| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Vurdering af metoder til analyse af olie i jord

3 Valg af ekstraktionsmetode

3.1 Formål

Formålet med denne del af rapporten er at sammenligne metoden ISO/DIS 16703 /1/ med andre eksisterende analysemetoder med henblik på at udvælge den mest egnede metode til videre afprøvning. Ekstraktionseffektiviteten vurderes for kulbrinter i området fra n-alkan C10 til og med n-alkan C40 samt for de 7 MST PAH'er fluoranthen, benzo(bjk)fluoranthener, benzo(a)pyren, indeno(1,2,3-cd)pyren og dibenz(a,h)anthracen. Der udføres en række sammenlignende ekstraktioner på 4 forskellige jordtyper, hvoraf de tre stammer fra reelle forureningslokaliteter i Danmark. Metoderne sammenlignes og vurderes ud fra statistiske analyser både med hensyn til ekstraktionseffektivitet og metodernes reproducerbarhed. I vurderingen inddrages desuden overordnede betragtninger i forbindelse med anvendelsen af de forskellige analysemetoder.

3.2 Forsøgsplanlægning og indledende forsøg

I kapitel 2, GC-betingelser, er der udviklet en GC-metode "350_10" som, når apparatet er vedligeholdt, yder en tilfredsstillende performance i forhold til en n-alkan standard "Floridastandard" ^[2] indeholdende lige n-alkaner fra C8 til C40. Denne GC-metode, "350_10" er anvendt i resten af metodeudviklingen, der er beskrevet i denne rapport, med mindre andet er angivet i teksten.

3.2.1 Afprøvede ekstraktionsmetoder

Det er valgt at finde det bedst egnede ekstraktionsmiddel/ekstraktionsmetode ved sammenligning af 5 forskellige, allerede eksisterende ekstraktionsmetoder:

• D: Dichlormethan-ekstraktion (dichlormethan/vand)³
• I: ISO/DIS 16703 (acetone/n-heptan)³ /1/
• PA: PAH-metode, VKI sag 11670 (n-pentan/acetone)³ /28/
• PM: PAH-metode, modificeret (n-pentan/acetone) ^[3]
• P: Pentan-ekstraktion. DHI metoden. (n-pentan/pyrophosfat)³/2/

Ved anvendelsen af ISO/DIS 16703 /1/ og PAH-metoden /28/ er der taget udgangspunkt i de oprindelige standardinstrukser. Som intern standard anvendes dog brombenzen og o-terphenyl ligesom for de resterende ekstraktionsmetoder. Ved anvendelsen af ISO/DIS 16703 foretages ikke vask og oprensning af ekstraktet. Behovet for dette er undersøget i afsnit 6, Vask og oprensning. Den modificerede PAH-metode bygger på PAH-metoden fra VKI, men anvender ikke lufttørrings- og inddampningstrin. Pentan- og dichlormethanekstraktion er standardmetoder, som anvendes internt i laboratoriet.

De 5 ekstraktionsmetoder ses sammenlignet i tabel 3-1, hvor forskellen på prøvemængder, rystetider, ekstraktionsmidler med mere fremgår. Det skal bemærkes, at der til forsøgene er anvendt sammenlignelige rystetider på både ½, 4, 8 og 16 timer.

Tabel 3-1. Sammenligning af 5 ekstraktionsmetoder.

3.2.2 Anvendte jordtyper

For at få et så bredt vurderingsgrundlag som muligt, er de sammenlignende ekstraktioner udført på fire forskellige jordtyper med forskellig kulbrintesammensætning. Indholdet af kulbrinter i de tre første jordtyper stammer fra aktuelle forureningslokaliteter, og de er erhvervet igennem jordrensningsfirmaet Dansk Jordrens i Vemmelev.

Den sidste jordtype, en havekompost, er rekvireret hos Jydske Haveselskab, og kulbrinteindholdet er primært af naturlig oprindelse. Der er udført en tekstur-

analyse samt pH-bestemmelse på de fire jordtyper, som ses i tabel 3-2.

Tabel 3-2. Teksturanalyse af de fire jordtyper.

Tabel 3-3. Karakterisering af de fire anvendte jordtyper i henhold til JB-nr.

Ved at inddrage forskelligartede jordtyper kan det endelige valg af ekstraktionsmetode foretages mere generelt, idet også vanskelige jordmatricer indgår i undersøgelsen. Det er valgt ikke at anvende certificeret referencemateriale til de sammenlignende ekstraktioner. Referencemateriale udmærker sig ved en høj dokumenteret prøvehomogenitet, men anses i denne sammenhæng ikke som optimal, idet ekstraktionseffektiviteten ønskes undersøgt for jordtyper med forskellige fysiske karakteristika.

Forudgående for de sammenlignende ekstraktioner er der udført en jordhomogenisering i laboratoriet for at sikre en acceptabel homogenitet af de fire jordtyper. Fremgangsmetoden beskrives i afsnit 3.2.3.

For at vurdere indholdet af kulbrinter for de fire jordtyper både kvalitativt og kvantitativt er der udført en indledende ekstraktion med dichlormethan i 4 timer. Ekstrakterne er derefter analyseret kvantitativt på GC-FID, hvor fraktionen n-alkan C10-C25 (2.fraktion) er kvantificeret overfor C12, C16,C20 og C24 i en alkanstandard. Fraktionerne n-alkan C25-C35 (3. fraktion) samt n-alkan C35-C40 (4.fraktion) er kvantificeret overfor n-alkan C26, C28, C30 og C32 i standarden, hvilket er normal praksis på laboratoriet i dag. Prøverne er analyseret med det optimerede GC-program, jvf. afsnit 2. Resultaterne fra kvantificeringen kan ses i tabel 3-4.

Tabel 3-4. Indhold af totalkulbrinter for de 4 jordtyper bestemt efter ekstraktion med dichlormethan i 4 timer.

Som det ses af tabel 3-4, er der et forholdsvist højt kulbrinteindhold i samtlige jordtyper. Indholdet af kulbrinter i den sidste fraktion, især for den gasolieforurenede jordtype, er dog forholdsvist lavt. Indholdet af kulbrinter i fraktionen C35-C40 i de tre resterende jordtyper vurderes dog at være rimelig til at vurdere metodernes ekstraktionseffektivitet i denne fraktion.

I figur 3-1 ses en alkanstandard med fordelingen af n-alkaner fra C8 til C40.

Klik her for at se figuren.

Figur 3-1. Alkanstandard.

Da alle analyser gennem hele projektforløbet, er foretaget under de samme betingelser, kan retentionstiderne tilnærmelsesvis anvendes til vurdering af analyseresultaterne af de 4 jordtyper.

I GC-FID kromatogrammerne i figur 3-2 til 3-5 ses fordelingen af kulbrinter for de 4 jordtyper som omtalt ovenfor.

Klik her for at se figuren.

Figur 3-2. GC-FID-kromatogram af den tjæreforurenede jord.

Som det ses af figur 3-2, viser kogepunktsfordelingen og det høje indhold af PAH'er, en typisk tjæreforurenet jord.

Klik her for at se figuren.

Figur 3-3. GC-FID-kromatogram af den gasolieforurenede jord.

Kulbrintefordelingen i figur 3-3 svarer til en relativt frisk gasolie, som ved nærmere eftersyn, kan ses af forholdene mellem phytan og C18 samt pristan og C17. De tydelige høje toppe for den ligelige fordeling af n-alkaner er karakteristiske for en frisk gasolie.

Klik her for at se figuren.

Figur 3-4. GC-FID-kromatogram af den motorolieforurenede jord.

Indholdet af kulbrinter i den tredje jordtype, som ses på figur 3-4, er overvejende højtkogende forbindelser i ét stort kontinuum, UCM (unresolved complex matter), og ud fra kogepunktsintervallet kan indholdet i overvejende grad karakteriseres som motor/smøreolie eller lignende. Der ses dog også indhold af de højtkogende PAH'er, fluoranthen, pyren m.fl., der ofte ses i forbindelse med forurening i byområder. Det vælges i denne sammenhæng at benævne indholdet som motor/smøreolie, da dette vurderes at være mest sigende for det aktuelle kogepunktsinterval.

Klik her for at se figuren.

Figur 3-5. GC-FID-kromatogram af kompostjorden.

De ekstraherede forbindelser fra kompostjorden på figur 3-5 dækker et forholdsvist bredt kogepunktsinterval. Typisk ses et højt indhold af mange usystematiske enkeltkomponenter, hvilket sjældent ses i forbindelse med petrogene forureningskilder. Størstedelen af de ekstraherede kulbrinter befinder sig i fraktionen C25-C40.

Fra Dansk Jordrens i Vemmelev er der indhentet supplerende oplysninger om opgravningslokationen for de tre petrogent forurenede jordtyper, jf. tabel 3-5.

Tabel 3-5. Opgravningslokationer for de tre jordtyper fra Dansk Jordrens, Vemmelev.

En samlet vurdering af de 4 jordtyper viser, at de repræsenterer et typisk udsnit af de kulbrintefordelinger, som ses i den daglige laboratoriepraksis. Jordtyperne indeholder desuden kulbrinter, som dækker hele kogepunktsintervallet fra C10-C40. Dette ses som en fordel i forbindelse med den endelige vurdering.

3.2.3 Homogenisering af de 4 jordtyper

For at sikre mindst mulig variation, som følge af inhomogen jordprøve, er der foretaget en mekanisk homogenisering i laboratoriet før anvendelse. De fire jordtyper er blevet sigtet over et fintmasket soldevæv (maskestørrelse ca. 2 mm) for at fjerne større sten, grene m.v. Jorden har herefter gennemgået en omhyggelig sammenblanding, dette er forgået ved piskning og omrøring med piskeris på en boremaskine. Denne homogeniseringsmetode er anvendt på samtlige jordtyper anvendt under projektet. Ud fra en visuel vurdering medfører dette en ensartet homogenitet for de tre første jordtyper med petrogen forurening. Kompostjorden er pga. sin oprindelse mere inhomogen og ud fra en visuel vurdering vanskeligere at homogenisere pga. dens høje indhold af ufuldstændigt nedbrudt, organisk materiale.

Før homogeniseringen er der udført en 5-fold dichlormethanekstraktion af

60 g jord for de tre første jordtyper med efterfølgende GC-FID-analyse i henhold til standardmetoden /2/, med en injektionsmængde på 1 L. Forud for analysen er der analyseret en alkan-standard på 5 mg/L for at sikre performance af gaskromatografen.

Mængden af ekstraherede kulbrinter er angivet som arealrespons i fraktionerne n-alkan C10-C25 (2. fraktion), C25-C35 (3.fraktion) samt C35-C40 (4.fraktion). Som et udtryk for homogeniteten er den relative standardafvigelse beregnet for de tre fraktioner samt for totalfraktionen C10-C40. Alle arealer er korrigeret med den interne standard o-terphenyl, og resultaterne fremgår af tabel 3-6.

Tabel 3-6. Relativ standardafvigelse beregnet for de enkelte kulbrintefraktioner ved ekstraktion af ikke homogeniserede jordtyper med dichlormethan.

Til sammenligning er samme ekstraktion foretaget efter gennemført homogenisering. Ekstrakterne er ligeledes analyseret på GC-FID dog med et injektionsvolumen på 2 L. Resultaterne fremgår af tabel 3-7.

Tabel 3-7. Relativ standardafvigelse beregnet for de enkelte kulbrintefraktioner ved ekstraktion af homogeniserede jordtyper med dichlormethan.

Som det ses af resultaterne, er den relative standardafvigelse reduceret væsentligt for fraktionerne for samtlige jordtyper. Det højere injektionsvolumen vurderes til at have en ubetydelig indflydelse på reproducerbarheden under normale laboratorieforhold.

Der er ligeledes udført en 5-fold ekstraktion på kompostjorden efter gennemførelse af homogeniseringen. Resultaterne fremgår af tabel 3-8.

Tabel 3-8. Relativ standardafvigelse beregnet for de enkelte kulbrintefraktioner ved ekstraktion af homogeniseret kompostjord med dichlormethan.

Som det ses af tabellen, er den relative standardafvigelse på niveau med de resterende jordtyper.

For at kunne vurdere om den opnåede homogenitet er acceptabel, er det nødvendigt at sammenholde resultaterne med den variation, som ses i forbindelse med de senere sammenlignende ekstraktioner. Såfremt inhomogenitetsvariansen er større, eller har samme størrelse, vil det være vanskeligt at drage anvendelige konklusioner ud fra datamaterialet. Af hensyn til læseren foretages denne vurdering først senere, afsnit 3.3.1, når fremgangsmetoden for de sammenlignende ekstraktioner er beskrevet, og der foreligger data herfor.

3.2.4 Genfindingsforsøg

Det er valgt at anvende brombenzen og o-terphenyl som interne standarder (IS)for samtlige ekstraktionsmetoder. Forud for de sammenlignende ekstraktioner er der udført et genfindingsforsøg for at vurdere, om responset på de interne standarder er afhængigt af den valgte metode og det valgte opløsningsmiddel.

Til genfindingsforsøget er der fremstillet en motoroliestandard på 10,04 g/L i dichlormethan, som spikes til rent sand. Forsøget er udført som 6-fold bestemmelse for hver ekstraktionsmetode. Forsøget er udført ved standardbetingelser, men ekstraktionstiden er valgt til 2 timer for alle metoder, da matricen bestod af ren sand. Der er tilsat en mængde motorolie svarende til en koncentration på 250 mg/kg TS. I tabel 3-9 ses resultaterne af genfindingsforsøget beregnet ud fra de IS-korrigerede data.

Tabel 3-9. Beregnet genfinding og relativ standardafvigelse.

Af resultaterne ses, at genfindingen ligger i intervallet 82-115 % for samtlige metoder. Det har været nødvendigt at udelukke enkelte bestemmelser fra PAH-modificeret, PAH samt ISO/DIS-metoden pga. dårlig kromatografiering.

Det er forsøgt at beregne indholdet med og uden korrektion med intern standard. Ved anvendelse af intern standard ses en mere præcis genfinding, hvilket viser, at det er en fordel at anvende intern standardkorrektion. Forsøgene tyder ikke på, at responset fra den interne standard er forskellig ved anvendelse af henholdsvis pentan, heptan og dichlormethan som opløsningsmiddel.

3.2.5 Forsøgsplanlægning

Formålet med de sammenlignende ekstraktioner er at undersøge, om en eller flere af de udvalgte ekstraktionsmetoder er specielt anvendelig med henblik på at kvantificere indholdet af kulbrinter i fraktionen n-alkan C10-C40. Derudover vil metodernes reproducerbarhed, kromatografieringsegenskaber samt praktiske forhold i forbindelse med udførelsen blive vurderet.

Forud for forsøgene er der opstillet en forsøgsplan, hvor det vælges at variere den anvendte ekstraktionsmetode og ekstraktionstid. De resterende analysefaktorer holdes konstante under hele forsøget. Ud fra erfaring og praktiske forhold er det valgt at anvende ekstraktionstider fra ½ time til 16 timer med to mellemliggende tider på 4 og 8 timer. Det er forud for forsøget vurderet, at en tilstrækkelig ekstraktionseffektivitet vil kunne opnås inden for dette tidsrum.

Det er valgt at fastholde en konstant rystehastighed på 200 ryst/min ved alle ekstraktioner.

I forsøgsdesignet indgår således 2 variable faktorer med niveauer som følgende:

• Ekstraktionsmetode (5 forskellige)
• Ekstraktionstid (½ time, 4 timer, 8 timer, 16 timer)

Et egnet forsøg er et fuldfaktor forsøg, hvor de to forsøgsparametre sammensættes i alle mulige kombinationer. For én jordtype skal der udføres (5 ekstraktionsmetoder x 4 ekstraktionstider) = 20 delforsøg. Det vil sige i alt 80 delforsøg for de 4 jordtyper. For at øge det statistiske grundlag udføres dobbeltbestemmelse for hver behandling.

I forbindelse med opstilling af forsøgsdesignet er der mange faktorer, som skal indgå i overvejelserne, og som i denne sammenhæng umuliggør en korrekt udførelse af fuldfaktorforsøget. Først og fremmest bør hele forsøgsudførelsen være randomiseret for at undgå periodiske variationsbidrag i datamaterialet. I praksis betyder dette, at hele prøveforberedelsen (ekstraktion af de 160 delprøver) skal udføres i tilfældig rækkefølge. Dette vil være en meget vanskelig opgave at udføre i praksis, uden at der opstår fejl. I så fald ville det betyde, at alle jordtyper, alle ekstraktionstider og alle metoder skulle tages i arbejde på kryds og tværs af hinanden på samme tid. Dette faktum har medført en alternativ plan for udførelsen af ekstraktionerne:

1. En jordtype udvælges.
2. Afvejningen af de 20 delprøver foretages på én gang efter omhyggelig homogenisering samtidig med udtagelse af delprøve til traditionel tørstofbestemmelse.
3. Tilsætning af ekstraktionsmiddel m.m. foretages for én ekstraktionsmetode ad gangen.
4. Ekstraktionen igangsættes på samme tid for alle delprøver tilhørende en ekstraktionsmetode.
5. Tapning af ekstrakt udføres når den planlagte ekstraktionstid er gennemført for hver delprøve.
6. Først når alle 40 delprøver er overført til vials, for den pågældende jordtype, startes proceduren forfra.

Denne alternative fremgangsmetode øger risikoen for systematiske fejl i datamaterialet som følge af fejl under ekstraktionen. Under vurderingen af dataene er det derfor vigtigt at være opmærksom på, at denne risiko eksisterer.

I forbindelse med selve analysen er der ligeledes en række faktorer, som skal vurderes. Optimalt set burde alle ekstrakter randomiseres og analyseres på GC-FID i én lang kø på 160 prøver. I praksis er dette dog ikke muligt pga. en systematisk faldende apparatperformance, som nødvendiggør løbende standard- og blindkontrol samt vedligehold af liner, kolonne m.v. I praksis er det derfor også her nødvendigt at anvende en alternativ fremgangsmetode:

1. Tjek af at apparatperformance overholdes for en GC ved at analysere en blindprøve, en alkanstandard og en PAH-standard.
2. Opsætning af kø hvor 8 randomiserede delprøver analyseres, svarende til dobbeltbestemte prøver ved de 4 ekstraktionstider for én ekstraktionsmetode.
3. Tjek af apparatperformance ved at analysere en blindprøve, en alkanstandard og en PAH-standard.

Alle prøver hørende til samme jordtype er analyseret på samme apparatsignal for at undgå unødig variation i datamaterialet.

Ved at anvende ovenstående metode sikres apparatperformance i videst mulig omfang. Ulempen ved at anvende denne fremgangsmetode er dag til dag variationen på gaskromatografen, bl.a. fordi signalrespons og diskriminering ikke er konstante. Ideelt set burde analysedagen indgå som en blokfaktor i den endelige statistiske analyse, men med den valgte fremgangsmetode er dette ikke muligt, fordi der i praksis analyseres prøver for én ekstraktionsmetode om dagen ^[4]. Dette problem kan løses ved at randomisere analysen af alle 160 ekstrakter, således at der ikke tages hensyn til, hvilket opløsningsmiddel, der er brugt. Dette vil dog øge antallet af nødvendige standarder og blindprøver (forskellige opløsningsmidler) i både start og slutning af analysekøen og er derfor af praktiske årsager ikke gjort.

I stedet er det valgt at korrigere de enkelte fraktioner med middelsummen af de to analyserede alkanstandarder i henholdsvis starten og slutningen af den opsatte analysekø. Herved sikres samme basis for de analyserede ekstrakter. Forsøgsplanen for de 4 jordtyper kan ses i bilag 2 .

Under forsøgsudførelsen er der lagt vægt på at sikre en tilfredsstillende apparatperformance i henhold til krav om, at forholdet mellem arealet for C40 og C20 mindst skal være 80 % for alkanstandarden, jf. tabel 2-1. Der er under forsøgsudførelsen brugt meget tid på at sikre overholdelsen af dette krav, da det i perioder har været vanskeligt at overholde dette trods effektiv service og vedligehold af det anvendte apparatur. I forbindelse med de sammenlignende ekstraktioner har det derfor i få tilfælde været nødvendigt at acceptere en performance, som er mindre end 80 % . Betydningen for analyseresultaterne er beskrevet i afsnit 7.6.2.

Alle analyserede blindprøver er udrystet i ca. ½ time med de aktuelle opløsningsmidler for at inddrage eventuelle ligevægtsbidrag mellem de anvendte opløsningsmidler. Blindprøverne for PAH-metoden har dog ikke gennemgået en inddampningsproces.

Der er under dette afsnits forsøg, samt alle andre forsøg i projektperioden, udtaget ekstrakt til 4 vials, som opbevares i fryser, for evt. senere at kunne verificere de fremkomne data.

Forud for ekstraktionsforsøgene er der foretaget GC-FID-analyser af de rene opløsningsmidler til kontrol. Alle standarder og IS-opløsninger er fremstillet på samme tid ud fra certificerede standardampuller og er efterfølgende analyseret på GC-FID.

Da alle analyser foretages med GC-metoden "350_10", er det valgt kun at fremstille to sæt standarder svarende til Standard 1 og Standard 2 i n-pentan og n-heptan. For alle heptan-ekstrakter er starttemperaturen i GC-ovnen hævet til 90 °C for at undgå dårlig kromatografiering.

3.3 Resultater og databehandling

I bilag 3 er beregnede værdier angivet for de sammenlignende ekstraktioner med korrektion med intern standard. For hver jordtype er der udarbejdet tre særskilte tabeller for kulbrinteanalyserne, som anvendes til beregningerne. Forklaringer hertil er ligeledes angivet på bilag 3.

For PAH-analyserne er der udarbejdet 2 særskilte tabeller for hver jordtype. Da der kun ses indhold af PAH'er i den tjæreforurenede jordtype samt den motorolieforurenede jordtype, indgår kun disse i forsøget. Resultater fremgår af bilag 3.

Alle analyseresultater er korrigeret med en blindværdi fra den tilhørende analysekø. I det ideelle tilfælde bør der analyseres en blindprøve på hver side af alle prøverne for at kunne korrigere for variationer i blindværdien eksempelvis som følge af slæb. Udføres dette i praksis, kan der opstå problemer med apparatperformance pga. en for lang analysekø, som igen kræver analyse af flere standardrækker. Ud fra denne betragtning er det valgt kun at analysere en blindprøve i starten og i slutningen af hver analysekø. Til korrektion er anvendt den blindprøve, som repræsenterer blindniveauet bedst i de enkelte prøver.

3.3.1 Vurdering af jordhomogenitet

Den relative standardafvigelse (RSD) er beregnet for de 8 behandlinger for hver ekstraktionsmetode og for hver jordtype. En metode til at vurdere om den opnåede jordhomogenitet er acceptabel, er at sammenligne RSD fra de indledende homogeniseringsforsøg, afsnit 3.2.3 med RSD fra ekstraktion med dichlormethan i de sammenlignende ekstraktioner. De samhørende RSD-værdier er angivet i tabel 3-10.

Tabel 3-10. Sammenligning af RSD for de 4 jordtype fra de indledende homogeniseringsforsøg med RSD fra ekstraktion med dichlormethan fra de sammenlignende ekstraktioner.

Som det ses af tabellen, er den relative standardafvigelse generelt større for dataene fra de sammenlignende ekstraktioner. Der ses dog en forholdsvis lille forskel mellem resultaterne for kompostjorden i 2. og 3. fraktion.

Den større variation tyder på at variationen, som følge af forskellige rystetider, generelt er større end variationen som følge af eventuel inhomogenitet. Det vælges at udføre en række variansanalyser for at klarlægge om det er muligt at se nogle systematiske trends i datamaterialet.

3.3.2 Totalkulbrinter

For at kunne sammenligne ekstraktionseffektiviteterne for de 5 ekstraktions-metoder er der udført en en-sidet variansanalyse. I variansanalysen inddrages alle behandlinger, udført for de fire jordtyper, på én gang. Herved anvendes 7 frihedsgrader til at vurdere de enkelte metoders evne til at ekstrahere kulbrinter fra de 4 jordtyper.

Såfremt indholdet af kulbrinter for én jordtype ligger højt i forhold til de resterende jordtyper, kan det være nødvendigt med en forudgående databehandling (normalisering). Hvis en ekstraktionsmetode udviser høj ekstraktionseffektivitet overfor netop denne jordtype, kan dette medføre en urealistisk høj samlet ekstraktionseffektivitet idet gennemsnitsværdien i variansanalysen er midlet over alle 4 jordtyper. Dette til trods for at metodens ekstraktionseffektivitet overfor de andre jordtyper ikke er optimal. Der er ikke taget hensyn til dette i de kommende variansanalyser, da undersøgelser heraf ved sammenligning af normaliserede og ikke-normaliserede data viser samme resultat.

Alle statistiske analyser i rapporten er udført i programmet "Statgraphics Plus, version 5.0" udgivet af Manugistics Inc. /29/.

3.3.2.1 Ekstraktionseffektivitet
I det følgende er angivet variansanalyserne udført på fraktionerne 2-4 som er summeret (C10-C40). Forud for variansanalyserne er der udført en F-test for at vurdere hvorvidt, der kan antages at være varianshomogenitet i datamaterialet. Desuden er det undersøgt, om residualerne er normalfordelte, og om der kan antages statistisk uafhængige residualer.

Undersøgelse af varianshomogenitet er udført ved Bartlets test. Testværdierne er angivet i tabel 3-11.

Tabel 3-11. P-værdier fra Bartlets test for fraktionen C10-C40.

Som det ses af tabel 3-11 er p-værdien < 5 %, hvilket indikerer at der ikke umiddelbart kan antages varianshomogenitet i dette datamateriale (5 % signifikansniveau). Dette kan hænge sammen med udførelsen af forsøgene, da det ikke har været muligt at anvende en fuld randomiseret forsøgsplan. Da variansanalysen er forholdsvis robust overfor afvigelse fra varianshomogenitet, og da p-værdien ikke ligger meget under de 5 %, vælges det alligevel at udføre variansanalysen. Med hensyn til normalfordelte residualer har dette i begge tilfælde været tilfredsstillende opfyldt. Hvad angår statistisk uafhængighed, kan dette også antages at være nogenlunde opfyldt.

Variansanalysen er udført på et 5%-signifikansniveau, og den poolede standardafvigelse er anvendt til at beregne de angivne konfidensintervaller.

De anførte forkortelser henviser til de anvendte ekstraktionsmetoder som følgende:

D = Dichlormethan-ekstraktion (dichlormethan/vand).
I = ISO/DIS 16703 (acetone/n-heptan).
PA = PAH-metode, VKI sag 11670 (n-pentan/acetone).
PM = PAH-metode, modificeret (n-pentan/acetone).
P = Pentan-ekstraktion (n-pentan/pyrophosfat).

Ud af x-aksen i figur 3-5 er angivet behandlingsnummeret, som svarer til de behandlinger, som er angivet i bilag 2. Behandling 1-5 repræsenterer ekstraktionsudbyttet (y-akse) ved en ekstraktionstid på ½ time, behandling 6-10 ved en ekstraktionstid på 4 timer, behandling 11-15 ved en ekstraktionstid på 8 timer, mens behandling 16-20 svarer til en ekstraktionstid på 16 timer. En enkelt afviger er udeladt fra dataanalysen (F3-A3 ^[6]).

Figur 3-6. Variansanalyse for summen af ekstraherede kulbrinter i fraktionen C10-C40.

Betragtes variansanalysen på figur 3-6, ses generelt en stigende ekstraktionseffektivitet med stigende ekstraktionstid, som forventet. Tydeligst er denne tendens for PM- og P-metoden. Analysen indikerer endvidere at en høj ekstraktionseffektivitet opnås hurtigst ved anvendelse af D-, I- og PA-metoden. Desuden ses, at ekstraktionseffektiviteten ved en ekstraktionstid på 16 timer er nogenlunde ens for D-, I-, PM- og PA-metoden. Dog ser det ud til at der opnås den højeste ekstraktionseffektivitet ved anvendelse af I-metoden ved 16 timers ekstraktion. Af analysen ses en generelt dårligere ekstraktionseffektivitet ved anvendelse af P-metoden i forhold til de resterende metoder. Under ekstraktionen af kompostjorden er der bemærket en meget dårlig befugtningsevne ved anvendelse af P-metoden. Dette viser sig i form af en meget dårlig ekstraktionseffektivitet overfor denne jordtype sammenlignet med de resterende ekstraktionsmetoder.

De enkelte metoders ekstraktionseffektivitet kan også vurderes ved at betragte den samlede ekstraktionseffektivitet for hver metode bestemt ved et gennemsnit, som er en midling over alle ekstraktionstider og alle jordtyper. Dette er illustreret i figur 3-7.

Figur 3-7. Middelværdi for mængden af ekstraherede kulbrinter bestemt ud fra inddragelse af alle ekstraktionstider og alle jordtyper for hver ekstraktionsmetode.

Som det ses af figuren, opnås den størst samlede ekstraktionseffektivitet ved anvendelse af I-metoden eller D-metoden, som begge er signifikant forskellige fra de resterende metoder. Analysen viser dog ikke, hvorvidt den samme ekstraktionseffektivitet kan opnås ved en bestemt ekstraktionstid for forskellige metoder, men viser derimod en mere generel tendens.

Der er ligeledes udført en variansanalyse for de 5 ekstraktionsmetoder i forhold til kulbrinteindholdet i den tunge fraktion C25-C40 (3.+4.), hvilket ses på figur 3-8. Test af varianshomogenitet er anført i tabel 3-12. Den gasolieforurenede jordtype indgår ikke i datamaterialet, pga. det lave indhold af tunge kulbrinter i fraktionen C35-C40.

Tabel 3-12. P-værdier fra Bartlets test for fraktionen C25-C40.

Betragtes variansanalysen på figur 3-8, ses de samme tendenser som fra variansanalyserne på fraktionen C10-C40 (figur 3-5).

Figur 3-8. Variansanalyse for summen af ekstraherede kulbrinter i fraktionen C25-C40.

Udføres en variansanalyse, hvor middelværdien er bestemt ud fra alle ekstraktionstider og alle jordtyper, så ses samme tendens som for fraktionen C10-C40 vist i figur 3-7.

Som tillæg til genfindingsforsøget er der udført en variansanalyse på arealerne af den interne standard o-terphenyl i forhold til anvendt ekstraktionsmetode. Resultatet af analysen kan ses på figur 3-9.

Figur 3-9. Variansanalyse udført på arealet af o-terphenyl fra samtlige behandlinger fra de sammenlignende ekstraktioner.

Af analysen ses generelt høje arealværdier for D-, I-, PM- og P-metoden, mens inddampningstrinnet for PA-metoden medfører en noget lavere respons, som forventet. Testes middelværdierne i forhold til hinanden, er der ikke signifikant forskel på responsen for I- , P- og D-metoden, hvorfor responsen på de interne standarder ikke kan siges at være forskellige. Statistisk set er der ingen signifikant forskel mellem I- og PM-metoden, men responsen på den interne standard for PM-metoden kan siges at være mindre end for D- og P-metoden på et 5%-signifikansniveau. Dette kan betyde, at ekstraktions-effektiviteten kan være estimeret en smule for højt for PM-metoden.

Den meget lave respons for PA-metoden viser, at det er nødvendigt at anvende IS-korrektion for at kunne tage højde for tab af ekstraherede kulbrinter under inddampningsprocessen. Det anbefales dog at anvende flere interne standarder i en endelig metode med forskellige kogepunkter, for at kunne korrigere mere optimalt for de forskellige kulbrintefraktioner. Da der kun er anvendt én intern standard i forbindelse med de sammenlignende ekstraktioner, kan ekstraktionseffektiviteten for nogle af jordtyperne generelt være estimeret for højt.

Ud fra de sammenlignende ekstraktionsforsøg for totalkulbrinter i området C10-C40 kan følgende tendenser fremhæves ved de undersøgte ekstraktionstider:

• Den laveste ekstraktionseffektivitet fås ved anvendelse af P-metoden.
• Ved en ekstraktionstid på 16 timer opnås sammenlignelige ekstraktionseffektiviteter for I-, D-, PA- og PM-metoden, dog indikerer resultaterne en lidt højere effektivitet for I-metoden.
• En høj ekstraktionseffektivitet opnås hurtigst ved anvendelse af I-, D- eller PA-metoden.
• Den højeste ekstraktionseffektivitet bestemt ud fra midling over alle ekstraktionstider og alle jordtyper opnås ved anvendelse af I-metoden med tætteste konkurrent D-metoden.

3.3.2.2 Reproducerbarhed
For at kunne vurdere reproducerbarheden af de enkelte ekstraktionsmetoder er den relative standardafvigelse beregnet for hver ekstraktionstid. Beregningen er udført på hele datamaterialet således, at dataene fra alle 4 jordtyper inddrages til beregningen for fraktionen C10-C40. Den gasolieforurenede jordtype er stadig udeladt til beregningen for C25-C40. Beregningsresultaterne kan ses i tabel 3-13.

Tabel 3-13. Relativ standardafvigelse for ekstraherede kulbrinter for de anvendte ekstraktionsmetoder ved forskellige ekstraktionstider. De relative standardafvigelser er beregnet ud fra ekstraktion af alle jordtyper.

De grå-farvede felter i tabel 3-13 angiver den laveste RSD for hver ekstraktionstid og for hver beregningssituation. Betragtes resultaterne for de enkelte ekstraktionstider for fraktionen C10-C40 ser det ud til, at den bedste reproducerbarhed opnås ved anvendelse af PM-metoden. Generelt ses de bedste reproducerbarheder ved anvendelse af PM-, D- og PA-metoderne ud fra betragtning af sum-værdien samt ekstraktionstiderne på 8 og 16 timer. Reproducerbarheden for P- og I-metoden ser ud til at være dårligere end for de resterende.

For fraktionen C25-C40 ses den bedste reproducerbarhed for I-metoden ved en ekstraktionstid på 0,5 og 4 timer. Totalt set opnås den bedste reproducerbarhed også her ved anvendelse af PM-metoden, hvilket ligeledes er gældende ved 8 og 16 timers ekstraktion. Ved 8 og 16 timers ekstraktion ses sammenlignelige ekstraktionseffektiviteter for D- ,I- , og PA-metoden.

Ud fra en samlet vurdering indikerer variansanalyserne at:

• D-, PA- og PM-metoden giver den bedste reproducerbarhed for fraktionen C10-C40.
• PM-metoden giver den bedste reproducerbarhed for fraktionen C25-C40, mens der ses sammenlignelige reproducerbarheder for D-, I-, og PA-metoden ved ekstraktionstider på 8 og 16 timer.

Der er en vis usikkerhed behæftet ved ovenstående beregninger, hvorfor værdierne kun må betragtes som vejledende. Det er nødvendigt at undersøge reproducerbarheden mere dybdegående for den endelige udvalgte ekstraktionsmetode, for at kunne vurdere dens anvendelighed. Dette gøres senere i form af en metodevalidering, kapitel 9.

3.3.3 7 MST-PAH

De tjære- og motorolieforurenede jordtyper er anvendt til at vurdere de fem metoders ekstraktionseffektivitet overfor de 7 MST PAH'er fluoranthen, benzo(bjk)fluoranthener, benzo(a)pyren, indeno(1,2,3-cd)pyren samt dibenz(a,h)anthracen. Råarealerne er korrigeret på samme måde som for totalkulbrinterne, dog er der anvendt en PAH-standard til at korrigere for dag til dag variationen på GC-FID'en. Som intern standard er også her anvendt o-terphenyl.

3.3.3.1 Ekstraktionseffektivitet
Variansanalyserne udføres på summen af de 7 MST PAH'er. Forud for variansanalysen er der udført en F-test for at vurdere, om der kan antages varianshomogenitet i datamaterialet. Resultaterne heraf kan ses i tabel 3-14.

Tabel 3-14. P-værdier fra Bartlets test for summen af de 7 MST PAH'er.

Som det ses af tabellen, kan der antages varianshomogenitet i datamaterialet. Behandling F3-A3 er ligesom for analysen af totalkulbrinterne udeladt fra variansanalysen pga. fejl i den interne standard.

Kravet om normalfordelte og statistisk uafhængige residualer er ligeledes undersøgt og er tilfredsstillende opfyldt i datasættet.

Ud af x-aksen er angivet behandlingsnummeret, som svarer til de behandlinger, som er angivet i bilag 2. Behandling 1-5 repræsenterer ekstraktionsudbyttet (y-akse) ved en ekstraktionstid på ½ time, behandling 6-10 ved en ekstraktionstid på 4 timer, behandling 11-15 ved en ekstraktionstid på 8 timer, mens behandling 16-20 svarer til en ekstraktionstid på 16 timer.

Figur 3-10. Variansanalyse for summen af de 7 MST PAH'er ved anvendelse af forskellig ekstraktionsmetode og ekstraktionstid.

Betragtes variansanalysen på figur 3-10, er det med den gældende usikkerhed ikke muligt at se nogen forskelle i ekstraktionseffektivitet for de 5 metoder. Behandling nr. 3 og 7 er de to eneste, som viser signifikant afvigelse fra nogen af de resterende behandlinger. De høje værdier for behandling 7 skyldes et afvigende datapunkt, som det ikke har været muligt at fjerne med dokumenteret grund fra datamaterialet. Dette er ligeledes gældende for behandling nr. 3, hvor variansen mellem bestemmelserne er forholdsvis stor. Ses alene på tendenserne i variansanalyserne, ser det ud til, at ekstraktionseffektiviteten for P-metoden ved 0,5 og 4 timer er generelt lavere end for de resterende metoder. Ved en ekstraktionstid på 16 timer ser det ud som om, at forskellen er udlignet.

Udføres en 3-sidet variansanalyse med valgt ekstraktionsmetode og jordtype som kvalitative faktorer og ekstraktionstiden som kvantitativ faktor, viser det sig, at ekstraktionstiden ikke har signifikant betydning på mængden af ekstraherede PAH'er. Dette resultat svarer ikke umiddelbart til forventningerne og overlappet mellem konfidensintervallerne, kan derfor skyldes en for stor prøveinhomogenitet. Dette er dog ikke undersøgt nærmere i denne rapport.

Ud fra de sammenlignende ekstraktioner for de 7 MST PAH'er kan følgende fremhæves:

• Det er ikke muligt at se nogen signifikant forskel i ekstraktionseffektivitet for de 5 ekstraktionsmetoder.
• Det ser ud til at ekstraktionseffektiviteten for P-metoden er lavere ved ekstraktionstider på 0,5 og 4 timer end for de resterende metoder.

3.3.3.2 Reproducerbarhed
For at kunne vurdere de enkelte metoders reproducerbarhed med hensyn til ekstraktion af de 7 MST PAH'er, er den relative standardafvigelse beregnet på tilsvarende vis. Resultaterne kan ses i tabel 3-15.

Tabel 3-15. Relativ standardafvigelse for ekstraherede PAH'er for de anvendte ekstraktionsmetoder ved forskellige ekstraktionstider. De relative standardafvigelser er beregnet ud fra ekstraktion af den tjære- og motorolieforurenede jord.

Betragtes resultaterne for de normaliserede data, opnås den bedst samlede reproducerbarhed ved anvendelse af I-metoden efterfulgt af D-metoden. Dette er ligeledes gældende ved en ekstraktionstid på 8 og 16 timer. Den dårligste reproducerbarhed ser ud til at opnås ved anvendelse af PA- eller PM-metoden. Vurderingen af disse tal er naturligvis behæftet med en vis usikkerhed, og det er nødvendigt at undersøge reproducerbarheden ved en validering af den endeligt udvalgte metode.

Ud fra en overordnet vurdering kan følgende fremhæves:

• I- metoden (ISO/DIS 16703) ser ud til at medføre den bedste reproducerbarhed efterfulgt af D-metoden (Dichlormethan).

3.4 Overordnede betragtninger

I forbindelse med udvælgelse af en anvendelig ekstraktionsmetode til det videre projektarbejde bør en række andre aspekter ligeledes inddrages i den samlede vurdering. Disse behandles i det følgende.

3.4.1 Praktisk udførelse

Den praktiske udførelse af ekstraktioner i laboratoriet har en stor betydning for valg af ekstraktionsmetode. D-, P- og PM-metoderne er stort set ens med hensyn til den praktiske udførelse. I-metoden kan på dette analyseniveau sammenlignes med de nævnte metoder, dog følger i referencemetoden en række oprensningstrin, som er mere tidskrævende. Udelades disse, vil den praktiske udførelse af D-, I-, PM og P-metoden være på niveau med det, som allerede i dag udføres i laboratorierne. PA-metoden er uhensigtsmæssig på grund af de nødvendige faseadskillelses-, tørrings- og inddampningstrin.

3.4.2 Miljømæssige betragtninger

Af miljømæssige hensyn, er dichlormethan uønsket som ekstraktionsmiddel og ønskes generelt udsluset fra brug i laboratoriet. Samtidig er det ikke hensigtsmæssigt med en stor mængde opløsningsmiddel, som f.eks. anvendes i PA-metoden. P-, I- og PM-metoden er ud fra denne betragtning de mest optimale at anvende.

3.4.3 Kromatografiske betragtninger

Det er af stor betydning, at det er muligt at evaluere prøvernes indhold af kulbrinter ud fra kromatogrammerne fra GC-FID. Dette er i PA-metoden vanskeligt pga. høj baggrundsstøj fra kulbrinter i begyndelsen af kromatogrammerne. Dette skyldes ikke de anvendte opløsningsmidler, da disse i forvejen er renhedstjekket. Desuden er der forøget risiko for forurening under inddampningsprocessen.

3.4.4 BTEX

Mulighed for kvantificering af BTEX'er er afhængig af valg af opløsningsmiddel. I-metoden egner sig ikke til BTEX'er i den anvendte form med heptan som opløsningsmiddel. D- og P-metoden er i dag de metoder, som anvendes til kvantificering af BTEX'er. PA-metoden kan ikke anvendes pga. inddampningstrinnet. PM-metoden kan i princippet anvendes, men der kræves dog en kromatografisk optimering, for at muliggøre kvantificering af specielt benzen.

3.4.5 Flygtige halogenerede kulbrinter

Mulighed for kvantificering af flygtige halogenerede kulbrinter (trichlormethan m.m.) er ikke muligt for D-metoden. Laboratoriet har ikke undersøgt muligheden for kvantificering af de halogenerede kulbrinter med I-metoden ved ECD, hvor kun de halogenerede kulbrinter detekteres. I dag anvendes primært P-metoden til kvantificering af de halogenerede kulbrinter, og PM-metoden adskiller sig ikke væsentligt i ekstraktionsprincippet. Denne metode kan i princippet anvendes. Dog er det endnu ikke afprøvet i laboratoriet.

3.4.6 Anvendelse af interne standarder

I forbindelse med evaluering af resultaterne, har laboratoriet overvejet at indføre en højere kogende intern standard eksempelvis squalan. Årsagen er, at o-terphenyl har retentionstidssammenfald med en hel række andre kulbrinter – især i gasolieforureninger, og kan blive fejlintegreret pga. interferens. En højere kogende intern standard kan i nogle tilfælde afhjælpe dette problem.

Laboratoriet har desuden overvejet, om det i forbindelse med PA-metoden vil være en fordel, at anvende 3 interne standarder, således at alle fraktioner korrigeres overfor hver sin interne standard. Dette vil delvis korrigere for tab, som følge af inddampningstrinet, som ikke er ligeligt fordelt over hele det kromatografiske område.

3.5 Konklusion

Ud fra de sammenlignende ekstraktioner for kulbrintefraktionerne C10-C40 samt C25-C40 er det med de gældende usikkerheder vanskeligt at udvælge én metode, som medfører den mest optimale ekstraktionseffektivitet. Valg af ekstraktionsmetode afhænger af, hvilken ekstraktionstid der anvendes. Anvendes en ekstraktionstid i størrelsesordenen 8-16 timer, som vurderes at være realistisk, ses en mindre forskel i ekstraktionseffektivitet for I-, D-, PA-, og PM-metoden. Ved en ekstraktionstid på 16 timer ses dog en tendens til at der opnås en højere ekstraktionseffektivitet ved anvendelse af I-metoden.

Resultaterne viser dog tydeligt en generel dårligere ekstraktionseffektivitet for P-metoden ved samtlige ekstraktionstider.

Valg af metode ud fra de sammenlignende ekstraktioner kan kun foretages ud fra ekstraktion af kulbrinter i området C10-C40 og C25-C40. Dette skyldes, at der ikke kan drages nogen anvendelige konklusioner ud fra ekstraktion af de 7 MST PAH'er med de gældende usikkerheder.

Ud fra betragtning af resultaterne fra de sammenlignende ekstraktioner vurderes, at D-, I-, PA-, og PM-metoden er de mest velegnede at arbejde videre med, fordi der opnås sammenlignelige ekstraktionseffektiviteter ved 8 og 16 timers ekstraktionstid.

En yderligere afgrænsning af metoder kan foretages ud fra praktiske og miljømæssige vurderinger. D-metoden ønskes udsluset pga. de miljømæssige konsekvenser ved anvendelse af dichlormethan. Projektgruppen har været bevidst om dette faktum forud for projektet, og D-metoden er primært inddraget for at kunne vurdere ekstraktionseffektiviteten af de andre metoder i forhold hertil. D-metoden anses derfor ikke som en anvendelig metode.

I PA-metoden indgår et faseadskillelses- og inddampningstrin, som er to tidskrævende processer. Den ekstra håndtering ved omhældning til skilletragt og rotationsfordamper øger desuden risikoen for kontaminering af prøven. De kromatografiske forhold for metoden er ligledes ikke optimale, idet der ses uhensigtsmæssigt meget baggrundsstøj fra kulbrinter i starten af kromatogrammet. Dette vil have indflydelse på muligheden for kvantificering af BTEX'er og flygtige halogenerede forbindelser. På grund af inddampningstrinet kan PA-metoden dog ikke anvendes til kvantificering af BTEX'er og flygtige halogenerede forbindelser. Metoden anvender en forholdsvis stor mængde af opløsningsmidler, som af både økonomiske- og miljømæssige årsager ses som en ulempe.

En prøvestørrelse på 10 g, i modsætning til 20-60 g for de andre metoder, vurderes ikke at være hensigtsmæssig. Med den stigende fokus på udtagning af repræsentative delprøver i laboratoriet bør dette også indgå i overvejelserne.

Det vurderes således, at anvendelsen af PA-metoden ikke er hensigtsmæssig.

PM-metoden kan i princippet anvendes både til kvantificering af BTEX'er og halogenerede flygtige forbindelser. Der kræves dog en optimering af de kromatografiske forhold for at muliggøre kvantificering af specielt benzen.

I-metoden har i forhold til PM-metoden den ulempe, at der anvendes n-heptan som opløsningsmiddel. Dette umuliggør kvantificering af BTEX'er og flygtige halogenerede forbindelser på GC-FID pga. sammenfald. I ISO/DIS 16703 standarden gives der dog mulighed for anvendelse af pentan som opløsningsmiddel. Herved bør det være muligt at kvantificere både BTEX'er og de flygtige halogenerede forbindelser.

Ud fra sammenligning af data for metodernes reproducerbarhed ses den bedste reproducerbarhed for kulbrintefraktionerne generelt for PM-metoden. Dataene er dog behæftet med en vis usikkerhed, og reproducerbarheden bør derfor undersøges nærmere.

PM-metoden anvender en prøvemængde på 50 g mens I-metoden kun tager 20 g i arbejde. For at opnå en god repræsentativ prøveudtagning i laboratoriet må PM-metoden således foretrækkes.

I-metoden forventes inden for den nærmeste fremtid at blive godkendt som europæisk standard. Såfremt dette bliver en realitet vil det af praktiske årsager være en fordel at arbejde videre med I-metoden. Herved undgås implementering af endnu en ny metode i laboratorierne.

Der vil blive arbejdet videre med metoderne ISO/DIS 17603 samt PAH modificeret for at kunne foretage en yderligere afgrænsning. De to metoder ligner hinanden en del, og i kapitel 4 vil de to metoder blive afprøvet overfor hinanden.

Fodnoter

[2] Florida TRPH standard, Restek Cat.#31266.

[3] I bilag 1. ses analyseforskrift af metoden i den form, den er anvendt i de sammenlignende ekstraktionsforsøg.

[4] Som følge heraf vil ekstraktionsmetoden som forsøgsvariabel kovariere med analysedagen.

[5] 4. fraktion indgår ikke i de sammenlignende ekstraktioner pga. det lave indhold af kulbrinter.

[6] F3 =Jordtype 3 (motorolieforurenet jord), A3 = Behandling 3 bestemmelse A, jf. bilag 3.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Marts 2004, © Miljøstyrelsen.