⚗️ Chlororganische Insektizide (HCH, DDT, Aldrin, Dieldrin…), PCB und Chlorbenzole im Wasser — Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Hexan und GC-ECD

Physikochemie PN-EN ISO 6468

Übersicht

ISO 6468:1996 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung ausgewählter chlororganischer Insektizide, polychlorierter Biphenyle (PCB) und Chlorbenzole (ohne Mono- und Dichlorbenzole) in Trinkwasser, Grundwasser, Oberflächenwasser und Abwasser; es wird für Proben mit einem Gehalt an Schwebstoffen bis 0,05 g/l angewendet — in Gegenwart organischer Substanz, von Schwebstoffen und Kolloiden sind die Störungen zahlreicher und die Nachweisgrenzen höher. Das Verfahren liefert Angaben über einzelne PCB-Kongenere, nicht über die Summe der PCB. Nachweisgrenzen (Tabelle 1) für Wässer mit geringem Gehalt an organischen Stoffen: chlororganische Insektizide (α-, β-, γ-, δ-, ε-HCH, o,p'- und p,p'-DDE, -DDD, -DDT, Methoxychlor, Aldrin, Dieldrin, Endrin, Heptachlor und dessen Epoxid, α- und β-Endosulfan) je nach Verbindung 1–10 ng/l; Chlorbenzole (Tri-, Tetra-, Penta-, Hexachlorbenzol, PCNB) 1–10 ng/l; PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180, 194 — 1–50 ng/l. Bei sehr niedrigen Konzentrationen ist das Problem der Verunreinigungen entscheidend — unterhalb von 10 ng/l ist besondere Sorgfalt erforderlich. Jede Substanz, die eine ECD-Anzeige bei einer nicht unterscheidbaren Retentionszeit ergibt, stört; in der Praxis wird ein großer Teil von ihnen durch die Extraktion und die Reinigung entfernt, und die Verwendung zweier Kapillarsäulen unterschiedlicher Polarität reicht gewöhnlich aus (die Ergebnisse werden als Höchstkonzentrationen behandelt). Die Verordnung von 2019 (Dz.U. 2019 Pos. 1311 — poln. Gesetzblatt) nennt PN-EN ISO 6468 als GC-Referenzverfahren für Aldrin, Dieldrin, Endrin, DDT, HCB, HCH, weitere Insektizide, Trichlorbenzol und PCB im Abwasser (z. B. eine Nachweisbarkeit von 1 µg/l für DDT, 0,5–1 µg/l für HCB). In Polen gilt es als PN-EN ISO 6468:2002 (polnische Fassung).

Im Lehrbuch der Politechnika Wrocławska (PWr, Technische Universität Wrocław) „Chemia wody" [Wasserchemie] stützt sich die Bestimmung chlororganischer Pestizide auf PN-EN ISO 6468:2002 (Extraktion mit n-Hexan — 1 h für Proben ohne Schwebstoffe, 4 h mit Schwebstoffen; Abdestillieren auf etwa 2 cm³, nicht bis zur Trockne; Reinigung an Florisil; GC-ECD mit einem ⁶³Ni-Detektor, Säule Zebron MultiResidue-1, Injektor und Säule 195 °C, Detektor 185 °C, Argon 99,9 %; Bestimmungsgrenzen γ-HCH 0,0005, DDE 0,002, DDD 0,003, DDT 0,005, Methoxychlor 0,010 µg/dm³; das Ergebnis ist der Mittelwert zweier Bestimmungen, die sich um höchstens 15 % unterscheiden) sowie alternativ auf PN-EN 16693 (SPE mit Scheiben und GC-MS).

Prinzip der Methode

Flüssig-Flüssig-Extraktion der chlororganischen Insektizide, der Chlorbenzole und der PCB mit einem Extraktionsmittel; nach dem Einengen der Bestandteile geringer Flüchtigkeit und einer etwaigen Reinigung werden die Extrakte mittels Gaschromatographie mit einem Elektroneneinfangdetektor analysiert. Reagenzien: gereinigtes Wasser (Ionenaustausch oder Kohle), Extraktionsmittel — Hexan, Petrolether oder Heptan (andere bei einer Wiederfindung von mindestens 60 %; „pesticide grade" nach Prüfung durch Einengen von 200 ml auf 1 ml), wasserfreies Natriumsulfat (4 h bei 500 ± 20 °C geglüht), Decan oder Dodecan als „Keeper", trockenes Aluminiumoxid (500 °C, 4 h) und desaktiviertes Aluminiumoxid (7 % ± 0,2 % Wasser, 2 h), Aluminiumoxid/Silbernitrat (0,75 g AgNO₃ in 0,75 ml Wasser + 4,0 ml Aceton + 10 g desaktiviertes Al₂O₃; im Dunkeln, innerhalb von 4 h zu verwenden), Kieselgel 63–200 µm (500 ± 30 °C etwa 14 h; mit 3 % Wasser desaktiviert, innerhalb von 24 h zu verwenden), Toluol, peroxidfreier Diethylether, mit Aceton gewaschene Siedesteinchen, reine oder zertifizierte Standards (Stammlösungen z. B. 50 mg auf 100 ml in Aceton, Pentan, Hexan, Dimethylbenzol (Xylol) oder Isooctan; etwa 1 Jahr bei 4 °C im Dunkeln haltbar), Zwischenlösungen (typischerweise 10 µg/ml; 6 Monate) und Arbeitslösungen (mindestens 5 Konzentrationen im ng/ml-Bereich; 1 Monat), ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel (Aceton, Methanol, DMF) zum Dotieren. Apparatur: ein GC mit ECD und Kapillarsäulen (Glas oder Quarzglas, Innendurchmesser < 0,4 mm, 25–60 m; On-column-Injektor oder Injektor mit Glasliner; isothermer und programmierter Ofen), Scheidetrichter von 1–5 l mit einem mit Hexan gewaschenen Glashahn oder mit einem Hahn aus PTFE, ein schnelllaufender Rührer und ein PTFE-ummanteltes Magnetrührstäbchen, ein Mikroseparator, eine Kuderna-Danish-Apparatur mit einer Snyder-Mikrokolonne, ein Rotationsverdampfer, eine Trockensäule (5–7 g Na₂SO₄, Schicht 7–10 cm, z. B. 10 × 250 mm), Reinigungssäulen (Al₂O₃/AgNO₃ 10 × 250 mm; Kieselgel — Makrokolonne 19 × 400 mm oder Mikrokolonne), Mikroliterspritzen; Glasgeräte mit Detergens, mit Chromschwefelsäure oder Peroxodisulfatmischung gereinigt, mit Hexan gespült oder mindestens 12 h bei 200 °C ausgeheizt (nicht die kalibrierten Glasgeräte), mit stichprobenartiger Kontrolle der Blindwerte. Proben: Braunglasflaschen von 1–5 l mit Schliffstopfen oder mit einer PTFE-Kappe (nicht aus Kunststoff), zu 80–90 % gefüllt; pH 5–7,5 (unmittelbar nach der Probenahme eingestellt); für Endosulfan eine gesonderte Probe bei pH 2; Lagerung im Dunkeln bei etwa 4 °C, Extraktion so bald wie möglich (am besten innerhalb von 24 h); getrocknete Extrakte können bis zu zwei Monate bei 4 °C aufbewahrt werden; bis zur Trockne dürfen sie nicht eingedampft werden. Das Wasservolumen wird durch Wägen der Flasche vor der Extraktion und nach dem Entleeren ermittelt. Kalibrierung: a) direkte Aufgaben der Arbeitslösungen (1–10 µl) — Linearität, Retentionszeiten, relative Signale; b) Kalibrierung des gesamten Verfahrens an dotierten Wasserproben (mindestens 5 Niveaus, z. B. 1–200 ng/l, mit einem Zusatz von weniger als 1 ml Lösungsmittel je Liter), aus der die Wiederfindung jedes Analyten berechnet wird; tägliche Rekalibrierung; ein Blindwert aus reinem Wasser über das gesamte Verfahren — ein Wert über 10 % des niedrigsten Ergebnisses ist aufzuklären.

Anwendungen

• Trinkwasser und Grundwasser — Rückstände chlororganischer Insektizide (HCH/Lindan, DDT und Metaboliten, Aldrin, Dieldrin, Endrin, Heptachlor) im ng/l-Bereich
• Oberflächenwasser und Abwasser — PCB (Kongenere 28, 52, 101, 138, 153, 180, 194) und Chlorbenzole (HCB, PeCB, TeCB, TCB); Referenzverfahren nach Dz.U. 2019 Pos. 1311
• Überwachung prioritärer Stoffe und persistenter organischer Schadstoffe (POP) in der aquatischen Umwelt
• Proben mit geringem Schwebstoffgehalt (≤ 0,05 g/l) — Spurenanalytik mit Kontrolle der Verunreinigungen
• Laboratorien mit GC-ECD und zwei Kapillarsäulen unterschiedlicher Polarität; alternativ GC-MS nach SPE (PN-EN 16693)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 6468:2002 (ISO 6468:1996)

Titel (PL)

Jakość wody — Oznaczanie wybranych chloroorganicznych insektycydów, polichlorowanych bifenyli i chlorobenzenów — Metoda chromatografii gazowej po ekstrakcji ciecz-ciecz

Title (EN)

Water quality — Determination of certain organochlorine insecticides, polychlorinated biphenyls and chlorobenzenes — Gas chromatographic method after liquid-liquid extraction

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme und Lagerung

   Nimm die Probe nach ISO 5667-1/-2 in Braunglasflaschen von 1–5 l (nicht aus Kunststoff) und fülle sie zu 80–90 %; stelle den pH-Wert unmittelbar nach der Probenahme auf 5–7,5 ein (Endosulfan — eine gesonderte Probe bei pH 2); bewahre sie im Dunkeln bei etwa 4 °C fern von konzentrierten Lösungen auf; extrahiere so bald wie möglich (innerhalb von 24 h). Ermittle das Wasservolumen durch Wägen der Flasche vor und nach dem Entleeren.

2. Extraktion

   Ist die Flasche voll, gieße 30–100 ml ab. Variante A: gib 30 ml des Lösungsmittels zu, schüttle mindestens 10 min, überführe in einen Scheidetrichter, gib die wässrige Phase in die Flasche zurück und wiederhole die Extraktion zweimal mit je 20–30 ml. Variante B: gib 20–30 ml des Lösungsmittels zu, rühre mit einem Magnetrührer mindestens 10 min bei mindestens 1000 min⁻¹ (oder mit einem schnelllaufenden Rührer 2 min bei 4 °C) bei abgedecktem Gefäß, trenne die Phasen im Mikroseparator unter Zugabe von gereinigtem Wasser und nimm den Extrakt mit einer Pipette ab.

3. Trocknen

   Leite den Extrakt durch eine mit dem Lösungsmittel gewaschene Säule mit wasserfreiem Na₂SO₄ (spüle sie mit weiteren 10–20 ml nach) oder gib Na₂SO₄ in den Kolben (1 min schütteln, 5 min stehen lassen, dekantieren, mit 10–20 ml nachspülen) oder friere den Extrakt 2 h bei −18 °C ein und dekantiere ihn vom Eis ab (mit 10 ml nachspülen).

4. Einengen

   Kuderna-Danish: dampfe mit 2 Siedesteinchen auf dem Dampfbad auf 5 ± 1 ml ein, dann mit einer Snyder-Mikrokolonne oder einem sanften Stickstoffstrom (Bad ≤ 40 °C) auf unter 1 ml (unterhalb von 0,5 ml gib den Keeper zu). Rotationsverdampfer: auf mindestens 0,6 ml bei einem Druck nicht unter 340 mbar, Bad ≤ 50 °C; überführe quantitativ in einen 1-ml-Kolben und fülle mit dem Lösungsmittel auf. Nicht bis zur Trockne eindampfen.

5. GC-ECD und gegebenenfalls Reinigung

   Analysiere Extrakte reiner Wässer unmittelbar: gib 1–10 µl auf (wie bei der Kalibrierung) und vergleiche das Chromatogramm mit den Standards. Bei sich überlagernden Peaks reinige: an einer Säule Al₂O₃/AgNO₃ (15 ml Lösungsmittel, 1,0 g Al₂O₃/AgNO₃, 2,0 g Al₂O₃, 5 mm Na₂SO₄; trage den Extrakt auf, spüle mit 2 ml nach, eluiere mit 30 ± 1 ml; ist die ganze Säule geschwärzt — wiederhole an einer frischen) oder an Kieselgel (1 g in Hexan, 0,2 g Na₂SO₄; 100 µl des Extrakts; Fraktionen von 2,5/2,5/8 ml Hexan, 8 ml Hexan/Toluol 95:5, 16 ml 90:10, 8 ml Hexan/Ether 99,5:0,5; etwa 1–2 Tropfen/s, Stickstoff etwa 25 mbar); enge die Fraktionen ein und analysiere sie.

6. Kalibrierung, Blindwert und Ergebnis

   Kalibriere durch direkte Aufgaben der Arbeitslösungen (lineare Regression y = m·ρ + b; bei einem großen Achsenabschnitt verwirf die höchsten Konzentrationen) sowie über das gesamte Verfahren an dotierten Wasserproben (mindestens 5 Niveaus, z. B. 1–200 ng/l; weniger als 1 ml Lösungsmittel je Liter; am Tag der Verwendung) — berechne die Wiederfindung; rekalibriere täglich. Führe einen Blindwert über das gesamte Verfahren durch (über 10 % des niedrigsten Ergebnisses → suche die Ursache). Bestätige die Identifizierung auf der zweiten Säule; gib das Ergebnis als Höchstkonzentration (eine Koelution ist möglich) in ng/l oder µg/l an.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Chlororganische Insektizide und PCB sind giftig, persistent und bioakkumulierend — Handschuhe, Abzug, kleinstmögliche Mengen an Standards, Abfälle zur Entsorgung
• Hexan, Petrolether, Toluol und Diethylether — leicht entzündlich; Ether bildet Peroxide (peroxidfreien Ether verwenden)
• Chromschwefelsäure / Peroxodisulfatmischung zur Reinigung der Glasgeräte — stark ätzend und oxidierend
• Der ECD enthält eine ⁶³Ni-Quelle — Handhabung nach den Vorschriften über radioaktive Quellen

Häufige Fragen