Optimalizácia a zabezpečenie kvality stanovenia stopových koncentrácií Cd, Cr, Hg, Ni, Pb vo vzorkách vlasov metódou

atómovej absorpčnej spektrometrie. Ing. Borošová, D. Školiteľ: Doc. Ing. Ernest Beinrohr, CSc.

Monitorovací systém životného prostredia

a integrovaný informačný systém

o životnom prostredí územia SR

Ministerstvo hospodárstva

Zdravotná záťaž obyvateľstva

faktormi prostredia Ministerstvo zdravotníctva

Cieľ projektu

Prostredníctvom monitorovania indikátorov expozície človeka a stupňa znečistenia vonkajšieho prostredia získať vzájomnou kofrontáciou údajov poznatky o ich vzťahu, a tým o reálnej záťaži obyvateľstva faktormi prostredia.

Toxické prvky v životnom prostredí

Cu Zn

Ni Mn Fe Se As

Cd Hg Pb Cr

Pri určitých koncentráciách pôsobia škodlivo na človeka a ostatné biotické zložky ekosystému Lit: Kafka, Z., Punčochářová, J.: Chem. Listy, 2002, 96, 611-617.

Výskyt: čisté, vo forme solí, súčasť zemskej kôry

Zdroje: priemysel, poľnohospodárska výroba,

spracovanie rúd, spaľovanie fosílnych palív, priemyselné hnojivá

http://www.photovault.com/Link/Health/HealthMaster.html

Prienik ťažkých kovov do organizmu

Ióny sa vstrebajú do krvi a sú transportované na

rôzne miesta v organizme – cieľové orgány

Dýchacie ústroje •Tráviace ústroje •Koža

http://health.allrefer.com/pictures-images/

Morfológia, rastové fázy

anagénna fáza

rastová

2-6 rokov

(85 %)

katagénna fáza

prechodná

1-2 týždňov

(1 %)

telogénna fáza

pokojová

1-6 mesiacov

(14 %)

Vlas je druh kožného rohovatejúceho (keratinizovaného andexu kože).

Vyrastá z vlasového mieška (folikulu), do ktorého vyúsťuje mazová žľaza,

a na ktorý sa upína drobný hladký (pilomotorický) sval, ktorý svojim

zmršťovaním môže vlas vzpriamiť (husia koža).

http://natural-hair.com/structure.html

Chemická štruktúra vlasu

a-keratín makromolekulový proteínový reťazec skrutkovitého tvaru

Disulfidické väzby

Izodipeptidické väzby

http://www.ebeautymall.com/BCorner/hairfacts_itsstruc.asp

Štruktúra vlasového folikulu Kutikula (4-8 vrstiev) tvrdý keratín

ploché doštičky amorfného keratínu vyššie hladiny aminokyselín s obsahom síry: cysteín

a cystín, disulfidické väzby - počet a rozloženie disulfidických

väzieb vo vlase hrá kritickú úlohu v určovaní ich chemických a fyzikálnych vlastností

Stav kutikuly je zodpovedný za vonkajší vzhľad – lesk a pocit na dotyk.

Kortex

vláknitý keratín Kortikálne bunky sú spojené bunkovým

membránovým komplexom a určujú mechanické vlastnosti vlasov

Medula – dreň mäkký keratín

obsahuje bielkovinu citrulín (bielkovina s vysokým obsahom glutámovej kyseliny a malou časťou cysteínu),

isodipeptidickémi väzby, ktoré sú zodpovedné za nerozpustnosť medulárnej bielkoviny a zvyšuje chemickú odolnosť meduly.

Swift, J., Smith, J.: Atomic Force Microscopy of Human Hair, Scanning, vol. 22,310-318 (2000)

Odber vzorky

Čistenie

umývanie vlasov

(IAEA)

Homogenizácia

Mineralizácia

rozklad

(Suchý – APION)

(Mokrý – MLS)

Analytické

stanovenie Hg

(AMA 254)

Vyhodnotenie

Vyžaduje sa rozklad?

Analytické

stanovenie

Pb, Cd, Cr, Ni

(ETA AAS)

áno

nie

Vývojový diagram analýzy prvkov vo vzorke

vlasov

AAS

Metódy atómovej absorpčnej spektrometrie vychádzajú zo základných princípov

výstavby atómu a súvisia s prechodom elektrónu zo základného stavu na prvý excitovaný stav účinkom žiarenia s vhodnou vlnovou dĺžkou, pričom sa selektívne absorbuje časť žiarenia atómami vzorky.

Atómová absorpčná spektrometria je založená na meraní selektívnej absorpcie monochromatického žiarenia voľnými atómami prvkov v základnom elektrónovom stave.

Lambert-Beerov zákon

A = log(I0/I) = abc Množstvo pohlteného žiarenia je úmerné koncentrácii atómov v roztoku

VARIAN Spectr AA 300P PerkinElmer, AA-Analyst700 Hg – AMA 254,Altec, Praha

Spaľovacie a atomizačné krivky: Pb, Cb, Cr, Ni

- bez modifikátora, - Rh+kys. Citrónová, ▲ - Pd+Mg(NO3)2, - Mg(NO3)2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800

teplota,oC

ab

so

rba

nc

ia

Pb-absorbancia

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800

teplota, oC

ab

so

rba

nc

ia

Cd-absorbancia

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800

teplota, oC

ab

so

rba

nc

ia

Cr-absorbancia

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800

teplota, oC

ab

so

rba

nc

ia

Ni-absorbancia

Relatívna citlivosť

Pb, Cd, Cr, Ni

bez modifikátora

s modifikátorom

– Pd+Mg(NO3)2,

– Mg(NO3)2

– Rh

PbCd

CrNi

Rh

no mod

Pd+Mg(NO3)2

Mg(NO3)2

0

20

40

60

80

100

Analyt spaľovacia teplota, ºC

atomizačná teplota, ºC

Modifikátor

Olovo 600 1100 1000 700

1400 1600 1700 1500

bez modifikátora Rh+kys. citrónová Pd + Mg(NO3)2 (NH4)2HPO4+Mg(NO3)2

Kadmium 400 600 700

1300 1400 1500

bez modifikátora Rh+kys. citrónová Pd + Mg(NO3)2

Chróm 1500 1500 1500

2200 2500 2500

bez modifikátora Rh+kys. citrónová Mg(NO3)2

Nikel 700 800 700

2400 2200 2300

bez modifikátora Rh+kys. citrónová Mg(NO3)2

Prehľad použitých modifikátorov a dosiahnutých teplôt

Funkcia hodnotenia metódy (Method Evaluation Function, MEF)

definuje vzťah medzi zistenými hodnotami (mY) a očakávanými hodnotami (mT) v intervale rozsahu štatistickej kontroly metódy

MEF(mY)=a+b mT

Ideálny prípad: a = 0

b = 1

mY= mT

Funkcia hodnotenia metód (Method Evaluation Function, MEF)

Dizajn experimentu Analyt Pb Cd Cr Ni Hg

Označenie vzorky

Štandardný referenčný materiál daný ku vzorke vlasov

Hmotnostná koncentrácia

mg/l

Hmotnostný zlomok mg/kg

A 0,025 0,004 0,01 0,02 0,06

B 0,050 0,008 0,02 0,04 0,12

C 0,075 0,012 0,03 0,06 0,18

D 0,100 0,016 0,04 0,08 0,24

E 0,125 0,020 0,05 0,10 0,30

1.deň 2.deň 3.deň 4.deň 5.deň

A B C D E

B C D E A

MEF parametre metód

parameter a SDa b SDb P SD MEF

Pb 0,0642 0,2599 0,9866 0,0966 0,9615 0,3508

Cd 0,0126 0,0231 1,0311 0,0652 0,9619 0,0267

Cr -0,0117 0,0331 0,9904 0,0655 0,9670 0,0328

Ni -0,1148 0,2003 1,0533 0,1449 0,9967 0,4208

Hg -0,0037 0,0034 1,0344 0,0054 0,9551 0,0027

Namerané hodnoty hmotnostných zlomkov mY MEF vzoriek

vo vzťahu voči daným hodnotám mT

MEF

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

w dané, mg/g

w n

am

era

né,

g

/g

Pb

MEF

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 0.2 0.4 0.6 0.8

w dané, mg/g

w n

am

era

né,

g

/g

Cd

MEF

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

w dané, mg/g

w n

am

era

né,

g

/g

Cr

MEF

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4

w dané, mg/g

w n

am

era

né,

g

/g

Ni

MEF

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4

w dané, mg/g

w n

am

era

né,

g

/g

Hg

Systém zabezpečenia kvality

(Quality Assurance – QA)

riadenie kvality

(Quality Control - QC)

operačné postupy a aktivity,

ktoré sa používajú na

dosiahnutie požadovanej kvality.

sledovania všetkých vplyvov a faktorov,

ktoré prispievajú k neurčitosti

výsledkov analýz,

• kompetentný personál,

• vhodné zariadenie a vybavenie,

• pracovné prostredie,

• metodológia, kalibrácia,

• uplatňovanie SLP,

• používanie ŠOP

• odborné riadenie a kontrola,

• dôsledná dokumentácia.

kontrola kvality

(Quality Assessment - QAS)

Sleduje presnosť a správnosť

analytického systému,

ktorý je v stave štatistickej regulácie.

činnosti, ktoré umožňujú

vyhodnotiť riadenie kvality a kvalitu

dosahovaných výsledkov

analýz, overiť prijateľnosť

výsledkov na základe

informácii získaných v

rámci riadenia kvality.

Uskutočňuje sa internou a

externou kontrolou kvality.

Zabezpečenie kvality

séria vzoriek vlasov n = 5

analyzovaná a vyhodnotená spoločne

kalibrácia s 5 bodmi

vzorka slepého stanovenia

duplikátne navážky

matricový prídavok

analytický prídavok

vzorka interného riadenia kvality

prekročenie absorbancie najvyššieho štandardu kalibračnej krivky o viac ako 10 %, vyhodnotenie koncentrácie pomocou OVER

Hodnotenie správnosti

Vzorky IRK

analytický prídavok matricový prídavok

odhaľuje vplyv matrice

vzorky na odozvu analytu

Uskutočňuje sa automaticky

softvérovo prídavkom

známeho množstva

analytu k mineralizátu vzorky

vplyv matrice sa prejaví

vysokými interferenciami

a slabou výťažnosťou

pridaného analytu.

CRM-očakávaná správna hodnota

VÚVH – BA – prijatá vzťažná hodnota

prídavok známeho množstva analytu

štandardný roztok k matrici vzorky

pred začiatkom mineralizačného kroku

kontrolu vplyvu matrice

na odozvu analytu a účinnosť

rozkladného kroku.

Parameter

Matricový

prídavok, r

mg/l

Výťažnosť, %

n a b P

priemer medián SD

An

aly

t

Pb 0,020 98,0 97,0 14,2 133 0,00029 1,0109 0,9914

Cd 0,002 100,5 102,5 13,7 137 0,00051 0,9834 0,9656

Cr 0,010

0,020 97,8 94,9 13,8 138 0,00081 1,0023 0,9871

Ni 0,010

0,020 99,7 99,4 12,7 146 0,00048 1,0171 0,9652

Hg 0,5

1,0 110,6 11,7 10,9 58 0,00331 1,0189 0,9972

Parameter

Analytický

prídavok, r

mg/l

Výťažnosť, %

n a b P

priemer medián SD

An

aly

t

Pb

0,005

0,010

0,025

99,8 98,0 9,3 151 -0,0008 1,0049 0,9936

Cd 0,005 99,5 99,8 7,4 261 -0,0002 1,0301 0,9576

Cr 0,004 104,0 104,8 7,1 226 0,0011 0,9748 0,9820

Ni 0,010

0,020 99,83 100,0 7,0 275 0,0001 0,9942 0,9861

Štatistické závislosti medzi zistenými a danými koncentráciami

Pb - matricový prídavok

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

hmotnostná konc. r dané, mg/l

hm

otn

os

tná

ko

nc

. r

zís

ka

né

, m

g/l

Pb - analytický prídavok

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

hmotnostná konc. r dané, mg/l

hm

otn

ostn

á

konc.

r z

ískané,

mg/l

Cd - matricový prídavok

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

hmotnostná. konc.r dané, mg/l

hm

otn

ostn

á k

on

c. r

zís

kan

é,

mg

/l

Cd - analytický prídavok

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0 0,01 0,02 0,03 0,04

hmotnostná. konc.r dané, mg/l

hm

otn

stn

á ko

nc.

r zís

kan

é,

mg

/l

Cr - matricový prídavok

0

0,02

0,04

0,06

0 0,02 0,04 0,06

hmotnostná konc.r dané, mg/l

hm

otn

ostn

á ko

nc. r

zís

kan

é, m

g/l

Cr - analytický prídavok

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05hmotnostná konc.r dané, mg/l

hm

otn

ostn

á k

on

c. r

zís

kan

é,

mg

/l

Ni - matricový prídavok

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

hmotnostná konc. r dané, mg/l

hm

otn

ostn

á k

on

c. r

zís

kan

é,

mg

/l

Ni - analytický prídavok

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0 0,05 0,1 0,15 0,2

hmotnostná konc. r dané, mg/l

hm

otn

os

tná

ko

nc

.r

zís

ka

né

, m

g/l

Analýza duplikátnych vzoriek

indikátor medzivzorkovej variability spôsobenej analytickou úpravou vzorky

vznikajú oddeleným spracovaním tej istej vzorky v dvoch nezávislých navážkach

do spracovania je zahrnutý celý analytický postup

Horwitzova závislosť CV = 2(1-0,5*loq c)

– kde CV je variačné rozpätie v

% – c je obsah analytu v kg/kg

s = (CV/100).x

CV = (s.100)/x

Lit: Horwitz, W.: Anal. Chem., 54, 1982, 1, 67A-76A

sR=kn.R

– R je rozpätie – kn je koeficient

RSD=(s.100)/x

Lit: Eckschlager, K. Horsák, I., Kodejš, Z.: Vyhodnocování analytických výsledku a metod, SNTL, Praha, 1980, s. 25.

Analýza duplikátnych vzoriek

Grafické znázornenie závislosti variačného koeficienta CV (%), od hmotnostného zlomku analytu vo vzorke. Prerušovaná čiara - (- - - - ) predstavuje hranice 2/3 CV pre Pb, Cd, Cr, Ni a ½ pre Hg

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0.010.101.0010.00100.00

hmotnostný zlomok w, kg/kg

CV

, %

Pb

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0.010.101.0010.00100.00

hmotnostný zlomok w , kg/kg

CV

, %

Cd

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0.010.101.0010.00100.00

hmotnostný zlomok w , kg/kg

CV

, %

Cr

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0.010.101.0010.00100.00

hmotnostný zlomok w , kg/kg

CV

, %

Ni

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0.010.101.0010.00100.00

hmotnostný zlomok w , kg/kg

CV

, %

Hg

Analyt

LOD LOQ LOD LOQ Opak. Reprod. Správnosť

mg/l mg/kg 1) % materiál % %

Pb 0,005 0,015 0,017 0,55 2,4

1643d 14,0 4,5

CRM397 9,4 0,2

Cd 0,0004 0,0013 0,013 0,043 7,2

1643d 5,7 3,5

CRM397 7,8 0,5

Cr 0,001 0,003 0,033 0,108 6,9

1643d 4,5 0,8

1643c 4,1 4,8

Ni 0,004 0,013 0,13 0,44 4,9

1643d 7,5 2,7

CRM397 4,1 4,3

Hg 0,00002 0,00007 0,0001 0,0003 11-30 BCR 151 7,9 7,2

Metrologické vlastnosti metód AAS

1)Návažok 0,3 g, objem 10 ml

Elektrochemické metódy

Schopnosť vo vodnom roztoku sa oxidovať alebo redukovať na fázovom rozhraní elektróda/roztok.

veľká hodnota Faradayovej konštanty

schopnosť spoľahlivo merať malé prúdy, príp. elektrické množstvá, čo umožňuje znižovať hodnotu medze stanoviteľnosti

Prietoková coulometria

Elektrický náboj spotrebovaný na elektrochemickú konverziu – integrácia elektrického prúdu v čase

Q(t) elektrický náboj

n(t) látkové množstvo

i(t) prúd v čase t

z nábojové číslo

F – Faradayova konštanta, 96 484,5±0,5 C/mol

( ( tzFndttiQ

t

0

Faradayov zákon

r je hmotnostná koncentrácia kovu v analyzovanom roztoku

vzorky g/l, n je látkové množstvo analytu mol, M je mólová hmotnosť kovu g/mol, V je dávkovaný objem vzorky l, i je rozpúšťací prúd A, je prechodový čas s, z je nábojové číslo vyplývajúce z elektródovej reakcie: M – z e- = Mz+, F = 96484,5 0,5 C/mol je Faradayova konštanta r je elektrochemický výťažok, zohľadňujúci, že k elektrolýze

nedochádza v celom objeme vzorky, ale len v efektívnom objeme elektródy Vel, kde došlo aj k nahromadeniu analytu.

VFzr

Mi

V

Mn

...

... r

z

M

F

Qm

Nahromadenie analytu E= konšt, I= konšt

Rozpustenie depozitu I = konšt

ERA – elektrochemická rozpúšťacia analýza

Galvanostatická rozpúšťacia

(stripping) chronopotenciometria SCP

E

dt/dE

Chronopotentiometry

Fe2+ - e- Þ Fe3+

Galvanostatická rozpúšťacia (stripping) chronopotenciometria SCP

Eca Flow

Beinrohr, E., Dzurov, J.: Prietoková coulometria. In: Elektroanalytické metódy, 2THETA, Český Tešín, 2001, s.171.

Prietoková cela ECA CELL

1- pracovná elektróda, 2 – referenčná elektróda, 3 – pomocná elektróda,

4 – ionovýmenná membrána, 5 – tesnenie, 6 – silikónový uzáver, 7 – plexisklový blok, 8 – priestor referenčnej elektródy.

Jurica, Ľ.: Stanovenie stopových koncentrácii arzénu prietokovou coulometriou a technikou elektrochemického generovania hydridov spojenú s AAS, Dizertačná práca, Bratislava 2001

Analýza prvkov galvanostatickou rozpúšťacou chronopotenciometriou

Nahromadenie M2+ z roztoku vzorky konštantným prúdom alebo konštantným potenciálom na povrch poréznej uhlíkovej pracovnej elektródy

Ni2+ = Ni0 – 2e-

Hg2+ = Hg0 – 2e-

Pb2+ = Pb0 – 2e- Cd2+ = Cd0 – 2e-

Vylúčenie látky – depozitu, galvanostaticky t.j. konštantným prúdom, pričom sa registruje signál - rozpúšťací chronopotenciogram

Analýza Ni

1. Nahromadenie Ni2+ zo zásaditého prostredia zmesi 0,1mol/l NH4Cl + 0,1 mol/l NH3 pri pH roztoku 9-10 konštantným prúdom -4mA, na povrch poréznej uhlíkovej pracovnej elektródy.

Ni2+ Ni0 – 2e-

2. Rozpúšťanie depozitu sa uskutočňuje galvanostaticky, konštantným prúdom 50 μA po dobu 60 s. Registruje sa rozpúšťací chronopotenciogram.

Chronopotenciogram Ni v modelovej vzorke

1) štandardný roztok Ni o koncentrácii 50 mg/l

2) modelová vzorka s obsahom 50 mg/l Ni, 200 mg/l Cu, 1 mg/l Zn

E, mV

signál

Elektrolyt Potenciál maxím Rozdiel, mV

Ni, mV Cu, mV

0,1 mol/l HCl -180 -90 90

0,1 mol/l H2SO4 + 0,001 mol/l HCl -160 +50 210

0,1 mol/l NaCl + 0,002 mol/l HCl -240 -5 235

Výber elektrolytu

Ni:Cu

(~1:1)

Ni – 50 mg/l Cu – (10, 20, 25, 50, 80, 100, 200, 1000) mg/l

0

10

20

30

40

50

60

1 10 100 1000

hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l

nájd

en

é N

i, m

g/l

1

10

100

1000

10000

0,1 mol/l H2SO4 + 0,001 mol/l HCl

od

ozva C

u

0

10

20

30

40

50

60

1 10 100 1000

hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l

nájd

en

é N

i, m

g/l

1

10

100

1000

10000

0,1 mol/l HCl

od

ozva C

u

0

10

20

30

40

50

60

1 10 100 1000

hmotnostná koncentrácia Cu, mg/l

nájd

en

é N

i, m

g/l

1

10

100

1000

10000

0,1 mol/l NaCl+0,002 mol/l HCl

od

ozva C

u

Výťažnosť sorpcie prvkov na Iontosorb Oxin 100 v závislosti od pH

Lit: Beinrohr, E., et al.: Analytica Chimica Acta, 230, 1990, 163-170

Vplyv koncentrácie HCl na sorpčné vlastnosti Ni a Cu

na Iontosorb Oxin 100

0

50

100

150

200

250

0,001 0,01 0,1

látková koncentrácia HCl, mol/l

nájd

en

é N

i, m

g/l

0

200

400

600

800

1000

1200

od

ozva C

u

Ni, dané – 200 mg/l –-

Spracovanie vzorky na stanovenie Ni

1. Spálený zvyšok získaný mineralizáciou suchým spôsobom - 0,1 mol/l HCl a doplnil na objem 50 ml čerstvo prevarenou deionizovanou vodou.

2. Roztok sa prelial cez kolónu tak, že sa stĺpec premyl 10 ml roztoku a z následne zachyteného eluátu sa odpipetovalo 10 ml do odmernej banky.

3. Doplnil sa roztokom 0,1 mol/l NH4Cl a 0,1 mol/l

NH3 do objemu 50 ml - elektrochemické meranie.

frita

Iontosorb Oxin 100

Chronopotenciogram Ni v modelovej vzorke

E, mV

signál

a) štandardný roztok Ni o koncentrácii 50 mg/l

b) modelovej vzorke s obsahom 50 mg/l Ni, 200 mg/l Cu, 1 mg/l Zn v 0,1 mol/l HCl

c) v roztoku po sorpcii Cu na Iontosorb Oxin100 pri 5-násobnom zriedení, signál Ni vyznačený kurzormi, výťažnosť Ni (50 mg/l ) 98,3%.

Chronopotenciogram Ni vo vlasoch

E, mV

signál

a) štandardný roztok Ni o koncentrácii 100 mg/l

b) reálna vzorka vlasov, signál Ni splýva so signálom Cu

c) vzorka vlasov po sorpcii Cu na Iontosorb Oxin 100,

signál Ni vyznačený kurzormi, obsah Ni 0,438 mg/g (ETA AAS, Ni – 0,470 mg/g)

Hg2+ ióny sa z prúdiaceho roztoku vzorky nahromadia pri vhodnom potenciáli na povrchu pozlátenej uhlíkovej elektródy (E53 Au) Hg2+ = Hg0 – 2e- Depozit sa v ďalšom kroku rozpustí konštantným prúdom, pričom sa zaregistruje chronopotenciogram

a) vzorka vlasov

b) vzorka vlasov s prídavkom

Hg 20 mg/l

c) štandardný roztok o koncentrácii

Hg 100 mg/l

Analýza Hg

E, mV

c

b

a

signál

E, mV

Analýza Cd a Pb

nahromadenie pri konštantnom prúde –4 mA na povrchu pracovnej elektródy, pričom ako

nosný elektrolyt bol použitý 0,1 mol/l síran sodný. Na úplné ukončenie nahromadenia bolo

prúdenie prietoku na krátky čas zastavené za účelom ukončenia redukcie kyslíka prítomného

v póroch pracovnej elektródy: Pb2+ = Pb0 – 2e- Cd2+ = Cd0 – 2e-

Depozit sa v ďalšom kroku rozpustí konštantným prúdom, pričom sa zaregistruje

chronopotenciogram.

a) vzorka vlasov

b) vzorka vlasov s prídavkom

Cd 20 mg/l

Pb 20 mg/l

c) štandardný roztok o hmotnostnej koncentrácii

Cd 100 mg/l

Pb 100 mg/l

a

b

c

Zn

Pb Cd

Cu

E, mV

signál

1. Porézna pracovná elektróda sa naplní vzorkou a pri vhodnom potenciáli sa prítomné ióny

zredukujú. CrO4

2-+ 8H+ = Cr3++ 4H2O – 3e-

2. Pri tomto kroku sa zaregistruje signál – rozpúšťací chronopotenciogram, z ktorého sa vypočíta

množstvo a koncentrácia chrómu vo vzorke.

Analýza Cr vnútroelektródová coulometrická

titrácia

a) vzorka vlasov

b) štandardný roztok Cr(VI) o koncentrácii

10 mg/l

c) vzorka vlasov s prídavkom chrómu

15 mg/l

a

c

b

E, mV

signál

Označenie vzoriek vlasov

Hmotnostný zlomok Ni, mg/g

Prietoková coulometria

GF AAS

1141 0,434±0,040 <0,44

7740 0,639±0,031 1,003±0,020

1132 0,352±0,004 <0,44

7756 1,783±0,134 1,500±0,030

13800 0,403±0,030 0,542±0,011

13797 1,556±0,117 1,650±0,034

13803 0,633±0,047 0,614±0,012

8539 ND ND

Neistota merania pre prietokovú coulometriu zodpovedá smerodajnej odchýlke pre n=3 odčítania Neistota merania pre ETA AAS zodpovedá odhadu smerodajnej odchýlky na úrovni hodnoty 1- násobku variačného koeficienta získaného na základe výpočtu podľa Horwitzovej rovnice. ND – nezistené použitou metódou

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

w - AAS, konc. mg.g

w -

Pri

eto

ko

vá c

ou

lom

etr

ia, ko

nc. m

g.g

-1

Označenie vzoriek vlasov

Hmotnostný zlomok Hg, mg/g

Prietoková coulometria

CV AAS

36 0,642 ± 0,178 0,602 ± 0,006

40 0,446 ± 0,039 0,407 ± 0,004

5358 0,195 ± 0,039 0,183 ± 0,002

1335 0,815 ± 0,163 0,689 ± 0,007

17403 0,339 ± 0,068 0,394 ± 0,004

18095 0,282 ± 0,056 0,290 ± 0,003

18117 0,345 ± 0,052 0,311 ± 0,003

17382 4,174 ± 0,835 4,135 ± 0,041

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

w - AAS, mg/g

w -

pri

eto

ko

vá c

ou

lom

etr

ia,

mg

/g

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

w - AAS, mg/g

w -

pri

eto

ko

vá c

ou

lom

etr

ia,

mg

/g

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

w - AAS, mg/g

w -

pri

eto

ko

vá c

ou

lom

etr

ia,

mg

/g

Označenie vzoriek

Hmotnostný zlomok Pb, mg/g Hmotnostný zlomok Cd, mg/g

Prietoková coulometria

GF AAS Prietoková coulometria

GF AAS

1141 2,273±0,216 2,009±0,193 0,056±0,003 0,089±0,014

1132 3,338±0,271 3,623±0,318 0,385±0,062 0,403±0,049

7756 3,482±0,188 2,616±0,241 0,355±0,026 0,415±0,071

13803 0,761±0,127 0,752±0,084 0,118±0,026 0,138±0,020

7740 2,754±0,378 2,353±0,221 0,244±0,048 0,336±0,042

13800 2,424±0,339 2,593±0,240 0,113±0,015 0,178±0,025

13797 2,347±0,330 2,473±0,230 0,132±0,039 0,172±0,024

8539 10,281±0,334 11,418±0,844 0,297±0,062 0,305±0,039

Human hair 29,7±1,9 33±1,2

0,548±0,195 0,521±0,024

Označenie vzoriek vlasov

Hmotnostný zlomok Cr, mg/g

Prietoková coulometria

GF AAS

7740 <0,19 <0,11

8539 0,782 ± 0,215 0,786 ± 0,016

7756 0,227 ± 0,050 0,211 ± 0,004

1132 0,756 ± 0,075 0,500 ± 0,010

13800 0,370 ± 0,102 0,357 ± 0,007

1141 0,255 ± 0,036 0,220 ± 0,004

13803 <0,19 0,135 ± 0,003

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

w - AAS, mg/g

w -

pri

eto

ko

vá c

ou

lom

etr

ia, m

g/g

Súhrn Bol navrhnutý optimalizovaný postup pri analýze vlasov metódou AAS so

zabezpečením dostatočného a účinného čistenia exogénnej kontaminácie vlasov a dokonalého rozkladu organickej osnovy vzoriek vlasov pre potreby biologického monitoringu v Slovenskej republike.

Bola uskutočnená analýza prvkov Cd, Cr, Hg, Ni, Pb metódou AAS spolu so štúdiom interferencií pri stanovení uvedených prvkov, sledovaním účinnosti korekcie pozadia deutériovou lampou a optimalizáciou analytického postupu, využijúc modifikátory na potlačenie vplyvu matrice pri optimálnych teplotách spaľovania a atomizácie.

Efektívne využitie prvkov Interného riadenia kvality umožnilo zabezpečiť riadenie a kontrolu kvality merania na zabezpečenie správnosti dosahovaných výsledkov.

Využitím štatistických nástrojov boli definované pracovné charakteristiky sledovaných metód v zmysle platných noriem, uskutočnené hodnotenie malých výberov (n=2) aplikáciou Horwitzovej rovnice, využitie funkcie hodnotenia metódy, MEF.

V rámci biologického monitoringu bolo v n=785 analyzovaných vzorkách vlasov uskutočnených 3925 analýz prvkov Pb, Cd, Cr, Ni, Hg rozčlenených podľa znečistenia životného prostredia do 3 oblastí z 12 okresov.

silne znečistená oblasť: Bratislava, Prievidza, Žiar nad Hronom, Spišská Nová Ves stredne znečistená oblasť: Galanta, Nitra, Trnava, Rimavská Sobota, Trebišov relatívne čisté oblasti: okresy Trenčín, Dolný Kubín, Poprad

Hodnotenie obsahu analytov v biologickom materiáli v závislosti od stupňa

znečistenia prostredia nebolo cieľom tejto práce.

Ako kontrolná, nezávislá metóda pri analýze sledovaných prvkov vo vlasoch bola použitá metóda elektrochemickej rozpúšťacej analýzy.

Bol vyvinutý postup stanovenia Ni vo vlasoch s vysokým depresívnym účinkom medi prítomnej vo vlasoch a spôsob jeho eliminácie sorpciou na vhodný iontomennič Iontosorb Oxin za definovaných podmienok. Boli nájdené optimálne podmienky analytického stanovenia niklu.

Boli modifikované postupy stanovenia Pb, Cd v matrici biologického materiálu po suchom rozklade a Hg po rozklade v mikrovlnom zariadení, využijúc doteraz popísané poznatky elektrochemickej rozpúšťacej analýzy.

Na stanovenie Cr bola použitá prietoková coulometria ako coulometrická titrácia založená na elektrochemickej redukcii Cr(VI) na Cr(III).

Pre všetky prvky analyzované elektrochemickou rozpúšťacou analýzou boli určené validačné charakteristiky (LOD, LOQ, presnosť, správnosť) z analýz reálnych vzoriek vlasov.

Na vybranom súbore vzoriek bolo uskutočnené porovnanie metód AAS a ERA pre sledované analyty párovými testami na zhodu. Bola nájdená dobrá zhoda oboch metód.

Záver

Predkladaná práca rozširuje problematiku ERA o stanovenie vybraných toxických prvkov v biologickom materiáli, čím môže poslúžiť k objektivizácii faktorov ovplyvňujúcich zdravé životné a pracovné podmienky.