Speciace hliníku v environmentálních vzorcích

Bc. Hana Vodičková

Master's thesis

Speciation of aluminium in environmental samples

Abstract:

Speciace hliníku v environmentálních vzorcíchSouhrnV této diplomové práci byly na základě literárních dat studovány metody speciace hliníku, konstanty stability jednotlivých forem včetně komplikovaných toxických forem typu Kegginova izomeru [AlO4Al12(OH)24(H2O)12 ]7+. Na základě literatury byla sestavena nová aktualizovaná tabulka kritických hodnot stability s nejběžnějšími ligandy (OH-, F-, H3SiO42+, SO42- a některé další). V oblasti metod speciace byly diskutovány metody skupinové speciace hliníku, jako je vyluhování vzorku specifickými roztoky např. 1M KCl, 0,5 M CuCl2, 0,1M Na4P2O7, NH4 oxalát, citrát dithionitu. Podstatná část diplomové práce byla věnována postupům validace analytické metody IC pro stanovení Al3+. Na základě literárních údajů byla identifikována kritéria, která by měla být splněna. Jedná se zejména o přesnost, linearitu, mez detekce a mez stanovitelnosti, selektivitu, asymetrii píku a robustnost metody.V experimentální části byly výše uvedené parametry měřeny a vyhodnoceny. Ve všech případech, s výjimkou robustnosti, byla požadována kritéria splněna a metodika stanovení Al3+ tedy vyhovuje požadavkům správné laboratorní praxe. Pro určení robustnosti je potřeba dlouhodobé pozorování změny podmínek, např. detektoru teploty, složení mobilní fáze, koncentrace derivatizačního činidla, případně posouzení mezilaboratorní shody výsledků. Z časových důvodů (dlouhodobá nefunkčnost chromatografické sestavy) nebylo možno tento parametr spolehlivě testovat a následně vyhodnotit. V části práce týkající se reálných půdních vzorků jsme očekávali potvrzení shodného nálezu koncentrace Al dvěma analytickými postupy pro vzorky identického původu. Celkový Al (ICP-OES) se očekával vyšší než Al3+ (IC), protože k němu se ještě přičítají další reaktivní i nereaktivní komplexy. Nicméně, experimentálně byl nalezen nižší celkový obsah Al stanovený metodou ICP OES než byl obsah výměnný Al3+ podle metody IC. Tento paradoxní závěr ukazoval, že buď měřené hodnoty Al3+ podle metody IC jsou nesprávně vyšší než Altot, nebo naopak, že metoda ICP-OES dává nesprávně nižší hodnoty Altot než jsou ve skutečnosti.Vysvětlení je možné na základě dvou variant. První varianta naznačuje, že by se s Al3+ koeluoval další trojvalentní kation jako např. Mn3+ a Fe3+. Druhá varianta je podle literárních údajů možná pravděpodobnější. Podle některých autorů je pro kvantitativní převod vzorku do měřitelné formy pomocí ICP-OES nutné zpracovat vzorek mikrovlnným rozkladem a následně použít pneumatickou nebulizaci. Na základě těchto zjištění je zřejmě nutné v budoucích pracích správnost jedné z těchto variant potvrdit experimentálně.

Abstract:

Speciation of aluminium in environmental samplesSummaryOn the basis of literature data the methods of speciation of aluminum, stability of complexes, including complicated forms of highly toxic [AlO4Al12(OH)24(H2O)12 ]7+, were studied in a submitted thesis. A new actualized table of critical values of stability constants with common ions (OH-, F-, H3SiO42+, SO42- and others) is provided.In the area of speciation, the methods of group speciation were discussed as are specific solutions as 1M KCl, 0,5 M CuCl2, 0,1M Na4P2O7, NH4 oxalate, dithionite citrate. Important part of the thesis was devoted to the procedures of validation of the determination of Al3+ by IC method. On the basis of literature data we identified criteria which ought to be adhered to. They are mainly: repeatability, linearity, limit of detection, limit of determination, selectivity, robustness, and asymmetry of the peaks. These all, with the exception of robustness were proved to be valid.For properly evaluate robustness a long term observation of the changes of the conditions is necessary, e.g. temperature of the detector, composition of the mobile phase and concentration of derivative reagent, or results of intra – laboratory tests. From time reasons (long time non-functionality of chromatographic assembly) it was not possible to reliably test and evaluate this parameter. At the part of thesis dealing with real soil samples we expected to find a same amounts of Al based on identical samples but by different experimental method. Total Al (ICP-OES) was expected to be higher than Al3+ (IC), because to it also reactive and nonreactive complexes are added. However a lower total Al content determined by ICP-OES method was measured than that of Al3+ by the IC method.This paradoxical result had shown that either the measured Al according to IC are either incorrectly higher than Altot or, on the contrary, that ICP-OES method yields incorrectly lower values than they are in reality.Possible explanation is based on two variants. According to first one there may proceed co-elution of another trivalent cation as Mn3+ and Fe3+. Second variant according to the literature data is more probable. Namely, some authors in order to obtain full content of Al in ICP-OES claimed that it was necessary to treat a sample beforehand by microwave digestion and/or pneumatical nebulization.On the basis of these facts, it will be necessary in further works to experimentally decide which variant is more correct.

Keywords

hliník, konstanty stability, validace

Keywords

aluminium, validatin, stability constants

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Ondřej Drábek, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas