Egmont Scheubeck

A rapid enrichment method for the analysis of traces of metals in aqueous solutions

SummaryFor the determination of traces of heavy metals e. g. from distilled water, drinking water or waste water generally a suitable pretreatment of the samples is necessary. For this reason an enrichment method was developed which makes it possible to precipitate several metals together with carrier elements from aqueous solutions. To carry out the method, 10 to 500 ml of the sample are mixed with 1 ml of a diluted nitric acid to produce a weak acid starting state for the diverse samples. After addition of a reduction solution and the collector solution the metals are precipitated at a constant pH between 5.0 to 5.5 with diethylammonium-N,N-diethyldithio-carbamate. The precipitate can be collected by filtration on a membrane filter. It forms a thin layer on the membrane filter and adheres without any auxiliary products for a long time. The time required for the complete process is less than 15 minutes if the starting volume was about 100 ml. A special equipment is not necessary. In the determination of traces of metals from organic substances a special rapid decomposition method with the decomposition device BIOKLAV® was developed. By this method it is possible to convert the organic matter into an aqueous solution without addition of any chemicals. The BIOKLAV is a cylindrical pressure vessel with a safety rapid lock. A 20 g sample of organic material, e. g. meat or similar foodstuff, with a water content of 70–80% is pre-dried in the closed vessel and thereafter burnt in oxygen with elevated pressure. After this procedure all traces of metals present in the starting sample are contained in an aqueous solution consisting on the condensed water from drying and the burning products of the organic matter. The time required for the complete process is less than 30 min. From the obtained solution traces of metals are to enrich by precipitation with carbamate. The determination of the traces of metals is possible by a suitable method of analysis like atomic absorption, ICP or X-ray fluorescence. In various water samples, like drinking water and waste water, traces of Cr, Ni, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Hg and Se in amounts of 5–100μg were determined. The recovery rate was 80–90%. In organic substances Hg, Cd, Pb and As in amounts ranging from 50–250 ng/g resp. in amounts of 1–5μg were detected with recoveries of more than 80%.ZusammenfassungZur Bestimmung von Schwermetallspuren z. B. in destilliertem Wasser, Trinkwasser oder Abwasser ist im allgemeinen eine geeignete Probenvorbereitung erforderlich. Für diesen Zweck wurde ein Anreicherungsverfahren ausgearbeitet, um gleichzeitig mehrere Metalle zusammen mit Spurenfänger-elementen aus wäßrigen Lösungen ausfällen zu können. Danach werden 10–500 ml Probenlösung mit 1 ml verd. Salpetersäure versetzt, um bei den verschiedenen Proben jeweils einen schwach sauren pH-Wert einzustellen. Anschließend werden eine Reduktionslösung sowie die Spurenfängerlösung zugegeben und mit einer Pufferlösung ein pH von 5,0–5,5 eingestellt. Die gelösten Metallspuren werden mit Diäthylammonium-N,N-diäthyldithio-carbamat ausgefällt. Der Niedersclhlag wird auf einem Membranfilter gesammelt. Man erhält ohne Hilfsmittel einen dünnen elastischen Film, der lange Zeit auf dem Filter haftet. Bei einem Ausgangsvolumen von 100 ml dauert der gesamte Vorgang weniger als 15 min. Für die Bestimmung von Metallspuren in organischen Substanzen wurde ein Schnellaufschlußverfahren mit dem Aufschlußgerät BIOKLAV® entwickelt. Damit ist es möglich, die organische Matrix ohne Zusatz von Chemikalien in eine wäßrige Lösung zu überführen. Der BIOKLAV ist ein zylindrisches Druckgefäß mit einem Sicherheitsschnellverschluß. 20 g Probenmaterial mit einem Wassergehalt von 70–80%, z. B. Fleisch oder ähnliche Lebensmittel, werden im geschlossenen Gefäß zuerst vorgetrocknet und anschließend in Sauerstoff bei erhöhtem Druck verbrannt. Nach dem Aufschluß befinden sich die zu erfassenden Metallspuren in einer wäßrigen Lösung, die aus dem kondensierten Wasser des Probenmaterials und den Verbrennungsprodukten der organischen Matrix herrührt. Der gesamte Aufschluß dauert weniger als 30 min. Aus der Lösung können die Metallspuren durch Fällung mit Carbamat angereichert werden. Die Bestimmung der Elementspuren erfolgt z. B. mit Atom-Absorptions-Spektrometrie (AAS), Optischer Emissions-spektrometrie mit Plasma-Anregung (ICP) oder Röntgen-Fluoreszenz-Analyse(RFA). In verschiedenen Wasserproben, wie z. B. Trinkwasser und Abwasser wurden Spuren von Cr, Ni, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg und Se in Mengen von 5–100μg bestimmt. Die Wiederfindungsrate war 80–90%. In organischen Substanzen wurden Hg, Cd, Pb und As in Massenanteilen von 50–250 ng/g bzw. in Mengen von 1–5μg mit einer Wiederfindungsrate von mehr als 80% bestimmt.