🌿 Benzen w powietrzu na stanowiskach pracy — adsorpcja na węglu aktywnym i chromatografia gazowa (GC-FID / GC-MS)

Środowisko PN-Z-04016-10

Przegląd

Benzen (CAS 71-43-2) jest łatwopalną, bezbarwną lub jasnożółtą cieczą o słodkawym zapachu (masa molowa 78,11 g/mol, t. wrz. 80,1 °C, prężność par 101 hPa w 20 °C), której pary tworzą z powietrzem mieszaniny wybuchowe; w UE sklasyfikowany jako rakotwórczy kat. 1A i mutagenny kat. 1B (H350, H340, H372, H304, H225). Jest surowcem do etylobenzenu, kumenu, aniliny i cykloheksanu, rozpuszczalnikiem i składnikiem benzyny. W Polsce oznaczanie benzenu w powietrzu na stanowiskach pracy reguluje PN-Z-04016-10:2005: adsorpcja par na węglu aktywnym, desorpcja disiarczkiem węgla i chromatografia gazowa; najmniejsze oznaczalne stężenie tą metodą wynosi 0,5 mg/m³. Wartość NDS wynosiła 1,6 mg/m³ (Dz.U. 2018 poz. 1286, notacja „skóra”), a od 5 kwietnia 2026 r. obowiązuje 0,66 mg/m³ (0,2 ppm). Dlatego CIOP-PIB opracował znowelizowaną metodę (Wasilewski, Kondej, PiMOŚP 2026, nr 2(128)) o zakresie 0,066–1,32 mg/m³ (1/10–2 nowej NDS), spełniającą PN-EN 482, z detekcją FID lub MS, zwalidowaną na tle toluenu, n-heksanu, styrenu, etylobenzenu i ksylenów. Parametry walidacyjne: GC-FID — LOD 0,103 µg/ml, LOQ 0,308 µg/ml, precyzja całkowita 5,25 %, niepewność rozszerzona 23,02 %; GC-MS — LOD 0,76 ng/ml, LOQ 2,27 ng/ml, precyzja 5,93 %, niepewność rozszerzona 25,65 %. Laboratoria stosujące PN-Z-04016-10 pobierają próbki z przepływem 0,05–0,08 dm³/min do 30 dm³ na rurkę z węglem aktywnym; próbki przechowywane w chłodziarce są trwałe 7 dni (wg zestawienia ŚCOP), a w metodzie CIOP-PIB — 15 dni.

Zasada metody

Benzen zawarty w badanym powietrzu zatrzymuje się na węglu aktywnym w rurce sorpcyjnej (dwie warstwy: 100 mg i 50 mg, rozdzielone włóknem szklanym), desorbuje disiarczkiem węgla i oznacza chromatograficznie. W metodzie CIOP-PIB przez rurkę przepuszcza się do 9 l powietrza ze strumieniem nie większym niż 1,5 l/h (rurka od strony krótszej warstwy połączona z aspiratorem); przy stężeniach nawet powyżej 2 NDS benzen nie przechodzi do drugiej warstwy w ilości większej niż 10 %. Każdą warstwę węgla przesypuje się osobno do naczynka z zaworem, dodaje 1 ml CS₂ o obniżonej zawartości benzenu i wytrząsa 30 min; identycznie przygotowuje się ślepą próbę z nieużywanej rurki. Analiza GC-FID: kolumna HP-5 30 m × 0,32 mm × 0,25 µm, piec 60 °C (4 min) → 25 °C/min → 190 °C (9,2 min), dozownik 250 °C, detektor 300 °C, azot 25 ml/min, wodór 30 ml/min, powietrze 400 ml/min, dzielnik 5:1, nastrzyk 2 µl. Analiza GC-MS: kolumna RTX-5 silMS 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, piec 50 °C (4 min) → 25 °C/min → 190 °C, dozownik i linia transferowa 280 °C, hel 1 ml/min, dzielnik 10:1, nastrzyk 1 µl, tryb SIM m/z 51 i 78. Stężenie odczytuje się z krzywej wzorcowej (0,58–12,0 µg/ml w CS₂; R ≥ 0,9999), a wynik oblicza: X = (C − Cb)·v/(V·d), gdzie v — objętość CS₂ [ml], V — objętość powietrza [l], d — współczynnik odzysku (średnio 1,01 dla GC-FID, 0,95 dla GC-MS). Roztwory benzenu w CS₂ w chłodziarce są trwałe 3 dni; próbki na węglu — 15 dni.

Zastosowania

• Kontrola warunków sanitarnohigienicznych w rafineriach, petrochemii, przy produkcji etylobenzenu, kumenu, aniliny, na stacjach paliw i w laboratoriach
• Ocena narażenia na substancję rakotwórczą kat. 1A w zakresie 1/10–2 NDS (0,066–1,32 mg/m³) zgodnie z PN-EN 482
• Pomiary przy pracach z rozpuszczalnikami, farbami, żywicami, gumą i benzyną (równoległe oznaczanie benzenu w benzynie ekstrakcyjnej)
• Oznaczanie benzenu w obecności toluenu, n-heksanu, styrenu, etylobenzenu i ksylenów (BTEX)

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-Z-04016-10:2005

Tytuł (PL)

Ochrona czystości powietrza — Badania zawartości benzenu i jego homologów z nasyconym łańcuchem bocznym — Część 10: Oznaczanie benzenu na stanowiskach pracy metodą chromatografii gazowej

Title (EN)

Air purity protection — Tests for benzene and its homologues with saturated side chain — Part 10: Determination of benzene at workplaces by gas chromatography

Procedura krok po kroku

1. Pobieranie próbek

   Zgodnie z PN-Z-04008-7 przepuść przez rurkę z węglem aktywnym (krótsza warstwa od strony pompy) do 9 l powietrza ze stałym strumieniem nie większym niż 1,5 l/h; pobrane próbki przechowuj w chłodziarce (trwałe 15 dni).

2. Wzorce

   Przygotuj wagowo roztwór pośredni (ok. 1 mg/ml) i podstawowy (ok. 0,1 mg/ml) benzenu w CS₂; do sześciu kolb 10 ml odmierz 58, 74, 150, 300, 600 i 1200 µl roztworu podstawowego i uzupełnij CS₂ (0,58–12,00 µg/ml); roztwory trwałe 3 dni w chłodziarce.

3. Krzywa wzorcowa

   Nastrzyknij po 2 µl (GC-FID) lub 1 µl (GC-MS) każdego wzorca dwukrotnie; różnica wyników od średniej ≤ 5 %; wykreśl zależność powierzchni piku od stężenia.

4. Desorpcja

   Przesyp osobno każdą warstwę węgla do naczynek, dodaj po 1 ml CS₂, szczelnie zamknij i wytrząsaj 30 min; identycznie przygotuj ślepą próbę laboratoryjną z nieużywanej rurki.

5. Analiza

   Analizuj roztwory w ustalonych warunkach chromatograficznych (dwa pomiary, różnica ≤ 5 %); odczytaj stężenie benzenu z krzywej wzorcowej; sprawdź, że w drugiej warstwie jest < 10 % benzenu.

6. Odzysk i obliczenia

   Wyznacz współczynnik odzysku d na sześciu porcjach 100 mg węgla z 6 µl roztworu pośredniego (desorpcja po dobie) wobec trzech roztworów porównawczych; oblicz X = (C − Cb)·v/(V·d) w mg/m³ i porównaj z NDS.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Benzen — rakotwórczy kat. 1A, mutagenny kat. 1B, wchłania się przez skórę; wszystkie czynności ze wzorcami pod wyciągiem, w rękawicach odpornych na rozpuszczalniki
• Disiarczek węgla — wysoce łatwopalny (bardzo niska temperatura samozapłonu) i toksyczny; przechowuj z dala od źródeł ciepła, pracuj pod wyciągiem
• Wodór do FID — instalacja gazowa z detekcją nieszczelności; pozostałości CS₂ i benzenu do utylizacji przez uprawnione instytucje

Najczęstsze pytania