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Schwermetalle

Schwermetalle im Trinkwasser bestimmen

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Spektroskopische Verfahren

Üblicherweise werden die Techniken der Atomspektroskopie, wie Atomabsorption (Flamme und Graphitrohrofen), Optische Atomemission mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) und Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) dazu eingesetzt, essenzielle Metalle, Spurenelemente und Ultraspuren toxischer Schwermetalle in Trinkwasser zu bestimmen. Die Messbereiche dieser Analysenverfahren können überlappend sein und für eine gegebene analytische Aufgabenstellung kann mehr als eine der Techniken in Frage kommen.

Bei der Entscheidung für ein bestimmtes atomspektroskopisches Verfahren ist es empfehlenswert, eine Technik zu wählen, deren Nachweisstärke etwa zehnfach besser ist, als die jeweiligen unteren Grenzwerte, und zudem die Analysenmethode anhand von zertifizierten Referenzstandards für Trinkwasser (z.B. NIST 1643e) zu validieren. Die Richtigkeit der entwickelten oder dokumentierten Methode kann durch Aufstockung der Proben und Messungen von QC-Standards zusätzlich abgesichert werden.

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Auswahl einer Analysentechnik

Graphitrohr-AAS und ICP-MS sind die gängigsten Techniken bei der Routineanalytik von Trinkwasser, da sie die niedrigsten Nachweisgrenzen liefern. Die AAS bietet einen Arbeitsbereich, der ideal zu den üblichen Elementkonzentrationen im Trinkwasser passt. und wird daher gewöhnlich von amtlichen Laboratorien bevorzugt. Graphitrohrsysteme mit dem Design des transversal beheizten Ofens (THGA) liefern den Vorteil deutlich verringerter Matrixinterferenzen. Dieser Vorteil wird durch die Kombination des querbeheizten Graphitrohrs mit der longitudinalen Zeeman-Untergrundkorrektur zusätzlich ausgeweitet. Gleichzeitig verfügt der Anwender über ein Gerät mit einfacher Handhabung und minimaler Auswertezeit, das keine besonderen Ansprüche an Erfahrung und Ausbildung stellt.

Eine beliebte und kostensparende Ausrüstung für Trinkwasseranalytik besteht aus der Kombination von Flammen- und Graphitrohr-AAS. Diese eignet sich hervorragend für die Analyse von Tafel- und Mineralwässern, bei welchen sowohl die Menge möglicher Verunreinigungen durch Schwermetalle, als auch die Mineralisierung bestimmt werden muss. Dabei ermöglichen die niedrigen Nachweisgrenzen der Graphitrohr-AAS eine Quantifizierung der Schwermetalle im Spurenbereich, während die Flammen-AAS zur Bestimmung der höheren Konzentrationen essenzieller Metall-ionen verwendet wird. Für maximale Effizienz beim Anwenden dieser dualen Technik ist der leichte und automatische Wechsel zwischen den beiden Analysenverfahren von entscheidender Bedeutung.

Tabelle 1 und 2 enthalten die Ergebnisse einer Analyse von Leitungs- und Mineralwasser mit Flammen- und Graphitrohr-AAS. Sämtliche Werte für Spurenmetalle im Trinkwasser liegen unterhalb der U.S. MCL-Grenzwerte. Dies ist ein deutlicher Beleg für die Leistungsfähigkeit der AAS bei der Bestimmung von essenziellen Metallionen und Spurenelementen, sowie für die Sicherstellung, dass deren Gehalte keine gesetzlichen Grenzwerte überschreiten. Alle Messungen wurden auf einem AAS-Gerätemodell AAnalyst 800 von PerkinElmer durchgeführt.

Im Vergleich zur AAS ist die ICP-MS eine relativ neue Analysentechnik, die sowohl einen hohen Probendurchsatz, als auch die gesetzlich vorgeschriebenen niedrigen Nachweisgrenzen liefert. Dadurch ist die ICP-MS eine ideale Technik für Auftragslaboratorien mit einer großen Produktivität, welche die höheren Einstiegskosten der ICP-MS gegenüber der AAS rechtfertigt. Ein Hauptvorteil der ICP-MS, verglichen mit traditionellen Analysenverfahren, ist überdies die Multielementfähigkeit in einem breiten linearen Arbeitsbereich, welcher für weitere analytische Applikationen erforderlich ist.

Mit vielen ähnlichen Anwendungsbereichen ist die AAS im Allgemeinen das ideale Werkzeug für Laboratorien mit niedrigem bis mittlerem Probenanfall, während sich die ICP-MS bestens für den Einsatz in Laboratorien mit mittlerem bis hohem Probendurchsatz eignet.

Schlussfolgerung

Trinkwasseranalysen sind entscheidend für den Gesundheitsschutz und das Wohlbefinden von Mensch und Umwelt. Regulierungsstellen, wie die Europäische Kommission DWD, setzen strenge Grenzen für die zulässige Menge von Schwermetallen in Trinkwasser. Die Atomspektroskopie dient den Laboratorien als sicheres Arbeitsmittel, womit Umweltanalytiker empfindlich und korrekt die Gehalte von Schwermetallen laufend überwachen und somit die Wasserversorgungsgüte gewährleisten können.

*Dr. P. Sarojam und E. Buseth, PerkinElmer Analytical Sciences and Laboratory Services, Shelton/USA, Tel. (PerkinElmer Deutschland)

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