3 Uzorkovanje Specijacijska

5.5.2014.
UZORKOVANJE
Uzorkovanje,
obrada i priprema uzoraka
za specijacijsku analizu
• Zrak i plinoviti uzorci
• Vode
• Biološki materijali
• Sedimenti i tla
Zrak i plinoviti uzorci
• Uzorkovanje u prethodno evakuirane posude ili pomoću pumpe
• Filtriranje (0,45mm)
• Adsorpcija na čvrstom nosaču
• Kriogena stupica
• Kritični parametri (temperatura, svjetlo, vlaga , koncentracija aerosola i
udio kisika)
• Gubici analita zbog fotolize, hidrolize, oksidacije ili adsorpcije na
stijenke posuda
Zrak i plinoviti uzorci
– PRIMJERI:
– hlapive specije polumetala uzorkuju se iz zraka urbanih središta ili plinova iznad
odlagališta otpada pomoću U-cijevi punjene kromatografskim čvrstim nosačima ( SP-
2100 10% Supelcopolt 60/80 mesh), hlade tekućim dušikom ili smjesom acetona i
tekućeg dušika, prethodno se postavlja prazna cijev za uklanjanje vlage na -40 o C
– Sekvencijalno uzorkovanje specija Hg u nizu stupica plemenitih metala s dodatkom
aktivnog ugljena
– Plinovi uz odlagališta otpada i kanalizacijske mreže uzorkuju se u Tedlar vreće
volumena do 10 L
1

5.5.2014.
The Nano-ID aerosol particle sampler with a size range of 2nm–30,000nm
Vode
Vode
• Uzorkovanje ovisi o vrsti specija i sustavu ( vode temeljnice,
izvorske vode, rijeke, jezera, more, otpadna voda, intersticijska voda
sedimenata, atmosferske precipitacije: kiša, snijeg ...) te o lokaciji
(otvoreno more, estuarij, udaljenost od gradskog središta, i sl.)
• Kritični parametar - Homogenost voda iz okoliša i reprezentativnost
uzorka
• Uzorkovanje za hlapive specije uključuje propuhivanje vode helijem
te uzorkovanje kriogenom stupicom
• Izbor materijala za posude ovisi o analiziranoj speciji (polikarbonat
poletilen, staklo za Hg)
• Filtriranje (0,45mm) ili centrifugiranje
• Zakiseljavanje stabilizira održavanje metalnih iona u otopini
• Gubici analita zbog kiselo-baznih ravnoteža, utjecaja bakterija,
redoks ravnoteža
2

5.5.2014.
Vode
Biološki materijali
Biološki materijali
• Biološke otopine (krv, urin, biljni sokovi) uzorkuju se uz filtriranje ili
centrifugiranje te pohranjuju (kratkotrajno) na -4 o C
• Moguće je i brzo smrzavanje i liofiliziranje te pohrana suhog dijela
• Uzorkovanje tkiva ili čitavih organizama zahtjeva znanje biologije i
ekologije ( gustoća populacije, zdravlje, izloženost, trofičnost,
biometrički parametri)
• Sekcija organizama
• Obvezni protokoli uzorkovanja
Liofilizator CHRIST ALPHA 1-4:
omogućuje vakuumsko sušenje zamrznutih uzoraka pri temperaturi do -25°C
i sušenje pri povišenoj temperaturi do 99°C, na deset nosača promjera 200mm.
3

5.5.2014.
Biološki materijali
Sedimenti i tla
• Kritični parametar uzorkovanja je reprezentativnost uzorka
• Brojnost i razmak točaka uzorkovanja određuje se statističkim
modelom temeljenim na geološkim informacijama
• Materijali alata i posuda za uzorkovanje od titanija, keramike ili
plastike
• Iz uzoraka tla odstranjuju se djelovi biljaka i nečistoće veće od 2 mm
• Sedimenti se odvajaju prema veličini čestica (filtri od 20 – 63 mm)
• Problemi uzorkovanja u anoksičnim sedimentima, na granici vodene
i krute faze zbog stvaranja biofilma i reakcijskih centara
4

5.5.2014.
Obrada i pohrana uzoraka
• Homogeniziranje i podjela u alikvote
• Hlađenje, sušenje
• Svi koraci obrade uzoraka za specijaciju moraju biti minimalni da se
očuva originalni kemijski sastav
• Zrak: kratkotrajna (nekoliko dana) pohrana u tekućem dušiku
• Tekući uzorci: čuvanje u tamnom pri 4 o C (stabilnost zbog djelovanja
mikroorganizama ili suspendirane tvari je ograničena)
• Biološki uzorci: nekoliko godina pri -130 o C (moguće izmjene u
proteinskoj strukturi, interakcije metala i biomakromolekula)
• Sedimenti i tla: čuvanje u tamnom pri 4 o C , duboko smrzavanje
(stabiliziranje g-zračenjem za uništavanje bakterijske aktivnosti)
Oksidacijsko stanje:
Se(IV)/Se(VI)
As(III)/As(V)
Cr(III)/CrVI)
Fe(II)/Fe(III)
Prirodni makromolekulski kompleksi:
Metalotioneini
Fitokelatini
Transportni proteini
Polisaharidi
Organski kompleksi:
Tartarati
Citrati
Nikotinamini
Tehnike priprave uzoraka za
elementnu specijaciju
Metaboliti metalolijekova:
Cisplatina, aurafin,
proteinski kompleksi,
reagensi za Tc-imaging
• Sorpcija (solid-phase extraction SPE, SPME)
• Tekućinska ekstrakcija
Prirodno metilirane
specije:
HgMe 2,
HgMe + ,
GeMe 2
Alkilmetali antropogenog porijekla:
PbEt 4, PbMe 4, PbEt 4-n n+ , PbMe 4-n n+
SnBu 3+ , SnBu 2+ , SnBu +
SnPh 3 + , SnPh 2
2+ , SnPh 3+
Prirodne organometalne specije:
Organoarsenovi spojevi, arsenovi
šećeri, seleno-aminokiseline,
selenoproteini
• Izluživanje
• Ekstrakcija superkritičnim fluidom
• Ekstrakcija uz mikrovalno zračenje
• Derivatizacija
• Prekoncentriranje
5

5.5.2014.
Temeljni pojmovi:
• FILTRIRANJE: separacija čestica iz plinske ili tekuće faze; najčešći filtri 0,45 μm, za
kromatografiju 0,2 μm
• OTAPANJE: kod bioloških materijala; lužnata, kisela ili enzimska hidroliza; specije se
prevode u vodenu otopinu, ali se ne odstranjuje matrica
• IZLUŽIVANJE: ekstrakcija krutina-tekućina; separacija analita iz krutih uzoraka (tla,
sedimenti, tkiva); reagensi za izluživanje pH neutralni
• PREKONCENTRIRANJE: povećavanje koncentracije analita u otopini uzorka na
kromatografskoj koloni; kriofokusiranje; ekstrakcija plin-tekućina; mikroekstrakcija
(SPME); sorpcija
• PROČIŠĆAVANJE: odvajanje komponenti matrice (masti, proteini, ugljikovodici);
kromatografija niskog razlučivanja (C 18 kolone)
• DERIVATIZACIJA: kontrolirana konverzija specija u vrste koje će se bolje odvojiti
kromatografijom; derivatizacija ionskih ili polarnih specija u nepolarne (Grignardova
derivatizacija)
• Ekstrakcija na čvrstoj fazi
(SPE)
• Pogodna za
prekoncentriranje analita
prije HPLC
• Stacionarna faza-silkagel:
– imobilizirani kelatni
reagensi, npr.
ditiokarbamat, ditizon...
– biomaterijali (sušeni kvasci)
– fulereni
Sorpcija
• Mikroekstrakcija na
čvrstoj fazi (SPME)
• Fiber vlakna s različitim
prevlakama:
– Polidimetilsiloksan (PDMS)
– ekstrakcija nepolarne
faze
– Karboksen - ekstrakcija
hlapivih hidrida i
polumetala
– Metilsilikat - ekstrakcija
tetrametil kositra i
organoarsenovih specija
Sorpcija
Tekućinska ekstrakcija
• Akcelerirana tekućinska
ekstrakcija (ASE)
• Uzorak u čvrstom stanju se
nanosi na nosač punjen
ekstrakcijskom otopinom gdje
se zagijava (t=50-200°C,
p= 500-3000psi) u kratkom
vremenu (5-10 min)
• Komprimirani plin propuhuje
uzorak s nosača u posudu za
prikupljanje
6

5.5.2014.
Derivatizacija
• Generiranje hidrida
• Primjenjuje se u određivanju As, Sb, Bi, Ge, Pb, Se,
Te i Sn
• Reakcijom s NaBH 4 nastaju hlapivi hidridi
Derivatizacija
• Tehnika hladnih para – za određivanje Hg i Cd
• Etiliranje – u određivanju Sn, Se, Hg, Pb
• Grignardova reakcija – Sn, Hg, Pb
BH 4
-
+ H 3 O + + 2 H 2 O → B(OH) 3 + 8H
M (m+1) + (m+n)H → MH n + mH +
The generator allows to carry out an analysis of
hydride-forming elements ( As, Se, Sb),
as also analysis of mercury according to the
cold vapor method both without
accumulation and with accumulation of mercury vapor
on gold-palladium collector.
An original low gold-content (~4 mg) quick-heated
spiral shaped collector is used,
so that defines the device’s low cost.
Collector length, mm, 240
Spiral length, mm, ~1000
Mercury desorption temperature, °C, 700 ÷ 800
Desorption time, s, ~2
Prekoncentriranje
Frakcioniranje
• Amalgamiranje – prekoncentriranje Hg
• Hladna stupica – Sn,Pb, Hg - analit se iz vodene
otopine nakon derivatizacije propuhuje strujom
inertnog plina, suši i hladi u koloni od taljenog
kvarca, a zatim postupnim zagrijavanjem uvodi u
kromatograf
• Visokotemperaturna stupica – Aselektrotermičko
otparavanje
• Zrak, aerosoli i lebdeće čestice u zraku
– Mehanizam interakcija biosfere i atmosfere
– Mehanizam transporta u atmosferi
• Tla i sedimenti
– Karbonati Ca, Mg i Fe koji se otapaju porastom pH
– Fe i Mn spojevi koji mijenjanju adsorpcijski kapacitet
obzirom na redoks uvjete
– Organska tvar prisutna u sedimentima koja je
podložna sporoj degradaciji i otpuštanju metala
– Silikati i refraktorni materijali koji sadržavaju visoke
koncentracije metala
7

5.5.2014.
Frakcioniranje
• Tehnike sekvencijalne ekstrakcije
• Sukcesivna primjena različitih kemijskih
ekstraktanata na istom uzorku
• Svaki slijedeći ekstrakcijski korak uključuje
drugačiju vrstu kemijske reakcije
Sekvencijalna ekstrakcija
• 1. Mobilni i izmjenjivi elementi
• 2. Elementi vezani u karbonate
• 3. Elementi vezani u lako reducirajuće frakcije
(Fe/Mn okside)
• 4. Elementi vezani u lako odvojiv organski dio
• 5. Elementi vezani u srednje reducirajuće okside
• 6. Elementi vezani na oksidne i sulfidne frakcije
• 7. Elementi vezani na silikate ( rezidualna frakcija)
BCR shema
Sekvencijalna ekstrakcija
Table 1: Commonly used Fractionation Extractants
Exchangeable
Adsorbed,
bound to
carbonates
Bound to Fe-Mn
oxides
Bound to organic
matter
Residual bound
References
1M MgCl 2 1M NaOAc pH 5 0.04M
NH 2 OH.HCl/HOAc
0.02M HNO 3 /30%
H 2 O 2 / 3.2M NH 4 OAc
HF-HClO 4 Tessier et al., (1979)
1M MgCl 2 1M NaOAc pH 5 0.04M
NH 2 OH.HCl/HOAc
0.02M HNO 3 /30%
H 2 O 2 / 3.2M NH 4 OAc
HF-HClO 4 Hickey & Kittrick (1984)
1M MgCl 2 1M NaOAc pH 5 0.04M
NH 2 OH.HCl/HOAc
0.02M HNO 3 /30%
H 2 O 2 / 3.2M NH 4 OAc
HF-HCl/HNO 3 Ma & Rao (1997)
1M KNO 3 0.5M KF, 0.1M
EDTA
N/A 0.1M Na 4 P 2 O 7 6M HNO 3 Chu et al., (1998)
0.5M MgCl 2 1M NaOAc pH 5 0.04M
NH 2 OH.HCl/HOAc
0.02M HNO 3 /30%
H 2 O 2 / 3.2M NH 4 OAc
Calculated as
the difference
between total
metals and the
sum of extracted
metals
Zufiaurre et al., (1998)
8

5.5.2014.
Sekvencijalna ekstrakcija
Improved methods of chemical extraction offer insight into the low dissolved
arsenic in water from wells deeper than 100 meters in Bangladesh.
9

5.5.2014.
Sekvencijalna ekstrakcija
uzoraka aerosola
• Tri frakcije:
– Elementi mobilni u okolišu (izmjenjive frakcije)
– Elementi vezani na karbonate i okside
– Elementi vezani na organsku tvar i silikate
(neizmjenjive frakcije)
• Tehnika FFF “Field flow fractionation”
FFF
FFF
10