Základy analýz hornin a zemin
z pohledu analytické geochemie
Analýza hornin, zemin
- stanovení organických sloučenin
- stanovení anorganických sloučenin
Specifické problémy environmentálních analýz
- nízká homogenita vzorků
- nízká stabilita vzorků
- hodně typů matrice
- široké spektrum koncentrací
- monitorování na hranici detekčních limitů
- rizika sekundárních kontaminací
- vysoká finanční náročnost
Organické látky
•Vysoká diverzita s ohledem na strukturu a
fyzikálně chemické vlastnosti
(známo desítky milionů organických látek)
•Vyskytují se ve vodě nebo půdě podle
polarity vyjádřené rozdělovací koeficientem
(oktanol/voda) Kow
(hydro / lipofilní) – vliv na transport a
následnou distribuci
𝑲 𝒐𝒘 =
𝒄 𝒐
𝒄 𝒘
𝒄 𝒐 = koncentrace látky v oktanolu
𝒄 𝒘 = koncentrace látky ve vodě
•Přírodní látky
•Antropogenní látky
polutanty – znečišťující látky
xenobiotika – látky cizorodé živým organismům
Příklady:
Nepolární extrahovatelné látky „NEL“
Uhlovodíky C10 – C40
Polyaromatické uhlovodíky „PAU“
Polychlorované bifenyly „PCB“
Těkavé organické látky „TOL“
Benzen-toluen-ethylbenzen-xylen „BTEX“
Chemická analýza geomateriálů
anorganická
• Stanovení hlavních a vedlejších prvků (silikátová
analýza)
• Stanovení stopových prvků
• Stanovení izotopových poměrů stabilních i
radiogenních izotopů
Úpravy vzorků a běžné laboratorní
operace
• Vážení
• Sušení
• Rozpouštění
• Drcení a mletí
• Míchání a homogenizace
• Odstředění a separace
• Zakoncentrování (vypařování)
• Tvorba výbrusů a lisování tablet
• Rozklady pevných vzorků (převádění pevných vzorků do roztoků)
• Extrakce
Převádění do roztoků
Převedení pevných vzorků do roztoků účinkem směsí kyselin nebo hydroxidů
(tzv. „mokrá cesta“) nebo tavením (tzv. „suchá cesta“)
Rozklady jsou buď otevřené (za atmosférického tlaku) nebo uzavřené (pomocí
autoklávů za zvýšeného tlaku)
Většinou probíhají za zvýšené teploty – nad kahanem, v sušičce, na elektrické
plotýnce, v muflové peci nebo pomocí mikrovlnné trouby
Spíše se používají pro anorganickou analýzu – analýzu prvků
Extrakce - cílem je přemístit analyt do chemické fáze vhodné pro
analýzu, při odstranění interferujících složek a při dosažení
vhodné koncentrace
- volba rozpouštědla …………nejlépe rozpouštějící analyt,
volba z manuálu nebo zkušenosti
- požívají se spíše pro analýzu organických sloučenin
Extrakční techniky:
- solvent extraction
- liquid-liquid extraction
- solid phase extraction
- semipermeable membrane separation
- head space analysis
Rozpouštědla
Pentan
Diethylether
Ethylacetát
Benzen
Propanol
Perchlorethylen
Acetonitril
Methanol
Extrakce kapalina - kapalina
• účinnost extrakce závisí na teplotě, pH, iontové síle, době třepání,
poměru rozpouštědel
• pro dobrou opakovatelnost nutno striktní dodržování podmínek a
parametrů
Extrakce v Soxhletové
aparatuře
Mikroextrakce tuhou fází
"Head-space„
Mikroextrakce na tuhé fázi
- solid phase microextraction (SPME)
- původně vyvinuta pro stopová množství
organických látek ve vodných roztocích
- adsorpce analytu v roztoku nebo nad roztokem na
křemenné vlákno potažené tuhou sorpční fází
- následuje tepelná desorpce v injektoru plynové
chromatografie
- poměrně rychlá, levná, účinná metoda v malém
měřítku
Instrumentální analytické metody
• Přístroje (instrumenty) reagují na určitou vlastnost analyzované látky
a poskytují analytický signál
• Intenzita signálu souvisí s množstvím analytu
• Rozlišujeme metody:
- separační (plynová, kapalinová chromatografie, hmotnostní
spektrometrie, elektroforéza)
- optické (spektroskopie atomová absorpční, infračervená,
rentgenová fluorescenční)
- elektrochemické (potenciometrie, konduktometrie)
- termické (termogravimetrická analýza)
Nosný plyn: Vodík, Helium,
Argon, Dusík
Nástřik vzorku: Split / splitless,
On-column, PTV; SPME
Separace: Izotermická analýza,
teplotní programování; konst. p
či V (ml/min)
Detektory: ECD, FID, TCD, MS;
Analýza organických látek
Chromatogram analýzy ropy
Plynová chromatografie (GC)
Hmotnostní spektrometrie (MS)
• Nejčastěji ve spojením s GC
• Probíhá buď v pozitivním (+) módu nebo
negativním (-)
• Spektrum obsahuje molekulový pík a/nebo
píky molekulových fragmentů (části)
• K určování analytů se používá knihovna
spekter, která umí spektra porovnávat s
referenčními a určovat mezi nimi shodu
• Analýza organických i anorganických částic
a také izotopů
Atomová spektroskopie
Atomová absorpční spektroskopie (AAS)
• Podle atomizace:
- plamenová (F)
- elektrotermická (ETA)
• Prvková analýza
(roztoková)
Optická emisní spektroskopie (OES)
• Jako způsob excitace atomů (budící zdroj) se používá a) jiskrový
výboj, b) obloukový výboj, c) indukčně vázané plazma (ICP)
• Prvková analýza (roztoková)
• Metodu lze spojit s laserovou ablací (LA) pevných vzorků
(analýza povrchů)
Roentgenová fluorescenční spektroskopie (XRF)
• Snadná a rychlá analýza (stolní i přenosné přístroje)
• Analýza prvků pevných vzorků i kapalin
• Pevný vzorek lisován do tablet nebo měřen bez úprav