Použití elektrodepozice pro separaci prvků v atomové spektrometrii

Mgr. Jan Knápek, Ph.D.

Doctoral thesis

Utilization of electrodeposition for elements separation in atomic spectrometry

Abstract:

Elektrodepozice na grafitové elektrodě za konstantního proudu v průtokovém uspořádání předcházející atomové absorpční spektrometrii s elektrotermickou atomizací byla navržena pro stanovení kadmia. Po elektrolýze v elektrolytické cele o objemu 2,6 ul bylo vyloučené kadmium rozpuštěno ve 40 ul 0,2 mol/l HNO3 a vzniklý roztok byl přímo nadávkován do grafitového atomizátoru. Použitím tohoto on-line uspořádání byl zjištěn limit detekce 25 ng/l pro objem vzorku 1,75 ml. Metoda byla použita pro stanovení kadmia v mořské vodě. Druhá použitá elektrolytická cela byla s velkoplošnou elektrodou vyrobenou ze síťovaného sklovitého uhlíku (RVC), což je materiál podobný pěně s otevřenou strukturou, připomínající včelí plásty. Kadmium vyloučené na této elektrodě bylo rozpuštěno v 500 ul 0,1 mol/l HNO3 a vzniklý roztok byl nasáván kapilárou zmlžovače do plamene acetylen – vzduch. Limit detekce byl 37 ug/l. Nová metoda pro stanovení těžkých kovů v matricích s vysokým obsahem solí je založena na elektrodepozici kovů a následné laserové ablaci spojené s optickou emisní (LA-ICP-OES) nebo hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem (LA ICP-MS). Byla studována tři různá uspořádání pro elektrolýzu, různé elektrodové materiály, optimální podmínky pro vylučování Cd, Cr a Cu jako pH, proud nebo doba elektrolýzy ze vzorků s vysokým obsahem solí. Po elektrodepozici byly kovy akumulované na povrchu elektrody odpařeny/ablatovány Nd:YAG laserem do ICP-OES spektrometru. Detekční limity byly 0,13 mg/l Cd, 0,15 mg/l Cu a 1,9 mg/l Cr pro uspořádání s pracovní elektrodou umístěnou na dně elektrolytické nádobky a 0,25 mg/l Cd, 0,05 mg/l Cu a 0,8 mg/l Cr pro uspořádání s rotační pracovní elektrodou. Přesnost měření, vyjádřená jako RSD, byla v rozsahu 3,8-10,3%. Analýza odpadní vody byla provedena metodou přídavku standardu. Elektrodepozice spojená s hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem byla použita pro stanovení Cd, Pb, Cu a Cr v potravinářských aditivech. Limity detekce byly 14 ug/l pro Cr, 16 ug/l pro Cu, 0,5 ug/l pro Cd a 8 ug/l pro Pb.

Abstract:

Electrodeposition on the graphite electrode under conditions of controlled current in a flow-through mode, followed by electrothermal atomic absorption spectrometry, is proposed for the determination of cadmium. After electrolysis in a microcell of 2.6 ul volume, deposited metal was dissolved in 40 ul 0,2 mol/l HNO3 and the whole volume was direct injected into the atomizer. Using this on-line arrangement and electrodeposition from 1.75 ml of sample solution detection limit of 25 ng/l Cd was attained. The method was applied for the determination of cadmium in a real sample of seawater. The second arrangement of electrolytic cell was with large surface area electrode from reticulated vitreous carbon (RVC). Cadmium electrodeposited on the carbon electrode was dissolved in 500 ul of 0.1 mol/l HNO3 and transported by nebuliser capillary to air – acetylene flame. Using this arrangement detection limit of 37 ug/l Cd was attained. A novel method for determination of heavy metals in high saline matrix is based on the electrodeposition of metals and subsequent laser ablation coupled to inductively coupled plasma optical emission spectrometry (LA-ICP-OES) or mass spectrometry (LA-ICP-MS). Three arrangements for electrodeposition were studied. The use of different working electrode materials and suitable conditions for electrodeposition of Cd, Cr and Cu (pH, deposition current, time of electrolysis) from high salt matrices were studied. After electrodeposition the metals accumulated on the surface of electrode were evaporated/ablated by Nd:YAG laser into ICP-OES spectrometer. The detection limits were 0.13 mg/l Cd, 0.15 mg/l Cu and 1.9 mg/l Cr for arrangement with stationary bottom working electrode and 0.25 mg/l Cd, 0.05 mg/l Cu, 0.8 mg/l Cr for arrangement with rotating electrode. The precision expressed as RSD was in range 3.8-10.3%. Analysis of waste water was performed by standard addition method. Electrodeposition coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry was used for determination of Cd, Pb, Cu and Cr in food additives. The detection limits were 14 ug/l Cr, 16 ug/l Cu, 0.5 ug/l Cd and 8 ug/l Pb.

Keywords

elektrodepozice, separace, atomová absorpční spektrometrie, laserová ablace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 12. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 27. 1. 2011
• Supervisor: prof. RNDr. Josef Komárek, DrSc.
• Reader: prof. RNDr. Viktor Kanický, DrSc., doc. RNDr. Petr Rychlovský, CSc., doc. Ing. Miroslav Fišera, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Analytical Chemistry