагревании и применении инициаторов процесс полимеризации протекает быстро и сопровождается образованием полистирола.

ДКМ стирола в модельных средах 0,01 мг/дм¹ (мкг/см³).

2. Нормы погрешности

Настоящая МВИ обеспечивает получение результатов измерений концентрации стирола в вытяжках модельных растворов с суммарной погрешностью, не превышающей ±23% отн. при доверительной вероятности 0.95 во всем диапазоне концентраций 0,005-0.03 мкг/см¹. В случае, если концентрация стирола в пробе полученной вытяжки превышает значение 0.03 мкг/см³. проводят разбавление аликвоты пробы в соответствии с п.10.2, настоящей МВИ.

Нижний предел измерения концентрации в объеме анализируемого раствора стирола составляет 2,5 нг.

3. Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы:

3.1. Средства измерений.

Хроматограф газовый, оснащенный фотоионизационным детектором PID-19 с чувствительностью по бензолу 0.8 Кл/г

4

Весы аналитические типа ВЛР-200, первого класса точности с погрешностью взвешивания не более ± 0.0001 г    ГОСТ    21104-88Е

Весы технические Т-200 с погрешностью взвешивания

не более ± 0,01 г    Завод    весоизмерительных    приборов    (София,    Болгария)

Меры массы. Г-2-210

Цилиндры мерные 1-500-2, 3-100-1, 3-50-2 Колбы мерные 2-25-2,2-100-2,2-500-2 Пробирка градуированная 11-1-10-0,1 ХС Пипетки 1-1-2-5, 1-1-2-2,1-1 -2-1 Микрошприц МШ-10

Линейка измерительная с иеной деления 1мм, диапазоном измерения 0 - 150 мм

3.2. Вспомогательные устройства.

100 мл ГКУ-2-1 -100-29/32ТС

б)    насадка Н1 29/32- I4/23TC

в)    алонж АКП 14/23-14/23ТС

г)    холодильник ХПТ 1-200-14/23ТС

д)    термометр КШ 14/23 с пределами измерений 0 - 200°С

е)    колба КН-1-50-29/32

ж)    плитка электрическая

з)    штатив лабораторный любой конструкции Набор сит «Физприбор» (сита №№ 30 и 40)

Часы песочные 5,10 минут

Колбы КН-1-500-29/32

Делительные воронки ВД-3-250. ВД-3-1000

Тигель кварцевый, вместимостью 100 cm^j

Могут быть использованы другие средства измерения

3.3. Материалы и реактивы.

Стирол, ч., перегнанный Тстрахлорметан, ос.ч.

Хлороформ, х.ч.

Этиловый спирт, ректификат Натрия хлорид, ч.д.а.

Азот газообразный, ос.ч. в баллоне с редуктором Твердый носитель хроматон N-AW (0,16 - 0,20 мм) Жидкая фаза ПЭГ-20 000 Вода дистиллированная

Могут быть использованы реактивы-эквиваленты, по кватнфикапии не уступающие указанным в методике.

5

4. Метод измерений

Измерение концентрации стирола в вытяжках основано на экстракции стирола из водной или волно-спиртовых модельных сред в тетрахлорметан в присутствии NaC! с последующим газохроматографическим определением на металлической колонке длиной 3 м внутренним диаметром 0.3 см, заполненной хроматоном N-AW, зернением 0,16 - 0,20 мм. с 10 % ПЭГ-2000, используя фотоиоиизационный детектор.

Определению не мешают формальдегид, метанол, дибутилфталат, диоктилфталат и другие вещества, выделяющиеся при деструкции полимерных материалов.

5. Требования безопасности

К проведению работ по выполнению измерений концентраций стирола в водноспиртовых вытяжках из пищевого полистирола допускаются лица, изучившие правила по технике безопасности, предусмотренные инструкцией “Основные правила безопасной работы в химической лаборатории”-М., Химия, 1979г., а также инструкцию по эксплуатации газового хроматографа. Оператор должен быть подробно ознакомлен со специфическими свойствами стирола и действием его на организм.

При выполнении измерений с использованием газового хроматографа следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.019.-79 и инструкции по эксплуатации прибора.

6. Требования к квалификации оператора

К работе по выполнению измерений и обработке результатов могут быть допущены лица со специальным химическим образованием, имеющие опыт работы в химической лаборатории, на газовом хроматографе, а также изучившие настоящую методику.

7. Условия выполнения измерении

7.1.    Процессы приготовления растворов и обработки проб вытяжек проводят в нормальных условиях при:

-    температуре окружающего воздуха (20±5)°С;

-    атмосферном давлении 84,0 - 106,7 кПа (630-800 мм.рт.ст.);

-    влажности воздуха при температуре 25°С не более 80%.

7.2.    Выполнение измерений на газовом хроматографе проводят в условиях, рекомендуемых технической документацией к прибору.

8. Подготовка к выполнению измерений

8.1.    Перед выполнением измерений должны быть проведены следующие работы: подготовка измерительной и вспомогательной аппаратуры, приготовление растворов, установление градуировочной характеристики прибора, приготовление вытяжек, отбор и подготовка проб к измерениям.

8.2.    Приготовление насадки лля разделительной колонки, заполнение колонки и подготовка ее к работе.

Предварительно 40 г твердого носителя хроматона N-AW, помещенного в кварцевый тигель, прокаливают в муфельной печи при 800°С в течение 6 часов. После охлаждения то комнатной температуры проводят отсеивание на ситах Я? 30 и 40, отбирая фрак-

6

нию 0.16-0.20 мм. 15 г указанной фракции прокаленного сорбента помешают в кругло-донную колбу вместимостью 250 см³, куда добавляют раствор жидкой фазы ПЭГ-20 ООО в хлороформе в количестве 10% ее от массы носителя. Содержимое колбы тшательно перемешивают и настаивают в течение 1 часа. Затем хлороформ полностью отгоняют на ротационном испарителе и высушивают полученную насадху здесь же под вакуумом путем нагревания се и перемешивания при температуре водяной бани 80°С.

Перед заполнением насадочную металлическую колонку последовательно промывают раствором соды, горячей водой, спиртом и эфиром, а затем высушивают в шкафу при температуре 100±5°С до полного улетучивания растворителей. Приготовленной ранее насадкой заполняют под вакуумом колонку, устанавливают ее в термостат хроматографа, нс подсоединяя к детектору, и продувают азотом с расходом 20-30 см³/мин сначала при программировании температуры от 40 до 180°С, со скоростью 2°С/мин, а затем в изотермическом режиме при 180°С в течение 8 часов. Подготовленную таким образом колонку подсоединяют к детектору и кондиционируют при 90°С до тех пор, пока дрейф нулевой линии не уменьшится до 5% от длины шкалы регистратора за I час при чувствительности, соответствующей минимально определяемой концентрации.

8.3. Приготовление растворов.

8.3.1. Растворы этилового спирта в воде с объемными концентрациями 20 и 40%. предназначенные для использования в качестве растворителей для приготовления градуировочных растворов или модельных сред при исследовании полистирола, готовят в конических колбах вместимостью 500 см³ с притертыми пробками, смешивая 96,5%-ный спирт-ректификат и дистиллированную воду в соответствии с табл. 1.

Таблица I

Приготовление водно-спиртовых растворов

Номер водно-	Объемное содержание	Объем 96,5%-кого	Объем дистиллированной воды, см3
спиртового раствора	спирта в растворе. %	спирта-ректификата. см3
1	20	104	396
2	40	208	292

8.3.2. Очистка водно-спиртовых растворов.

Переа использованием вышеуказанных водно-спиртовых растворов необходимо проверить их на чистоту. Для этого каждый из приготовленных растворов помешают в делительную воронку вместимостью 1000 см³, добавляют 50 см³ тетрахлорметана и интенсивно встряхивают в течение 5 минут. После разделения содержимого воронки на два слоя, нижний тетрахлорметановый слой отделяют и его аликвоту в 5 мкл хроматографируют при условиях п.8.4.2. Полученные экстракты не должны содержать примеси, пик которой на хроматограммах совпадал бы с пиком определяемого стирола. В случае появления такого пика на хроматограммах, проэкстрагорованный ранее водно-спиртовой раствор (или растворы) следует подвергнуть повторной экстракции, использовав для этой цели еше 15 см³ тетрахлорметана. Удостоверившись в отсутствии на хроматограммах повторных экстрактов пика мешающего соединения, можно использовать, очищенные таким образом, растворы в дальнейшем.

7

8.3.3.    Очистка стирола путем его перегонки.

В перегонную колбу собранного аппарата для перегонки жидкости вносят 25 см³ стирола, помешают три кусочка пемзы (в качестве центров кипения) и ншревают на электрической плитке до начала перегонки жидкости. В первый сборник аппарата для перегонки собирают головную фракцию стирола, кипящую до 145°С, которую отбрасывают. Затем во второй сборник собирают основную фракцию стирола, киняихую в интервале температур от 145 до 145.2°С, аликвоту которой незамедлительно используют для приготовления стандартного раствора № 1 согласно п. 8.3.4.

8.3.4.    Стандартный раствор .Ns I.

В мерную колбу вместимостью 25 см³, заполненную наполовину 96,5%-ным спиртом-ректификатом, закрывают пробкой и взвешивают на аналитических весах ВЛР-200 с точностью до 0,0001 г. Затем в колбу добавляют 1 каплю свежеперегнанного стирола, закрывают колбу и повторно взвешивают. Навеска стирола определяется разностью между вторым и первым взвешиваниями содержимого колбы. Обьем полученного раствора доводят до метки тем же этиловым спиртом. Приготовленный таким образом раствор обычно имеет концентрацию стирола в интервале 1700-2100 мкг/см³. Точную концентрацию стирола в приготовленном растворе находят по формуле:

(Шз-т,) х 10*

С----------,_Где    (1)

V

С - концентрация стандартного раствора стирола (Ns 1). мкг/см³; mi - масса колбы со спиртом без стирола, г, пъ - .масса колбы со спиртом и стиролом, г,

V - объем мерной колбы, см³.

Стандартный раствор стирола Ns I устойчив при хранении в мерной колбе в холодильнике в течение 15 дней.

8.3.5.    Стандартный раствор № 2, с концентрацией стирола 5 мкг/см³.

В мерную колбу вместимостью 100 см³, заполненную наполовину 96,5%-ным спиртом-ректификатом, вносят пипеткой стандартный раствор стирола № I, объем которого находят по формуле:

V, х С₂    100x5

V.C* =--- ,    где    (2)

Осх    Снсх

V_MCX - обьем стандартного раствора № 1, см³;

Сцсх - концентрация стирола в стандартном растворе Ns 1, мкг/см³;

С? - концентрация стирола в стандартном растворе Ns 2, мкг/см³.

Объем полученного раствора доводят до метки исходным спиртом-ректификатом. Раствор устойчив при хранении в холодильнике в течение 15 дней.

8

8.3.6. Приготовление градуировочных растворов.

Для получения градуировочных данных используют серию не менее чем из пяти градуировочных растворов, один из которых должен иметь близкую концентрацию к нижней границе диапазона определяемых концентраций.

В пять мерных колб вместимостью 500 см* каждая с номерами 1, 2, 3. 4 и 5 помешают с помошью пипеток вместимостью 1,0; 2,0 или 5,0 см³ соответственно 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 и 3.0 см³ стандартного раствора стирола Ns 2 и доводят объемы получаемых растворов в колбах до метки дистиллированной водой. Концентрация стирола в полученных градуировочных растворах составляет соответственно 0,005; 0,0075; 0,01; 0,015 и 0,03 мкт/см³. Аналогичным образом готовят еше 4 серии таких же растворов стирола.

8.4. Определение градуировочных характеристик

(градуировочных коэффициентов).

8.4.1.    Получение экстрактов градуировочных растворов.

Для получения тетрахлорметановых экстрактов каждого градуировочного раствора в делительную воронку вместимостью 250 см³ вносят цилиндром 100 см³ приготовленного градуировочного раствора стирола (п.8.3.6.), добавляют пипеткой 1 см^т тетрахлорме-тана и всыпают 0,2±0.01 г кристаллического хлорида натрия. Воронку энергично встряхивают 5 минут, после чего лают отстояться до полной фиксации границы раздела двух жидкостей. Затем 5 см³ содержимого нижней части воронки (тетрахлормстановый экстракт с небольшим количеством градуировочного раствора в качестве затвора) медленно сливают в пробирку вместимостью 10 см³. Из нижнего слоя содержимого прибирки микрошприцем отбирают аликвоту объемом 6-7 мкл тетрахлорметанового экстракта, из которых 5 мкл вводят в испаритель хроматографа.

8.4.2.    Получение градуировочных данных.

Полученные экстракты каждого из градуировочных растворов всех пяти серий анализируют не менее 2 раз, начиная с самой низкой концентрации стирола при следующем режиме хромато!рафировакия.

Температура термостата колонки    90°С

Температура испарителя    150°С

Температура детектора    180°С

Скорость потока газа-носителя (азота, ос.ч.)    30 мл/мин

Скорость движения диаграммной ленты    300 мм/час

Объем вводимой пробы    5 мкл

Время удерживания стирола    5 мин

Шкала электрометра    16 х Ю’^,2А

Измеряют высоты пиков стирола. Из двух параллельных замеров хроматографических пиков вычисляют его среднюю величину h,.

Для установления градуировочной характеристики сначала вычисляют среднее значение высоты пика (hep.), измеренное в пяти сериях для каждой концентрации раствора стирола по формуле:

±ь.

(3)

Затем определяют наклон градуировочного графика с помощью градуировочного коэффициента прибора, который вычисляют по формуле:

9

С

а, -*----,    где    (4)

he

а, - градуировочный коэффициент прибора по стиролу, мкг/мм; hep. - высота хроматографического пика стирола, мм;

С • содержание стирола в 1 см³ тетрахлорметана, мкг.

Таким образом получают 5 значении величины а„ а затем находят ее среднюю величину по формуле;

(5)

Градуировочный коэффициент прибора можно рассчитать метолом наименьших квадратов.

9. Отбор и подготовка проб

Условия приготовления вытяжек осуществляют в соответствии с Инструкцией по санитарно-химическому исследованию изделий изготовленных из полимерных и других синтетических материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами (№ 880-71), согласно которой модельными средами, имитирующими алкогольные напитки являются дистиллированная вола. 20%-и 40%-ные растворы водного спирта. Для приготовления вытяжек каждой модельной средой заливается по 2 пробы исследуемого образца материала. После соответствующей экспозиции сливаются полученные вытяжки одного вида модельной среды и отбираются по две пробы полученной усредненной вытяжки, объемы каждой из которых составляют 100 см⁵.

10. Выполнение измерений

При выполнении измерений концентраций стирола в вытяжках, иа основе водной и водно-спиртовых сред, из полимера выполняют следующие операции:

10.1. Обработку йытяжск, приготовленных по п. 9, и их подготовку к хроматографированию осуществляют по аналогии с градуировочными растворами (см. п.8.4.1.).

! 0.2. Анализ 5 мкл полученного тетрахлорметанового экстракта вытяжки, введенного в испаритель хроматографа, проводят в соответствии с п. 8.4.2. настоящей методики. Экстракт каждой пробы хроматографируют не менее двух раз. Измеряют высоты пиков на хроматограмме и рассчитывают их среднюю величину для каждой пробы аналогично п.

В случае, когда концентрация стирола в пробе превысит значение 0,03 мкг/см³, осуществляют разбавление аликвоты полученной пробы исходной молельной средой.

Для разбавления вытяжки в пять раз, 5 см³ исследуемой пробы пипетхой 2-5-2 переносят в мерную колбу 2 -25-2 и доводят объем раствора исходной модельной средой до метки, раствор перемешивают. Обработку полученного раствора вновь проводят по

Разбавление учитывают в формуле расчета