Чистый отбор проб и анализ реки и эстуарии для изучения следов металлов
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
Было Общепризнанно , что некоторые результаты трассировки металла , полученные для природных вод могут быть неточными из – за артефактов , возникающих из неадекватных методов , применяемых в процессе сбора проб, обработки и определения 1,2. Реальная концентрация (в суб-нМ до диапазона нМ в поверхностных водах 3) растворенных следов металлов в настоящее время до двух порядков ниже , чем предполагалось ранее опубликованных значений. Такая же ситуация была обнаружена в морской химии, где принятые растворенные следовые концентрации металлов в водах океана уменьшились на несколько порядков в течение последних 40 лет или около того, как улучшается отбор проб и аналитические методы были введены. Были предприняты усилия для повышения качества данных с разработками «чистых методов» , направленных на снижение или устранение загрязнения следов металла на всех этапах анализа следов металла 4-8. Для определения концентрации следов металлов при температуре окружающей средыУровни, концентрирование часто требуется. Ионообменные методы 8-12 были широко применяются для эффективного предконцентрации.
Заражение может возникать из стенок контейнеров, очистка контейнеров, отбор образцов, обработки проб и хранения, а также сохранение и анализа образцов 7,13. Все исследования с использованием методов чистого , проведенные в последнее время, показывают , что концентрации следов металлов в природных водах , как правило , значительно ниже пределов обнаружения обычных методов 7. Поскольку признание подозрительных данных следов металлов в начале 1990 – х годов, чистые методы были включены в US EPA (Агентство по охране окружающей среды) Руководящие принципы для определения 14 следов металлов и Геологическая служба США приняла чистые методы их мониторинга качества воды проектов 15. Чистые методы исследования следов металлов необходимо применять во всех проектах, с тем чтобы создать прочную и точную базу данных.
<pкласс = "jove_content"> В принципе, пробы воды, используемые для определения следов металлов следует собирать с соответствующими шестернями для отбора проб конкретного материала и композиции, хранится и обрабатывается должным образом с использованием соответствующих контейнеров и устройств, прежде чем приступать к инструментальному анализу. Так как взвешенные частицы (SPM) могут подвергаться изменениям в течение периода хранения проб и изменения состава воды, быстрое отделение ВОП из проб воды является обычной практикой для изучения следов металлов в водной среде. Для определения концентраций растворенных следов металлов в природных водах, фильтрация необходима и рядный методы пригодны для фильтрации и эффективной.Распределение и поведение следов металлов в водных средах , таких как поверхностные и грунтовые воды могут быть затронуты естественными (например, погодным условиям ) и антропогенные (например, сбросы сточных вод) факторы, а также другие условия окружающей среды, такие как ренального геологии, морфология, использование земли и растительности, и климат 16-19. Это может затем привести к различиям в физико – химических параметров , таких как концентрации взвешенных частиц (SPM), растворенного органического углерода (DOC), антропогенные лигандов (например, этилендиаминтетрауксусной кислоты, ЭДТА), соль, окислительно – восстановительный потенциал и рН 17-20. Таким образом, точные и соответствующие исследования следов металлов требуют соответствующего сбора образцов для анализа следов металлов, а также для определения соответствующих факторов и параметров.
Protocol
Representative Results
Discussion
Получение достоверных данных следов металлов в природных водах требует большой осторожности, как подчеркивалось в ходе сбора проб, обработки, предварительной обработки и анализа, направленных на уменьшение загрязнения. Трассировка концентрации металлов в природных водах, полученны?…
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).
