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Fluoreszenzspektrometrie Schnelle Fluoreszenzspektrometrie für die Wasseranalytik

| Autor / Redakteur: Rainer Nehm* und Peter Herzsprung** / Dr. Ilka Ottleben

Wasser gehört zu den wichtigsten Gütern der Menschheit und unterliegt in weiten Teilen der Erde einer intensiven Kontrolle. Ein neues Fluoreszenzspektrometer ermöglicht nun die besonders schnelle Analyse organischer Verbinungen im Rahmen der Wasseranalytik.

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(Bild: Horiba Jobin Yvon/UFZ)

Gut 71% der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt, 65% des menschlichen Gesamtkörpergewichtes besteht aus Wasser – Wasser ist elementar für alle Stoffwechselvorgänge und zählt in Form von Trinkwasser zu den wichtigsten Gütern jeder Gesellschaft. Daher unterliegt es einer strengen und intensiven Kontrolle. Die Analyse und die damit zu bestimmenden Parameter richten sich nach der Klassifizierung des Wassers (Trinkwasser, Abwasser, Mineralwasser, etc.). So unterliegt in Deutschland das Trinkwasser der Trinkwasserverordnung, in der die Überwachung einer ganzen Reihe von Parametern geregelt ist. Hierzu zählen neben so genannten Indikatorparametern (Färbung, Geschmack, elektrische Leitfähigkeit, etc.) auch mikrobiologische (Enterokokken, coliforme Bakterien, etc.) und chemische Parameter. Neben in Wasser gelösten Metallen wie Cadmium, Blei, Chrom und Nickel sind auch anionische Bestandteile wie Bromat, Fluorid oder Nitrat und zudem organische Verbindungen wie Benzol, Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte zu bestimmen.

Die Überwachung organischer Komponenten in Gewässern nimmt dabei einen immer höheren Stellenwert ein. Wasser fließt durch die Natur und transportiert dadurch gelöste organische Substanzen (CDOM; chromophoric dissolved organic matter). Diese stammen aus unterschiedlichsten Quellen und hierdurch bedingt variiert sowohl die Zusammensetzung als auch die Konzentration dieser CDOM. Neben dem naturgegebenen Eintrag organischer Komponenten in aquatische Systeme spielt der Eintrag von organischen Komponenten durch den Menschen eine immer größere Rolle. Als wichtige Eintragsquellen sind hier die Landwirtschaft, der Einsatz organischer Chemikalien in der Industrie sowie der unumgängliche Einsatz von Arzneimitteln zu nennen.

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Die Konzentrationen der CDOM im Wasser und ihre anteilsmäßige Verteilung sind großen Schwankungen unterworfen. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist z.B. die Probennahme. In Abhängigkeit vom Ort und Zeitpunkt der Probennahme kann die Konzentration und die chemische Zusammensetzung stark schwanken. Die ursprüngliche Zusammensetzung unterliegt aber weiteren Variationen, da verschiedene chemische, photochemische und biologische Prozesse wie Fäulnis die Grundzusammensetzung verändern können.

Schnelles Spektrometer für die Wasseranalytik

Eine Technik zur Analyse organischer Substanzen stellt die Fluoreszenzspektroskopie dar. Ein wesentlicher Vorteil der Fluoreszenzspektroskopie ist, dass keine größeren Probenvorbereitungsschritte wie Festphasenextraktion oder Derivatisierungen nötig sind.

Mit dem Aqualog (s. Abb. 2) hat Horiba Scientific ein neues schnelles Fluoreszenzspektrometer entwickelt und auf den Markt gebracht, das speziell an die Bedürfnisse der Analytik von Wasserproben angepasst wurde. Neu und einzigartig ist, dass zur notwendigen Korrektur des so genannten inneren Filtereffektes das Absorptionsspektrum simultan mit dem Emissionsspektrum erfasst wird. Der innere Filtereffekt ist bei der Fluoreszenzspektroskopie eine grundsätzlich auftretende Begleiterscheinung [1], da andere Moleküle um die eingestrahlten Photonen konkurrieren können (primärer innerer Filtereffekt) und die generierte Fluoreszenzstrahlung auf ihrem Weg durch die Probe wieder absorbiert werden kann (sekundärer innerer Filtereffekt). Somit wirkt die fluoreszenzfähige Probe gleichzeitig auch als Filter. Das Absorptionsspektrum wird mithilfe einer Si-Fotodiode aufgenommen. Das Emissionsspektrum wird von einem CCD-Detektor bestimmt, der ca. 100-mal schneller arbeitet als herkömmliche Fotomultiplier.

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