Xyleny

Xyleny

Číslo CAS – 1330–20–7

Metody měření znečišťujících látek v únicích do vody

Stanovení xylenů

Xylen je dimethylderivát benzenu a může se vyskytovat ve třech izomerech ortho- (1,2-), meta- (1,3-) a para-.

Ke stanovení xylenů je k dispozici instrumentálně analytická metoda, kterou lze stanovit a od sebe odlišit různé monocyklické aromatické uhlovodíky. Jsou uvedeny podklady pro stanovení benzenu, toluenu, ethylbenzenu, xylenů, styrenu, propylbenzenu, isopropylbenzenu, trimethylbenzenu, butylbenzenu, isopropyltoluenu, isopropyltoluenu a z dicyklických naftalenu.

  • ČSN EN ISO 15680 (75 7558) Jakost vod – Stanovení řady monocyklických aromatických uhlovodíků, naftalenu a některých chlorovaných sloučenin plynovou chromatografií s P&T a termální desorpcí. Datum vydání: Září 2004.

Tato norma specifikuje postup pro stanovení těkavých organických látek (VOC) včetně xylenů, ve vodě izolací postupem P&T (purge and trap – promývání plynem a zachycení) s následující plynovou chromatografií, s využitím teplotního programování. Detekce se provádí hmotnostní spektrometrií s ionizací nárazem elektronu (EI), ale lze použít i jiné detektory. Pracovní rozsah je asi do 100 µg/l. Lze stanovit přes 60 monocyklických uhlovodíků a alifatických a aromatických halogenderivátů. Z polycyklických uhlovodíků je uveden jedině naftalen. Metoda je použitelná pro stanovení xylenů ve všech druzích vod, včetně zředěných odpadních vod. Výsledky se vyjadřují v µg/l nebo v ng/l. Koncentrace větší než nejnižší bod kalibrace se uvádějí na dvě platné číslice. Mez detekce pro xyleny je 38 ng/l.

  • ISO 11423–1 Water quality – Determination of benzene and some derivatives – Part 1: Head-space gas chromatographic metod. Datum vydání: 1997.

Metoda je použitelná pro stanovení benzenu, toluenu, xylenů a ethylbenzenu (v normě se používá pro tyto látky zkratka BTX – benzene-toluene-xylene) ve všech vodách, včetně vod odpadních, v koncentracích vyšších než 2 µg/l. Ve vzorcích, které jsou více organicky znečištěny může být tato koncentrace vyšší v závislosti na matrici vzorku. Metoda je použitelná i pro jiné deriváty benzenu a nepolární sloučeniny s obdobnými fyzikálními vlastnostmi. Stanovení je založeno na izolaci xylenů a ostatních uvedených látek statickou head-space metodou založenou na rovnováze mezi kapalnou a plynnou fází v uzavřeném systému s následující plynovou chromatografií. Nefiltrovaný vzorek vody se zahřívá v nenaplněné uzavřené nádobce. Po ustavení rovnováhy se odebere injekční stříkačkou určitý objem plynné fáze, který se analyzuje na plynovém chromatografu s kapilární kolonou a s plamenovým ionizačním detektorem. Identifikace se provádí podle retenčních časů a kvantifikace podle výšky píku. Výsledky se udávají na nejbližší µg/l nejvýše na dvě platné číslice.

  • ISO 11423–2 Water quality – Determination of benzene and some derivatives -Part 2: Metod using extraction and gas chromatography. Datum vydání: 1997.

Metoda popisuje stanovení benzenu, toluenu, xylenů a ethylbenzenu (v normě se pro tyto látky používá zkratka BTX) ve vodách, včetně odpadních vod, v koncentracích nad 5 µg/l. Tímto postupem lze stanovit také další deriváty s obdobnými body varu. Stanovení je založeno na extrakci vzorku vody nepolárním rozpouštědlem (např. pentanem) s následující analýzou plynovým chromatografem s plamenovým ionizačním detektorem. Dělení xylenů od ostatních derivátů probíhá na kapilární koloně. Výsledky se vyjadřují na nejbližší mg/l nejvýše na dvě platné číslice.

V amerických standardních metodách je stanovení xylenů zahrnuto do kapitoly týkající se „Stanovení těkavých organických látek (VOC)“. Je uveden obdobný postup jako v ČSN EN ISO 15680 založený na stejném principu, na počáteční izolaci postupem P&T a na kapilární plynové chromatografii s hmotnostně spektrometrickou detekcí:

  • Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Vydání 21. APHA, AWWA a WEF, Washington 2005. Metoda 6200.

Xyleny se izolují ze vzorku vody způsobem P&T založeným na probublávání vzorku inertním plynem (např. heliem) ve zvláštním zařízení s následující adsorpcí na sorbentu. Z tohoto sorbentu jsou pak xyleny tepelně desorbovány a vedeny do plynového chromatografu s hmotnostně spektrofotome­trickou detekcí. Místo hmotnostní spektrofotometrické detekce lze použít i fotoionizační detektor nebo detektor elektrolytické konduktivity. Mez detekce pro xyleny je asi 20 ng/l. Metoda je vhodná pro všechny druhy vod.

Pro toto stanovení jsou k dispozici také normy U.S. EPA

  • U.S. EPA 1624 Volatile Organic Compounds by Isotope Dilution Gas Chromatography-Mass Spectrometry
  • U.S. EPA 1666 Volatile Organic Compounds Specific to the Pharmaceutical Manufacturing Industry by Isotope Dilution Gas Chromatography/Mass Spectrometry

Zdroje informací

  • ČSN EN ISO 15680 (75 7558) Jakost vod – Stanovení řady monocyklických aromatických uhlovodíků, naftalenu a některých chlorovaných sloučenin plynovou chromatografií s P&T a termální desorpcí. ČNI Praha 2004.
  • ISO 11423–1 Water quality – Determination of benzene and some derivatives – Part 1: Head-space gas chromatographic metod. ISO Geneve 1997.
  • ISO 11423–2 Water quality – Determination of benzene and some derivatives -Part 2: Metod using extraction and gas chromatography. ISO Geneve1997.
  • Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Vydání 21. APHA, AWWA a WEF, Washington 2005. Metoda 6200.
  • U.S. EPA 1624 Volatile Organic Compounds by Isotope Dilution Gas Chromatography-Mass Spectrometry
  • U.S. EPA 1666 Volatile Organic Compounds Specific to the Pharmaceutical Manufacturing Industry by Isotope Dilution Gas Chromatography/Mass Spectrometry

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

m-xylen vykazuje na rozdíl od svých izomerů mírnou perzistenci v prostředí a vazbu na půdní částice. Z půdního prostředí snadno vytěkávají do atmosféry, případně podléhají mikrobiální degradaci. Nejúčinněji xyleny metabolizuje Nocardia corallina, biodegradačním produktem je benzyl alkohol, 4-methylkatechol nebo kyselina tulová (Montgomery H.J., 2007).

Standardizované metody

Obecný princip stanovení BTEX v půdách spočívá v extrakci BTEX metodou headspace, purge and trap, vakuovou destilací nebo jinou vhodnou metodou z půdních vzorků a následnou analýzou plynovou chromatografií ve spojení s hmotnostním detektorem, nebo s plamenoionizačním detektorem.

  • ISO 15009:2002 Soil quality – Gas chromatographic determination of the content of volatile aromatic hydrocarbons, naphthalene and volatile halogenated hydrocarbons. Purge and trap method with thermal desorption

ISO 15009:2002 popisuje metodu pro kvantitativní stanovení těkavých uhlovodíků, naftalenu a těkavých halogenovaných uhlovodíků v půdách metodou plynové chromatografie. Je použitelná pro všechny typy půd. Při dodržení specifikovaných podmínek lze dosáhnout těchto detekčních limitů (stanoveno na sušinu):

  1. Pro těkavé uhlovodíky a naftalen: 0,1 mg/kg;
  2. Pro těkavé halogenované uhlovodíky: 0,01 mg/kg.

Nižších detekčních limitů lze dosáhnout výběrem vhodné analytické techniky a kvalitou methanolu použitého pro extrakci analytů ze vzorků.

  • ISO 22155:2005 Soil quality – Gas chromatographic quantitative determination of volatile aromatic and halogenated hydrocarbons and selected ethers. Static headspace method

ISO 22155:2005 popisuje statickou headspace metodu pro kvantitativní stanovení těkavých aromatických a halogenovaných uhlovodíků a vybraných alifatických etherů v půdách metodou plynové chromatografie. Je použitelná pro všechny typy půd. Detekční limit stanovení je dán typem použitého detekčního limitu a kvalitou methanolu použitého pro extrakci půdního vzorku. Při dodržení specifikovaných podmínek lze dosáhnout těchto limitů (vyjádřeno na sušinu vzorku):

  1. je-li použit plynový chromatograf s plamenovým ionizačním detektorem (GC – FID), je detekční limit 0,2 mg/kg pro těkavé aromatické uhlovodíky a 0,5 mg/kg pro alifatické ethery, např. methyl(terc-butyl)ether (MTBE) a terc-amyl(methyl)ether (TAME);
  2. je-li použita metoda plynové chromatografie s detektorem elektronového záchytu (GC – ECD), je detekční limit stanovení 0,01 – 0,2 mg/kg pro těkavé halogenované látky.

Nižších detekčních limitů lze dosáhnout použitím hmotnostního detektoru pracujícího v SIM modu.

  • 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 8021B Aromatic and halogenated volatiles by gas chromatography using photoionization and/or electrolytic conductivity detectors

Metoda je určena pro stanovení těkavých aromatických a chlorovaných látek v pevných vzorcích, především v odpadních materiálech, ale je možné ji použít pro analýzu těkavých organických látek v půdách. Extrakce tetrachloretanu z půdy se provádí metodou purge and trap (U.S. EPA Method 5035), headspace (U.S. EPA Method 5021) nebo vakuovou destilací (U.S. EPA Method 5032). Stanovení je provedeno plynovou chromatografií s fotoionizačním detektorem (PID) a Hallovým konduktometrickým detektorem (HECD) sériově zapojenými nebo v případě analýzy pouze halogenovaných těkavých látek je možné použít pouze HECD. Kolona pro chromatografické stanovení by měla mít délku 60 m a stacionární fáze by měla být vhodná pro analýzu těkavých látek (VOCOL, SPB – 624 nebo ekvivalentní).

  • U.S. EPA Method 8260C Volatile organic compounds by gas chromatography – mass spectrometry (GC – MS)

Metoda je použitelná pro mnoho pevných matric bez ohledu na obsah vlhkosti (půdy, sedimenty, sorbenty pro analýzu ovzduší, kaly, odpadní rozpouštědla, olejové odpady atd.). Pro přípravu vzorku je možné použít běžné extrakční postupy pro těkavé látky. Pro kvantitativní stanovení tetrachloretanu v půdách lze použít metody purge and trap (U.S. EPA Method 5035), dále automatickou statickou headspace metodu (U.S. EPA Method 5021 pro pevné vzorky) nebo uzavřenou vakuovou destilaci (U.S. EPA Method 5032). Analyty jsou stanovovány metodou plynové chromatografie s hmotnostní detekcí, případně s kryofokusací. Metoda je použitelná pro většinu těkavých organických látek s bodem varu pod 200 °C. Hmotnostní spektrometr musí být schopen scanování v rozsahu 35 – 270 amu každou sekundu nebo rychleji s elektronovou ionizací (70 eV). Detekční limit metody je v případě použití standardní kvadrupolové MS analýzy a purge and trap metody 5 µg/kg. V případě použití hmotnostního spektrometru s iontovou pastí může být dosaženo limitů nižších. Kvalitativní vyhodnocení se provádí na základě shody hmotnostního spektra analytu s hmotnostním spektrem standardu. Kvantifikace se provádí na základě srovnání velikosti odezvy hlavního iontu a interního standardu. Doporučené vnitřní standardy jsou fluorbenzen, chlorbenzen-d5, 1,4-dichlorobenzen-d4, doporučené surrogate standardy jsou toluen-d8, 4-bromfluorbenzen, 1,2-dichlorethan-d4.

  • U.S. EPA Method 8261A Volatile organic compounds by vacuum distillation in combination with gas chromatography – mass spectrometry (VD – GC – MS)

Metoda se používá pro stanovení těkavých organických látek, a některých polotěkavých organických látek s nízkým bodem varu. Používá se především pro odpadní materiály, ale je použitelná i pro extrakci těchto látek z půdních vzorků. Metoda je založena na vakuové destilaci analytů ze vzorku, následném kryogenním záchytu a stanovení plynovou chromatografií s hmotnostní detekcí (GC – MS). Analyty jsou ze vzorku odpařeny za vakua, odpařené látky procházejí kondenzační kolonou, kde zkondenzuje většina odpařené vody. Nekondenzované páry jsou zachyceny v kovovém trapu neobsahujícím žádný sorbent, chlazeném na nízkou teplotu kapalným dusíkem. Po ukončení destilace jsou látky termicky desorbovány do plynového chromatografu. Použitý hmotnostní detektor musí mít rozmezí scanu od 35 do 270 amu každou sekundu nebo rychleji s použitím elektronové ionizace (70 eV). Možné je použití MS detektoru s iontovou pastí.

  • U.S. EPA Method 8265 Volatile organic compounds in water, soil, soil gas and air by direct sampling ion trap mass spectrometry (DSITMS)

Metoda používá přímý nástřik vzorku do hmotnostního spektrometru s iontovou pastí (DSITMS). Je vhodná pro rychlé kvantitativní stanovení, kontinuální monitoring a kvalitativní a kvantitativní screening VOC ve vodách, v půdách, v půdním vzduchu a v ovzduší. Metoda umožňuje zavést vzorek přímo do hmotnostního spektrometru s iontovou pastí přes jednoduché rozhraní (např. kapilární restriktor), analýza probíhá bez chromatografické separace. Odezva přístroje je okamžitá, přístroj je přenosný, operace a údržba jsou jednoduché. Metodu lze použít v laboratořích nebo pro monitoring on-site. Je vhodná pro semikvantitativní screening, opakovanou kvantitativní analýzu vzorků, u kterých je znám výběr analytů, pro zjištění přítomnosti VOC nad detekčním limitem, např. pro počáteční průzkum místa, u kterého je znám nebo se očekává vysoký obsah VOC. Metoda není vhodná pro identifikaci a kvantifikaci velkého počtu organických látek ve velmi komplexních směsích ani pro kvantifikaci isomerních látek. Kvantifikační limit pro látky je 20 µg/kg. VOC jsou vybublány inertním plynem nebo desorbovány z pevného vzorku přímo do iontového zdroje hmotnostního spektrometru v proudu helia, kde jsou analyzované látky ionizovány buď elektronovou ionizací, nebo chemickou ionizací. Plná hmotnostní spektra jsou snímána kontinuálně a jsou použita pro identifikaci jednotlivých VOC. Charakteristické ionty, odpovídající hledaným analytům, jsou monitorovány ve vybraných časových úsecích, aby se získala celková odezva (integrovaná nebo průměrná) a odezva je srovnávána s kalibračním faktorem, který byl získán srovnatelným způsobem. Selektivní ionizace, vícenásobná hmotnostní spektrometrie (MS/MS) a spektrální odečítání mohou být použity, je-li požadována vyšší selektivita. Vzorky půd jsou probublávány proudem inertního helia (vzduchu, případně jiného plynu), podobně jako v případě purge and trap metody ve spojení s plynovou chromatografií a hmotnostním detektorem (GC – MS).

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 5000 Sample Preparation for Volatile Organic Compounds

Metoda je obecným návodem pro výběr metod pro stanovení těkavých organických látek (purge and trap metoda, extrakce, azeotropická nebo vakuová destilace, zřeďování, headspace) z různých matric, např. půdy, vody, vzduchu, odpadních materiálů, organických rozpouštědel atd.

  • U.S. EPA Method 5021A Volatile organic compounds in various sample matrices using equilibrium headspace analysis

Metoda se používá pro extrakci těkavých organických látek před analýzou metodou plynové chromatografie (GC) nebo plynové chromatografie ve spojení s hmotnostní detekcí (GC – MS) z půd, sedimentů, pevných odpadních materiálů, vodných nebo s vodou mísitelných kapalných vzorků. Metoda je vhodná pro organické sloučeniny, které jsou dostatečně těkavé, aby mohly být z půdních vzorků získány prostřednictvím rovnovážného headspace postupu. Detekční limity závisí na jednotlivých těkavých látkách, na použité matrici a analytickém přístroji. Pohybuje se v rozmezí 0,1 – 3,4 µg/kg. Aplikační koncentrační rozmezí této metody je přibližně 10 – 200 µg/kg. Látky, které jsou extrahovány z matrice s nedostatečnou účinností, nebudou detekovány, jestliže budou přítomné v nízkých koncentracích.

  • U.S. EPA Method 5032 Volatile organic compounds by vacuum distillation

Metoda je použitelná pro stanovení těkavých organických látek v kapalných, pevných nebo olejových odpadních matricích a živočišných tkáních. Metoda je použitelná pro všechny matrice, včetně půd, a pro většinu těkavých organických látek, které mají bod varu pod 180 °C a jsou nerozpustné nebo mírně rozpustné ve vodě.

  • U.S. EPA Method 5035A Closed – system Purge and Trap and extraction for volatile organics in soil and waste samples

Tato metoda popisuje přípravu analytů pro analýzu těkavých organických látek využitím uzavřeného systému purge and trap z pevných materiálů (půd, sedimentů, pevných odpadů). Metoda může být použitá pro vzorky s nízkým i vysokým obsahem VOC. Metoda minimalizuje ztráty VOC vytěkáváním a biodegradací. Koncentrační rozsah pro půdy s nízkým obsahem těkavých organických látek záleží na použité konečné metodě analýzy, na matrici a jednotlivých složkách. Pohybuje se v rozmezí od 0,5 – 200 µg/kg. Může být použita i pro vzorky s obsahem těkavých organických látek nad 200 µg/kg. Je použitelná pro těkavé organické látky, které mají bod varu pod 200 °C a jsou nerozpustné nebo jsou slabě rozpustné ve vodě. Těkavé, ve vodě rozpustné látky mohou být rovněž extrahovány touto metodou, ale detekční limit je přibližně desetkrát vyšší kvůli slabé účinnosti vybublání.

  • U.S. EPA Method 3815 Screening solid samples for volatile organics

Metoda popisuje screeningovou metodu pro odhad celkového obsahu těkavých organických látek v půdě a pevných vzorcích. Je navržena pro použití v terénu, a aby byla efektivní, musí být přítomnost VOC, které jsou předmětem zájmu, zjištěna předem a musí být detekovatelné fotoionizačním detektorem. Výsledky tohoto postupu mohou být použity pro následné zpracování odběrů vzorků, např. zjištění, jestli se jedná o vzorky s nízkou nebo vysokou kontaminací těkavými organickými látkami a umožňuje tak výběr následné extrakční metody. Avšak tato metoda nemůže být použita k rozhodovacímu procesu, jedná-li se o půdu kontaminovanou nebo nekontaminovanou těkavými organickými látkami nebo, že není potřeba v této lokalitě provádět odběr půdy pro kvantitativní stanovení těkavých organických látek. Na jejím základě lze rozhodnout o množství odebraného vzorku s cílem dosažení maximální citlivosti, a zároveň chrání analytické přístroje před přetížením.

  • U.S. EPA Method 3820 Hexadecane extraction and screening of purgeable organics

Metoda je screeningovou metodou pro použití purge and trap metody ve spojení s plynovou chromatografií (GC) nebo s plynovou chromatografií ve spojení s hmotnostní detekcí (GC – MS). Výsledky jsou výlučně kvalitativního charakteru a nelze je použít jako alternativu k přesnější kvantifikaci. Alikvót vzorku je použit k extrakci hexadekanem a extrakt je analyzován metodou plynové chromatografie s plamenově ionizačním detektorem. Výsledek screeningu ukazuje, je-li nutno použít extrakci methanolem před purge and trap metodou ve spojení s GC nebo GC – MS. Citlivost halogenovaných látek je však 10 – 20 x nižší na GC – FID než aromatických nehalogenovaných látek.