ГОСТ Р ИСО 17735-2012

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЗДУХ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ

Определение суммарного содержания изоцианатных групп в воздухе методом жидкостной хроматографии с использованием в качестве реагента 1-(9-антраценилметил)пиперазина (MAP)

Workplace atmospheres. Determination of total isocyanate groups in air by the method of liquid chromatography using reagent 1-(9-anthracenylmethyl)piperazine (MAP)

ОКС 13.040.30

Дата введения 2013-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АНО "НИЦ КД") на основе собственного  перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 457 "Качество воздуха"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2012 г. N 1370-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 17735:2009* "Воздух рабочей зоны. Определение суммарного содержания изоцианатных групп в воздухе методом жидкостной хроматографии с использованием в качестве реагента 1-(9-антраценилметил)пиперазина (MAP)" [ISO 17735:2009 "Workplace atmospheres - Determination of total isocyanate groups in air using 1-(9-anthracenylmethyl)piperazine (MAP) reagent and liquid chromatography", IDT].

 ________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Настоящий стандарт устанавливает методику определения содержания мономерных и олигомерных изоцианатов в воздухе рабочей зоны с использованием 1-(9-антраценилметил)пиперазина (MAP). Применение MAP обеспечивает более достоверную идентификацию изоцианатов на хроматограммах проб и их более точное количественное определение по сравнению с другими дериватизирующими агентами. Анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) проводят в условиях градиентного элюирования (градиент рН) для селективного ускорения элюирования МАР-производных олигомерных изоцианатов, которые могут быть не обнаружены при проведении анализа в изократических условиях. Были проведены испытания [7] по проверке эффективности MAP по сравнению с другими дериватизацирующими агентами при определении общего содержания изоцианатов в воздухе. Было выявлено, что MAP реагирует с фенилизоцианатом (используемым в качестве модельного изоцианата) также быстро или быстрее, чем другие реагенты, используемые при обычном анализе проб на содержание изоцианатов. Выходной сигнал от МАР-производных в ультрафиолетовой области спектра сопоставим с сигналом от производных 9-(метиламинометил)антрацена (МАМА), и он значительно больше, чем у других наиболее часто используемых дериватизирующих агентов [приблизительно в три раза больше, чем для производных 1-(2-метоксифенил)пиперазина (1-2МР) с ароматическими изоцианатами и в 14 раз больше, чем для 1-2МР-производных алифатических изоцианатов]. Изменение выходного сигнала УФ-детектора в пересчете на одну изоцианатную группу при переходе от соединения к соединению для МАР-производных меньше, чем для любых других наиболее часто используемых сочетаний дериватизирующий агент/детектор (коэффициент вариации составляет 3,5% для пяти модельных изоцианатов). Эти результаты получены при точном количественном анализе детектируемых образцов немономерных изоцианатов, основанном на градуировочной зависимости, полученной по результатам анализа стандартных образцов мономеров. Обычно градуировку строят по образцам мономеров тех веществ, содержание которых собираются определять, но оказалось, что для построения градуировки можно использовать другие соединения, так как при переходе от одного соединения к другому изменение сигнала их МАР-производных не существенно. Интенсивность флуоресцентного сигнала МАР-производных сопоставима с интенсивностью МАМА-производных и значительно выше, чем у других дериватизирующих агентов (например приблизительно в 30 раз выше интенсивности флуоресцентного сигнала производных триптамина). Было установлено, что при переходе от одного соединения к другому изменение сигнала флуоресценции будет меньше для МАМА-производных, но больше для производных триптамина (коэффициент вариации для МАМА-производных составляет 59%, для МАР-производных составляет 33% и для производных триптамина - 16% по пяти модельным изоцианатам). Изменение флуоресцентного сигнала МАР-производных при переходе от одного вещества к другому считается слишком большим для точного количественного определения немономерных изоцианатов по градуировочной зависимости, полученной с применением стандартных растворов мономерных изоцианатов. Тем не менее, чувствительность флуоресцентного детектора делает его применение особенно целесообразным для количественного определения мономеров при низком уровне их содержания, а высокая селективность очень важна при отнесении неидентифицированного пика на хроматограмме ВЭЖХ к МАР-производному. Использование при хроматографическом анализе МАР-производных электрохимических детекторов целесообразно, так как они будут давать интенсивный выходной сигнал. Использование при анализе методом ВЭЖХ градиентного (рН) режима элюирования с изменением рН обеспечивает избирательное ускорение элюирования аминов (амины являются МАР-производными) и очень большое (что ускоряет элюирование МДИ более, чем в 100 раз). Исходные равновесные условия восстанавливаются практически сразу. При анализе с применением MAP продолжительностью 30 мин может быть количественно определено большое число олигомерных изоцианатов, которые могут быть и не обнаружены при более продолжительном анализе изократическим методом.

Метод анализа с применением MAP был проверен при проведении нескольких параллельных исследований с другими методами. В [8] показано, что при отборе проб воздуха в импинжеры с раствором MAP и в импинжеры NIOSH 5521 (сопоставимые с импинжерами MDHS 25) получены сопоставимые результаты, где осуществляется их распыление. В методике [8] в качестве реагента применялся MAP, но не использовалось градиентное (рН) элюирование. В [9] приведено сравнение результатов измерений при отборе проб в импинжеры с MAP и в другие импинжеры (NIOSH 5521 и NIOSH 5522), а также при отборе проб с применением двух фильтров. При этом среднее содержание олигомера MAP было значительно выше, чем при применении импинжеров с растворами других реагентов, и немного выше, чем при применении двух фильтров. При определении МАР-производных изоцианатов по этим методикам применялся градиентный режим элюирования с изменением рН.

Метод с применением MAP в настоящее время утвержден и доступен в виде методики Национального института по безопасности и здоровью населения (США) - NIOSH Method 5525 [11]. Значения метрологических характеристик этой методики определены в [12].

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие положения по отбору и анализу проб на содержание изоцианатов органических соединений, присутствующих в виде взвешенных частиц в воздухе рабочей зоны.

Настоящий стандарт применяют для определения различных органических соединений, содержащих функциональные NCO-группы, в том числе монофункциональных изоцианатов (например, фенилизоцианата), мономерных диизоцианатов [например 1,6-гексаметилендиизоцианата (HDI), толуолдиизоцианатов (TDI), 4,4'-дифенилметандиизоцианата (MDI) и изофорондиизоцианатов (IPDI)], форполимеров [например, биурет- и изоцианурата (HDI)], а также промежуточных продуктов, образующихся в процессе получения или термического разложения полиуретана.

В смешанных системах, содержащих HDI и IPDI, невозможно идентифицировать и количественно определить мономеры IPDI при низком уровне их содержания в соответствии с настоящим стандартом из-за совместного элюирования мономерного IPDI и HDI-уретидиндиона.

Диапазон измерений содержания NCO-групп в молях в расчете на каждое соединение в пробе данным методом составляет приблизительно от 1·10 до 2·10.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

ISO 5725-2:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results - Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method (including Technical Corrigendum 1:2002) [Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений (включая техническую поправку 1:2002)]

ISO 16200-1:2001, Workplace air quality - Sampling and analysis of volatile organic compounds by solvent desorption/gas chromatography - Part 1: Pumped sampling method (Качество воздуха рабочей зоны. Отбор проб летучих органических соединений с последующей десорбцией растворителем и газохроматографическим анализом. Часть 1. Отбор проб методом прокачки)

     3 Основные положения

Определенный объем воздуха пропускают либо через импинжер, содержащий раствор 1-9(антраценилметил)пиперазина (MAP), либо через фильтр, пропитанный MAP, либо через линию отбора проб, состоящую из импинжера, за которым расположен пропитанный МАР-реагентом фильтр. Выбор устройства отбора проб зависит от химических и физических свойств присутствующих в воздухе изоцианатов [13]. При использовании инпинжера раствор подвергают твердофазной экстракции (SPE), а элюат концентрируют и анализируют методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с регистрацией аналитического сигнала с помощью последовательно расположенных ультрафиолетового детектора (УФД) и флуоресцентного детектора (ФЛД).

Если для отбора проб используют пропитанный МАР-реагентом фильтр, то проводят экстракцию растворителем либо на месте отбора проб после его окончания, либо в лаборатории. Поскольку экстракция пробы с фильтра производится в аналитической лаборатории, метод применим для анализа только тех изоцианатов, которые при отборе проб находились в парообразном состоянии. Полученный раствор фильтруют и анализируют методом ВЭЖХ/УФД/ФЛД. Полученные пики изоцианатов идентифицируют по их положению в ультрафиолетовой и флуоресцентной области спектра, регистрируемого УФД и ФЛД, путем сравнения с хроматограммой чистого изоцианатного продукта, при его наличии. Количественное определение соединений, для которых имеются образцы сравнения (обычно мономеры), выполняют сравнением высоты флуоресцентного пика пробы с высотой флуоресцентного пика соответствующих растворов стандартных образцов, полученных при регистрации хроматограмм с помощью ФЛД. Изоцианаты, для которых не имеется референтных соединений, количественно определяют путем сравнения площади, полученной с помощью УФД для пробы, с площадью пика, полученной на УФД для соответствующего референтного мономера (т.е. мономера, из которого получают изоцианатный продукт).

Структура некоторых наиболее распространенных мономерных диизоцианатов приведена на рисунке 1.

1 - метилизоцианат; 2 - бутилизоцианат; 3 - фенилизоцианат; 4 - 4,4'-MDI; 5 - 2,6-TDI; 6 - HDI; 7 - 2,4-TDI; 8 - IPDI; 9 - HMDI

     
Рисунок 1 - Структура некоторых наиболее распространенных изоцианатов

     4 Реактивы и материалы

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ - При приготовлении реагентов соблюдают соответствующие требования безопасности. Работают с реагентами в вытяжном шкафу во избежание контакта с растворителями, изоцианатами или другими летучими реагентами. Все манипуляции с реагентами и растворителями осуществляют в нитриловых перчатках.

При проведении анализа, если не установлено иное, следует использовать только хроматографически чистые реагенты и хроматографически чистую воду.

     4.1 МАР-реагент

Приготовление МАР-реагента основано на реакции 9-(хлорметил)антрацена с пиперазином (см. рисунок 2).

1 - 9-(хлорметил)антрацен; 2 - пиперазин; 3 - MAP

     
Рисунок 2 - Схема получения MAP

При проведении следующих процедур используют хроматографически чистые растворители.

Растворяют 10,8 ммоль (2,47 г) 9-(хлорметил)антрацена (с массовой долей основного вещества не менее 98%) в 25 мл метиленхлорида. Переносят полученный раствор в делительную воронку.

Растворяют 54,4 ммоль (4,69 г) пиперазина (с массовой долей основного вещества 99%) и 21,8 ммоль (3,04 мл) триэтиламина (с массовой долей основного вещества 99,5%) в 37 мл метиленхлорида. Переносят полученный раствор в круглодонную двугорлую колбу вместимостью 250 мл с магнитной мешалкой.

При перемешивании добавляют к этому раствору раствор 9-(хлорметил)антрацена по каплям в течение 30 мин. Промывают делительную воронку метиленхлоридом объемом 10 мл. Оставляют реакционную смесь при постоянном перемешивании, по крайней мере, на два часа для протекания реакции.

Промывают реакционную смесь в делительной воронке три раза 130 мл воды, энергично встряхивая ее в течение 1 мин. Отделяют эмульсию, образовавшуюся после первого промывания, содержащую в основном примеси, а не MAP. Удаляют промывные воды.

Переносят промытый раствор MAP в предварительно взвешенную круглодонную колбу. Дают метиленхлориду испариться под действием непрерывного потока азота. Взвешивают колбу с остатком для приблизительного вычисления выхода продукта. Полученный неочищенный MAP можно безопасно хранить в морозильной камере до проведения дальнейшей очистки.

MAP очищают с применением колоночной хроматографии и последующей сублимацией. В стеклянную хроматографическую колонку внутренним диаметром приблизительно 50 мм переносят суспензию силикагеля в толуоле так, чтобы толщина слоя силикагеля в колонке составила приблизительно 80 мм. Промывают стенки колонки толуолом и дают ему даже достичь поверхности силикагеля.

Растворяют неочищенный MAP в 80 мл толуола. Обрабатывают полученную смесь ультразвуком в течение 5 мин и фильтруют через фильтровальную бумагу. Сохраняют фильтрат. Растворяют осадок на фильтре в 20 мл толуола, обрабатывают в течение 5 мин ультразвуком и снова фильтруют через фильтровальную бумагу. Утилизируют фильтр с осадком. Объединяют фильтраты и осторожно переносят их в хроматографическую колонку поверх слоя силикагеля. Пропускают через колонку дополнительный объем толуола. Удаляют толуоловый элюат.

Начинают элюирование этилацетатом. Собирают порции элюата объемом 20 мл в одноразовые виалы с крышками, футерованными политетрафторэтиленом (ПТФЭ). Контролируют порции элюата путем нанесения пробы каждой из них объемом 1 мкл на пластинку (см. ниже) тонкослойной хроматографии (ТСХ) и наблюдают за интенсивностью пятна в ультрафиолетовом свете после испарения растворителя. Эта процедура обеспечивает обнаружение в элюенте MAP или других соединений. Проводят элюирование этилацетатом до исчезновения желтой окраски, для чего необходимо около 400 мл этилацетата. На этой стадии весь MAP должен остаться в колонке. После исчезновения желтой окраски начинают элюирование метанолом, которого в этом случае требуется от 1,0 до 1,5 л.

Элюирование MAP может быть осуществлено сразу же после ТСХ. Ту порцию фракции, для которой получено значимое пятно на пластинке для ТСХ, анализируют методом ТСХ для определения фракций, содержащих MAP.

Анализ методом ТСХ проводят следующим образом. Используют серийно выпускаемые пластинки для ТСХ, покрытые силикагелем с флуоресцентным индикатором. Пластинки размером (100х30) мм отвечают требованиям проведения анализа. Наносят аликвоты объемом 1 мкл нескольких фракций на близком расстоянии друг от друга, отступив приблизительно 15 мм от нижней части пластинки, и погружают пластинку нижним концом в небольшой сосуд, содержащий слой метанола толщиной 10 мл. Закрывают сосуд и дают метанолу подняться по пластинке до границы, находящейся на расстоянии 5 мм от ее верхней части. Вынимают пластинку из метанола и ожидают, пока метанол, пропитавший пластинку, не испарится. В присутствии MAP при освещении коротковолновым УФ-излучением наблюдается темное пятно, которое ярко светится при его освещении длинноволновым УФ-излучением. Идентифицируют пятно от MAP сравнением коэффициента удержания от аликвотных пятен с стандартного образца MAP.

По результатам анализа методом ТСХ объединяют порции, содержащие чистый MAP. Взвешивают круглодонную колбу, используемую в роторном испарителе. Переносят объединенные фракции в колбу, но таким образом, чтобы их объем не превышал половины объема колбы в любой заданный момент времени. Нагревают баню испарителя до температуры (35-40)°С. После испарения и удаления следов растворителя из всех объединенных фракций MAP под глубоким вакуумом взвешивают колбу со всем ее содержимым для вычисления выхода.

Затем очищают порошок MAP путем его сублимации. Растворяют MAP в небольшом объеме метиленхлорида (<20 мл) и переносят раствор в сублиматор. Дают метиленхлориду испариться под слабым потоком азота, следя за тем, чтобы уровень раствора в колбе был ниже дна пальчикового холодильника. После того, как метиленхлорид испарится, герметично закупоривают колбу и понижают давление с помощью вакуумного насоса до 6,67 мПа или меньше. Пускают слабый поток холодной воды через пальчиковый холодильник, а колбу с сублимируемым веществом помещают в парафиновую ванну с температурой, поддерживаемой в интервале от 125°С до 130°С. Сублимация занимает несколько часов и может потребоваться ее продолжение в течение ночи. Сублимацию можно считать завершенной в том случае, если не происходит дальнейшего роста кристаллов MAP на пальчиковом холодильнике, и небольшое количество вещества на дне сублиматора остается постоянным. По окончании сублимации счищают кристаллы с пальчикового холодильника с помощью шпателя. Обычно выход составляет 2,236 г (74% теоретического). Температура плавления MAP составляет от 146°С до 147°С. Массовая доля основного вещества в MAP, определяемая методом ВЭЖХ, обычно составляет 99%.

_______________

1 кПа = 7,5 торр.