きれいなサンプリングと微量金属の研究のために川や河口ウォーターズの分析

サマリー

水生環境での微量金属研究のための水サンプルを適切に収集し処理するためには、「クリーンな技術」を使用した特別な注意が必要です。詳細な微量金属研究のための信頼性の高い環境モニタリングデータと高感度の結果を得ることを目的とした、サンプリング、処理、および分析手順のプロトコルが提示されます。

要約

数十年前に得られた周囲の水域の微量金属濃度のほとんどは、汚染管理の欠如のために信頼性が低いと考えられてきました。過去数十年で微量金属汚染を減らすことを目的としたいくつかの技術の開発により、現在報告されている濃度は過去よりも桁違いに低くなっています。これらの低濃度では、多くの場合、サンプルの機器分析の前に水サンプルを事前に濃縮する必要があります。コンタミネーションは、サンプルの収集(およびサンプリング容器の準備中)、保管と取り扱い、前処理、機器分析など、微量金属分析のすべての段階で発生する可能性があるため、すべてのステップでコンタミネーションレベルを下げるために特別な注意を払う必要があります。微量金属研究における「クリーン技術」を開発・活用する取り組みにより、科学者は微量金属の分布や化学的・生物学的挙動をより詳細に調査することができます。この進歩により、微量金属データの必要な精度と精度も提供され、環境条件を水生環境の微量金属濃度に関連付けることができます。

ここで提示されているこのプロトコルは、サンプル調製、サンプル収集、予備濃縮を含むサンプル前処理、および機器分析に必要な材料を詳述しています。微量金属分析では、上記のすべての相で汚染を減らすことで、検出限界を大幅に下げ、精度を達成することができます。「クリーンテクニック」の有効性は、低磁場ブランクと標準標準物質の良好な回収率を使用してさらに実証されます。したがって、取得できるデータ品質により、微量金属の分布と環境パラメータとの関係を評価することができます。

概要

一般的に天然水に対して得られたいくつかの微量金属の結果は、サンプル収集、トリートメントと決意^1,2の間に適用される不十分な技術に起因するアーチファクトのため不正確であることが認識されてきました。溶解した微量金属の真の濃度は、（地表水³におけるnM範囲にサブnM単位）以前に発表された値よりも2桁低いまでになりました。同じ状況が改善されたサンプリングと分析方法が導入されているとして海洋水域で受け入れられた溶存微量金属濃度は過去40年ほどかけて桁違いに減少しており、海洋化学で発見されました。努力は、微量金属の分析^4-8のすべての段階を通して微量金属汚染の低減又は排除を目的と「クリーン技術」の開発とデータ品質を改善する試みがなされています。周囲における微量金属濃度の決意するためレベルは、予備濃縮がしばしば要求されます。イオン交換技術^8-12は、一般的^に効率的な予備濃縮のために適用されています。

汚染は、容器の壁、容器の洗浄、サンプラー、サンプルの取り扱いや保管、およびサンプルの保存と分析^7,13から生じ得ます。さらに最近行っきれいな方法を用いて、全ての研究は、天然水中の微量金属の濃度は、一般的によく日常的な方法⁷の検出限界未満であることを示しています。その水質モニタリングが^15を投影^するために1990年代初めの容疑者の微量金属データの認識ので、クリーンな方法は、米国EPA（環境保護庁）に組み込まれている微量金属の決意¹⁴と米国地質調査所のためのガイドラインは、クリーンな方法を採用しています。微量金属の研究のためのクリーンな方法は、しっかりと正確なデータ・ベースを作成するために、すべてのプロジェクトで採用される必要があります。

、微量金属決意に使用する水のサンプルは、適切なサンプリング特定の材料のギアや組成物を収集、保存し、機器分析を進める前に、適当な容器および装置を用いて、適切に扱われるべきです。浮遊粒子状物質（SPM）は、サンプル保管期間中に変化を受け、水の組成を変化させることができるので、水試料からのSPMの迅速な分離は、水環境中の微量金属の研究のための一般的な方法です。天然水中の溶存微量金属濃度の決意ため、濾過が必要であり、インライン濾過技術が適切かつ効率的です。

そのような表面とグラウンド水域などの水生環境における微量金属の分布と挙動が（ 例えば 、風化）自然と人為的（ 例えば 、廃水流出物）の要因、ならびに再など他の環境条件によって影響を受けることができますgional地質学、形態、土地利用や植生、気候^16-19。これは、その後、浮遊粒子状物質（SPM）、溶存有機炭素（DOC）、人為的なリガンド（ 例えば 、エチレンジアミン四酢酸、EDTA）、塩、酸化還元電位およびpH ^17-20の濃度などの物理化学的パラメータの違いにつながることができます。したがって、正確な、関連する微量金属の研究は、適切な微量金属分析のための試料の採取ならびにための関連要因とパラメータの決意を必要とします。

プロトコル

1.サンプラーの準備

1. サンプラー
   1. サンプラーの集合
      1. 1.5メートル耐薬品性シリコーン圧送管（OD 0.635センチメートル）に4メートルの長いフッ化エチレンプロピレン（FEP）チューブ（ID 0.635センチメートル、OD 0.95センチメートルまたは類似）を接続します。
      2. ポンピングチューブにポリプロピレンYコネクタを挿入し、他の一つの出口、及び（20 cmの圧送管によって）0.45μmのカプセルフィルターに50 cmのポンピングチューブを接続します。
      3. それらが清掃された後、クリーンルーム（ベンチ）にチューブを組み立てます（下記参照）、およびポリエチレン袋の2層に集合体を格納します。
   2. サンプラークリーニング
      1. ラボ用洗剤液でチューブセット（蠕動ポンプの上に1.5メートルのポンプチューブを取り付けることにより）を記入し、24時間のためにそれを浸します。 10％（v / v）の塩酸（試薬グレード）とそれを記入し、48時間浸し、その後、脱イオン水でセットチューブを洗い流します。
      2. 徹底的に脱イオンワットで設定したチューブをフラッシュ数回ATER、プラスチック袋に集合体を格納します。 24時間50％（v / v）のHNO _3（試薬グレード）溶液中でそれらを浸すことによって、Yコネクタと短い揚水管を清掃してください。
   3. カプセルフィルター
      1. 最初の脱イオン水で48時間の浸漬工程のため、その後、10％（v / v）のHCl溶液を、それらをフラッシュすることによって、カプセルフィルターを清掃してください。
      2. 酸浸漬した後、脱イオン水でフィルターをフラッシュし、酸を中和するために、各フィルターに21％（重量）NH ₄ OH（サブゆで）溶液1mlを追加します。
      3. ポリエチレンジッパー付きの袋に30-cmのクリーンポンプ入口と出口を接続管、および店舗のループで個々のフィルタをシール。
2. サンプル容器
   1. ポリエチレン（PE、1,000ミリリットル）とFEP（500ミリリットルと千ミリリットル）微量金属決意用容器のためのボトルを使用してください。
      1. （1％）第一の界面活性剤でそれらを浸すことによってボトルをきれいにし、その後、50％（v / v）のHNO ₃（試薬グレード）、および24、48および24時間、10％（v / v）の塩酸（試薬グレード）の溶液を、それぞれ、および2つの浸漬工程の間に脱イオン水でボトルをすすぎます。
      2. 最終塩酸浸漬した後、完全に脱イオン水（DIW）でボトルをすすぎ、クリーンルームやクラス100クリーンベンチ内（密封されたキャップ付き）ボトルを乾燥させます。
      3. シールは、輸送のためのポリエチレン袋にポリエチレンジッパー付きの袋にペットボトルや二重袋にそれらを掃除しました。
   2. 溶存有機炭素（DOC）決意のためにきれいなガラスびん
      1. 48時間、10％のHClで、溶存有機炭素（DOC）の分析のために、琥珀色ホウケイ酸ガラスボトル（40 ml）に浸し。脱イオン水で洗浄したガラスボトルをすすぎ、そして使用前に2時間480℃でそれらを燃焼。輸送のためのジッパー付きポリエチレン袋に個別のボトルを密封します。

2.サンプリング

1. 水サンプル採取
   1. UPOn個のサンプリングサイトに到着、外袋のマークサンプル識別番号と、元の袋にボトルを保持します。
   2. 川の土手で、またはボートに乗って、1人はサンプラーで袋を開けていると3メートルのポリプロピレンポール（洗浄）に4メートルのFEPチューブを取り付けます。できるだけ銀行からポールを伸ばし、30cm程度のポンプがオンになっている前に、河川の流水の表面下のFEPチューブの入口を保ちます。
   3. 別の人は、蠕動ポンプ（内蔵バッテリ付きサンプリングポンプ）のポンプヘッドにポンプチューブを取り付ける必要があります。ポンプを起動し、水（下流側）総サンプラー容積の少なくとも3倍のドレイン。パウダーフリーの手袋を着用して、サンプル瓶を充填開始するボトルとキャップの袋を開きます。
      1. 別の人が利用可能な場合あるいは、第三者がインナーバッグやサンプルのキャップを開け、aとbに試料を排出するサンプリングチューブを保持する担当してきましたottle。
   4. フィールド内の導電率、温度およびpHの測定のための125ミリリットルのペットボトルでフィルタリングされていないサンプルを収集します。
   5. （1（フィルタなしコンセントを介して）最初の（500-mlまたは粒子状のサンプル収集のための千ミリリットル）フィルタ処理されていないサンプルを収集した後、ろ過水のサンプルを収集するためにカプセルフィルターを通過する水を強制的にプラスチック製のクランプでコンセントを閉じます溶解した微量金属決意用-L）。
   6. DOCおよびEDTA測定のための40ミリリットルのアンバーガラスびんに（フィルター付きコンセントを介して）、濾過したサンプルを収集します。
   7. 1,000ミリリットル/分に近い500ml /分の流速で水サンプルを収集します。圧力が（フィルタ」仕様に応じて）構築を開始したときにカプセルフィルターを交換してください。サンプルの種類ごとに、品質管理アリコートとして機能するように選択された位置で、余分なサンプルだけでなく、フィールドブランクを収集します。
   8. ドライアイスと保存されている私に40ミリリットルのガラスボトルを置きます氷の胸、アイスチェスト中のポリエチレンボトルのn。
2. 浮遊粒子状物質の集合（SPM）
   1. プラスチック製濾過漏斗および容器を用いて、真空濾過により0.4μmのポリカーボネート（PC）膜フィルター（酸洗浄し、予め秤量した）にSPMを集めます。
   2. SPM濃度を生じ、粒状微量金属決意するための粒子サンプルを提供するために、実験室で乾燥した膜フィルタを凍結。

3.サンプルの前処理（溶存微量金属）

1. 溶解した微量金属の決意について、サンプル瓶に2mlの濃サブ煮HNO _3（1-Lあたりのサンプル）を追加します。 FEPボトルに溶解した微量金属試料（酸性化）を転送します。あるいは、サンプルは、FEPボトルに直接回収することができます。 24時間（8〜15ワットのUVランプ）用のFEPボトル内のサンプルをUV-照射。

微量金属分析のための4.前濃縮および治療

1. の前濃縮樹脂
   1. 小さ ​​な（10-30 mLの容量）のプラスチックカップに陽イオン交換樹脂を2g秤量し、カップに2 N HNO ₃溶液を少量加えます。 10ミリリットルの容量クロマトグラフィーカラムに樹脂を注ぎます。二回（サブゆで）5-mlの2 N HNO ₃でカラムを洗浄することにより樹脂を清掃し、かつ高純度の水（HPW）で3回すすいでください。
   2. NH ₄ ⁺型に樹脂を変換するために、カラムに1 M NH ₄ OH（サブゆで）の10ミリリットルを追加します。
2. 緩衝液（1 M酢酸アンモニウム）
   1. HPWの約800ミリリットル中（サブゆで）氷酢酸の57ミリリットルを追加します。 〜（サブ煮21％）水酸化アンモニウムの60ミリリットルを加え、酢酸で混ぜます。 5.5への最終pHと千ミリリットルへの最終的な音量を調整します。
3. 予備濃縮手順（微量金属を溶解しました）
   1. 1 MアンモニアACET 30mlのを添加することによって5.5±0.3に酸性化し、UV照射サンプルのpHを調整します試料に緩衝液と一部（〜2.8ミリリットル）NH ₄ OH（サブゆで）を食べました。
   2. 〜30センチメートル陽イオン交換樹脂（4.1節）を充填したカラム上にサンプル瓶を置き、~60センチFEPチューブとクロマトグラフィーキャップとコネクタ（メスルアー）により試料瓶と前濃縮カラムを接続します。
   3. 列の上に接続された2方コックを使用して3〜5ミリリットル/分の流量を制御します。サンプルは前濃縮カラムを通過することを許可します。サンプルがカラムを通過した後、カラムからのチューブとキャップを外してください。
   4. 2×5 mlのHPWと1 M酢酸アンモニウム（pHは5.5）の4×5ミリリットル、および他の微量金属からの主要な陽イオンを分離するためのHPWの2×5ミリリットルの列を扱います。
   5. ちょうど列の下に30 mlの酸洗浄PE瓶を置き、PEボトルに7×1-mlの2 N HNO _3（サブゆで）でカラムを洗浄します。
   6. 重量aを取得することにより、2 N HNO ₃の流出物（〜8.0ミリリットル）の容積を決定しますND 2 N HNO ₃流出液の比重。
4. 浮遊粒子状物質の消化
   1. SPMサンプルとドライPCフィルターを凍結乾燥後、それらの重量を量ります。予め計量したペルフルオロアルカン（PFA）船舶（60-mlの容量）に、フィルタと、SPMのサンプルを配置し、容器に濃HNO ₃の3ミリリットルを追加します。
   2. 2.5キロメートルの一定のトルクに血管を締めて、12時間130℃で、従来のオーブンで消化しました。冷却後、血管を開き、容器にHFの2ミリリットルを追加します。
   3. 2.5キロメートルの一定のトルクに血管を締めて、12時間130℃で、従来のオーブンで消化しました。冷却後、血管を開き、容器に4.5％ホウ酸溶液の16ミリリットルを追加します。
   4. 2.5キロメートルの一定のトルクに血管を締めて、12時間130℃で、従来のオーブンでダイジェスト。各容器を計量し、それぞれの消化液の比重を決定します最終ダイジェスト体積を得ました。
   5. 各フィルタ上のSPMの最終体積と重量（フィルタ上に試料の重量で割った最終ダイジェストボリューム）からダイジェスト用の希釈係数を計算します。

5.サンプルの分析

1. 微量金属
   1. 事前に濃縮サンプルとフレーム原子吸光分析、黒鉛炉原子吸光分析法を用いて、微粒子からの溶液に溶解し、および/または誘導結合プラズマ中に微量金属（カドミウム、CoとCuの、鉄、マンガン、ニッケル、鉛、およびZn）濃度を決定質量分析計。
   2. 誘導結合プラズマ発光分光分析により、前浮遊粒子状物質の予備濃縮および消化に描かれたサブサンプル中の主要イオン濃度といくつかの微量金属を、決定します。
2. 補助パラメータ
   1. ポータブルデバイスを使用して、フィールド内の試料温度、pH、塩分濃度と導電率を決定します。
   2. 決定溶解または赤外分光法²¹による二酸化炭素の検出と湿式酸化に基づいて、全有機炭素分析によりganic炭素（DOC）濃度、。確立された手順^22,23以下（SPD-M10AV Diodearray検出器付き）高速液体クロマトグラフィーによる総EDTAの濃度を決定します。

結果

「クリーン技術」の開発および使用には、現在よく、周囲の海域で正確な微量金属濃度を得るために、水試料中の微量金属の前濃縮が一般的であることが認識されます。天然水中の微量金属のための最も水質基準が低いμgの/ Lの範囲であるが、検出下限は、水生環境における周囲の濃度で微量金属上の地球化学的および生物学的効果を調査するために必要とされています。

「クリーン技術」の使用以下の改良された検出限界で、それは明らかにその予備濃縮が（ 図1）を必要とされ、テキサス州の河川からの141ランダムに収集した河川水サンプルのデータセットから示されました。カドミウム、銅、ニッケル、及びPbのため微量金属データのヒストグラムを示し、その特定の要素のいくつかの濃度は、比較的容易にdetermiかもしれないがNED（ 例えば Cu）、いくつかの要素（ 例えば 、カドミウム、Pbが）よくルーチン分析方法の検出限界...

ディスカッション

天然水で信頼性の高い微量金属のデータを取得する汚染を低減することを目指して、サンプル収集、処理、前処理、および分析中に強調したよう細心の注意が必要です。濃度は、以前に報告されたものより数桁低いことができることを見出し、最後の二十年で「クリーン技術」を用いて得られた天然水中の金属濃度をトレースします。微量金属のレベルを正確にヒトおよび高等生物に有害な影響のより良い評価が得られて測定されている場合水域における微量金属のための水質基準は、今より容易に評価されています。生物学的利用能および水生環境中の微量金属の毒性は低い濃度範囲で、より厳密な調査を必要とします。これは、微量金属の分布と挙動が環境内の他の多くの物理化学的パラメータによって制御されているように、簡単な作業ではありませんし、そのため、生物学的利用能および微量金属の毒性の信頼性評価挑戦しています。金属トレースに関連する補助的なパラメータのサンプリングおよび分析は、そのような評価に含まれる必要があります。

汚染を排除し、最終的には周囲の海域での微量金属濃度の検出限界を下げ、したがって、微量金属分析のすべての段階に特別な注意を払うよう...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
硝酸	Seastar Chemicals		ベースライングレード
水酸化アンモニウム	Seastar Chemicals		ベースライングレード
酢酸	Seastar Chemicals		ベースライングレード
硝酸	J. T. Baker	9601-05	試薬グレード
塩酸	J. T. Baker	9530-33	試薬グレード
	Bio-Rad	クロマトグラフィーカラム 7311550	ポリプレップ
コラムスタックキャップ	Bio-Rad	7311555
キャップコネクター (メス型ルアー)	Bio-Rad	7318223
2方向ストップコック	Bio-Rad	7328102
陽イオン交換樹脂	Bio-Rad	1422832	キレックス-100
ポータブルサンプラー(サンプリングポンプ)	コールパー	マーEW-07571-00
FEPチューブ	コールパー	マーEW-06450-07	6.4 mm I.D.、9.5 mm O.D.
ポンピングチューブ	コールパーマー	EW-06424-24	6.4 mm 内径 C-フレックス
カプセルフィルター (0.4 mm)	フィッシャーサイエンティフィ	WP4HY410F0	ポリプロピレンケーシング
1 L 低密度ポリエチレンボトル	ナルゲ NUNC インターナショナル	312088-0032
1 L (または 500 ml) FEP ボトル	ナルゲ NUNCインターナショナル	381600-0032