☠️ Dioksyny i PCB (GC-HRMS)
Krótko: o co chodzi
Oznaczanie polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn (PCDD), dibenzofuranów (PCDF) i dioksynopodobnych PCB metodą wysokorozdzielczej chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-HRMS). Badanie wykonuje się według normy PN-EN 1948-1:2006 + PN-EN 1948-4:2013+A1:2014; Rozdzielczość spektrometru mas: ≥ 10 000 R (10% valley definition). Procedura obejmuje 10 kroków (łącznie około 8 h 15 min–20 h 45 min); stosuje się je m.in. do: Monitoring emisji z instalacji spalania odpadów (spalarnie), Badanie żywności (mięso, ryby, mleko, jaja) na zgodność z limitami UE, Analiza pasz zwierzęcych pod kątem zanieczyszczenia dioksynami.
W skrócie
- Norma: PN-EN 1948-1:2006 + PN-EN 1948-4:2013+A1:2014
- Kategoria: Środowisko
- Kroków procedury: 10
- Łączny czas etapów: 8 h 15 min–20 h 45 min
- Rozdzielczość spektrometru mas: ≥ 10 000 R (10% valley definition)
- Granica wykrywalności: 0,1–1 pg TEQ/g (żywność), 0,01 ng TEQ/Nm³ (emisja)
- Liczba kongenerów: 17 PCDD/PCDF + 12 dl-PCB = 29 analitów
Przegląd
Dioksyny (PCDD/PCDF) i dioksynopodobne polichlorowane bifenyle (dl-PCB) należą do najbardziej toksycznych substancji antropogenicznych — trwałe zanieczyszczenia organiczne (POPs) objęte Konwencją Sztokholmską. Ich oznaczanie wymaga zastosowania najwyższej klasy aparatury analitycznej — chromatografii gazowej sprzężonej z wysokorozdzielczą spektrometrią mas (HRGC/HRMS) z rozdzielczością masową ≥ 10 000.
Norma PN-EN 1948 definiuje metody pobierania próbek i analizy emisji ze źródeł stacjonarnych (kominy, spalarnie), ale technika GC-HRMS jest również stosowana do analizy dioksyn w żywności (Rozporządzenie (UE) 2023/915), paszach, glebie, osadach ściekowych i próbkach biologicznych. Wyniki wyrażane są w TEQ (toksyczny ekwiwalent) z wykorzystaniem współczynników toksyczności TEF wg WHO-2005.
Procedura analityczna jest niezwykle złożona i kosztowna — wymaga wieloetapowej ekstrakcji, oczyszczania na kolumnach wielowarstwowych (krzemionka, alumina, węgiel aktywny), analizy na GC-HRMS z detekcją wybranych jonów (SIM) i ilościowego oznaczenia metodą rozcieńczenia izotopowego (z użyciem znakowanych ¹³C wzorców wewnętrznych). Koszt pojedynczej analizy wynosi 3 000–8 000 PLN.
W Polsce analizy dioksyn wykonuje niewiele laboratoriów, m.in. Laboratorium Analiz Śladowych (dioksyny.pl), J.S. Hamilton Poland, ALS Poland i Instytut Ochrony Środowiska. Akredytacja wg ISO 17025 w tym zakresie wymaga udziału w międzylaboratoryjnych badaniach porównawczych (np. INTERCAL).
Zasada metody
Metoda opiera się na rozcieńczeniu izotopowym — do próbki dodaje się znane ilości wzorców wewnętrznych znakowanych ¹³C (17 kongenerów PCDD/PCDF i 12 dl-PCB). Po ekstrakcji i wieloetapowym oczyszczaniu, ekstrakt analizuje się na chromatografie gazowym z kolumną kapilarną (DB-5ms lub DB-Dioxin) sprzężonym z magnetycznym spektrometrem mas o rozdzielczości ≥ 10 000 R (10% valley). Detekcja w trybie SIM (Selected Ion Monitoring) — monitorowane są jony molekularne i fragmentacyjne dla każdego kongeneru. Kwantyfikacja na podstawie stosunku sygnałów analitu do wzorca ¹³C.
Zastosowania
- Monitoring emisji z instalacji spalania odpadów (spalarnie)
- Badanie żywności (mięso, ryby, mleko, jaja) na zgodność z limitami UE
- Analiza pasz zwierzęcych pod kątem zanieczyszczenia dioksynami
- Monitoring gleb i osadów ściekowych w rejonach przemysłowych
- Badania próbek środowiskowych (powietrze, woda, gleba) w pobliżu źródeł emisji
- Ocena narażenia ludności — analizy mleka kobiecego, krwi, tkanki tłuszczowej
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Rozdzielczość spektrometru mas | ≥ 10 000 R (10% valley definition) |
| Granica wykrywalności | 0,1–1 pg TEQ/g (żywność), 0,01 ng TEQ/Nm³ (emisja) |
| Liczba kongenerów | 17 PCDD/PCDF + 12 dl-PCB = 29 analitów |
| Współczynniki TEF | WHO-2005 (2,3,7,8-TCDD = 1,0) |
| Limit w żywności (mięso) | 2,5 pg WHO-TEQ/g tłuszczu (PCDD/F), 5,0 pg (suma TEQ) |
| Koszt analizy | 3 000–8 000 PLN / próbka |
Norma
- Numer normy
- PN-EN 1948-1:2006 + PN-EN 1948-4:2013+A1:2014
- Tytuł (PL)
- Emisje ze źródeł stacjonarnych — Oznaczanie stężenia masowego PCDD/PCDF i dioksynopodobnych PCB
- Title (EN)
- Stationary source emissions — Determination of the mass concentration of PCDDs/PCDFs and dioxin-like PCBs
Procedura krok po kroku
-
Dodanie wzorców wewnętrznych
Dodaj do próbki (10–50 g) znane ilości ¹³C-znakowanych wzorców wewnętrznych PCDD/PCDF i dl-PCB. Mieszaj.
-
Ekstrakcja
Wykonaj ekstrakcję toluenowo-acetonową (Soxhlet 16h lub ASE). Dla próbek ciekłych — ekstrakcja ciecz-ciecz.
-
Oczyszczanie — kolumna kwasowa
Przepuść ekstrakt przez wielowarstwową kolumnę krzemionkową (warstwa kwasowa H₂SO₄, zasadowa KOH, neutralna). Elucja heksanem.
-
Oczyszczanie — kolumna alumina
Przepuść przez kolumnę z tlenkiem glinu. Elucja: frakcja 1 (heksan — odrzuć), frakcja 2 (DCM/heksan — zbierz).
-
Oczyszczanie — kolumna węglowa
Przepuść przez kolumnę z węglem aktywnym AX-21 na Celite. Separacja mono-orto PCB od PCDD/PCDF i non-orto PCB.
-
Zatężenie
Odparuj eluenty do ~50 µL pod strumieniem azotu. Dodaj wzorce odzysku (recovery standards). Przenieś do fiolki GC.
-
Analiza GC-HRMS
Analiza na kolumnie DB-5ms (60 m). Program temp.: 120°C→200°C (20°C/min)→280°C (3°C/min)→310°C (10 min). Tryb SIM, rozdzielczość ≥ 10 000.
-
Identyfikacja i kwantyfikacja
Zidentyfikuj kongenery na podstawie czasu retencji i stosunku izotopowego (±15% wartości teoretycznej). Oblicz stężenia metodą rozcieńczenia izotopowego.
-
Obliczenie TEQ
Pomnóż stężenie każdego kongeneru przez odpowiedni TEF (WHO-2005). Zsumuj TEQ dla PCDD/PCDF i dl-PCB oddzielnie oraz łącznie.
-
Kontrola jakości
Sprawdź odzyski wzorców wewnętrznych (25–150%). Analizuj próbkę ślepą, duplikat i CRM w każdej serii.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| GC-HRMS (magnetyczny sektor) | Thermo DFS, Waters AutoSpec Ultima, JEOL JMS-800D | 1 500 000–3 000 000 PLN |
| System ekstrakcji automatycznej (ASE) | Thermo Dionex ASE 350, Büchi SpeedExtractor E-916 | 100 000–200 000 PLN |
| System oczyszczania automatyczny | FMS PowerPrep, Fluid Management Systems | 200 000–400 000 PLN |
| Koncentrator (odparowywacz) | Zymark TurboVap II, Büchi Syncore | 30 000–60 000 PLN |
| Kolumny oczyszczające (wielowarstwowe) | Kolumny krzemionkowe (kwasowa/zasadowa), alumina, węgiel aktywny AX-21 | 500–2 000 PLN / zestaw jednorazowy |
| Kolumna kapilarna GC | Agilent DB-5ms (60 m × 0,25 mm × 0,25 µm), Restek Rtx-Dioxin2 | 2 000–4 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Wzorce ¹³C PCDD/PCDF (wewnętrzne) | Mieszanina | Wellington Labs EPA-1613 LCS — 16 znakowanych ¹³C kongenerów PCDD/PCDF, ~8 000 PLN / ampułka |
| Wzorce ¹³C dl-PCB (wewnętrzne) | — | Wellington Labs WP-LCS — 12 znakowanych ¹³C dl-PCB, ~5 000 PLN / ampułka |
| Wzorce natywne (kalibracyjne) | — | Wellington Labs EPA-1613 CS1–CS5 — zestaw 5 stężeń do krzywej kalibracyjnej |
| Toluen (do pestycydów) | 108-88-3 | Czystość ≥ 99,9%, Merck Suprasolv, do ekstrakcji i analizy GC |
| Heksan (do pestycydów) | 110-54-3 | Czystość ≥ 99%, do oczyszczania na kolumnach krzemionkowych |
| Dichlorometan (do pestycydów) | 75-09-2 | Czystość ≥ 99,9%, do ekstrakcji i elucji z kolumn oczyszczających |
| Kwas siarkowy stężony | 7664-93-9 | Do przygotowania warstwy kwasowej kolumny krzemionkowej (44% H₂SO₄ na krzemionce) |
| Węgiel aktywny AX-21 | — | Do separacji frakcji planarnych PCB od PCDD/PCDF na kolumnie węglowej |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Toluen, heksan, DCM — toksyczne, łatwopalne — praca wyłącznie pod dygestorium
- Kwas siarkowy stężony — silnie żrący, egzotermiczna reakcja z wodą — okulary, rękawice kwasoodporne
- Wzorce dioksyn — ekstremalnie toksyczne substancje, praca w wyznaczonej strefie z pełnym OOI
- Odpady zawierające dioksyny — utylizacja przez spalanie w temperaturze > 1200°C
- GC-HRMS z sektorem magnetycznym — silne pole magnetyczne, zakaz dla osób z rozrusznikiem serca
Najczęstsze pytania
Jaka norma opisuje to badanie?
Badanie wykonuje się według normy PN-EN 1948-1:2006 + PN-EN 1948-4:2013+A1:2014 — „Emisje ze źródeł stacjonarnych — Oznaczanie stężenia masowego PCDD/PCDF i dioksynopodobnych PCB”. Tytuł angielski: „Stationary source emissions — Determination of the mass concentration of PCDDs/PCDFs and dioxin-like PCBs”.
Na czym polega ta metoda?
Metoda opiera się na rozcieńczeniu izotopowym — do próbki dodaje się znane ilości wzorców wewnętrznych znakowanych ¹³C (17 kongenerów PCDD/PCDF i 12 dl-PCB). Po ekstrakcji i wieloetapowym oczyszczaniu, ekstrakt analizuje się na chromatografie gazowym z kolumną kapilarną (DB-5ms lub DB-Dioxin) sprzężonym z magnetycznym spektrometrem mas o rozdzielczości ≥ 10 000 R (10% valley).
Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?
Rozdzielczość spektrometru mas: ≥ 10 000 R (10% valley definition); Granica wykrywalności: 0,1–1 pg TEQ/g (żywność), 0,01 ng TEQ/Nm³ (emisja); Liczba kongenerów: 17 PCDD/PCDF + 12 dl-PCB = 29 analitów; Współczynniki TEF: WHO-2005 (2,3,7,8-TCDD = 1,0).
Ile trwa wykonanie badania?
Suma czasów podanych przy poszczególnych etapach to około 8 h 15 min–20 h 45 min. Procedura obejmuje 10 kroków.
Jaki sprzęt jest potrzebny?
GC-HRMS (magnetyczny sektor), System ekstrakcji automatycznej (ASE), System oczyszczania automatyczny, Koncentrator (odparowywacz), Kolumny oczyszczające (wielowarstwowe), Kolumna kapilarna GC. Orientacyjny koszt podstawowej aparatury (GC-HRMS (magnetyczny sektor)): 1 500 000–3 000 000 PLN.
Gdzie stosuje się to badanie?
Monitoring emisji z instalacji spalania odpadów (spalarnie); Badanie żywności (mięso, ryby, mleko, jaja) na zgodność z limitami UE; Analiza pasz zwierzęcych pod kątem zanieczyszczenia dioksynami; Monitoring gleb i osadów ściekowych w rejonach przemysłowych; Badania próbek środowiskowych (powietrze, woda, gleba) w pobliżu źródeł emisji; Ocena narażenia ludności — analizy mleka kobiecego, krwi, tkanki tłuszczowej.
Jakie środki ostrożności obowiązują?
Toluen, heksan, DCM — toksyczne, łatwopalne — praca wyłącznie pod dygestorium; Kwas siarkowy stężony — silnie żrący, egzotermiczna reakcja z wodą — okulary, rękawice kwasoodporne; Wzorce dioksyn — ekstremalnie toksyczne substancje, praca w wyznaczonej strefie z pełnym OOI; Odpady zawierające dioksyny — utylizacja przez spalanie w temperaturze > 1200°C; GC-HRMS z sektorem magnetycznym — silne pole magnetyczne, zakaz dla osób z rozrusznikiem serca.
Które laboratorium wykona to badanie?
Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-EN 1948-1.