Atomowa spektrometria absorpcyjna z techniką generacji wodorków HG-AAS


W celu oznaczenia całkowitej zawartości arsenu metodą HG-AAS konieczne jest wcześniejsze wytrawienie próbki kwasem. Najczęściej stosowane jest trawienie kwasem siarkowym (IV) lub kwasem azotowym (V). Niestety etap ten powoduje wydłużenie czasu analizy oraz ryzyko zanieczyszczenia  lub strat oznaczanego pierwiastka. Ponadto zastosowanie dużych ilości odczynników na początkowym etapie przygotowania próbek, może prowadzić do zwiększonych wartości ślepej próby oraz wyższych granic wykrywalności. Są to jedne z najczęściej wymienianych wad metody [7], [3]. W kolejnym etapie metody zachodzi reakcja arsenu z cynkiem i kwasem solnym lub borowodorkiem sodu, w wyniku której arsen(III) tworzy lotne wodorki (np. arsynę). Lotne wodorki arsenu spalane są w obecności argonu i tlenu lub też ogrzewane są w komorze kwarcowej. Generowana wiązka światła kierowana jest na detektor, który mierzy ilość światła pochłanianego przez arsynę. Następnie, absorbancja próbki zostaje zarejestrowana i porównana z wartościami wzorcowymi. HG-AAS umożliwia oznaczanie prób o bardzo małych zawartościach arsenu, mieszczących się w granicach od 10 ng/l [3].


Atomowa spektrometria absorpcyjna z atomizacją w piecu grafitowym (GF-AAS)


Do oznaczania arsenu za pomocą GF-AAS wykorzystuje się próbki o małej objętości od 5 do 50 μl. Pierwszy etap analizy polega na wstrzyknięciu próbki do grafitowej rury pieca, gdzie dochodzi do jej ogrzewania. Ogrzewanie powoduje jej suszenie, zwęglanie i atomizację.Następnie, wytworzona wiązka światła przechodzi przez monochromator do detektora, którego zadaniem jest  mierzenie ilość światła absorbowanego przez wolne atomy. Znając ilość światła absorbowanego przez wolne atomy, na podstawie wykreślonej krzywej kalibracji, możliwe jest  określenie stężenia badanego analitu [3]. Znana jest również odmiana tej metody, tzw. STP-GFAAS, która różni się tym, że badana próbka aplikowana jest na małą grafitową platformę. Zastosowanie platformy umożliwia bardziej efektywne rozpylanie analitu, dzięki czemu zwiększa się czułość metody. Wielokrotna aplikacja próbki pozwala na zwiększenie poziomu wykrywalności, z jednoczesnym zwiększeniem objętość całkowitej wstrzykiwanej próby [3], [8].

 
Oznaczanie zawartości arsenu w produktach spożywczych

Ilościowe oznaczanie arsenu polega na mineralizacji produktu w mieszaninie kwasu azotowego i siarkowego. Możliwa jest również mineralizacja na sucho, przeprowadzana w piecu muflowym w temperaturze 500°C. Kolejnym etapem metody jest redukcja związków arsenu do arsenowodoru przy udziale wodoru in statu nascendi, a dalej na kolorymetrycznym oznaczeniu barwnego kompleksu arsenowodoru z dietyloditiokarbaminianem srebra w roztworze chloroformu z dodatkiem urotropiny [9].

Odczynniki do oznaczenia:

a) Roztwór dietyloditiokarbaminianu srebra (ddtc-Ag) w objętości 15 cm3: 100 mg ddtc-Ag i 500 mg urotropiny rozpuścić w 100 cm3 chloroformu, trwałość 2 dni.

b) Ddtc-Ag można otrzymać w następujący sposób: 3,4 g azotanu srebra należy rozpuścić w 200 cm3 wody. W drugiej zlewce rozpuścić 4,5 cm3 dietyloditiokarbaminianu sodu w 200 cm3 wody. Obydwa roztwory ochłodzić do temp. 10°C, po czym delikatnie zmieszać (stale mieszając). Powstały w roztworze osad należy przesączyć przez lejek Schotta 3G4, przemyć chłodną wodą  i wysuszyć w eksykatorze. Przechowywać w chłodzie z dala od światłą.

c) Cynk platynowany: 5 g granulowanego cynku (wolnego od arsenu) umieścić w zlewce w 0,5% roztworze kwasu chloroplatynowego (na 30 minut). Następnie przemyć wodą, wysuszyć na bibule.

d) Roztwór wzorcowy arsenu: 0,132 g As2O3 rozpuścić na gorąco w 10 cm3 1 M roztworu wodorotlenku sodu (NaOH). Próbkę przenieść ilościowo do kolby miarowej (o obj. 100 cm3), po czym zobojętnić za pomocą 10% kwasu siarkowego (H2SO4) wobec 1 kropli fenoloftaleiny. Do próbki dodać 2 g kwaśnego węglanu sodu (roztwór) w 50 cm3 wody. W przypadku pojawienia się różowego zabarwienia próbkę należy jeszcze zobojętnić kwasem siarkowym i dopełnić do 100 cm3. Z otrzymanego roztworu (zawierającego 1 mg As w 1 cm3) pobrać 5 cm3 i rozcieńczyć do 1000 cm3 (5 µg As w 1 cm3), Przygotować krzywą wzorcową dla 5,10 i 15 µg As w próbie [9]. 

Wykonanie:

1) Pobraną do badań próbkę należy zhomogenizować, odważyć 1-5 g do tygla porcelanowego i ostrożnie zwęglić na gorącej płycie. Próbkę następnie spopielać przez 2-5 h w temp. 500°C w piecu muflowym.

2) Otrzymany biały lub jasnoszary popiół należy zwilżyć wodą destylowaną, po czym rozpuścić w stężonym kwasie siarkowym (lub solnym).

3) 20 cm3 otrzymanego mineralizatu przenieść do kolby reakcyjnej i dodać kolejno: 17 cm3 stężonego kwasu solnego (lub 5 cm3 stężonego kwasu siarkowego z dodatkiem 10 cm3 wody destylowanej), 8 kropli roztworu chlorku cynawego oraz 2 cm3roztworu jodku potasowego. Próbkę dokładnie wstrząsnąć i pozostawić w ciemności na 15 minut- umieszczając kolbki reakcyjne w naczyniach z lodem.

4) Przygotować zestaw do uwalniania i pochłaniania arsenowodoru, w skąłd którego wchodzi: krystalizator z lodem lub gorącą wodą, kolba reakcyjna, wata nasycona octanem ołowiu , roztwór pochłaniający arsenowodór.

5) Do suchej probówki miarowej wlać 15 cm3 chloroformowego roztworu dietyloditiokarbaminianu srebra (ddtc-Ag), a w rurkę łączącą probówkę z kolbką reakcyjną włożyć zwitek waty (nasycony octanem ołowiu). Drugi koniec rurki należy umieścić w probówce zz ddtc-Ag.

6) Do chłodzącej się kolbki reakcyjnej wrzucić 5 g granulek cynkowych, po czym kolbkę natychmiast zamknąć za pomocą korka z rurką. Probówkę z ddtc-Ag należy osłonić przed dostępem światła. Po upływie 10 minut odstawić naczynie z lodem, a po upływie 40 minut od momentu rozpoczęcia reakcji należy ogrzewać kolbę reakcyjną gorącą wodą.

7) Po upływie 1 h od chwili rozpoczęcia reakcji należy wyjąć rurkę z probówki (ewentualnie uzupełnić roztwór chloroformem do 15 cm3). Zmierzyć absorbancję roztworu przy długości fali równej λ= 500 nm wobec próby ślepej. Pomiaru dokonywać w kuwetach o długości drogi optycznej 50 mm.

8) Wyniki odczytać z krzywej wzorcowej i przeliczyć na zawartość w 1 kg produktu [9].


Autor: Lidia Koperwas

 

Literatura:

[1]. Pakieła M., Wojciechowski M., Bulska E., 2009. Zastosowanie spektrometrii mas z jonizacją w plazmie indukcyjnej sprzężonej z mikropróbkowaniem laserowym do oznaczania składu pierwiastków pyłu. Pzregląd Geologiczny, vol. 57, nr 12, 2009. http://www.pgi.gov.pl/images/stories/przeglad/pg_2009_12_20.pdf
[2]. Spektrometria mas ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP-MS). http://www.zdrochem.pl/index.php?id=10644
[3]. Burzyńska O., Siebielska I., 2012. Źródła oraz metody badań związków arsenu w próbkach środowiskowych. Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska. Rocznik Ochrona Środowiska, Tom 14, ISSN1506-218X, 417-426. http://ros.edu.pl/text/pp_2012_029.pdf
[4]. Szynkowska M.I. Nowoczesne metody analizy instrumentalnej w badaniu obiektów zabytkowych. Rola Nauki w Zachowaniu Dziedzictwa Kulturowego. http://thermo.p.lodz.pl/kultura/referaty/6.pdf
[5]. http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/arsenic.pdf
[6]. http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/arsenic/index-eng.php
[7]. Matusiewicz H.Metoda generowania wodorków z zawiesin: zastosowanie w absorpcyjnej spektrometrii atomowej. Rozdział 15. 318-334. http://www.pg.gda.pl/chem/CEEAM/Dokumenty/CEEAM_ksiazka_polska/Rozdzialy/rozdzial_015.pdf
[8]. http://www.epa.gov/ogwdw/arsenic/pdfs/methods.pdf
[9]. Augustyniak U., Brzozowska A., Czerwińska D.,Dąbrowska M., Kałuża J., Kozłowska K., Morawiec M., Pietruszka B., Wierzbicka E., 2010.  Toksykologia żywności. Przewodnik do ćwiczeń pod redakcją Anny Brzozowskiej. Wydanie IV uzupełnione. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2010, s. 170-177.