Toxafen

Toxafen

Číslo CAS – 8001–35–2

Metody měření znečišťujících látek v únicích do ovzduší

Stanovení toxafenu

Toxafen je název kdysi používaného organochlorového insekticidu, který se již řadu let ve vyspělých zemích nevyrábí a nepoužívá. V České republice ani v bývalém Československu nebyl nikdy vyráběn ani používán. Jedná se přitom o směs polychlorovaných (s asi 68 % chloru) bicyklických terpenů, jejichž chemická struktura zatím nebyla objasněna, protože technický produkt může být rozdělen na nejméně 670 jednotlivých derivátů. Jeho výskyt v odpadních plynech nelze předpokládat s výjimkou odpadních plynů vznikajících při spalování odpadu. S ohledem na své fyzikální vlastnosti (teplota bodu tání v rozmezí 60°C až 90°C) je jeho výskyt spojen především s pevnými aerosolovými částicemi.

Manuální metody stanovení

Pro manuální stanovení toxafenu v pracovním ovzduší se používá metody založené na odběru vzorku aerosolových částic na membránovém filtru z esterifikované celulózy. Po extrakci exponovaného filtru petroletherem se pro stanovení toxafenu používá plynové chromatografie s polární stacionární fází pomocí detektoru elektronového záchytu (ECD) v rozmezí od 0,7 μg do 14 μg analytu na vzorek (NIOSH method 5039 1994).

Instrumentální on-line metody stanovení

Instrumentální metody stanovení toxafenu dosud nebyly vyvinuty.

Normované metody stanovení

Pro stanovení toxafenu v odpadních plynech ze stacionárních zdrojů neexistují normované metody stanovení.

Literatura

  • NIOSH method 5039, Chlorinated camphene, Manual of Analytical Methods (NMAM), 4. vydání 1994.

Metody měření znečišťujících látek v únicích do vody

Stanovení toxafenu

Toxafen (toxaphene) je organochlorový insekticid. Chemicky jde o chlorovaný terpenický uhlovodík kamfen. Mezi synonyma patří např.názvy polychlorkamfen, chlorkamfen aj, Je směsí mnoha chlorderivátů, z nichž dominuje látka osahující 8 atomů chloru. Sumární vzorec se udává C10H10Cl8. Ve většině zemí byla jeho aplikace zakázána.

Norma ČSN, EN a ISO jmenovitě pro stanovení toxafenu není k dispozici. Lze však použít postupy, které se používají pro stanovení ostatních polycyklických chlorovaných cyklodienů.

Jmenovitě je stanovení toxafenu uvedeno jednak v amerických standardních metodách a jednak v metodách EPA:

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

Toxafen se stanovuje po extrakci methylenchloridem plynovou chromatografií s hmotnostně spektrometrickou detekcí. Mez detekce není uvedena, protože jde o směs mnoha izomerů.. Kromě toho lze toxafen stanovit obdobným způsobem po extrakci dichlormethanem s následující reextrakcí hexanem a pak plynovou chromatografií s detektorem elektronového záchytu. Mezi detekce se v tomto případě udává hodnotou 0,014 µg/l.

  • EPA Methods – Methods for organic chemical analysis of municipal and industrial wastewater. Method 608 – Organochlorine pesticides and PCBS. Method 625 – Base/neutrals and acids.

Metody jsou analogické výše uvedeným americkým standardním metodám. V úvahu přichází i čištění extraktu adsorpcí na Florisilu. Identifikace se provádí metodou vnějšího nebo vnitřního standardu. Výsledky se udávají v µg/l. Mez detekce je pro toxafen 0,24 µg/l.

V úvahu přicházejí ještě metody

  • U.S. EPA 617 The Determination of Organohalide Pesticides and PCBs in Municipal and Industrial Wastewater
  • U.S. EPA 1656 The Determination of Organohalide Pesticides in Municipal and Industrial Wastewater

Zdroje informací

  • Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Vydání 21. APHA, AWWA a WEF, Washington 2005.
  • U.S. EPA 608 – Organochlorine pesticides and PCBS.
  • U.S.EPA 625 – Base/neutrals and acids.
  • U.S. EPA 617 The Determination of Organohalide Pesticides and PCBs in Municipal and Industrial Wastewater
  • U.S. EPA 1656 The Determination of Organohalide Pesticides in Municipal and Industrial Wastewater

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

V půdním prostředí má silnou schopnost adsorpce na půdní částice ve svrchní vrstvě půdy do 20 cm. V redukčním prostředí za přítomnosti Fe2+ dochází k dechloraci. Jeho mobilita do podzemních vod je nevýznamná.

Standardizované metody

Obecný princip stanovení toxafenu v půdách spočívá v extrakci vzorku půdy, zeminy vhodným rozpouštědlem nebo směsí rozpouštědel, získaný extrakt je po přečištění, např. gelovou permeační chromatografií a adsorpční chromatografií na Florisilu nebo na silikagelu modifikovaném H2SO4 analyzován metodou plynové chromatografie s detektorem elektronového záchytu nebo metodou plynové chromatografie s hmotnostním detektorem. Pro identifikaci se používají vybrané kongenery.

  • ISO 10382:2002 Soil quality – Determination of organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls. Gas – chromatographic method with electron capture detection

Metoda popisuje kvantitativní stanovení sedmi polychlorovaných bifenylů a sedmnácti organochlorovaných pesticidů v půdách. Je použitelná pro všechny typy půd. Vzorek je extrahován směsí aceton/petrolether, extrakt je přečištěn sloupcovou chromatografií (Al2O3) a stanoven metodou GC – ECD nebo GC – MS. V případě použití ECD je vhodné použít jinou GC (dvourozměrnou) metodu pro konfirmaci.

  • U.S. EPA Method 1656 Gas chromatography of organo – halide pesticides

Metoda je určena pro stanovení organohalidových pesticidů a dalších vyjmenovaných látek ve vodách, kalech, sedimentech a půdách. V případě, že vzorek kalu obsahuje > 30 % sušiny, je připraven extrakt obsahující pouze 1 % sušiny. Vzorky půd jsou extrahovány acetonitrilem a methylen chloridem metodou U.S. EPA 3350 (extrakce ultrazvukem) nebo superkritickou fluidní extrakcí (metoda U.S. EPA 3562). Extrakt je zpětně extrahován 2% Na2SO4, aby se odstranily vodorozpustné interferující látky. Dále je přečištěn metodami U.S. EPA 3610, 3620 a 3640. Identifikace polutantů se provádí porovnáním retenčních časů.

  • U.S. EPA Method 8000C Determinative Chromatographic Separations

Tato metoda není metodou pro stanovení jednotlivých analytů, ale je návodem pro analytickou chromatografii, 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 Method 8081B Organochlorine Pesticides by Gas Chromatography (and ECD)

Metoda je použitelná pro řadu organochlorovaných pesticidů v kapalných a pevných matricích (aldrin, izomery HCH, chlornan, DDT a jeho metabolity, heptachlor a heptachlorepoxid, toxafen atd.). Vzorek je extrahován vhodnou extrakční technikou s použitím směsi rozpouštědel hexan:aceton (1:1) nebo dichlormethan:a­ceton (1:1). Pro extrakci organochlorovaných látek je možné využít Soxhletovou extrakci (U.S. EPA Method 3540), automatizovanou Soxhletovou extrakci (U.S. EPA 3541), zrychlenou tlakovou extrakci rozpouštědlem (U.S. EPA 3545), mikrovlnnou extrakci (U.S. EPA 3546), extrakci ultrazvukem (U.S. EPA 3550), extrakci tekutinou v superkritickém stavu (U.S. EPA 3562), případně jinou vhodnou extrakční metodu a rozpouštědlo. Následujícím krokem je přečištění extraktu. Výběr způsobu čištění je dán typem matrice vzorku a sloučeninou, která je stanovována. Doporučeny jsou čistící techniky sloupcovou chromatografií s použitím sorbentu na bázi aluminy (U.S. EPA Method 3610), Florisilu (U.S. EPA Method 3620), silikagelu (U.S. EPA Method 3630), použití gelové permeační chromatografie (U.S. EPA Method 3640), nebo metody pro odstranění molekulové síry (U.S. EPA Method 3660). Pro extrakci i čištění lze použít řadu rozpouštědel, např. n-hexan, dichlormethan, aceton, diethylether, ethylacetát, isooktan, před analýzou musí být vyměněny za n-hexan nebo isooktan. Nežádoucí interferencí je přítomnost ftalátů, molekulové síry, organofosforových pesticidů, PCB a koelujících chlorfenolů. Extrakt je analyzován plynovou chromatografií s detektorem elektronového záchytu (GC – ECD) nebo s detektorem GC – ELCD, vybavených buď jednou kapilární kolonou (DB – 5 nebo ekvivalentní, o vnitřním průměru 0,25; 0,32; 0,53 mm nebo dvěma kolonami se stacionárními fázemi různé polarity (např. DB – 608 nebo ekvivalentní a DB – 1701 nebo ekvivalentní, obě o délce 30 m a průměru 0,53 mm, nebo DB – 5 a DB 1701 a jejich ekvivalenty). Vhodná je také metoda plynové chromatografie s hmotnostním detektorem (GC – MS), je-li však koncentrace analytu pod 1 ng/μl, je nutné použít selektivnější hmotnostní detektor. Pro konfirmaci analytu je možné použít také metodu GC – AED (U.S. EPA Method 8085), je-li dostatečná koncentrace stanovovaného analytu.

  • U. S. EPA Method 8085 Compound – independent elemental quantitation of pesticides by gas chromatography with atomic emission detection (GC – AED)

Tato metoda je vhodná pro stanovení polotěkavých organochlorovaných, organofosforových, pesticidů a pesticidů obsahujících organický dusík a síru. Metoda využívá atomový emisní detektor, který se používá pro organické látky obsahující heteroatom ve své molekule. Metoda může být použita pro screeningovou analýzu vzorků, u kterých se předpokládá přítomnost organických sloučenin obsahujících heteroatom. Vzorek je extrahován směsí rozpouštědel aceton:hexan (1:1) nebo dichlormethan:a­ceton (1:1). Pro extrakci organochlorovaných látek je možné využít Soxhletovou extrakci (U.S. EPA Method 3540), automatizovanou Soxhletovou extrakci (U.S. EPA Method 3541), zrychlenou tlakovou extrakci rozpouštědlem (U.S. EPA Method 3545), mikrovlnnou extrakci (U.S. EPA Method 3546), extrakci ultrazvukem (U.S. EPA Method 3550), extrakci tekutinou v superkritickém stavu (U.S. EPA Method 3562), případně jinou vhodnou extrakční metodu a rozpouštědlo. V případě potřeby je nutno vzorek přečistit použitím vhodné čistící metody. Výběr způsobu čištění je dán typem matrice vzorku a sloučeninou, která je stanovována. Doporučeny jsou čisticí techniky sloupcovou chromatografií s použitím sorbentu na bázi aluminy (U.S. EPA Method 3610), Florisilu (U.S. EPA Method 3620), silikagelu (U.S. EPA Method 3630), použití gelové permeační chromatografie (U.S. EPA Method 3640), nebo metody pro odstranění molekulové síry (U.S. EPA Method 3660). Pro extrakci i čištění lze použít řadu rozpouštědel, např. n-hexan, dichlormethan, aceton, diethylether, ethylacetát, isooktan, před analýzou musí být vyměněny za isooktan. Extrakt je injektován do plynového chromatografu s atomovým emisním detektorem. Atomový emisní detektor používá helium v plazmatickém stavu, které je indukováno mikrovlnným zářením. Teplota v detektoru je působením plazmatického helia tak vysoká, že dochází ke štěpení vazeb analytů vstupujících do detektoru z chromatografu. U vznikajících volných atomů dochází k excitaci elektronů a jejich návratu do základních poloh spojených s emisí záření o vlnové délce charakteristické pro sledovaný prvek. Intenzita záření je úměrná koncentraci prvku ve vzorku.

  • 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 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 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. V případě heptachloru lze jako čistící metodu 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, včetně toxafenu, není dostatečně citlivá. Slouží pouze k potvrzení přítomnosti kongenerů této látky.

Extrakční metody

  • ISO 14507:2005 Soil quality – Pretreatment of samples for determination of organic contaminants

Mezinárodní norma specifikuje 3 metody předúpravy vzorků půd v laboratoři před vlastním stanovením organických polutantů. Jsou zde uvedeny postupy s ohledem na chemický charakter stanovovaných látek: těkavé organické látky, polotěkavé organické látky – matrice obsahuje částice větší než 2 mm pa, má heterogenní distribuci kontaminantu v matrici, stanovení stabilních organických látek, velikost půdních částic je < 2 mm a polutanty jsou homogenně rozšířeny v matrici. Organické látky, které jsou stabilní mohou být připraveny pro analýzu podle ISO 11464.

  • 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 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 3562 Supercritic fluid extraction

Superkritická fluidní extrakce používá pro extrakci analytů z pevných vzorků, včetně půd, tekutinu v superkritickém stavu. Vzorek je homogenizován smícháním se stejným objemem CO2 v tuhém stavu. Alikvót této směsi je umístěn do extrakční nádoby a je extrahován CO2 v superkritickém stavu bez přídavku modifikátorů. Po dobu 200 min. probíhá statická extrakce a následujících 30 min. probíhá dynamická extrakce. Extrakt je zachycen v případě organochlorovaných pesticidů na pevném oktadecylsilanovém sorbentu, v případě PCB na Florisilu. Sorbent je pak promýván rozpouštědlem, které vyextrahuje analyty ze sorbentu.

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 uhlovodíků 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 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.

Literatura

  • Montgomery J.H. (2007): Grounwater Chemicals. Desk references. Fourth edition. CRC Press Taylor and Francis Group, Boca Raton, Florida.