Saubere Probenahme und Analyse von River und Estuarine Waters für Spurenmetallforschung

Das übergeordnete Ziel dieses sauberen Probenahme- und Analyseprotokolls besteht darin, geeignete Techniken bereitzustellen, um zuverlässige Daten für Spurenmetallstudien zu erhalten, insbesondere wenn niedrige Nachweisgrenzen erforderlich sind. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der Umweltchemie in aquatischen Umgebungen mit dynamischen hydrologischen und geochemischen Bedingungen zu beantworten. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass im Rahmen der vorgeschlagenen Richtlinien zuverlässige Daten gewonnen und mit variablen wichtigen Umweltparametern in Beziehung gesetzt werden können.

Diese Methode kann also Techniken liefern, um Informationen in Flüssen und Mündungen zu erhalten. Es kann auch auf andere Systeme wie Seen, Küstenzonen und ozeanische Umgebungen angewendet werden. Im Allgemeinen haben Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten, da sie nicht über Kontaminationskontrollen verfügen und nicht in der Lage sind, die richtigen Mittel zur Beseitigung von Kontaminationen während der Spurenmetallanalyse zu erkennen.

Das Verfahren wird von Chih-Ping Lee und Pei-Yu Lin, Studenten aus unseren Labors, demonstriert. Um den Probenehmer zusammenzubauen, verbinden Sie einen vier Meter langen Schlauch aus fluoriertem Ethylen-Propylen mit einem 1,5 Meter langen, chemisch beständigen Silikonpumpschlauch. Stecken Sie einen Y-Verbinder aus Polypropylen in das Pumprohr.

Schließen Sie an einen Auslass ein 50 Zentimeter langes Pumprohr und an den anderen einen 0,45-Mikrometer-Kapselfilter an. Montieren Sie die Schläuche in einem Reinraum, nachdem sie wie im Textprotokoll beschrieben gereinigt wurden, und lagern Sie die Montage in zwei Schichten Polyethylenbeuteln. Verwenden Sie für Probenbehälter Polyethylen- und FEP-Flaschen für Behälter zur Bestimmung von Spurenmetallen.

Reinigen Sie die Flaschen, indem Sie sie zuerst 24 Stunden lang in 1%iger Waschmittellösung einweichen. Nachdem Sie die Flaschen mit dem ionisierten Wasser gespült haben, weichen Sie sie 48 Stunden lang in 50%iger Salpetersäurelösung ein. Spülen Sie die Flaschen ein zweites Mal aus und weichen Sie die Flaschen dann 24 Stunden lang in 10%iger Salzsäure oder HCl-Lösung ein.

Spülen Sie die Flaschen nach dem abschließenden HCl-Einweichen gründlich mit dem ionisierten Wasser, abgekürzt DIW, aus. Trocknen Sie die Flaschen mit verschlossenen Verschlüssen in einem Reinraum oder auf einer Reinbank der Klasse 100. Verschließen Sie die gereinigten Flaschen in Polyethylen-Beuteln mit Reißverschluss und verpacken Sie sie für den Transport in Polyethylenbeuteln.

Lassen Sie eine Person am Flussufer oder auf einem Boot den Beutel mit dem Probenehmer öffnen und den vier Meter langen FEP-Schlauch an einer gereinigten Polypropylenstange befestigen. Ziehen Sie den Mast so weit wie möglich vom Ufer weg und halten Sie den Einlass des FEP-Schlauchs etwa 30 Zentimeter unter der Oberfläche des fließenden Flusswassers, bevor die Pumpe eingeschaltet wird. Lassen Sie eine zweite Person den Pumpschlauch an den Pumpenkopf einer Schlauchpumpe anbringen.

Starten Sie die Pumpe und lassen Sie das Wasser auf der abgeschalteten Seite mindestens das Dreifache des Gesamtvolumens des Probenehmers ab. Lassen Sie eine dritte Person für das Öffnen der Innenbeutel und Probenverschlüsse verantwortlich sein und das Probenahmeröhrchen halten, durch das die Probe in die Flasche abgelassen wird. Sammeln Sie zunächst eine ungefilterte Probe durch den Auslass ohne Filter in eine 125-Milliliter-Plastikflasche, um Leitfähigkeit, Temperatur und pH-Wert vor Ort zu messen.

Entnehmen Sie dann eine gefilterte Wasserprobe, indem Sie den Auslass mit einer Plastikklammer schließen, um das Wasser durch den Kapselfilter zu zwingen. Sammeln Sie gefilterte Proben in 40-Milliliter-Braunglasflaschen für DOC- und EDTA-Messungen. Entnehmen Sie für jede Art von Probe zusätzliche Proben sowie Feldblindproben an ausgewählten Stellen, die als Aliquote für die Qualitätskontrolle dienen.

Stellen Sie die 40 Milliliter Glasflaschen auf Eis und bewahren Sie sie in einer Eiskiste auf, und stellen Sie die Polyethylenflaschen in Eiskisten ein. Sammeln Sie schließlich den Schwebstaub (SPM) auf 0,4-Mikrometer-Polycarbonat-Membranfiltern durch Vakuumfiltration mit einem Kunststofffiltertrichter und -behälter. Für die Bestimmung von gelösten Spurenmetallen geben Sie 2 Milliliter konzentrierte untergekochte Salpetersäure in die Ein-Liter-Probe.

Die angesäuerten Proben in den FEP-Flaschen werden 24 Stunden lang UV-bestrahlt. Wiegen Sie anschließend 2 Gramm Kationenaustauscherharz in einen kleinen Plastikbecher und geben Sie eine kleine Menge von zwei normalen Salpetersäurelösungen in den Becher. Gießen Sie das Harz in eine Chromatographiesäule mit einem Fassungsvermögen von 10 Millilitern.

Reinigen Sie das Harz, indem Sie die Säule zweimal mit 5 Millilitern zwei normaler Salpetersäure waschen. Spülen Sie dann dreimal mit hochreinem Wasser, abgekürzt als HPW. Geben Sie schließlich 10 Milliliter eines molaren Ammoniumhydroxids in die Säule, um das Harz in die Ammoniumform umzuwandeln.

Der pH-Wert der angesäuerten, UV-bestrahlten Proben wird auf 5,5 plus oder minus 0,3 eingestellt, indem 30 Milliliter einer molaren Ammoniumacetat-Pufferlösung und etwas Ammoniumhydroxid in die Proben gegeben werden. Stellen Sie dann die Probenflasche auf ein Gestell etwa 30 Zentimeter über der mit kationischem Austauscherharz gefüllten Säule. Verbinden Sie die Probenflasche und die Vorkonzentrationssäule mit einem 60-Zentimeter-FEP-Röhrchen, einer Chromatographiekappe und einem Anschluss.

Steuern Sie die Durchflussmenge mit drei bis fünf Millilitern pro Minute mit einem Zweiwege-Absperrhahn, der über der Säule angeschlossen ist. Die Proben werden durch die Vorkonzentrationssäulen geleitet. Nachdem die Proben die Säule durchlaufen haben, trennen Sie die Röhrchen und Kappen von den Säulen.

Um die Hauptkationen von anderen Spurenmetallen zu trennen, behandeln Sie die Säulen zweimal mit 5 Millilitern HPW. Fügen Sie dann viermal 5 Milliliter eines molaren Ammoniumacetats mit einem pH-Wert von 5,5 hinzu. Zum Schluss zweimal mit weiteren 5 Millilitern HPW behandeln.

Stellen Sie eine mit Säure gewaschene 30-Milliliter-PE-Flasche knapp unter die Säule und waschen Sie die Säule mit sieben 1-Milliliter-Aliquoten von zwei normalen Salpetersäure in die PE-Flasche. Um den Schwebestaub zu verdauen, trocknen Sie die Polycarbonat-Filter mit SPM-Proben und wiegen Sie diese nach dem Trocknen. Geben Sie anschließend die SPM-Proben mit Filtern in vorgewogene PFA-Gefäße und geben Sie 3 Milliliter konzentrierte Salpetersäure in die Gefäße.

Ziehen Sie die Gefäße mit einem konstanten Drehmoment von 2,5 Killogramm-Metern an. Verdauen Sie die Proben in einem herkömmlichen Ofen bei 130 Grad Celsius für 12 Stunden. Nach dem Abkühlen die Gefäße öffnen und 2 Milliliter Fluorwasserstoff hinzufügen.

Dann die Gefäße verengen und wie bisher in einem herkömmlichen Ofen verdauen. Nach dem Abkühlen die Gefäße öffnen und 16 Milliliter 4,5%ige Borsäurelösung hinzufügen. Auch hier ziehen Sie die Gefäße fest und verdauen in einem herkömmlichen Ofen auf die gleiche Weise.

Wiegen Sie jedes Gefäß und bestimmen Sie das spezifische Gewicht jeder aufgeschlossenen Lösung, um das endgültige Aufschlussvolumen zu erhalten. Die Verwendung der vorgestellten Techniken für die Probenahme, Probenbehandlung und Analyse mit geringer Kontamination führte zu niedrigen Nachweisgrenzen, guten Wiederfindungsraten für unser referenziertes Standardmaterial und niedrigen Blindwertkonzentrationen. Dies zeigt die Wirksamkeit dieser Methode.

Es wurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Spurenmetallkonzentrationen, die mit zwei unabhängigen Methoden bestimmt wurden, und getrennten Aliquoten derselben Probe festgestellt. Eine Probe wurde direkt mittels Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma analysiert, die andere wurde nach der Bestimmung durch Massenspektrometrie mit Hilfe von induktiv gekoppelten Plasmen durch Ionenaustauschtechniken vorkonzentriert. Der große Konzentrationsbereich impliziert, dass diese Techniken für Spurenmetalluntersuchungen und deutlich unterschiedliche Umgebungen geeignet sind, in denen die Spurenmetallkonzentrationen signifikante Unterschiede aufweisen.

Die Gewinnung zuverlässiger Spurenmetalldaten in natürlichen Gewässern erfordert große Sorgfalt bei der Probenentnahme, -verarbeitung, -vorbehandlung und -analyse, um die Kontamination zu reduzieren. Das Verfahren zur Vorbereitung von Probenahmegeräten, Probenbehältern und Materialien, die für die Verarbeitung und Analyse von Proben verwendet werden, sind wichtige Schritte zur Erzielung einer hohen Datenqualität für Spurenmetalle in aquatischen Umgebungen. Die hier gezeigten Techniken und Methoden lassen sich leicht auf verschiedene Arten von aquatischen Systemen anwenden.

Neben Fluss- und Mündungsgewässern wie Ozeanen, Seen und Grundwasser. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Spurenmetallstudien richtig planen und durchführen, die auf die Umweltüberwachung und geochemische Untersuchungen angewendet werden können.