ÚPRAVA VZORKU PRO STANOVENÍ ANIONTŮ V DŮLNÍ VODĚ S VYSOKÝM OBSAHEM ŽELEZA

Význam tématu

Stanovení anorganických aniontů (F–, Cl–, Br–, NO3–, NO2–) v důlních vodách s vysokým obsahem železa je klíčové pro environmentální monitorování a provozní kontrolu čistíren odpadních vod. Komplexní matice a silné barevné či srážecí interference často znemožňují přímou analýzu běžnými chemickými i chromatografickými metodami, což ohrožuje spolehlivost výsledků.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo zhodnotit vliv vysoké koncentrace železa a síranů z lokality Kaňk na stanovení aniontů pomocí titračních, spektrofotometrických a kapalinových chromatografií (IC, HPLC-DAD) a navrhnout účinné předúpravy vzorku pro odstranění matričních interferencí.

Použitá metodika a instrumentace

• Úprava vzorku
  • Iontová výměna: kolona naplněná chelátovým iontoměničem Chelex 100 (průměr 1,2 cm, délka 18 cm, 20 cm3 pryskyřice). Eluát optimalizován na 70 ml, který obsahuje železo pod 5 mg/l.
  • Alkalizace: vysrážení železa jako hydroxid železitý přidáním koncentrovaného 10 M NaOH do 500 ml vzorku, usazení sraženiny po 12 h a odebrání čirého nadsráženinového roztoku (Fe pod 5 mg/l).
• Analytické metody
  • Tradiční chemie: argentometrická titrace pro Cl– (ČSN ISO 9297), potenciometrie s F– elektrodou (ČSN ISO 10359-1), spektrofotometrie NO3– s kyselinou sulfosalicylovou (ČSN ISO 7890-3) a NO2– reakcí s Griessovou činidlem (ČSN EN 26777).
  • Iontová chromatografie: Dionex ICS-1000 s kolonkami AG22/AS22, eluce 4,5 mM Na2CO3/1,4 mM NaHCO3, vodivostní detekce.
  • HPLC-DAD: LaChrom Merck–Hitachi, sloupec HEMA-S, mobilní fáze 1 mM KHFt:10 mM NaClO4 (85:15), nepřímá UV detekce při 260 nm.

Hlavní výsledky a diskuse

Syrová důlní voda měla pH 3,4, Fe ~3,5 g/l a SO4 ~2,1 g/l, což znemožnilo přímé stanovení aniontů. Obě úpravy efektivně snížily Fe pod 5 mg/l a odstranily barevnou interferenci.
Výnosy stanovení:

• Tradiční metody: 97–103 % po iontové výměně i alkalizaci.
• IC: po alkalizaci 97,5–102,5 %, po iontové výměně variabilně 32,5–148,5 %.
• HPLC-DAD: nízká výtěžnost a vysoké meze stanovitelnosti (26–121 mg/l), vhodnost omezená.

Přínosy a praktické využití metody

• Obě předúpravy umožňují rutinní analýzu aniontů v kyselých důlních vodách.
• Alkalizace je méně časově náročná a vyžaduje méně činidel.
• Tradiční titrace a spektrofotometrie nabízejí nízké meze detekce (0,4–1,8 mg/l) a spolehlivé výsledky.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace předúpravy inline propojením s chromatografickými systémy.
• Využití moderních iontoměničů či membránových technologií pro vyšší kapacitu a selektivitu.
• Rozšíření metodik na další náročné matricové vzorky v průmyslové či environmentální praxi.

Závěr

Dvě předúpravy vzorku (iontová výměna a alkalizace) byly úspěšně ověřeny pro odstranění železa. Alkalizace je pro rutinní provoz výhodnější. Tradiční chemické metody a iontová chromatografie jsou pro stanovení aniontů v těchto vodách nejvhodnější, HPLC-DAD je limitována vysokými meze stanovitelnosti.

Reference

1. Selig W.: Microchem. J. 20, 388 (1975).
2. Ali-Mohamed A. Y., Jamali S. G. A.: Water Res. 23, 659 (1989).
3. Kawakami T., Igarashi S.: Anal. Chim. Acta 333, 175 (1996).
4. Zhang J. Z., Fischer Ch. J.: Mar. Chem. 99, 220 (2006).
5. Monteiro M. I. C., Ferreira F. N., de Oliveira N. M. M., Ávila A. K.: Anal. Chim. Acta 477, 125 (2003).
6. Bajic S. J., Jaselskis B.: Talanta 32, 115 (1985).
7. Santelli R. E., Lopes P. R. S., Santelli R. C. L., Wagener A. De L. R.: Anal. Chim. Acta 300, 149 (1995).
8. Upadhyaya G., Jackson J., Clancy T. M., Hyun S. P., Brown J., Hayes K. F., Raskin L.: Water Res. 44, 4958 (2010).
9. Tanaka K., Ohta K., Haddad P. R., Fritz J. S., Miyanaga A., Hu W., Hasebe K.: J. Chromatogr. A 884, 167 (2000).
10. Stefanović Š. C., Bolonča T., Ćurković L.: J. Chromatogr. A 918, 325 (2001).