Optimalizácia a zabezpečenie kvality stanovenia stopových koncentrácií Cd, Cr, Hg, Ni, Pb vo vzorkách vlasov metódou
atómovej absorpčnej spektrometrie. Ing. Borošová, D. Školiteľ: Doc. Ing. Ernest Beinrohr, CSc.
Monitorovací systém životného prostredia
a integrovaný informačný systém
o životnom prostredí územia SR
Ministerstvo hospodárstva
Zdravotná záťaž obyvateľstva
faktormi prostredia Ministerstvo zdravotníctva
Cieľ projektu
Prostredníctvom monitorovania indikátorov expozície človeka a stupňa znečistenia vonkajšieho prostredia získať vzájomnou kofrontáciou údajov poznatky o ich vzťahu, a tým o reálnej záťaži obyvateľstva faktormi prostredia.
Toxické prvky v životnom prostredí
Cu Zn
Ni Mn Fe Se As
Cd Hg Pb Cr
Pri určitých koncentráciách pôsobia škodlivo na človeka a ostatné biotické zložky ekosystému Lit: Kafka, Z., Punčochářová, J.: Chem. Listy, 2002, 96, 611-617.
Výskyt: čisté, vo forme solí, súčasť zemskej kôry
Zdroje: priemysel, poľnohospodárska výroba,
spracovanie rúd, spaľovanie fosílnych palív, priemyselné hnojivá
http://www.photovault.com/Link/Health/HealthMaster.html
Prienik ťažkých kovov do organizmu
Ióny sa vstrebajú do krvi a sú transportované na
rôzne miesta v organizme – cieľové orgány
Dýchacie ústroje •Tráviace ústroje •Koža
http://health.allrefer.com/pictures-images/
Morfológia, rastové fázy
anagénna fáza
rastová
2-6 rokov
(85 %)
katagénna fáza
prechodná
1-2 týždňov
(1 %)
telogénna fáza
pokojová
1-6 mesiacov
(14 %)
Vlas je druh kožného rohovatejúceho (keratinizovaného andexu kože).
Vyrastá z vlasového mieška (folikulu), do ktorého vyúsťuje mazová žľaza,
a na ktorý sa upína drobný hladký (pilomotorický) sval, ktorý svojim
zmršťovaním môže vlas vzpriamiť (husia koža).
http://natural-hair.com/structure.html
Chemická štruktúra vlasu
a-keratín makromolekulový proteínový reťazec skrutkovitého tvaru
Disulfidické väzby
Izodipeptidické väzby
http://www.ebeautymall.com/BCorner/hairfacts_itsstruc.asp
Štruktúra vlasového folikulu Kutikula (4-8 vrstiev) tvrdý keratín
ploché doštičky amorfného keratínu vyššie hladiny aminokyselín s obsahom síry: cysteín
a cystín, disulfidické väzby - počet a rozloženie disulfidických
väzieb vo vlase hrá kritickú úlohu v určovaní ich chemických a fyzikálnych vlastností
Stav kutikuly je zodpovedný za vonkajší vzhľad – lesk a pocit na dotyk.
Kortex
vláknitý keratín Kortikálne bunky sú spojené bunkovým
membránovým komplexom a určujú mechanické vlastnosti vlasov
Medula – dreň mäkký keratín
obsahuje bielkovinu citrulín (bielkovina s vysokým obsahom glutámovej kyseliny a malou časťou cysteínu),
isodipeptidickémi väzby, ktoré sú zodpovedné za nerozpustnosť medulárnej bielkoviny a zvyšuje chemickú odolnosť meduly.
Swift, J., Smith, J.: Atomic Force Microscopy of Human Hair, Scanning, vol. 22,310-318 (2000)
Odber vzorky
Čistenie
umývanie vlasov
(IAEA)
Homogenizácia
Mineralizácia
rozklad
(Suchý – APION)
(Mokrý – MLS)
Analytické
stanovenie Hg
(AMA 254)
Vyhodnotenie
Vyžaduje sa rozklad?
Analytické
stanovenie
Pb, Cd, Cr, Ni
(ETA AAS)
áno
nie
Vývojový diagram analýzy prvkov vo vzorke
vlasov
AAS
Metódy atómovej absorpčnej spektrometrie vychádzajú zo základných princípov
výstavby atómu a súvisia s prechodom elektrónu zo základného stavu na prvý excitovaný stav účinkom žiarenia s vhodnou vlnovou dĺžkou, pričom sa selektívne absorbuje časť žiarenia atómami vzorky.
Atómová absorpčná spektrometria je založená na meraní selektívnej absorpcie monochromatického žiarenia voľnými atómami prvkov v základnom elektrónovom stave.
Lambert-Beerov zákon
A = log(I0/I) = abc Množstvo pohlteného žiarenia je úmerné koncentrácii atómov v roztoku
VARIAN Spectr AA 300P PerkinElmer, AA-Analyst700 Hg – AMA 254,Altec, Praha
Spaľovacie a atomizačné krivky: Pb, Cb, Cr, Ni
- bez modifikátora, - Rh+kys. Citrónová, ▲ - Pd+Mg(NO3)2, - Mg(NO3)2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
teplota,oC
ab
so
rba
nc
ia
Pb-absorbancia
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
teplota, oC
ab
so
rba
nc
ia
Cd-absorbancia
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
teplota, oC
ab
so
rba
nc
ia
Cr-absorbancia
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
teplota, oC
ab
so
rba
nc
ia
Ni-absorbancia
Relatívna citlivosť
Pb, Cd, Cr, Ni
bez modifikátora
s modifikátorom
– Pd+Mg(NO3)2,
– Mg(NO3)2
– Rh
PbCd
CrNi
Rh
no mod
Pd+Mg(NO3)2
Mg(NO3)2
0
20
40
60
80
100
Analyt spaľovacia teplota, ºC
atomizačná teplota, ºC
Modifikátor
Olovo 600 1100 1000 700
1400 1600 1700 1500
bez modifikátora Rh+kys. citrónová Pd + Mg(NO3)2 (NH4)2HPO4+Mg(NO3)2
Kadmium 400 600 700
1300 1400 1500
bez modifikátora Rh+kys. citrónová Pd + Mg(NO3)2
Chróm 1500 1500 1500
2200 2500 2500
bez modifikátora Rh+kys. citrónová Mg(NO3)2
Nikel 700 800 700
2400 2200 2300
bez modifikátora Rh+kys. citrónová Mg(NO3)2
Prehľad použitých modifikátorov a dosiahnutých teplôt
Funkcia hodnotenia metódy (Method Evaluation Function, MEF)
definuje vzťah medzi zistenými hodnotami (mY) a očakávanými hodnotami (mT) v intervale rozsahu štatistickej kontroly metódy
MEF(mY)=a+b mT
Ideálny prípad: a = 0
b = 1
mY= mT
Funkcia hodnotenia metód (Method Evaluation Function, MEF)
Dizajn experimentu Analyt Pb Cd Cr Ni Hg
Označenie vzorky
Štandardný referenčný materiál daný ku vzorke vlasov
Hmotnostná koncentrácia
mg/l
Hmotnostný zlomok mg/kg
A 0,025 0,004 0,01 0,02 0,06
B 0,050 0,008 0,02 0,04 0,12
C 0,075 0,012 0,03 0,06 0,18
D 0,100 0,016 0,04 0,08 0,24
E 0,125 0,020 0,05 0,10 0,30
1.deň 2.deň 3.deň 4.deň 5.deň
A B C D E
B C D E A
MEF parametre metód
parameter a SDa b SDb P SD MEF
Pb 0,0642 0,2599 0,9866 0,0966 0,9615 0,3508
Cd 0,0126 0,0231 1,0311 0,0652 0,9619 0,0267
Cr -0,0117 0,0331 0,9904 0,0655 0,9670 0,0328
Ni -0,1148 0,2003 1,0533 0,1449 0,9967 0,4208
Hg -0,0037 0,0034 1,0344 0,0054 0,9551 0,0027
Namerané hodnoty hmotnostných zlomkov mY MEF vzoriek
vo vzťahu voči daným hodnotám mT
MEF
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5
w dané, mg/g
w n
am
era
né,
g
/g
Pb
MEF
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 0.2 0.4 0.6 0.8
w dané, mg/g
w n
am
era
né,
g
/g
Cd
MEF
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2
w dané, mg/g
w n
am
era
né,
g
/g
Cr
MEF
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4
w dané, mg/g
w n
am
era
né,
g
/g
Ni
MEF
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4
w dané, mg/g
w n
am
era
né,
g
/g
Hg
Systém zabezpečenia kvality
(Quality Assurance – QA)
riadenie kvality
(Quality Control - QC)
operačné postupy a aktivity,
ktoré sa používajú na
dosiahnutie požadovanej kvality.
sledovania všetkých vplyvov a faktorov,
ktoré prispievajú k neurčitosti
výsledkov analýz,
• kompetentný personál,
• vhodné zariadenie a vybavenie,
• pracovné prostredie,
• metodológia, kalibrácia,
• uplatňovanie SLP,
• používanie ŠOP
• odborné riadenie a kontrola,
• dôsledná dokumentácia.
kontrola kvality
(Quality Assessment - QAS)
Sleduje presnosť a správnosť
analytického systému,
ktorý je v stave štatistickej regulácie.
činnosti, ktoré umožňujú
vyhodnotiť riadenie kvality a kvalitu
dosahovaných výsledkov
analýz, overiť prijateľnosť
výsledkov na základe
informácii získaných v
rámci riadenia kvality.
Uskutočňuje sa internou a
externou kontrolou kvality.
Zabezpečenie kvality
séria vzoriek vlasov n = 5
analyzovaná a vyhodnotená spoločne
kalibrácia s 5 bodmi
vzorka slepého stanovenia
duplikátne navážky
matricový prídavok
analytický prídavok
vzorka interného riadenia kvality
prekročenie absorbancie najvyššieho štandardu kalibračnej krivky o viac ako 10 %, vyhodnotenie koncentrácie pomocou OVER
Hodnotenie správnosti
Vzorky IRK
analytický prídavok matricový prídavok
odhaľuje vplyv matrice
vzorky na odozvu analytu
Uskutočňuje sa automaticky
softvérovo prídavkom
známeho množstva
analytu k mineralizátu vzorky
vplyv matrice sa prejaví
vysokými interferenciami
a slabou výťažnosťou
pridaného analytu.
CRM-očakávaná správna hodnota
VÚVH – BA – prijatá vzťažná hodnota
prídavok známeho množstva analytu
štandardný roztok k matrici vzorky
pred začiatkom mineralizačného kroku
kontrolu vplyvu matrice
na odozvu analytu a účinnosť
rozkladného kroku.
Parameter
Matricový
prídavok, r
mg/l
Výťažnosť, %
n a b P
priemer medián SD
An
aly
t
Pb 0,020 98,0 97,0 14,2 133 0,00029 1,0109 0,9914
Cd 0,002 100,5 102,5 13,7 137 0,00051 0,9834 0,9656
Cr 0,010
0,020 97,8 94,9 13,8 138 0,00081 1,0023 0,9871
Ni 0,010
0,020 99,7 99,4 12,7 146 0,00048 1,0171 0,9652
Hg 0,5
1,0 110,6 11,7 10,9 58 0,00331 1,0189 0,9972
Parameter
Analytický
prídavok, r
mg/l
Výťažnosť, %
n a b P
priemer medián SD
An
aly
t
Pb
0,005
0,010
0,025
99,8 98,0 9,3 151 -0,0008 1,0049 0,9936
Cd 0,005 99,5 99,8 7,4 261 -0,0002 1,0301 0,9576
Cr 0,004 104,0 104,8 7,1 226 0,0011 0,9748 0,9820
Ni 0,010
0,020 99,83 100,0 7,0 275 0,0001 0,9942 0,9861
Štatistické závislosti medzi zistenými a danými koncentráciami
Pb - matricový prídavok
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
hmotnostná konc. r dané, mg/l
hm
otn
os
tná
ko
nc
. r
zís
ka
né
, m
g/l
Pb - analytický prídavok
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
hmotnostná konc. r dané, mg/l
hm
otn
ostn
á
konc.
r z
ískané,
mg/l
Cd - matricový prídavok
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
hmotnostná. konc.r dané, mg/l
hm
otn
ostn
á k
on
c. r
zís
kan
é,
mg
/l
Cd - analytický prídavok
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0 0,01 0,02 0,03 0,04
hmotnostná. konc.r dané, mg/l
hm
otn
stn
á ko
nc.
r zís
kan
é,
mg
/l
Cr - matricový prídavok
0
0,02
0,04
0,06
0 0,02 0,04 0,06
hmotnostná konc.r dané, mg/l
hm
otn
ostn
á ko
nc. r
zís
kan
é, m
g/l
Cr - analytický prídavok
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05hmotnostná konc.r dané, mg/l
hm
otn
ostn
á k
on
c. r
zís
kan
é,
mg
/l
Ni - matricový prídavok
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
hmotnostná konc. r dané, mg/l
hm
otn
ostn
á k
on
c. r
zís
kan
é,
mg
/l
Ni - analytický prídavok
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0 0,05 0,1 0,15 0,2
hmotnostná konc. r dané, mg/l
hm
otn
os
tná
ko
nc
.r
zís
ka
né
, m
g/l
Analýza duplikátnych vzoriek
indikátor medzivzorkovej variability spôsobenej analytickou úpravou vzorky
vznikajú oddeleným spracovaním tej istej vzorky v dvoch nezávislých navážkach
do spracovania je zahrnutý celý analytický postup
Horwitzova závislosť CV = 2(1-0,5*loq c)
– kde CV je variačné rozpätie v
% – c je obsah analytu v kg/kg
s = (CV/100).x
CV = (s.100)/x
Lit: Horwitz, W.: Anal. Chem., 54, 1982, 1, 67A-76A
sR=kn.R
– R je rozpätie – kn je koeficient
RSD=(s.100)/x
Lit: Eckschlager, K. Horsák, I., Kodejš, Z.: Vyhodnocování analytických výsledku a metod, SNTL, Praha, 1980, s. 25.
Analýza duplikátnych vzoriek
Grafické znázornenie závislosti variačného koeficienta CV (%), od hmotnostného zlomku analytu vo vzorke. Prerušovaná čiara - (- - - - ) predstavuje hranice 2/3 CV pre Pb, Cd, Cr, Ni a ½ pre Hg
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
0.010.101.0010.00100.00
hmotnostný zlomok w, kg/kg
CV
, %
Pb
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
0.010.101.0010.00100.00
hmotnostný zlomok w , kg/kg
CV
, %
Cd
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
0.010.101.0010.00100.00
hmotnostný zlomok w , kg/kg
CV
, %
Cr
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
0.010.101.0010.00100.00
hmotnostný zlomok w , kg/kg
CV
, %
Ni
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
0.010.101.0010.00100.00
hmotnostný zlomok w , kg/kg
CV
, %
Hg
Analyt
LOD LOQ LOD LOQ Opak. Reprod. Správnosť
mg/l mg/kg 1) % materiál % %
Pb 0,005 0,015 0,017 0,55 2,4
1643d 14,0 4,5
CRM397 9,4 0,2
Cd 0,0004 0,0013 0,013 0,043 7,2
1643d 5,7 3,5
CRM397 7,8 0,5
Cr 0,001 0,003 0,033 0,108 6,9
1643d 4,5 0,8
1643c 4,1 4,8
Ni 0,004 0,013 0,13 0,44 4,9
1643d 7,5 2,7
CRM397 4,1 4,3
Hg 0,00002 0,00007 0,0001 0,0003 11-30 BCR 151 7,9 7,2
Metrologické vlastnosti metód AAS
1)Návažok 0,3 g, objem 10 ml
Elektrochemické metódy
Schopnosť vo vodnom roztoku sa oxidovať alebo redukovať na fázovom rozhraní elektróda/roztok.
veľká hodnota Faradayovej konštanty
schopnosť spoľahlivo merať malé prúdy, príp. elektrické množstvá, čo umožňuje znižovať hodnotu medze stanoviteľnosti
Prietoková coulometria
Elektrický náboj spotrebovaný na elektrochemickú konverziu – integrácia elektrického prúdu v čase
Q(t) elektrický náboj
n(t) látkové množstvo
i(t) prúd v čase t
z nábojové číslo
F – Faradayova konštanta, 96 484,5±0,5 C/mol
( ( tzFndttiQ
t
0
Faradayov zákon
r je hmotnostná koncentrácia kovu v analyzovanom roztoku
vzorky g/l, n je látkové množstvo analytu mol, M je mólová hmotnosť kovu g/mol, V je dávkovaný objem vzorky l, i je rozpúšťací prúd A, je prechodový čas s, z je nábojové číslo vyplývajúce z elektródovej reakcie: M – z e- = Mz+, F = 96484,5 0,5 C/mol je Faradayova konštanta r je elektrochemický výťažok, zohľadňujúci, že k elektrolýze
nedochádza v celom objeme vzorky, ale len v efektívnom objeme elektródy Vel, kde došlo aj k nahromadeniu analytu.
VFzr
Mi
V
Mn
...
... r
z
M
F
Qm
Nahromadenie analytu E= konšt, I= konšt
Rozpustenie depozitu I = konšt
ERA – elektrochemická rozpúšťacia analýza
Galvanostatická rozpúšťacia
(stripping) chronopotenciometria SCP
E
dt/dE
Chronopotentiometry
Fe2+ - e- Þ Fe3+
Galvanostatická rozpúšťacia (stripping) chronopotenciometria SCP
Eca Flow
Beinrohr, E., Dzurov, J.: Prietoková coulometria. In: Elektroanalytické metódy, 2THETA, Český Tešín, 2001, s.171.
Prietoková cela ECA CELL
1- pracovná elektróda, 2 – referenčná elektróda, 3 – pomocná elektróda,
4 – ionovýmenná membrána, 5 – tesnenie, 6 – silikónový uzáver, 7 – plexisklový blok, 8 – priestor referenčnej elektródy.
Jurica, Ľ.: Stanovenie stopových koncentrácii arzénu prietokovou coulometriou a technikou elektrochemického generovania hydridov spojenú s AAS, Dizertačná práca, Bratislava 2001
Analýza prvkov galvanostatickou rozpúšťacou chronopotenciometriou
Nahromadenie M2+ z roztoku vzorky konštantným prúdom alebo konštantným potenciálom na povrch poréznej uhlíkovej pracovnej elektródy
Ni2+ = Ni0 – 2e-
Hg2+ = Hg0 – 2e-
Pb2+ = Pb0 – 2e- Cd2+ = Cd0 – 2e-
Vylúčenie látky – depozitu, galvanostaticky t.j. konštantným prúdom, pričom sa registruje signál - rozpúšťací chronopotenciogram
Analýza Ni
1. Nahromadenie Ni2+ zo zásaditého prostredia zmesi 0,1mol/l NH4Cl + 0,1 mol/l NH3 pri pH roztoku 9-10 konštantným prúdom -4mA, na povrch poréznej uhlíkovej pracovnej elektródy.
Ni2+ Ni0 – 2e-
2. Rozpúšťanie depozitu sa uskutočňuje galvanostaticky, konštantným prúdom 50 μA po dobu 60 s. Registruje sa rozpúšťací chronopotenciogram.
Chronopotenciogram Ni v modelovej vzorke
1) štandardný roztok Ni o koncentrácii 50 mg/l
2) modelová vzorka s obsahom 50 mg/l Ni, 200 mg/l Cu, 1 mg/l Zn
E, mV
signál
Elektrolyt Potenciál maxím Rozdiel, mV
Ni, mV Cu, mV
0,1 mol/l HCl -180 -90 90
0,1 mol/l H2SO4 + 0,001 mol/l HCl -160 +50 210
0,1 mol/l NaCl + 0,002 mol/l HCl -240 -5 235
Výber elektrolytu
Ni:Cu
(~1:1)
Ni – 50 mg/l Cu – (10, 20, 25, 50, 80, 100, 200, 1000) mg/l
0
10
20
30
40
50
60
1 10 100 1000
hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l
nájd
en
é N
i, m
g/l
1
10
100
1000
10000
0,1 mol/l H2SO4 + 0,001 mol/l HCl
od
ozva C
u
0
10
20
30
40
50
60
1 10 100 1000
hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l
nájd
en
é N
i, m
g/l
1
10
100
1000
10000
0,1 mol/l HCl
od
ozva C
u
0
10
20
30
40
50
60
1 10 100 1000
hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l
nájd
en
é N
i, m
g/l
1
10
100
1000
10000
0,1 mol/l NaCl+0,002 mol/l HCl
od
ozva C
u
Výťažnosť sorpcie prvkov na Iontosorb Oxin 100 v závislosti od pH
Lit: Beinrohr, E., et al.: Analytica Chimica Acta, 230, 1990, 163-170
Vplyv koncentrácie HCl na sorpčné vlastnosti Ni a Cu
na Iontosorb Oxin 100
0
50
100
150
200
250
0,001 0,01 0,1
látková koncentrácia HCl, mol/l
nájd
en
é N
i, m
g/l
0
200
400
600
800
1000
1200
od
ozva C
u
Ni, dané – 200 mg/l –-
Spracovanie vzorky na stanovenie Ni
1. Spálený zvyšok získaný mineralizáciou suchým spôsobom - 0,1 mol/l HCl a doplnil na objem 50 ml čerstvo prevarenou deionizovanou vodou.
2. Roztok sa prelial cez kolónu tak, že sa stĺpec premyl 10 ml roztoku a z následne zachyteného eluátu sa odpipetovalo 10 ml do odmernej banky.
3. Doplnil sa roztokom 0,1 mol/l NH4Cl a 0,1 mol/l
NH3 do objemu 50 ml - elektrochemické meranie.
frita
Iontosorb Oxin 100
Chronopotenciogram Ni v modelovej vzorke
E, mV
signál
a) štandardný roztok Ni o koncentrácii 50 mg/l
b) modelovej vzorke s obsahom 50 mg/l Ni, 200 mg/l Cu, 1 mg/l Zn v 0,1 mol/l HCl
c) v roztoku po sorpcii Cu na Iontosorb Oxin100 pri 5-násobnom zriedení, signál Ni vyznačený kurzormi, výťažnosť Ni (50 mg/l ) 98,3%.
Chronopotenciogram Ni vo vlasoch
E, mV
signál
a) štandardný roztok Ni o koncentrácii 100 mg/l
b) reálna vzorka vlasov, signál Ni splýva so signálom Cu
c) vzorka vlasov po sorpcii Cu na Iontosorb Oxin 100,
signál Ni vyznačený kurzormi, obsah Ni 0,438 mg/g (ETA AAS, Ni – 0,470 mg/g)
Hg2+ ióny sa z prúdiaceho roztoku vzorky nahromadia pri vhodnom potenciáli na povrchu pozlátenej uhlíkovej elektródy (E53 Au) Hg2+ = Hg0 – 2e- Depozit sa v ďalšom kroku rozpustí konštantným prúdom, pričom sa zaregistruje chronopotenciogram
a) vzorka vlasov
b) vzorka vlasov s prídavkom
Hg 20 mg/l
c) štandardný roztok o koncentrácii
Hg 100 mg/l
Analýza Hg
E, mV
c
b
a
signál
E, mV
Analýza Cd a Pb
nahromadenie pri konštantnom prúde –4 mA na povrchu pracovnej elektródy, pričom ako
nosný elektrolyt bol použitý 0,1 mol/l síran sodný. Na úplné ukončenie nahromadenia bolo
prúdenie prietoku na krátky čas zastavené za účelom ukončenia redukcie kyslíka prítomného
v póroch pracovnej elektródy: Pb2+ = Pb0 – 2e- Cd2+ = Cd0 – 2e-
Depozit sa v ďalšom kroku rozpustí konštantným prúdom, pričom sa zaregistruje
chronopotenciogram.
a) vzorka vlasov
b) vzorka vlasov s prídavkom
Cd 20 mg/l
Pb 20 mg/l
c) štandardný roztok o hmotnostnej koncentrácii
Cd 100 mg/l
Pb 100 mg/l
a
b
c
Zn
Pb Cd
Cu
E, mV
signál
1. Porézna pracovná elektróda sa naplní vzorkou a pri vhodnom potenciáli sa prítomné ióny
zredukujú. CrO4
2-+ 8H+ = Cr3++ 4H2O – 3e-
2. Pri tomto kroku sa zaregistruje signál – rozpúšťací chronopotenciogram, z ktorého sa vypočíta
množstvo a koncentrácia chrómu vo vzorke.
Analýza Cr vnútroelektródová coulometrická
titrácia
a) vzorka vlasov
b) štandardný roztok Cr(VI) o koncentrácii
10 mg/l
c) vzorka vlasov s prídavkom chrómu
15 mg/l
a
c
b
E, mV
signál
Označenie vzoriek vlasov
Hmotnostný zlomok Ni, mg/g
Prietoková coulometria
GF AAS
1141 0,434±0,040 <0,44
7740 0,639±0,031 1,003±0,020
1132 0,352±0,004 <0,44
7756 1,783±0,134 1,500±0,030
13800 0,403±0,030 0,542±0,011
13797 1,556±0,117 1,650±0,034
13803 0,633±0,047 0,614±0,012
8539 ND ND
Neistota merania pre prietokovú coulometriu zodpovedá smerodajnej odchýlke pre n=3 odčítania Neistota merania pre ETA AAS zodpovedá odhadu smerodajnej odchýlky na úrovni hodnoty 1- násobku variačného koeficienta získaného na základe výpočtu podľa Horwitzovej rovnice. ND – nezistené použitou metódou
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
w - AAS, konc. mg.g
w -
Pri
eto
ko
vá c
ou
lom
etr
ia, ko
nc. m
g.g
-1
Označenie vzoriek vlasov
Hmotnostný zlomok Hg, mg/g
Prietoková coulometria
CV AAS
36 0,642 ± 0,178 0,602 ± 0,006
40 0,446 ± 0,039 0,407 ± 0,004
5358 0,195 ± 0,039 0,183 ± 0,002
1335 0,815 ± 0,163 0,689 ± 0,007
17403 0,339 ± 0,068 0,394 ± 0,004
18095 0,282 ± 0,056 0,290 ± 0,003
18117 0,345 ± 0,052 0,311 ± 0,003
17382 4,174 ± 0,835 4,135 ± 0,041
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
w - AAS, mg/g
w -
pri
eto
ko
vá c
ou
lom
etr
ia,
mg
/g
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
w - AAS, mg/g
w -
pri
eto
ko
vá c
ou
lom
etr
ia,
mg
/g
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
w - AAS, mg/g
w -
pri
eto
ko
vá c
ou
lom
etr
ia,
mg
/g
Označenie vzoriek
Hmotnostný zlomok Pb, mg/g Hmotnostný zlomok Cd, mg/g
Prietoková coulometria
GF AAS Prietoková coulometria
GF AAS
1141 2,273±0,216 2,009±0,193 0,056±0,003 0,089±0,014
1132 3,338±0,271 3,623±0,318 0,385±0,062 0,403±0,049
7756 3,482±0,188 2,616±0,241 0,355±0,026 0,415±0,071
13803 0,761±0,127 0,752±0,084 0,118±0,026 0,138±0,020
7740 2,754±0,378 2,353±0,221 0,244±0,048 0,336±0,042
13800 2,424±0,339 2,593±0,240 0,113±0,015 0,178±0,025
13797 2,347±0,330 2,473±0,230 0,132±0,039 0,172±0,024
8539 10,281±0,334 11,418±0,844 0,297±0,062 0,305±0,039
Human hair 29,7±1,9 33±1,2
0,548±0,195 0,521±0,024
Označenie vzoriek vlasov
Hmotnostný zlomok Cr, mg/g
Prietoková coulometria
GF AAS
7740 <0,19 <0,11
8539 0,782 ± 0,215 0,786 ± 0,016
7756 0,227 ± 0,050 0,211 ± 0,004
1132 0,756 ± 0,075 0,500 ± 0,010
13800 0,370 ± 0,102 0,357 ± 0,007
1141 0,255 ± 0,036 0,220 ± 0,004
13803 <0,19 0,135 ± 0,003
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
w - AAS, mg/g
w -
pri
eto
ko
vá c
ou
lom
etr
ia, m
g/g
Súhrn Bol navrhnutý optimalizovaný postup pri analýze vlasov metódou AAS so
zabezpečením dostatočného a účinného čistenia exogénnej kontaminácie vlasov a dokonalého rozkladu organickej osnovy vzoriek vlasov pre potreby biologického monitoringu v Slovenskej republike.
Bola uskutočnená analýza prvkov Cd, Cr, Hg, Ni, Pb metódou AAS spolu so štúdiom interferencií pri stanovení uvedených prvkov, sledovaním účinnosti korekcie pozadia deutériovou lampou a optimalizáciou analytického postupu, využijúc modifikátory na potlačenie vplyvu matrice pri optimálnych teplotách spaľovania a atomizácie.
Efektívne využitie prvkov Interného riadenia kvality umožnilo zabezpečiť riadenie a kontrolu kvality merania na zabezpečenie správnosti dosahovaných výsledkov.
Využitím štatistických nástrojov boli definované pracovné charakteristiky sledovaných metód v zmysle platných noriem, uskutočnené hodnotenie malých výberov (n=2) aplikáciou Horwitzovej rovnice, využitie funkcie hodnotenia metódy, MEF.
V rámci biologického monitoringu bolo v n=785 analyzovaných vzorkách vlasov uskutočnených 3925 analýz prvkov Pb, Cd, Cr, Ni, Hg rozčlenených podľa znečistenia životného prostredia do 3 oblastí z 12 okresov.
silne znečistená oblasť: Bratislava, Prievidza, Žiar nad Hronom, Spišská Nová Ves stredne znečistená oblasť: Galanta, Nitra, Trnava, Rimavská Sobota, Trebišov relatívne čisté oblasti: okresy Trenčín, Dolný Kubín, Poprad
Hodnotenie obsahu analytov v biologickom materiáli v závislosti od stupňa
znečistenia prostredia nebolo cieľom tejto práce.
Ako kontrolná, nezávislá metóda pri analýze sledovaných prvkov vo vlasoch bola použitá metóda elektrochemickej rozpúšťacej analýzy.
Bol vyvinutý postup stanovenia Ni vo vlasoch s vysokým depresívnym účinkom medi prítomnej vo vlasoch a spôsob jeho eliminácie sorpciou na vhodný iontomennič Iontosorb Oxin za definovaných podmienok. Boli nájdené optimálne podmienky analytického stanovenia niklu.
Boli modifikované postupy stanovenia Pb, Cd v matrici biologického materiálu po suchom rozklade a Hg po rozklade v mikrovlnom zariadení, využijúc doteraz popísané poznatky elektrochemickej rozpúšťacej analýzy.
Na stanovenie Cr bola použitá prietoková coulometria ako coulometrická titrácia založená na elektrochemickej redukcii Cr(VI) na Cr(III).
Pre všetky prvky analyzované elektrochemickou rozpúšťacou analýzou boli určené validačné charakteristiky (LOD, LOQ, presnosť, správnosť) z analýz reálnych vzoriek vlasov.
Na vybranom súbore vzoriek bolo uskutočnené porovnanie metód AAS a ERA pre sledované analyty párovými testami na zhodu. Bola nájdená dobrá zhoda oboch metód.
Záver
Predkladaná práca rozširuje problematiku ERA o stanovenie vybraných toxických prvkov v biologickom materiáli, čím môže poslúžiť k objektivizácii faktorov ovplyvňujúcich zdravé životné a pracovné podmienky.