Applikationen

Die Ionenchromatographie bewältigt schwierige Trennprobleme bei verschiedenen Ionenarten und nutzt dafür in der Regel die Leitfähigkeitsdetektion. Die Massendetektion als sekundärer unabhängiger Detektor senkt die Nachweisgrenzen erheblich und bestätigt die Identität von Analyten selbst dann, wenn diese koeluieren. Dieses Poster beschreibt, wie die Kombination aus IC-MS und automatisierten Probenvorbereitungstechniken die Analyse von Anionen und Oxoanionen in anspruchsvollen Probenmatrizen wie Erde oder Explosionsrückständen meistert.

Der photometrischen Nitratbestimmung sind Grenzen gesetzt, da die entsprechenden Methoden (Salicylsäure, Brucin, 2,6-Dimethylphenol, Nesslers Reagenz nach Reduktion des Nitrats zu Ammonium) Störungen unterliegen. Die direktpotentiometrische Bestimmung unter Verwendung einer ionenselektiven Nitratelektrode bereitet Schwierigkeiten bei Anwesenheit grösserer Mengen Chlorid oder organischer Verbindungen mit Carboxylgruppen. Mit der polarographischen Nitratbestimmung steht ein Verfahren zur Verfügung, bei dem mit vergleichsweise geringem Zeitaufwand praktisch störungsfreie und damit genaue Resultate erhalten werden. Die Bestimmungsgrenze ist matrixabhängig und beträgt ca. 1 mg/L.

Der pH-Wert und das Oxidationsreduktionspotential (ORP) eines Bodens liefern wichtige Informationen über die Bodeneigenschaften, z. B. zur Löslichkeit von Mineralien und Ionenmobilität. Die Kenntnis dieser Eigenschaften ermöglicht Vorhersagen in Bezug auf Pflanzenwachstum, bakterielle Aktivitäten, möglicherweise erforderliche Nährstoffe, potenzielle korrosive Auswirkungen auf Gebäude usw. Hier wird die Bestimmung des pH-Werts nach ISO 10390, EN 15933 und ASTM D4972 beschrieben. Die Bestimmung des Oxidationsreduktionspotentials erfolgt in einer Suspension.

Cadmium, Blei und Kupfer können in einem Oxalatpuffer nach Aufschluss mit Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid mittels anodischer Stripping-Voltammetrie (ASV) gleichzeitig bestimmt werden. In der Probe vorhandenes Zinn beeinträchtigt nicht die Bestimmung von Blei.Für die voltammetrische Bestimmung von Zinn siehe Application Bulletin Nr. 176.

Es ist seit Jahren bekannt, dass die Aufnahme von zu viel Nitraten über Nahrungsmittel zu Zyanose führen kann, insbesondere bei Kleinkindern und empfindlichen Erwachsenen. Laut WHO-Standard liegt die Gefahrenstufe bei einer Massenkonzentration von c(NO3-) ≥ 50 mg/L. Jüngere Studien haben jedoch gezeigt, dass zu hohe Nitratkonzentrationen im menschlichen Körper (über Nitrit) zur Bildung von krebserregenden und sogar noch schädlicheren Nitrosaminen führen können.Bekannte photometrische Methoden für die Bestimmung des Nitratanions sind zeitaufwendig und anfällig für ein breites Spektrum an Interferenzen. Da die Nitratanalyse zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist auch die Nachfrage nach einer selektiven, schnellen und relativ genauen Methode gestiegen. Eine derartige Methode wird in diesem Application Bulletin beschrieben. Der Anhang enthält eine Auswahl an Anwendungsbeispielen, bei denen die Nitratkonzentrationen in Wasserproben, Bodenproben, Düngemitteln, Gemüse und Getränken bestimmt wurden.

Obwohl die bekannten photometrischen Methoden zur Bestimmung von Ammoniak/Ammonium präzise sind, erfordern sie einen beträchtlichen Zeitaufwand (30 Minuten Reaktionszeit bei der Nessler-Methode, 90 Minuten bei der Indophenol-Methode). Ein weiterer Nachteil dieser Methoden ist, dass nur klare Lösungen gemessen werden können. Opake Lösungen müssen zuerst mit zeitaufwendigen Verfahren geklärt werden. Diese Probleme bestehen mit der ionenselektiven Ammoniakelektrode nicht. Es können ohne Weiteres Messungen mit Abwasser, Flüssigdünger und Urin sowie Bodenproben vorgenommen werden. Insbesondere für Frischwasser- und Abwasserproben beschreiben mehrere Normen wie z. B. ISO 6778, EPA 350.2, EPA 305.3 und ASTM D1426 die Analyse von Ammonium durch Einsatz der Ionenmessung. Dieses Application Bulletin beschreibt neben der Bestimmung anderer Proben auch die Bestimmung nach diesen Normen und enthält darüber hinaus einige allgemeine Tipps und Tricks zum Umgang mit der ionenselektiven Ammoniakelektrode. Die Bestimmung von Ammoniak in Ammoniumsalzen, des Salpetersäuregehalts von Nitraten und des Stickstoffgehalts organischer Verbindungen mit der ionenselektiven Ammoniakelektrode basiert auf dem Prinzip, dass das Ammoniumion durch die Zugabe zusätzlicher Natronlauge als Ammoniakgas freigesetzt wird:NH4+ + OH- = NH3 + H2ODie Aussenmembran der Elektrode lässt das Ammoniak hindurch diffundieren. Die Änderung des pH-Werts der inneren Elektrolytlösung wird mit einer kombinierten Glaselektrode überwacht. Liegt die zu messende Substanz nicht als Ammoniumsalz vor, muss sie zuerst in ein solches umgewandelt werden. Organische Stickstoffverbindungen, insbesondere Aminoverbindungen, werden nach Kjeldahl durch Erhitzen mit konzentrierter Schwefelsäure aufgeschlossen. Bei diesem Prozess oxidiert der Kohlenstoff zu Kohlendioxid, während der organische Stickstoff quantitativ in Ammoniumsulfat überführt wird.

Kalium ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente und ist in vielen verschiedenen Mineralien und anderen Kaliumverbindungen zu finden. Es ist an vielen zellulären Funktionen wie dem Zellstoffwechsel und Zellwachstum beteiligt und daher ein lebenswichtiger Mineralstoff für Menschen, Tiere und Pflanzen. Aus diesen Gründen und zur Vermeidung von Problemen, die durch einen Mangel oder eine übermässige Aufnahme von Kalium verursacht werden können, ist es wichtig, den Kaliumgehalt von Lebensmitteln oder des Bodens deklarieren zu können.Dieses Bulletin beschreibt eine Alternative zur flammenphotometrischen Methode unter Verwendung einer ionenselektiven Elektrode und mittels Direktmessung oder Standardaddition. Es werden mehrere Kaliumbestimmungen in verschiedenen Matrices mithilfe der kombinierten kaliumselektiven Elektrode vorgestellt. Darüber hinaus sind allgemeine Hinweise, Tipps und Tricks für bewährte Messpraktiken enthalten.

Dieses Application Bulletin beschreibt …

Bestimmung von Kalzium und Magnesium in Gesteinsextrakten mittels Kationenchromatographie und anschliessender direkter Leitfähigkeitsdetektion.

Bestimmung von Gadolinium-, Samarium-, Neodym-, Cer- und Lanthanspuren mittels Kationenchromatographie und anschliessender direkter Leitfähigkeitsdetektion nach Metrohm Inline-Filtrierung.

Lehm wird für die Herstellung von Dachziegeln benötigt. Dabei verlangen Qualitätskontrollen die Bestimmung des Halogen- und Schwefelgehalts. Dies geschieht idealerweise mittels Metrohm Combustion IC. Bei dieser Methode wird der Schwefel als Sulfat und die Halogene als Halogenide bestimmt. Da Lehm oft hohe Anteile an Alkali- und Erdalkalimetallionen enthält, die das Pyrolyserohr angreifen, wird vor der Verbrennung Wolframoxid hinzugefügt.Stichwort: Pyrohydrolyse

Organische Halogenide müssen in der Umwelt überwacht werden. Die Verbrennungsionenchromatographie (CIC) wird zur genauen Halogenanalyse in Feststoffen gemäß EN 17813:2023 verwendet.

Stickstoff ist für das Pflanzenwachstum unerlässlich. Im Boden kann er in Form von Nitrat, Ammonium oder Harnstoff vorliegen. Bei der Auswahl des richtigen Düngemittels zur Anregung des Pflanzenwachstums ist es daher hilfreich, den Stickstoffgehalt des Bodens und die Form zu kennen, in welcher der Stickstoff vorliegt.Diese Application Note beschreibt eine schnelle und zuverlässige Methode zur Bestimmung der Ammoniumkonzentration im Boden mittels Standardaddition.

Zur Beurteilung der Bodenqualität muss der Nährstoffgehalt bekannt sein, darunter z. B. der Gehalt an bioverfügbaren Ionen, da ein Defizit das Pflanzenwachstum beeinträchtigen könnte. Eines der wichtigsten Ionen ist Kalium,das von den Wurzeln der Pflanzen in seiner Ionenform direkt aufgenommen wird. Es ist ein essentieller Nährstoff und wird sowohl für das gesunde Wachstum als auch für die Vermehrung benötigt.Eine gebräuchliche Methode zur Bestimmung des Kaliumgehalts ist die Extraktion von Phosphor und Kalium aus der Bodenprobe mithilfe einer sauren, auf einen pH-Wert von 4,1 gepufferten Lösung aus Calciumacetat, Calciumlactat und Eisessig. Dieser Test wird als Calcium-Acetat-Lactat-Auszug (CAL-Auszug) bezeichnet. Das Extrakt wird für gewöhnlich mittels Flammenphotometrie analysiert. In dieser Application Note stellen wir eine schnelle und kostengünstige Alternative unter Verwendung der kaliumselektiven Elektrode vor.

Boden enthält in der Regel geringe Anteile an Chrom, die meist aus Gesteinsverwitterungen, aber auch aus anthropogenen Quellen stammen. Die Speziationsanalytik von dreiwertigem – Cr(III) – und sechswertigem Chrom – Cr(VI) – ist wichtig, da ersteres ein Spurenelement und letzteres sehr toxisch ist. Die beiden Chromspezies werden als Cr(III)-EDTA-Komplex und Chromat auf der Säule Metrosep A Supp 4 - 250/4.0 getrennt. Die massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalyse (SIDMS) dient der Quantifizierung.

Die Speziationsanalytik von Eisen ist wichtig, da dessen Oxidationsstufe einen grossen Einfluss auf das Umweltverhalten hat, sowohl was die Aufnahme durch Organismen als auch den Transport und die Speicherung des Elements angeht. Eisen(II) und Eisen(III) werden auf der Säule Metrosep A Supp 10 S-Guard/4.0 getrennt. IC-ICP/MS mit Isototopenverdünnung dient der Quantifizierung.

Naphtha ist das erste Mineralölerzeugnis beim Destillationsprozess von Rohöl oder Kohlenteer. Es kommt vorwiegend als Grundstoff bei der Benzinherstellung oder als Lösungsmittel zum Einsatz. An vielen Standorten weltweit wird regelmässig versehentlich Naphtha verschüttet, was zur Kontamination des Bodens führt.Die Untersuchung verunreinigter Standorte erfolgt für gewöhnlich mittels Gaschromatographie, für die eine Bodenprobe eingefroren, gemahlen und anschliessend vor der Analyse extrahiert werden muss. Mithilfe der Nahinfrarotspektroskopie im sichtbaren Bereich sind solche Schritte der Probenvorbereitung überflüssig, was diese Methode zu einer praktischen, schnellen und einfach anzuwendenden Alternative macht.

Der Gehalt an organischen Stoffen, Kalk, Schluff, Ton und Sand sowie der pH-Wert und austauschbares Kalzium und Magnesium im Boden können mittels NIRS in Sekundenschnelle bestimmt werden.

Bestimmung von Fluorid, Chlorid, Nitrit, Nitrat und Sulfat in Bodeneluaten mittels Anionenchromatographie und anschliessender Leitfähigkeitsdetektion nach chemischer Suppression.

Bestimmung von Fluorid, Chlorid, Bromid, Nitrat, Sulfat und Iodid in Erzlauge mittels Anionenchromatographie und anschliessender Leitfähigkeitsdetektion nach chemischer Suppression.

Bestimmung von Silicat, Sulfat und Phosphat in einem Tonextrakt mittels Anionenchromatographie und anschliessender Leitfähigkeitsdetektion vor und nach der chemischen Suppression. Verwendung eines Stufengradienten und eines Schaltventils, um mit oder ohne chemischer Suppression zu arbeiten.

Lösliches Wolfram und Molybdän kommen im Boden vorwiegend in Form ihrer Oxosalze, Wolframat und Molybdat, vor. Wolframat ist eine eher schädliche Verbindung, die das Pflanzenwachstum beeinträchtigen kann. Im Gegensatz dazu ist Molybdat ein benötigtes Spurenelement, das z. B. für die Nitratfixierung bei Hülsenfrüchten erforderlich ist. Beide lassen sich einfach nach dem alkalischen Aufschluss mittels Ionenchromatographie gefolgt von einer Leitfähigkeitsdetektion im Anschluss an die chemische Suppression bestimmen.

Der Gehalt an sechswertigem Chrom (Chromat) im Boden muss möglichst gering gehalten werden, weil es als krebserregender Stoff gilt. Chromat kann durch den Einsatz Cr(VI)-haltiger Düngemittel in den Boden gelangen. Ein Grossteil dieses Chromats wird durch oxidierende organische Masse zu Cr(III) reduziert. Das restliche Chromat wird nach EN ISO 15192 mittels alkalischem Aufschluss gefolgt von einer Ionenchromatographie mit einer Nachsäulenreaktion mit 1,5-Diphenylcarbazid und anschliessender Detektion im sichtbaren Spektrum bei 538 nm bestimmt. Nach Verfahren B von EN 16318 wird für Düngemittel ein alkalischer Aufschluss und die gleiche Analysemethode angewendet.

Dieser Artikel beschreibt die Kopplung der Ionenchromatographie mit der Massenspektrometrie (IC-MS) sowie der Plasma-Massenspektrometrie (IC-ICP/MS) zur Spurenanalyse potenziell schädlicher Verbindungen in der Umwelt.

Das rasante Wachstum der Erdbevölkerung hat zu einem starken Anstieg des Energie- und Ressourcenverbrauchs sowie der Produktion von Konsumgütern und Chemikalien geführt. Man schätzt, dass 17 Millionen chemische Verbindungen auf dem Markt sind, von denen 100'000 im grossindustriellem Massstab produziert werden. Viele davon gelangen in die Umwelt. Das verlangt nach empfindlichen Analysenverfahren und leistungsstarken Analyseinstrumenten.In der Wasser- und Bodenanalytik sind pH-Wert, Leitfähigkeit und der Sauerstoffbedarf wichtige Kenngrössen. Die ersten beiden sind schnell zu bestimmen; bei letzterer wird häufig die Titration eingesetzt, die auch bei zahlreichen Einzelbestimmungen Anwendung findet. Dieser Artikel beschreibt einige wichtige normkonforme Bestimmungen in der Wasser- und Bodenanalytik.

Dieses Metrohm Whitepaper zeigt die wichtige Rolle der Elektrochemie in den Umweltwissenschaften auf. Die Anwendungen betreffen die Grundlagenforschung für die Brennstoffzelle, die Energie aus Abwasser gewinnt, die Elektrosanierung von kontamierten Böden sowie die elektrochemische CO2-Reduktion aus Treibhausgasen zur Isolierung von Chemierohstoffen.

Durch die Kopplung von Ionenchromatographie und induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP/MS) entsteht ein leistungsfähiges Messsystem, das einige besonders herausfordernde Analysen meistert. Es ermöglicht z. B. die zuverlässige Bestimmung von Elementzusammensetzungen, Oxidationszuständen und chemischen Bindungen. Diese Informationen werden z. B. zur Beurteilung der Toxizität von Arzneimitteln, Umwelt- und Wasserproben sowie Lebensmitteln und Getränken benötigt.

Die Ionenmessung kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden, z. B. mittels Ionenchromatographie (IC), optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) oder Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Dabei handelt es sich jeweils um bewährte und in analytischen Laboren häufig verwendete Methoden, die jedoch mit relativ hohen Anschaffungskosten verbunden sind. Im Gegensatz dazu stellt die Ionenmessung mittels einer ionenselektiven Elektrode (ISE) eine vielversprechende Alternative zu diesen kostspieligen Verfahren dar. In diesem Whitepaper wird erläutert, welche Schwierigkeiten bei der Anwendung von Standardaddition oder Direktmessung auftreten und wie diese überwunden werden können, damit Analytiker mehr Sicherheit im Umgang mit dieser Art von Analyse gewinnen.