MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Přírodovědecká fakulta Výzkumné centrum pro chemii životního prostředí a ekotoxikologii SPECIACE CÍNU VE VZORCÍCH ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Bakalářská práce Veronika Pešková Vedoucí práce: Mgr. Jiří Machát, Ph. D. Brno, 2008

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem zadanou bakalářskou práci vypracovala samostatně, na základě uvedené literatury pod vedením vedoucího bakalářské práce pana Mgr. Jiřího Macháta, Ph. D.. V Brně dne... Podpis 2

3 Poděkování Za pomoc a cenné rady děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Mgr. Jiřímu Machátovi, Ph. D.. 3

4 OBSAH 1. Úvod Teoretická část Vlastnosti cínu a studovaných sloučenin Použití organocíničitých sloučenin Toxicita organocíničitých sloučenin Organocíničité sloučeniny a životní prostředí Analytické metody Experimentální část Použité chemikálie Použité vzorky Použité přístroje Experimenty Výsledky a diskuse Parametry ICP-MS detektoru Funkce vnitřního standardu Čistota standardů Výtěžnost jednotlivých kroků přípravy vzorku Výsledky analýzy reálného vzorku Diskuse Závěr Seznam zkratek Použitá literatura

5 1. ÚVOD Organocíničité sloučeniny jsou sloučeniny obsahující kovalentní vazbu uhlík cín. Do prostředí se dostávají z antropologických zdrojů a přirozeně se v něm nevyskytují. Komerčně jsou využívány tetra-, tri-, di- a monoorganocíničité sloučeniny, kde organickou skupinou je methyl, butyl, oktyl, cyklohexyl nebo fenyl. Tetraorganocíničité sloučeniny se používají při výrobě nížesubstituovaných sloučenin. Triorganocíničité sloučeniny se používají jako pesticidy, průmyslová hnojiva, prostředky na ochranu dřeva a jako antivegetativní nátěrová barva. Diorganocíničité sloučeniny se používají jako stabilizátory polyvinylchloridu (PVC) a polyuretanových pěn a jako katalyzátory esterifikací. Monoorganocíničité sloučeniny se používají jako stabilizátory PVC a při ošetřování skla. Z jejich použití vyplývá i možnost jejich uvolnění do životního prostředí, které může mít vzhledem k neurotoxicitě, imunotoxicitě a mutagenitě některých organocíničitých sloučenin nevratné následky. Preferovaná separační technika pro stanovení organocíničitých sloučenin je plynová chromatografie (GC) a to díky jejímu vysokému rozlišovacímu potenciálu a detekční přizpůsobivosti. Nejprve se musí organocíničité sloučeniny extrahovat ze vzorků pomocí vhodného činidla, získané organocíničité sloučeniny se pak převedou derivatizací na těkavou formu a pak se teprve mohou separovat a detekovat. Cílem této bakalářské práce je shrnout literaturu, zabývající se významem, toxikologií a stanovením organokovových specií cínu ve vzorcích životního prostředí. Dále je to seznámení se se zvolenou metodikou stanovení specií Sn, kterou je plynová chromatografie s detekcí hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem, a provedení úvodních experimentů pro stanovení vybraných organocíničitých specií. Cílem experimentů je ověřit vliv základních parametrů ICP-MS při detekci butylcíničitých sloučenin po separaci plynovou chromatografií, zjistit některé analytické charakteristiky metody a aplikovat metodu při analýze reálného vzorku. 5

6 2. TEORETICKÁ ČÁST 2. 1 Vlastnosti cínu a studovaných sloučenin Cín je měkký, stříbřitý kov. Používá se na potažení plechovek určených k uchování jídla, pití a aerosolů. Je součástí mosazi, bronzu a pájecích materiálů. S různými látkami může cín tvořit různé sloučeniny, mimo jiné i s uhlíkem, se kterým tvoří tzv. organocíničité sloučeniny. Tyto sloučeniny se používají při výrobě plastů, plastových rour, pesticidů, barev a prostředků na ochranu dřeva a jako ochrana před hlodavci. Organocíničité sloučeniny se do prostředí dostávají z antropologických zdrojů a přirozeně se v něm nevyskytují. Anorganické i organické sloučeniny cínu mohou být v utěsněných nádobách skladovány na zabezpečených skládkách odpadů. [1] Komerčně důležité organocíničité sloučeniny zahrnují všechny čtyři skupiny: tetraorganocíny (R 4 Sn), triorganocíny (R 3 SnX), diorganocíny (R 2 SnX 2 ), monoorganocíny (RSnX 3 ). Komerční význam mají sloučeniny, kde R je methyl, butyl, oktyl, cyklohexyl nebo fenyl. Anion X jsou obvykle halogenidy, oxid, hydroxid, karboxyl nebo merkaptid. V tabulce č. 1 jsou uvedeny některé fyzikální a chemické vlastnosti vybraných organocíničitých sloučenin. [1] 2. 2 Použití organocíničitých sloučenin Tetraorganocíničité sloučeniny se používají hlavně při výrobě nížesubstituovaných sloučenin. Triorganocíničité sloučeniny se používají jako pesticidy, průmyslová hnojiva, prostředky na ochranu dřeva a jako antivegetativní nátěrová barva. Diorganocíničité sloučeniny se používají jako stabilizátory polyvinylchloridu (PVC) a polyuretanových pěn a jako katalyzátory esterifikací. Monoorganocíničité sloučeniny se používají jako stabilizátory PVC a při ošetřování skla. [1] 6

7 Tributylcíničité sloučeniny se používají jako protislizové prostředky na zdivo, dezinfekční prostředky, pesticidy pro chladící zařízení a výkonné chladící věže, v továrnách na zpracování celulózy a papíru, pivovarech, při zpracování kůže a v textilních závodech. [1] Použití triorganocíničitých sloučenin do antivegetativních nátěrových barev bylo vyhrazeno zákonem (Organotin antofouling paints control act, 16. června 1988), který omezil typy lodí, na kterých mohou být tyto barvy používány. První zemí, která přijala omezení těchto přípravků byla v roce 1982 Francie a v dnešní době ho podporují i USA, Spojené království (UK), Kanada, Nový Zéland, Austrálie a Evropská unie (EU). [1] Významnější komerční použití organocíničitých sloučenin jako stabilizátorů PVC při vyšší teplotě, pesticidů, katalyzátorů, agrochemikálií a nátěrů skla znamenají jen ve Spojených státech (USA) roční spotřebu okolo tun. Z toho použití jako stabilizátorů PVC reprezentuje přibližně ⅔ z globální spotřeby. V roce 1981 zahrnovaly stabilizátory PVC v USA tun organocíničitých sloučenin, tedy přibližně 27 % ze světového trhu. [1] Organocíničité sloučeniny soužící k tepelné stabilizaci PVC zahrnují butylcíničité, oktylcíničité a methylcíničité sloučeniny. Oktylcíničité a methylcíničité sloučeniny se používají při stabilizaci PVC pro potravinářské účely. Nejefektivnějšími stabilizátory PVC jsou sloučeniny dibutylcínu, které se používají u potrubí, lahví i izolace, a dioktylcíničité sloučeniny, které se používají výhradně u PVC, které přijde do kontaktu s potravinami. [1] V USA se převážně jako stabilizátory PVC používají methylcíničité sloučeniny (asi 50% z trhu) a butylcíničité sloučeniny (40%). V Asii jsou nejpoužívanějšími stabilizátory PVC methylcíničité sloučeniny (50%) a oktylcíničité sloučeniny (40%) a v Evropě oktylcíničité sloučeniny (60%) a butylcíničité sloučeniny (30%). [1] Organocíničité stabilizátory předchází tepelné degradaci chlorovaných sloučenin u sloučenin používaných v transformátorech, PVC, chlorovaných kaučuků, parafínů a upravených plastů. Organocíničité sloučeniny se také používají ke stabilizaci nehalogenovaných sloučenin jako jsou některé mazací oleje, peroxid vodíku, acetát celulózy, polyamidy, polyethylen a polypropylen. [2] Organocíničité sloučeniny mají zřetelné výhody jako katalyzátory esterifikačních reakcí. Jsou katalyticky velmi účinné, mají velmi malou tendenci se vylučovat do vody při výrobě olefinů ze sekundárních alkoholů, jsou schopné produkovat bezbarvé estery, zaručují nepřítomnost kyselých nebo zásaditých zbytků v esterech, mají schopnost tepelně stabilizovat při kondenzaci polymerů a mají schopnost zlepšit fyzikální a elektrické vlastnosti produktu. 7

8 Tabulka č. 1: Fyzikální a chemické vlastnosti vybraných organocíničitých sloučenin Vlastnosti Dibutylcín dichlorid Bis(tributylcín) oxid Tributylcín chlorid Tributylcín hydrid Tetrabutylcín Triethylcín bromid Trifenylcín hydroxid molekulová 303,85 596,11 325,49 291,09 347,16 285,79 367,03 hmotnost barva bílá světle žlutá bezbarvý - bezbarvý nebo bezbarvý bílý světle žlutý skupenství pevné kapalné kapalné kapalné olejová kapalina kapalné pevné bod tání 43 C - 45 C C - 13,5 C 119 C bod varu 135 C v 10 mm 180 C v 2 mm C v 5 112,5 113,5 C 145 C v 10 mm C - Hg Hg mm Hg v 8 mm Hg Hg hustota (g/cm 3 ) 1,36 v 24 C 1,17 v 25 C 1,2 1,103 v 20 C 1,054 v 20 C 1,630 g/ml 1,54 v 20 C rozpustnost ve vodě jiná rozpouštědla rozdělovací koeficienty: Log oktanol/voda nerozpustný ve studené vodě rozpustný v benzenu, etheru a alkoholech 4 mg/l při ph 7, 20 C mísitelný s organickými rozpouštědly nerozpustný ve studené vodě rozpustný v chlorovaných, kyslíkatých a aromatických rozpouštědlech - nerozpustný ve vodě - rozpustný v organických rozpouštědlech velmi málo rozpustný ve studené vodě rozpustný v organických rozpouštědlech 1,2 mg/l v 20 C mírně rozpustný v toluenu a alkoholu 0, ,53 tlak nasycené páry 2 mm Hg v 100 C 7,5 x 10-8 mm Hg v 20 C x 10-7 mm Hg v 25 C teplota vznícení 168 C 100 C 110 C 40 C 107 C 99 C 99 C 8

9 Tabulka č. 1: Fyzikální a chemické vlastnosti vybraných organocíničitých sloučenin - pokračování Vlastnosti Monomethylcín trichlorid Dimethylcín dichlorid Trimethylcín dichlorid Monobutylcín trichlorid Trifenylcín clorid Tetraoktyl stanan molekulová ,48 571,59 hmotnost barva bezbarvý bezbarvý bezbarvý bezbarvý bílý - skupenství pevné pevné pevné kapalné pevné - bod tání 43 C 90 C (107 C) 37,5 C -63 C 103,5 C - bod varu 171 C C C 102 C v 12 mm 240 C v 13,5 mm 268 C v 10 mm Hg Hg Hg hustota (g/cm 3 ) ,71 v 25 C - 0,9605 Rozpustnost voda rozpustný ve rozpustný ve mísitelný s vodou těžko rozpustný 40 mg/l v 20 C - studené vodě studené vodě ve vodě jiná rozpouštědla rozpustný v organických rozpouštědlech rozdělovací koeficienty: rozpustný v organických rozpouštědlech rozpustný v organických rozpouštědlech rozpustný v organických rozpouštědlech mírně rozpustný v organických rozpouštědlech Log oktanol/voda ,19 - tlak nasycené páry teplota vznícení 40 C - 97 C

10 Nejběžněji se používají dibutylcín diacetát, dibutylcín dilaurát, dibutylcín dichlorid, dibutylcín dilaurylmerkaptid a dimethylcín dichlorid. Dibutylcín diacetát a dibutylcín dilaurát se používají při výrobě silikonového kaučuku používaného při výrobě zubních otisků a při výrobě pouzder elektrických součástek. [2] Díky účinkům organocíničitých sloučenin na mnoho hub a bakterií se používají jako pesticidy - ochranné prostředky na dřevo, textilní zboží, lanoví, papír, kůži, elektrickou a elektronickou výstroj a sklenice. Biologicky nejaktivnější jsou trialkyl nebo triarylcíničité sloučeniny. Bis(tributylcín) oxid (TBTO) má antibakteriální, fungicidní účinky a také účinky proti molům. TBTO se používá proti bakteriím v nemocnicích, hlavně proti stafylokokům, dále odstraňuje zápach a plísně v koupelnách a používá se na kožené a textilní zboží a v plastech. TBTO a tributylcín linoleát jsou aktivními složkami prostředků na ochranu dřeva. Tributylcín chlorid je efektivní v prostředcích proti hlodavcům. Tributylcín acetát a trifenylcín chlorid jsou účinnými prostředky proti hlemýžďům. Tributyl a izopropylcíničité sloučeniny jsou účinnými fungicidy. Trifenylcín acetát a hydroxid, tributylcín chlorid a dibutylcín dilaurát jsou dobrými prostředky proti hmyzu. [2] 2. 3 Toxicita organocíničitých sloučenin Organocíničité sloučeniny jsou známy tím, že u lidí způsobují podráždění kůže a očí. Neexistují zde však žádné studie prokazující, že by mohly u lidí být příčinou vývojových nebo reprodukčních změn nebo rakoviny. Omezená data ze studií na zvířatech ukázala, že při inhalaci může docházet ke změnám na plicích, podráždění dýchacích cest, kůže a očí a k efektům na játrech a ledvinách. Při ústním podání se ukázalo, že trimethylcíničité a triethylcíničité sloučeniny jsou v první řadě neurotoxické, zatímco tributylcíničité, dibutylcíničité a dioktylcíničité jsou imunotoxické. Při podání hlodavcům byly zjištěny účinky organocíničitých sloučenin na játra a krevní oběh. Trifenylcíničité, dibutylcíničité a tributylcíničité sloučeniny byly podávány březím hlodavcům a způsobily vývojové a reprodukční změny. [1] Organocíničité sloučeniny jsou toxičtější při podání interperitoneálně než při ústním podání. Výjimkou jsou triethylcíny a trimethylcíny. Tento rozdíl v toxicitě vyplývá ze skutečnosti, že kromě methylcíničitých, ethylcíničitých, trimethylcíničitých a triethylcíničitých sloučenin nejsou organocíničité sloučeniny dobře propouštěny povrchem střev. Některé alkylcíničité sloučeniny byly z důvodů jejich specifických toxických účinků 10

11 testovány více. Některé organocíničité sloučeniny mohou ovlivňovat kardiovaskulární a dýchací systém. [3] Metylcíny O toxicitě monomethylcínu máme jen omezené znalosti. V mnoha studiích byla použita směs monomethylcínu a dimethylcínu. Nejrozsáhlejší studií byla subchronická studie na krysách, kde se studovaly účinky na váhu, příjem potravy, účinky na parametry hematologické a klinické chemie, rozbory moči, váhu orgánů a histologické efekty na játra a ledviny. Databáze toxicity pro dimethylcín je rozsáhlejší, ale také starší a několikrát zde byla zvířata vystavena pouze jedné dávce. [4] Butylcíny Databáze toxicity pro monobutylcín je také omezená. U žádné ze čtyř dávek monobutylcínu, kterým byly krysy vystaveny, nebyly pozorovány žádné účinky na plod nebo na reprodukci. U dibutylcínu je databáze toxicity poměrně velká. U krys bylo po vystavení dibutylcínu pozorováno snížení váhy brzlíku, koncentrace hemoglobinu a tělesné hmotnosti. [4] Oktylcíny Pro monooktylcíny nebyly prováděny žádné adekvátní studie. Dioktylcíny byly podávány prasatům pro zjištění imunologických efektů. [4] Triethylcíničité sloučeniny způsobují specifický otok centrální nervové soustavy. V 50. letech vypukla ve Francii otrava produktem zvaným Stalinon, který měl být prostředkem proti kožním infekcím, zánětům kostí a kostní dřeně, antraxu a akné. Tento přípravek měl obsahovat pouze diethylcín dijodid a kyselinu linolenovou. Obsahoval však i nečistoty z výroby jako monoethylcíničité sloučeniny a triethylcíničité sloučeniny, z čehož triethylcín tvořil 10 % z teoretického množství diethylcínu a právě u něj byly prokázány toxické účinky. Symptomy otravy byly trvalé bolesti hlavy, bolesti břicha, vizuální poruchy, fotofobie, rychlý úbytek váhy a mrtvice. Diethylcín dichlorid dráždí nosní sliznici a způsobuje bolesti hlavy. Také způsobuje dávivou reakci ve střevech. [3] Při krátkodobém vystavení vyšším koncentracím tributylcínu a dalším organocíničitým sloučeninám dojde ke změnám v imunitním systému. Dojde k úbytku váhy a velikosti brzlíku a vyčerpání bílých krvinek. Dialkylcíničité sloučeniny přímo zasahují buňky brzlíku a 11

12 mají cytostatický účinek, zatímco tributylcín oxid má toxický účinek přímo na bílé krvinky v brzlíku. [1] Triethylcíničité sloučeniny a trimethylcíničité sloučeniny mají nejsilnějšími neurologické účinky, a proto jsou také nejvíce studovanými neurotoxiny. Triethylcín způsobuje otok mozku a míšního kanálku, který se vyznačuje hromaděním prchavé látky mezi myelinovými vrstvami, štěpením myelinových listů a tvorbou intramyelinových dutinek. Trimethylcín způsobuje odumírání neuronů v mozkové kůře. Tyto mozkové změny způsobují změny chování, ztráty paměti a neschopnost reagovat na podněty. [1] Četné studie tributylcíničité sloučeniny, trifenylcíničité sloučeniny a dibutylcíničité sloučeniny ukázaly, že mají účinky na reprodukci a mohou tedy způsobovat neplodnost, potrat a smrt plodu. Organocíničité sloučeniny mají také mutagenní účinky na zárodky jako je např. rozštěp patra nebo obličejové deformace. Z in vitro studií vyplývá, že některé organocíničité sloučeniny mohou změnit aktivitu enzymů ovlivňujících pohlavní hormony u savců a tím změnit rovnováhu androgen/estrogenu v těle a tím ovlivnit sexuální zrání. [1] Některé organocíničité sloučeniny mohou mít hematologické účinky. Dlouhodobá studie tributylcín oxidu ukázala snížení koncentrace hemoglobinu. Ty samé účinky byly prokázány u dioktylcín dichloridu. [1] 2. 4 Organocíničité sloučeniny a životní prostředí Sloučeniny cínu se v různých matricích životního prostředí vyskytují v obou formách anorganické i organické. Anorganický cín se do prostředí může uvolňovat z přirozených a antropogenních zdrojů. Je součástí mnoha půd a anorganické sloučeniny cínu se do prostředí mohou uvolnit v prachu při větrných bouřích, v prachu z cest a zemědělských aktivit a také z jeho produkce a použití jako jsou výpary z rafinací, zpopelňování odpadu a hořením fosilních paliv. [1] Organocíničité sloučeniny jsou obecně do prostředí uvolňovány z antropogenních zdrojů, nicméně methylcíničité sloučeniny mohou být v prostředí vyprodukovány biomethylací anorganického cínu a mohou se tedy vyskytovat přirozeně. [1] Organocíničité sloučeniny jsou obecně jen těžko rozpustné ve vodě a spíše tíhnou k půdám a sedimentu. Komerčně nejpoužívanější organocíničité sloučeniny jsou v environmentálních matricích relativně nehybné v důsledku jejich nízkého tlaku páry, nízké rozpustnosti ve vodě a vysoké afinitě k půdě a organickým usazeninám. Například téměř 12

13 všechny tributylcíny nalezené ve vodním sloupci jsou vázané na suspendované částečky a organickou hmotu. [1] Antivegetativní nátěrová barva obsahující tributylcín ho při plavbě uvolňuje do vody a tím vytváří prostředí, které odpuzuje organismy od povrchu ponořených objektů. I další použití tributylcíničitých sloučenin může mít za následek jejich uvolnění do prostředí. Přímo do prostředí vstoupí trifenylcín jako hubící prostředek. V malém rozsahu mohou organocíničité sloučeniny vstoupit do prostředí loužením ze spotřebního zboží, které je obsahuje a které je uloženo na skládkách odpadů. [1] Lidé jsou vystavováni účinkům organocíničitých sloučenin například při přijímání potravy, hlavně mořských produktů a při kontaktu se spotřebním zbožím obsahujícím organocíny. V domácnostech obsahují organocíničité sloučeniny suroviny z polyuretanu a plastových polymerů. [1] Organocíničité sloučeniny se do vzduchu mohou uvolňovat zemědělským postřikem, těkáním, uvolňováním z antivegetativní barvy, zpopelněním materiálů ošetřených nebo stabilizovaných organocíničitými sloučeninami. Jejich uvolňování do vzduchu je vzhledem k jejich nízkým hodnotám u tlaku nasycené páry a rychlé fotodegradaci nevýznamný. [1] Monomethylcíničité, dimethylcíničité, monobutylcíničité a dibutylcíničité sloučeniny byly objeveny v Kanadě v pitné vodě, kam se uvolnily z PVC potrubí. Do vody se dostávají z postřiků, odtoků z polí, výrobních procesů a při loužení u stabilizace PVC. [1] Tributylcíničité sloučeniny se do vody dostávají z antivegetativního nátěru lodí. Bylo odhadnuto, že jedna loď uvolní do vody 1 10 μg tributylcínu/cm 2 povrchu trupu. To odpovídá 0,2 2 g /den pro malou plachetnici a až g/den pro průměrně velikou obchodní loď. Významným zdrojem tributycínu ve sladkovodním systému mohou být zařízení na úpravu dřeva, kde může dojít k průsaku, náhodnému rozlití nebo úmyslnému vylití prostředků na ochranu dřeva. Menším zdrojem organocíničitých sloučenin ve sladké vodě mohou být průsaky ze zavážkových míst a ze zemědělského odtoku při použití zamořeného splaškového kalu nebo pesticidu. Do půdy se organocíničité sloučeniny dostávají z hubících prostředků a z odpadů na skládkách. V roce 1976 bylo odhadnuto, že se ze skládek v USA uvolnilo do půdy asi tun organocíničitých sloučenin. [1] Degradace organocíničitých sloučenin zahrnuje rozbití vazby uhlík cín a může k ní docházet v prostředí ultrafialovým zářením (UV), nebo biologickým nebo chemickým štěpením. Rychlost fotodegradace a biodegradace organocíničitých sloučenin ve vodě je 13

14 závislá na podmínkách prostředí. V sedimentech jsou organocíničité sloučeniny obecně stálé. [1,5] Ve vodě se tributylcíničité sloučeniny degradují fotochemickými a biologickými procesy poměrně rychle. Poločas rozpadu tributylcíničitých sloučenin v mořské vodě se mění v závislosti na ph, teplotě, kalnosti a světle a jeho délka se pohybuje v rozmezí jednoho dne až několika týdnů. Tributylcíničité sloučeniny mohou být degradovány mikrobiálními organismy, mikroskopickými řasami a houbami a stejně tak i některými vyššími organismy, např. rybami. [1] Degradace organocíničitých sloučenin v sedimentech probíhá mnohem pomaleji než ve vodě a jejich poločasy rozpadu byly odhadnuty na několik let. V půdě navíc může docházet k dealkylaci, k methylaci cínu a organocíničitých sloučenin chemickými nebo biologickými pochody a tím ke zvyšování jejich obsahu v půdě. Methylované butylcíničité sloučeniny, jako tributylmethylcín a dibutyldimethylcín, byly nalezeny v zamořených přístavních sedimentech a v povrchových vodách. [1] 2. 5 Analytické metody Analytické metody užívané pro analýzu vzorků životního prostředí jsou metody schválené státními orgány a organizacemi jako jsou Agentura na ochranu životního prostředí (EPA) a Státní instituce pro bezpečnost práce a zdraví (NIOSH). Další metody byly schváleny např.: organizacemi jako je Úřední asociace analytických chemiků (AOAC) a Veřejná americká zdravotní asociace (APHA). [1] Cín se obvykle určuje jako celkový obsah, ale může se měřit i jako specifická organocíničitá sloučenina. Metodou používanou pro stanovení cínu je například plamenová absorpční atomová spekrometrie. [1] Preferovaná separační technika pro organocíničité sloučeniny je plynová chromatografie (GC) a to díky jejímu vysokému rozlišovacímu potenciálu a detekční přizpůsobivosti. Analýza organocíničitých sloučenin se obvykle skládá ze čtyř kroků: a) extrakce b) derivatizace (tvorba těkavých derivátů) c) separace d) detekce a kvantifikace Nejprve se musí organocíničité sloučeniny extrahovat ze vzorků pomocí vhodných rozpouštědel, iontově výměnnou pryskyřicí, nebo adsorpcí na pevný nosič. Pro biologické 14

15 materiály je hlavně nutný čistící krok jako je např. použití Florisilu, silikagelu, aluminy nebo iontově výměnné pryskyřice. [1] Získané organocíničité sloučeniny se pak musí převést derivatizací na těkavou formu, aby je bylo možné separovat pomocí GC. Derivatizační metody zahrnují alkylaci (methyl nebo pentyl) Grignardovými činidly, ethylaci např. tetraethylboritan sodným (NaBEt 4 ), nebo převedení na hydridy tetrahydridoboritanem sodným (NaBH 4 ). K separaci vzniklých sloučenin se používá rozdílných teplot varu nebo GC. Nakonec může být detekce a kvantifikace provedena použitím plamenového fotometrického detektoru (FPD), atomové absorpční spektroskopie (AAS) nebo hmotnostní spektrometrie (MS). [1] K analýze organocíničitých sloučenin se může použít i vysokorozlišovací kapalinová chromatografie (HPLC). Její výhodou oproti GC je, že po extrakci není nutný žádný derivatizační krok. Většina separací je založena na výměně iontů nebo používá gradientovou eluci jako separace s obracenou fází. Jako detektory se používají AAS, indukčně vázané plazma s hmotnostním spektrometrem (ICP-MS) a fluorimetrická detekce. [1] V tabulce č. 2 jsou shrnuty extrakční, derivatizační, separační a detekční metody používané na různých pracovištích v různých zemích. 15

16 Tabulka č. 2: Použité analytické metody Typ vzorku Předběžná úprava vzorku Separační a detekční Ref. technika Voda 50 ml nefiltrovaného vzorku upraveno na ph 3,3 6 mol.l -1 NaOH, přidáno 50 ml 0,1 mol.l -1 pufru kyseliny GC-QSIL-FPD 6 octové a octanu sodného (HOAc/NaOAc), přidány standardy MBTCl 3, DBTCl 2 a TBTCl, přidáno 5 μl vnitřního standardu MeSnPr 3, míchání derivatizace: 1 ml 3% NaBH 4, 15 minut třepat Voda 50 ml vzorku, přidáno 0,5 ml pufru octan sodný/kyselina octová (ph = 5), 1,45 g NaCl, přidáno 150 μl mixu GC-MS 7 standardu, třepání derivatizace: 150 μl NaBEt 4, 1 ml hexanu, třepání ve tmě po 12 h při 25 C, ke 180 μl hexanu přidáno 10 μl TeBT Sediment 1 g vzorku, přidáno 3 ml HCL, 6 ml methanolu, 15 minut ultrazvuk, přidání 3 ml acetátového pufru (ph = 5,3), GC-MS 7 15 minut odstředění při 4000 rpm derivatizace: 1 ml extraktu, 6 ml pufru HOAc/NaOAc (ph = 5,3), 1 ml NaBEt 4 Sediment 1 g vzorku, přidáno 2 ml HCL, 8 ml H 2 O, 25 ml směsi hexan-ethylacetát (1:1) s 0,05% tropolonu, mícháno 1 h, 5 GC-AAS, GC-AES 7 minut odstředění při 3000 rpm derivatizace: přidání 0,5 ml hexanu s Pe 3 SnEt jako vnitřním standardem, 1 ml NaBEt 4, 50 ml acetátového pufru, 5 minut třepání Sediment 1 g vzorku, 4 ml H 2 O, 1 ml kyseliny octové (96%), 1 ml DDTC v pentanu, 25 ml hexanu, 30 minut ultrazvuk, GC-AAS, GC-AES 7 dekantace, opakování extrakce 25 ml hexanu, mícháno 30 minut, 5 minut odstředěno při 3000 rpm, vysušení Na 2 SO 4, přidání 250 μl n-oktanu s Pr 3 SnPe s 1 ml 1 M n-pemgbr, 10 ml 0,5 M H 2 SO 4 Sediment 2,5 g vzorku, 500 μl mixu standardů, přidání 9 g křemenného písku, 2 hodiny mícháno s 1 M octanem sodným a GC-MS 7 1 M kyselinou octovou v methanolu, extrahováno 5krát po 5 minutách derivatizace: přidání 7,3 g NaCl, přidání vody s 1 M NaOH do ph = 5, přidání 1 ml NaBEt 4, doplněno vodou na 250 ml, přidány 2 ml hexanu, 12 h třepáno, k 500 μl hexanu přijde 10 μl TeBT (5 ng.μl -1 ) pro odpadní kal: přidáno 0,9 g deaktivovaného silikagelu a 2 ml vody k hexanu, třepání, odstředění Sediment 0,25 g vzorku homogenizováno, přidání dvojnásobně obohaceného izotopového spiku, přidání 1 ml metanolu a 3 GC-ICP-MS 8 ml kyseliny octové 200 μl etylováno NaBEt 4 Sediment mg vzorku, přidání 100 ng TPT jako vnitřního standardu, přidání 5 ml ledové kyseliny octové, GC-MIP-AED 9 neutralizace pomocí NH 4 OH derivatizace: 1 ml NaBEt 4 Sediment 2 g vzorku, přidáno 10 ml tropolonu v diethyletheru, 15 minut ultrazvuk, 10 minut mechanického třepání, odstředění, opakování s 10 ml diethyletheru, přidání 5 ml bezvodého sulfátu sodného, odstředění při 5000 rpm po 2 minuty derivatizace: 40 μl 25% NaBEt 4 v tetrahydrofuranu (THF), odstát 1 hodinu při pokojové teplotě GC-ICP-MS 10 16

17 Tabulka č. 2: Použité analytické metody pokračování Typ vzorku Předběžná úprava vzorku Separační a detekční Ref. technika Sediment 0,25 g vzorku, přidáno 10 ml 1+1 methanolu a dichlormetanu, 15 minut míchání, odstředění, přidání 1 ml toluenu GC-ICP-MS 10 derivatizace: 40 μl 25% NaBEt 4 v tetrahydrofuranu (THF), odstát 1 hodinu při pokojové teplotě Sediment 2 g vzorku, přidání 5 ml 0,2 M HCl v 10% NaCl, 15 minut v ultrazvuku, přidání 12 ml tropolonu v diethyletheru, GC-ICP-MS 10 odstředění, přidání 1 ml toluenu ke 200 μl extraktu přidány 3 ml pufru octan sodný/kyselina octová derivatizace: 40 μl 25% NaBEt 4 v THF, míchání 5 minut s 1 ml hexanu Sediment 0,25 g vzorku, přidán 1 ml methanolu a 3 ml kyseliny octové, 15 minut v ultrazvuku, odstředění GC-ICP-MS 10 ke 200 μl extraktu přidány 3 ml pufru octan sodný/kyselina octová derivatizace: 40 μl 25% NaBEt 4 v THF, míchání 5 minut s 1 ml hexanu Sediment 0,5 0,7 g vzorku, přidáno 10 ml 50% HBr, 15 minut v ultrazvuku, přidání 20 ml tropolonu v diethyletheru, GC-ICP-MS 10 extrakce 1 14 hodin, odstředění, opakování s 10 ml diethyletheru, přidání 5 ml bezvodého sulfátu sodného, odstředění při 5000 rpm po 2 minuty derivatizace: 40 μl 25% NaBEt 4 v tetrahydrofuranu (THF), odstát 1 hodinu při pokojové teplotě Sediment 1 g vzorku, přidáno 50 μl 10 μg (cínu) ml.l -1 TPrT, přidáno 20 ml ledové kyseliny octové, třepáno 12 hodin GC-ICP-AES 11, 12 derivatizace: 100 ml vody, 0,5 2 ml extraktu, přidán pufr kyseliny ethanové a ethanolátu ph = 4,8, přidání 0,5 ml 1% NaBEt 4 Sediment 1 g vzorku, přidáno 10 ml acetátového pufru, 7 ml methanolu a 10 ml hexanu GC-MS 13 derivatizace: zakoncentrování extraktu vzorku na 1 ml v apolárním rozpouštědle (hexan), přidání 0,5 ml methylmagnesiumbromidu Grignardova činidla, 10 sekund míchat, 15 minut nechat stát při pokojové teplotě Sediment 1 g vzorku, přidáno 10 ml acetátového pufru, 7 ml methanolu a 10 ml hexanu GC-MS 13 derivatizace: zakoncentrování extraktu vzorku na 1 ml v apolárním rozpouštědle (hexan), přidání 0,5 ml pentylmagnesiumbromidu - Grignardova činidla, 10 sekund míchat, 15 minut stát při pokojové teplotě Sediment 1 g vzorku, přidáno 10 ml acetátového pufru, 7 ml methanolu a 10 ml hexanu GC-MS 13 derivatizace: zakoncentrování extraktu vzorku na 1 ml v polárním rozpouštědle (ethanol), přidání 1 ml acetátového pufru, 50 μl NaBEt 4 v etanolu, 30 minut třepání, přidání 5 ml vody, extrakce do 1 ml hexanu, míchání 10 s Sediment, biologický materiál vzorek sedimentu extrahován kyselinou octovou, upravení na ph = 5 koncentrovaným amoniakem, biologický vzorek extrahován tetramethylamonium hydroxidem (TMAH), upraveno na ph = 5 koncentrovanou kyselinou octovou derivatizace: NaBEt 4, extrahováno do izooktanu, přidán vnitřní standard TPT GC-ICP-MS 14 Sediment, biologický materiál 0,25 g vzorku, přidání 5 ml kyseliny octové, vystavení mikrovlnám při 40 W po 2 minuty, přidání 2,5 ml Milli-Q vody k extraktu, odstředění 5 minut při 2500 rpm derivatizace: 5 ml 1,77 mol.l -1 pufru kyseliny octové a acetátu sodného, 1 3,8 ml NH 4 OH kvůli ph = 5, přidání 2 ml izooktanu, přidání 1 ml NaBEt 4, třepání 5 minut GC-ICP-MS 15 17

18 Tabulka č. 2: Použité analytické metody pokračování Typ vzorku Předběžná úprava vzorku Separační a detekční Ref. technika Biologický materiál 0,1 g vzorku, přidání 0,14 g trojitého přídavku, 4 ml mixu kyseliny octové a methanolu (3:1), vystavení mikrovlnám při 150 W při rozdílném času (od 1 do 16 minut), ochlazení na pokojovou teplotu, odstředěno při 3000 rpm po 15 minut GC-ICP-MS 15 Biologický materiál Biologický materiál Biologický materiál Půda a odpadky Půda a odpadky Půda a odpadky Polyvinylchlorid (PVC) 200 μl ethylováno 4 ml 25% tetramethylamonium hydroxidu (TMAH) ve vodě, přidání 0,14 g trojitého přídavku, zahřátí na 60 C při vzrůstajícím čase (od 30 minut po 4 hodiny), ochlazení na pokojovou teplotu, neutralizace, odstředěno při 3000 rpm po 15 minut 200 μl ethylováno 4 ml fosfátového pufru (ph=7,5), přidáno 0,14 g trojitého přídavku, přidáno 10 mg lipasy a 10 mg proteasy, termostatická koupel při 37 C při různém čase (od 30 minut po 12 hodin) při mechanickém třepání, ochlazení na pokojovou teplotu, odstředěno při 3000 rpm po 15 minut 200 μl ethylováno 0,1 g vzorku, přidání 0,14 g trojitého přídavku, 4 ml mixu kyseliny octové a methanolu (3:1), třepání při 37 C při různém čase (od 30 minut po 12 hodin), odstředěno při 3000 rpm po 15 minut 200 μl ethylováno 0,2 g vzorku, přidáno 5 ng cínu jako vnitřního standardu (TET), přidání 10 ml 50% kyseliny octové, vystavení mikrovlnám při 60 W po 3 minuty, přidání acetátového pufru na ph = 4, doplnění na objem 85 ml Milli-Q vodou derivatizace: 0,5 ml NaBPr 4, extrakce do 1 ml cyklopentanu, 10 minut třepání, odstředění 0,2 g vzorku, přidáno 5 ng cínu jako vnitřního standardu (TET), přidání 5 ml ledové kyseliny octové, 4 minuty ultrazvuk, přidání acetátového pufru na ph = 4, doplnění na objem 85 ml Milli-Q vodou derivatizace: 0,5 ml NaBPr 4, extrakce do 1 ml cyklopentanu, 10 minut třepání, odstředění 0,5 g vzorku, přidáno 5 ng cínu jako vnitřního standardu (TET), dáno do extrakční cely s 1 M kyselinou octovou a 1 M acetátem v methanolu, zahřívání po 5 minut do 100 C, extrahováno 5krát 4 ml rozpouštědla, vymyti cely 4 ml rozpouštědla a dusíkem, přidání acetátového pufru na ph = 4, doplnění na objem 85 ml Milli-Q vodou derivatizace: 0,5 ml NaBPr 4, extrakce do 1 ml cyklopentanu, 10 minut třepání, odstředění 0,01 0,1 g vzorku PVC, přidání 10 ml tetrahydrofuranu (THF), přidání 10 ml 6 mol.l -1 HCl při 50 C, 30 minut reflux, filtrace derivatizace: 0,25 ml extraktu smícháno s 14,5 ml 0,2 mol.l -1 pufru acetátu sodného (ph = 4,5), přidání 0,25 ml NaBEt 4 GC-ICP-MS 15 GC-ICP-MS 15 GC-ICP-MS 15 GC-ICP-MS 16 GC-ICP-MS 16 GC-ICP-MS 16 GC-FPD 17 18

19 3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3. 1 Použité chemikálie K přípravě standardů byl použit MBTCl 3 trichlorid butylcíničitý 97% (Sigma Aldrin Chemie GnbH, Steinheim, Měmecko); DBTCl 2 dichlorid dibutylcíničitý 96% (Sigma Aldrin Chemie GnbH, Steinheim, Měmecko); TBTCl chlorid tributylcíničitý 96% (Sigma Aldrin Chemie GnbH, Steinheim, Měmecko); TPrTCl chlorid tripropylcíničitý (MERCK, Darmstadt, Německo). K derivatizaci byl použit NaBEt 4 tetraethylboritan sodný 98%, Sn<1 mg.kg -1 (ABCR, Karlsruhe, Německo). Jako pufr posloužil NaAc octan sodný (MERCK, Darmstadt, Německo) s HAc kyselina octová (MERCK, Darmstadt, Německo). MeOH methanol (ANALYTIKA, společnost s. r. o, SOLVANAL-V, Česká republika) a HCl kyselina chlorovodíková dýmavá 37% (MERCK, Darmstadt, Německo) byly použity jako extrakční činidla ze vzorku a izooktan - (MERCK, Darmstadt, Německo) jako extrakční činidlo po ethylaci. K úpravě ph u činidel s kyselinou byl použit NH 4 OH hydroxid amonný 25% (MERCK, Darmstadt, Německo) a indikátor methyloranž 0,05% (Lachema, Česká republika). Nosnými plyny v GC a ICP-MS byly He helium, čistota 5,0 (Siad) a Ar argon, čistota 5,0 (Siad). Ve všech experimentech byla použita deionizovaná voda s vodivostí 18,2 MOhm.cm -1 (Millipore Simplicity, Millipore, USA) 3. 2 Použité vzorky V práci byl použit vzorek oškrabu z krokve u vstupu na půdu divadla v Českém Krumlově, označený Z3. Vzorek byl odebrán panem Mgr. Ing. Jiřím Kohoutkem. Vzorek byl před analýzou homogenizován a pomlet v kulovém mlýnu (MM301, Retsch, Německo) Použité přístroje Plynový chromatograf Agilent 6890N: nástřik 5 ul; splitless, 180 C; kolona HP-5, 30m x 320μm x 0,25 μm; nosný plyn He 5 ml.min -1 ; teplotní program pece C během 10 min; teplota GC-ICP transfer-line 250 C, teplota injektoru 250 C. Ovládáno softwarem Agilent GC ChemStation. 19

20 ICP-MS Agilent 7500ce (Agilent Technologies, Japonsko): příkon do ICP 1500 W; průtok nosného plynu 1,4 l.min -1 ; ostatní parametry ICP-MS byly nastaveny na maximální citlivost měření na hmotě 124 amu (pro ladění systému se používá směs 0,001% (obj.) Xe v Ar). Měřeny byly izotopy 118 Sn, 120 Sn a jejich suma (Total Ion Current, TIC), s integrační dobou 0,05 s pokud není uvedeno jinak. Ovládáno softwarem Agilent ICP-MS ChemStation. Chromatogramy byly vyhodnocovány v softwaru Chromatographic Data Analysis. Ultrazvuková lázeň PS04000A Třepačka GFL 3006 Centrifuga EBA20 (Hettich, Německo) 3.4 Experimenty Příprava standardních roztoků Byly připraveny zásobní standardní roztoky specií cínu z výše uvedených chemikálií v methanolu, o koncentraci cínu 0,423-0,689 mg.ml -1. Z těchto roztoků byly ředěním připraveny standardy o koncentraci 8,45-13,77 μg.ml -1. A z nich směsný standard o koncentraci specií 0,8452-1,377 μg.ml -1. Navážky, ředění a koncentrace standardů jsou uvedeny v tabulce č. 3. Tabulka č. 3: Postup přípravy standardních roztoků butylcíničitých sloučenin Zásobní standardy Navážka [mg] Objem [ml] Molární hmotnost [g.mol -1 ] Obsah cínu [mg] Koncentrace cínu [mg.ml -1 ] Koncentrace cínu v 50x ředěných roztocích [μg.ml -1 ] MIX standardů (1 ml do 10 ml) [μg.ml -1 ] MBT 40, ,17 17,22 0,689 13,77 1,377 DBT 32, ,83 12,87 0,515 10,29 1,029 TBT 28, ,49 10,56 0,423 8,45 0,8452 TPrT 30, ,41 12,86 0,514 10,29 - Roztoky pro kalibrační graf byly připraveny ze směsného roztoku standardů pipetováním 0 0,1 0,2 0,5 a 1 ml do skleněné zábrusové zkumavky. Dále bylo přidáno 0,1 ml roztoku TPrT (10,29 μg.ml -1 Sn), 5 ml 1M octanového pufru (ph 5), 2 ml izooktanu, 1 ml 2% roztoku NaBEt 4 a po uzátkování skleněnou zátkou byla zkumavka intenzivně třepána v ruce po dobu asi 3 min. Po rozdělení fází byla i-oktanová vrstva převedena polyethylenovou (PE) pipetkou do GC vialky. 20

21 Stejným způsobem byly připraveny standardy z jednotlivých specií pro kontrolu jejich čistoty, a to pipetováním 0,1 ml 50x zředěných pracovních roztoků o koncentraci 8-13 μg.ml -1 ). Vzorky Z mletého vzorku bylo naváženo k extrakci 0,1 g na analytických vahách do PE zkumavky, přidáno 10 ml extrakčního činidla a extrahováno 15 minut v ultrazvukové lázni s následným 30 min třepáním na horizontální třepačce (frekvence kmitů 300 min -1 ). Po této době byly vzorky odstředěny (10 min, 6000 ot.min -1 ) a ze supernatantu byl pipetován alikvotní podíl (0,1 ml) k dalšímu zpracování, stejně jako byly zpracovány standardy (tj. přídavek TPrT, pufru, izooktanu, NaBEt 4, třepání). Pro zjištění výtěžnosti extrakce byly ke vzorku přidány standardy specií cínu (o koncentraci 0,5-0,7 mg.ml -1 ) po 0,1 ml a 9,7 ml extrakčního činidla. Dále byly vzorky zpracovány stejně. Pro zjištění výtěžnosti ethylace a extrakce ethylovaných specií byl k extraktu z jednoho vzorku přidán směsný standard (0,5 ml) a dále bylo postupováno stejně. Pro extrakci byla použita extrakční činidla: MeOH, HAc + MeOH 1:1 (objemově), HCl + MeOH 3:7. Část vzorků byla zpracována s přídavkem standardů pro zjištění výtěžnosti extrakce. Extrakce byla provedena opakovaně, tzn. po odstředění a slití supernatantu bylo přidáno 10 ml čerstvého činidla. Dále byl aplikován stejný postup (z druhého extraktu byl k ethylaci brán alikvotní podíl 1 ml). U směsí s HAc a HCl byla provedena neutralizace roztokem NH 4 OH (1:1 ředěným) na methyloranž do žlutého zbarvení. 21

22 4. VÝSLEDKY A DISKUSE Pro stanovení forem cínu ve vzorku oškrabu trámu byla zvolena metoda GC-ICP-MS. Stanovení spočívá v extrakci specíí ze vzorku vhodným činidlem, následuje ethylace přidáním NaBEt 4 (viz. obrázek č. 1) a extrakce vzniklých ethylbutylcínů do izooktanu a nakonec analýza tohoto extraktu na GC-ICP-MS. Bu Bu ǀ NaBEt 4 ǀ Bu Sn Bu Bu Sn Bu ǀ ph = 5 ǀ Cl Et Bu Bu ǀ NaBEt 4 ǀ Bu Sn Cl Bu Sn Et ǀ ph = 5 ǀ Cl Et Cl Et ǀ NaBEt 4 ǀ Bu Sn Cl Bu Sn Et ǀ ph = 5 ǀ Cl Et Obrázek č. 1: Ethylace mono-, di- a tributylcíničitých sloučenin Parametry GC separace byly převzaty z předchozích experimentů a dále jsme se jimi nezabývali. Separace butylcíničitých sloučenin proběhne během 10 minut, viz. obrázek č.2. Pořadí eluce specií je dle teploty varu, resp. molekulové hmotnosti ethylovaných specií, tedy BuEt 3 Sn EtPr 3 Sn Bu 2 Et 2 Sn - Bu 3 EtSn. U methylcíničitých sloučenin bude pořadí vzhledem k jejich molekulové hmotnosti obrácené. U ethylcíničitých sloučenin a anorganického cínu (Sn IV ) by nám vyšel pouze jeden pík, odpovídající tetraethylcínu. 22

23 15000 MBT TPrT Intenzita/a. u DBT TBT t R /s Obrázek č. 2: Chromatogram směsného standardu butylcíničitých sloučenin a vnitřního standardu (TPrT) (detekce na izotopu 120 Sn) 4. 1 Parametry ICP-MS detektoru Zabývali jsme se parametry ICP-MS detekce, z nichž je důležitý výběr měřeného izotopu a volba vhodné integrační doby. Cín má 10 izotopů, které jsou i se svým zastoupením uvedeny v tabulce č. 4. Prakticky má význam měřit ty nejvíce zastoupené, proto jsme zvolili dva, 118 Sn a 120 Sn. Vyhodnotit lze i jejich sumu, což může mít vliv na mez detekce tím, že se zvýší poměr signálu k šumu (zvýšení signálu a možné snížení šumu). Byly zvoleny integrační doby 0,02, 0,05 a 0,1 s. Lze předpokládat, že se s rostoucí integrační dobou bude zvyšovat signál a snižovat šum, zároveň však bude klesat počet bodů na píku, což není žádoucí. Výsledky meze detekce a opakovatelnosti měření (3 opakování měření standardu 0,5 ml mix) jsou uvedeny v tabulce č. 5. Mez detekce byla počítána jako 3x standardní odchylka základní linie, převedené na obsah cínu podle výšky píku standardu. 23

24 Tabulka č. 4: Izotopy cínu a jejich výskyt v životním prostředí [ Izotop Zastoupení [%] 112 Sn 0, Sn 0, Sn 0, Sn 14, Sn 7,68 Izotop Zastoupení [%] 118 Sn 24, Sn 8, Sn 32, Sn 4, Sn 5,79 Tabulka č. 5: Závislost meze detekce a počtu bodů na pík na integrační době Mez detekce Integrační doba [s] 118 Sn 120 Sn TIC Počet Opakovatelnost bodů na měření RSD pík [%] 0,02 2,3 1,9 1,4 39 0,6 1,8 0,05 1,7 1,5 1,1 21 0,6 1,8 0,1 1,1 0,9 0,7 10 0,7 2,2 Z tabulky č. 5 plyne, že s rostoucí integrační dobou klesá mez detekce, což je žádoucí. Mez detekce na 120 Sn je nižší než na 118 Sn, což plyne z poměru zastoupení ( 120 Sn je víc). Sečtením signálů se zlepší mez detekce, ale ne nějak významně, asi o 25 % oproti izotopu 120 Sn. Proto není jejich součet nijak zvlášť přínosný. S rostoucí integrační dobou se snižuje počet bodů na píku, takže při 0,1 s jich už je málo a zkresluje to píky. Jak je vidět z posledního sloupečku tabulky č. 5, tak dojde ke zhoršení opakovatelnosti měření, a z toho vyplývá, že integrační doba 0,1 s je již nevhodná. Zvolili jsme proto integrační dobu 0,05 s a měření izotopů 118 Sn a 120 Sn, abychom měli kontrolu, že pozorované píky přísluší sloučeninám Sn (v tom případě jsou pozorovatelné na obou izotopech). V dalších experimentech jsme vyhodnocovali kvantitativně z izotopu 120 Sn. Pro zlepšení meze detekce a dostatečný počet bodů na píku by bylo možné měřit i jen izotop 120 Sn s integrační dobou 0,1 s. Nicméně zlepšení meze detekce není opět příliš významné a pro měření nám stačí integrační doba 0,05 s. 24

25 4. 2 Funkce vnitřního standardu Pro stanovení používáme jako vnitřní standard chlorid tripropylcíníčitý (TPrTCl), který ve vzorcích není obsažen a reaguje stejně jako butylcíničité sloučeniny (ethyluje se). Vnitřní standard přidáváme před ethylací a má za úkol korigovat případné chyby při ethylaci, extrakci po ethylaci a měření. Vzhledem k nestabilitě NaBEt 4 je třeba vnitřní standard používat. NaBEt 4 se rozkládá velmi rychle. Den starý roztok má, jak je vidět z obrázku č. 3, významně nižší ethylační aktivitu. MBT TPrT DBT intenzita/a. u TBT MBT TPrT DBT TBT t R /s čerstvý NaBEt4 1 den starý NaBEt4 Obrázek č. 3: Chromatogram standardu ethylovaného čerstvým roztokem NaBEt 4 a jeden den starým roztokem NaBEt 4 (posun chromatogramů je proveden pro lepší názornost) Je vidět, že účinnost činidla klesla pod ¼, nicméně poměr ploch píků butylcíničitých sloučenin a vnitřního standardu je zachován. Dále vnitřní standard koriguje vlivy chyb při extrakci po ethylaci (nepřesně přidaný objem izooktanu), jak je demonstrováno na kalibračním grafu bez vnitřního standardu (obrázek č. 4) a s vnitřním standardem (obrázek č. 5). 25

26 y = 38933x R 2 = 0, Plocha píku ,000 1,000 2,000 3,000 Nástřik (ng) MBT Obrázek č. 4: Kalibrační křivka MBT bez přidání vnitřního standardu (standardní odchylka plochy píku se pohybuje okolo 2%) 1 y = 0,3093x R 2 = 0,9998 Relativní plocha píku 0,5 0 0,000 1,000 2,000 3,000 Nástřik (ng) MBT s vnitřním standardem Obrázek č. 5: Kalibrační křivka MBT s vnitřním standardem (standardní odchylka relativní plochy píku se pohybuje okolo 3%) 26

27 Je vidět, že se zlepší korelační koeficient díky korekci chyby při extrakci ethylovaných specií do izooktanu. Použití vnitřního standardu bude mít vliv na střednědobou opakovatelnost měření (například během 1 dne), na krátkodobé opakovatelnosti (1 hodina) se příliš neprojeví (viz. tabulka č. 6). Tabulka č. 6: Opakovatelnosti - stanoveny na vzorku Z3, (nastřikované množství cínu ve speciích 0,4 1,2 ng, mez detekce 0,002 ng) Vnitřní standard Krátkodobá opakovatelnost měření Opakovatelnost ethylace a extrakce Opakovatelnost extrakce vzorku RSD% Ne 0,2-3,1 0,4-3,3 3,9-5,9 Ano 0,9-2,3 0,7-2,2 1,9-2,9 Je také patrné mírné zlepšení opakovatelnosti ethylace a extrakce, jak již bylo zmíněno výše. V posledním sloupci je uvedena opakovatelnost celého postupu, včetně extrakce vzorku methanolem, kde je vidět také zlepšení relativní směrodatné odchylky (RSD). V tomto případě ale je toto zlepšení dáno funkcí vnitřního standardu při ethylaci/extrakci, protože vnitřní standard není přidáván před extrakcí vzorku Čistota standardů ICP-MS je prvkově specifický detektor, jehož odezva není závislá na specii. Je tedy možné kvantifikovat obsah i neznámé specie na základě znalosti směrnice kalibrační závislosti pro jinou, známou specii. Při sestrojení kalibračních grafů ze směsných standardů se ale směrnice lišily, proto jsme pojali podezření, že jednotlivé chemikálie, použité na standardy, jsou vzájemně znečištěny. Proto jsme je analyzovali zvlášť a zjišťovali, jaké sloučeniny cínu a v jakém množství jsou obsaženy v každém z těchto standardů. Chromatogramy jsou v obrázcích č. 6, 7, 8 a 9 a kvantitativní výsledky jsou uvedeny v tabulce č

28 1000 TPrT Intenzita/a. u t R /s TPrT Obrázek č. 6: Chromatogram čistoty standardního roztoku TPrT 500 MBT Intenzita/a. u t R /s MBT Obrázek č. 7: Chromatogram čistoty standardního roztoku MBT 28

29 1000 DBT Intenzita/a. u. 500 MBT TPrT t R /s DBT Obrázek č. 8: Chromatogram čistoty standardního roztoku DBT 1000 TBT Intenzita/a. u. 500 DBT t R /s TBT Obrázek č. 9: Chromatogram čistoty standardního roztoku TBT 29

30 Tabulka č. 7: Čistota standardů jednotlivých butylcíničitých sloučenin vyjádřená v % z celkového obsahu Sn % MBT DBT TBT TPrP MBT 94,9 2,7 - - DBT - 93,9 0,7 - TBT ,1 - TPrT - 2,4-95,6 Suma dalších specií Sn 5,1 1,0 2,1 4,5 Je vidět, že obsah se pohybuje v rozmezí hodnot 93,9-97,1%. Zbytek tvoří buď neidentifikované sloučeniny cínu, nebo mono- a dibutylované deriváty cínu. Při výpočtu koncentrace cínu ve standardních roztocích je tedy třeba počítat s čistotou. Při použití směsných standardů je nutno korigovat tyto teoretické hodnoty také o příspěvek z jiných chemikálií. Směrnice kalibračních závislostí jsou potom shodné a platí tedy nezávislost signálu ICP-MS detekce na specii, jak je uvedeno v tabulce č.8. Tabulka č. 8: Směrnice kalibračních závislostí a jejich směrodatná odchylka Směrnice SD MBT 0,861 0,034 DBT 0,866 0,005 TBT 0,864 0, Výtěžnost jednotlivých kroků přípravy vzorku Předpokladem správných výsledků je, že při přípravě vzorku vyextrahujeme ze vzorku všechny specie kvantitativně. Je třeba použít dostatečně silné extrakční činidlo, ale zároveň nesmí docházet ke změnám specií nebo jejich rozkladu. Volba extrakčního činidla a postupu je tedy důležitým krokem. Předpokladem správných výsledků je ale i kvantitativní výtěžnost dalších kroků, tzn. ethylace a extrakce ethylovaných specií do izooktanu. Výtěžnost tohoto kroku byla ověřena na methanolovém extraktu vzorku Z3 přidáním známého množství směsného standardu butylcíničitých chloridů. Výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 9 pro všechny tři specie. Výtěžnost extrakce vzorku byla stanovena také na vzorku Z3, ke kterému 30

31 byly přidány roztoky butylcíničitých chloridů v methanolu těsně před přidáním extrakčního činidla. Výsledky jsou uvedeny také v tabulce č. 9. extrakce Tabulka č.9: Výtěžnost extrakce specií ze vzorku a výtěžnost ethylace a následné Výtěžnost Specie extrakce do methanolu ethylace a extrakce do izooktanu % SD RSD % SD RSD MBT DBT TBT Výtěžnost kroku ethylace a extrakce ethylovaných specií do izooktanu je kvantitativní pro všechny sledované specie. Naopak výtěžnost extrakce specií ze vzorku do methanolu je různá, akceptovatelná je hodnota pro TBT (94%), nicméně pro DBT a MBT je nízká. Byla proto zvolena další extrakční činidla pro srovnání s extrakcí do MeOH, a to směs koncentrované kyseliny octové (HAc) a MeOH (1:1) a směs koncentrované kyseliny chlorovodíkové (HCl) a MeOH (3:7), a to ve dvou opakovaných krocích extrakce. V tabulce č. 10 je uveden stanovený obsah specií cínu po sečtení obou extraktů. Je vidět, že do HCl se extrahuje nejvíce specií cínu. Tabulka č. 10: Celkové obsahy specií z obou kroků extrakce v mg.kg -1 Specie Celkový obssah specií v MeOH [mg.kg -1 ] Celkový obsah specií v MeOH + Hac [mg.kg -1 ] Ceklový obsah specií v MeOH + HCl [mg.kg -1 ] MBT DBT TBT Srovnáme-li relativně vyextrahované množství specií z různých extrakčních činidel v grafu, pak je vidět, že do MeOH se extrahuje jen asi 10% MBT a asi 55% DBT, podobně do směsi s HAc 60% MBT z toho, co se vyextrahuje do směsi MeOH + HCl. Je tedy vidět, že čistý MeOH ani jeho směs s HAc nejsou dostatečně účinné pro extrakci zejména mono- a dibutylovaných specií cínu. 31

32 100,0 % 50,0 0,0 MeOH HAc + MeOH HCl + MeOH MBT DBT TBT Obrázek č. 10: Obsah vyextrahovaných specií do činidel proti směsi MeOH + HCl, očekávaná standardní odchylka se pohybuje okolo 5 % Z relativního vyjádření množství specií cínu vyextrahovaných v 1. a 2. kroku (relativně vůči součtu těchto dvou kroků, viz. tabulka č. 11) je zřejmé, že při extrakci MeOH a směsi s HAc se i v druhém kroku extrahuje významná část specií ze vzorku pro tyto mono- a dibutylované specie (zejména MBT) a tudíž by při použití těchto extrakčních činidel bylo třeba extrakci provádět opakovaně i více než 2x. Při použití směsi MeOH + HCl se také ve druhém kroku extrahuje významné množství specií a bylo by vhodné extrakci provést ještě jednou. Tabulka č. 11: Jednotlivé kroky extrakcí v procentech Specie Obsah specií v jednotlivých krocích pro MeOH [%] Obsah specií v jednotlivých krocích pro směs MeOH + HAc [%] Obsah specií v jednotlivých krocích pro směs MeOH + HCl [%] krok 1 krok 1 krok 1 krok 2 krok 1 krok 2 MBT 75,3 54,1 54,1 45,9 85,0 15,0 DBT 84,0 97,6 97,6 2,4 88,7 11,3 TBT 96,2 97,7 97,7 2,3 89,7 10,3 32

33 4. 5 Výsledky analýzy reálného vzorku Byl analyzován vzorek Z3 postupem uvedeným v experimentální části. Pro extrakci byl zvolen methanol a postup byl dodržen podle návodu z laboratoře VŠCHT, kde byly již dříve analýzy podobných vzorků prováděny metodou GC-MS. Zvolený postup byl převzat proto, aby byla zajištěna návaznost výsledků. Výsledky stanovení obsahu butylcíničitých specií jsou uvedeny v tabulce č. 11, spolu s směrodatnou odchylkou a relativní směrodatnou odchylkou stanovení. Jsou vyjádřeny jako obsah cínu v těchto speciích ve vzorku. Tabulka č. 11: Výsledky stanovení obsahu butylcíničitých sloučenin Specie Průměr [μg.g -1 ] SD RSD % MBT DBT TBT Podle výsledků extraktu do MeOH jsou nejvíce zastoupenými speciemi DBT a TBT, a to přibližně ve stejném poměru. Obsah MBT tvoří asi třetinu DBT. Celkový obsah organicky vázaného cínu v tomto vzorku je 1037 mg.kg -1. Opakovatelnost výsledků (RSD) je velmi dobrá (2-3%) a výsledky jsou srovnatelné s daty, která jsou k dispozici z analýz stejných typů vzorků, odebraných již dříve a analyzovaných na VŠCHT (obsahy MBT cca mg.kg -1, DBT mg.kg -1, TBT mg.kg -1 ). Nicméně, jak již bylo napsáno výše, MeOH není nejvhodnější extrakční činidlo a zejména obsah MBT silně podhodnocuje. Správnější budou výsledky z extrakce HCl, kde je obsah MBT více jak 10x vyšší, obsah DBT vyšší o 80% a TBT asi o 20%. Z výsledků plyne, že vzorek obsahuje nejméně TBT, více DBT a nejvíce MBT. Trámy byly původně ošetřeny přípravkem na bázi bis-tbt oxidu a je tedy vidět, že dochází k dealkylaci této sloučeniny, ať již časem, nebo sanačními zásahy, které byly v těchto prostorách prováděny. Pro uvedený postup přípravy vzorku (navážka, objem, alikvot, objem izooktanu ) byla přepočítána mez detekce na mg.kg -1 pro reálný vzorek. Pro každou ze specií (vyjádřeno jako cín) to je 0,5 mg.kg -1, což je pro tyto vzorky postačující. V případě, že by byly analyzovány vzorky s nižším obsahem organocíničitých sloučenin, lze úpravou navážky, 33