MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ Fakulta agronomická Ústav chemie a biochemie 2009
Stanovení beryllia ve složkách životního prostředí
Doktorská disertační práce
Ing. Petr Habarta
Školitel: Doc. RNDr. Petr Hrdlička, CSc. Školitel specialista: Mgr. Pavlína Pelcová, Ph.D.
V úvodu své doktorské disertační práce bych chtěl poděkovat Prof. RNDr. Vlastimilu Kubáňovi, DrSc. za zadání zajímavého tématu, Doc. RNDr. Petru Hrdličkovi, CSc. za vedení mé disertační práce a Prof. RNDr. Viktoru Kanickému, DrSc. za cenné rady a připomínky při realizaci této práce. Také děkuji Mgr. Pavlíně Pelcové, Ph.D., za pomoc při zhotovování této disertační práce.
2
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem disertační práci vypracoval samostatně a že všechny použité literární zdroje jsem správně a úplně citoval.
................................ Ing. Petr Habarta
3
OBSAH PROHLÁŠENÍ ____________________________________________________________ 3 OBSAH___________________________________________________________________ 4 1
ÚVOD ________________________________________________________________ 7
2
CÍL PRÁCE ___________________________________________________________ 8
3
TEORETICKÁ ČÁST ___________________________________________________ 9 3.1 Obecná charakteristika beryllia _____________________________________ 9 3.1.1 Fyzikální a chemické vlastnosti beryllia ______________________________ 9 3.1.2 Výskyt v přírodě _______________________________________________ 11 3.1.3 Použití _______________________________________________________ 11 3.1.4 Výroba beryllia ________________________________________________ 12 3.2 Toxikologie beryllia ____________________________________________ 12 3.2.1 Expozice _____________________________________________________ 12 3.2.2 Kompetice s hořčíkem___________________________________________ 13 3.2.3 Vazba beryllia na nukloproteiny ___________________________________ 13 3.2.4 Akutní toxicita_________________________________________________ 13 3.2.5 Chronické onemocnění __________________________________________ 13 3.2.6 Metabolismus a experimentální patologie____________________________ 14 3.2.7 Diferenciální diagnostika ________________________________________ 16 3.2.8 Léčba ________________________________________________________ 16 3.2.9 Ochrana a prevence _____________________________________________ 16 3.3 Metody stanovení beryllia________________________________________ 16 3.3.1 Plamenová atomová absorpční spektrometrie_________________________ 16 3.3.2 Atomová absorpční spektrometrie s elektrotermickou atomizací __________ 17 3.3.3 Optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem ___________ 17 3.4 Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem______________ 18 3.4.1 Princip hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem ________ 18 3.4.2 Transport vzorku do plazmatu_____________________________________ 19 3.4.3 Ionizace v plazmatu_____________________________________________ 19 3.4.4 Převedení iontů do vakua ________________________________________ 20 3.4.5 Separace iontů v kvadrupólu ______________________________________ 21 3.4.6 Detekce iontů__________________________________________________ 22 3.4.7 Omezující faktory ______________________________________________ 23 3.4.8 Salinita měřených roztoků________________________________________ 23 3.4.9 Využití ICP-MS________________________________________________ 23 3.4.10 Biologie a medicína_____________________________________________ 23 3.4.11 Životní prostředí _______________________________________________ 23 3.4.12 Geologie _____________________________________________________ 24
4
4 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ____________________________________________ 25 4.1 Použité standardy a chemikálie ____________________________________ 25 4.2 Úprava vzorků k analýze_________________________________________ 25 4.2.1 Úprava vody a sněhu ____________________________________________ 25 4.2.2 Úprava listů a travin ____________________________________________ 25 4.2.3 Úprava čerstvých půdních vzorků__________________________________ 25 4.2.4 Úprava suchých půdních vzorků ___________________________________ 26 4.2.5 Extrakce půd v uzavřeném systému s mikrovlnným ohřevem ____________ 26 4.2.6 Extrakce lučavkou královskou za horka _____________________________ 26 4.3 Použité přístroje________________________________________________ 27 4.3.1 ICP-MS Perkin Elmer SCIEX Elan 6000 ____________________________ 27 4.3.2 Laboratorní střižný mlýn GM 200 _________________________________ 28 4.3.3 Mikrovlnný rozkladač Milestone Ethos Sel __________________________ 29 4.3.4 Extrakce půdních vzorků dle EPA 3050b ____________________________ 29 4.3.5 Rozklad rostlinných vzorků ______________________________________ 30 4.3.6 Podvarový teflonový destilátor Berghof BSB 939IR___________________ 32 4.5.1 Vyloučení odlehlých výsledků ____________________________________ 33 4.5.2 Odhad střední hodnoty množiny výsledků ___________________________ 33 4.5.3 Odhad parametru variability (směrodatná odchylka) ___________________ 33 4.5.4 Jednoduchá lineární regresní závislost ______________________________ 33 4.5.5 Koeficienty lineární regresní rovnice _______________________________ 34 4.5.6 Detekční limity ________________________________________________ 34 4.5.7 Test homogenity rozptylů ________________________________________ 35 5 VÝSLEDKY A DISKUZE_______________________________________________ 37 5.1 Charakteristika reálných vzorků ___________________________________ 37 5.1.1 Lokalita odběru ________________________________________________ 37 5.1.2 Poloha odběrových míst _________________________________________ 39 5.1.3 Metoda odběru reálných vzorků ___________________________________ 42 5.2 Naměřené koncentrace beryllia ____________________________________ 43 5.2.1 Obsah beryllia – Sníh ___________________________________________ 43 5.2.2 Obsah beryllia – Vody___________________________________________ 43 5.2.3 Obsah beryllia – Traviny_________________________________________ 43 5.2.4 Obsah beryllia – Listy břízy ______________________________________ 45 5.2.5 Obsah beryllia – Půdy ___________________________________________ 48 5.2.6 Obsah beryllia – Hloubkové půdní profily ___________________________ 49 5.2.7 Obsah beryllia – Říční sedimenty __________________________________ 52 6
ZÁVĚR ______________________________________________________________ 56
7
LITERATURA _______________________________________________________ 57
8
SEZNAM SYMBOLŮ __________________________________________________ 59
5
9
ABSTRAKT __________________________________________________________ 60
10 SUMMARY __________________________________________________________ 61 11 ŽIVOTOPIS __________________________________________________________ 62 12 PŘÍLOHY ____________________________________________________________ 65
6
1
ÚVOD
Beryllium se v organizmu vyskytuje ve stopách a jeho biologický význam nebyl prokázán. Až do nedávné doby nemělo technickou důležitost a nebylo ani toxikologicky pokládáno za zajímavé. Teprve v souvislosti s významným a mnohostranným použitím v moderní technice, a tím s rozsáhlou výrobou, se objevilo i berylliem zaviněné onemocnění. První případy otravy byly popsány v roce 1933 a od té doby bylo toxicitě beryllia věnováno mnoho usilovných výzkumných prací. Důležitost stanovení beryllia roste z hlediska jeho vzrůstajícího využití v průmyslu. Stanovuje se ve složkách životního prostředí, jako je půda, voda a ovzduší, zejména v rizikových oblastech. Jelikož jsou obsahy beryllia ve složkách životního prostředí nízké, je třeba používat analytické metody, které jsou dostatečně citlivé a přesné. Stanovení beryllia lze provést řadou metod s různou náročností na instrumentaci. V poslední době zvláště v oblasti stopové a ultrastopové analýzy se stává dominantní analytickou metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). Používá se především všude, kde je potřeba rychlé a spolehlivé prvkové analýzy, např. v kontrole kontaminace životního prostředí, v kontrole kvality vstupních surovin, v průmyslových a potravinářských závodech apod. Metoda nabyla velkého významu např. v oblastech geochemických analýz, analýz vod či biologických materiálů.
7
2
CÍL PRÁCE
Cílem mé práce je nalezení optimální metody stanovení beryllia a nalezení vhodného způsobu korekce interferencí pro rutinní měření obsahu beryllia ve vodách, biologických materiálech, ve výluzích (výluh lučavkou královskou) sedimentů a půd metodou ICP-MS. Takto optimalizovanou metodu použít na proměření celé řady vzorků životního prostředí z oblasti Králického Sněžníku. Naměřená data potom použít na vytvoření představy zdali a jak ovlivňuje obsah beryllia životní prostředí v dané oblasti.
8
3 3.1
TEORETICKÁ ČÁST Obecná charakteristika beryllia Umístění v periodické tabulce prvků: druhá hlavní podskupina periodické soustavy. Hustota [g⋅⋅cm-3]
Teplota tání [°C]
Teplota varu [°C]
Mr
1,86
1287
2970
9,0122
Tab. 3-1 Vlastnosti beryllia Z těchto vlastností je patrné (z teploty tání a varu), že beryllium není těkavé a tudíž se nemusíme obávat jeho ztrát při (rozkladech vzorků) zpracovávání základní matrice [1]. 3.1.1 Fyzikální a chemické vlastnosti beryllia Beryllium má ocelově šedou barvu, je to tvrdý a křehký kov s malou hustotou, krystalizuje v nejtěsnějším hexagonálním uspořádání. Na vzduchu je beryllium stálé, protože se rychle pokrývá vrstvou oxidu beryllnatého, která zabraňuje další reakci s kyslíkem nebo vzdušnou vlhkostí. Rozpouští se ve zředěných silných kyselinách, alkalických hydroxidech a vodném roztoku NH4HF2 [2]. Elektronová konfigurace valenční sféry beryllia je 2s2, běžně se (kromě 0) uplatňuje jediné oxidační číslo + II. Jeho redoxní potenciál je mnohem méně záporný (1,85 V), než u ostatních prvků této skupiny (pro hořčík –2,37 V), ostatní prvky skupiny mají hodnotu redoxního potenciálu ještě zápornější) [1]. Beryllium je tvrdý (rýpe do skla), křehký (za normální teploty) a poměrně těžce tavitelný kov. Za červeného žáru je beryllium tažné. Vede špatně elektrický proud a teplo. Elementární kovové beryllium lze dlouhodobě uchovávat např. překryté vrstvou alifatických uhlovodíků jako petroleje či nafty, s kterými nereaguje. Beryllium je na suchém vzduchu stabilní (nereaguje s kyslíkem za pokojové teploty) [35]. S vodou reaguje pouze na povrchu a pokrývá se tenkou vrstvou oxidu beryllnatého, oxidace dále za normální teploty neprobíhá. V přírodě se setkáváme pouze s jeho sloučeninami. Kovové beryllium se za normální teploty nerozpouští v kyselině dusičné (ve zředěné kyselině se pouze pasivuje), za vyšší teploty se oxiduje velmi bouřlivě. S ostatními kyselinami beryllium reaguje už za normální teploty.
9
Obr. 3-1 Kovové beryllium (zdroj http://cs.wikipedia.org )
Obr. 3-2 Některé reakce beryllia
10
3.1.2 Výskyt v přírodě Beryllium bylo objeveno jako složka minerálu berylu (3BeO·Al2·SiO2), který obsahuje kolem 5 % čistého beryllia. Je součástí asi 50 minerálů, z nichž ve 30 je obsah beryllia vyšší než 1 %. Matečnou horninou jsou granitové pegmatity [3]. Rudy s obsahem kolem 6 % Be se vyskytují jen v několika málo oblastech. Největší množství berylu se těží v Brazílii, Indii, Jihoafrické Unii a Zimbabwe. V České republice je znám výskyt tohoto nerostu v menším množství v okolí Poběžovic. Beryllium se rovněž nachází v některých druzích uhlí v množství 0,1 – 1 % a dále jako vedlejší produkt při výrobě hliníku z bauxitu [23].
Obr. 3-3 Beryl (zdroj http://cs.wikipedia.org ) 3.1.3 Použití Pro své výhodné technické vlastnosti se použití beryllia velmi rychle rozšiřuje v různých odvětvích průmyslu. Dlouhou dobu se používá berylliový bronz (2-2,5 % Be) pro svou tvrdost, vysokou tepelnou a elektrickou vodivost a odolnost vůči korozi. Protože nejiskří, využívá se např. při výrobě hrotů sbíječek pro práci v dolech, kde hrozí výbuch důlních plynů. Bez porušení struktury a tuhosti dokáže beryllium odolávat trvalému zahřívání na 400-500 °C, zatímco slitiny hořčíku pouze do 150 °C. Využívá se při výrobě raket a nejvíce namáhaných součástí proudových motorů spolu s titanem. Beryllium dokáže propouštět rentgenové paprsky, proto se používá při výrobě oken rentgenových lamp, vodičů i antikatod 11
v neonových trubicích. Využívá se jako zdroj neutronů ke spuštění řetězové reakce uranu. Nejdříve se používá směs beryllia s radiem nebo poloniem, jež jsou zdrojem částic alfa. Při bombardování beryllia alfa částicemi se uvolňují neutrony. Radium-berylliový zdroj neutronů byl použit také v pokusech Fermiho, které vedly k objevení štěpení uranu. Tyto unikátní fyzikální vlastnosti beryllia, zvláště jeho schopnost uvolňovat neutrony, jsou využity při konstrukci neutronových nukleárních náloží ve formě dělostřeleckých granátů a bojových hlavic raketových střel. V jaderné energetice se beryllium používá při konstrukci reaktorů ve funkci zpomalovače a odrážeče neutronů a také při konstrukci palivových článků. Pokud jsou mimořádné nároky na kvalitu oceli – vysokou tvrdost, žáruvzdornost, zvýšenou odolnost proti korozi v mořské vodě anebo vůči nitrózním plynům (výtokové trysky raket) – jsou povrchy těchto ocelí upravovány tzv. beryllizací. Beryllizace spočívá v nasycení povrchových vrstev oceli berylliem. Oxid beryllnatý fluoreskuje a používá se při výrobě luminiscenčních lamp, televizních obrazovek apod. Používá se také při výrobě berylliové keramiky. Oxid beryllnatý spojený s pryskyřicí, je základní hmotou štítů chránících tělesa družic při jejich návratu do atmosféry. Často se používají také slitiny beryllia s mědí, hořčíkem, chromem, kobaltem a niklem. Slitiny s hliníkem dobře propouštějí rentgenové paprsky. Přidáním 0,01 % beryllia k hořčíku, v podobě slitiny hořčíku a beryllia, zvyšuje odolnost hořčíku vůči korozi ve vzduchu i vodě a zvyšuje teplotu vzplanutí hořčíku asi na 700 °C. Tavením fluoridu beryllnatého s fluoridy alkalických kovů vzniká sklo propouštějící paprsky od ultrafialové oblasti po infračervenou oblast spektra [3]. 3.1.4 Výroba beryllia Beryllium bylo poprvé získáno v čistém stavu v roce 1828. Jeho význam byl však pro obtížnost přípravy nevýznamný. První pokusy o jeho průmyslovou výrobu elektrolýzou roztavených solí se prováděly koncem 20. let minulého století. Výchozí surovinou pro výrobu čistých sloučenin a kovového beryllia je hydroxid beryllnatý. Čisté kovové beryllium se průmyslově vyrábí obvykle elektrolýzou směsi roztaveného chloridu beryllnatého a sodného na rtuťové katodě v ochranné atmosféře plynného argonu [3]. Beryllium lze také připravit reakcí fluoridu beryllnatého s kovovým hořčíkem.
3.2
Toxikologie beryllia
3.2.1 Expozice Primární cesty potenciální lidské expozice berylliem a jeho sloučeninami jsou vdechování a kontakt s kůží. Obecně je populace potenciálně vystavena berylliu inhalováním vzduchu a konzumováním potravin kontaminovanými beryllnatými sloučeninami [3].
12
3.2.2 Kompetice s hořčíkem Beryllium vytěsňuje některé biogenní prvky, především hořčík, které mají velmi podobné vlastnosti a dochází tak k inhibici některých enzymů. Ovlivňuje tak řadu významných enzymů jako je např. fosfatáza [36]. 3.2.3 Vazba beryllia na nukloproteiny Vlivem zvýšené afinity se beryllium váže na některé proteiny. Vlivem beryllia dochází ke změnám nebo poškození RNA a DNA. Specifické působení beryllia na metabolismus DNA má vliv na vznik karcinogenních účinku. Beryllium a jeho sloučeniny jsou u nás klasifikovány jako karcinogeny kategorie 2 [37]. Tato problematika je nadále zkoumána, ale již řada studií přinesla pozitivní výsledky. Bylo prokázáno, že sloučeniny beryllia způsobují kostní nádory a nádory plic [3]. 3.2.4 Akutní toxicita Akutní otrava berylliem postihuje dýchací cesty a kůži. Poprvé byla popsaná ve 30 letech v extrakčních závodech v Evropě. Po 10 letech byla tato onemocnění zaznamenána i u pracovníků ve Spojených státech. Otrava berylliem může postihnout všechny části dýchacího ústrojí, vyvolává zánět nosohltanu, tracheobronchitidu nebo zánět plicní tkáně. Kožní reakce vyvolává kontaktní dermatitidu, hlavně na exponovaných místech. Vdechování (i krátkodobé) extrémně vysokých koncentrací beryllia ve formě prachu či par je ve většině případů nejčastějším kontaktem s touto látkou. Patogenickým mechanismem je při těchto otravách chemické dráždění, na němž se mohou podílet i další faktory, jako např. anionty solí beryllia, jejichž páry byly vdechnuty nebo leptaly pokožku či sliznice (NO3-, SO42-, Cl- apod.). Akutní otrava se v současné době Vyskytuje pouze v případech havárií [14]. 3.2.5 Chronické onemocnění Chronická beryllióza byla zaznamenána v roce 1940 při výrobě fluorescenčních lamp a později byla také nalezena u žen zaměstnaných při preparaci katodových a zářivých trubic, katodových vláken a při výrobě neonových trubic. Další onemocnění vznikla po expozici kovovým berylliem, při výrobě slitin beryllia a v keramickém průmyslu. Chronické otravy berylliem byly popsány také u lidí žijících v okolí závodů zpracovávající beryllium. Samotná beryllióza má ve většině případů zrádný začátek, velmi často se projeví až několik let po přerušení expozice, tedy po dlouhé latenci. Beryllióza progresivně postupuje i v případech přerušení expozice (na rozdíl např. do silikózy) [15]. Onemocnění někdy navazuje na akutní otravu berylliem. Většinou začíná samostatně po několika měsících nebo letech expozice. V některých případech se projeví až po letech po
13
ukončení expozice berylliem. Četnost výskytu onemocnění u exponovaných osob kolísá mezi 0,3 až 7,5 % podle jednotlivých druhů expozice. U většiny případů jde o obrácenou závislost mezi délkou latence a vážností onemocnění. U pacientů nemocných s latencí kratší než rok dosahuje úmrtnost 37 %, zatímco u nemocných s latencí 5-10 let klesá na 18 %. Nebyla také zjištěna spojitost mezi expozicí (a tedy i dávkou) a závažností onemocnění. Onemocnění má individuální charakter vnímavosti a je podstatným rysem pro toto onemocnění. Počátek onemocnění je nenápadný, často bez varovných symptomů. Některá tato onemocnění mohou být objevena při profylaktických prohlídkách. Mezi první symptomy patří katary horních cest dýchacích, někdy tereotoxikóza a rychlá ztráta hmotnosti při běžné dietě. Často toto onemocnění vyprovokuje chirurgický výkon nebo gravidita. Jak onemocnění postupuje dochází ke ztrátě hmotnosti, pocitu celkové slabosti, únavy, nechutenství, dýchavičnosti, suchému kašli a bolestem na hrudi. U déle nemocných pacientů se objevuje cyanóza, oběhová nedostatečnost a u déle přežívajících paličkovité prsty. Toto onemocnění především postihuje plíce [3].
Obr. 3-4 RTG obraz berylliózy (zdroj http://cs.wikipedia.org ) Plíce získávají tuhou konzistenci a probíhá v nich ložisková granulomatóza. Vzniklé uzly se skládají z velkých jednojaderných buněk a nalezneme v nich obvykle nahromaděný oxid beryllia. Analogické změny můžeme najít v játrech, ledvinách, slezině, kůži a lymfatických uzlinách. 3.2.6 Metabolismus a experimentální patologie Akutní toxicita solí beryllia závisí na jejich rozpustnosti (chlorid, síran, fluorid a dusičnan jsou dobře rozpustné). Špatně rozpustné sloučeniny jsou uhličitan, oxid a karbid beryllia. U těch se zvyšuje toxicita zvyšováním disperznosti jejich prachů. Fluorid a chlorid beryllnatý působí analogicky jako soli těžkých kovů, váží se na bílkoviny. 14
Toxicita beryllnatých sloučenin se dává do vztahu s nahrazováním atomů hořčíku v enzymech atomy beryllia, protože s enzymy aktivovanými hořčíkem tvoří beryllium stálejší komplexy. Beryllium se váže na DNA podobně jako hořčík, ale jeho afinita je mnohonásobně vyšší. Zatímco komplex hořčíku s DNA lehko podléhá enzymatické hydrolýze, komplex s berylliem nehydrolyzuje, je stabilní. Specifické působení beryllia na metabolismus DNA může mít rozhodující vliv na objasnění jeho zatím experimentálně prokázaných karcinogenních účinků [15,16].
Obr. 3-5 Vznik uzlu granulomu (zdroj http://cs.wikipedia.org )
Obr. 3- 6 Granulom (zdroj http://cs.wikipedia.org )
15
3.2.7 Diferenciální diagnostika Diferenciálně diagnosticky přicházejí v úvahu silikóza, tuberkulóza a sarkoidóza. Nejčastěji je uplatňována kožní reakce. K tomuto testu se používá kapka rozpustné beryllnaté soli aplikované na kůži ke zjištění pozdní přecitlivělosti buněčného typu [3]. 3.2.8 Léčba Akutní onemocnění je možno úspěšně léčit přerušením expozice, symptomatickou léčbou a v případě superinfekce antibiotiky. Léčba chronického onemocnění je obtížná. Klinické symptomy včetně plícních funkcí se mohou zlepšit po léčbě steroidy. Používají se také desenzibilující látky, KCl, efedrin, preparáty protizánětlivé a roborancia [15,16]. 3.2.9 Ochrana a prevence Nejčastější kontakt s berylliem je ve formě prachu a par. Zdá se, že není určen těsný vztah mezi množstvím beryllia v tkáni a závažností onemocnění. Spolehlivý celoživotní odhad dávky beryllia je velmi obtížný. Nejvyšší přípustná koncentrace beryllia v ovzduší byla stanovena takto: - při osmihodinové expozici denně nesmí průměrná koncentrace přesáhnout 2 µg·m-3 - nárazové koncentrace nesmějí přesáhnout 25 µg·m-3 - obyvatelstvo v okolí závodu nesmí být exponováno průměrnou koncentrací na měsíc vyšší než 0,01 µg·m-3. Výše uvedené koncentrace je možné dodržet dostupnými technickými prostředky, převážné „mokrých procesů“. Pro ochranu ovzduší je potřeba zabezpečit větrání, kde všechny páry a prachy musí být před vypuštěním do ovzduší čištěny. Pracovní oděvy jsou čištěny v závodě. Je nutno zabezpečit osprchování pracovníků během směny. Koncentrace beryllia musí být monitorovány a v případě, kdy koncentrace v ovzduší není možno snížit pod 25 µg·m-3 je třeba použit respirátory anebo ochranné masky [15,16].
3.3
Metody stanovení beryllia
3.3.1 Plamenová atomová absorpční spektrometrie Koncentrace se zjišťuje na základě charakteristické absorpce záření na rezonanční čáře beryllia v plameni acetylen – vzduch metodou kalibrační křivky. Ionizační interference se odstraňují přídavkem draslíku [7]. Měření se provádí v redukčním plameni acetylen – vzduch se štěrbinovým hořákem o délce 5 cm umístěným v optické ose přístroje s využitím korekce nespecifické absorpce. Výška červené zóny plamene je asi 15-20 mm. Vlnová délka pro beryllium je 234,9 nm a proud pro žhavení výbojek s dutou katodou činí 5 mA. Měření se
16
provádí se štěrbinou o optické šířce 0,5 nm. Integrace signálu probíhá 3 s po prodlevě pro ustálení signálu 3 s. Detekční limit metody byl 15 µg·l-1 [5]. 3.3.2 Atomová absorpční spektrometrie s elektrotermickou atomizací Elektrotermická atomizace beryllia za použití grafitové a wolframové kyvety byla porovnávána s použitím a bez použití různých chemických modifikátorů. Wolframová kyveta byla pro stanovení beryllia nejvhodnější s nejlepšími detekčními limity. Wolframová kyveta a zirkonium jako modifikátor byly použity pro stanovení beryllia v několika NIST SRM certifikovaných materiálech s vynikajícími výsledky, které korespondovaly s certifikovanými hodnotami beryllia. Detekční limit metody byl 10 µg·l-1 [4]. 3.3.3 Optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem Ke stanovení beryllia se v praxi prosadily různé typy indukčně vázaných plazmat. Jestliže zahříváme látku v plynném skupenství, dochází postupně k její atomizaci a ionizaci, až látka přejde na plazma, které je často považováno za čtvrté skupenství hmoty. Beryllium se měří při specifické vlnové délce 313,04 nm. Detekční limit je 0,2 µg·l-1 (může se u jednotlivých přístrojů lišit). Metoda je velmi citlivá a vhodná pro stanovení beryllia v různých matricích. Neruší ani přítomnost jiných kovů a prvků.
17
3.4
Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem
Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) je ultrastopová analytická metoda sloužící ke stanovení obsahu stopových množství jednotlivých prvků v analyzovaném vzorku. Metoda umožňuje stanovit většinu prvků od lithia po uran s citlivostí v jednotkách ppt (ng·l-1) až po jednotky stovek ppm (mg·l-1) [8]. 3.4.1 Princip hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem Roztok vzorku je převeden do podoby aerosolu a proudem argonu je veden do plazmové hlavice, kde je za pomocí střídavého vysokofrekvenčního elektromagnetického pole generováno argonové plazma o teplotě 6 000 – 10 000 K. Tyto podmínky umožňují okamžité odpaření rozpouštědla a zánik chemických vazeb původně přítomných v molekulách sloučenin. Vzniklé volné atomy vytvoří jednou kladně nabité ionty Me+. Kladně nabité ionty jsou snížením tlaku plynu na přibližně 1 Pa unášeny do přechodové komory (interface). Dalším snížením tlaku na řádově tisíciny pascalu (asi 0,00133 Pa) přecházejí ionty systémem elektrostatických čoček a dostávají se do kvadrupólového analyzátoru, kde jsou vedeny tak, aby na povrch iontonásobiče dopadly v daném časovém okamžiku pouze ionty se zvolenou relativní atomovou hmotností (mu). Separované ionty dopadající na povrch násobiče umožňují vznik elektrického proudu, jehož intenzita je změřena jako analytický signál. Obslužným výpočetním programem jsou naměřené intenzity signálu převedeny na data, která jsou přesnou koncentrací měřených prvků v analyzovaném roztoku.
Obr. 3-7 Schéma plazmové hlavice
18
3.4.2 Transport vzorku do plazmatu
Obr. 3-8 Peristaltické čerpadlo pro dávkování vzorku do zmlžovače (zdroj http://cs.wikipedia.org ) Klasickou aplikací techniky ICP-MS je analýza z roztoku vzorku. Běžně je pro peristaltickou pumpu použito dvou - nebo i třícestné čerpadlo, kde se v primárním kanále transportuje roztok vzorku, v sekundárním roztok porovnávacího prvku a terciální kanál se může využít například pro in-line ředění příliš koncentrovaných vzorků. Ve zmlžovači vzniká z roztoku vzorku aerosol, který je transportován do mlžné komory, jejíž konstrukce umožňuje separaci jemně dispergovaného aerosolu, který je proudem argonu unášen do plazmové hlavice. Hlavní nevýhodou je možnost zanesení trysky malými nerozpuštěnými částečkami vzorku nebo vykrystalizovanými solemi při analýze příliš koncentrovaných roztoků. Tato nevýhoda se odstraňuje použitím pneumatického Babbingtonova zmlžovače, což umožňuje práci se silně zasolenými roztoky nebo suspenzemi pevných částic [13]. 3.4.3 Ionizace v plazmatu Rozvoj používání techniky ICP-MS zaznamenal rozmachu ve spojitosti s vývojem plazmatu takových parametrů, které umožňují, aby atomy analyzovaných prvků byly již před vstupem do detektoru převedeny do formy iontů Me+ [12]. Množství přiváděného plynu (Ar) do plazmové hlavice je přibližně 20 l·min-1, tento plyn zajišťuje správnou funkci plazmové hlavice. Průtok plynu jako ideální prostředí potřebuje vysokofrekvenční elektromagnetické indukční pole (konkrétně v rozmezí 25 - 50 Mhz) s dodávaným výkonem 0,8 - 1,8 kW.
19
Přenos výkonu je realizován protékajícím proudem argonu pomocí cívky o 3 - 4 závitech, která je umístěna na ústí plazmové hlavice. Předávání tak vysokého výkonu z vysokofrekvenčního generátoru do plazmatu by za normálních podmínek mohlo poškodit cívku přehříváním, je cívka zhotovena z měděných kapilár o vnitřním průměru 1 - 2 mm, což umožní kontinuální chlazení cívky proudem chladicího média (obvykle deionizované vody) o teplotě 15 - 20 °C [13]. 3.4.4 Převedení iontů do vakua
Obr. 3-9 Turbomolekulární pumpa (zdroj http://cs.wikipedia.org ) Vysoké vakuum je podmínka nezbytně nutná pro analýzu obsahu jednotlivých iontů ve vzorku, je třeba ionty analyzovaných prvků transportovat do tohoto prostředí. Stavu vysokého vakua je dosaženo postupným průchodem vzorku dvěma kónusy s průměrem vstupních otvorů několik desetin milimetru. V prvním průchodu kónusem (samplerem) se atomy vzorku dostávají do meziprostoru (interface), kde je tlak stabilně udržován na hodnotě několika Pascalů. Po průchodu druhým kónusu (skimmer) se analyzovaný vzorek dostává do prostředí o tlaku přibližně 10-2 Pa a ionty dosahují již nadzvukové rychlosti. Vakuum je vytvořeno kombinovanou prací celkem 4 vakuových pump. Součinnost pump umožňuje udržování stabilních podmínek vakua. Vřazená turbomolekulární pumpa, odstraňuje atomy plynu mechanickými nárazy lopatek rotoru o velmi vysoké rychlosti při otáčkách rotoru kolem 60 000 rpm (min-1) [13].
20
3.4.5 Separace iontů v kvadrupólu
Obr. 3-10 Schematický nákres kvadrupólu (zdroj dokumentace výrobce)
Obr. 3-11 Kvadrupól (foto autor) Ionty transportované do vakuové části spektrometru sebou přinášejí velké množství nežádoucích částic, které by interferovaly detekci jednotlivých separovaných iontů. Těmito 21
nežádoucími částicemi jsou: elektricky nenabité atomy, převážně atomy argonu, kyslíku a vodíku a dále velké množství fotonů uvolněných z argonového plazmatu. Vzhledem k tomu, že uvedené částice jsou elektroneutrální a tudíž neovlivnitelné elektrostatickým polem, na jejich zachycení postačuje umístění mechanické překážky (kovový terčík - stopper) do jejich trajektorie, díky tomu se pak fotony i nenabité částice na této překážce zastaví. Proud analyzovaných iontů je přesně vychýlen elektrostatickým polem tak, aby překážku prostě obletěl a teprve za ní byl vnesen do kvadrupólu. Usměrňování proudu částic je u některých přístrojů zajištěno uspořádáním vstupních kónů a kvadrupólu tak, aby osa kvadrupólu byla otočena v úhlu přibližně 45o od směru vstupujících iontů a tyto jsou pak do kvadrupólu nasměrovány důmyslně generovaným elektrostatickým polem (tzv. iontovou optikou), zatímco nenabité částice zanikají po dopadu na absorpční kovovou plochu ležící v ose vstupních kónů [13]. Kvadrupólový separátor umožňuje oddělení jednotlivých iontů na základě jejich relativní atomové hmotnosti (mu). Kvadrupólový separátor tvoří soustava čtyř kovových tyčí o délce 30 – 40 cm a průměru asi 10 mm, na které je vyvedeno elektrické napětí složené ze stejnosměrné složky a vysokofrekvenční střídavé složky tak, aby dvě protilehlé tyče měly vždy stejnou polaritu. Generovaného elektromagnetického pole umožňuje rozkmitání iontů a za přesně definovaných podmínek se docílí toho, že kvadrupólem proletí pouze částice o definované hmotě a dopadne na detektor [12]. Analýza obvykle probíhá tak, že se pomocí počítače mění podmínky na kvadurpólu tak, aby byly analyzovány pouze vybrané ionty, v souladu s požadavky obsluhy. Doba analýzy se významně zkrátí a zároveň se zabrání přehlcení detektoru ionty o příliš vysokém zastoupení ve vzorku. 3.4.6
Detekce iontů
Detekci iontů zajišťuje nejčastěji vícekanálový iontonásobič, který je založen na stejném principu jako klasický fotonásobič a jeho funkce spočívá v mnohonásobném zesílení elektrického signálu, vniklého dopadem měřeného iontu na měrnou plošku (obvykle polovodivý oxid olova), na kterou je vložen elektrický potenciál o velikosti přibližně – 3 kV. Měřitelný elektrický proud na výstupu detektoru je získáván dopadem pozitivně nabitého iontu Me+, který vypudí velký počet tzv. sekundárních elektronů, a ty jsou dále směrovány elektrickým polem k dalším elektrodám a znovu zesilovány. Měření v přístroji je řízeno počítačem, který zaznamenává přesný počet iontů prošlých kvadrupólovým separátorem na detektor, splňujících podmínku zvolené relativní atomové hmotnosti. Měření intenzity signálu probíhá po definovanou dobu (10 – 100 ms). Popsaný proces se poté opakuje a na detektor jsou nasměrovány další ionty o jiné mu. Měření zadaného spektra iontů se opakuje 100 až 1000 krát a výsledný signál je průměrem všech měření. Kalibrace přístroje probíhá stejným způsobem, ale jsou proměřovány standardní roztoky o známých koncentracích měřených prvků a na základě velikosti signálů těchto standardů jsou finálně vypočteny koncentrace měřených prvků v analyzovaných vzorcích [13].
22
3.4.7
Omezující faktory
Omezujícími faktory měření na ICP-MS jsou vysoká salinita analyzovaných roztoků, výskyt izobarických interferencí a omezení vyplývající z použité metody. 3.4.8 Salinita měřených roztoků Základní omezující faktor použití metody ICP-MS je obsah solí v analyzovaných vzorcích. Jednak dochází k zasolování povrchů vstupních kónů nanášením solí ze vzorku (zmenšování reálného průměru - blokování kónu). Pak dále dochází ke změně fyzikálních podmínek v argonovém plazmatu, kdy v přítomnosti velkého množství solí dochází k energetickým posunům a následnému generování rozdílného množství iontů měřených prvků ve vzorku a kalibračním roztoku [9]. Pro praxi je zásadní, že množství solí v analyzovaném vzorku nesmí překročit hranici 2 – 5 -1 g·l soli. V případě, že analyzovaný vzorek tyto parametry nesplňuje, je potřeba ho naředit. Prakticky se to týká analýz mořské vody (salinita cca 40 g·l-1), krevní plasmy nebo krve (salinita přes 25 g·l-1), moči, minerálních vod a řady dalších běžných vzorků [13]. 3.4.9 Využití ICP-MS Hlavní předností ICP-MS je využití při požadavku velmi vysoké citlivosti analýz. Současně přináší praktickou výhodu v možnosti rychle a přesně analyzovat velké množství prvků v jednom vzorku. Další výhodou metody je automatizace analýz a měření velkého množství vzorků během krátkého časového intervalu. 3.4.10 Biologie a medicína Vzorky organogenního původu jsou ideální pro analýzy pomocí ICP-MS. Převážnou měrou jsou v nich zastoupeny prvky jako uhlík, kyslík a dusík, které se při přípravě vzorků mineralizací (obvykle se používá tlakový rozklad se směsí kyseliny dusičné a peroxidu vodíku) převedou na plyny nebo vodu a ze vzorku jsou tak odstraněny. Tyto vzorky jsou složité matrice a technika ICP-MS je může snadno analyzovat. Často lze analyzovat vzorek například lidského vlasu nebo srsti zvířat a jehož stáří je i stovky nebo tisíce let [9].
3.4.11 Životní prostředí Antropogenní činnost v životním prostředí se často monitoruje obsahem toxických kovů jako olovo, kadmium, arzen nebo rtuť. Analyzovaným materiálem jsou zde obvykle rostliny jako houby, mechy nebo lišejníky, o jejichž schopnosti absorbovat těžké kovy z okolního prostředí je známo velmi mnoho [9]. Technika umožňuje analyzovat vzorky nejen z terestrického prostředí, ale i vzorky z vodních ekosystémů jako jsou ulity nebo lastury jak mořských měkkýšů, tak i sladkovodních, významným materiálem jsou i tkáně mořských korálů. Díky vysoké citlivosti techniky ICP-MS lze analyzovat i velmi malé množství vzorku 23
a je proto možno sledovat postupné změny obsahu prvků v tkáni jednoho jedince v různých obdobích života. Aktuální je například sledování obsahu arsenu nebo rtuti v korálových útesech, vzhledem k jejich vymírání a výrazným změnám, které to v mořských ekosystémech představuje [9]. U teplokrevných živočichů jsou nejvíce vypovídající skupinou predátoři, protože stojí až na konci potravního řetězce a v jejich tkáních se tak hromadí mnohem více těžkých kovů než u býložravců. Významným zdrojem informací jsou především orgány jako játra a ledviny, které zachycují a uchovávají těžké kovy z tělních tekutin [17]. 3.4.12 Geologie Pro geologické analýzy jsou nejdůležitější informace o málo zastoupených prvcích, jako například drahé kovy, lanthanoidy, uran a jemu podobné prvky, které lze snadno analyzovat pomocí ICP-MS. Časté a důležité jsou analýzy obsahu jodu v podzemních vodách. Význam porovnávání poměrů jednotlivých prvků vzácných zemin ve vzorcích, slouží především pro stanovení geologického stáří hornin. Prvky vzácných zemin jsou v ultrastopových množstvích přítomné prakticky ve všech geologických vzorcích. Je důležité stanovit nejen absolutní koncentrace prvků (lanthanoidy), ale i jejich vzájemné poměry neboť tato informace je klíčová vzhledem k místu vzniku zkoumané hmoty a jejího transportu zemskou kůrou [9].
24
4
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
4.1
Použité standardy a chemikálie • • • • • •
4.2
Beryllium, 1,000±0,002 g·l-1, Merck Indium 1,000±0,002 g·l-1 , Merck Kyselina dusičná 65 % p.a. – přečištěná podvarovou destilací na suprapur, Lachema s.r.o. Kyselina chlorovodíková 36% p.a. – přečištěná podvarovou destilací na suprapur, Lachema s.r.o. Peroxid vodíku 30% – suprapur, Merck Demineralizovaná voda MilliQ (Millipore, Bedford, USA)
Úprava vzorků k analýze
Analyzovány byly celé řady matric - voda, sníh, listy, traviny, sedimenty a půdy. 4.2.1 Úprava vody a sněhu Byla prováděna dle ČSN ISO 5667-8 (757051) Jakost vod. Sníh byl odebrán a zakonzervován 5 ml·l-1 kyseliny chlorovodíkové (suprapur) bez přístupu vzduchu. Poté byl vytemperován na teplotu 20oC a tedy rozpuštěn na vodu, která byla použita k analýze. Voda z potoků byla po odběru zakonzervována kyselinou chlorovodíkovou (5 ml·l-1) a uzavřena do skleněných nádobek bez přístupu vzduchu a světla. Takto konzervovaná voda byla analyzována. 4.2.2 Úprava listů a travin Rostlinného materiálu bylo odebráno při každém odběru minimálně 1 kg. Rostlinný materiál byl několik dní sušen při teplotě 25 oC a rozemlet laboratorním střižným mlýnem Retsch GM 200. Z takto zhomogenizovaného materiálu bylo poté kvartifikací odebráno po 1 g materiálu. V tomto materiálu byl stanoven obsah sušiny při 105 oC (sušení při 105 oC do konstantní hmotnosti). Takto upravený materiál byl rozložen v mikrovlnném systému Milestone.
4.2.3 Úprava čerstvých půdních vzorků Tento postup je určen pro úpravu všech vzorků půd a příbuzných materiálů. Odebraný půdní vzorek se zpracovává ihned po dodání do laboratoře. Není-li to možné, uzavře se do mikrotenového sáčku a do dalšího zpracování se uchovává při teplotě nižší než 4 oC po dobu maximálně 3 dnů. Delší dobu je možné vzorek uchovat při teplotě nižší než – 15 oC [23].
25
Vzorek se rozprostře na vhodné misce, odstraní se hrubší části skeletu, zbytky rostlinného a živočišného původu a další zjevné příměsi. Případné agregáty se rozruší nastrouháním a vzorek se potom přeseje přes síto o jmenovité délce strany oka 5 mm [19]. 4.2.4 Úprava suchých půdních vzorků Tento postup je určen pro úpravu všech vzorků půd a příbuzných materiálů. Odebraný půdní vzorek se vysuší rozložený do tenké vrstvy na suchém a větraném místě. Nesmí se sušit na slunci nebo pomocí umělého zdroje tepla [21]. 1 postup: Z vysušeného půdního vzorku se odstraní větší částice skeletu, rostlinné a živočišné zbytky a vzorek se potom opatrně rozdrtí v půdní prosévačce nebo ručně tak, aby nebyly rozdrceny částice skeletu. Částice skeletu větší než 2 mm se oddělí prosetím sítem o jmenovité délce strany oka 2 mm. 2 postup: Z jemnozemě (z postupu výše) se oddělí průměrný vzorek o hmotnosti asi 5 g. Z tohoto podílu vzorku se pečlivě vyberou zbytky rostlinného a živočišného původu. Vzorek se potom rozetře v misce tak, aby prošel beze zbytku sítem o jmenovité délce strany oka 0,25 mm [22]. Upravené vzorky je možné skladovat v papírových sáčcích nebo uzavřených polyethylenových lahvích s širokým hrdlem na suchém a dobře větraném místě mimo dosah slunečního záření po dobu 5 i více let.
4.2.5 Extrakce půd v uzavřeném systému s mikrovlnným ohřevem Postup je určen pro upravené vzorky minerálních půd a hornin. Rozklad je ověřen pro stanovení celkových obsahů celé řady prvků. Postup není určen pro stanovení C, N, B. Jemně pomletý vzorek se rozkládá směsí minerálních kyselin v uzavřeném systému s mikrovlnným ohřevem. Přídavek kyseliny borité zabraňuje ztrátám křemíku. Oxidy, karbonáty, organické látky a celá řada dalších sloučenin se rozkládají kyselinou dusičnou. Křemičitany se rozloží působením kyseliny fluorovodíkové [19]. 4.2.6 Extrakce lučavkou královskou za horka Postup je určen pro vzorky minerálních a organických půd, kalů, sedimentů a hornin. V mineralizátu je možné stanovit uzanční celkové obsahy Li, Be, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Rb, Sr, Y, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, prvků vzácných zemin, Tl, Pb, Bi, Th, U. Postup není určen pro stanovení C, N a halogenů. Upravený vzorek se rozkládá směsí kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné (3:1 v/v) za varu. Na každou extrakci bylo naváženo 5,00 ± 0,30 g půdy do konické baňky o objemu 250 ml se zábrusovým hrdlem. Vzorek se ovlhčil vodou (přídavek asi 2-3 ml) a potom se pozvolna přidalo 21 ml kyseliny chlorovodíkové a 7 ml kyseliny dusičné. Poté se na baňky nasadil zpětný chladič o délce 300 – 400 mm a obsah se zahříval v topném hnízdě k varu. Mírný var 26
byl udržován po dobu 2 hodin. Po ukončení se chladič propláchl 25 ml destilované vody. Obsah baňky byl přefiltrován přes skládaný filtr (středně hustý filtr) a kvantitativně převeden do odměrné baňky o objemu 100 ml a doplněn po rysku demineralizovanou vodou [7]. Během měření (v roce 2005 a 2006) byl nejčastěji používán postup extrakce s lučavkou královskou. Vzorky sedimentů (2007) a minerálů byly extrahovány za pomocí mikrovlnného rozkladače, protože nebyl k dispozici dostatek vzorku (materiálu) pro analýzu. Na mikrovlnnou extrakci je potřeba podstatně méně vzorku. Byly provedeny srovnávací měření obou metod extrakcí a výsledky potvrdily, že naměřené rozdíly jsou menší jak 3 %.
4.3
Použité přístroje
4.3.1 ICP-MS Perkin Elmer SCIEX Elan 6000 Přístroj je vybaven cross-flow (křížovým) zmlžovačem. Detektor byl nastaven na mód dual detector umožňující použití obou částí detektoru (pulzního a analogového) pro široký rozsah měřených koncentrací . Přístroj byl pro měření nastaven na průtok nosného argonu 0,83 l·min1 , výkon generátoru na 1000 W, frekvence 40,14 MHz (volně kmitající oscilátor - freerunning), napětí na čočkách (lens voltage) na 8,9 V, pulzní (pulse) detektor na 1300 V, analogový detektor na -1750 V. Jako interní standard pro beryllium bylo použito indium. Beryllium bylo měřeno na 9,0122 mu. Detekční limit byl 10 ± 3 ng·l-1. Beryllium je součástí kalibračních roztoků pro kalibraci a justaci ICP-MS (roztoky jsou přímo dodané výrobcem) a přístroj je na stanovení beryllia optimalizován. Tato metoda byla vybrána jako nejvhodnější pro stanovení beryllia ve vzorcích životního prostředí. K přístroji byl připojen podavač vzorků (autosampler) Perkin Elmer AS 90, který uspíšil a zautomatizoval prováděné analýzy zaváděním vzorků do plazmatu. Nastavení ICP-MS Plazmový/středový plyn 3,8 l·min-1 Průtok Argonu zmlžovačem 0,83 l·min-1 Příkon do plazmatu 1000 W Měřící mód Odečet na vrcholu píku Trvání odečtu signálu (dwell time) 50 ms Počet scanu (scan/replicate) 6 Počet opakování 10 Celkový integrační čas 2s Průtok vzorku 0,8 ml·min-1 9 Měřené izotopy Be 115 Interní standart (porovnávací prvek) In Tab. 4-1 Nastavení ICP-MS
27
Obr. 4-1 ICP-MS Perkin Elmer Elan 6000 (foto autor)
4.3.2 Laboratorní střižný mlýn GM 200 Je vhodný pro měkké až středně tvrdé materiály, elastické a vláknité látky. Rotor má tři tvrzené nastavitelné řezací desky. Těleso přístroje je vyrobeno z hliníku. Vstupní velikost materiálu je maximálně 60 x 80 mm, konečná velikost je asi 0,25 - 20 mm (záleží na původní velikosti a tuhosti materiálu). Výkon přístroje je 5 - 10 l·hod-1, nebo 0,2 - 5 kg·hod-1 (větší hodnoty jsou při použití nástavce 30 l). Volitelně je možné změnit podstavec. Mletí biologických materiálů jako sušeného listí a travin na požadovanou velikost určenou pro rozklad bylo dosaženo při 2000 otáčkách po dobu 2 minut a 30 sekund. Rozemletý biologický materiál byl dostatečně několikrát promíchán a homogenizován, aby z něj bylo možno odebrat reprezentativní vzorek vhodný pro rozklad.
28
Obr. 4-2 Mlýnek Retsch GM 200 (foto autor) 4.3.3 Mikrovlnný rozkladač Milestone Ethos Sel Ethos Sel je mikrovlnná pec pro kyselinové tlakové rozklady. Robustní konstrukce je navržena s ohledem na bezpečnostní a provozní požadavky laboratoře. Umožňuje rozklad 10 vzorků současně, při maximálním tlaku 11 MPa a teplotě 300 °C. Teplotní čidlo měří teplotu uvnitř rozkladné nádobky a tím reguluje výkon. Typický výkon 1000 W je dynamicky řízen dle okamžitých požadavků reakce tak, aby průběh teploty sledoval zvolenou křivku. Teplotní programy byly použity dva. Jeden byl určen pro rozklad biologického materiálu a druhý byl určen pro vzorky půd a sedimentů. 4.3.4 Extrakce půdních vzorků dle EPA 3050b Do teflonové nádobky mikrovlnného mineralizátoru bylo naváženo přesně (na 4 desetinná místa) okolo 0,5 g suchého půdního materiálu. Bylo přidáno 2,5 ml koncentrované HNO3 , 10 ml koncentrované HCl a 1 ml H2O2. Mineralizace byla provedena pomocí rozkladného programu pro rozklad půd Obr. 4-3. Výkon je řízen dynamicky z údajů teplotního čidla tak, aby teplota sledovala zvolený teplotní program. Po zahřívání byly nádobky chlazeny po dobu minimálně 20 minut. Po ukončení extrakce byl získaný roztok přefiltrován přes filtr s póry 29
střední velikosti do odměrné baňky o objemu 25 ml. Poté byla baňka doplněna po rysku demineralizovanou vodou. Takto získaný extrakt byl analyzován na ICP-MS [6].
Rozklad půd v mikrovlnném rozkladači 200
o
Teplota [ C]
160 120 80 40 0 0
5
10
15
20
25
30
Čas [min]
Obr. 4-3 Teplotní program pro extrakci půdních vzorků
4.3.5 Rozklad rostlinných vzorků Do teflonové nádobky mikrovlnného mineralizátoru bylo naváženo přesně (na 4 desetinná místa) okolo 0,5 g vzorku rostlinného materiálu. K rozkladu bylo použito 6 ml koncentrované HNO3 a 4 ml demineralizované vody. Mineralizace byla provedena pomocí rozkladného programu, který je uveden na Obr. 4-4. Výkon je řízen dynamicky z údajů teplotního čidla tak, aby teplota sledovala zvolený teplotní program. Po zahřívání byly nádobky chlazeny po dobu minimálně 30 minut. Po ukončení mineralizace byl získaný roztok převeden do odměrné baňky na 25 ml a doplněn po rysku demineralizovanou vodou. Takto rozložený biologický materiál byl analyzován metodou ICP-MS.
30
Rozklad rostlin v mikrovlnném rozkladači 300
Teplota [ oC]
250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
Čas [min] Obr. 4-4 Teplotní program pro rozklad biologických vzorků
Obr.4-5 Mikrovlnný rozkladač Milestone (foto autor)
31
50
4.3.6 Podvarový teflonový destilátor Berghof BSB 939IR Podvarové destilační zařízení BSB 939IR firmy Berghof poskytuje přípravu ultračistých kyselin. Zařízení se skládá z IR – zářiče (lampy), PTFE nádoby s odpařovací komorou a s PFA-chladičem. Kondenzát je odváděn pomocí PFA trubice a shromažďován v průhledné PFA – lahvi. Vznikající kondenzát tak přichází do styku pouze s PFA, ohřev je bezkontaktní pomocí IR zářiče. Dosahuje se tak velmi nízkých kontaminací a připravená kyselina splňuje nároky nejkritičtějších aplikací jako je ultrastopová analýza s ICP-MS. Oproti křemenným podvarovým destilacím se nejen dosahuje vyšší čistoty připravené kyseliny, je ale také možné připravovat velmi čistou kyselinu fluorovodíkovou. Demineralizovaná voda nebyla touto aparaturou destilována, její čistota byla dostatečná z přístroje MilliQ. Typický výkon udávaný výrobcem H2O 1,8 l za 24 hodin HCl 1,1 l za 24 hodin HNO3 1,2 l za 24 hodin HF 1,0 l za 24 hodin Tab. 4-2 Výkon destilátoru
Obr. 4-6 Podvarová destilace Berghof (foto autor)
32
4.5.1 Vyloučení odlehlých výsledků Přítomnost hrubé chyby v ojedinělém výsledku se zpravidla projeví tím, že takový výsledek je od ostatních odlehlý a je tedy nezbytné ho vyloučit [24]. Nejprve seřadíme všechny výsledky podle stoupající hodnoty x1 < x2 < …<xn. Odlehlý výsledek – nejnižší (x1) nebo nejvyšší (x2) ve vytvořené posloupnosti – testujeme dosazením do příslušných vztahů a vypočtené hodnoty se pak porovnají s kritickými tabelovanými hodnotami dle statistické významnosti. Dean – Dixonův test je vhodný pro soubor s malým počtem paralelních stanovení. Testují se dva sousední výsledky v posloupnosti podle vzorce x − x1 Q1 = 2 R x − x n −1 Qn = n R kde R = xmax – xmin. Vypočtené hodnoty Q1 a Qn porovnáme s kritickou hodnotou Qα pro zvolenou hladinu významnosti. Jsou li hodnoty vyšší, než tabelované hodnoty, pak jsou výsledky odlehlé.[10] 4.5.2 Odhad střední hodnoty množiny výsledků Běžně používaným odhadem střední hodnoty množiny výsledků je aritmetický průměr. Jelikož pro malé množiny (n < 10) je aritmetický průměr citlivý na krajní hodnoty, užívá se pro tyto soubory medián. Medián je hodnota ležící uprostřed intervalu výsledků seřazených dle velikosti. Pro sudý počet výsledků je medián roven aritmetickému průměru dvou prostředních výsledků. [24] 4.5.3 Odhad parametru variability (směrodatná odchylka) Pro malý počet n paralelních stanovení (n < 10) provedených pro jeden vzorek se směrodatná odchylka počítá podle vzorce: s = kn * R kde R je rozpětí výsledků (R = xmax – xmin) a kn tabelovaný koeficient pro určitý počet stanovení.[10] 4.5.4 Jednoduchá lineární regresní závislost Lineární závislost dvou proměnných je nejjednodušší možná závislost, která může být vyjádřena obecným vztahem y = a + bx, kde parametr a představuje úsek na ose y a parametr b směrnici přímky.
33
4.5.5 Koeficienty lineární regresní rovnice Pro výpočet koeficientů a, b lineární regresní rovnice y = a + bx se používá metody nejmenších čtverců, kdy hledáme takové a, b, aby platilo: 2 ∑ ( y − a − bx ) = min 4.5.6 Detekční limity Rozsah kalibrační křivky je pro metodu ICP-MS 10 ng·l-1 − 1 mg·l-1 beryllia. Tento rozsah kalibrační křivky byl zvolen za předpokladu, že analyzované vzorky budou obsahovat beryllium v koncentracích, které budou ležet v daném rozsahu. Parametry měření byly zvoleny stejně jako při optimalizaci metody. Detekční limit (DL, LOD) byl vypočten jako trojnásobek směrodatné odchylky koncentrace beryllia naměřené za použití metody ICP-MS ve vzorku blanku (slepého pokusu). Pro výpočet detekčního limitu byla použita směrodatná odchylka vypočtená z deseti opakovaných měření koncentrace beryllia v blancích..Uvedeným postupem byl získán následující detekční limit 10 ng·l-1 s chybou ± 3 ng·l-1. Mez stanovitelnosti (MS, LOQ) definovaná jako desetinásobek směrodatné odchylky koncentrace beryllia naměřená ve vzorku blanku byla 33 ng·l-1. Krátkodobá opakovatelnost měření (RSD) se pohybovala v rozsahu 0,1 – 0,5 %.
-1
c [µg·l ] 1 5 10 25 50
ICP-MS Intenzita signálu 628 3124 6319 15826 30495
RSD [%] 1,84 2,11 2,32 1,67 2,46
Tab. 4-3 Naměřené intenzity kalibrační křivky
34
Kalibrační křivka beryllia
Intenzita signálu [1]
35000 30000 25000 20000
y = 611,76x + 120,99 R2 = 0,9996
15000 10000 5000 0 0
10
20
30
40
50
60
Koncentrace Be [ppb]
Obr. 4-7 Kalibrační křivka beryllia
4.5.7 Test homogenity rozptylů Podle normy ČSN ISO 8466-1 [25] byla testována homogenita rozptylů. Tyto testy byly provedeny podle F-testu. Rozptyly byly vypočítány z údajů získaných opakovanými analýzami při dvou koncentračních úrovních, které jsou nejnižší a nejvyšší bod kalibrace, tedy 1 µg·l-1 a 1 mg·l-1 beryllia. Bylo připraveno 10 roztoků o každé z těchto koncentrací a každý roztok byl proměřen jednou. Rozptyl byl vypočítán dle vztahu:
∑ (y 10
si2 =
j =1
i, j
− yi
)
2
ni − 1
Kde ni je počet opakování na analyzovaném vzorku, yi,j je naměřená hodnota analyzovaného vzorku a y i je průměr: 10
∑y yi =
35
j =1
ni
i, j
i 1 10
ICP-MS s i2 c [µg·l-1] 1 0,000164 1000 0,000189
Tab. 4-4 Vypočítané statistické hodnoty
ICP-MS Počet stupňů volnosti Kritická hodnota Hladina významnosti Poměr rozptylů
10 1,5080 0,01 1,8735
Tab. 4-5 Hodnoty statistických veličin Mezi hodnotami reziduálních směrodatných odchylek není velký rozdíl což podle normy znamená, že nelineární kalibrační funkce nevede k významně lepší těsnosti a z toho vyplývá, že kalibrační funkce je lineární. F rozdělení je odvozeno z podílu dvou nezávislých náhodných veličin (s chí-kvadrátem rozdělení) dělených stupni volnosti. Rozdělení F(n1,n2) má rozptyl dle vzorce : 2n 22 ⋅ (n1 + n 2 − 2) σ 2(X ) = n1 ⋅ (n 2 − 2) 2 ⋅ (n 2 − 4)
n 10
k=1 4,96
k=2 4,10
Kritické hodnoty F – rozdělení (ά = 0,01) k=3 k=4 k=5 k=6 k=7 k=8 3,71 3,48 3,33 3,22 3,07 2,98 Tab. 4-6 Kritické hodnoty F-rozdělení
36
k=9 2,67
k = 10 2,43
5 VÝSLEDKY A DISKUZE Zjišťování obsahu beryllia a jeho zastoupení v jednotlivých částech životního prostředí bylo docíleno pomocí optimalizované metody na přístroji ICP-MS. Dostatečné detekční limity a široký dynamický rozsah koncentrací této metody je ideální pro stanovení ve všech složkách životního prostředí. Matrice zahrnovaly sníh, vodu, listy břízy, traviny, půdy a říční sedimenty. Vliv matrice byl při stanovení pouze nespektrální povahy a lze jej při analýze složitějších matric snadno eliminovat pomocí interního standardu (115In) anebo použitím metody standardního přídavku. Spektrální interference se v této oblasti hmot prakticky nevyskytují, přístroj Perkin Elmer Elan 6000 má dostatečné hmotnostní rozlišení (AMU) mu = 9,0122 ± 0,05. Na toto rozlišení byl také přístroj kalibrován. Dále se práce zabývá zastoupení beryllia v průběhu pozorovacího období 3 let. Tedy jak se měnily koncentrace beryllia v jednotlivých složkách životního prostředí během jarního a podzimního období a trend obsahu beryllia v průběhu pozorovacího období.
5.1
Charakteristika reálných vzorků
5.1.1 Lokalita odběru Veškeré vzorky byly odebrány v severovýchodní oblasti České republiky v horském masivu Kralického Sněžníku. Byly odebrány vzorku sněhu (březen 2005), vody (2005, 2006, 2007), listů (2005, 2006, 2007), traviny (2006 a 2007), půdy a sedimentů (2005, 2006, 2007). Kompletní charakterizace odběrových míst se nachází v kapitole přílohy.
Obr. 5-1Lokalita odběru vzorků
37
Obr. 5-2 Podrobná mapa lokality odběru vzorků s odběrovými body
38
5.1.2 Poloha odběrových míst Na Obr. 5-2 se jedná o modré odběrové body.
Obr. 5-3 Odběrové místo Ramzová lokalita: Ramzová X souřadnice (Křovák): 1053208,87 Y souřadnice (Křovák): 554219,41 nadmořská výška: 790 m n. m. Odběr sněhu z plochy ca 100 x 100 cm, hloubka 30 cm, odběry listů, travin a půd
39
Obr. 5-4 Odběrové místo Hynčice
lokalita: Hynčice pod Sušinou X souřadnice (Křovák): 1055872,76 Y souřadnice (Křovák): 566284,08 nadmořská výška: 750 m n. m. Odběr sněhu z plochy ca 73 x 73 cm, hloubka 23 cm, odběry listů, travin a půd.
40
Obr. 5-5 Odběrové místo Seninka lokalita: Seninka X souřadnice (Křovák): 1050054,58 Y souřadnice (Křovák): 563369,79 nadmořská výška: 750 m n. m. Odběr sněhu z plochy ca 70 x 70 cm, hloubka 25 cm, odběry listů, travin a půd.
41
Obr. 5-6 Odběrové místo Paprsek lokalita: Paprsek X souřadnice (Křovák): 1051012,69 Y souřadnice (Křovák): 558660,02 nadmořská výška: 1024 m n. m. Odběr sněhu z plochy ca 50 x 50 cm, hloubka 40 cm.
5.1.3 Metoda odběru reálných vzorků Odběry vzorků byly provedeny dle samostatného metodického postupu s ohledem na reprezentativnost, homogenitu a nekontaminovanost (odběrem nebo přepravou) dle pravidel správné laboratorní praxe [18,19,21].
42
5.2
Naměřené koncentrace beryllia
5.2.1 Obsah beryllia – Sníh Koncentrace Beryllia ve sněhu Lokalita c [µ µg·l-1] RSD* [%] Ramzová 0,05 12,16 Hynčice 0,05 14,07 Seninka 0,05 13,34 Horní Morava 0,05 11,41 Tab. 5-1 Beryllium ve sněhu, * počet měření n = 6 Sníh byl odebrán pouze jednou a to v březnu roku 2005. Naměřené koncentrace byly prakticky totožné. Naměřené koncentrace se pohybovaly mírně nad mezí stanovitelnosti metody (LOQ 0,033 µg·l-1). Odběrová místa se vyskytovala daleko od sebe, ale tato skutečnost neměla vliv na obsah stanoveného beryllia. Obsah beryllia ve vzorcích sněhu lze přisoudit antropogennímu původu. Antropogenní původ má spojitost se spalováním uhlí v tepelných elektrárnách a s metalurgickými provozy v Polsku a na Ostravsku, ale též s výrobou cementu a vápna v blízkých provozech ve Vápenné a Lipové. Suchá a mokrá depozice z těchto provozů může mít vliv vzhledem k převládajícímu směru větru v této oblasti. 5.2.2 Obsah beryllia – Vody Vody byly odebírány každý rok, vždy se stejným výsledkem. Obsahy beryllia se ve všech vzorcích vod pohybovaly pod mezí stanovitelnosti metody (LOQ 0,033 µg·l-1). Vodní toky a potoky distribuují beryllium po celé sledované oblasti, ale koncentrace beryllia byla příliš nízká na to, aby jí bylo možno touto metodou stanovit.
5.2.3 Obsah beryllia – Traviny Obsah beryllia v travinách oblast Ramzová Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 31.5.2006 8,5 2,61 23.5.2007 8,1 0,54 28.6.2007 10,6 0,23 10.8.2007 14,6 0,46 13.9.2007 13,2 0,48 Tab. 5-3 Beryllium v travinách oblast Ramzová
43
Obsah beryllia v travinách oblast Hynčice Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 31.5.2006 4,8 0,74 23.5.2007 4,5 0,65 28.6.2007 8,6 0,69 10.8.2007 11,4 0,56 13.9.2007 16,0 0,48 Tab. 5-4 Beryllium v travinách oblast Hynčice Obsah beryllia v travinách oblast Seninka Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 31.5.2006 6,5 0,98 23.5.2007 7,7 0,47 28.6.2007 10,2 0,69 10.8.2007 19,5 1,07 13.9.2007 14,7 1,05 Tab. 5-5 Beryllium v travinách oblast Seninka Obsah beryllia v travinách oblast Horní Morava Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 31.5.2006 10,1 0,99 23.5.2007 10,3 1,56 28.6.2007 12,7 1,25 10.8.2007 20,4 1,25 13.9.2007 22,6 0,98 Tab. 5-6 Beryllium v travinách oblast Horní Morava
Obsah beryllia v [µ µg·kg-1] v travinách v jednotlivých lokalitách Datum odběru Ramzová Hynčice Seninka Horní Morava 31.5.2006 8,5 4,8 6,5 10,1 23.5.2007 8,1 4,5 7,7 10,3 28.6.2007 10,6 8,6 10,2 12,7 10.8.2007 14,6 11,4 19,5 20,4 13.9.2007 13,2 16,0 14,7 22,6 Tab. 5-7 Beryllium v travinách v jednotlivých oblastech
44
Datum odběru 23.5.2007 1.8.2007
Obsah beryllia v [µ µg·kg-1] v kořenech travin v jednotlivých lokalitách Lokalita odběru Ramzová Hynčice Seninka Horní Morava * * * RSD RSD RSD RSD* c [µ µg·kg-1] c [µ µg·kg-1] c [µ µg·kg-1] c [µ µg·kg-1] [%] [%] [%] [%] 16,9 1,04 20,4 0,42 11,7 3,98 13,7 4,75 18,7 0,85 20,7 0,18 16,3 1,1 15,4 3,33 Tab. 5-8 Beryllium v kořenech travin (drny), * počet veškerých měření n = 3
V okolí Králického Sněžníku se nejčastěji vyskytují traviny. Jejich odběrem a analýzou lze zjistit, zda-li beryllium proniká do biologických složek životního prostředí. Byly analyzovány traviny a jejich kořeny (každá složka zvlášť). O transportu beryllia v rostlinách a organizmech není mnoho známo. U rostlin byl pozorován vyšší obsah beryllia v kořenovém systému, toto tvrzení naměřené hodnoty potvrzují. Beryllium vyskytující se v půdách je rostlinami přijato a vyskytuje se nejvíce v kořenech [30]. Díky měření v různých vegetačních obdobích lze vysledovat zvyšující se koncentraci beryllia v průběhu roku od jara do podzimu, kdy koncentrace dosáhne maxima. Zde se projevuje schopnost beryllia nahrazovat se za hořčík (v chlorofylu) [36]. Nalezené koncentrace jsou velmi nízké a vedou k závěru, že kontaminace travin berylliem je nízká.
5.2.4 Obsah beryllia – Listy břízy Obsah beryllia v listech břízy oblast Ramzová Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 0,7 4,61 1.10.2005 2,6 1,72 31.5.2006 2,9 2,77 23.5.2007 3,0 5,08 12.8.2007 3,1 4,84 Tab. 5-9 Beryllium v listech břízy oblast Ramzová Obsah beryllia v listech břízy oblast Hynčice Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 1,8 1,24 1.10.2005 6,7 3,2 31.5.2006 4,3 3,2 23.5.2007 5,1 5,91 12.8.2007 5,7 6,04 Tab. 5-10 Beryllium v listech břízy oblast Hynčice
45
Obsah beryllia v listech břízy oblast Seninka Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 1,2 2,66 1.10.2005 4,3 3,59 31.5.2006 3,5 6,67 23.5.2007 3,7 3,84 12.8.2007 3,3 1,26 Tab. 5-11 Beryllium v listech břízy oblast Seninka
Obsah beryllia v listech břízy oblast Horní Morava Datum odběru c [µ µg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 1,5 5,52 1.10.2005 2,5 2,09 31.5.2006 1,9 1,25 23.5.2007 2,7 0,98 12.8.2007 4,0 1,04 Tab. 5-12 Beryllium v listech břízy oblast Horní Morava
Obsah beryllia v [µ µg·kg-1]v listech břízy v jednotlivých lokalitách Datum odběru Ramzová Hynčice Seninka Horní Morava 1.6.2005 0,7 1,8 1,2 1,5 1.10.2005 2,6 6,7 4,3 2,5 31.5.2006 2,9 4,3 3,5 1,9 23.5.2007 3,0 5,1 3,7 2,7 12.8.2007 3,1 5,7 3,3 4,0 Tab. 5-13 Beryllium v listech břízy v jednotlivých lokalitách, *počet měření n = 3 Velmi hojně vyskytovanou dřevinou v odběrových bodech je Bříza bělokorá (Betula pendula Roth) Obr. 5-1. Analyzovány byly listy této dřeviny. Stejně jako u travin lze pozorovat v průběhu vegetačního období postupných vzrůst koncentrace beryllia, které dosáhne maxima na podzim. Naměřené obsahy beryllia pohybující se v rozmezí 0,7 – 5,7 µg·kg-1 jsou ale velmi nízké. Beryllium je pro rostliny cizorodým prvkem, který se v nich obvykle vyskytuje pouze v malých koncentracích. V přirozených podmínkách je to v rozsahu 0,001 - 0,4 mg.kg-1 sušiny [30]. Schopnost kumulovat zvýšené množství beryllia mají zejména bobovité rostliny, a to ve svých kořenech. Beryllium brzdí klíčení semen a příjem vápníku a hořčíku kořeny, narušuje příjem fosforu a poškozuje některé enzymy a proteiny. Symptomy toxicity beryllia u rostlin se projevují malým nedostatečně vyvinutým kořenovým
46
systémem a zakrslostí listů. Tyto negativní projevy se u tak nízkých obsahů, které byly stanoveny ve vzorcích listů břízy, nevyskytují.
Obr5-1. Bříza bělokorá (Betula pendula Roth) – (foto autor)
47
5.2.5 Obsah beryllia – Půdy Obsah beryllia v půdách oblast Ramzová Datum odběru c [mg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 1,73 1,15 18.10.2006 1,50 1,04 19.10.2006 1,51 0,43 23.5.2007 1,41 2,45 10.8.2007 1,54 1,26 Tab. 5-14 Beryllium v půdách oblast Ramzová Obsah beryllia v půdách oblast Hynčice Datum odběru c [mg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 0,70 2,86 18.10.2006 2,23 0,39 19.10.2006 2,33 0,46 23.5.2007 1,69 1,13 10.8.2007 2,41 0,62 Tab. 5-15 Beryllium v půdách oblast Hynčice Obsah beryllia v půdách oblast Seninka Datum odběru c [mg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 0,24 3,45 18.10.2006 0,84 2,17 19.10.2006 1,51 1,57 23.5.2007 0,99 1,34 10.8.2007 1,05 1,2 Tab. 5-16 Beryllium v půdách oblast Seninka
Obsah beryllia v půdách oblast Horní Morava Datum odběru c [mg·kg-1] RSD* [%] 1.6.2005 0,30 3,22 18.10.2006 2,20 1,32 19.10.2006 1,82 1,65 23.5.2007 1,37 2,11 10.8.2007 2,14 0,43 Tab. 5-17 Beryllium v půdách oblast Horní Morava
48
Obsah beryllia v [mg·kg-1]v půdách v jednotlivých lokalitách Lokality odběru Datum odběru Ramzová Hynčice Seninka Horní Morava 1.6.2005 1,73 0,70 0,24 0,30 18.10.2006 1,50 2,23 0,84 2,20 19.10.2006 1,51 2,33 1,51 1,82 23.5.2007 1,41 1,69 0,99 1,37 10.8.2007 1,54 2,41 1,05 2,14 Tab. 5-18 Beryllium v půdách v jednotlivých oblastech, *počet měření n = 3 Vzorky půd obsahovaly koncentrace beryllia v řádu jednotek ppm (mg·kg-1). Tyto koncentrace jsou stále v normě (normální hodnota pro obsah beryllia v půdách je maximálně 3 mg·kg-1 [29]). Tato půda může být považována za nekontaminovanou. Rozdílně naměřené koncentrace ze stejné oblasti mohou být v důsledku konkrétního místa odběru. Jelikož se jedná o horninové prostředí, výkyv může být způsoben obsahem minerálu, který obsahuje beryllium. 5.2.6 Obsah beryllia – Hloubkové půdní profily Přesné umístění odběrových bodů je na Obr. 5-2 (červené body) a v příloze 1. Za účelem zjištění obsahu beryllia v závislosti na hloubce odebraného půdního materiálu při vzorkování, bylo provedeno několik hloubkových odběrů kolem Králického Sněžníku. Mimo něj byly také provedeny dva kontrolní odběry v oblasti jižně od Králického Sněžníku. Výsledné naměřené obsahy beryllia v odebraných vzorcích jsou uvedeny v tabulkách 5-19 a 5-20. Beryllium je v půdě silně poutáno jílovými částicemi a současně se beryllium snadno váže na organické látky, proto jsou jím obohaceny některé sloučeniny, které se kumulují v organických horizontech půd [28]. Z tabulek je patrné, že koncentrace beryllia se pohybuje v rámci jistého intervalu na blízkých hodnotách a obsah beryllia se zvyšuje při odběru půdy z hloubek převyšující 50 cm. Můžeme tedy konstatovat, že pro naše účely je vhodné odebrání vzorku, který je do hloubky kolem 30 cm. Naměřené koncentrace beryllia jsou stále v hodnotách, které nejsou zvýšené a považují se za normální [29]. Jedinou výjimkou je odběrové místo KS5 na okraji Králického Sněžníku. V okolí tohoto místa bylo odebráno více vzorků.
49
Obsah beryllia v půdních hloubkových profilech Místo odběru Hrabanka KS1 KS1
Hloubka [cm] 5 15
c [mg·kg-1] 1,73 2,01
KS1
25
1,07
KS1 KS1 Hrabanka KS2 KS2 KS2 KS2
35 50 1 3 6 22
2,08 2,13 0,76 1,03 1,00 1,05
KS2
50
2,09
KS2 Hrabanka KS3 KS3 KS3 KS3 KS3 Hrabanka KS5 KS5 KS5 KS5
70 1 12 38 55 71 1 4 11 30
2,11 1,39 2,01 2,03 2,02 3,04 1,15 3,02 4,12 3,19
Tab. 5-19 Obsah beryllia v půdních hloubkových profilech 1
50
Obsah beryllia v půdních hloubkových profilech Místo odběru Hrabanka KS6 KS6
Hloubka [cm] 1 3
c [mg·kg-1] 1,12 2,07
KS6
6
2,02
KS6 KS6 Hrabanka KS7 KS7 KS7 KS7
11 30 2 7 15 34
2,05 2,12 0,56 2,03 3,04 2,21
Hrabanka KS10
3
0,37
KS10 KS10 KS10 KS10 Hrabanka KS11 KS11 KS11 KS11 KS11 KS11
11 21 32 43 2 8 15 20 28 45
1,02 2,04 2,2 2,11 0,29 1,10 1,03 2,05 2,11 2,14
Tab. 5-20 Obsah beryllia v půdních hloubkových profilech 2
51
5.2.7 Obsah beryllia – Říční sedimenty Říční sediment číslo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
c [mg·kg-1] RSD* [%]
Říční sediment číslo
c [mg·kg-1]
5,12 5,43 41 13,26 9,04 4,04 42 9,85 8,46 2,51 43 6,12 5,08 2,07 44 5,06 2,13 2,65 45 6,47 1,84 3,54 46 8,63 2,26 5,83 47 14,22 4,23 4,17 48 10,17 1,22 1,50 49 3,66 5,31 4,03 50 9,84 10,46 0,76 51 1,86 6,34 0,92 52 2,25 8,92 0,95 53 2,31 2,55 1,16 54 2,83 2,89 1,50 55 3,67 10,46 1,00 56 2,44 15,63 1,55 57 3,78 18,47 0,67 58 1,64 9,86 0,10 59 0,24 5,31 0,23 60 0,56 1,89 2,65 61 6,46 2,68 2,96 62 7,23 4,29 6,45 63 15,73 2,54 1,10 64 2,69 6,12 0,21 65 0,52 4,23 2,23 66 5,44 4,33 3,56 67 8,69 2,56 2,39 68 5,82 1,83 1,48 69 3,62 1,92 1,18 70 2,87 2,63 4,38 71 10,69 4,57 0,95 72 2,32 5,38 1,42 73 3,46 0,08 2,03 74 4,95 0,06 1,08 75 2,64 1,27 2,22 76 5,41 1,84 1,09 77 2,65 1,46 0,65 78 1,58 1,12 1,89 79 4,61 10,43 1,42 80 3,47 Tab. 5-21 Beryllium v říčních sedimentech, *počet měření n = 3
52
RSD* [%] 2,10 3,70 3,47 2,08 0,87 0,75 0,93 1,73 0,50 2,18 4,29 2,60 3,66 1,05 1,18 4,29 6,41 7,57 4,04 2,18 0,77 1,10 1,76 1,04 2,51 1,73 1,77 1,05 0,75 0,79 1,08 1,87 2,20 0,03 0,02 0,52 0,75 0,60 0,46 4,27
PO LS KO
Díky dřívějším zjištěním a měřením se zájem zaměřil na říční sedimenty v okolí Králického Sněžníku a s pomocí kolegů geologů bylo odebráno velké množství vzorků říčních sedimentů v celé oblasti. Naměřené obsahy beryllia jsou v tabulce 5-21. Z těchto údajů byla sestavena mapa oblasti s nalezenými koncentracemi beryllia Obr. 5-3. Z těchto údajů je vidět kde jsou velmi vysoké koncentrace beryllia. Sedimenty bývají bohaté na obsah toxických prvků, protože u nich dochází k akumulaci (usazování) těchto látek. Při podrobném zkoumání mapy Obr. 5-3 je vidět, že kolem Králického Sněžníku se vyskytují vysoké koncentrace beryllia řádově od 5 do asi 18,5 mg·kg-1. V jiných složkách životního prostředí nebyly nalezeny vysoké (významné) koncentrace beryllia. Na tomto základě začalo hledání po původu beryllia. Beryllium je typický a poměrně rozšířený prvek zemské kůry (1-3 mg·kg1 ) [23], jeho koncentrace v zemském plášti je nejméně o řád až dva nižší [31]. Koncentruje se především v magmatických horninách granitického a alkalického složení. Běžné koncentrace se pohybují od 1 do 10 mg·kg-1, jen vzácně až stovky mg·kg-1 v granitických pegmatitech, v silně frakciovaných granitech a v některých kyselých vulkanitech, vzácně v tisících mg·kg-1 ve velmi specifických magmatických a metamorfovaných horninách [31,32,33]. Podle naměřených koncentrací beryllia v ostatních částech zkoumaného území může být vyloučen antropogenní zdroj této anomálie. Po několika konzultacích s geology bylo potvrzeno, že v daném prostředí se nachází geologické podloží, které může obsahovat horniny a minerály bohaté na beryllium Obr. 5-2. Králický Sněžník Stříbrnice Sušina PRAHA
ČESKÁ REPUBLIKA 0
50 100 km
BRNO
Malá Morava
stroňská skupina sněžnická skupina staroměstská skupina Silezikum (skupina Branné, velkovrbenská skupina) vápence, mramory
Jeřáb
0
2
4
6
8
10 km
Obr. 5-2 Geologická mapa oblasti
53
Na Obr. 5-2 je vidět geologická mapa, na které je znázorněn Králický masív. Nejvyšší obsahy beryllia byly nalezeny v magnetické a feromagnetické frakci sedimentů. Obsahy beryllia v metamorfovaných horninách stroňské a sněžnické skupiny byly relativně nízké (2-5 mg·kg-1). Z mapy plošné distribuce tohoto prvku je zřejmé, že nejvyšší obsahy beryllia jsou vázány přednostně na sněžnickou skupinu orlicko-kladského krystalinika. Průměrný obsah beryllia v oblasti východně od Červené Vody v rulách a migmatitech masívu Jeřábu je 9,8 mg·kg-1 (spočítáno z průměru 10 vzorků). Odtud pruh zvýšených až anomálních obsahů beryllia překračuje ve sněžnické skupině severovýchodním směrem na Malou Moravu – Hynčice pod Sušinou – Stříbrnice a Novou Seninku. Na rozdíl od sněžnické skupiny jsou průměrné obsahy beryllia v řečištních sedimentech v přilehlé jednotce staroměstského krystalinika a dále k východu v jednotkách silezika (skupina branné, velkovrbenská, keprnická a desenská skupina) daleko nižší 1-3 mg·kg-1. Horniny sněžnické skupiny zahrnují leukokrátní migmatity, ortoruly či metagranity (jsou označovány různě), které běžně obsahují muskovit, i když ne ve vysokých koncentracích, jež by mohly být zdrojem beryllia. Beryllonosné pegmatity ve sněžnické skupině nejsou známy. Ty se vyskytují v sileziku, kde však při plošné analýze řečištních sedimentů nebyly nalezeny zvýšené obsahy beryllia, čímž je bohužel do značné míry zpochybněn předpoklad, že beryllonosné pegmatity by mohly být původním zdrojem beryllia. V těchto vzorcích nebyl nalezen žádný minerál s vysokými obsahy beryllia, ale tento prvek je vázán ve struktuře některých horninotvorných minerálů, např. alkalické živce nebo biotit [34].
54
Obr. 5-3 Mapa distribuce beryllia 55
6
ZÁVĚR
Obsahem této disertační práce byla optimalizace metody stanovení beryllia pomocí indukčně vázané plazmy s hmotnostní detekcí. Detekční limit metody na přístroji Perkin Elmer ELAN 6000 byl stanoven na 10 ± 3 ng·l-1. Optimalizovaná metoda byla použita ke stanovení beryllia ve vzorcích pocházejících z oblasti Králického Sněžníku. Analyzovány byly vzorky vody, sníh, traviny, listy břízy, půdy a říční sedimenty. Výsledky stanovení vedly k představě o distribuci beryllia v dané oblasti. Byla také nalezena anomálie v podobě velmi vysokých koncentrací beryllia v říčních sedimentech. Tato zjištění vedla ke hledání zdroje beryllia v této oblasti. Ve vzorcích sněhu byly nalezeny totožné koncentrace beryllia pohybující se kolem 0,05 µg·l-1. Vzorky vod se po celou měřící periodu pohybovaly v koncentraci pod mezí stanovitelnosti metody (LOQ 0,033 µg·l-1). Vzorky travin obsahovaly řádově jednotky až desítek µg·kg-1, bylo také potvrzeno, že se beryllium vyskytuje ve vyšších koncentracích převážně v kořenovém systému. Pozorování po dobu 2 let také ukázalo, že v průběhu vegetačního období se koncentrace beryllia v travinách a jejich kořenech zvyšuje a na podzim dosahuje nejvyšších hodnot. Obdobné výsledky byli u listů břízy bělokoré, koncentrace beryllia se pohybovaly v řádu pouhých jednotek µg·kg-1 (maximum 6 µg·kg-1) po celou pozorovací dobu. Obsah beryllia ve vzorcích půd se pohyboval od 0,5 do 3 mg·kg-1. U vzorků říčních sedimentů obsah beryllia dosahoval v určitých místech velmi vysokých hodnot (až 18,5 mg·kg-1). Tyto vysoké hodnoty nakonec vzbudily zájem o hledání původu takto vysokého obsahu beryllia. Beryllium se ve sledované oblasti vyskytuje v nízkých koncentracích (1-3 mg·kg-1), což odpovídá nekontaminovanému životnímu prostředí. Pouze v ojedinělých místech se vyskytují velké koncentrace a to v sedimentech (oblast kolem Králického Sněžníku a Jeřábu). Domnívám se, že beryllium v oblasti Králického Sněžníku je v horninách obsaženo v horninotvorných minerálech. Zvětráváním matečných substrátů se dostává do půd, půdních roztoků, následně do podzemních vod a povrchových vod, kde se za určitých podmínek sorbuje na hydratované oxidy železa a může dosáhnout významných koncentrací. Z nich se znovu může za určitých podmínek (např. snížení pH) uvolnit do roztoku. Vysoký obsah fluoridů v horninách velmi napomáhal mobilitě beryllia a jeho distribuci pomocí vod (řek a potoků). Tímto způsobem se beryllium dostává do okolního životního prostředí. Proto byly největší koncentrace naměřeny v (říčních) sedimentech. Významné překročení limitních koncentrací v okolním životním prostředí vzhledem k vydatnosti povrchových toků nebylo nalezeno. Znečištění atmosféry je také jedním z dalších zdrojů beryllia, ale velmi málo významným ve srovnání s horninovým prostředím. Ve studované oblasti nepředpokládám vznik rozsáhlejších berylliových anomálií, avšak lokálně mohou v říčních sedimentech vznikat drobné akumulace vázané na oxidy a hydroxidy železa.
56
7
LITERATURA
[1]
Greenwood N. N. – Earnshaw A. I : Chemie prvků, Informatorium, 793 str., Praha, 1993 Sommer L.: Analytická chemie toxických prvků: Přednášky CHF, 199 str., Brno, 1998 Bencko V., Cikrt M., Lener J.: Toxické kovy v životním prostředí člověka, Avicenum, 282 str., Praha, 1984 Castroa M.A., Robles L.C., Lumbreras J.M., de Celis B., Aller A.J., Littlejohn D: Determination of beryllium by electrothermal atomic absorption spectrometry using tungsten surfaces and zirconium modifier, Analytica Chimica Acta 636, pp. 158–162, 2009 Afkhami A., Madrakian T., Afshar Assl A., Akbari Sehhat A.: Solid phase extraction flame atomic absorption spectrometric determination of ultra-trace beryllium, Analytica Chimica Acta 437, pp. 17–22, 2001 Acid digestion of sediments, sludges and soils. EPA-3050b, United States Environmental Protection Agency - second revision, pp. 1-26, 1996 Zbíral J. : Analýza půd II, ÚKZÚZ, 150 str., Brno, 1996 Dostál A., Kalvoda R.: Atomová spektroskopie, Univerzita Pardubice, 108 str., 1984 Jakubec K., Bendl J.: ICP-MS a možnosti jejího využití v analýze vzorků ze životního prostředí, Polutanty v ekosystému I., 126 str., Praha, 1996 Šenkýř J., Lubal P.: Vybrané postupy pro základní cvičení z analytické chemie, 76 str., Brno, 2004 Eckschlager K., Horsák I., Kodejš Z.: Vyhodnocování analytických výsledků, Nakladatelství technické literatury, 223 str., Praha, 1980 Nelms s.M.: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry Handbook, Blackwell Publishing Ltd., 485 pp., 2005 Kubáň V., Otruba V., Kanický V.: Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem ICP-MS, sborník Automatická spektrometrie I, 2 THETA, 650 str., Český Těšín, 2007 Prokeš J.: Úvod do toxikologie, Karlova Univerzita - Galén, 248 str., Praha, 2005 Marhold J.: Přehled průmyslové toxikologie, Avicenum Praha, 239 str., 1980 Rusek V.: Základy toxikologie, Univerzita Pardubice, 114 str., 2001 Popl, Fähnrich: Analytická chemie životního prostředí, VŠCHT Praha, 238 str., 1999 Mitra S.: Sample preparation techniques in analytical chemistry, New Jersey institute of technology, 458 pp., 2003 Barth et al.: Soil Sampling Quality Assurance User’s Guide, EPA/600/8-89/046, United States Environmental Agency, 22 pp., 1989 Ure A.M.: Single extraction schemes for soil analysis and related applications, The science of total environment 178, pp. 3-10, 1996 ISO/CD 10381. Soil Quality – Sampling, part 5 International Organization for Standardization, 28 pp., 1992 Rauret G.: Extraction procedures for the determination of heavy metals in contaminated soil and sediment, Talanta 46, pp. 449-455, 1998
[2] [3] [4]
[5]
[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]
[14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22]
57
[23] Reimann,C. Caritat, P.: Chemical elements in the environment, Springer Verlag, Berlin Germany, 398 pp., 1998 [24] Graham R. C.: Data analysis for the chemical sciences, A guide to statistical techniques, New York, 538 pp., 1993 [25] ČSN ISO 8466-1: Jakost vod. Kalibrace a hodnocení analytických metod a určení jejich charakteristik. Část 1: Statistické hodnocení lineární kalibrační funkce, Praha: Český normalizační institut, 1993 [26] Juzl M., Stefl M.: The effect of leaf area index on potatoes yield in soils contamined by some heavy metals, Rostlinná výroba 48, str. 298-306, 2002 [27] Grote M., Sietz M., Hofele J.: Investigations on the phytoavailability of beryllium and vanadium. Fresenius environmental bulletin 6, pp. 37-42, 1997 [28] Hofele J., Sietz M., Grote M.: Investigations to the beryllium content of potatoes and soils. Agrobiological research 47, pp. 109-112, 1994 [29] Taylor T., Ding M., Ehler D.: Beryllium in the environment. Journal of environmental [30] [31]
[32]
[33]
[34]
[35] [36] [37]
science and health 38, pp. 439–469, 2003 Ledvina R., Kolář L.: Beryllium in soils and plants in immission - loaded regions. Rostlinná výroba 43, str. 353-356, 1997 Ryan J.G.: Trace-element systematics of beryllium in terrestrial material. In: Grew, E.S.: Beryllium mineralogy, petrology and geochemistry. Reviews in Mineralogy 50, pp.121146, 2002 London D., Evensen J.M.: Beryllium in silicic magmas and the origin of beryll-bearing pegmatites. In: Grew, E.S.: Beryllium mineralogy, petrology and geochemistry. Reviews in Mineralogy 50, pp. 445-486, 2002 Franz, G. Morteani, G.: Be-minerals: synthesis, stability and occurrences in metamorphic rocks. In: Grew, E.S.: Beryllium mineralogy, petrology and geochemistry. Reviews in Mineralogy 50, pp. 551-590, 2002 Veselý J., Norton S.A., Skřivan P., Majer V., Krám P., Navrátil T., Kaste J.M.: Environmental chemistry of beryllium In: Grew, E.S.: Beryllium mineralogy, petrology and geochemistry. Reviews in Mineralogy 50, pp. 291-318, 2002 Weeks M. E.: Discovery of the elements. Journal Chemical Education 33, pp. 12-18, 1956 Schubert J.: Beryllium and berylliosis, Chemistry of environment, Scientific American 34, pp. 27-33, 1973 Vyhláška č. 221/2004 Sb., příloha 2, bod 29, ze dne 14.4.2004
58
8
SEZNAM SYMBOLŮ a AAS AMU mu b c DS2 F ICP-OES ICP-MS kn, Kn L1,2 DL,LOD DS,LOQ m n N PG R s si 2 srel s y21
průsečík kalibrační přímky s osou y atomová absorpční spektrometrie Atomová hmotnostní konstanta (používaná v hmotnostní spektrometrii) atomová hmotnostní konstanta hodnota směrnice kalibrační křivky zkratka koncentrace hodnota rozdílu rozptylů tabelovaná hodnota F-rozdělení optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem konstanty interval spolehlivosti limit of detection – mez detekce limit of quantification – mez stanovitelnosti počet opakování jednotlivých měření počet bodů kalibrační křivky počet koncentračních úrovní testovaná hodnota pro F-test variační rozpětí směrodatná odchylka jednoho stanovení rozptyl relativní směrodatná odchylka hodnota reziduální směrodatné odchylky získaná z výpočtu lineární regrese
s y2 2
hodnota reziduální směrodatné odchylky získaná z výpočtu nelineární regrese
tn-2;0,05 x
xi XD X αD
XDα ỹ yi
hodnota Studentova koeficientu pro n-2 stupňů volnosti aritmetický průměr koncentrace i-tého kalibračního roztoku detekční limit metody chybou prvního druhu
yi
chyba druhého druhu průměr naměřených informačních hodnot vyplývající z m opakování naměřena informační hodnota pro koncentraci xi průměr naměřených informačních hodnot yi
yi,j
naměřená hodnota analyzovaného vzorku
59
9
ABSTRAKT V dnešní době je beryllium hojně využíváno v celé řadě oblastí. Jeho toxicita je prokázána řadou studií a je proto aktuální potřeba jeho přesného stanovení. Jelikož má beryllium nízké limity, je potřeba přesné a dostatečně citlivé metody, která bude použitelná pro celou řadu různých matric. Složky životního prostředí jako voda, půdy a biologické materiály jsou velmi odlišné a je potřeba metody, která bude použitelná pro tyto rozdílné matrice. Tato práce se zabývá stanovením beryllia v těchto složkách metodou ICP-MS. Metoda ICP-MS je vhodná pro rychlé a přesné analýzy tohoto prvku v těchto matricích. Jako měřící přístroj bylo použito ICP-MS Perkin Elmer ELAN 6000. Pro rychlejší a automatizované analýzy bylo ICP-MS vybaveno podavačem vzorků (autosampler) Perkin Elmer AS 90. Zpracování jednotlivých vzorků záleželo na jejich povaze a byly zpracovány dle platných norem a postupů. Optimalizovaná metoda stanovení byla aplikována na celou řadu enviromentálních vzorků z oblasti Kralického Sněžníku. V této oblasti byly nalezeny neobvykle vysoké koncentrace beryllia v sedimentech. Řadou měření vzorků sněhu, vody, půd, listí, travin a sedimentů, byla vypracována mapa distribuce beryllia v této oblasti. Také byla zaznamenána jistá představa a trend o pohybu beryllia v této oblasti. Bohužel pro získání větší představy o zákonitostech, transportu a celkovém distribuci beryllia v oblasti a jeho vlivu na životní prostředí by bylo nutno monitorovat danou oblast po velmi dlouhou dobu. Jako významný zdroj beryllia v oblasti bylo nakonec určeno horninové prostředí. Díky řadě převážně erozních vlivů (termální eroze, kyselé deště atd.) jsou tyto horniny narušovány a beryllium je uvolňováno do okolního prostředí. Vysoký obsah fluoridů v horninách také velmi napomáhá mobilitě beryllia a jeho distribuci pomocí vod (řek a potoků). Tímto způsobem se beryllium dostává do okolního prostředí. Proto byly největší koncentrace naměřeny v (říčních) sedimentech. Měření byly podrobeny i biologické materiály (listy břízy a traviny) z oblastí, kde se vyskytovaly vysoké koncentrace beryllia. Účelem těchto měření byl pokus o zjištění, v jakých koncentracích se v nich beryllium vyskytuje a zda-li nedochází k jeho sorpci a bioakumulaci.
60
10 SUMMARY Nowadays, beryllium is widely used in a number of technological areas. Its toxicity is demonstrated in many scientific papers and thus there is a current need for its accurate determination. Since beryllium has low limits of toxicity, a sufficiently accurate and sensitive method is necessary, which would be useful to a wide range of different matrices. Components of the environment, like water, soil and biological materials, are very different and therefore flexible analytical methods are needed, applicable to these different matrices. This work deals with the determination of beryllium in these environmental components using the ICP-MS technique. ICP-MS method is suitable for rapid and accurate analysis of this element in these matrices. Analytical instrument ICP-MS Perkin Elmer ELAN 6000 was used as the measuring device. For faster and automated analysis, the ICP-MS was equipped with the autosampler Perkin Elmer AS 90. Processing of individual samples depends on their origin and all samples have been processed according to existing standardized and validated procedures. Optimized determination method was applied to a wide range of environmental samples from the Králický Sněžník Mountain. In this area were found unusually high concentrations of beryllium in sediments. Number of real samples of snow, water, soil, grass and sediments were analysed and a distribution map of beryllium occurrence in this area was created. A hypothesis dealing with a trend of movement of beryllium in this area is also reported. Unfortunately, to obtain a greater vision of the laws of transportation and the overall distribution of the beryllium and its impact on the environment would be necessary to monitor the area for a very long time. As an important source of beryllium in the area was eventually determined by the geological environment. Thanks to a number of predominantly erosion effects (thermal erosion, acid rain, etc.) are local rocks distorted and that leads to the release of beryllium into the environment. High fluoride content in rocks also aids to the mobility of beryllium and its distribution through the water (rivers and streams). This way the beryllium gets into the environment. Therefore, the highest concentrations were measured in the (river) sediments. Measurements were also subjected to biological materials (birch leaves and grasses) from areas where there are high concentrations of beryllium. The purpose of these measurements was an attempt to determine at what concentrations the beryllium found in them and if it doesn´t bioaccumulate.
61
11 ŽIVOTOPIS •
narozen 26. 3. 1980 v Uherském Hradišti
•
v letech 1986 - 1994 navštěvoval 1. ZŠ Petra Bezruče v Žatci
•
v letech 1994 - 1998 navštěvoval Střední průmyslovou školu chemickou Lovosice, obor analytická chemie
•
v letech 1998 - 2003 pokračoval ve studiu na VUT v Brně, Fakulta chemická, obor Chemie a technologie ochrany životního prostředí. Tématem diplomové práce bylo: „Fluorimetrické stanovení beryllia po prekoncentraci na pevných sorbentech“. Zabýval jsem se možností stanovení beryllia v nízkých koncentracích za použití pevných sorbentů fluorimetricky. Vedoucím diplomové práce byla Mgr. Renata Komendová, Ph.D.
•
v roce 2003 začal studovat doktorandské studium na MZLU v Brně, obor Zemědělská chemie, Fakulta agronomická. Tématem doktorské práce je Stanovení beryllia ve složkách životního prostředí.
•
Účast na grantech: Kubáň V., Zbíral J.: Thallium v potravních řetězcích GAČR 525/01/0908. Pöschl M., Müllerová H., Brunclík T.: Zákonitosti distribuce beryllia v horninovém prostředí Králického Sněžníku GAČR No. 205/05/0245.
Seznam publikací, konferencí a seminářů Publikace: •
Determination of trace amounts of beryllium in environmental components Habarta, Petr -- Pöschl, Michael -- Müllerová, Hana Determination of trace amounts of beryllium in environmental components. Revue de Cytologie et Biologie végétales-Le Botaniste. 2005. sv. 28 (s. i.), č. 1, s. 432--438.
•
Beryllium-7 (Be-7) in environmental components from the northeast mountain massive in the Czech Republic Pöschl, Michael -- Habarta, Petr -- Kropek, Jiří Beryllium-7 (Be-7) in environmental components from the northeast mountain massive in the Czech Republic. In XXXVI ESNA Annual Meeting. Iasi, Romania: Editura "Ion Ionescu de la Brad", 2006, s. 66. ISBN 978-973-7921-81-9.
62
•
Beryllium-7 (Be-7) in birch and grass leaves in northeast up-land of the Czech Republic Pöschl, Michael -- Kropek, Jiří -- Habarta, Petr Beryllium-7 (Be-7) in birch and grass leaves in northeast up-land of the Czech Republic. In PÖSCHL, M. -- OPREA, C. -- MOTUZOVA, G. V. XXXVIIth Annual Meeting of ESNA (European society for new methods in agricultural research). Dubna, Russia: Joint Institute for Nuclear Research, 2007, s. 57. ISBN 5-9530-0159-2.
•
Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Kralického Sněžníku Müllerová, Hana -- Buriánek, D -- Habarta, Petr -- Kruml, O -- Hanák, J -- Pöschl, Michael -- Abraham, M -- Pecina, V Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Králického Sněžníku (pohoří Hrubý Jeseník, Česká republika). In Zborník referátov konference Geochémia 2007. Bratislava: ŠGÚDŠ Bratislava, 2007, s. 100--103. ISBN 978-80-88974-93-2.
•
Determination of Total Mercury and Mercury Species in Fish and Aquatic Ecosystem of Moravian Rivers Houserová, Pavlína -- Kubáň, Vlastimil -- Spurný, Petr -- Habarta, Petr Determination of Total Mercury and Mercury Species in Fish and Aquatic Ecosystem of Moravian Rivers. Veterinární medicína. 2006. sv. 55, č. 3, s. 101--110. ISSN 0375-8427.
•
Uptake of Thallium from Naturally Contaminated Soils into Vegetables Pavlíčková, Jana -- Zbíral, Jiří -- Smatanová, Michaela -- Habarta, Petr -- Houserová, Pavlína -- Kubáň, Vlastimil Uptake of Thallium from Naturally Contaminated Soils into Vegetables. Food Additives and Contaminants. 2006. sv. 23, č. 5, s. 484--491. ISSN 0265-203X.
Konference: •
Determination of trace amounts of beryllium in environmental components: ESNA - European Society for New Methods in Agricultural Research - XXXV annual meeting Amiens: Institut Universitaire de Technologie, 2005
•
Beryllium-7 (Be-7) in environmental components from the northeast mountain massive in the Czech Republic: XXXVI ESNA Annual Meeting, Iasi, Romania , 2007
63
•
Beryllium-7 (Be-7) in birch and grass leaves in northeast up-land of the Czech Republic XXXVIIth Annual Meeting of ESNA (European society for new methods in agricultural research), Dubna, Russia 2008
•
Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Kralického Sněžníku Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Králického Sněžníku (pohoří Hrubý Jeseník, Česká republika). In Zborník referátov konference Geochémia 2007. Bratislava: ŠGÚDŠ Bratislava, 2007
64
12
PŘÍLOHY 1. Odběrové body pro hloubkové profily 2. Publikace: Determination of trace amounts of beryllium in environmental components Habarta, Petr -- Pöschl, Michael -- Müllerová, Hana Determination of trace amounts of beryllium in environmental components. Revue de Cytologie et Biologie végétales-Le Botaniste. 2005. sv. 28 (s. i.), č. 1, s. 432--438. 3. Publikace:Beryllium-7 (Be-7) in environmental components from the northeast mountain massive in the Czech Republic Pöschl, Michael -- Habarta, Petr -- Kropek, Jiří Beryllium-7 (Be-7) in environmental components from the northeast mountain massive in the Czech Republic. In XXXVI ESNA Annual Meeting. Iasi, Romania: Editura "Ion Ionescu de la Brad", 2006, s. 66. ISBN 978-973-7921-81-9. 4. Publikace: Beryllium-7 (Be-7) in birch and grass leaves in northeast up-land of the Czech Republic Pöschl, Michael -- Kropek, Jiří -- Habarta, Petr Beryllium-7 (Be-7) in birch and grass leaves in northeast up-land of the Czech Republic. In PÖSCHL, M. -- OPREA, C. -- MOTUZOVA, G. V. XXXVIIth Annual Meeting of ESNA (European society for new methods in agricultural research). Dubna, Russia: Joint Institute for Nuclear Research, 2007, s. 57. ISBN 5-9530-0159-2. 5. Publikace: Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Kralického Sněžníku Müllerová, Hana -- Buriánek, D -- Habarta, Petr -- Kruml, O -- Hanák, J -- Pöschl, Michael -- Abraham, M -- Pecina, V Obsahy Be v jednotlivých složkách životního prostředí Králického Sněžníku (pohoří Hrubý Jeseník, Česká republika). In Zborník referátov konference Geochémia 2007. Bratislava: ŠGÚDŠ Bratislava, 2007, s. 100--103. ISBN 978-80-88974-93-2. 6. Publikace: Determination of Total Mercury and Mercury Species in Fish and Aquatic Ecosystem of Moravian Rivers Houserová, Pavlína -- Kubáň, Vlastimil -- Spurný, Petr -- Habarta, Petr Determination of Total Mercury and Mercury Species in Fish and Aquatic Ecosystem of Moravian Rivers. Veterinární medicína. 2006. sv. 55, č. 3, s. 101--110. ISSN 0375-8427. 7. Publikace: Uptake of Thallium from Naturally Contaminated Soils into Vegetables Pavlíčková, Jana -- Zbíral, Jiří -- Smatanová, Michaela -- Habarta, Petr -- Houserová, Pavlína -- Kubáň, Vlastimil Uptake of Thallium from Naturally Contaminated Soils into Vegetables. Food Additives and Contaminants. 2006. sv. 23, č. 5, s. 484--491. ISSN 0265-203X.
65
PŘÍLOHA 1
66
lokalita: KS 1 - rozcestí pod Jeřábem X souřadnice (Křovák): 1066030,67 Y souřadnice (Křovák): 573488,83 nadmořská výška: 830 m n. m. odběr půdy na ortorule, louka pod bukem, hloubka 60 cm 0 - 10 cm 10 - 20 cm 20 - 30 cm 30 - 40 cm 40 - 60 cm
kořenový bal, trávy tmavá organická vrstva hnědá zemina bez valounů tmavě okrová zemina světle okrová zemina
67
lokalita: KS 2 - nad Bukovcem X souřadnice (Křovák): 1068609,55 Y souřadnice (Křovák): 572805,95 nadmořská výška: 735 m n. m. odběr půdy na ortorule, smrkový les, hloubka 65 cm 0 - 2 cm 2 - 3 cm 3 - 8 cm 8 - 35 cm 35 - 65 cm
hrabanka tmavá organická vrstva hnědá zemina bez valounů světle okrová zemina hnědookrová zemina
+ vzorek pevné horniny (ortorula)
68
lokalita: KS 3 - u Bystřiny X souřadnice (Křovák): 1057795,72 Y souřadnice (Křovák): 566117,88 nadmořská výška: 785 m n. m. odběr půdy na ortorule, smrkový les, hloubka 80 cm 0 - 2 cm 2 - 23 cm 23 - 49 cm 49 - 62 cm 62 - 80 cm
hrabanka tmavší organická vrstva hnědá zemina okrová zemina spodní světle okrová zemina
69
lokalita: KS 5 - pod Štvanicí X souřadnice (Křovák): 1054667,16 Y souřadnice (Křovák): 566447,50 nadmořská výška: 740 m n. m. odběr půdy na ortorule, smíšený les, hloubka 43 cm 0 - 2 cm 2 - 6 cm 6 - 16 cm 16 - 43 cm
hrabanka tmavší organická vrstva hnědá zemina zvětralý matečný substrát
70
lokalita: KS 6 - nad Stříbrnicemi X souřadnice (Křovák): 1053711,06 Y souřadnice (Křovák): 566316,80 nadmořská výška: 730 m n. m. odběr půdy na ortorule, smrkový les, hloubka 13 cm 0 - 2 cm 2 - 3 cm 3 - 9 cm 9 - 13 cm
hrabanka tmavší organická vrstva hnědá zemina červenohnědá zvětralina
71
lokalita: KS 7 - Selské vrchy X souřadnice (Křovák): 1058484,68 Y souřadnice (Křovák): 572194,30 nadmořská výška: 790 m n. m. odběr půdy na ortorule, smrkový les, hloubka 47 cm 0 - 3 cm 3 - 10 cm 10 - 20 cm 20 - 47 cm
hrabanka tmavší organická vrstva hnědá zemina světle hnědá zemina
72
lokalita: KS 10 - Tvarožné díry X souřadnice (Křovák): 1053190,45 Y souřadnice (Křovák): 569681,20 nadmořská výška: 915 m n. m. odběr půdy na mramoru, smrkový les, hloubka 48 cm 0 - 6 cm 6 - 17 cm 17 - 26 cm 26 - 38 cm 38 - 48 cm
hrabanka tmavší organická vrstva světle šedý eluviální horizont tmavě hnědá zemina rezavá zemina
73
lokalita: KS 11 - naproti Tvarožným dírám X souřadnice (Křovák): 1053008,76 Y souřadnice (Křovák): 569798,45 nadmořská výška: 880 m n. m. odběr půdy na pararule, smrkový les, hloubka 47 cm 0 - 3 cm 3 - 13 cm 13 - 16 cm 16 - 24 cm 24 - 29 cm 29 - 60 cm
hrabanka tmavší organická vrstva světle šedý eluviální horizont hnědá zemina světle okrová zemina rezavá zemina
74
PŘÍLOHA 2
75
PŘÍLOHA 3
76
PŘÍLOHA 4
77
PŘÍLOHA 5
78
PŘÍLOHA 6
79
PŘÍLOHA 7
80
