Påverkan från naturligt organiskt material i GC-MS analyser - Petroleumförorenade jord- och vattenprover

I detta projekt har vi undersökt om förekomsten av naturligt organiskt material i jord- och vattenprover kan misstas för oljeförorening vid analys av alifatiska kolväten i intervallet C16-C35 med GC/MS. För att kunna undersöka detta samlades jord- och vattenprover med varierande halt organiskt material in från områden opåverkade av oljeföroreningar. This report is only available in Swedish. English summary is available in the report.

Summary

I och med att fraktionerade riktvärden avseende alifatiska och aromatiska kolväten i jord och grundvatten utvecklades under slutet av 1990-talet så har analys med GC/MS av dessa ämnesfraktioner blivit gängse praxis vid undersökning av misstänkt petroleumförorening i mark, grundvatten och ytvatten. I samband med tolkning av analysresultat dyker det ibland upp provsvar där endast det tyngre alifatintervallet C16-C35 detekteras. Proverna kan vara tagna i förväntat ”rena” områden, i en spridningszon från ett förorenat område, eller från ett område där tidigare provtagning inte givit utslag. I vissa fall kan alifatintervallet C16-C35 enbart detekteras under vegetationsperioden, men inte under resten av året. Ett sådant analysresultat är mycket svårtolkat om det handlar om en oljeprodukt som tangerar att innehålla dessa kolkedjelänger. Resultatet kan få stor betydelse, exempelvis om det handlar om ett dricksvatten eller vid beslut om fortsatt övervakning av det förorenade området.

I detta projekt har vi undersökt om förekomsten av naturligt organiskt material i jord- och vattenprover kan misstas för oljeförorening vid analys av alifatiska kolväten i intervallet C16-C35 med GC/MS. För att kunna undersöka detta samlades jord- och vattenprover med varierande halt organiskt material in från områden opåverkade av oljeföroreningar. Därtill samlades olika petroleumprodukter in, dels för att undersökas med avseende på kemisk uppbyggnad, och dels för att användas för jämförelse med de oförorenade jord- och vattenproverna. Den analysmetodik som idag används av de flesta kommersiella laboratorier (som ofta felaktigt benämns SPIMFAB-metoden), har studerats ingående under projektets gång. Genom resultaten har orsaker som kan leda till att metoden även kan underskatta koncentrationer av oljekolväten i jord- och vattenprover kunnat belysas, något som ursprungligen inte ingick i projektets syfte. I denna metod används signalen för fragment m/z 57 mot normalalkaner för slutbestämning av alifatiska kolväten. Detta leder till underskattning av förekomst av cykloalkaner jämfört med om signalen för total ion current (TIC) (summan av joner som når detektorn vid en viss tidpunkt) används.

De resultat som vi har erhållit i projektet styrker den hypotes som undersökningen ville pröva, d.v.s., att organiskt material i jord- och vattenprover kan störa analysen av oljeföroreningar i fraktionen alifater C16-C35. Fenomenet har visat sig vara relativt väldokumenterat i den internationella litteraturen och det är vedertaget att denna typ av störning kan motverkas om slutbestämning föregås av rening av extrakten med kiselgel eller annan adsorbent för att avlägsna mer polära ämnen. Vi har i vår studie visat att störningen varierar med olika typer av organiskt material, men det har inte fastslagits vilken egenskap i det organiska materialet som orsakar variationen. I vattenprover synes störningen i högre grad orsakas av partikulärt organiskt material än löst organiskt material. I jordprover synes störningen i högre grad påverkas av ungt, icke nedbrutet organiskt material än organiskt material med hög nedbrytning (högre humifieringsgrad). Detta styrks av forskning rörande paleoekologi där man konstaterar att nutida växter producerar långa alkankedjor i intervallet C21-C37 och att variationen är stor mellan olika typer av växter.

Mot bakgrund av vad som har framkommit under vår studie så rekommenderar vi att den analysmetod med GC/MS som idag används för analys av alifatiska kolväten bör justeras genom att: 1) Ett reningssteg med adsorbent i pelarkolonn införs för att avlägsna naturligt organiskt material i form av polära ämnen. Det bör dock framgå att vid misstanke om metaboliter som härstammar från äldre oljeföroreningar kan dessa riskera att renas bort. Det gäller i synnerhet för vattenprover. Därför kan det vara klokt att analysresultat redovisas både med och utan rening. Vid misstanke om metaboliter bör även halten av löst organiskt kol undersökas. 2) Slutbestämning av alifatiska kolväten sker genom kvantifiering mot signal TIC mot normalalkaner istället för med signalen för massfragment m/z 57. Utöver dessa slutsatser har projektet visat att analysmetoder för moderna biobränslen såsom RME och HVO behöver utvecklas.

Coworkers: Lisette Graae, Karin Eliaeson, Ann-Sofie Allard

Keywords: GC-MS, analys, spimfab, petroleum, naturligt organiskt material

Year: 2018.0

Report number: C305

Authors: Lennart Kaj, Karin Eliaeson, Lars Rosenqvist, Ann-Sofie Allard, Lisette Graae

Download publication