Prowadzenie skutecznych działań, których celem jest poprawa stanu środowiska naturalnego, nie jest możliwe bez wiarygodnego określenia wielkości i zasięgu jego skażenia zanieczyszczeniami chemicznymi. Ze względu na fakt, że uprzemysłowienie i rozwój cywilizacyjny prowadzą do emisji metali, w tym metali ciężkich do środowiska naturalnego, a w konsekwencji do jego rosnącego skażenia, konieczne jest monitorowanie ich zawartości w różnych próbkach środowiskowych na śladowym poziomie stężeń. Potrzeby oznaczania śladowych i ultraśladowych poziomów stężeń substancji organicznych i nieorganicznych, w tym nieulegających biodegradacji jonów metali ciężkich w różnych próbkach środowiskowych, przemysłowych i klinicznych są wciąż aktualnym problemem stawianym różnym metodom analitycznym. Jedną z takich metod, często wybieranych do oznaczania jonów metali, w tym wysoce toksycznych jonów As(III), jest metoda woltamperometrii stripingowej. W przypadku oznaczania jonów As(III) wspomniana metoda analityczna stanowi atrakcyjną alternatywę dla metod spektroskopowych nie tylko ze względu na niski koszt oraz wyeliminowanie wydzielania szkodliwego AsH3, ale przede wszystkim ze względu na możliwość analizy specjacyjnej arsenu.
Arsen (As) jest pierwiastkiem toksycznym dla człowieka. Obecność arsenu w wodach podziemnych wiąże się z jego uwalnianiem do gleb i warstw wodonośnych w wyniku procesów naturalnych np. zjawisk wulkanicznych. Czynniki antropogeniczne (procesy przemysłowe, wytapianie metali, produkcja pestycydów i środków do konserwacji drewna) zwiększają zanieczyszczenie środowiska tym pierwiastkiem. Narażenie ludzi na arsen następuje głównie poprzez spożycie skażonej wody i żywności. Długotrwała ekspozycja na ten pierwiastek występujący w ziemi, powietrzu, wodzie, pokarmie czy środowisku zawodowym może prowadzić do negatywnych skutków zdrowotnych, do których zalicza się: choroby skóry, układu oddechowego, nerwowego, krążenia, nowotwory. Częstość występowania wspomnianych skutków ubocznych zależy m.in. od wielkości i drogi ekspozycji, uwarunkowań genetycznych i demograficznych, diety.
Woltamperometria stripingowa należy do grupy bardzo czułych metod analitycznych ze względu na zawarty w procedurze pomiarowej etap nagromadzania analitu na powierzchni elektrody pracującej. Etap nagromadzania to pierwszy z dwóch etapów pomiaru w omawianej metodzie analitycznej. W drugim z nich, nazywanym stripingiem, w wyniku zmiany potencjału elektrody nagromadzony analit ulega reakcji elektrodowej, w efekcie której rejestrowana jest krzywa woltamperometryczna w postaci piku, będącego podstawą oznaczenia jakościowego i ilościowego. Pomiary prowadzone są w układzie trójelektrodowym składającym się z elektrody pracującej, na powierzchni której zachodzą reakcje elektrodowe oraz z elektrod odniesienia i pomocniczej. Elektrodą pracującą powszechnie stosowaną do pomiarów woltamperometrycznych była elektroda rtęciowa. Elektroda ta pomimo licznych zalet, do których zalicza się m.in. szeroki zakres pracy w zakresie katodowym oraz bardzo dobrze odnawialną powierzchnię, charakteryzuje się poważną wadą, jaką jest toksyczność i lotność materiału elektrodowego. W związku z tym jednym z kierunków badań związanych z metodą analizy stripingowej jest poszukiwanie nowych, przyjaznych środowisku materiałów elektrodowych, które stanowiłyby atrakcyjną alternatywę dla rtęci.
Badania realizowane w ramach projektu „Zastosowanie trybu podwójnego nagromadzania i strippingu w połączeniu z układem przepływowym do obniżenia granicy wykrywalności i zwiększenia selektywności oznaczeń w analizie stripingowej As(III)” dotyczą prowadzenia oznaczeń woltamperometrycznych w trybie podwójnego nagromadzania i stripingu w kombinacji z układem przepływowym. Pomiary w trybie podwójnego nagromadzania i stripingu, jako nowego sposobu pomiarowego w omawianej metodzie analitycznej, prowadzone są w niestandardowym układzie czteroelektrodowym, w którego skład wchodzą dwie elektrody pracujące oraz elektrody: pomocnicza i odniesienia. Dzięki zastosowaniu takiego układu pomiarowego i prze- prowadzeniu wstępnego etapu nagromadzania analitu na powierzchni pierwszej elektrody pracującej uzyskiwane jest znaczne wzmocnienie sygnału analitycznego, a w konsekwencji obniżenie granic wykrywalności w porównaniu do wartości uzyskiwanych w układach z trzema elektrodami. Z kolei zastosowanie do pomiarów układu przepływowego pozwala na wymianę elektrolitu podstawowego po etapie zatężania analitu, co wpływa na selektywność oznaczeń.
Badania realizowane w ramach projektu są próbą rozwiązania ważnych i aktualnych zagadnień dotyczących analizy stripingowej jonów, do których należą: (a) zastępowanie rtęci i wprowadzanie przyjaznych środowisku materiałów elektrodowych, które spełniałyby wymogi zielonej chemii; (b) poszukiwanie rozwiązań prowadzących do obniżenia granicy wykrywalności i zwiększenia selektywności oznaczeń opracowywanych procedur woltamperometrycznych; (c) opracowywanie sposobów eliminujących lub minimalizujących interferencje, co z kolei prowadziłoby do możliwości analizowania próbek o skomplikowanej matrycy. Dodatkową zaletą proponowanego rozwiązania jest miniaturyzacja układu pomiarowego oraz zastosowanie elektrod przyjaznych środowisku, co wpisuje się w bieżące wyzwania środowiskowe związane z ograniczeniem zużycia szkodliwych substancji oraz powstawania toksycznych ścieków.
Omawiany sposób prowadzenia pomiaru łączący zalety wynikające z jednoczesnego zastosowania metody woltamperometrii stripingowej, podwójnego nagromadzania i stripingu oraz układu przepływowego wykorzystam do opracowania procedury oznaczania jonów As(III) w obecności nadmiaru jonów Cu(II), które są głównym źródłem interferencji przy oznaczaniu jonów arsenu metodą woltamperometrii stripingowej.
Iwona Gęca
Fot. Bartosz Proll
