Limpia Muestreo y Análisis de río y estuarios, aguas de trazas metálicas Estudios
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
Se ha reconocido comúnmente que algunos resultados de metales traza obtenidos para las aguas naturales pueden ser inexactos debido a los artefactos derivados de técnicas inadecuadas aplicadas durante la recogida de muestra, tratamientos y 1,2 determinación. Las concentraciones verdaderas (en sub-nm a rango nM en las aguas superficiales 3) de trazas de metales disueltos son ahora hasta dos órdenes de magnitud menor que los valores publicados anteriormente. La misma situación se ha encontrado en la química marina, donde las concentraciones de metales traza disueltos aceptados en aguas oceánicas han disminuido en varios órdenes de magnitud durante los últimos 40 años más o menos como se han introducido una mejor toma de muestras y métodos de análisis. Se han hecho esfuerzos para mejorar la calidad de los datos con la evolución de las técnicas de "limpias" encaminadas a la reducción o eliminación de la contaminación de metales traza en todas las fases de análisis de metales traza 4-8. Para la determinación de las concentraciones de metales en el ambienteniveles, a menudo es necesario preconcentración. Técnicas de intercambio iónico 8-12 se han aplicado comúnmente para la preconcentración eficiente.
La contaminación puede surgir de las paredes de los contenedores, la limpieza de los contenedores, la toma de muestras, manipulación de muestras y almacenamiento y conservación de muestras y de análisis de 7,13. Todos los estudios que utilizaron métodos de limpieza realizadas más recientemente indican que las concentraciones de metales traza en aguas naturales son por lo general muy por debajo de los límites de detección de los métodos de rutina 7. Desde el reconocimiento de los datos de metales traza sospechosos en la década de 1990, los métodos de limpieza se han incorporado a la EPA (Environmental Protection Agency) Directrices para la determinación de trazas de metal 14 y el Servicio Geológico de Estados Unidos ha adoptado métodos de limpieza para su monitoreo de la calidad del agua se proyecta 15. Métodos de limpieza para los estudios de metales traza necesitan ser empleado en todos los proyectos con el fin de crear una base de datos de empresas y precisa.
<pclass = "jove_content"> En principio, las muestras de agua utilizados para la determinación de trazas de metales se debe recoger con engranajes de toma de muestras apropiadas de un material particular y la composición, almacenada y tratada adecuadamente utilizando recipientes y aparatos apropiados, antes de proceder con el análisis instrumental. Dado que las partículas en suspensión (SPM) puede sufrir cambios durante el período de almacenamiento de muestras y alterar la composición del agua, la rápida separación de SPM a partir de muestras de agua es una práctica común para los estudios de metales traza en los ambientes acuáticos. Para la determinación de las concentraciones de metales traza disueltos en las aguas naturales, la filtración es necesaria y en línea técnicas de filtración son adecuados y eficiente.Distribución y el comportamiento de los metales traza en ambientes acuáticos tales como aguas superficiales y subterráneas pueden verse afectadas por desastres naturales (por ejemplo, a la intemperie) y antropogénicos (por ejemplo, efluentes de aguas residuales) factores, así como otras condiciones ambientales, tales como la rela geología regional, la morfología, el uso del suelo y la vegetación, y el clima 16-19. Esto puede dar lugar a diferencias en los parámetros físico-químicos tales como las concentraciones de partículas en suspensión (SPM), carbono orgánico disuelto (DOC), ligandos antropogénicas (por ejemplo, ácido etilendiaminotetraacético, EDTA), sal, potencial redox y pH 17-20. Por lo tanto, los estudios de metales traza precisos y relevantes requieren recolección adecuada de la muestra para el análisis de trazas de metales, así como para la determinación de los factores relacionados y parámetros.
Protocol
Representative Results
Discussion
La obtención de datos fiables de metales traza en aguas naturales requiere gran cuidado como destacó durante la recogida de muestras, el procesamiento, tratamientos previos, y el análisis que tienen como objetivo reducir la contaminación. Rastrear las concentraciones de metales en las aguas naturales obtenidos utilizando técnicas "limpias" en las últimas dos décadas ha encontrado que las concentraciones pueden ser varios órdenes de magnitud inferior a la reportada previamente. Criterios de calidad del …
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).
