Bestemmelse af kationiske overfladeaktive stoffer i spildevand
Januar 2003
13 Anvendelsesområde
Følgende metode kan anvendes til bestemmelse af opløste disulfinblåtaktive stoffer i spildevand, her specielt kationiske detergenter. Metoden kan anvendes til bestemmelse af kationiske detergenter i koncentrationsområdet 10-200 µg/L.
14 Princip
En kendt mængde vandprøve (maksimum 500 mL) filtreres og sættes på en PPL-kolonne. Herved opkoncentreres detergenterne i prøven, og interfererende komponenter i grundprøven fjernes. De kationiske detergenter separeres fra de nonioniske og anioniske detergenter på basiske aluminiumoxid-kolonner. Kvantificering udføres med en kolorimetrisk metode, der benytter disulfinblåt til dannelse af farvede komplekser. Absorbansen måles ved en bølgelængden 628 nm.
15 Metodeoversigt
16 Udstyr og kemikalier
16.1 Spe-udstyr
Bond Elut, PPL-kolonner, 3 mL, 500 mg kolonnemateriale.
Mega BE-AL-B, alumina-kolonner, 6 mL, 1 g kolonnemateriale. Begge typer kolonner er straight barrel fra Varian.
SPE-kolonnerne anbringes på en VAC ELUT SPS 24 vacuum manifold fra Varian.
Slangesystemet består af 1/8” Teflon tubes, tube adapters (3 mL) og stainless steel weights fra Supelco.
16.2 Filtrering
Ved filtreringen anvendes 0,45 µm membranfilter med en diameter på 47 mm af typen HVLP (Durapore) fra Millipore eller tilsvarende. Filtreringen udføres på en 1 L sugekolbe.
16.3 Kemikalier
Methanol, Merck, LiChrosolv Ethylacetat, Merck, LiChrosolv Chloroform, Merck, Pro Analysi 1-Butanol, Merck, Pro Analysi Trifluoreddikesyre, Merck, for synthesis.
1 B447 Disulfinblau, Chroma-Geselschaft. Ammoniumacetat, Merck, Pro Analysi
16.4 Reagenser
Det anvendte vand skal enten være demineraliseret, destilleret eller Milli-Q vand. Følgende reagenser fremstilles:
16.4.1 0,05 M H2SO4
Tilsæt forsigtigt og under omrøring 2,75 mL koncentreret svovlsyre, H2SO4
(densitet 1,84 g/mL) til ca. 500 mL vand. Afkøl til stuetemperatur og fortynd til 1000 mL.
16.4.2 1 M NaOH
40,00 g NaOH opløses i 1000 mL vand.
16.4.3 Disulfinblåt-stamopløsning
60 mg disulfinblåt overføres til en 100 mL målekolbe og opløses i 10 mL ethanol. Fortyndes til 100 mL med vand. Denne opløsning har 1 måneds holdbarhed.
16.4.4 95:5 v/v chloroform/butanol-opløsning
50 mL butanol anbringes i en 1000 mL målekolbe. Fortyndes til 1000 mL med chloroform.
16.4.5 0,04 M citrat-buffer
21 g citronsyre monohydrat anbringes i en 1 l målekolbe, efterfulgt af 200 mL 1 M NaOH (4.4.2). Fortynd til 1000 mL med vand.
80 mL af denne opløsning blandes med ca. 120 mL 0.05 M H2SO4 (4.4.1). Den
endelige pH skal være ca. 3. Denne opløsning har 1 uges holdbarhed.
16.4.6 Disulfinblåt-farvereagens
100 mL disulfinblåt-stamopløsning (4.4.3) blandes med 200 mL citrat-buffer (4.4.5) i en 500 mL skilletragt. Blandingen vaskes ved udrystning i skilletragt 3 gange med 50 mL butanol/chloroform-opløsning (4.4.4).
16.4.7 Renseopløsning
4500 mL 99% ethanol op til 5000 mL med koncentreret HCl (36%).
16.5 Standarder og kontroller
16.5.1 Stamopløsning 10,0 mg/L ADMBAC
Opløs 10,0 mg ADMBAC (benzalkoniumchlorid, alkyldimethylbenzylammoniumchlorid) i 1000 mL vand.
16.5.2 Stamopløsning 10,0 mg/L DSDMAC
Opløs 10,0 mg DSDMAC (distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid) i 1000 mL methanol
16.6 Elueringssolventer
16.6.1 50:50 v/v methanol/ethylacetat med 10 mM ammoniumacetat
0,77 g ammoniumacetat overføres kvantitativt til en 1000 mL målekolbe med 500 mL methanol. Når alt ammoniumacetat er opløst tilsættes 500 mL ethylacetat.
16.6.2 95:5 v/v ethylacetat/methanol
5 mL methanol fortyndes op til 100 mL med ethylacetat.
16.6.3 95:5 v/v methanol/trifluoreddikesyre
5 mL trifluoreddikesyre fortyndes op til 100 mL med methanol.
16.7 Glausudstyr
50 mL høje bægerglas Urglas (50 mm)
10 mL graduerede spidsglas (graduering på 100 µL) 50 mL målekolber Små glastragte 500 mL skilletragte
Standard laboratorieglasudstyr
16.7.1 Vaskeprocedure
Alt glasudstyr vaskes i renseopløsningen ( 4.4.7) og skylles i Milli-Q vand 3 gange. Tørres i varmeskab (105° C).
16.8 Apparatur
Fotometrisk udstyr til måling ved en bølgelængde på 628 nm.
Magnetomrørerbord med plads til mindst 6 stk. 50 mL bægerglas.
17 Fremgangsmåde
17.1 Prøveudtagning og opbevaring
Prøverne udtages i Pyrex 1 L Blue Cap flasker. Prøverne skal analyseres staks.
17.2 Prøvefiltrering
Alle prøver filtreres før applikation med 0,45 µm membranfilter (4.2)
17.3 Opkoncentrering af detergenter i prøve
17.3.1 Klargøring og konditionering af PPL-kolonner
| a. |
2 mL methanol (4.3, til tørhed) |
| b. |
6*2,5 mL 50:50 v/v methanol/ethylacetat med 10 mM
ammoniumacetat (4.6.1, til tørhed) |
| c. |
2 mL methanol (4.3, må ikke udtørre) |
| d. |
2,75 mL Milli-Q vand (vandet står i kolonne til prøven trækkes over.
Løber systemet tør, startes forfra fra c.) |
17.3.2 Applikation (opkoncentrering)
Prøven anbringes på PPL-kolonne med lav flowhastighed (minimum 45 min. for 500 mL, hvilket er ca. 30 dråber per 10 sek.). Prøven overføres fra målekolber til kolonne med PTFE-slangesystem (Supelco). Kolonne tørres ved at sænke trykket til 0.5 bar. Kolonnen er tør, når adsorbenten er blevet lys.
17.3.3 Eluering
Der elueres med 10 mL af 50:50 v/v methanol/ethylacetat med 10 mM ammoniumacetat (4.6.1). Elueringssolventet anbringes i målekolben, hvor prøven var, og siderne skylles grundigt. Derpå suges det over gennem slangesystemet og kolonnen.
Eluatet opsamles i et spidsglas (efter dette trin er det muligt at gemme eluatet til næste dag i køleskabet), og der inddampes til et restvolumen på 200 µL.
17.4 Separation af de kationiske detergenter
17.4.1 Klargøring og konditionering af BE-AL-B kolonne
Kolonnen (Mega BE-AL-B) konditioneres med methanol og ethylacetat. Det er vigtigt, at kolonnematerialet er i kontakt med methanolen i længere tid (min. 30 min.):
| a. |
2 mL ethylacetat (4,3, til tørhed) |
| d. |
3*5 mL methanol (4.3, udføres over 30 min. i 6 nedtræk, må ikke løbe tør) |
| e. |
2 mL ethylacetat (4.3, må ikke løbe tør) |
17.4.2 Genopløsning og applikation
Prøven (200 µL) genopløses i 5 mL ethylacetat og anbringes på ultralydsbad i 5 min.
Efterfølgende anbringes prøverne på vandbad ved 40° C.
Prøven overføres kvantitativt til kolonnen med pasteurpipette. Spidsglasset skyldes grundigt med 2 mL ethylacetat ved at trække solventet op i en pasteurpipette 10 gange og mellem hver gang lade det løbe ned langs siderne på spidsglasset. De 2 mL anbringes kvantitativt på kolonnen.
Til applikation anvendes ikke undertryk. Kolonnen må ikke løbe tør.
17.4.3 Eluering (isolering)
Elueringen udføres i to trin. I første trin fjernes de nonioniske detergenter. Denne fraktion kasseres. Herpå eluereres de kationiske detergenter.
a) Fjernelse af nonioniske detergenter
Eluer kolonnen med 6 mL eluent (4.6.2). Kolonnen må løbe tør.
b) Isolering af kationiske detergenter
Eluer kolonnen med 6 mL eluent (4.6.3). Opsaml eluatet i et 10 mL spidsglas.
På kolonnen findes stadigt anioniske detergenter. Denne fraktion kan eluereres med 6 mL 75:25 v/v methanol/2M HCl.
18 Kvantificering
18.1 Udfarvning af kationiske detergenter
Fraktion med de kationiske detergenter, anbringes i et 50 mL bægerglas. Spidsglasset skyldes med kvantitativt med 4 mL methanol. Inddampes i vandbad ved 50° C under en svag nitrogen strøm. Efter en fuldstændig inddampning anbringes 10 mL disulfinblåt-farve i bægerglasset (4.4.6), 25 mL chloroform/1-butanol (4.4.4), og en magnet tilsættes. Urglasset placeres oven på bægerglasset. Blandingen omrøres kraftigt i 5 min., så vortex når ned til bunden i glasset.
Vand fjernes fra chloroformfraktionen ved at filtrere den igennem en tragt med en tot glasuld i bunden. Overføringen udføres med en 5 mL finpipette. Tragten er anbragt i en 50 mL målekolbe. Der måles direkte på filtratet. Der måles ved 628 nm med en 10 mm kuvette.
18.2 Standardkurve
Der kvantificeres ud fra en 4 punkts kalibreringskurve, med koncentrationer i intervallet 0-75 µg. Af DSDMAC-standarden (4.5.2) med en koncentration på 10,0 mg/L udtages 0; 2,5; 5,0 og 7,5 mL (svarende til 0; 25; 50 og 75 µg) som anbringes i 50 mL bægerglas. Disse behandles som de inddampede prøver (6.1). En kalibreringskurve fremstilles ud fra de sammenhørende værdier af mængder og absorbanser.
18.3 Kontrolprøver
Der fremstilles 2 stk. kontrolprøver ved at fortynde 5,0 mL ADMBAC-standard (4.5.1) op til 500 mL med vand. Disse analyseres identisk med spildevandsprøver. (5) Ligeledes medanalyseres 2 blindprøver. Blindprøverne er 500 mL Milli-Q vand.
Der fremstilles 2 stk. kalibreringskontrolprøver. Hver kontrolprøve fremstilles ved at udtage og anbringe 5,0 mL ADMBAC-standard (4.5.1) i et 50 mL bægerglas. Herefter behandles de som de inddampede prøver (6.1).
18.4 Resultat
Indholdet i prøver, kontrolprøver og kalibreringsprøver bestemmes ud fra formlerne i de følgende afsnit.
18.4.1 Prøver og kontroller
|
X =
|
Aprøve -
|
Ablindprøve
|
* 1000
|
|
|
Volprøve
|
* á
|
hvor
X = resultatet i µg/L
Aprøve = absorbansen ved 628 nm for prøven
Ablindprøve = gennemsnittet af absorbanserne ved 628 nm for blindanalyserne, der er analyseret sammen med prøverne
Volprøve = er volumenet af prøve i mL benyttet til analysen
á = hældningen af standardkurven fra punkt 6.2 i metodeforskriften
18.4.2 Blindprøver
Til udregning af blindværdierne er benyttet:
|
Xblindprøve =
|
Ablindprøve -
|
Ablindstandard
|
* 1000
|
|
|
Volblindprøve
|
* á
|
X = resultatet i µg/L
Ablindprøve = absorbansen ved 628 nm for de medanalyserede blindprøver
Ablindstandard = absorbansen i skæringen af standardkurven med y-aksen
Volblindprøve = volumenet i mL af blindprøven benyttet til analysen
á = hældningen af standardkurven fra punkt 6.2 i metodeforskriften.
18.4.3 Kalibreringskontrol
Resultatet af kalibreringskontrollen beregnet efter:
|
Xkalibreringskontrol =
|
Akalibreringskontrol
|
- Ablindstandard
|
|
|
|
á
|
hvor
X = resultatet i µg
Akalibreringkontrol = absorbansen ved 628 nm for kalibreringskontrollerne
Ablindstandard = absorbansen i skæringen af standardkurven med y-aksen
á = hældningen af standardkurven fra punkt 6.2 i metodeforskriften.
18.5 Korrekthed, præcision og detektionsgrænse
Ved en interlaboratorieundersøgelse i 2002 blev rigtighed, standardafvigelse for repeterbarhed og reproducerbarhed samt opnåelig detektionsgrænse bestemt. Interlaboratorieundersøgelsen omfattede 4 prøvepar, som blev analyseret med dobbeltbestemmelse. I undersøgelsen deltog 3 danske laboratorier.
Korrekthed:
Middelgenfinding 108% varierende fra 100 til 127% (4 prøvepar og 1 prøvepar med spike).
Repeterbarhed:
3,1 – 11 µg/L ved koncentrationer op til og med 5 gange detektionsgrænsen 50 µg/L (3 prøvepar).
5 % i koncentrationsområdet over detektionsgrænsen på 50 µg/L (1 prøvepar).
Reproducerbarhed:
13-17 µg/L ved koncentrationer op til og med 5 gange detektionsgrænsen 50 µg/L (3 prøvepar).
27 % i koncentrationsområdet over detektionsgrænsen på 50 µg/L (1 prøvepar).
Detektionsgrænse:
Ud fra standardafvigelsen for repeterbarhed ved lav koncentration (mindre end 5 gange detektionsgrænsen) blev fundet, at en detektionsgrænse på 10 µg/L kan overholdes.
Detektionsgrænsen er her defineret som
DL =t0,995(df) *sr
hvor sr er standardafvigelse for repeterbarhed for prøver med koncentration tæt på den forventede detektionsgrænse, t0,995 er Student‘s t-værdi på 99,5% konfidensniveau, og df er antallet af frihedsgrader for sr.
19 Sikkerhed
Alt arbejde med organiske opløsningsmidler foregår i stinkskab. Ved arbejde med chloroform anvendes 4H sikkerhedshandsker (PLUM Hudsikkerhed) eller tilsvarende. Vandige fraktioner, der har været i kontakt med chloroform, bobles igennem i stinkskabet natten over. Glasudstyr, der har været i forbindelse med chloroform, damper af natten over i stinkskab.
20 Litteraturliste
Favrbo, A., Hansen, N. (2003). Metodeafprøvning af metode til analyse af kationiske deterngenter. Eurofins A/S, Hørsholm
Favrbo, A., C. Grøn, Hansen, N. (2002). Udvikling og validering af metode til analyse af kationiske detergenter. Eurofins A/S, Hørsholm
Theil, K.-H., (2002). Bestemmelse af ioniske og nonioniske detergenter i slam og spildevand. Speciale ved Københavns Universitet
Kloster, G., Schoester, M. Prast, H., (1994). Entwicklung eines einheitlichen trennungsganges zur anreicherung aller drei tensidklassen aus umweltproben. Tenside Surf. Det., 31(1), 23-28.
DIN 38409 Teil 20 (1989).