Phương pháp chuẩn bị mẫu của máy quang phổ huỳnh quang XRF để kiểm tra mẫu nước môi trường và mẫu chất lỏng

Giới thiệu

Sự liên quan của việc đo các yếu tố độc hại trong nước uống là hiển nhiên. Thành phần của sông, nước ngầm, hồ và nước biển có thể được phản ánh trong sinh quyển và ảnh hưởng đến thành phần thức ăn của chúng ta. Nước mưa là một chỉ số về ô nhiễm không khí. Do đó, ở nhiều quốc gia, việc giám sát chất lượng của các loại nước khác nhau được coi là cần thiết. Về đặc tính của nó, XRF được ưu tiên sử dụng cho các mẫu rắn và không phù hợp lắm với XRF. Đánh giá các thành phần hòa tan trong mẫu nước; thường thì một số kỹ thuật phân tích dấu vết cần thiết trước khi cô đặc, chẳng hạn như A AS, ICP-AES và ICP-MS, thường được thực hiện

Nó hoạt động tốt hơn XRF trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, XRF tốt hơn so với việc phân tích chất rắn lơ lửng trong các mẫu nước. Việc phân tích trầm tích cũng rất tốt (xem Chương 3). Trầm tích là một chỉ số toàn diện rất tốt về chất lượng nước; chúng dễ lấy mẫu và nồng độ kim loại nặng của chúng thường được làm giàu đủ để đạt được chất lượng cao và các phép đo XRF thông thường đơn giản

Chuẩn bị mẫu nước mưa

Bộ thu nước mưa được Hiệp hội Kiểm tra và Thử nghiệm Hoa Kỳ chính thức thông qua. Vật liệu là một phễu PVC có kích thước 633 cm2 với độ nghiêng 60 °, rất thích hợp cho 2 chai thu gom 1 polyetylen (PE). Nó được hỗ trợ bởi một khung thép không gỉ. Phễu được bảo vệ khỏi cặn khô bằng túi nhựa thích hợp. Kênh được phát hiện theo cách thủ công (hoặc tự động) khi bắt đầu mỗi lần tắm. Thu thập ngay sau khi tắm, đổ chai vào chai PE 250 ml đã rửa sạch bằng axit, sau đó tráng phễu bằng nước siêu tinh khiết. Để lấy mẫu huyền phù từ mưa, nên thực hiện các bước sau: ngay sau khi lấy mẫu nước mưa, chất lơ lửng được lọc ra khỏi các hạt có đường kính 25 mm bằng cách sử dụng, ví dụ, một Millipore 25 mm, Nuclepore 0.4 micron cấp khí dung polycarbonate lọc chân không Bộ lọc chân không Giá đỡ hoặc tương tự, với phễu 30 ml và giá đỡ bộ lọc bằng thủy tinh. Chúng sử dụng các bộ lọc nhỏ vì lượng nước mưa thu được và lượng hạt lơ lửng trong nước mưa là nhỏ so với, ví dụ, nước biển. Đổ hết ngăn chứa bộ lọc bằng cách đặt bộ lọc và thêm 50 ml nước siêu tinh khiết. Sử dụng quy trình sau để ngâm chai trước khi sử dụng phễu và thu: 1. Tráng trong nước siêu tinh khiết 2. Ngâm trong HNO3 10% trong 3 đêm (phân tích chuyên môn) 3. Rửa trong nước siêu tinh khiết 4. Trong HNO3 10%. đêm (phân tích chuyên môn) 5. Rửa sạch bằng nước siêu tinh khiết 6. Ngâm trong nước siêu tinh khiết trong 3 đêm. 7. Rửa sạch bằng nước siêu tinh khiết. 8. Để bảo quản bình, hãy đậy chặt nắp bình, đóng ngăn chứa bộ lọc và dùng màng bảo vệ bọc giấy. Tất cả các dụng cụ thí nghiệm cần thiết phải được làm sạch theo cùng một cách. Thông thường tất cả các mẫu nước có thể được lưu trữ bằng cách axit hóa đến pH 1,7. HNO3 siêu tinh khiết hoặc đông đặc hoặc cả hai. Sau khi đông lạnh mẫu, không đổ đầy tăng hơn 80%; nếu không, các mililit cuối cùng sẽ được thải ra khỏi chai do sự giãn nở do đóng băng, và do quá trình kết tinh từng bước, các chất này được làm giàu thêm nhiều nguyên tố vi lượng. Bộ lọc với huyền phù nước mưa được làm khô bằng không khí trong Millipore Petri

Món ăn và được bảo quản trong ngăn đá sâu

Chuẩn bị mẫu nước sông

Mẫu thường được thu thập ở một nửa độ sâu của sông và ở vị trí hoàn toàn trộn lẫn với dòng sóng mang. Vấn đề xuất phát từ việc đo đạc của một trạm lấy mẫu duy nhất trên đoạn sông là đại diện và được nhiều người biết đến. Việc trộn kỹ các vùng nước chỉ có thể được thực hiện ở một khoảng cách xa. 27 Sau khi lấy mẫu, lọc ngay 11 trong số chúng qua một cân nặng 0,4 um. Bộ lọc lỗ hạt nhân (lọc áp suất). Axit hóa dịch lọc ngay sau khi tách

Sử dụng HNO3 (đến pH 1,7; thường là 4 ml I" 1) và bảo quản trong chai PE đã làm sạch trước trong tủ lạnh cho đến khi phân tích. Bộ lọc chứa các chất dạng hạt được lưu trữ trong một đĩa nhựa đã được làm sạch trước, sau đó được làm khô và phân tích Cân trước đó. Nó cũng có thể được tách bằng cách ly tâm 3000. Đơn vị của mỗi pha là g, và cỡ mẫu khoảng 51 (g là gia tốc trọng trường)

Cách lấy nước biển và nước hồ

Có nhiều cách để lấy nước sâu. Một là sử dụng 10 1 để chiết xuất các mẫu nước biển bằng polytetrafluoroethylene (PTFE), cái gọi là chai Niskin, nằm trên một sợi dây thép không gỉ không gỉ. Một chiếc được làm bằng đồng và có thể thả dọc theo dây điện; thông qua một cơ chế đặc biệt, nó đóng nắp chai Niskin ở một độ sâu nhất định. Thiết bị lấy mẫu khác được gọi là thiết bị lấy mẫu Mercos. Những hệ thống như vậy thường đắt (khoảng 2.000 đô la), nhưng thường được tìm thấy trong tất cả các đại dương hoặc hệ thống biển. Tàu nghiên cứu thực vật học. Các mẫu phụ chưa lọc được đóng vào 11 chai PE, đã được rửa bằng axit và tráng bằng nước mẫu. Mẫu nước mặt có thể lấy trực tiếp từ xuồng cao su ra khỏi chai PE sạch, cách xuồng khoảng 350 m để tránh nhiễm bẩn từ vỏ tàu. Vì việc giảm thiểu thời gian giữa lấy mẫu và lọc là rất quan trọng, vì có thể xảy ra tương tác giữa pha hòa tan và pha hạt, nên việc lấy mẫu lọc được thực hiện ngay sau khi lọc. Ví dụ, chất lơ lửng được lọc ra trên một bộ lọc. Bằng cách sử dụng giá đỡ bộ lọc polycarbonate Sartorius SM 16510, có thể thu được bộ lọc polycarbonate cấp aerosol với đường kính 47 mm và kích thước lỗ 0,4 micron. Trước khi sử dụng, vệ sinh ngăn đựng cốc lọc và tất cả các chai lọ thủy tinh theo quy trình như khi bảo quản. Để loại bỏ muối biển mới kết tinh, bộ lọc được rửa 3 lần với 50 ml nước siêu tinh khiết. Mẫu trắng thu được bằng cách đặt bộ lọc vào giá đỡ bộ lọc và thêm ba mẫu vào. Nhân với 50ml nước siêu tinh khiết. Bằng cách axit hóa với HCl siêu tinh khiết (0,5 1 nước biển, thêm 1 ml HCl 30%) hoặc làm đông lạnh, hoặc cả hai. Bộ lọc chứa chất lơ lửng lấy từ nước biển, được làm khô trong đĩa petri, sau đó được bảo quản trong tủ đông sâu. Nếu có vấn đề với bộ lọc, một số nước chưa lọc cũng được đựng trong chai PE 250 ml. Để tránh ô nhiễm nước khi có hàm lượng kim loại vi lượng rất thấp trong đại dương, tất cả các hoạt động xử lý mẫu và hóa chất phải được điều chỉnh trong phòng sạch.

Các vấn đề chính của việc phân tích chất lỏng XRF trực tiếp trong cốc đựng mẫu là:

- Nền tán xạ tia X cao, dẫn đến giới hạn phát hiện kém - Bốc hơi không khí - Hình thành hạt bụi trong quá trình phân tích làm thay đổi cường độ phổ chất phân tích - Cửa sổ của cốc đựng mẫu có độ nhạy thấp với các nguyên tố có số nguyên tử thấp qua đó bức xạ phải đi qua -Không thích hợp cho chân không Chiếu xạ-Làm nóng trong quá trình chiếu xạ có thể gây ra phản ứng hóa học hoặc tương tác của ion hóa chất lỏng và bức xạ tràn mẫu nước trong quá trình đo có thể làm hỏng cửa sổ máy dò. Giới hạn phát hiện điển hình của thời gian đếm 30 phút nằm trong phạm vi ppm, điều này chắc chắn không đủ cho các ứng dụng môi trường

Trên thực tế, nồng độ của các nguyên tố vi lượng hòa tan trong nước tự nhiên thường rất thấp nên cần phải có bước cô đặc trước. Về nguyên tắc, bất kỳ phương pháp phân tách và cô đặc trước nào được phát triển cho bất kỳ kỹ thuật phân tích nào đều có thể được sử dụng kết hợp với XRF, nhưng lý tưởng nhất là sử dụng nồng độ sơ bộ đa nguyên tố để tạo ra mục tiêu mạnh và mỏng. Tuy nhiên, cần nhớ rằng việc cô đặc trước có thể tốn nhiều thời gian và công sức, đồng thời có thêm nguy cơ nhiễm bẩn mẫu và có thể không chính xác vì các nguyên tố hóa học khác nhau có thể hoạt động khác nhau. Mặt khác, đôi khi giới hạn phát hiện sẽ giảm đi rất nhiều, tương tác giữa các phần tử có thể bị giảm và mẫu có thể được chuyển đổi thành phương pháp phân tích XRF thuận tiện nhất, đó là mục tiêu rắn đồng nhất mỏng. Đối với chất lơ lửng, bước cô đặc trước lý tưởng rất đơn giản. Bằng cách lọc, ví dụ, bằng cách lọc, màng lỗ hạt nhân có kích thước lỗ 0,4 micron (đây là giới hạn thông thường giữa" hòa tan" và" hạt" các chất trong mẫu nước môi trường), điều này được thảo luận nhiều dưới dạng bình xịt.

Việc loại bỏ vật chất trực tiếp của nền nước là điều thú vị đối với nước mưa, dẫn đến rất ít cặn, đặc biệt là đối với nước thải và nước thải, vốn rất phức tạp và rất giàu vật liệu hữu cơ nên rất khó phân tích theo bất kỳ cách nào khác. Tất cả các nguyên tố trong cặn được thu thập một cách định lượng. Một lượng lớn mẫu nước có thể được làm bay hơi trực tiếp hoặc làm khô đông lạnh, và cặn có thể được tạo thành hạt, có thể sau khi trộn với chất kết dính hữu cơ để giảm sự thay đổi hiệu ứng nền. Làm khô đông lạnh 250 ml nước thải trên 100 mg graphit, sau đó nghiền và tạo hạt cặn, có thể dẫn đến giới hạn phát hiện XRF là 5 ug I' 1.5.3.2. Nhiều phương pháp khác nhau đã được đề xuất để cô đặc hóa học. Tiền tập trung điện hóa, việc sử dụng các cột trao đổi ion và chiết xuất dung môi không phải là rất thú vị. Nó không phải là lựa chọn lý tưởng cho XRF, hoặc vì hệ số làm giàu được tạo ra kém. Tại một số điểm, việc cô đặc trước qua màng lọc trao đổi ion hoặc lọc có vẻ có triển vọng, nhưng nó hiện không được khuyến khích bởi vì các bộ lọc như vậy không dễ dàng có sẵn trên thị trường và vì những hạn chế của chúng đối với nước môi trường, những nước môi trường này thường giàu kiềm và các ion kiềm thổ. Chelation và hấp phụ và cố định tiếp theo là tốt, ngay cả ở những vùng nước có tải lượng hữu cơ tự nhiên cao, nhưng điều này đòi hỏi một quy trình hai bước tốn thời gian.

Kết tủa dường như là phương pháp được lựa chọn để phân tích vết đa nguyên tố

XRF phân tích các mẫu nước. Nhiều thuốc thử kết tủa (đồng) khác nhau đã được đề xuất trong tài liệu, và nhiều thuốc thử cho XRF cũng đã được đề xuất [4]. Loại thích hợp nhất là: sodium diethyldithiocarbamate (DDTC), đặc biệt là ammonium pyrrolidine dithiocarbamate (APDC) hoặc kết hợp cả hai. Các cacbamat đặc biệt hấp dẫn vì độ hòa tan thấp của các chelate kim loại của chúng. Theo quy trình được khuyến nghị, điều chỉnh độ pH của mẫu nước 100-500 ml thành 3,5. Sau đó, 2ml dung dịch nước APDC 1% được thêm vào. Sau 40-60 phút. Khuấy, lọc kết tủa trên màng Nuclepore với kích thước lỗ 0,22 hoặc 0,4 um, và phân tích bộ lọc đã nạp sau khi làm khô. Giới hạn phát hiện có thể thấp hơn 1 ug I' 1. Thích hợp cho một tập hợp các cation. Cần phải thừa nhận rằng việc cô đặc trước hóa chất vốn có một số rủi ro. Các chất hữu cơ tự nhiên có thể cản trở phản ứng kết tủa (co). Đưa mẫu về pH 3,5 tạo thành một sự thỏa hiệp trong vấn đề này: nhiều chất hữu cơ đã bị phá hủy, và việc điều chỉnh mẫu về pH thấp hơn đồng nghĩa với việc ô nhiễm nhiều hơn. Và một số loại nguyên tố có thể thoát ra và kết tủa; ví dụ, Cr3 sẽ được thu thập, nhưng Cr4 sẽ không được thu thập. Những vấn đề này là cố hữu đối với tất cả mọi người phương pháp tập trung trước hóa học của'