Kwantitatieve bepaling PAK-gehalte
In NEN 7331 ‘Bepaling van de gehalten aan polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK) en aan benzeen, tolueen, ethylbenzeen en xyleen (BTEX) - Gaschromatografische methode met massaspectrometrische detectie’ wordt de kwantitatieve bepaling van PAK(10) (zie Tabel 53 in 14.3.1 voor lijst van componenten) in bitumineuze materialen gespecificeerd. Voorafgaand aan de analyse worden asfaltmonsters eventueel voorverkleind en daarna cryogeen (d.w.z. gekoeld in vloeibare stikstof om smelten en verdampen van organische stoffen en vervuiling van de maalapparatuur te voorkomen) vermalen volgens NEN 5709. Indien puur bitumen moet worden onderzocht, is een voorverkleining niet noodzakelijk en wordt alleen cryogeen gemalen. Van het cryogeen gemalen monster wordt een representatief deelmonster genomen en gedurende 16 uur met petroleumether geëxtraheerd. Het eindextract wordt vervolgens geanalyseerd op PAK met de gaschromatografie-massaspectrometrie (GC/MS) analyse.
De GC/MS bestaat uit twee belangrijke componenten: de gaschromatograaf en massaspectrometer. Het primaire doel van de GC/MS analyse is om een hoeveelheid van een stof (afzonderlijke PAK-component) te detecteren en te kwantificeren. Dit gebeurt door het vergelijken van de relatieve concentraties van de atoommassa's in het gegenereerde spectrum. De gaschromatograaf bestaat uit een injector, een kolom en een detector. Een bekende hoeveelheid (ongeveer 10 µl) van het te analyseren extract wordt in de injector geïnjecteerd en verdampt daar. Met behulp van een inert dragergas wordt de damp door de kolom gevoerd. De kolom bestaat uit een capillair dat is bekleed met een poreuze coating, die, net als bij de DLC, interactie heeft met de in het gas zwevende moleculen. Door de vertraging die de verschillende moleculen oplopen als gevolg van deze interactie, worden de verschillende moleculen van elkaar gescheiden. Het tijdsverschil tussen het moment van injecteren en het moment waarop aan het einde van de kolom een piek door de detector wordt geregistreerd, wordt retentietijd genoemd. Deze retentietijd is voor iedere stof uniek. Rapportages bevatten doorgaans grafieken, chromatogrammen genoemd, met daarin de pieken van de verschillende stoffen als functie van de retentietijd (zie Figuur 198).
[ link ]
Figuur 198 Voorbeeld van een chromatogram
Om het PAK(10)-gehalte in een monster te bepalen moeten de organische stoffen in dat monster in oplossing gebracht worden. Wanneer het om PAK(10) in grond of steenmengsels gaat, is er meestal sprake van zeer geringe hoeveelheden oplosbare organische stof, waardoor deze extracten meestal direct kunnen worden geanalyseerd in een GC/MS systeem. In asfaltmengsels is altijd zo’n 4,5 tot 7% m/m (soms nog iets hoger) bindmiddel aanwezig en in dakbedekking nog veel meer. Dit bindmiddel is echter een organische stof die tijdens de extractie ook in oplossing gaat. Die 4,5 tot 7% m/m bindmiddel betekent dus 45.000 - 70.000 mg bitumen per kg asfalt. Hier doet zich het probleem voor dat het PAK(10)-gehalte bepaald moet kunnen worden op enkele tientallen mg/kg. Er zit ruwweg duizendkeer meer bitumen in het extract dan er aan PAK(10) in zou mogen zitten. De grote hoeveelheid bitumen kan op twee manieren storen:
- Enerzijds door wat genoemd wordt matrixstoring. Door verdunning kan dat worden gereduceerd maar daarmee daalt ook de concentratie PAK(10) in de oplossing en dat leidt tot een verhoogde bepalingsgrens voor PAK(10);
- Anderzijds kan de enorme hoeveelheid bitumen in het extract de apparatuur ernstig verontreinigen.