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Molekülabsorptionsspektrometrie

Mit Molekülabsorptionsspektrometrie Fluor im Trinkwasser bestimmen

13.07.2010 | Autor / Redakteur: Heike Gleisner* / Marc Platthaus

Abb. 1: In unserem wichtigsten Lebensmittel, dem Trinkwasser, ist die genaue Kontrolle der Fluoridkonzentration essenziell.
Abb. 1: In unserem wichtigsten Lebensmittel, dem Trinkwasser, ist die genaue Kontrolle der Fluoridkonzentration essenziell.

Fluor ist für den Menschen gleichermaßen essenzielles Spurenelement und – ab einer bestimmten Konzentration – gesundheitliches Risiko. Der Kontrolle der Fluoridkonzentration in Lebensmitteln, insbesondere im Trinkwasser, kommt daher eine besondere Bedeutung zu. Wie die Molekülabsorptionsspektrometrie dabei hilft, lesen Sie in diesem Beitrag.

Aufgrund seiner hohen Elektronegativität ist das Element Fluor das reaktivste Nichtmetall und kommt deshalb nicht elementar sondern nur in gebundener Form vor. Fluor ist das am weitesten verbreitete Halogen. Sein Anteil in der Erdkruste beträgt rund 0,08 Prozent. Es tritt in großen Mengen im Apatit Ca5(PO4)3(F,Cl, OH) sowie im Flussspat CaF2 und im nahezu abgebauten Kryolit Na3AlF6 auf [1]. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass Fluorid auch in nahezu allen Wässern zu finden ist – wenn auch die Fluoridkonzentration je nach Wasserart und den geogenen Bedingungen sehr unterschiedlich sein kann. Maßgeblich verantwortlich für den Fluoridgehalt im Wasser sind pH-Wert, Temperatur, Löslichkeitsverhältnisse und Lösungsbeeinflussung durch geologische Voraussetzungen [2], [3].

Der Einfluss von Fluorid auf die menschliche Gesundheit hat zwei Seiten. Einerseits ist das Element essenziell für den menschlichen Organismus, da das über die Nahrung aufgenommene Fluorid Voraussetzung für die Mineralisierung des Apatit der Knochen und Zähne ist. In dieser Beziehung ist ein entsprechender Fluoridgehalt im Trinkwasser als wichtigstes Lebensmittel auch in Bezug auf eine ausreichende Kariesprophylaxe sehr wichtig. Andererseits hat aber eine zu hohe tägliche Fluoridaufnahme in der Summe aller zu sich genommenen Lebensmittel fatale Auswirkungen. Zahn- oder Knochenfluorose sind die Folge, wenn die tägliche Gesamtfluoraufnahme ca. 20 mg F pro Tag überschreitet [4].

Aus diesem Grund kommt der Kontrolle der Fluoridkonzentration in Lebensmitteln eine besondere Bedeutung zu. Trinkwasser ist das Lebensmittel Nummer 1 und unterliegt damit einer besonders intensiven Kontrolle. Fluorid wurde zu den Substanzen eingestuft, die von einer bestimmten Konzentration an zu gesundheitlichen Störungen führen. Der in der Trinkwasserverordnung festgelegte Grenzwert für Fluorid beträgt 1,5 mg/L [5].

Unterschiedliche Messverfahren

Die Bestimmung von Fluor als Nichtmetall ist in der Literatur hinreichend beschrieben. Die Methoden reichen von klassischer Gravimetrie und Volumetrie über Photometrie bis hin zu elektrochemischer Titration. Heute dominierende Methoden zur Bestimmung der Fluoridkonzentration in Wasser sind die Ionenchromatographie (IC) [6] und die Anwendung ionenselektiver Elektroden (ISE) [7]. Beiden Bestimmungsmethoden gemein ist das Ansprechverhalten auf nur ionisch gelöstes Fluorid. Organisch oder kovalent gebundenes Fluor wird nicht erfasst und macht diese Bestimmungsmethoden nur für rein wässrige Matrizes anwendbar.

Molekülabsorptionsspektrometrie

Spektroskopische Verfahren wie die ICP-OES zur Bestimmung von Fluor sind wegen des sehr hohen Ionisationspotenzials von 17,42 eV und den deshalb unter 100 nm liegenden Resonanzlinien des Fluors nicht praktikabel. Aus ähnlichem Grund kann auch mit der klassischen AAS kein Fluor bestimmt werden. Eine gängige Alternative bietet die Bestimmung von Fluor mittels Molekülabsorptionsspektrometrie (MAS). Erste Untersuchungen wurden von Dittrich [8], [9] und Tusunda [10] relativ zeitgleich zueinander durchgeführt. Aufgrund der relativ moderaten Auflösung der damals verwendeten Spektrometer und einer limitierten Untergrundkorrektur konnte sich diese Methode zur Bestimmung von Fluor nicht durchsetzen.

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