🧬 THM / Trihalometany w wodzie
Oznaczanie trihalometanów (chloroform, bromodichlorometan, dibromochlorometan, bromoform) w wodzie metodą chromatografii gazowej z detekcją ECD lub MS. Kontrola ubocznych produktów dezynfekcji.
Przegląd
Trihalometany (THM) to grupa ubocznych produktów dezynfekcji (DBP) powstających podczas chlorowania wody pitnej. Chlor reaguje z naturalną materią organiczną (kwasy humusowe, fulwowe) obecną w wodzie surowej, tworząc lotne związki chlorowcoorganiczne. Cztery główne THM to: chloroform (CHCl₃), bromodichlorometan (CHBrCl₂), dibromochlorometan (CHBr₂Cl) i bromoform (CHBr₃). Suma tych czterech związków (TTHM — Total Trihalomethanes) jest regulowana prawnie.
Dopuszczalna wartość sumy THM w wodzie pitnej wynosi 100 µg/L (wg Dyrektywy UE 2020/2184 i Rozporządzenia MZ). Chloroform jest zazwyczaj dominującym składnikiem (60–90% TTHM). Trihalometany wykazują działanie rakotwórcze (chloroform — grupa 2B wg IARC), mutagenne i hepatotoksyczne. Długotrwała ekspozycja na THM w wodzie pitnej wiąże się ze zwiększonym ryzykiem raka pęcherza moczowego.
Norma PN-EN ISO 10301 opisuje metody chromatografii gazowej do oznaczania lotnych związków chlorowcoorganicznych w wodzie, w tym THM. Stosuje się dwie techniki wprowadzania próbki: ekstrakcję ciecz-ciecz (LLE) z pentanem lub heksanem, następnie GC-ECD, oraz analizę fazy nadpowierzchniowej (headspace) — statyczną lub dynamiczną (purge & trap), następnie GC-ECD lub GC-MS. Detektor wychwytu elektronów (ECD) jest szczególnie czuły na związki chlorowcoorganiczne.
Technika headspace-GC jest najczęściej stosowana ze względu na prostotę, automatyzację i brak konieczności używania rozpuszczalników organicznych. Purge & trap oferuje najniższe granice wykrywalności (rzędu ng/L), ale jest bardziej czasochłonna.
Zasada metody
Lotne THM są wydzielane z próbki wody do fazy gazowej — metodą headspace (ogrzewanie próbki w zamkniętej fiolce, równowaga ciecz-gaz) lub purge & trap (przedmuchiwanie gazem obojętnym, sorpcja na pułapce, desorpcja termiczna). Faza gazowa jest wprowadzana do chromatografu gazowego (GC), gdzie THM są rozdzielane na kolumnie kapilarnej (np. DB-624, RTX-VRX) w programie temperaturowym. Detekcja odbywa się za pomocą detektora wychwytu elektronów (ECD) — wysoce selektywnego i czułego na związki halogenowe — lub detektora masowego (MS) zapewniającego identyfikację na podstawie widma masowego. Stężenia oznacza się z krzywej kalibracyjnej.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (suma THM ≤100 µg/L)
- Monitoring ubocznych produktów dezynfekcji chlorowej
- Optymalizacja procesu chlorowania (minimalizacja THM)
- Badanie wody w basenach kąpielowych (THM w wodzie i powietrzu)
- Kontrola jakości wody po ozonowaniu, UV i alternatywnej dezynfekcji
- Monitoring wód powierzchniowych jako wskaźnik zanieczyszczenia antropogenicznego
- Badanie wody butelkowanej
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Oznaczane związki | CHCl₃, CHBrCl₂, CHBr₂Cl, CHBr₃ (4 THM) |
| Granica wykrywalności (headspace-GC-ECD) | 0,1–0,5 µg/L |
| Granica wykrywalności (purge & trap GC-MS) | 0,01–0,05 µg/L |
| Zakres liniowy | 0,5–200 µg/L (typowo) |
| Dopuszczalna suma THM (woda pitna) | ≤100 µg/L |
| Detektor | ECD (63Ni) lub MS (kwadrupol/pułapka jonowa) |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 10301:2002
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie wysoce lotnych związków chlorowcoorganicznych (LZWO) — Metody chromatografii gazowej
- Title (EN)
- Water quality — Determination of highly volatile halogenated hydrocarbons — Gas chromatographic methods
Procedura krok po kroku
1. Pobór próbki
Napełnij fiolkę 40 mL bez bąbelków powietrza (THM lotne!). Dodaj Na₂S₂O₃ (3 mg) przed poborem do usunięcia Cl₂. Szczelnie zamknij. Przechowuj w 4°C, analiza w 14 dni.
2. Przygotowanie wzorców kalibracyjnych
Przygotuj serię 0, 5, 10, 25, 50, 100 µg/L TTHM w wodzie wolnej od THM. Dodaj wzorzec wewnętrzny (IS). Dodaj NaCl (3 g/10 mL).
3. Przygotowanie fiolek headspace
Do fiolki 20 mL wprowadź 10 mL próbki, dodaj NaCl (3 g) i 10 µL IS. Zamknij kapslem z septą PTFE/silikon. Nie zostawiaj bąbelków!
4. Ustawienie autosamplera headspace
Temperatura termostatowania: 60–80°C, czas termostatowania: 20–30 min, temperatura linii transferowej: 150°C.
5. Ustawienie GC
Kolumna DB-624: program temp. 35°C (5 min) → 10°C/min → 200°C (2 min). Gaz nośny: He 1,0 mL/min (GC-MS) lub N₂ (GC-ECD). Injektor: 200°C, split 1:10.
6. Ustawienie detektora
ECD: temperatura 300°C, make-up N₂ 30 mL/min. Lub MS: tryb SIM (m/z: 83, 85 dla CHCl₃; 127, 129 dla CHBrCl₂; 173 dla CHBr₂Cl; 173, 252 dla CHBr₃).
7. Kalibracja
Zmierz serię wzorców. Wykreśl krzywą kalibracyjną (stosunek pól pików analit/IS vs stężenie). R² ≥0,998 dla każdego THM.
8. Pomiar próbek
Umieść fiolki w autosamplerze. Aparat automatycznie termostatuje, dozuje i analizuje. Czas analizy ok. 50 min/próbkę (z termostatowaniem).
9. Identyfikacja i kwantyfikacja
Zidentyfikuj piki THM na chromatogramie (czasy retencji, widma MS). Oblicz stężenia z krzywej kalibracyjnej. Oblicz sumę THM (TTHM).
10. Kontrola jakości
Blank metody, blank polowy, duplikat, próbka fortyfikowana (spike 50 µg/L — odzysk 80–120%), wzorzec kontrolny CRM.
11. Raportowanie
Podaj stężenia poszczególnych THM i sumę TTHM w µg/L. Dla wyników <LOQ raportuj „<LOQ". Dołącz informację o metodzie detekcji (ECD/MS).
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Chromatograf gazowy z detektorem ECD lub MS | Shimadzu GC-2030 + ECD, Agilent 8890 GC + 5977B MS, Thermo TRACE 1310 | 100 000–350 000 PLN |
| Autosampler headspace | Shimadzu HS-20, Agilent 7697A, Teledyne Tekmar HT3 | 50 000–120 000 PLN |
| System purge & trap (opcja) | Teledyne Tekmar Atomx, OI Analytical Eclipse | 80 000–150 000 PLN |
| Kolumna kapilarna | Agilent DB-624 (30 m × 0,25 mm × 1,4 µm), Restek RTX-VRX | 1 500–3 500 PLN |
| Fiolki headspace 20 mL | Fiolki szklane z kapslem krympowanym i septą PTFE/silikon | 2–5 PLN/szt. |
| Gaz nośny — hel lub azot | Hel 5.0 (dla GC-MS) lub azot 5.0 (dla GC-ECD), butla 50 L | 300–1 500 PLN/butla |
| Gaz do ECD — azot lub argon/metan | Azot 5.0 (make-up gas) lub Ar/CH₄ 95/5 | 300–600 PLN/butla |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Wzorce THM (mieszanina) | — | Certyfikowana mieszanina 4 THM w metanolu, np. Supelco EPA 501/601 THM Mix, 200 µg/mL każdy; przechowywać w –18°C |
| Wzorzec wewnętrzny (IS) | — | Fluorobenzen lub 1,2-dibromoetan w metanolu — do korekty odzysku i objętości dozowania |
| Tiosiarczan sodu | 7772-98-7 | Na₂S₂O₃ — dodawany do próbki w punkcie poboru (ok. 3 mg na 40 mL) w celu usunięcia wolnego chloru i zatrzymania reakcji tworzenia THM |
| Chlorek sodu | 7647-14-5 | NaCl — dodawany do fiolki headspace (ok. 3–5 g na 10 mL próbki) w celu zwiększenia efektywności wydzielania THM (efekt solny) |
| Metanol cz.d.a. | 67-56-1 | Do przygotowania rozcieńczeń wzorców; jakość do chromatografii |
| Woda wolna od THM | — | Woda ultraczysta odgazowana lub gotowana 15 min — do przygotowania wzorców i blanków |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Chloroform — rakotwórczy kat. 2, toksyczny (H351, H331, H302) — praca pod wyciągiem, rękawice, okulary
- Metanol — toksyczny (H301, H311, H331), łatwopalny — praca pod wyciągiem
- Wzorce THM w metanolu — przechowywać w –18°C, dawkować w wyciągu
- Hel / azot — gazy pod ciśnieniem, ryzyko asfiksji w zamkniętych pomieszczeniach
- Odpady zawierające THM — zbierać jako odpady chlorowcoorganiczne
- Detektory ECD zawierają izotop ⁶³Ni — wymiana i utylizacja wg przepisów o źródłach promieniotwórczych