Přenosné a převozné analyzátory toxických kovů a některých organických látek

Elektrochemické metody analýzy mohou být doplňkem nebo i konkurencí metod spektrálních.

Prezentace z XXIII. Mezinárodní konference o separační chemii a analýze toxických látek

Možnosti průtokové coulometrie

Přístroje jsou určeny pro stanovení stopových obsahů (od 0,1 ug/l) většiny kationtů i aniontů a některých organických látek v různých matricích. Některé vzorky (vody, tělní tekutiny, nápoje, galvanické lázně a různé výluhy...) se mohou analyzovat i bez úpravy, další (kaly, odpady, půdy, potraviny, klinické materiály, minerály, kovy, silikáty, plastické hmoty…) po vhodném rozkladu.

Přístroje jsou vhodné pro stanovení kovů jako Zn, Cd, Pb, Sn, Tl, Ga, Cu, Bi, Sb, Se, Mn, As, Cr, Ni, Fe, Ag, Au atd. a navíc i pro Hg, z nekovů Cl, Br a J, dále pak S²⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, SO₄²⁻, SO₃²⁻, BrO₃⁻, ClO₂⁻, H₃BO₃, celkový dusík po Kjeldahlizaci, kyseliny, zásady, rozpuštěný kyslík, celkový SO₂ v nápojích, atd.

Zajímavou možností je speciace – stanovení CrIII a CrVI, AsIII a Ascelk., FeII a FeIII.

Z organických látek je vypracována metodika stanovení kyseliny askorbové v nápojích, zelenině, cereáliích atd., stanovení alkoholu v nápojích, stanovení chelatonu, hydrazinu, formaldehydu. Metodiky dalších aplikací, anorganických i organických jsou stále doplňovány.

Koncentrační rozsah stanovení je velmi široký, od 0.1 do 10 000 ug/l bez nutnosti ředění. Dostatečný objem vzorku se pohybuje od 0,1 do 10 ml vzorku podle koncentrace stanovované složky.

Ve srovnání se spektrálními metodami, např. AAS, není coulometrie tak univerzální. Nestanovuje prvky první a druhé skupiny Mendělejevovy tabulky a některé další, ale jinými možnostmi zase AAS přesahuje.

Při volbě analytické metody musíme přihlížet také k ekonomice. V Obr. 1 jsou na ose y vyneseny náklady jako 1/10 pořizovací ceny přístroje + náklady na provoz. Je vidět, že při nízkém počtu stanovení analýza na ICP vychází velmi draho vinou vysoké pořizovací ceny přístroje. Protože však provoz je levný (prakticky jen argon), od zhruba 2 500 měření vychází analýza na ICP levněji než na AAS, která má dražší provozní náklady (grafitové kyvety…).

2 Theta: Obr. 1 Ekonomické srovnání analytických metod

Díky nízké pořizovací ceně i provozním nákladům (elektrody, elektrolyty) průtokového coulometru vychází coulometrická analýza nejlevněji.

Princip metody

Koncentrace analytu ve vzorku je úměrná prošlému náboji:

Q = I t = z F n = z F c V (1)

• Q - elektrický náboj
• I - proud
• t - trvání elektrolýzy
• z - nábojové číslo elektrodové reakce
• n - látkové množství
• c - koncentrace analytu
• V - objem elektrolyzovaného roztoku

Technicky je jednodušší za konstantního proudu měřit čas, proto dále popisované přístroje pracují metodou chronopotenciometrickou.

Kovy se obvykle stanovují ve dvou krocích. Nejprve se na pracovní elektrodě kationty vyloučí jako kovy a poté se po změně potenciálu elektrochemicky rozpouštějí. Napětí, při kterém se to děje, charakterizuje daný analyt, doba, po kterou se to děje, jeho koncentraci.

Anionty a další analyty se stanovují vnitroelektrodovou coulometrickou titrací.

Pracuje se nejčastěji metodou přídavku standardu, ale také metodou kalibrace. V některých případech je možná i bezstandardová analýza.

2 Theta: Obr. 2 Chronopotenciometrický signál

Laboratorní analyzátor EcaFlow 150 GLP

Uzavřený průtokový hydraulický systém s peristaltickou pumpou zajišťuje automatický odběr, přesné dávkování a transport analyzovaného vzorku a pomocných roztoků (základní elektrolyt, kalibrační roztok) bez zásahu obsluhy. Průběh analýzy až po vyhodnocení koncentrací stanovovaných látek je zcela automatický, řízen běžným osobním počítačem. Přístroj může být vybaven automatickým podavačem vzorků.

2 Theta: Obr. 3 Analyzátor EcaFlow 150 GLP a jeho schéma

Průměrná doba celkové analýzy (i s korekcí na pozadí) je 5 minut. Při měření není nutno ze vzorku odstraňovat kyslík.

Tento přístroj může pracovat také v pojízdné laboratoři, napájen z autobaterie.

Přenosný analyzátor PCA2

Jeho konstrukce i možnosti vycházejí z osvědčených laboratorních přístrojů řady EcaFlow.

Přístroj je umístěn v robustním kufříku. Je vybaven nabíjecí baterií na 12 hodin provozu.

2 Theta: Obr. 4 Přenosný analyzátor PCA 2

Přístroj se ovládá pomocí 4,3“ dotykového displeje. Analýza probíhá automaticky. Hadičku vložíme do kádinky se vzorkem, který je peristatickou pumpou čerpán do měřící cely, kde proběhne analýza. Přístroj uchová v paměti až 1 000 výsledků analýz. Komunikace s PC umožňuje přenos výsledků a změnu analytického programu. (Při určitém naprogramování se stanovuje vždy jen jeden analyt, změna programu je však otázkou několika minut.)

Jednoduchá konstrukce, nízká hmotnost (2.9 kg) a rozměry a nezávislost na zdroji proudu a počítači předurčují tento přístroj k měření ve výrobním provozu nebo v terénu, kde do 2 až 3 minut po odebrání vzorku známe výsledek analýzy. Pro transport elektrolytů a dalších činidel je dodáván přídavný kufřík.

Příklad analýzy

Při analýze arzenu průtokovou rozpouštěcí coulometrií na analyzátoru EcaFlow 150 GLP byl limit detekce 0,02 ug/l, mez stanovitelnosti 0,1 ug/l a lineární rozsah do 100 ug/l.

2 Theta: Obr. 5 Analýza arzenu