Hyphenated microanalytical systems for on-line and in-situ fractionation and leaching kinetics of heavy metals in solid environmental samples

• Autorzy: Frenzel W. , Jimoh M. , Miro M.

Warianty tytułu

PL

Sprzężone systemy mikroanalityczne do frakcjonowania on-line i in-situ oraz kinetyka ługowania metali ze stałych próbek środowiskowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper two novel methodologies are presented for on-line and in-silu investigation of metal release from solid samples. One is based on continuous propelling suitable leaching agents through the sample held in a microcolumn and on-line detection of the metals released by atomic spectrometric methods (viz. Flame-AAS. ICP-OES and ICP-MS). The main features of this approach are the ability to perform metal fractionation in an automated manner in a couple of minutes with inherent information about the leaching kinetics. The various operating parameters affecting the metal release are discussed and results presented for selected environmental samples. The second method for studying metal release from soil and sediments is based on the incorporation of a capillary microdialysis probe into the solid sample. The analytes dissolved in the interstitial liquid of the solid samples diffuse across the membrane barrier into a continuously flowing perfusion liquid. For sensitive on-line detection of the metals released the system is hyphenated with graphite furnace-AAS. The performance characteristics of the microdialyser are evaluated with respect to metai ion transfer in the absence and presence of complexing agents. The principal limitations of quantification of results are outlined taking into account the particular conditions of microdialytic sampling. Metal release from a laboratory prepared soil column is investigated by two different stimulus-response techniques based on percolation of various leaching agents through the soil column and introduction of the leaching agent via the perfusion liquid (i.e. retro-dialysis), respectively. Comparability of results as obtained in fast column leaching, microdialysis and common batch equilibrium-based metal fractionation procedures are critically assessed. The potential and limitations of the two novel approaches are also discussed with special emphasis to risk assessment associated with heavy metal pollution. Finally, perspectives and future research lines with respect to novel configurations and additional applications are addressed.

PL

Przedstawiono dwie metodologie do badania uwalniania metali ze stałych próbek w układzie on-line i in-situ. Pierwsza polega na ciągłym przepuszczaniu odpowiedniego czynnika ługującego przez próbkę zawarta w mikro kolumnie i wykrywaniu wymytych metali w układzie on-line za pomocą metod spektrometrii atomowej. Istotą tego postępowania jest frakcjonowanie metali w układzie automatycznym z bezpośrednim uzyskaniem informacji o kinetyce ługowania. Przedyskutowano parametry wpływające na uwalnianie metali ?. wybranych próbek środowiskowych. Druga metodologia polega na wprowadzeniu kapilarnej mikrodializy do stałej próbki gleby lub osadu. Anality rozpuszczone w roztworze glebowym stałej próbki dyfundują przez membranę do ciągle przepływającego roztworu. W celu czułego monitorowania uwolnionych metali układ jest sprzężony z grafitowym atomizerem atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Charakterystykę działania mikrodializera oszacowano z punktu widzenia przenoszenia metalu w obecności i nieobecności czynników konipleksujących. Głównym ograniczeniem w uzyskiwaniu ilościowych wyników są szczegółowe warunki próbkowania mikrodialitycznego. Uwalnianie metali z laboratoryjnie przygotowanych kolumn glebowych badano dwoma technikami polegającymi na przepuszczaniu różnych czynników ługujących przez kolumnę glebową, atakże na wprowadzeniu czynnika ługującego do cieczy perfuzyjnej (wsteczna dializa). Porównywalność wyników frakcjonowania, otrzymanych na drodze szybkiego ługowania z kolumny, mikrodializy, i zwykłej procedury równowagowej, oszacowano krytycznie. Ograniczenia i możliwości dwóch nowych sposobów postępowania przedyskutowano zwracając szczególną u wagę na aspekty' zanieczyszczenia środowiska metalami. W końcu wskazano perspektywy i kierunki rozwoju nowych układów i ich dodatkowych zastosowań.

Słowa kluczowe

EN

flow-through sequential extraction; metal release; metal fractionation; microdialysis; heavy metals; plant material; soil material

PL

uwalnianie metali; frakcjonowanie metali; mikrodializa; metale ciężkie; próbka środowiskowa

• Wydawca: Komitet Chemii Analitycznej PAN
• Czasopismo: Chemia Analityczna
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, No. 1
• Strony: 279--299
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz.

Twórcy

autor

Frenzel W.

• Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Luftreinhaltung Technische Universität Berlin, Str. d. 17. Juni 135, D-10623 Berlin, Germany

autor

Jimoh M.

• Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Luftreinhaltung Technische Universität Berlin, Str. d. 17. Juni 135, D-10623 Berlin, Germany

autor

Miro M.

• Department of Chemistry, Faculty of Sciences, University of the Balearic Islands, Carretera de Valldemossa, Km. 7.5, E-07122 Palma de Mallorca, Illes Balears, Spain

Bibliografia

• 1. Bernhard M., Brinkman F.E. and Sadler P., The importance of chemical speciation in environmental processes, Springer, Berlin 1986.
• 2. Handbook of Elemental Speciation: Techniques and Methodology, [Cornelis R., Crews H., Caruso J. and Heumann K., Eds.], Wiley, New York 2003.
• 3. Das A.K., Chakraborty R., Cervera M.L. and de la Guardia M., Talanta, 42, 1007, 1995.
• 4. Hirner A.V., Elutions- und Extraktionsverfahren zur Bestimmung mobiler anorganischer und organischer Kontaminanten in Feststoffen, in: Analytiker Taschenbuch, Bd. 21, pp. 151, Springer, Berlin 2000.
• 5. Kennedy V.H., Sanchez A.L., Oughton D.H. and Rowland A.P., Analyst, 122, R 89, 1997.
• 6. Templeton D.M., Ariese F., Cornelis R., Danielsson L.-G., Muntau H., Van Leeuwen H.P. and Lobinski R., Pure Appl. Chem., 72, 1453, 2000.
• 7. Rauret G., Lopez-Sanchez J.F., Sahuquillo A., Rubio R., Davidson C., Ure A.M. and Quevauviller Ph., J. Environ. Monit., 1, 57, 1999.
• 8. Rauret G., Rubio R., Lopez-Sanchez J.F. and Casassas E., Intern. J. Environ. Anal. Chem., 35, 89, 1989.
• 9. Meissner R., Rupp H. and Schubert M., J. Plant Nutrition Soil Sci., 163, 603, 2000.
• 10. Anderson P., Davidson C.M., Duncan A.L., Littlejohn D., Ure A.M. and Garden L.M., J. Environ. Monit., 2, 234, 2002.
• 11. Sukreeyapongse O., Holm P.E., Strobel B.W., Panichsakpatana S., Magid J. and Hansen H., J. Environ. Qual., 31, 1901, 2002.
• 12. Fedetov RS., Zavarzina A.G., Spivakov B.Ya., Wennrich R., Mattusch J., Titze K. and Demin J., Environ. Monit., 4, 318, 2002.
• 13. Beauchemin D., Kyser K. and Chipley D., Anal. Chem., 74, 3924, 2002.
• 14. Jimoh M., Frenzel W., Muller V.. Stephanowitz H. and Hoffmann E., Anal. Chem., 76, 1197, 2004.
• 15. Wenzel W.W., Brandstetter A., Wutte H., Lombi E., Prohaska T., Stingeder G. and Adriano D.C., J. Plant Nutr. Soil Sci., 165, 221, 2002.
• 16. Microdialysis in the Neurosciences, [Robinson T.E. and Justice J.B. Jr, Eds], Elsevier, Amsterdam, 1991.
• 17. Lunte C.E. and Scott D.O.,Chem., 63, A773, 1991.
• 18. Buttler T., Jarskog H., Gorton L., Marko-VargaG.and Ramnemark L., Liquid Chromatogr., 23, 12, 1994.
• 19. Torto N., Mwatseteza J. and Laurell T., LC GC Europe, 9, 536, 2001.
• 20. Torto N. and Mogopodi D., Trends in Anal. Chem., 23, 109, 2004.
• 21. Miro M. and Frenzel W., Trends in Anal. Chem., 2005, in press.
• 22. Miro M. and Frenzel W., Anal. Chem., 76, 5974, 2004.
• 23. DIN 38414-7(1), Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung; Schlamm und Sedimente (Gruppe S); Aufschluss mit Königswasser zur nachfolgenden Bestimmung des säurelöslichen Anteils von Metallen (S7), Deutsches Institut für Normung, Beuth, Berlin, 1983.
• 24. Quevauviller P., Lachica M., Barahona E., Gomez A., Rauret G., Ure A.M. and Muntau H., Fresenius' J. Anal. Chem., 360, 505, 1998.
• 25. Pueyo M., Lopez-Sanchez J. and Rauret G., Anal. Chim. Acta, 504, 217, 2004.
• 26. Jimoh M., Frenzel W. and Müller V., Anal. Bioanal. Chem., 2005, in press
• 27. Wisniewski N. and Torto N., Analyst, 127, 1129, 2000.
• 28. Martínez-Martínez M.S., Gutiérrez-Hurtado B., Colino-Gandarillas C.I., Martínez-Lanao J. and Sánchez-Navarro A., Anal. Chim. Acta, 459, 143, 2002.
• 29. Weiss D.J., Lunte C.E. and Lunte S.M, Trends Anal. Chem., 19, 606, 2000.
• 30. Fang Q., Shi X.-T., Sun Y.-Q. and Fang Z.-L., Anal. Chem., 69, 3570, 1997.
• 31. Torto N., Laurell T., Gorton L. and Marko-Varga G., Anal. Chim. Acta, 379, 281, 1999.
• 32. Torto N., Mwatseteza J. and Sawula G., Anal. Chim. Acta, 456, 253, 2002.
• 33. Hagemeister T., Entwicklung und Erprobung von on-line Dialysatoren für die Prohenvorbehandlung in der Ionenchromatographie, Diploma Thesis, Technical University of Berlin, 1997.
• 34. Miro M. and Frenzel W., Anal. Chim. Acta, 512, 311, 2004.
• 35. Martins E., Bengtsson M. and Johansson G., W. Chim. Acta, 169, 31, 1985.
• 36. Jimoh M. and Frenzel W., unpublished results.
• 37. Miro M., Jimoh M. and Frenzel W., Poster presentation at 3rd International Conference on Trace Element Speciation in Biomedical, Nutritional and Environmental Sciences, Munich, 2004.
• 38. Burba P., Aster B., Nifant'eva T., Shkinev V. and Spivakov B.Ya., Talanta, 45, 977, 1998.
• 39. Menacherry S., Hubert W. and Justice J.B., Anal. Chem., 64, 577, 1992.
• 40. Stenken J.A., Anal. Chim. Acta, 379, 337, 1999.