Polycyklické aromatické uhlovodíky

Polycyklické aromatické uhlovodíky

Metody měření znečišťujících látek v únicích do ovzduší

Stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH)

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) tvoří početný soubor analytů vznikajících nedokonalým spalováním paliv přírodními procesy i anthropogenním působením. Některé z PAH jsou významnou surovinou chemického průmyslu (výroba polymerů, barviv, léčiv, pryskyřic, detergentů, desinfekčních prostředků apod.).

Velikost souboru PAH, který se sleduje v odpadních plynech, je dán příslušnými právními předpisy. Výběr analytů se řídí především vlivem těchto látek na lidské zdraví, názory na význam jednotlivých členů tohoto souboru se ovšem dosti liší.

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) jsou velice komplikovaným souborem analytů a jejich analýza, především odběr vzorku, je značně obtížná. Hlavním zdrojem komplikací jsou jejich rozdílné vlastnosti, především tenze par, která například u naftalenu činí 1,1.10-2 kPa a u koronenu 2.10-13 kPa při 25°C. Obecně platí, že PAH s tenzí par přesahující 10-8 kPa se za podmínek odběru vzorku vyskytují v plynné i pevné fázi (tzn. sorpci na pevných částicích aerosolu). Metoda odběru vzorku proto musí zahrnovat všechny fáze sledovaného aerosolu. Významnou komplikací je dále skutečnost, že PAH sorbované na pevných částicích se v průběhu vzorkování i dalších úprav mohou desorbovat. Z toho důvodu nelze odděleně stanovit obsah těchto látek v plynné fázi a v pevné fázi sledované matrice. Správnost výsledků analýzy je dále ovlivňována kontaminací (vzorkovací trať, rozpouštědla, činidla, nádobí apod.), rozkladem PAH působením tepla, UV záření a některých dalších složek sledované matrice, např. NO2.

Manuální metody stanovení

Metody vzorkování a analýzy PAH jsou do jisté míry charakteristické pro všechny toxické organické sloučeniny vyskytující se v heterogenních formách v aerosolech. PAH jsou v reálných aerosolech přítomny obvykle ve dvou fázích. Část analytů je sorbována na tuhých částicích aerosolu a část je přítomna v plynné fázi. Distribuce analytu mezi tyto systémy je dána především teplotou a složením matrice. Podobně jako pro stanovení ostatních složek heterogenních systémů sestává analýza z několika základních kroků – vzorkování, izolace analytů, jejich zakoncetrování a vlastní analýza. Běžným postupem aplikovaným při analýze PAH i dalších organických analytů je ověření účinnosti záchytu použitím vzorkovacích standardů (tzv. spikováním).

Pro vzorkování lze použít některou ze tří základních typů metod (ISO 11338–1). Jedná se podobně jako v případě vzorkování PCDD/PCDF (ČSN EN 1948–1) o různé varianty:

  • metody filtračně-kondenzační
  • metody zřeďovací
  • metody kondenzační (s chlazenou sondou).

Příkladem metod je jedna z variant filtračně-kondenzační metody s vyhřívanou nebo chlazenou sondou uvedené na následujících obrázcích.

Při použití všech metod je vzorek aerosolu odebírán izokineticky odběrovou vyhřívanou sondou. Vzorkovací tratě všech uvedených typů musí být před použitím velmi pečlivě extrahovány acetonem tak, aby neobsahovaly stopu analytů. Na druhé straně po ukončení vzorkování musí být celý postup extrakce zopakován, tentokrát za účelem kvantitativního vyjmutí analytů. Získaný extrakt se dále zpracovává, zpravidla pomocí chromatografických separačních metod. Cílem tohoto postupu je maximální zjednodušení matrice, která je použita k vlastní analýze.

Pro stanovení vyšších hmotnostních koncentrací PAH v odpadních plynech se používá tuhého sorbentu Amberlite XAD-2 (styren-divinylbenzenový kopolymer). Ve spojení s filtrem ze skelných nebo křemenných vláken představuje rozumný kompromis mezi účinností záchytu a velikostí průtoku vzorkovaného aerosolu. Tento materiál se osvědčil především pro záchyt těkavých PAH jako je naftalen a anthracen, kde na rozdíl od PUF nedochází ke ztrátám ani při delším skladování exponovaných filtrů, přes značnou těkavost těchto sloučenin.

Působením UV záření může docházet k rozkladu a ztrátám jednotlivých PAH, proto jsou veškeré postupy zahrnující odběr, úpravu a analýzu vzorku prováděny tak, aby na zachycené vzorky PAH nebyly ovlivněny UV zářením.

Po uvolnění analytů z pevných sorbentů se používá řady rozdílných technik (ISO 11338–2) uvedených ve stručném přehledu:

  • termická desorpce analytů s bodem varu 60° až 300°C z organických polymerních sorbentů,
  • extrakce polymerních sorbentů, zvláště Amberlitu XAD-2, rozpouštědlem, pro sloučenin s bodem varu nad 150°C,
  • termická desorpce analytů s bodem varu do 70°C z uhlíkatých sorbentů při 350° až 400°C komplikovaná poněkud možnou degradací analytů a
  • extrakce kapalinou v nadkritickém stavu prováděna za nízké teploty na polymerních sorbentech typu Tenaxu, která navíc umožňuje selekci různých typů analytů připojeným zařízením pro kryogenní zakoncentrování.

V extraktu se zpravidla kromě analytů nacházejí rovněž další složky sledované matrice, které znesnadňují vlastní analýzu PAH. K odstranění těchto rušivých látek se používá nejčastěji sloupcové nebo gelové chromatografie. Při sloupcové chromatografii se používá silikagelu s větším zrněním (obvykle větším než 50 µm), kterým mobilní fáze protéká dostatečně rychle působením gravitace. Dělená směs v nepolárním rozpouštědle se nanáší na čelo kolony a nasycené a nenasycené uhlovodíky přítomné ve směsi se pak tímto rozpouštědlem postupně vymývají. Pro uvolnění PAH ze stacionární fáze se k elučnímu činidlu přidá podíl polárnějšího rozpouštědla. Polární složky dělené směsi zůstávají sorbovány trvale. Při izolaci PAH gelovou chromatografií se využívá interakce analytů se skeletem gelu, které způsobují, že PAH jsou eluovány až za pracovní oblastí gelu, zatímco většina ostatních látek je z pórů gelu vylučována dříve. Nejčastěji se pro tyto účely používá Sephadexu LH-20 a 2-propanolu anebo styren-divinylbenzenové gely s toluenem nebo tetrahydrofuranem jako mobilní fází. Výtěžnost separačního procesu se ověřuje použitím vhodného vnitřního standardu, např. dibromdifenylu nebo koronenu, kterým se obohacuje exponovaný filtr před extrakcí a dalším zpracováním.

Stanovení obsahu PAH se zpravidla provádí některou z chromatogra­fických metod (ISO 11338–2). Nejrozšířenější metodou je metoda plynové chromatografie, přestože je poněkud omezena vysokými body varu některých PAH (analytů s více jak 7 kondenzovanými benzenovými jádry). Analýza se provádí využitím kapilárních kolon se slabě polárními zakotvenými fázemi s hmotnostně selektivní detekcí s ionizací nárazem elektronu. Hmotnostní detektor obvykle pracuje v režimu SIM (single/selected ion monitoring) po počátečním skanu v režimu TIC (total ion current), jímž se v průběhu asi 1 s zaznamená celé spektrum iontů v rozsahu 35 až 500 hmotnostních jednotek. Hmotnostně spektrometrická detekce má oproti spojení GC-FID dvě výhody :

  • snižuje mez detekce asi o jeden řád, což znamená, že je možné zkrátit dobu odběru vzorku a tím snížit riziko ztrát analytu během vzorkování
  • vzhledem k selektivitě MS detektoru nedochází v podstatě k interferenci ostatních složek matrice a dalších PAH (hlavní nevýhodu detektoru FID).

Určitou nevýhodou metody GC-MS je skutečnost, že jí nelze příliš dobře rozlišovat jednotlivé isomery PAH. Při identifikaci jednotlivých analytů se používá metody tzv. isotopového zřeďování.

Na rozdíl od plynové chromatografie není kapalinová chromatografie omezena těkavostí PAH. K jejich separaci se používá LC s obrácenými fázemi. K detekci se používá téměř výlučně spektrometrických detektorů pracujících na principu spektrometrie v ultrafialové oblasti záření, kde většina PAH poskytuje dobře rozlišitelná absorpční spektra. S postupujícím snižováním meze detekce se přechází k detektorům fluorescenčním. Analýza PAH kapalinovou chromatografií vyžaduje rovněž použití vnitřního standardu pro určení výtěžnosti. K tomuto účelu se nejčastěji používá dekafluorbifenylu. Detekční limit metody GC-MS se pohybuje kolem 0,1 µg/m3 při odběru 250 litrů vzorku. Mez stanovitelnosti je ovlivněna charakterem analytu a činí například u naftalenu 0,1 µg/m3 a u koronenu 2 mg/m3 při odběru stejného množství. V případě použití metody LC-FS jsou tyto hodnotu minimálně o jeden řád nižší.

Pro manuální stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků v pracovním ovzduší se používá metody založené na odběru vzorku na membránovém filtru z PTFE doplněném sorpční trubicí naplněnou sorbentem XAD-2. Exponované filtry a sorbenty se extrahují acetonitrilem v ultrazvukové lázni. .PAH Následné stanovení se provádí kapalinovou chromatografií s obrácenými fázemi za použití spektrometrického detektoru snímajícího fluorescenční záření při 425 nm vznikajícího excitací analytu UV zářením o vlnové délce 254 nm (HPLC-UV) (NIOSH method 5506 1994).

Pro manuální stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků v pracovním ovzduší se používá rovněž metody založené na odběru vzorku na membránovém filtru z PTFE doplněném sorpční trubicí naplněnou XAD-2. Exponované filtry a sorbenty se extrahují acetonitrilem, benzenem, cyklohexanem a dichlormethanem v ultrazvukové lázni. Následné stanovení se provádí plynovou chromatografií pomocí plamenového ionizačního detektoru (FID) v rozmezí od 0,3 μg do 0,5 μg analytu na vzorek (NIOSH method 5515 1994).

Kromě uvedených metod lze pro stanovení těchto analytů použít i dalších chromatografických metod (Beernaert 1979), (Lee a kol. 1979), (Ramsey a kol. 1980), (Ardrey a Moffat 1981), (Tucminen a kol. 1986), (Naikwadi a kol. 1987), (Anderson a Weis 1994), (Williams a Horne 1995), (Oda a kol. 1996), (Zenkevich 1996), (Yasuhara a kol. 1997), (Zhang a kol. 1997), (Chen a kol. 1998), (Restek 1999), (Vreuls a kol. 1999), (Lacorte a kol. 2000), (Ré-Poppi a Santiago-Silva 2002).

Instrumentální on-line metody stanovení

Instrumentální metody stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků v odpadních plynech ze stacionárních zdrojů dosud nebyly vyvinuty.

Literatura

  • Andersson J.T. a Weis U.: Gas Chromatographic Determination of Polycyclic Aromatic Compounds with Fluorinated Analogues as Internal Standards, J. Chromatogr. A. 659(1994)151–161.
  • Ardrey R.E. a Moffat A.C.: Gas-liquid chromatographic retention indices of 1318 substances of toxicological interest on SE-30 or OV-1 stationary phase, J. Chromatogr. 220(1981)195–252.
  • Beernaert H.: Gas Chromatographic Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, J. Chromatogr. 173(1979)109–118.
  • Chen P.H., Keeran W.S., Van Ausdale W.A., Schindler D.R., Roberts D.W., Durlak S.K., Biswas P., Shi J. a Bernhard M.J.: Characterization of polycyclic aromatic hydrocarbon particulate and gaseous emissions from polystyrene combustion, Environ. Sci. Technol. 32(1998)2301–2307.
  • ISO 11338–1 Stationary source emissions – Determination of gas and particle-phase polycyclic aromatic hydrocarbons – Part 1: Sampling, ISO Geneve 2003.
  • ISO 11338–2 Stationary source emissions – Determination of gas and particle-phase polycyclic aromatic hydrocarbons – Part 2: Sample preparation, clean-up and determination, ISO Geneve 2003.
  • Lacorte S., Guiffard I., Fraisse D. a Barceló D.: Broad spectrum analysis of 109 priority compounds listed in the 76/464/CEE council directive using solid-phase extraction and GC/EI/MS, Anal. Chem. 72(2000)1430–1440.
  • Lee M.L., Vassilaros D.L., White C.M. a Novotny M.: Retention Indices for Programmed-Temperature Capillary-Column Gas Chromatography of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Anal. Chem. 51(1979)768–773.
  • Naikwadi K.P., Charbonneau G.M., Karasek F.W. a Clement, R.E.: Separation and Identification of Organic Compounds in Air Particulate Extracts by High-Performance Liquid Chromatography and Gas Chromatography-Mass Spectrometry, J. Chromatogr. 398(1987)227–237.
  • NIOSH method 5506, Polynuclear aromatic hydrocarbons by HPLC, Manual of Analytical Methods (NMAM), 4. vydání 1994.
  • NIOSH method 5515, Polynuclear aromatic hydrocarbons by GC, Manual of Analytical Methods (NMAM), 4. vydání 1994.
  • Oda J., Ichikawa S. a Mori T.: Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in airborne particulates by capillary GC/MS method with programmed temperature relative retention index, Bunseki Kagaku 45(1996)825–835.
  • Ramsay J.D., Lee T.D., Osselton M.D. a Moffat A.C.: Gas-liquid chromatographic retention indices of 296 non-drug substances on SE-30 or OV-1 likely to be encountered in toxicological analyses, J. Chromatogr. 184(1980)185–206.
  • Ré-Poppi N. a Santiago-Silva M.R.: Identification of polycyclic aromatic hydrocarbons and methoxylated phenols in wood smoke emitted during production of charcoal, Chromatographia 55(2002)475–481.
  • Restek, Restek International, 1999 Product Guide, 1(1999)578–591.
  • Tucminen A., Wickstrom K. a Pyysalo H.: Determination of Polycyclic Aromatic Compounds by GLC-Selected Ion Monitoring (SIM) Technique, J. Hi. Res. Chromatogr. & Chromatogr. Comm. (1986)469–471.
  • Vreuls R.J.J., Dallüge J. a Brinkman U.A.Th.: Gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry for sensitive determination of organic microcontaminants, J. Microcolumn Sep. 11(1999)663–675.
  • Williams P.T. a Horne P.A.: Analysis of aromatic hydrocarbons in pyrolytic oil derived from biomass, J. Anal. Appl. Pyrolysis 31(1995)15–37.
  • Yasuhara A., Shiraishi H., Nishikawa M., Yamamoto T., Uehiro T., Nakasugi O., Okumura T., Kenmotsu K., Fukui H., Nagase M., Ono Y., Kawagoshi Y., Baba K. a Noma Y.: Determination of organic components in leachates from hazardous waste disposal sites in Japan by gas chromatography-mass spectrometry, J. Chromatogr. A. 774(1997)321–332.
  • Zenkevich I.G.: Informational Maitenance of Gas Chromatographic Identification of Organic Compounds in Ecoanalytical Investigations, Z. Anal. Chem. 51(1996)1140–1148.
  • Zhang M., Chen B., Shen S. a Chen S.: Compositional studies of high-temperature coal tar by g.c.-FT-i.r. analysis of middle oil fractions, Fuel 76(1997)415–423.

Metody měření znečišťujících látek v únicích do vody

Stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU, PAH)

Samostatnou skupinu tvoří polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU, resp. PAH), které jsou typickými představiteli rezistentních organických prioritních polutantů (POP). Z nich přicházejí v úvahu např. (počet kondenzovaných jader je uveden v závorce) naftalen C10H8 (2), anthracen C14H10 (3), fenanthren C14H10 (3), acenaftylen C12H8 (3), acenaften C12H10 (3), fluoren C13H10 (3), fluoranthen C16H10 (4), pyren C16H10 (4), chrysen C18H12 (4), benz[a]anthracen C18H12 (4), benzo[a]pyren C20H12 (5), benzo[k]fluoranthen C18H10 (5) aj. Některé PAH mohou obsahovat i nearomatické jádro, např. acenaften, acenaftylen, fluoren, fluorantheny aj. Pokud se týká zkratky je tendence přecházet na mezinárodní anglickou zkratku PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons).

Jedná se o látky, které nevznikají z konkrétních chemických výrob. Z antropogenních zdrojů PAH představují největší podíl spalovací procesy, zvláště při nedokonalém spalování organické hmoty (spalování pevných a kapalných paliv, provoz motorových vozidel), některé průmyslové technologie (jako karbonizace uhlí, krakování ropy aj.). Dalším zdrojem mohou být lesní požáry, splachy z asfaltových povrchů vozovek, impregnace dřeva, dehtové nátěry aj. Uhlovodíky ze spalovacích procesů je kontaminována především atmosféra, odkud se suchou a mokrou depozicí dostávají do vody a půdy. Voda a půda jsou přímo kontaminovány z průmyslových odpadních vod, především při haváriích v důsledku technických závad a chyb obsluhy při dopravě, manipulaci a skladování ropy a ropných produktů.

Z vodohospodářského a hygienického hlediska je největší pozornost věnována pěti až šesti PAH: benzo[a]pyrenu, benzo[b]fluoran­thenu, benzo[k]fluoran­thenu, benzo[ghi]perylenu a indeno[1,2,3-cd]pyrenu a u některých druhů vod přichází v úvahu také fluoranthen.

K dispozici jsou následující normy pro stanovení PAH

  • ČSN EN ISO 17993 (75 7555) Jakost vod – Stanovení 15 polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) metodou HPLC s fluorescenční detekcí po extrakci kapalina-kapalina. Datum vydání: Srpen 2004.

Tato norma specifikuje stanovení 15 vybraných PAH vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC) s fluorescenční detekcí po extrakci kapalin-kapalina. Metoda je vhodná pro přírodní i užitkové vody a po určité obměně také k analýze odpadních vod. V pitných a podzemních vodách lze stanovit koncentrace PAH nad 0,005 µg/l a v povrchových vodách nad 0,01 µg/l. Podstatou zkoušky je extrakce PAH z vody hexanem. Extrakt se zkoncentruje odpařením a odparek se převede do rozpouštědla vhodného k analýze HPLC. Podle potřeby se extrakty čistí chromatograficky oxidem křemičitým. PAH se dělí HPLC na vhodné zakotvené fázi gradientovou elucí. Identifikují a stanoví se fluorescenční detekcí po naprogramování excitačních a emisních vlnových délek. Hodnota se uvádí na dvě platné číslice. U hmotnostních koncentrací pod 0,01 µg/l se výsledek zaokrouhluje na nejbližší 0,001 µg/l.

V přípravě je návrh normy

  • ISO/CD 28540 Water quality – Determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in water – Metod using gas chromatography with mass spectrometric detection (GC-MS). Návrh 2007. Zkratka CD znamená, že jde o návrh komise ISO („commitee draft“).

Metoda popisuje stanovení nejméně 16 PAH použitím plynové chromatografie s hmostnostne spektrometrickou detekcí ve všech druzích vod. V čistých vodách je použitelná pro hmotností koncentrace nad 0,005 µg/l a v v povrchových a odpadních vodách v koncentracích nad 0,01 µg/l. PAH se izolují z vody extrakcí hexanem. Extrakt se koncentruje odpařením a event. čistí na oxidu křemičitém. PAH jsou pak separovány kapilární plynovou chromatografí s vhodnou stacionární fází. Identifikace a kvantifikace se provádí hmotnostní spektrometrií. Výsledky se zaokrouhlují nejvýše na dvě platné číslice. Koncentrace pod 0,01 µg/l se zaokrouhlují na nejbližší tisícinu µg/l.

Pro úplnost je nutné uvést, že existuje také norma pro stanovení PAU v kalech a sedimentech

  • TNV 75 8055 Charakterizace kalů – Stanovení vybraných polycyklických aromatických uhlvodíků metodou HPLC s fluorescenční detekcí. (Datum vydání: Prosinec 2003).

Princip stanovení je uveden v názvu. Lze stanovit PAH v koncentracích asi od 0,05 mg/kg sušiny čistírenského kalu nebo sedimentu. Lze stanovit 15 PAU. Výsledky se vyjadřují v mg/kg s přesností na dvě platné číslice.

  • Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Vydání 21. APHA, AWWA a WEF, Washington 2005.

V amerických standardních metodách jsou uvedeny obdobné postupy uvedené výše. Jde o vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii (HPLC) s UV a fluorescenční detekcí a dále o plynovou chromatografii s plamenovou ionizační detekcí. Méně citlivá je plynová chromatografie s hmotnostně spektrometrickou detekcí. Metoda kapalinové chromatografie je použitelná i pro městské a průmyslové odpadní vody. Počáteční extrakce se provádí dichlormethanem. Extrakt se suší, koncentruje a PAH se separují kapalinou nebo plynovou chromatografií. Odstranění některých rušivých látek se provádí na silikagelu. U metody s HPLC bylo možné separovat 19 PAH s mezí detekce od 0,013 µg/l do 2,3 µg/l. U metody s GC bylo možné separovat 16 PA, avšak meze se pohybovaly od jednotek do desítek µg/l.

Pro toto stanovení je k dispozici také norma U.S. EPA

  • U.S. EPA 1654 PAH Content of Oil by High Performance Liquid Chromatography/UV

Zdroje informací

  • ČSN EN ISO 17993 (75 7555) Jakost vod – Stanovení 15 polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) metodou HPLC s fluorescenční detekcí po extrakci kapalina-kapalina. ČNI Praha 2004.
  • ISO/CD 28540 Water quality – Determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in water – Metod using gas chromatography with mass spectrometric detection (GC). ISO Geneve 2007.
  • TNV 75 8055 Charakterizace kalů – Stanovení vybraných polycyklických aromatických uhlvodíků metodou HPLC s fluorescenční detekcí. Hydroprojekt Praha 2003.
  • Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Vydání 21. APHA, AWWA a WEF, Washington 2005.
  • U.S. EPA 1654 PAH Content of Oil by High Performance Liquid Chromatography/UV

Metody EPA jsou dostupné na CD: EPA Methods and Guidance For Analysis of Water CD-ROM Version 2.0 United States Environmental Protection Agency Office of Water Washington, D.C 20460

Metody měření znečišťujících látek v únicích do půdy

Do půd se PAU dostávají zejména depozicí z kontaminovaného ovzduší. V půdách se sorbují na půdní částice, zejména zástupci s vyšší molekulovou hmotností. Ve vyhlášce o ochraně zemědělského půdního fondu č. 13/1994 Sb. je limitován pouze obsah anatracenu, benzo(a)antracenu, benzo(a)pyrenu, fenantrenu, fluorantenu, chrysenu a naftalenu samostatně a jako suma 1 mg/kg sušiny. Obsah PAU (12 analytů) je také limitován v odpadech používaných pro povrchovou úpravu terénu podle vyhlášky č. 294/2005 Sb. (6 mg/kg sušiny).

Standardizované metody stanovení

Obecný princip stanovení PAU v půdách spočívá v extrakci vzorku půdy, zeminy vhodným rozpouštědlem nebo směsí rozpouštědel, získaný extrakt je po přečištění, např. gelovou permeační chromatografií a adsorpční chromatografii na Florisilu nebo na silikagelu modifikovaném H2SO4 analyzován metodou plynové chromatografie s plamenoionizačním detektorem, s hmotnostním detektorem nebo vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC). Naftalen může být stanoven postupy vhodnými pro BTEX.

  • ISO 14507:2003 Soil quality – Pretreatment of samples for determination of organic contaminants

ISO 14507:2003 specifikuje tři metody pro úpravu vzorků půd v laboratořích před stanovením organických kontaminujících látek:

  1. Jestliže mají být analyzovány těkavé organické látky,
  2. Jestliže mají být analyzovány polotěkavé až netěkavé organické látky za předpokladu, že výsledek následující analýzy musí být přesný a reprodukovatelný a jestliže vzorek obsahuje částice větší než 2 mm a organické látky jsou heterogenně ve vzorku distribuovány,
  3. Jestliže mají být analyzovány organické netěkavé látky, a extrakční metody vyžadují vlhký vzorek nebo je velikost největších částic vzorku menší než 2 mm a organické látky jsou ve vzorku homogenně distribuovány.

Tento postup je aplikovatelný, jestliže je přípustná snížená přesnost a opakovatelnost.

  • ISO 18287:2006 Soil quality – Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Gas chromatographic method with mass spectrometric detection (GC-MS)

ISO 18287:2006 popisuje kvantitativní stanovení 16 PAU (zmíněných výše), které jsou na seznamu prioritních PAU podle U.S. EPA (U.S. EPA, 1982). Je použitelná pro všechny typy půd (vlhkých nebo chemicky vysušených vzorků) s širokým rozmezím koncentrací PAU. Při dodržení podmínek specifikovaných v ISO 18287:2006 může být dosažen detekční limit 0,01 mg/kg (vyjádřeno na sušinu vzorku) pro každého individuálního zástupce PAU.

  • ISO 13877:1998 Soil quality – Determination of polynuclear aromatic hydrocarbons. Method using high-performance liquid chromatography

Podobně jako v případě ISO 18287:2006 je touto metodou analyzováno 16 prioritních PAU podle seznamu prioritních PAU U.S. EPA. Postup popisuje dvě metody pro kvantitativní stanovení s využitím vysokoúčinné kapalinové chromatografie HPLC.

  • ISO 22892:2006 Soil quality – Guidelines for the identification of target compounds by gas chromatography and mass spectrometry
  • Draft metody BT/TF151 WI CSS99015:2007 Soils, sludges and treated bio-waste. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Method by gas chromatography (GC) and high performance liquid chromatography (HPLC)

Metoda popisuje kvantitativní stanovení 16 polycyklických aromatických uhlovodíků v půdách, kalech, sedimentech, v suspendovaných částicích a bioodpadech za použití metody plynové chromatografie s hmotnostní detekcí (GC/MS) a kapalinové chromatografie se spektrometrickou a fluorescenční detekcí (HPLC/UV/DAD/FD) v širokém koncentračním rozmezí. Je-li použita pouze metoda HPLC/FD, není detekován acenaftylen. Detekční limit je dán použitým zařízením a kvalitou chemikálií použitých pro extrakci vzorků a vyčištění extraktů. Obecně by mělo být dosaženo limitu 0,01 mg/kg (v sušině) pro každého PAU zástupce. Metoda popisuje vzorkování, které by mělo být v souladu s CSS99031–32 a 99057–60 a následné uchování vzorků, dále popisuje použití vnitřních standardů pro obě metody, extrakční metody pro extrakci PAU ze vzorků – vytřepání do rozpouštědel, Soxhletovou nebo kapalinovou extrakci za zvýšeného tlaku, použití vhodných rozpouštědel nebo jejich směsí (aceton/petro­lether, toluen). Metoda extrakce se volí s ohledem na obsah vlhkosti ve vzorku. V případě potřeby je nutné přečištění extraktu, čištění se provádí sloupcovou chromatografii na Al2O3, silikagelu nebo gelovou permeační chromatografií, případně směsí dimethylformamidu (DMF) a cyklohexanu. V poslední jmenovaná metoda vyčištění je použitelná pro vzorky s vysokým obsahem alifatických uhlovodíků. Alikvót extraktu je převeden do směsi DMF/voda a uhlovodíky jsou odstraněny vytřepáním do cyklohexanu. V případě HPLC je nutná před vlastní chromatografickou analýzou výměna rozpouštědla za rozpouštědlo vhodné pro HPLC separaci (acetonitril). GC/MS analýza se provádí v SIM/SIR modu.

  • DIN ISO 13877 Bodenbes­chaffenheit – Bestimmung von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen – Hochleistungs-Flüssigkeitschro­matographie (HPLC) Verfahren (ISO 13877:1998)
  • TNV 75 8055 Charakterizace kalů. Stanovení vybraných polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) metodou HPLC s fluorescenční detekcí
  • U.S. EPA Method 8000C Determinative Chromatographic Separations

Tato metoda není metodou pro stanovení jednotlivých analytů, ale je návodem pro analytickou chromatografií, popisuje požadavky na kalibraci a kontrolu kvality chromatografických metod. Určuje možnosti využití vnitřní kalibrace pomocí izotopicky značených standardů nebo bromovaných či fluorovaných analogů stanovovaných látek atd.

  • U.S. EPA 8100 Polynuclear aromatic hydrocarbons

Metoda popisuje použití chromatografických podmínek pro stanovení PAU metodou plynové chromatografie s plamenoionizačním nebo hmotnostním detektorem. Pevné vzorky jsou extrahovány dichlormethanem za použití metod U.S. EPA Methods 3540, 3550. Extrakt je zakoncentrován na 1 ml. Případné přečištění extraktu se provádí metodou U.S. EPA Method 3630 přečištěním na sloupci silikagelu.

  • U.S. EPA Method 8270D Semivolatile organic compounds by gas chromatography/Mass spectrometry (GC/MS)

Metoda je určena pro stanovení polotěkavých organických látek z extraktů z různých environmentálních matric včetně půd. Vhodným extrakčními metodami pro půdy jsou metody U.S. EPA Methods 3540, 3541, 3545, 3546, 3550, 3560, 3561. Extrakty jsou v případě potřeby přečištěny vhodným čistícím postupem a přečištěné extrakty jsou analyzovány metodou plynové chromatografie s hmotnostní detekcí. Hmotnostní detektor musí být schopen provést scan v rozmezí 35 – 500 amu za 1 sekundu nebo rychleji, ionizační technikou je elektronová ionizace. Hmotnostním analyzátorem může být iontová past nebo kvadrupólový analyzátor. Pro vyhodnocování se používají izotopicky značené vnitřní standardy, např. naftalen-d8, 1,4-dichlorbenzen-d4 apod. Jako čistící metodu lze použít U.S. EPA Methods 3610, 3620, 3630, 3640, 3660. Vyčištěný extrakt je analyzován. Podmínky GC/MS analýzy musí splňovat určitá kritéria, která jsou detailně popsána v metodě. Metoda však není vhodná pro kvantifikaci multikomponentních látek.

  • U.S. EPA 8275A Semivolatile Organic Compounds (PAHs and PCBs) in Soils/Sludges and Solid Wastes Using Thermal Extraction/Gas Chromatography/Mass Spectrometry (TE/GC/MS)

Metoda popisuje postup stanovení PAU a PCB za použití termální desorpce ve spojení s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí. Jedná se o rychlé kvantitativní stanovení těchto látek v půdách, kalech a sedimentech. Kvantifikační limit metody pro individuální zástupce PAU je 1 mg/kg a 0,2 mg/kg vztaženo na sušinu vzorku půdy. Může být však snížen použitím vhodného rozmezí kalibrační křivky nebo úpravou navážky vzorku použité pro extrakci.

  • U.S. EPA 8310 Polynuclear aromatic hydrocarbons

Metoda popisuje stanovení PAU metodou vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) s UV/VIS a fluorescenčním detektorem. Vzorek musí být extrahován vhodnou metodou (U.S. EPA Methods 3540, 3550) a extrakt musí být případně přečištěn na sloupci silikagelu (U.S. EPA Method 3630).

  • U.S. EPA Method 8410 Gas Chromatography­/Fourier transform infrared (GC/FT-IR) spectrometry for semivolatile organics: capillary column

Metoda je použitelná pro polotěkavé organické látky v odpadních materiálech, půdách a sedimentech. Stanovení se provádí plynovou chromatografií s detekcí analytů infračervenou spektrometrií a Fourierovou transformací (GC/FT-IR). Je vhodným doplňkem pro analýzu plynovou chromatografií s hmotnostní detekcí GC/MS, např. pro rozlišení izomerů, které nejsou GC/MS dobře separovány. Analyty jsou extrahovány z půd použitím U.S. EPA Methods 3540, 3541, 3550. Pro přečištění extraktů může být použita metoda U.S. EPA Method 3640.

Extrakční metody

  • ASTM D5369 – 93(2008)e1 ASTM D5369 – 93(2008)e1 Standard Practice for Extraction of Solid Waste Samples for Chemical Analysis Using Soxhlet Extraction

Je obecnou metodou pro extrakci organických látek z půd, sedimentů, kalů a jemnozrnných odpadů pomocí rozpouštědel. Metoda se používá pro určení celkového extrahovatelného obsahu (TSEC) – Soxhletova extrakce se uplatňuje hlavně při analýzách směsí (půdy/odpady), které vytváří emulze při přímém použití rozpouštědel. Pro organochlorové insekticidy se používá směs aceton/hexan (1:1).

  • U.S. EPA Method 3540 Soxhlet extraction

Extrakční metoda je vhodná pro extrakci netěkavých a polotěkavých analytů z pevných vzorků jako jsou půdy, odpady a kaly. Při extrakci je vzorek v těsném kontaktu s extrahujícím rozpouštědlem. Vzorek je smíchán s bezvodým síranem sodným a vložen do extrakční patrony, a dále extrahován v Soxhletově aparatuře vhodným rozpouštědlem. Extrakt je vysušen, zakoncentrován a připraven k dalšímu použití buď k přečištění, nebo přímé analýze.

  • U.S. EPA Method 3541 Automatic Soxhlet extraction

Podobně jako v předchozím v případě se jedná o metodu vhodnou k extrakci netěkavých a polotěkavých látek z pevných vzorků, včetně půdních vzorků. Metoda využívá komerčně dostupné zařízení. Extrakce analytů je rychlejší ve srovnání s klasickou Soxhletovou metodou. Odlišnost spočívá mimo jiné v tom, že na počátku extrakce je vzorek v patroně umístěn do vařícího rozpouštědla, po určité době je vzorek vytažen nad hladinu rozpouštědla a je promýván kondenzujícím rozpouštědlem, které s sebou unáší extrahované analyty. Po extrakci je rozpouštědlo odpařeno na požadované množství a extrakt je použit k analýze.

  • U.S. EPA Method 3545 Pressurized fluid extraction – zrychlená automatická extrakce

Metoda se používá pro extrakci ve vodě nerozpustných nebo velmi málo rozpustných organických látek z půd, sedimentů, kalů a odpadních materiálů. Extrakce probíhá za vyšších teplot (100 – 180 °C) a vyšších tlaků (1 500 – 2 000 psi). Zvýšená teplota i tlak během extrakce umožňují provést extrakci při nižší spotřebě rozpouštědla a za kratší dobu než klasická Soxhletova extrakce. Vzorek je po úpravě vložen do extrakční cely, která je zahřátá na požadovanou teplotu a v systému je zvýšen tlak. Analyty jsou vyextrahovány během 5 – 10 min. Výběr rozpouštědla je důležitý s ohledem na vlastnosti extrahovaných složek.

  • U.S. EPA Method 3546 Microwave extraction

Metoda se používá pro extrakci ve vodě nerozpustných nebo velmi málo rozpustných organických látek z půd, sedimentů, kalů a odpadních materiálů. Extrakce probíhá v komerčně dostupných zařízeních. Zařízení využívá mikrovlnného záření k ohřevu vzorku na vyšší teplotu (100 – 115 °C), a zároveň ke zvýšení tlaku v uzavřeném systému (50 – 175 psi), který obsahuje vzorek a vhodné rozpouštědlo. Spotřeba rozpouštědla při mikrovlnné extrakci je nižší a extrakce probíhá rychleji než v případě klasické Soxhletovy extrakce.

  • U.S. EPA Method 3550C Ultrasonic extraction

Extrakce ultrazvukem se používá pro extrakci netěkavých a polotěkavých analytů z pevných vzorků, včetně půdních vzorků. V případě nízkých obsahů extrahovaných látek se používá pro extrakci vyšší množství vzorku a extrakce rozpouštědlem se opakuje třikrát po sobě, při vysokých koncentracích analytů se použije menší množství vzorku a extrakce probíhá pouze jednou. Extrakt je vhodné před vlastní analýzou přečistit. Metoda není tak účinná jako ostatní extrakční metody.

  • U.S. EPA Method 3561 Supercritical Fluid Extraction of Polynuclear Aromatic Hydrocarbons

Metoda popisuje použití SFE pro extrakci PAU z půd, sedimentů, popílků a jiných pevných matric. Metoda je rozdělena do tří kroků, aby bylo dosaženo co nejvyšší výtěžnosti i pro těkavější zástupce PAU (naftalen). Pro extrakci je využíván CO2 v nadkritickém stavu. V prvním kroku jsou extrahovány těkavější zástupci PAU za použití čistého CO2 při mírně nižší hustotě a teplotě a se studeným záchytem. V druhém kroku jsou méně těkavé PAU extrahovány směsí CO2, vody a methanolu za vyšší teploty, vyšší hustoty extrakční směsi a vyšší teploty záchytu. Ve třetím kroku je použit čistý CO2 pro pročištění systému před odtlakováním. Všechny tři získané frakce jsou před chromatografickou analýzou spojeny. Analýza může být provedena metodou HPLC, GC/FID nebo GC/MS.

  • U.S. EPA Method 3570 Microscale Solvent Extraction (MSE)

Metoda popisuje extrakci těkavých, ale i polotěkavých a netěkavých organických látek z půd, kalů a odpadů. Tento postup minimalizuje množství vzorku potřebného k analýze a použitých rozpouštědel, čímž jsou snižovány ekonomické náklady, negativní dopady na zdraví a množství odpadů. Vzorky jsou extrahovány protřepáním s rozpouštědlem v uzavřených extrakčních zkumavkách. Ztráty těkavých organických látek jsou minimalizovány dodržením opatrné manipulace se vzorkem, rozpouštědlem, při sušení a spikování extraktu. Extrakty jsou vysušeny a zakoncentrovány modifikovanou Kudrna-Danishovou metodou, kdy je zvýšen počet teoretických pater a snížena teplota destilace. Tato modifikace minimalizuje ztráty těkavých organických látek. Při extrakci těkavých organických látek musí být pevné vzorky chlazeny, takže jsou umístěny v chladicích nádobách obloženy ledem nebo jiným chladicím médiem. Vzorky nemají být před zpracováním homogenizovány.

Metody přečištění

  • U.S. EPA Method 3600 Cleanup

Metoda je obecným souhrnem čisticích metod používaných pro přečištění extraktů, na principu adsorpce (adsorpce na Florisil, silikagel nebo Al2O3), velikosti molekul (gelová permeační chromatografie), acidobazické extrakce a oxidačně-redukčních metod (odstranění molekulové síry, nebo čištění kyselinou sírovou a manganistanem draselným).

  • U.S. EPA Method 3610 Alumina Cleanup

Alumina je porézní a granulární forma Al2O3, pro chromatografické čištění je dostupná ve formě kyselé, neutrální a bazické. Používá se pro separaci látek různé polarity nebo pro odstranění interferujících složek z extraktu. Bazická alumina má pH v oblasti 9 – 10, používá se pro odstranění neutrálních a bazických interferujících látek – alkoholů, alkanů, steroidů, alkaloidů, přírodních pigmentů. Neutrální alumina má pH v oblasti 6 – 8, používá se k odstranění aldehydů, ketonů, chinonů, esterů, laktonů, glykosidů. Kyselá alumina má pH v oblasti 4 – 5 a používá se k odstranění lipidických pigmentů a silných kyselin, které by mohly podléhat chemisorpci na bazickém sorbentu. Kyselá alumina se v této metodě nepoužívá.

  • U.S. EPA Method 3620 Florisil Cleanup

Čištění na Florisilu se provádí klasickou sloupcovou chromatografií nebo extrakcí na pevné fázi s kolonkami naplněnými Florisilem. Florisil musí být v případě organochlorovaných uhlovodíku aktivován zahřátím na teplotu 130 °C po dobu minimálně přes noc. Elučním rozpouštědlem může být v případě hexachlorcyklo­hexanu hexan, diethylether a směs diethylether/hexan.

  • U.S. EPA Method 3630C Silica Gel Cleanup

Silikagel je adsorbent, který má slabě kyselé vlastnosti, může být používán v sloupcové chromatografii pro separaci interferujících látek od sledovaných analytů, případně pro separaci látek různé polarity. Může být aktivován (zahřátím na teplotu 150 – 160 °C) nebo deaktivován přídavkem 10 % vody. Metoda je vhodná pro čištění extraktů pro analýzu polycyklických aromatických uhlovodíků, PCB, derivatizovaných fenolů, organochlorovaných pesticidů. Silikagel může být rovněž náplní kolonek pro extrakci na pevné fázi. Extrakčním činidlem v případě organochlorovaných pesticidů musí být hexan.

  • U.S. EPA Method 3640 Gel-Permeation Cleanup

Gelová permeační chromatografie je metodou pro čištění extraktu založenou na sítovém efektu. Používá organická rozpouštědla a hydrofóbní gely k separaci látek na základě velikostí jejich molekul. Hydrofóbní gel je porézní divinylbenzen-styrenový kopolymer. Metoda se používá pro odstranění lipidů, bílkovin, polymerních sloučenin, přírodních pryskyřic a polymerních sloučenin a jiných vysokomolekulárních látek z extraktů. Nabobtnalý gel je naplněn v koloně a po nanesení extraktu je promýván vhodným rozpouštědlem. Získaný přečištěný extrakt je dále zakoncentrován a použit k analýze chromatografickou metodou.

  • U.S. EPA Method 3660B Sulfur Cleanup

Elementární síra se vyskytuje převážně v sedimentech a průmyslových odpadech. V rozpouštědlech se rozpouští podobně jako některé organochlorované a organofosforové pesticidy, takže společně s těmito látkami prochází všemi kroky úpravy vzorku – extrakcí a čištěním. Její přítomnost v extraktu se projevuje negativně při chromatografické analýze. Elementární síra se odstraňuje přidáním práškové mědi nebo siřičitanu tetrabutylammon­ného.

Nestandardizované metody stanovení

  • Margesin R., Schinner F. (2005): Manual of soil analsysis. Monitoring and assessing of soil bioremediation. Springer – Verlag Berlin Heideleberg. ISSN 1613–3382

Kniha uvádí přehled principů stanovení PAU v půdách s odkazy na standardizované postupy i výběr hlavních nestandardizovaných metod.