☠️ Arsen w wodzie
Krótko: o co chodzi
Oznaczanie arsenu w wodzie techniką generacji wodorków (HG-AAS) — redukcja As do arsanu (AsH₃) i pomiar absorpcji atomowej. Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 11969:2002; Zakres pomiarowy: 1–10 µg/L (bez rozcieńczenia). Procedura obejmuje 7 kroków (łącznie około 1 h 7 min–1 h 38 min); stosuje się je m.in. do: Kontrola jakości wody pitnej (norma: ≤ 10 µg/L), Badanie wód podziemnych w rejonach o podwyższonym tle arsenu, Monitoring wód powierzchniowych (substancje priorytetowe).
W skrócie
- Norma: PN-EN ISO 11969:2002
- Kategoria: Fizykochemia
- Kroków procedury: 7
- Łączny czas etapów: 1 h 7 min–1 h 38 min
- Zakres pomiarowy: 1–10 µg/L (bez rozcieńczenia)
- Granica wykrywalności: 0,15–0,5 µg/L
- Odzysk: 96,3–99,8%
Przegląd
Arsen jest silnie toksycznym metaloidem, klasyfikowanym przez IARC jako kancerogen grupy 1. Długotrwałe narażenie nawet na niskie stężenia w wodzie pitnej powoduje tzw. arsenikozę — zmiany skórne, neuropatię, nowotwory skóry, płuc i pęcherza moczowego. Dopuszczalne stężenie arsenu w wodzie pitnej wynosi 10 µg/L (Dyrektywa 2020/2184/UE, Dz.U. 2017 poz. 2294).
PN-EN ISO 11969 określa metodę oznaczania arsenu (w tym arsenu związanego organicznie) w wodach pitnych, podziemnych i powierzchniowych techniką generacji wodorków z detekcją absorpcji atomowej (HG-AAS). Zakres pomiarowy wynosi 1–10 µg/L, a wyższe stężenia można oznaczyć po rozcieńczeniu.
Technika HG-AAS (Hydride Generation AAS) jest specyficzna dla pierwiastków tworzących lotne wodorki — arsenu, selenu, antymonu, bizmutu, cyny, germanu i telluru. Zapewnia lepszą czułość niż konwencjonalny FAAS poprzez oddzielenie analitu od matrycy próbki.
Zasada metody
Arsen w próbce jest redukowany do lotnego arsanowodoru (arsanu, AsH₃) przez reakcję z borowodorkiem sodu (NaBH₄) w środowisku kwasowym (HCl). Reakcja zachodzi w generatorze wodorków:
As³⁺ + NaBH₄ + HCl → AsH₃↑ + NaCl + H₂↑ + H₃BO₃
Wytworzony gazowy AsH₃ jest oddzielany w separatorze gaz-ciecz i przenoszony strumieniem gazu nośnego (argon) do ogrzewanej kwarcowej kuwety absorpcyjnej (T ~ 900°C), gdzie ulega atomizacji:
AsH₃ → As⁰ + 3/2 H₂
Wolne atomy arsenu absorbują promieniowanie o długości fali 193,7 nm z lampy HCL. Absorbancja jest proporcjonalna do stężenia As w próbce.
Aby zapewnić pełną konwersję As(V) do As(III) — który reaguje z NaBH₄ — próbkę wstępnie redukuje się jodkiem potasu (KI) w środowisku kwasowym.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (norma: ≤ 10 µg/L)
- Badanie wód podziemnych w rejonach o podwyższonym tle arsenu
- Monitoring wód powierzchniowych (substancje priorytetowe)
- Analiza ścieków przemysłowych (hutnictwo, przetwórstwo rud)
- Badania hydrogeologiczne — arsen naturalnego pochodzenia
- Ocena ryzyka zdrowotnego przy ujęciach wody
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 1–10 µg/L (bez rozcieńczenia) |
| Granica wykrywalności | 0,15–0,5 µg/L |
| Odzysk | 96,3–99,8% |
| Długość fali | 193,7 nm (linia rezonansowa As) |
| Powtarzalność | RSD < 5% |
| Temperatura atomizacji | ~900°C (kuweta kwarcowa) |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 11969:2002
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie arsenu — Metoda atomowej spektrometrii absorpcyjnej (technika wodorkowa)
- Title (EN)
- Water quality — Determination of arsenic — Atomic absorption spectrometric method (hydride technique)
Procedura krok po kroku
-
Przygotowanie próbki
Pobrać próbkę do pojemnika PE. Zakwasić HCl lub HNO₃ do pH < 2. Filtracja 0,45 µm dla form rozpuszczonych. Przechowywać w ciemności, analiza do 7 dni.
-
Preredukcja As(V) do As(III)
Do 50 mL próbki dodać 5 mL roztworu KI/kwas askorbinowy. Odczekać 45 min w temperaturze pokojowej (lub 15 min w 60°C). As(V) → As(III).
-
Przygotowanie roztworów
Przygotować świeży roztwór NaBH₄ (0,6% w 0,5% NaOH) i HCl 5 mol/L. Roztwory wzorcowe: 0; 1; 2; 5; 10 µg/L As w HCl.
-
Ustawienie aparatu
Zainstalować lampę As (193,7 nm). Podłączyć generator wodorków. Rozgrzać kuwetę kwarcową do ~900°C. Ustawić przepływ argonu 100–200 mL/min.
-
Kalibracja
Zmierzyć serię wzorców. Zweryfikować liniowość (R² > 0,998). Sprawdzić czułość — absorbancja wzorca 10 µg/L powinna dawać wyraźny sygnał.
-
Pomiar próbek
Pompowanie próbki + HCl + NaBH₄ do generatora. AsH₃ oddzielany w separatorze, przenoszony do kuwety. Odczyt absorbancji. Płukanie między próbkami.
-
Kontrola jakości
CRM co 10 próbek. Próbka kontrolna i ślepa. Duplikat co 20 próbek. Odzysk 90–110%.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Spektrometr AAS z generatorem wodorków | Agilent 280FS + VGA 77, Shimadzu AA-7800 + HVG-1, Thermo iCE 3500 + VP100 | 120 000–300 000 PLN |
| Generator wodorków (HG) | Agilent VGA 77, Shimadzu HVG-1 — systemy ciągłe lub wstrzykowe (FIA) | 40 000–80 000 PLN |
| Ogrzewana kuweta kwarcowa | Kwarcowa cela absorpcyjna z grzejnikiem elektrycznym do ~900°C | 5 000–15 000 PLN |
| Lampa HCL dla arsenu | Lampa z katodą wgłębną As, Agilent/Heraeus/Photron | 800–1 500 PLN |
| Pompa perystaltyczna | Do podawania próbki, HCl i NaBH₄ do chemifold-u | 5 000–12 000 PLN |
| Separator gaz-ciecz | Szklany lub PTFE, do oddzielenia AsH₃ od roztworu | 500–2 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Borowodorek sodu (NaBH₄) | 16940-66-2 | 0,6% (w/v) w 0,5% NaOH. Reduktor — generuje AsH₃. Przygotowywać świeżo |
| Kwas solny (HCl) | 7647-01-0 | Czystość Suprapur, 5–6 mol/L, środowisko kwasowe do generacji wodorków |
| Jodek potasu (KI) | 7681-11-0 | 5% (w/v) w 5% kwasie askorbinowym. Preredukcja As(V) → As(III) |
| Kwas askorbinowy | 50-81-7 | 5% (w/v), stabilizator KI, zapobiega utlenieniu jodków |
| Roztwór wzorcowy As (1000 mg/L) | 7440-38-2 | Certyfikowany CRM. Rozcieńczać w HCl, przechowywać w ciemności |
| Wodorotlenek sodu (NaOH) | 1310-73-2 | Do stabilizacji roztworu NaBH₄ (zapobiega rozkładowi) |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Arsanowodór (AsH₃) — ekstremalnie toksyczny gaz! Bezwzględnie pracować pod wyciągiem dygestorium
- Związki arsenu — rakotwórcze (IARC grupa 1). Rękawice nitrylowe, unikać kontaktu i wdychania
- NaBH₄ — reaguje gwałtownie z kwasami (wydzielanie H₂). Dodawać ostrożnie, daleko od źródeł zapłonu
- HCl stężony — żrący, duszący. Praca wyłącznie w dygestorium
- Odpady zawierające As — odpad niebezpieczny, zbierać oddzielnie
- Kompletny sprzęt ochrony osobistej: fartuch, okulary, rękawice, dygestorium
Najczęstsze pytania
Jaka norma opisuje to badanie?
Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 11969:2002 — „Jakość wody — Oznaczanie arsenu — Metoda atomowej spektrometrii absorpcyjnej (technika wodorkowa)”. Tytuł angielski: „Water quality — Determination of arsenic — Atomic absorption spectrometric method (hydride technique)”.
Na czym polega ta metoda?
Arsen w próbce jest redukowany do lotnego arsanowodoru (arsanu, AsH₃) przez reakcję z borowodorkiem sodu (NaBH₄) w środowisku kwasowym (HCl). Reakcja zachodzi w generatorze wodorków: As³⁺ + NaBH₄ + HCl → AsH₃↑ + NaCl + H₂↑ + H₃BO₃ Wytworzony gazowy AsH₃ jest oddzielany w separatorze gaz-ciecz i przenoszony strumieniem gazu nośnego (argon) do ogrzewanej kwarcowej kuwety absorpcyjnej (T ~ 900°C), gdzie ulega atomizacji: AsH₃ → As⁰ + 3/2 H₂ Wolne atomy arsenu absorbują promieniowanie o długości fali 193,7 nm z lampy HCL.
Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?
Zakres pomiarowy: 1–10 µg/L (bez rozcieńczenia); Granica wykrywalności: 0,15–0,5 µg/L; Odzysk: 96,3–99,8%; Długość fali: 193,7 nm (linia rezonansowa As).
Ile trwa wykonanie badania?
Suma czasów podanych przy poszczególnych etapach to około 1 h 7 min–1 h 38 min. Procedura obejmuje 7 kroków.
Jaki sprzęt jest potrzebny?
Spektrometr AAS z generatorem wodorków, Generator wodorków (HG), Ogrzewana kuweta kwarcowa, Lampa HCL dla arsenu, Pompa perystaltyczna, Separator gaz-ciecz. Orientacyjny koszt podstawowej aparatury (Spektrometr AAS z generatorem wodorków): 120 000–300 000 PLN.
Gdzie stosuje się to badanie?
Kontrola jakości wody pitnej (norma: ≤ 10 µg/L); Badanie wód podziemnych w rejonach o podwyższonym tle arsenu; Monitoring wód powierzchniowych (substancje priorytetowe); Analiza ścieków przemysłowych (hutnictwo, przetwórstwo rud); Badania hydrogeologiczne — arsen naturalnego pochodzenia; Ocena ryzyka zdrowotnego przy ujęciach wody.
Jakie środki ostrożności obowiązują?
Arsanowodór (AsH₃) — ekstremalnie toksyczny gaz! Bezwzględnie pracować pod wyciągiem dygestorium; Związki arsenu — rakotwórcze (IARC grupa 1). Rękawice nitrylowe, unikać kontaktu i wdychania; NaBH₄ — reaguje gwałtownie z kwasami (wydzielanie H₂). Dodawać ostrożnie, daleko od źródeł zapłonu; HCl stężony — żrący, duszący. Praca wyłącznie w dygestorium; Odpady zawierające As — odpad niebezpieczny, zbierać oddzielnie; Kompletny sprzęt ochrony osobistej: fartuch, okulary, rękawice, dygestorium.
Które laboratorium wykona to badanie?
Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-EN ISO 11969.