Multicomponental Preconcentration of As, Sb, Se and Te on Modified Silica, Their Determination by ICP-AES (ICP-MS) and Application for Waters

Stanovení anorganických forem arsenu, antimonu, selenu a telluru v přírodních vodách vyžaduje často v případě instrumentálních metod potřebu kvantitativní separace a zkoncentrování. Jako nejefektivnější metodou prekoncentrace je extrakce na tuhé fázi SPE (solid phase extraction). Práce byla zaměřena na studium separace a prekoncentrace sledovaných mikroelementů na hydrofobních sorbentech, na bázi modifikovaného silikagelu Separon SGX C18, SGX C8, SGX CN, SGX NH2, SGX RPS, SGX Phenyl a silně bazickém aniontoměniči SGX AX. V práci byl diskutován možný mechanismus sorpce v přítomnosti kationtových tenzidů benzyldimethyldodecylamonium bromidu (Ajatinu), benzyldimethyltetradecylamonium chloridu (Zefiraminu) a 1 - ethoxycarbonylpentadecyltrimethylamonium bromidu (Septonexu) s vybranými komplexotvornými organickými činidly především s 4-(2-pyridylazo)resorcinolem, 8-hydroxychinolin-5-sulfonovou kyselinou, 1,2-dihydroxybenzenem, 1-pyrrolidindithioátem amonným, diethyldithiokarbaminanem sodným a thiomočovinou. Interakce iontových asociátů se sorbentem jeví komplikovaný charakter a nebyla doposud exaktně popsána, proto byla v práci věnovaná zvýšená pozornost kondicionaci sorbentu a byla podrobně studována sorpční účinnost systému bez přítomnosti a v přítomnosti vybraných tenzidů a organických činidel. Také byl sledován vliv pH sorbovaných roztoků, rychlosti a objemu kapaliny protékajícího sorbentem, výběru vhodného typu a objemu elučního činidla, testování eluční účinnosti. Byla úspěšně provedena sorpce z objemu 50 - 1000 ml, tak došlo ke 100 násobnému zvýšení prekoncentračního faktoru, čímž bylo možné použít ICP-AES pro koncentrace sledovaných mikroelementů v g.l-1 místo původních mg.l-1. V práci byl také podrobně popsán vliv matrice a doprovodných prvků přítomných v reálných vzorcích vod na účinnost sorpčního procesu. Kromě vlivu makroelementů jako je Na, K, Ca, Mg, Al a Fe byl také studováno možné ovlivnění sorpce sledovaných mikroelementů také B, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sr, Ti, Tl, V a Zn. Vliv aniontů nebyl prokázán. Po kvantitativní eluci byla organická rozpouštědla z eluentu odpařena pod IR lampami, odparek převeden do vodného roztoku a koncentrace sledovaných prvků stanoveny pomocí ICP-AES. V práci byly také detailně popsány podmínky stanovení As, Sb, Se a Te metodou ICP-MS. Pro přímé stanovení těchto prvků byl podrobně studován vliv matričních prvků a multikomponentního standardu na intenzitu signálu bez přítomnosti a v přítomnosti vnitřních standardů germania a bismutu. I v tomto případě byla sledovaná možnost zkoncentrování mikroelementů na vybraném typu modifikovaného silikageu v přítomnosti kationtového tenzidu a vhodného organického činidla. Sorpce probíhala kvantitativně až z 500 ml, čímž došlo ke zvýšení prekoncentračního faktoru na 50. Tím bylo umožněno stanovit jednotky ng.l-1 sledovaných prvků. Pro obě koncové metody byly vyhodnoceny jak teoretické tak praktické meze detekce pro reálné vzorky vod podle IUPACu. Optimalizovaný postup sorpce byl aplikován na vybrané syntetické a reálné vzorky vod (vodovodní, povrchová sladkovodní, minerální a mořská). Výsledky získané sorpcí 1000 ml roztoku reálného vzorku na modifikovaném silikagelu a následným stanovením ICP-AES, byly porovnány s výsledky z měření na ICP-MS bez předchozí sorpce za použití metody standardních přídavků v přítomnosti vhodných vnitřních standardů. Srovnáním kalibračních závislostí v syntetické a reálné vodě a vyhodnocením spiků v těchto vodách byla také vyhodnocena chyba.The determination of inorganic speciations of arsenic, antimony, selenium and tellurium in natural waters demands often separation and preconcentration. Solid phase extraction is a very effective method for these purposes. In this paper the separation and preconcentration of these microelements is realised on the basis of modified silica Separon SGX C18, SGX C8, SGX CN, SGX NH2, SGX Phenyl and strongly basic anion Exchanger SGX AX. The sorption was provided in the presence of cationic surfactants such as benzyldimethyl dodecylammonium bromide (Ajatin), benzyldimethyltetradecylammonium chloride (Zephyramine), 1-ethoxycarbonylpentadecyltrimetrhylammonium bromide (Septonex) and selected complexing agents 4-(2-pyridylazo)resorcinol (PAR), 8-hydroxyquinoline-5-sulphonic acide (8-HQS), 1,2-dihydroxybenzene (PYR), amonium 1-pyrrolidinecarbodithioate (APDC), sodium diethyldithiocarbamate (DTC) or thiourea(Thur). The interactions of the formed ion associate with the sorbent shows a complicated character which has not been cleared as yet. The previous conditioning of the sorbent plays an outstanding role. Thus, the sorption efficiency was studied in the presence and absence of surfactant and of selected organic complexing agents. Moreover, the influence of pH of the sorbed solution as well as the speed and the volume of the solution running through the sorbent and the type and volume of the eluent on the resulting sorption efficiency was evaluated. The sorption was successfully carried out from 50-1000 ml of solution which allows the 100 fold increase of the preconcentration factor and the determination of the microelements in g.l-1 instead of mg.l-1 by using the common ICP-AES. The influence of macroelements occurring in waters as well as B, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sr, Ti, V and Zn in comparable concentrations involve less than 5% error. After the quantitative elution of microelements, the organic solvents were evaporated under IR lamps prior to the determination by ICP-AES and |ICP-MS. The conditions for the direct determination of arsenic, antimony, selenium and tellurium in g.l-1 with ICP-MS were also described in detail in the absence and presence of internal standards Ge and Bi. However, even in this case the preconcentration on silica in the presence of surfactant and selected organic complexants was also tested. When the sorption was followed from 500 ml a 50 fold enrichment factor is reached and the sensitivity for the microelements is improved. The direct determination and the sorption of microelements were applied on synthetic and real waters (dirinking, surface, mineral and sea waters). Instrumental and practical detection limits for various water samples were evaluated according to IUPAC. The results from 1000 ml solution of real waters after sorption on modified silica and the final determination of microelements with ICP-AES were compared with those from ICP-MS without sorption using the method of standards addition in the presence of suitable internal standards. By comparison of results for synthetic and real water samples the error of the determination of microelements was evaluated.