Trace Metal Analysis of Waters using the Carbon Rod Atomizer — a Review

Význam tématu

Analýza stopových kovů ve vodách je klíčová pro pochopení biochemických a environmentálních procesů ovlivňujících vodní ekosystémy. Přesné stanovení celkových i selektivních forem kovů umožňuje sledovat jejich mobilitu, biologickou dostupnost a potenciální toxické účinky. Metoda atomové absorpce s karbonovou tyčí (CRA) nabízí vysokou citlivost a malé objemy vzorku, což je výhodné pro monitorování přírodních i průmyslových vod.

Cíle a přehled studie / článku

• Uvést čtyři fyzikálně-chemické frakce kovů: rozpuštěné, suspendované, celkové a celkově obnovitelné.
• Popsat přímou analýzu vzorků vody na karbonové tyči a postupy separace a předkoncentrace z mořské vody.
• Diskutovat eliminaci interferencí matrice, zejména halidů, prostřednictvím úprav matrice a chemických modifikátorů.
• Prezentovat optimalizaci teplot a provozních podmínek pro různé prvky (např. Pb, Cd, As, Se, B).
• Představit aplikaci CRA-90 pro detekci organických polutantů vaporizací.

Použitá metodika a instrumentace

Atomová absorpce s karbonovou tyčí zahrnuje přímou injekci malého objemu vody (2–5 µL) na grafitovou trubici, která prochází sekvencí sušení, popílkování (ashing) a atomizace. Pro separaci a předkoncentraci stopových kovů jsou využívány extrakční metody (APDC, DDC v organickém rozpouštědle) a iontově-výměnné pryskyřice (Chelex 100). Matrice je modifikována přidáním kyselin (HNO3, H3PO4), dusičnanu amonného, lanthanu, niklu či kobaltu pro potlačení halidových interferencí. Instrumenty zmíněné v textu zahrnují Agilent AA-875 a CRA-90.

Hlavní výsledky a diskuse

• Přímé měření rozpuštěných a suspendovaných kovů odhalilo nutnost důsledné kontroly kontaminace vzorků (reagencie, sklo, kontejnery).
• Separace mořské vody solventní extrakcí a iontovou výměnou dosahuje >99 % recoverií pro Cu, Cd, Zn, Ni s faktorem koncentračního zisku až 200 :1.
• Modifikace matrice (přeměna halidů na dusičnany a fosforečnany) umožnila podstatné snížení molekulárního pozadí a nižší teploty popílkování (500–615 °C).
• Pro As a Se byla nutná přítomnost nadbytku Ni nebo Co ke stabilizaci sloučenin a zvýšení citlivosti až dvojnásobně bez ztrát při ashingu do 1000 °C.
• Boridy kovů (např. Ba) slouží jako efektivní modifikátory pro bor, dosahující charakteristické koncentrace ~6 ng/mL.
• Analýza organických látek vaporizací v CRA-90 poskytuje rychlé „spektrální otisky“ ropných produktů, detergentů či mastných kyselin.

Přínosy a praktické využití metody

Díky mikroobjemu vzorku a vysoké citlivosti na řád µg/L lze metodu použít přímo bez složité předúpravy nebo s minimální předkoncentrací. CRA-AAS je vhodná pro kontinuální monitoring kvality povrchových, podzemních i odpadních vod, podporu výzkumu speciation a kontroly toxických prvků v QA/QC laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s chromatografickými a hyphenovanými technikami pro detailní speciační analýzu.
• Automatizace přípravy vzorků a on-line předkoncentrace.
• Vývoj nových chemických modifikátorů a optimalizace pozadního odčítání.
• Miniaturizované a přenosné systémy pro terénní měření.
• Pokročilý software pro zpracování dat a umělá inteligence pro rozpoznávání vzorů absorpce.

Závěr

Atomová absorpce s karbonovou tyčí představuje citlivou a spolehlivou metodu pro analýzu stopových kovů a organických polutantů ve vodách. Klíčová je kontrola kontaminace, úprava matrice a volba optimálních provozních parametrů. Metoda se osvědčila pro široké spektrum prvků i polutantů a její další rozvoj směřuje k automatizaci, speciační analýze a terénním aplikacím.

Reference

1. U.S. EPA. Methods for Chemical Analysis of Waters and Wastes. Cincinnati, 1978.
2. Robertson, D. E. Role of Contamination in Trace Element Analysis of Sea Water. Anal. Chem. 1968.
3. Riley, J. P., Skirrow, G. Chemical Oceanography. Academic Press 1965.
4. Bruland, K. W., Franks, R. P., Knauer, G. A., Martin, J. H. Anal. Chim. Acta, 1979.
5. Kinrade, J. D., Van Loon, J. C. Anal. Chem. 1974.
6. Bone, K. M., Hibbert, W. D. Anal. Chim. Acta, 1979.
7. Danielsson, L. G., Magmisson, B., Westlund, S. Anal. Chim. Acta, 1978.
8. Midgett, M. R., Fishman, M. J. Atomic Absorption Newsletter, 1967.
9. Culver, B. R., Surles, T. Anal. Chem. 1975.
10. Czobik, E. J., Matousek, J. P. Talanta, 1977.
11. Czobik, E. J., Matousek, J. P. Anal. Chem. 1978.
12. Frech, W., Cedergren, A. Anal. Chim. Acta, 1977.
13. Sturgeon, R. E., Chakrabarti, C. L. Prog. Anal. Atom. Spectrosc. 1978.
14. Thompson, K. C., Wagstaff, K., Wheatstone, K. C. Analyst, 1977.
15. Tam, K. C. Environ. Sci. Technol. 1974.
16. Cutter, G. A. Anal. Chim. Acta, 1978.
17. Baird, R. B., Pourian, S., Gabrielian, S. M. Anal. Chem. 1972.
18. Szydloswski, J. Anal. Chim. Acta, 1979.
19. Brodie, K. G. American Laboratory, 1977.
20. Fuller, C. W. Analytical Sciences Monograph, 1977.
21. Thompson, K. C., Wagstaff, K. Analyst, 1979.
22. Routh, M. W. Pittsburgh Conference, 1980.
23. Van Schouwenburg, J. C. Anal. Chim. Acta, 1967.
24. Skagstad, M. W., Fishman, M. J., Friedman, L. C. et al. USGS Methods, 1979.
25. APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water. New York, 2012.
26. U.S. EPA. Methods for Metals in Drinking Water. Cincinnati, 1978.