ún. oldószer kompatibilis tölteteket tartalmazó oszlopokkal a piacra.
Kis mintaszükséglet
A klasszikus analitikai eljárások során gyakran több 10 ml mintamennyiség szükséges az ol-dat összetételének meghatározásához. A nagy precizitású mintabeviteli rendszerek és az érzékeny detektálás következtében az ionkromatográfiában az egy elemzés során vizsgált mintamennyiség mindössze néhány 10−100µl, azaz három nagyságrenddel kisebb, mint a klasszikus módszerek esetén.
1.2.4. Elválasztási és detektálási rendszer választása
Ahogy azt az 1.2.1. alszakaszban (12 .o.) láthattuk, ionkromatográfia alatt több, mecha-nizmusában egymástól teljesen eltér˝o módszert értünk. Ennélfogva megfelel˝o elválasztási rendszer összeállításánál az állófázis és a megfelel˝o detektálási módszer megválasztása na-gyon lényeges az analízis szempontjából.
Az analitikus általában rendelkezik el˝ozetes információkkal a vizsgálandó minta összeté-telér˝ol (szerves, vagy szervetlen ionokat tartalmaz-e), felületi aktivitásáról, töltésér˝ol, savas ill. bázikus tulajdonságairól. Ezen információk alapján az 1.4. ábra segítségével könnyen kiválasztható az analízis szempontjából legel˝onyösebb állófázis és detektálási rendszer. Sok esetben több kombináció is szóba jöhet az adott minta elemzésére. Ilyen esetekben a dön-tés során figyelembe kell venni a minta mátrixot, a módszer bonyolultságát és az analízis költségeit.
1.3. Az ionkromatográfia alkalmazása a környezeti analízis-ben
A kromatográfiás elválasztási módszereket széles körben alkalmazzák különböz˝o környezeti minták elemzése során. Az ionkromatográfia egyaránt alkalmazható ivóvizek és szennyvi-zek összetételének meghatározására, talajok, iszapok, csurgalékok, szilárd hulladékok anali-tikai vizsgálatára is [18]. A technikának els˝osorban anionok meghatározásában van kiemelt jelent˝osége.
Az ivóvízmin˝osítés területén az ionkromatográfia igen elterjedt, ugyanis lehet˝oséget nyújt az ivóvízben található szervetlen ionok többségének nagy hatékonyságú elválasztá-sára. Ennek köszönhet˝oen több szabványos mérési módszer is rendelkezésre áll a vízmin˝o-sítés területén. Ilyenek például hazánkban az MSZ EN ISO 10304-1:1998 [19], az MSZ EN ISO 10304-2:1999 [20] és az MSZ EN ISO 10304-3:1999 [21] szabványok. A sorozat negyedik
Alkáli-,
pK < 7a HPIC Vezetőképességi
Amperometriás4
1.4. ábra:Elválasztási és detektálási rendszer választásának sémája az ionkromatográfiás analízisben
1.3. Az ionkromatográfia alkalmazása a környezeti analízisben 19
tagját, az ISO 10304-4:1997 jel˝ut [22] hazánk még nem vette át. Az Egyesült Államok Környe-zetvédelmi Hivatala - EPA - által alkalmazott US-EPA Method 300 jelzés˝u szabványsorozat is meglehet˝osen sok ionkromatográfiás módszert ajánl anionok meghatározására (1.1. táblá-zat).
1.1. táblázat:Természetes vizek és szennyvizek meghatározására kidolgozott ionkromato-gráfiás szabványok az Amerikai Egyesül Államokban
EPAamódszer Minta Közegb
300(A) F–, Cl–, NO2–, Br–, NO3–, PO3 –4 , SO2 –4 rv, iv, fev, szv, fav, ex 300(B) BrO3–, ClO3–, ClO2– nyersvíz, iv
300.1(A) F–, Cl–, NO2–, Br–, NO3–, PO3 –4 , SO2 –4 rv, iv, fev, fav 300.1(B) BrO3–, Br–, ClO3–, ClO2– rv, iv, fev, fav SW-846 9056 F–, Cl–, Br–, NO3–, PO3 –4 , SO2 –4 égetési maradék 300.6 Cl–,NO3–, PO3 –4 , SO2 –4 nedves csapadékok
B-1011 NO2–, NO3– rv, iv
SW-846 9058c ClO4– rv, iv, fav
218.6 CrO2 –4 iv, fav, szv
SW-846 7199 CrO2 –4 iv, fav, szv
300.7 Na+, NH+4, K+, Mg2+, Ca2+ nedves csapadékok 200.10d Cd2+, Co2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+, U2+, V2+ sós víz, tv
200.13d Cd2+, Co2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ sós víz, tv
aEnvironmental Protection Agency – Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala
brv – reagens víz, iv – ivóvíz, fev – felszíni víz, fav – felszín alatti víz, szv – szennyvíz, ex – extraktum, tv – tengervíz
ctervezet
daz ionkromatográfia a spektrometriai vizsgálat el˝otti mintael˝okészítést szolgálja
A víztisztítás során alkalmazott fert˝otlenítés anionos melléktermékeinek kimutatására is el˝onyösen alkalmazható az ionkromatográfia. Ilyen vegyületek például a bromát, klorit és a klorát. A bromát az ózonos fert˝otlenítés során képz˝odik a nyersvíz természetes bromidtar-talmából, míg a klorit és klorát a klór-dioxidos fert˝otlenítés mellékterméke. Ezek az ionok igen súlyos egészségügyi kockázatot hordoznak már néhányµg/dm3-s koncentrációnál is.
Például a bromát er˝osen karcinogén hatású, az EPA becslése szerint a potenciális rák kocká-zata 10−4már 5µg/dm3koncentráció esetén is, hosszú távú fogyasztás esetén [23]. Bromát ion meghatározását az EPA Method 300.1(B) szabvány szabályozza. Az elválasztást Dion-ex IonPac AS9-HC típusú oszlopon, 9 mmol/dm3-s nátrium-karbonát eluens és szupresszált vezet˝oképességi detektálás alkalmazásával hajtják végre. A módszer során használt nagy ka-pacitású oszlop növeli a bromátion kloridiontól való elválasztásának hatékonyságát [15].
A klórral való fert˝otlenítés során a vízben lév˝o szerves anyagokból halogénezett szerves szennyez˝ok keletkezhetnek, melyek közül legnagyobb mennyiségben a halogénezett ecet-savak találhatók meg az ivóvizekben. Attól függ˝oen, hogy a nyersvíz milyen mennyiségben
tartalmaz bromidot, klórozott- ill. brómozott-klórozott ecetsavak különböz˝o variációi kelet-kezhetnek [24]. Ezek a vegyületek er˝osen toxikus hatásúak, feltételezhet˝oen rákkelt˝ok is, bár ez utóbbi hatás egyel˝ore még nem bizonyított [25, 26]. Ivóvízben, köszönhet˝oen meglehet˝o-sen alacsony pKa értéküknek, disszociált formában, azaz anionokként vannak jelen. Ionkro-matográfiás meghatározásuk nehézségét els˝osorban az okozza, hogy a különböz˝o mérték-ben halogénezett ecetsavak nagyon eltér˝o módon köt˝odnek az állófázishoz, így analízisük f˝oként gradiens technika és induktív csatolású plazma tömegspektometria (ICP-MS) detek-tálás alkalmazásával oldható meg [24, 27].
A króm különböz˝o oxidációfokú formákban fordulhat el˝o a természetben. Míg a Cr(III) a cukor metabolizmus szempontjából alapvet˝o fontosságú nyomelem, addig a Cr(VI) vegyü-letei igen toxikusak, valószín˝uleg karcinogén hatással is rendelkeznek. A kromátion Dion-ex IonPac AS7 típusú anioncserél˝on és 1,5-difenil-karbonohidraziddal történ˝o származék-képzés utáni UV/VIS detektálással történ˝o meghatározásának kimutatási határa mindössze 0,018µg/l [28]. A módszer a hat vegyérték˝u króm ivóvízb˝ol, felszínalatti, vagy ipari szenny-vizekb˝ol történ˝o kimutatására egyaránt alkalmazható.
Hatékony ionkromatográfiás módszerek állnak rendelkezésre az er˝osen toxikus cianid kimutatására is, amelynek az ipar számos területe, a bányászat, a kohászat, és m˝uanyagipar is potenciális forrása. Az ionkromatográfiás elválasztás elektrokémiai detektálással akkor ajánlott, ha a minta tiocianátot [15], vagy egyéb kéntartalmú vegyületet tartalmaz, egyéb-ként mind a szupresszált vezet˝oképességi [29], mind az UV/Vis detektálás alkalmazható ki-mutatásukra [30].
Az ivóvíz-szennyez˝o fémek többsége az átmeneti fémek csoportjába tartozik, amelyek kimutatására spektroszkópiás módszereket alkalmaznak elterjedten. Léteznek azonban szabványosított ionkromatográfiás módszerek kationok, pl. ammónium-, nátrium-, kálium-, kalcium- és magnézumion szimultán elválasztására csapadék és es˝ovizekb˝olkálium-, felszíni és felszín alatti vizekb˝ol, ivóvízb˝ol, vagy kevert kommunális és ipari szennyvizekb˝ol [31]. Külö-nösen el˝onyös a módszer ammónium- és egyéb kationok kimutatására aminok jelenlétében, mivel ezek a vegyületek zavarják a hagyományos kolorimetriás ammónia meghatározást.
Gyakran használják az ionkromatográfiát szennyvizek analitikai vizsgálatai során is, bár az ilyen minták esetében a mintael˝okészítésnek jelent˝os szerepe van. Az el˝okészítés álta-lában hígítást jelent, annak érdekében hogy a mér˝om˝uszer mérési tartományán tudjunk dolgozni. Az oszlop élettartamának megnövelése érdekében gyakran indokolt a hidrofób szerves anyagok sz˝uréssel történ˝o eltávolítása [32].
Az ionkromatográfiás analitikai módszereket az ivóvizek és különböz˝o szennyvizek vizs-gálata mellett széles körben alkalmazzák természetes eredet˝u vízminták, úgymint ásványvi-zek, mélységi talajviásványvi-zek, termálviásványvi-zek, fúrólyukak vízmintái, a talaj pórusainak vize, a felszíni vizek (álló- és folyóvizek), az es˝ovíz, savas es˝o, hó, vagy jéges˝o és jégtakarók elemzésére is.
1.3. Az ionkromatográfia alkalmazása a környezeti analízisben 21
Az es˝ovizek, és els˝osorban a savas es˝ok ionos összetev˝oinek meghatározása kiemelt fontos-ságú a savasodás a természetes és m˝uvi környezetre való hatásainak el˝orejelzésében . Lé-teznek eljárások a csapadékvízb˝ol, illetve atmoszferikus aeroszolokból kationok és anionok egyidej˝u elválasztására is gyengén savas kationcserél˝on [33].
Az ionkromatográfia területén napjainkban került el˝otérbe az igen toxikus perklorát fel-színi és felszín alatti vizekb˝ol történ˝o meghatározása [34, 35, 36]. A perklorát ion a szilárd rakéta hajtóanyagok kulcsösszetev˝oje, ezért els˝osorban olyan területeken szennyezheti a fel-színi és talajvizeket, ahol ilyen anyagokat, l˝oszereket, t˝uzijátékokat gyártanak, tesztelnek.
A felszíni vizek fémvegyületeinek meghatározásában is egyre nagyobb teret hódít az ion-kromatográfia. Nagy el˝onye, hogy mérhet˝ové teszi a különböz˝o oxidációs állapotok - pl.
a Fe(II) és Fe(III) - mennyiségét, a stabil fémkomplexeket – fém-cianidok –, vagy mind a szerves, mind a szervetlen arzén vegyületeket. Így lehet˝ové válik a fémvegyületek sorsának, transzportjának, toxicitásának el˝orejelzése [37].
A talajminták vizsgálata volt az ionkromatográfia egyik els˝o környezetanalitikai alkal-mazási területe. Hasonlóan a természetes vizekhez, a talajminták esetén is az a nagy el˝o-nye érvéel˝o-nyesül, hogy a talaj extraktumokból a fémek különböz˝o oxidációfokú megjelené-si formái és a stabil fémkomplexek meghatározhatók ugyanúgy, ahogy a nitrogén, foszfor, kén mennyisége, valamint a hozzájuk tartozó oxoanionok, mint a nitrit-, nitrát-, foszfát-, vagy szulfátionokfoszfát-, amely komponensek igen fontosak a talaj min˝oségefoszfát-, term˝oképessége szempontjából [31]. Optimális esetben a mérés során injektált mintának alacsony a szer-ves anyag, er˝os sav és sótartalma, bár ez a talajminták extrakciója során hagyományosan alkalmazott módszerekkel nem igazán valósítható meg. Napjainkra már számos ionkroma-tográfiában jól alkalmazható extrakciós módszert dolgoztak ki, ami alapján a vizsgálandó vegyületekhez a megfelel˝o extraháló szer és eljárás kiválasztható [38].
Az iszapok, csurgalékok és szilárd hulladékok szervetlen iontartalmának meghatározása, alapjában véve nem tér el a talajmintáknál alkalmazott módszerekt˝ol [16]. Bár az ionkroma-tográfiát általánosan az anionok kimutatására használják ezeknél a mintáknál is, lehet˝oség van a csurgalékvizek illékony zsírsav tartalmának meghatározására, amit fontos információ a hulladéklerakó állapotára nézve [17].
Mivel környezeti minták analízisekor sok különböz˝o minta fordulhat el˝o, számtalan el-választási módszer jöhet szóba attól függ˝oen, hogy milyen összetétel˝u a minta, illetve me-lyek a meghatározni kívánt komponensek. Ezért az elválasztási módszert az adott problé-mához kell optimalizálni.