نظيفة أخذ العينات وتحليل نهر ومصبات الأنهار المياه للدراسات المعدنية تتبع
Summary
Special care using “clean techniques” is required to properly collect and process water samples for trace metal studies in aquatic environments. A protocol for sampling, processing, and analytical procedures with the aim of obtaining reliable environmental monitoring data and results with high sensitivity for detailed trace metal studies is presented.
Abstract
Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination control. Developments of some techniques aiming to reduce trace metal contamination in the last couple of decades have resulted in concentrations reported now being orders of magnitude lower than those in the past. These low concentrations often necessitate preconcentration of water samples prior to instrumental analysis of samples. Since contamination can appear in all phases of trace metal analyses, including sample collection (and during preparation of sampling containers), storage and handling, pretreatments, and instrumental analysis, specific care needs to be taken in order to reduce contamination levels at all steps. The effort to develop and utilize “clean techniques” in trace metal studies allows scientists to investigate trace metal distributions and chemical and biological behavior in greater details. This advancement also provides the required accuracy and precision of trace metal data allowing for environmental conditions to be related to trace metal concentrations in aquatic environments.
This protocol that is presented here details needed materials for sample preparation, sample collection, sample pretreatment including preconcentration, and instrumental analysis. By reducing contamination throughout all phases mentioned above for trace metal analysis, much lower detection limits and thus accuracy can be achieved. The effectiveness of “clean techniques” is further demonstrated using low field blanks and good recoveries for standard reference material. The data quality that can be obtained thus enables the assessment of trace metal distributions and their relationships to environmental parameters.
Introduction
وقد اعترف عموما أن بعض النتائج المعادن النزرة التي تم الحصول عليها للمياه الطبيعية قد تكون غير دقيقة بسبب القطع الأثرية الناتجة عن التقنيات غير كافية تطبيقها خلال جمع العينات والعلاجات و1،2 تقرير. تركيزات الحقيقية (في نانومتر الفرعي لمجموعة نانومتر في المياه السطحية 3) من المعادن النزرة المنحلة هي الآن ما يصل الى اثنين أوامر من حجم أقل من القيم التي تم نشرها مسبقا. تم العثور على نفس الوضع في الكيمياء البحرية حيث انخفضت قبلت تركيزات المعادن النزرة الذائبة في مياه المحيطات من حيث الحجم على مدى السنوات ال 40 الماضية أو نحو ذلك كما استحدثت تحسين أساليب أخذ العينات والتحليل. وقد بذلت جهود لتحسين نوعية البيانات مع تطورات "التقنيات النظيفة" التي تهدف إلى خفض أو القضاء على تلوث المعادن النزرة في جميع مراحل تحليل المعادن النزرة 4-8. لتحديد تركيزات المعادن النزرة في المحيط المستويات، في كثير من الأحيان هو مطلوب preconcentration. تقنيات التبادل الأيوني 8-12 طبقت عادة لpreconcentration كفاءة.
تلوث يمكن أن تنشأ من جدران الحاويات وتنظيف الحاويات، وأخذ العينات، عينة المناولة والتخزين، وحفظ العينات والتحليل 7،13. كل الدراسات التي تستخدم أساليب نظيفة أجريت في الآونة الأخيرة تشير إلى أن تركيزات المعادن النزرة في المياه الطبيعية وعادة ما تكون أقل بكثير من حدود الكشف عن الأساليب الروتينية 7. منذ الاعتراف من بيانات التتبع معدنية مشبوهة في 1990s في وقت مبكر، وقد أدرجت الطرق النظيفة في الولايات المتحدة وكالة حماية البيئة (وكالة حماية البيئة) مبادئ توجيهية لتحديد المعادن النزرة 14 واعتمد المسح الجيولوجي الامريكية أساليب نظيفة لرصد نوعية المياه على 15 مشروعا. تحتاج إلى استخدامها في جميع المشاريع من أجل إنشاء قاعدة بيانات واضحة ودقيقة وسائل نظيفة للدراسات المعدنية أثر.
<p الطبقة = "jove_content"> من حيث المبدأ، وعينات من المياه المستخدمة لتحديد المعادن النزرة وينبغي جمع مع التروس الملائمة لأخذ العينات من مادة معينة والتكوين، وتخزينها ومعالجتها بشكل صحيح باستخدام أواني والأجهزة المناسبة، قبل الشروع في التحليل الآلي. منذ المواد العالقة (SPM) يمكن أن تخضع لتغييرات خلال الفترة تخزين العينات ويغير تركيب المياه، والفصل السريع لSPM من عينات المياه هو ممارسة شائعة للدراسات المعدنية النادرة في البيئات المائية. لتحديد تراكيز المعادن النزرة الذائبة في المياه الطبيعية، والترشيح ضروري وفي خط تقنيات الترشيح هي مناسبة وفعالة.توزيع وسلوك المعادن النزرة في البيئات المائية مثل المياه السطحية والجوفية يمكن أن تتأثر الطبيعية (على سبيل المثال، والتجوية) وبشرية المنشأ (على سبيل المثال، المياه المستعملة) العوامل، فضلا عن الظروف البيئية الأخرى، مثل إعادةالجيولوجيا اإلقليمية والصرف، واستخدام الأراضي والغطاء النباتي، والمناخ 16-19. وهذا يمكن أن يؤدي بعد ذلك إلى اختلافات في المعلمات الفيزيائية مثل تركيزات الجسيمات العالقة (SPM)، الكربون العضوي المذاب (DOC)، بروابط البشرية (على سبيل المثال، ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل، EDTA)، والملح، وإمكانات الأكسدة ودرجة الحموضة 17-20. لذلك، دراسات المعادن النزرة دقيقة وذات الصلة تتطلب جمع المناسب من عينات لتحليل المعادن النزرة وكذلك لتحديد العوامل والمعايير ذات الصلة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الحصول على بيانات موثوقة المعادن النزرة في المياه الطبيعية يتطلب عناية كبيرة كما أكد خلال جمع العينات ومعالجتها والمعالجة المسبقة، والتحليلات التي تهدف إلى الحد من التلوث. تتبع تركيزات المعادن في المياه الطبيعية التي تم الحصول عليها باستخدام "التقنيات النظيفة&qu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Drs. Bobby J. Presley, Robert Tayloy, Paul Boothe, Mr. Bryan Brattin, and Mr. Mike Metcalf for their assistance during the laborious field sampling and lab work for the practical development and application of “clean techniques”.
Materials
| Nitric Acid | Seastar Chemicals | Baseline grade | |
| Ammonium hydroxide | Seastar Chemicals | Baseline grade | |
| Acetic Acid | Seastar Chemicals | Baseline grade | |
| Nitric Acid | J. T. Baker | 9601-05 | Reagent grade |
| Hydrochloric acid | J. T. Baker | 9530-33 | Reagent grade |
| Chromatographic columns | Bio-Rad | 7311550 | Poly-Prep |
| Column stack caps | Bio-Rad | 7311555 | |
| Cap connectors (female luers) | Bio-Rad | 7318223 | |
| 2-way stopcocks | Bio-Rad | 7328102 | |
| Cation exchange resin | Bio-Rad | 1422832 | Chelex-100 |
| Portable sampler (sampling pump) | Cole Palmer | EW-07571-00 | |
| FEP tube | Cole Palmer | EW-06450-07 | 6.4 mm I.D., 9.5 mm O.D. |
| Pumping tube | Cole Palmer | EW-06424-24 | 6.4 mm I.D. C-Flex |
| Capsule filter (0.4 mm) | Fisher Scientific | WP4HY410F0 | polypropylene casing |
| 1 L low density polyethylene bottle | NALGE NUNC INTERNATIONAL | 312088-0032 | |
| 1 L (or 500 ml) FEP bottle | NALGE NUNC INTERNATIONAL | 381600-0032 |
References
- Taylor, H. E., Shiller, A. M. Mississippi River Methods Comparison Study: Implications for water quality monitoring of dissolved trace elements. Environmental Science and Technology. 29, 1313-1317 (1995).
- Windom, H. L., Byrd, J. T., Smith, R. G., Huan, F. Inadequacy of NASQAN data for assessing metal trends in the nation’s rivers. Environmental Science and Technology. 25 (6), 1137-1142 (1991).
- Mason, R. P. . Trace Metals in Aquatic Systems. , (2013).
- Wen, L. -. S., Santschi, P., Gill, G., Paternostro, C. Estuarine trace metal distributions in Galveston Bay: importance of colloidal forms in the speciation of the dissolved phase. Marine Chemistry. 63, 185-212 (1999).
- Wen, L. -. S., Stordal, M. C., Tang, D., Gill, G. A., Santschi, P. H. An ultraclean cross-flow ultrafiltration technique for the study of trace metal phase speciation in seawater. Marine Chemistry. 55, 129-152 (1996).
- Benoit, G. Clean technique measurement of Pb, Ag, and Cd in freshwater: A redefinition of metal pollution. Environmental Science and Technology. 28, 1987-1991 (1994).
- Benoit, G., Hunter, K. S., Rozan, T. F. Sources of trace metal contamination artifacts during collection, handling, and analysis of freshwater. Analytical Chemistry. 69 (6), 1006-1011 (1997).
- Jiann, K. -. T., Presley, B. J. Preservation and determination of trace metal partitioning in river water by a two-column ion exchange method. Analytical Chemistry. 74 (18), 4716-4724 (2002).
- Fardy, J. J., Alfassi, Z. B., Wai, C. M. . Preconcentration Techniques for Trace Elements. , 181-210 (1992).
- Pai, S. -. C. Pre-concentration efficiency of Chelex-100 resin for heavy metals in seawater. Part 2. Distribution of heavy metals on a Chelex-100 column and optimization of the column efficiency by a plate simulation method. Analytica Chimica Acta. 211, 271-280 (1988).
- Pai, S. -. C., Fang, T. -. H., Chen, C. -. T. A., Jeng, K. -. L. A low contamination Chelex-100 technique for shipboard pre-concentration of heavy metals in seawater. Marine Chemistry. 29, 295-306 (1990).
- Pai, S. -. C., Whung, P. -. Y., Lai, R. -. L. Pre-concentration efficiency of Chelex-100 resin for heavy metals in seawater. Part 1. Effects of pH and salts on the distribution ratios of heavy metals. Analytica Chimica Acta. 211, 257-270 (1988).
- Salbu, B., Oughton, D. H., Salbu, B., Steinnes, E. . Trace Elements in Natural Waters. , 41-69 (1995).
- . U.S. Environmental Protection Agency. Method 1669. Sampling ambient water for trace metals at EPA Water Quality criteria levels Available from: https://www3.epa.gov/caddis/pdf/Metals_Sampling_EPA_method_1669.pdf (1996)
- Horowitz, A. J., et al. Problems associated with using filtration to define dissolved trace metal concentrations in natural water samples. Environmental Science and Technology. 30, 954-963 (1996).
- Cortecci, G., et al. Geochemistry of trace elements in surface waters of the Arno River Basin, northern Tuscany, Italy. Applied Geochemistry. 24 (5), 1005-1022 (2009).
- Markich, S. J., Brown, P. L. Relative importance of natural and anthropogenic influences on the fresh surface water chemistry of the Hawkesbury-Nepean River, south-eastern Australia. The Science of the Total Environment. 217, 201-230 (1998).
- Shafer, M. M., Overdier, J. T., Hurley, J. P., Armstrong, D., Webb, D. The influence of dissolved organic carbon, suspended particles, and hydrology on the concentration, partitioning and variability of trace metals in two contrasting Wisconsin watersheds (U.S.A.). Chemical Geology. 136, 71-97 (1997).
- Warren, L. A., Haack, E. A. Biogeochemical controls on metal behaviour in freshwater environments. Earth-Science Reviews. 54, 261-320 (2001).
- Jiann, K. -. T., Santschi, P. H., Presley, B. J. Relationships between geochemical parameters (pH, DOC, SPM, EDTA Concentrations) and trace metal (Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) concentrations in river waters of Texas (USA). Aquatic Geochemistry. 19 (2), 173-193 (2013).
- Peltzer, E. T., et al. A comparison of methods for the measurement of dissolved organic carbon in natural waters. Marine Chemistry. 54, 85-96 (1996).
- Nowack, B., Kari, F., Hilger, S. U., Sigg, L. Determination of dissolved and adsorbed EDTA species in water and sediments by HPLC. Analytical Chemistry. 68 (3), 561-566 (1996).
- Bergers, P. J. M., de Groot, A. C. The analysis of EDTA in water by HPLC. Water Research. 28 (3), 639-642 (1994).
