Опыт химико-аналитического центра «Арбитраж» по определению состава загрязняющих веществ в воздухе
И.Б. Максакова, ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»
Химико-аналитический центр (ХАЦ) «Арбитраж» – многопрофильная аналитическая лаборатория, которая функционирует на базе ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Основными направлениями деятельности являются работы, связанные с аналитическим сопровождением исследований в области мониторинга и охраны окружающей среды, безопасности пищевой продукции и сырья; экспертные и арбитражные исследования. ХАЦ «Арбитраж» аккредитован на техническую компетентность в качестве испытательной лаборатории в национальной системе аккредитации (Росаккредитация) аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.510650; в органе по аккредитации ААЦ «Аналитика», аттестат аккредитации № ААС.А.00020 от 06.10.2018.
В область аккредитации ХАЦ «Арбитраж» включены более 100 методик измерений, пригодных в том числе для выполнения измерений и контроля в сфере государственного регулирования. ХАЦ «Арбитраж» – единственная в России испытательная лаборатория, аккредитованная на исследования пробы неизвестного состава. В область аккредитации центра входят «Методические рекомендации по исследованию проб неизвестного состава» МР-01 07 (ФР.1.31.2019.34143), которые предназначены для определения состава органических и неорганических соединений в объектах, априорная информация о которых недоступна или ограничена. Проблема анализа пробы неизвестного состава крайне актуальна для экологического мониторинга, для экспертизы пищевой, парфюмерной и фармацевтической продукции, а также для экспертизы состава строительных материалов, промышленных продуктов, полупродуктов и отходов, в практике таможенного контроля, судебно-медицинской экспертизы, т. е. в тех областях, где аналитический контроль не может ограничиваться определением только нормируемых показателей.
Наиболее часто ХАЦ «Арбитраж» сталкивается с пробами неизвестного состава при поступлении заявок на анализ воздушных сред по причине наличия в них неприятного или иного запаха, вызывающего раздражение и другие симптомы. Проблема запахов – актуальная и практически нерешаемая задача для крупных промышленных мегаполисов, где промышленные предприятия соседствуют с пищевыми. Смешение различных веществ, выбрасываемых этими предприятиями, приводит к возникновению неприятных запахов в санитарно-защитной зоне и зонах жилой застройки.
Среди первичных неприятных и резких запахов, различаемых человеком, чаще других встречаются:
• мускусный: андростанол-3α (сильный), пентадеканолактон, 17-метиландростанол-3α, циклогексадеканон, мускон (3-метилциклопента-деканон);
• гнилостный: амилмеркаптан, кадаверин (пентаметилендиамин), сероводород, индол (в разбавленном растворе – цветочный), скатол;
• запах бензина: некоторые предельные углеводороды.
Соединения, могут передать перечисленные выше, не всех нюансов суждений людей, квалифицирующих запахи. Эти запахи не включают всех существующих, которые приведены в качестве примеров, как средство для того, чтобы описывать явные, легко воспроизводимые запахи, присущие эталонным образцам, применяемым для сравнения. Не менее важным является то, что структуру соединений, обладающих запахом, установить легко, но гораздо труднее определить, как эти соединения взаимодействуют с обонятельными рецепторами. Как правило, высокая чувствительность обоняния оценивается недостаточно. Особенно сильно пахнущие вещества человек обычно может обнаружить при их содержании в количестве одна часть на 1000 частей воздуха. Даже незначительное число пахучих молекул, достигших рецепторного центра обоняния, адсорбируется на поверхности рецептора.
Одни лишь функциональные группы не определяют запаха молекулы. Уксусная кислота, например, обладает резким запахом, в то время как масляная кислота имеет запах прогорклого жира. Валериановая и капроновая кислоты пахнут, как пропахшая потом раздевалка стадиона, а высшие жирные кислоты почти совсем не имеют запаха. Установлено, что запах углеводородов существенно зависит от длины их цепи. Так, метан не имеет запаха, н-пентан обладает характерным запахом жидкости для заправки зажигалок, а алканы типа октана, нонана – запахом бензина. Известно, что сложные эфиры имеют фруктовый запах, однако специфический запах зависит от характера кислотного и спиртового компонентов, входящих в состав вещества.
Запах частично связан с природой молекулы душистого вещества и обусловлен главным образом стимулированием нервной системы организма. Как и в случае вкусового ощущения, при восприятии запаха возникает электрический сигнал, который легко измерить. Однако, несмотря на все попытки, в настоящее время не существует теории, способной объяснить влияние столь тонких факторов на процесс восприятия запаха.
Проблема запаха – это не только фиксация его наличия, но и проблема нормирования. В настоящее время уровень содержания вредных веществ в воздухе установлен в документе СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Но если сопоставить массовую концентрацию – «порога запаха» и предельно допустимые значения концентраций по СанПиН 1.2.3685-21, то получится, что состояние воздушной среды находится в норме, а человеческий нос при этом ощущает неприятный запах, и возникает раздражающее действие на психическое состояние человека. В качестве подтверждения в табл. 1 приведены значения массовой концентрации – «порога запаха» для некоторых наиболее пахучих веществ и значения ПДК для них же.
В одной из работ, выполняемых ХАЦ «Арбитраж», устанавливались возникновения неприятного причины запаха при использовании 3D-принтера. В результате работы были идентифицированы вещества, представленные на хроматограмме (рис. 1) и в табл. 2. При сопоставлении полученных значений массовой концентрации обнаруженных веществ со значениями ПДК был сделан вывод, что серьезных превышений ПДК в отобранных пробах воздуха нет, но неприятный «органический» запах при этом сильно ощущался.
Таким образом, было бы целесообразно провести мероприятия на уровне государственного регулирования для включения в нормативно правовую базу балльной оценки запахов. В качестве метода оценки ркомендуется применять гибридный метод, основанный на газовой хроматографии-масс-спектрометрии ольфактометрии, который позволит идентифицировать пахучие вещества методом ГХ-МС после балльной оценки запаха методом ольфактометрии, где в качестве детектора используется нос человека-испытателя. Но при этом необходимо учитывать, что важным аспектом является срок хранения отобранной пробы. Согласно ГОСТ Р 58578-19 интервал между отбором проб и проведением измерений не должен превышать 30 часов.
Источники
1. Максакова И.Б. «Химико-аналитический центр «Арбитраж» от момента создания до настоящего времени». Журнал «Аналитика». Т. 13 №5. 2023. doi.org/10.22184/2227 572X.2023.13.5.320.327.
2. ГОСТ Р 58578-2019 Правила установления нормативов и контроля выбросов запаха в атмосферу.
3. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (с изменениями на 30 декабря 2022 года).
4. К.М. Делаханти, Г. Эйрес, Ж.-П. Дюфур. (2006). «Газовая хроматография-ольфактометрия». Журнал «Наука о разделении». 29 (14): 2107–2125. doi:10.1002/jssc.200500509. PMID 17069240.
