הבנה של Spectrometry בניתוח מים

Spectrometry היא חבילה של שיטות אנליטיות המדורגות את האינטראקציה בין קרינה אלקטרומגנטית לחומר.כאשר קרינה - החל מקרני gamma ועד גלי רדיו - עובר דרך או משתקף על ידי מדגם, מולקולות הדגימה סופגות, פולטות או מתפזרות אורכי גל ספציפיים.התבנית ספקטרלית וכתוצאה מכך מתפקדת כטביעת אצבע ייחודית לכל חומר כימי.

העיקרון הבסיסי הוא חוק בירה-למברט לטכניקות מבוססות ספיגת: קליט הוא פרופורציה לריכוז ולאורך הנתיב.עם זאת, שיטות ספקטרום מודרניות רבות מסתמכות על ionization וניתוח המונים, לא רק קליטה קלה.

שיטות ספציפיות לאספקת מים

שום ספקטרום יחיד אינו יכול לזהות את כל הכימיקלים הלא ידועים.אנליסטים משלבים בדרך כלל טכניקות מרובות, לעתים קרובות שיטות הפרדה הפיכה עם זיהוי.

Mass Spectrometry (MS) יחד עם Chromatography

גס chromatography-mass spectrometry (GC-MS) ו- chromatography נוזלית-mass spectrometry (LC-MS) הם העורכים לזיהוי אורגני של זיהום זיהום (GC-MS), ונוסחאות דלקתיות של מועמדת ו- C-volatile (MS) מופרדות על עמודה capillary, ולאחר מכן מאומתים (בדרך כלל על ידי אלקטרו-ידי השפעה) ומכוונן על ידי מסהת-ל (מסהת-ידי שימוש בתרכובות אלקטרו-ידי סגסוגת) בהשוואה ל-Tlic (לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לחץ כימי).

Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS)

עבור contaminants אלמנטרי (מתכות כבדות, מתכת וקצת לא-metals), ICP-MS מציע רגישות יוצאת דופן.הדגם הוא אטום ו ionized ב פלזמה argon ב -6000-10000 K, אז השדים מוצגים לתוך מקטע או ניתוח מסה מגנטי.

אולטרה סגול-Visible (UV-Vis) Spectroscopy

UV-Vis שימושי עבור contaminants סופג אור בטווח 190-800 nm, כולל צבעים אורגניים רבים, nitrate, nitrite, וכמה קומפלקסים מתכת. בעוד לא ספציפי כמו MS, UV-Vis הוא מהיר, זול, וניתן להשתמש בו עבור בדיקת שדה.ספקטרום הקליטה בדרך כלל מראה להקות רחב, כך זיהוי מבוסס על התאמה של כל הספקטרום או באמצעות ספקטרום נגזרת כדי לאפשר פסגות גלאורד.

Infrared (IR) Spectroscopy

IR spectroscopy מודד מעברים רטט, מתן מידע על קבוצות פונקציונליות. Fourier-transform אינפרא אדום (FTIR) הוא נפוץ.נוזל סופג חזק באזור IR, כך הפחתה של כל רפה (ATR) דגימה משמש לעתים קרובות עבור דגימות ריקות. IR הוא בעל ערך במיוחד לזיהוי פולימרים אורגניים, שמנים, וכמה ב anorganics הוא פחות רגישה של טביעה של טביעה של טביעות אצבע (MS-600) מאשר סנטימטר אחד (R) מאשר סנטימטר אחד) מאשר סנטימטר אחד בלבד.

חידוש מגנטי גרעיני (NMR) Spectroscopy

למרות פחות נפוץ בניתוח מים שגרתי עקב עלות גבוהה ורגישות נמוכה יותר, NMR יכול לספק טיהור מבני סופי של contaminants אורגניים לא ידועים. Proton (1H) ו- Carbon-13 (13C) NMR spectra לחשוף את הסדר של מימן ואטומי פחמן. טכניקות היפנוזה. Hyphenated כגון LC-NMR מתעוררים אך עדיין לא נרחב.

גישה שיטתית לזיהוי לא ידוע

זיהוי כימי לא ידוע במים דורש זרימת עבודה מובנית.הצעדים הבאים להתרחב על ההליך הבסיסי ולשלב את שיטות העבודה הטובות ביותר משיטות רגולטוריות (למשל, שיטת EPA 8270 עבור חצי-אימטיס, EPA 625 עבור GC-MS).

שלב 1: איסוף דגימות וקידום

דגימות מים חייבות להיאסף במיכלים נקיים, מתאימים - כוס מבר עבור אורגנים (כדי למנוע photodegradation), פלסטיק עבור מתכות (התקבלה ל- pH <2). Preservatives כגון חומצה קובית להסרת כלוראין או נתרן tiosulfate עבור חיטוי חירש עשוי להיות נחוץ.שרשרת של תיעוד משמורת היא קריטית אם הנתונים ישמשו לדגימות משפטיות או ניתוח.

שלב 2: ריכוז וניקוי

Trace contaminants לעתים קרובות קיים ריכוזים נמוכים מדי לניתוח ישיר.נוזל-liquid לחלץ (LLE), מיצוי חד-פעמי מוצק (SPE), או microextraction (SPME) יכול להתרכז אנאליים על ידי גורמים של 100-1000.לדוגמה, שיטת mEPA 525 משתמשת SPE עם C18 כדי לרכז חומרי הדברה וריאציות של שתיית מים.

שלב 3: רכישת ספקולטיבית

הפעל את הדגימה המוכנה על ספקטרום המתאים.עבור GC-MS, מזרקת הזריקה ללא חלוק או על-ידי-קומונים; עבור LC-MS, בחר עמודה ושלב נייד המספקים שימור טוב והפרדה. קנה ספקטרום מסה מלא (לא רק ניטור סלקטיבי) כדי ללכוד את התבנית כולה. עבור UV-Vis או IR, להבטיח את הרקע (b) מאפשר סריקות, סריקה ממושכת.

שלב 4: עיבוד נתונים וחיפוש אחר ספריה

מפרט המונים מעובדים על ידי תת-קרקעית רקע, חלקה, ו deconvolution (לפסגות chromatographic כי חופפים) תוכנה כגון Agilent MassHunter, Bruker Compass, או AMDIS חינם משמש כדי לחלץ ספקטרום נקי (repuntra) לא ידוע הוא אז לחפש נגד ספריות מסחריות.T 23 מכיל מעל 300,000 ספקטרום עם תמיכה עבור שמירה התאמה HR forMS, עבור נתונים מדויקים ו- IOL.

שלב 5: אישור והתאמה

משחק ספריה אינו הוכחה לזהות.האישור דורש לפחות שיטה עצמאית אחת או ראיות נוספות.

  • השוואת זמן שמירה וספקטרום של הלא ידוע לסטנדרט טהור שנבחן בתנאים זהים.
  • השקעת MS / MS או ספקטרום MSn והתאמה ההתייחסות.
  • באמצעות טכניקה ספקטרום שנייה (למשל, FTIR לבדיקה קבוצתית פונקציונלית).
  • לבדוק את הנוסחה המולקולרית על ידי מדידה המונית מדויקת ותבנית איזוטופית.
  • קביעת קואנטמין באמצעות (אם תקן זמין) עקומת קלודה, ולאחר מכן בדיקה מחדש של הזהות במצב דילול שונה או ionization.

מידע ספציפי בטכניקה

כל סוג של ספקטרום הספקטרום מייצר נתונים אופייניים שיש להבין עבור זיהוי אמין.

המונחים:

ספקטרום המסה מראה סדרה של שיאים בערכי m / z שונים.השיא הגבוה ביותר הוא לא תמיד היון המולקולרי (הההה אלקטרונית עלולה לגרום לפירוק) לחפש את היון המולקולרי M+, לזהות דפוסים מקבצי איזוטופים (למשל, 3:1 יחס עבור כלוראין המכיל תרכובות מ-35 ו- 37Cl; 1:1 עבור ברומין מ-79 / מספר חנקן (n) מסייע ל- Cgrags) לאחר מכן, 000).

UV-Vis פרשנות

ספקטרום UV-Vis מראה להקות רחבות התואמים את המעברים האלקטרוניים.אורך הגל של קולט מקסימלי (λmax) ואת הצורה של הלהקה יכול להצביע על מערכות ארומטיות או אג"ח כפולים מחוסנים.לדוגמה, benzene יש λ -254 nm; שינוי באורך גל ארוך יותר מרמז החלפת תאים.

פרשנות בלתי נשכחת

תצוגות ספקטרום אינפרא אדום מציג להקות ספיגת בגל ספציפי (cm-1) התואמים את הרטטים האג"ח: 3600-3200 ס"מ -1 (O-H, N-H מתיחה), 3000–2800 ס"מ1 (C-H מתיחה), 1800-1650-161 (C=O-H מתיחה), 1650-1450 ס"מ (C ו-Ratramtic), ו-800=800=R)) מסייעות ל-Acro-Absp; C-Ampic) או C-AC-Ampreamc-Ampreamtexampreamstererta C-Acro-Acro-C-C-Absp; C-Absp; C-Absp; C-Absp; C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, C-H מתיחה, עשוי להעיד על תערובת מורכבת של C-H מתיחה, C-H

אתגרים ב- Contaminant Identification

מטריקס Interference

חומר אורגני טבעי (NOM), מלחים, חומצות לחות, וחומר חלקיקים יכול לדכא ionization ב MS (אפקטים מאטריקס), לגרום סחף בסיס ב-UV-Vis, או לייצר להקות IR חופפות.

Isobaric ו-Isomeric Interference

תרכובות רבות יש אותה מסה נומינאלית (isobars) או אותה נוסחה מולקולרית אבל מבנים שונים (isomers) נמוך-resolution MS לא יכולים להבחין בהם; רזולוציה גבוהה MS או MS /MS נדרש. Chromatographic זמן (באמצעות עמודה לא קוטבית, לדוגמה) יכול להפריד בין מאוזנים. כאשר ספריות אינן מכילות את המדויק, פרשנות מבוססת על תבניות מפוצלות ו- IMR נדרש נתונים.

לא ידוע ב-Libraries

למזהמים חדשים או נדירים אין ספקטרה התייחסות.במקרים כאלה, האנליסט חייב לפוצץ את המבנה מתכונות ספקטרום, הרכב אלמנטרי (מ- HRMS), וכימיה ידועה של תגובה. טיהור מבנה מוסמך (CASE) תוכנה כמו ACD/Labs או Logic for Structure Alucidation (SE) יכול להציע מבנים מועמדים שמתאימים לכל ספקטרום, או לתרכובת רכישה.

איכות מובטחת / איכות בקרת (QA / QC)

כל זיהוי צריך להיות מלווה על ידי QA / QC אמצעים: ריק (method ריק, שטח ריק) לבדוק זיהום; דגימות בקרה מעבדה (LCS) עם אנאליים ידועים; לשכפלות להעריך דיוק; מרפקים ממטריקס להעריך התאוששות בלבד מ- QC בתוקף יש לדווח.עבור לא ידוע היכן אין התייחסות סטנדרטית זמינה, רמת האמון חייבת להיות ברורה (למשל "בלתי חוקי").

דוגמה מעשית: זיהוי שיא לא ידוע ב- GC-MS

שקול דגימה מים קרקע עם שיא chromatographic מוזר בזמן שימור 12.34 דקות. ספקטרום המסה מראה שיא בסיס ב m / z 149, ion מולקולרי ב m / z 278 (שפע נמוך), ופסגות איזוטופים המציעים כי כלור או ברונל (Hact) חיפוש הספרייה מולקולרית מחזירה התאמה גבוהה ל Diethyl phtha (DEP), עם זאת, 222 זמן שמירה של תקן Dexa 12.

שיטות ניתוח נתונים מתקדמות

ספקטרום מודרני מייצר כמויות עצומות של נתונים. Chemometrics - ניתוח סטטיסטי רב-מסובאריט - מסייע להפיק תבניות משמעותיות. PCA וחלקי לפחות ריבועים שאינם מקריים (PLS-DA) יכול לאסוף לא ידוענים המבוססים על תכונות ספקטרליות, סיוע באלגוריתמים של Deconvolution (למשל, PARAC עבור נתונים פלואורנס, או MCR-ALS עבור אותות מתמטיים עבור תאים) של תאים עצביים (FEEC) או ספקטרום דיגיטלי (ראו) הוא אפילו ספקטרום נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום נתונים ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום DLTD) או ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של נתונים ספקטרום של נתונים ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של

תקנים ושיטות

(הופנה מהדף מעקב אחר שיטות סטנדרטיות מארגונים כמו FLT:0)U.S. EPAigtureFLT:1, FLT:2ASTM InternationalStlementFLT 3, ו-FLT:4Standard Methods for the Testing of Water and WastewaterFLT:5 (APHA) שיטות אלה קובעות תנאים ספציפיים, מדגם, ו- QC (התרגילים לקביעת אנליזה) יש ליישם את פרוטוקולים שאינם ידועים.

מגמות עתידיות בניתוח מים ספקטרומטרי

התחום נע לכיוון מהיר יותר, נייד יותר, וניתוח מקיף יותר.מכשירי Portable GC-MS ו-FTIR מאפשרים זיהוי באתר. Direct הזרקת דגימת דגימת מסה (DIMS) ו- ionization (למשל, DESI, DART) להפחית את זמן ההכנה של הדגימה (Rimtextected Mass-Fspectrometers) הופכת לזמין יותר, ומאפשרת הקרנה לא פתורהת לגילוי של נתונים פתוח (Fspectral) עם אנליסטים).

Spectrometry נשאר מערך הכלים החזק ביותר לזיהוי של חומרים כימיים לא ידועים במים.על ידי שליטה בעקרונות הבסיסיים, אימוץ זרמי עבודה שיטתיים, מינוף ניתוח נתונים מתקדם, ולהישאר מודע למגבלות, אנליסטים יכולים לספק את המידע אמין הדרוש כדי להגן על משאבי מים ובריאות הציבור.