RIJKSWATERSTAAT Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling Validatierapport Validatie van de bepaling van minerale olie in afvalwater m.b.v. GC-FID. Documentnummer 2001.035X Auteur: M. Hamhuis Afdeling: IMLO Datum: januari 2001
RIJKSWATERSTAAT Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling Validatierapport Validatie van de bepaling van minerale olie in afvalwater m.b.v. GC-FID Documentnummer 2001.035X Auteur: M. Hamhuis Afdeling: IMLO Datum: januari 2001 Autorisator: J.Staeb Paraaf
SAMENVATTING Dit rapport omschrijft de validatie van de bepaling van minerale olie in afvalwater. Het betreft hier een voor het IMLO nieuwe methode, die uitgevoerd wordt conform NVN6678. In deze norm staan minerale olien als volgt gedefinieerd: 'Verbindingen die onder de omstandigheden van deze voornorm met petroleumether isoleerbaar zijn, niet aan 'florisil' adsorberen en die te zijn chromatograferen met retentietijden die liggen tussen de retentietijden van n-decaan (C 10 H 22 ) en n-tetracontaan (C,oH s; )'. De herhaalbaarheid van de methode is op drie manieren getoetst door 7 maal een monster te adderen en te meten. Voor leidingwater gespiked met een oliemonster wordt een RSD van 10% gevonden. Voor afvalwatermonsters genomen uit de zevende petroleumhaven te Rotterdam wordt voor de eerste serie een RSD van 8% gevonden en voor de tweede serie een RSD van 3%. Alle gevonden waarden voldoen aan de eisen De detectiegrenzen bedragen respectievelijk 0.2 mg/l in oppervlaktewater en 0.3 mg/l in effluent van een waterzuivering. De bepalingsgrenzen bedragen respectievelijk 0.6 mg/l en 0.9 mg/l. De rapportagegrens is vastgesteld op 0.5 mg/l. De lineariteit is getoetst door 8 standaarden van verschillende concentratieniveau's te meten. De bovengrens van het lineaire meetgebied waarin kan worden gemeten bedraagt 1000 mg/l. De stabiliteit van minerale olie in afvalwater is niet onderzocht omdat dit bij het lab in Dordrecht al bepaald is. Hieruit is gebleken dat deze tenminste vijf weken bedraagt. De reproduceerbaarheid van de procedure is getoetst door de RSD van 5 geaddeerde afvalwatermonsters in verschillende meetseries te berekenen. De reproduceerbaarheid bedraagt 4%. De MTF is vervolgens berekend op basis van de resultaten van de recovery en van de reproduceerbaarheid. Deze bedraagt 10% en voldoet dus aan de eis van < 50%. De rapportage kan met voldoende betrouwbaarheid plaatsvinden.
INHOUDSOPGAVE 1. INLEIDING 2. WERKWIJZE 2.1 BEPALING HERHAALBAARHEID 6 2.2 BEPALING VAN DETECTIE-, BEPALINGS- EN RAPPORTAGEGRENS 6 2.3 LINEARITEIT 6 2.4 BEPALING REPRODUCEERBAARHEID EN RECOVERY 7 2.5 MAXIMALE TOTALE FOUT 7 3. APPARATUUR EN CHEMICALIEN 3.1 APPARATUUR 8 3.2 CHEMICALIEN 8 4. RESULTATEN EN DISCUSSIE 9 4.1 BEPALING HERHAALBAARHEID 9 4.2 DETECTIE-, BEPALINGS- EN RAPPORTAGEGRENS 9 4.3 LINEARITEIT 10 4.4 BEPALING REPRODUCEERBAARHEID, RECOVERY EN MTF VAN DE MEETPROCEDURE 10 5. CONCLUSIES U 6. LUERATULR 12 7. BIJLAGEN 12 A LINEARITEITSGEGEVENS B MEETRESULTATEN C CHROMATOGRAMMEN
!L_ INLEIDING De bepaling van minerale olie werd tot nu toe uitgevoerd op de vestiging in Dordrecht. Omdat zij binnenkort als gevolg van een fusie deze bepaling niet meer uitvoeren is het noodzakelijk dat de afdeling IMLO de bepaling kan uitvoeren volgens een eigen gevalideerde methode. De bepaling van minerale olie in afvalwater met gaschromatografie is beschreven in NVN 6678. In deze norm staan minerale olien als volgt gedefinieerd: 'Verbindingen die onder de omstandigheden van deze voornorm met petroleumether isoleerbaar zijn, niet aan 'florisil' adsorberen en die te zijn chromatograferen met retentietijden die liggen tussen de retentietijden van n-decaan (C 10 H 22 ) en n-tetracontaan (C 40 H 82 )'. De bepaling van minerale olie in afvalwater verloopt globaal als volgt: Het watermonster wordt tweemaal met petroleumether geextraheerd. Aan het extract wordt 'florisil' toegevoegd om polaire stoffen te verwijderen. Een deel van het extract wordt gaschromatografisch geanalyseerd met een apolaire kolom en vlamionisatiedetectie. Het totale oppervlak van het gaschromatogram, begrensd door de retentietijden van n-decaan en n-tetracontaan, is een maat voor de hoeveelheid minerale olie. Het gehalte aan minerale olie wordt gekwantificeerd met een standaardmengsel van minerale olien (RIVM mengsel). De methode is conform NVN 6678 geimplementeerd maar wijkt op een aantal punten af van de letterlijke tekst van deze voornorm. De verschillen zijn echter zo klein dat in onze ogen nog steeds sprake is van conform de norm; dit is overigens ter beoordeling van de Raad van Accreditatie. Tabel 1: verschillen tussen werkwijze IMLO en NVN 6678 IMLO NVN 6678 Er wordt gebruik gemaakt van een alkanen standaard met de componenten C5 t/m C40. Elke meetserie wordt een controlemonster gemeten (afvalwater met opwerkstandaard gespiked). De organische lagen van beide extracties worden opgevangen in een centrifugebuis. Als er emulsievorming optreedt wordt er gecentrifugeerd. Daarna wordt de onderstaande waterlaag zoveel mogelijk afgezogen. Er wordt gedroogd door toevoeging van Na 2 S0 4. Daarna wordt overgeschonken in een erlenmeyer waarin florisil aanwezig is De calibratielijn wordt gecontroleerd met drie calibratie oplossingen met 1, 10 en 100 % van het lineaire gebied. Deze (in duplo gemeten) punten worden gei'nterpoleerd op de initiele calibratielijn en mogen niet meer dan 10 % afwijken De werkstandaard ligt op 10 gebied Alle alkanen met even koolstofnummers van C10 tot C40 worden in gelijke massahoeveelheden afgewogen en opgelost. Terugvindingsexperiment met gespiked leidingwater Na eerste extractie wordt de organische fase: -Als geen emulsievorming optreedt gefiltreerd over een filter waarop zich Na 2 S0 4 bevindt en opgevangen in erlenmeyer. -Als wel emulsievorming optreedt, opgevangen in centrifugebuis en wordt gecentrifugeerd. De organische fase wordt afgepipetteerd en gefiltreerd over een filter waarop zich Na 2 S0 4 bevindt en opgevangen in erlenmeyer. Dit wordt herhaald bij tweede extractie en daarna wordt florisil toegevoegd. De calibratielijn wordt gecontroleerd met tenminste twee calibratieoplossingen met concentraties van 20% en 80% van het lineaire gebied. De rechte moet binnen het 95% betrouwbaarheidsinterval van de initiele calibratielijn liggen % van het lineaire De werkstandaard wordt gekozen op 40% a 60 % van het lineaire gebied. 5 van 18
2. WERKWIJZE De prestatiekenmerken zijn bepaald volgens werkvoorschrift W8141.001, versie 3. De gevolgde werkwijze komt overeen met het nieuwe werkvoorschrift W8140 5.393, versie 1. Het effluent dat gebruikt is voor de validatie (behalve bij de herhaalbaarheid) komt allemaal uit dezelfde batch en is binnen de houdbaarheidstermijn in behandeling genomen. 2.1 BEPALING HERHAALBAARHEID De herhaalbaarheid in afvalwater is op drie manieren getoetst: Allereerst is zeven keer leidingwater gespiked met de drijflaag van het oliemonster J-2858-II op een niveau van 5.71 mg/l. Verder is er twee keer een serie van zeven afvalwatermonsters gemeten. Deze monsters zijn genomen uit de zevende petroleumhaven te Rotterdam. De eerste serie van zeven monsters is zo snel mogelijk na monstemame in behandeling genomen. De tweede serie van zeven monster is twee weken later opgewerkt. De concentraties van deze monsters is niet bekend, wel is bekend dat er een spike van 3.7 mg/l aan is toegevoegd om in elk geval een goed meetbaar concentratieniveau te verkrijgen. Het is ook niet bekend of dit afvalwater vergelijkbaar is met het verder gebruikte effluent maar waarschijnlijk komt de matrix meer overeen met de in de toekomst te bepalen monsters. De monsters zijn opgewerkt volgens het analysevoorschrift. De extracten zijn per serie van zeven steeds in een meetserie gemeten en hieruit zijn het gemiddelde, de standaard deviatie en de relatieve standaard deviatie van de data berekend. 2.2 BEPALING VAN DETECTIE-, BEPALINGS- EN RAPPORTAGEGRENS De detectie-, bepalings- en rapportagegrens is in twee soorten matrix getoetst. Allereerst is zeven maal het effluent van een waterzuiveringsinstallatie geaddeerd met RIVMstandaard op een niveau van 0.5 mg/l. De geaddeerde concentratie is gekozen op basis van de resultaten voor de lineariteit. Bij het uitwerken van de metingen is gebleken dat de chromatogrammen onderling wat verschillen. Dit kan mogelijk veroorzaakt zijn doordat het gebruikte effluent niet voldoende homogeen was. Daar is ook nog zeven maal oppervlaktewater geaddeerd met RIVM-standaard op 0.1 mg/l. Er is hier gebruik gemaakt van oppervlaktewater in plaats van leidingwater omdat dit meer matrix bevat. De monsters zijn opgewerkt volgens het analysevoorschrift. De extracten zijn per serie van zeven steeds in een meetserie gemeten. 2.3 LINEARITEIT Er is een calibratie uitgevoerd met 8 standaarden. Deze standaarden zijn door middel van inwegen gemaakt uit de minerale olie standaard van het RIVM. De concentratie van de standaarden bedraagt respectievelijk 5, 10, 20, 50, 100, 250, 500, 1000 mg/l. De lineariteit is bepaald in Excel m.b.v. de kleinste kwadraten methode. Tevens is de procentuele afwijking van het hoogste punt t.o.v. de regressielijn bepaald; deze mag maximaal 5 % zijn. De regressielijn is weergegeven in bijlage A alsmede de regressiegegevens. 6 van 18
2.4 BEPALING REPRODUCEERBAARHEID EN RECOVERY De juistheid is niet bepaald omdat er geen gecertificeerd referentiemateriaal beschikbaar is. In plaats hiervan is de recovery van de zgn. RIVM standaard bepaald. De reproduceerbaarheid van de methode is getest door vijf maal effluent van een zuiveringsinstallatie te adderen met RIVM-standaard op een niveau van ongeveer 10 mg/l. De monsters zijn in vijf verschillende meetseries gemeten en zijn bij elke meetserie vers aangemaakt. Hieruit zijn het gemiddelde, de standaard deviatie en de relatieve standaard deviatie berekend. Uit deze experimenten is ook de recovery en de MTF bepaald. In elke meetserie is ook een effluent zonder spike gemeten en hiervoor is gecorrigeerd. 2.5 MAXIMALE TOT ALE FOUT De maximale totale fout (MTF) is de mate waarin de met een bepaalde meetmethode verkregen meetwaarde afwijkt van de ware waarde. De MTF wordt uitgedrukt op basis van de recovery en op basis van de reproduceerbaarheid. De MTF wordt met de volgende formule uitgerekend: MTF, R.REC 100- %REC R + 2RSD, De maximale totale fout mag nooit boven 50 % uitstijgen. Methoden met een MTF beneden 25 % worden als uitstekend beschouwd. Methoden met een MTF tussen 25 % en 50 % zijn acceptabel. 7 van 18
3. APPARATUUR EN CHEMICALIEN 3.1 APPARATUUR Deze opstelling wordt alleen gebruikt voor het meten van (minerale) olie in (afval)water. Er wordt gebruik gemaakt van de volgende apparaten: Gaschromatograaf + autosampler: HP 6890 Injector: split/splitless injector Detector: FID Software: HPChemStation, GC pakket Analytische kolom: cp-sil 5 (10 m x 0.25 mm ID x 0.4 pm fd) Retentiongap: 5 m x 0.53 mm ID Bij de apparatuur behorende werkdocumenten en of voorschriften: W 8140 5.393: De bepaling van minerale olie in afvalwater m.b.v. GC-FID W 7100 5.012: Apparatuur voorschrift chromatografieopstelling 12. W 8141 5.393: Prestatieblad behorende bij de analyse. 3.2 CHEMICALIEN Zie werkvoorschrift W 8140 5.393. 8 van 18
4. RESULTATEN EN DISCUSSIE De meetresultaten en berekeningen staan vermeld in bijlage B. 4.1 BFPALING HERHAALBAARHEID In Tabel 2 staan de resultaten van de herhaalbaarheid weergegeven. De RSD, voldoet voor alle drie series aan het criterium vermeld in W8141.001, namelijk dat deze lager moet zijn dan 10%. Bij de eerste herhaalbaarheidsserie moet de opmerking geplaatst worden dat dit een van de eerste keren was dat de extractie is uitgevoerd. Het is goed mogelijk dat deze resultaten een spreiding bevatten ten gevolge van het nog niet goed beheersen van de extractieprocedure. Tabel 2: Resultaten herhaalbaarheid in afvalwater, in 7-voud. Serie concentratie Xgem ^monster ^bianco s, r ^bianco leidingwater 5.7 4.1 0.40 0.06 0.40 1.8 0.06 9.9 afvalwater 1 onbekend 8.2 0.63 0.06 0.63 2.3 0.06 7.7 afvalwater 2 onbekend 8.8 0.24 0.06 0.25 I -i 0.06 2.8 RSDr (%) DETECTIE-, BEPALINGS- EN RAPPORTAGEGRENS In Tabel 3 zijn de detectie-, bepalings- en rapportagegrenzen in afvalwater (effluent van een waterzuiveringsinstallatie) en in oppervlaktewater vermeld. De detectiegrens die gevonden wordt in oppervlaktewater is lager dan die in effluent. Het is mogelijk dat dit inderdaad is veroorzaakt doordat het effluent niet voldoende homogeen was. Een andere oorzaak kan zijn dat de spike in effluent hoger was dan die in oppervlaktewater. In NVN6678 wordt een verwachtte detectiegrens vermeld van ongeveer 0.1 mg/l. Deze wordt voor zowel effluent als oppervlaktewater niet helemaal behaald maar het verschil is minimaal. Serie cone. Spike cone. Xgem ^monstw effluent 0.5 0.5 0.42 0.07 oppervlaktewater 0.1 0.1 0 11 0.03 ^buno 4 ) Detectiegre ns Bepalingsgrens Rapportagegr ens 0.06 0.3 0.9 1 0.06 0.2 0.6 0.5 De rapportagegrens is vastgesteld op 0.5 mg/l. 9 van 18
4.3 LINEARITEIT Er wordt een calibratielijn gevonden met de vergelijking: piekopp. = 326.75 c + 1830.05. De correlatiecoefficient bedraagt 0.9999. De hoogste standaard (1000 mg/l) is tevens de bovengrens van het meetbereik. De procentuele afwijking is kleiner dan 5%. De lijn loopt niet door de oorsprong, de asafsnede heeft namelijk een betrouwbaarheidsinterval van 909.2-2750.87. Dit wordt veroorzaakt doordat de spreiding op de meetpunten heel klein is waardoor er een zeer smal betrouwbaarheidsinterval ontstaat. Als de gegevens bijvoorbeeld worden vergeleken met die uit Dordrecht blijkt dat daar het betrouwbaarheidsinterval ruim drie keer zo breed is. Voor verdere informatie over de calibratielijn wordt verwezen naar bijlage A. 4.4 BEPALING REPRODUCEERBAARHEID, RECOVERY EN MTF VAN DE CEDURE In Tabel 4 staan de resultaten gegeven van de reproduceerbaarheid en de recovery van de methode in effluent van een zuiveringsinstallatie. De resultaten zijn gecorrigeerd voor de gehaltes gevonden in de matrix. Tabel 4: Resultaten van recovery Meting cone.spike experimenten. cone. gev. recovery (%) 1 11.45 11.03 99 2 11.30 10.32 91 3 10.67 11.10 104 4 11.56 11.31 98 5 11.35 11.59 102 Alle gevonden waarden voor de recovery voldoen aan zowel het criterium vermeld in NVN6678 als het criterium in W8141.001. Volgens NVN6678 moet de recovery tussen 70 en 110% liggen en volgens W8141.001 tussen 70 en 120%. De gemiddelde recovery bedraagt 99%. De MTF, berekend op de wijze vermeld in paragraaf 3.5 bedraagt 10%. Dit voldoet ruim aan de eis dat deze lager moet zijn dan 50% De RSD R kan nu worden berekend uit de spreiding over de gevonden concentraties en de spreiding in de bianco (0.06 mg/l). De RSD R bedraagt 4%. 10 van 18
5. CONCLUSIES Er is een nieuwe analysemethode, opgesteld conform NVN6678, waarmee minerale olie in afvalwater bepaald kan worden. De methode is getoetst conform W8141.001 op de volgende onderdelen: herhaalbaarheid,reproduceerbaarheid en recovery, lineariteit, detectie-, bepalingsen rapportagegrenzen. Tevens is de maximale totale fout berekend. De herhaalbaarheid is twee keer bepaald in effluent en bedraagt hier respectievelijk 7.7% en 2.8%. Verder is de herhaalbaarheid nog bepaald in leidingwater en deze waarde bedraagt 9.9%. Het meetgebied is lineair tot de hoogste calibratiestandaard van 1000 mg/l. De detectiegrens bedraagt 0.3 mg/l in effluent en 0.2 mg/l in oppervlaktewater. De rapportagegrens is op 0.5 mg/l vastgesteld. De reproduceerbaarheid bedraagt 4% en de gemiddelde recovery bedraagt 99%. Op basis van de reproduceerbaarheid en de recovery is de MTF berekend. Deze bedraagt 10%. Alle prestatiekenmerken voldoen aan de in W8141.001 en NVN6678 gestelde normen. Conclusie: Mef de nieuwe methode kunnen minerale olien in afvalwater betrouwbaar gemeten en gerapporteerd worden. 11 van 18
& LITERATUUR 1. NVN6678: Water. Bepaling van het gehalte aan minerale olie met gaschromatografie, (februari 1997) 2. Het proefondervindelijk vaststellen van prestatiekenmerken, S.T. vd Velde en H.F. Schuijn, werkvoorschrift W 8141.001, versie 3. 3. W8140 5.506: Afvalwater- Bepaling van het gehalte minerale olie m.b.v gaschromatografie, G.Heinen en P.Pedersen, RIZA Dordrecht, versie 4 (januari 1999) 4. Validatierapport Minerale olie bepaling m.b.v. GC, P.Pedersen en P.Frintrop, versie 2 (mei 1998). 5. W81405.393: Groot volume injectie met een split/splitless injector, stageverslag, Marieke Hamhuis, versie 1 (Januari 2001) L BIJLAGEN A Lineariteitsgegevens B Meetresultaten C Chromatogrammen 12 van 18
Bijlage A: Lineariteitsgegevens. Bijlagen Gegevens voor de regressie Meervoudige correlatiecoefficient 0.999927064 R R-kwadraal 0.999854133 Aangepaste kleinste kwadraat 0.999843714 Standaardfout 1381.330465 Waarnemingen 16 Variantie-analyse Regressie Storing Totaal Vrijheidsgraden Kwadratensom Gemiddelde kwadraten F Significantie F 1 1.83107E+11 1.83107E+11 95964.14676 2.94337E-28 14 26713033.97 1908073.855 15 1.83133E+11 Snijpunt Variabele X 1 Coefficienten Standaardfout T-statistische gegevens P-waarde Laagste 95% Hoogste 95% 1830.110154 429.3537769 4.262475965 0.000788831 909.2370701 2750.983238 326.7539322 1.054790767 309.7808044 2.94337E-28 324.491629 329.0162354 Calibratielijn RIVM standaard 350000 300000 y = 326.75x+ 1830.1 R 2 =1 J 250000 200000 piekopp. 150000 Y Voorspelde Y B calibratielijn 100000 50000 0J -2 DO ) 200 400 600 800 10 00-50000 - concentratie (mg/l)
Bijlage B: Meetresultaten. BJanecLserie meting concentratie 1 0.234 2 0.124 3 0.141 4 0.140 5 0.066 6 0.074 7 0.091 S 0.0572 Herhaalbaarheid serie 1( eidingwater) serie 2 (afvalwater) serie 3 (afvalwater) meting concentratie meting concentratie meting concentratie 1 4.00 1 7576 1 8.726 2 3.87 2 7.154 2 8.849 3 3.70 3 8.152 3 8.826 4 4.03 4 8.286 4 9.113 5 3.58 5 8.607 5 9.060 6 4.59 6 8.835 6 8.398 7 4.59 7 8.771 7 8.574 gem 4.05 gem 8.807 8 8.911 S 0.398 S 0.631 gem 8.807 S 0.239 Bijlagen Detectie-. bepalings- en rapportagegrens effluent oppervla ctewater meting concentratie meting concentratie 1 0.339 1 0.123 2 0.454 2 0.109 3 0.526 3 0.083 4 0.350 4 0.109 5 0.466 5 0.166 6 0.418 6 0.111 7 0.399 7 0.105 gem 0.422 gem 0.115 S 0.066 S 0.025 Reproduceerbaarheid en recovery meting c (spike) c (gev.) 1 11.45 11.03 2 11.30 10.32 3 10.67 11.10 4 11.56 11.31 5 11.35 11.59 gem 11.07 S 0.472
Bijlage C: Chromatogrammen. Bijlagen RIVM-standaard 100 mg/l i : : ; * Herhaalbaarheid 1 (leidingwater) I rrr.v ri -. r ' rrn r rr i li-»*- I I ZH LLi ii Ji2_ x^skv,. ^ I
Bijlagen Herhaalbaarheid 2 (afvalwater). /-. n T-i r : ^, ^wp^'^vv "»» Herhaalbaarheid 3 (afvalwater). - j -...... I'll U) I. a 444 ) il (jim' 1 M A ; ^_
Bijlagen Detectiegrens (effluent) T-...... i.11,....'."....n r.r-..' r i u i i m mmmmmmmmmmmmmi^... -1 -X.U-l-J.-t I, I I.1 > --- s -_. Detectiegrens (oppervlaktewater) - *! 1 ' ' ' 1 - r,1 sc Jm Bl.
Bijlagen Recovery en reproduceerbaarheid ' r-tt- T T - A 1A1W -,-,.,L. ^