Su Analizinde Spectrometriyi Anlamak

Spectrometri, elektromanyetik radyasyon ve madde arasındaki etkileşimi ölçen analitik yöntemler bir settir. radyasyonda - kumar ışınlarından radyo dalgalarına ayarlandığında - örnek olarak veya örnek olarak yansıtılır (p) veya parçalar-per-trilme (pptrillion).

Altta yatan prensip, her tekniğin fiziksel temelinin doğru şekilde yorumlanması ve hata problemlerinin çözümü için orantılı olmasıdır. Ancak, birçok modern spektrmetrik yöntem iyonizasyon ve kütle analizine güvenmektedir, sadece ışık absorpsiyonu değildir.

Su Contaminants için Temel Spektrometrik Yöntemler

Tek spektrometresi tüm bilinmeyen kimyasalları tanımlayamaz. Analistler genellikle birden çok tekniği birleştirir, genellikle algılama ile ayrılık yöntemleri birleştirir: En yaygın yaklaşımlar şunlardır:

Mass Spectrometri (MS) Kromatografi ile Çiftleştirildi

Gaz kromatografisi-mass sptrometri (GC-MS) ve sıvı kromatografi-mass spektrometri (LC-MS) organik kirletici tanımlama için iş kodlardır. GC-MS, uçucu ve yarı-volatile bileşikler bir kapillary sütununda ayrılır, sonra iyonize (genellikle elektron etkisi) ve Atmosferik basınç ölçümleri ile karakterize edilir (m/z).

İndüktif olarak Çiftleştirilmiş Plazma Mass Spectrometri (ICP-MS)

Metaller, metaller ve bazı metaller için, ICP-MS, olağanüstü hassasiyetlere sahiptir. Örnek atomize edilmiş ve ~6000-000 K'de iyonize edilmiş, o zaman iyonlar HPLC-ICP-MS gibi birçok elementi tespit edebilir.

Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroskop

UV-Vis, 190-800 nm aralığında ışık kullanan kirleticiler için faydalıdır, birçok organik boya da dahil olmak üzere, nitrat, nitrite ve bazı metal kompleksleri kullanarak, MS, UV-Vis hızlı, ucuz ve alan tarama için kullanılabilir.

Uzak (IR) Spectroskop

IR spektroskopu titreşim geçişleri, fonksiyonel gruplar hakkında bilgi sağlar. Fourier-transform kızılötesi (FTIR) yaygındır. IR bölgesinde, bu nedenle toplam yansıma (ATR) örnekleme genellikle organik polimerler tanımlamak için değerlidir.

Nükleer Manyetik Resonance (NMR) Spectroskop

Yüksek maliyet ve daha düşük hassasiyet nedeniyle rutin su analizi için daha az yaygın olsa da, NMR, bilinmeyen organik kirleticilerin kesin yapısal olarak tespit edilebilmesini sağlayabilir. Proton (1H) ve karbon-13 (13C) NMR spectra, hidrojen ve karbon atomlarının düzenlenmesini ortaya koyuyor.

Bilinmeyen Contaminants Tanımlamak için Sistematik Yaklaşım

Suda bilinmeyen bir kimyasalın belirlenmesi, temel prosedüre genişleyen ve düzenleyici yöntemlerden en iyi uygulamaları (örneğin, ABD EPA Yöntemi 8270, yarı-volatiles için EPA 625).

Adım 1: Örnek Koleksiyon ve Koruma

Su örnekleri temiz, uygun konteynerler olarak toplanmalıdır - organikler için cam (fotoğrafların düşmesini önlemek için), metaller için plastik ( pH <2).Kampiyonel asit gibi belirli zamanlarda analiz edilmelidir.

2. Adım: Preconcentration and Cleanup

Trace kirleticiler genellikle doğrudan analiz için konsantrasyonlarda çok düşük. Sıvı-liquid ekstraksiyon (LLE), katı-faksiyon (SPE), veya sağlam-faksiyon mikro-dönüşüm (SPME) 100-1000 faktörleri tarafından analiz edilebilir. Örneğin, EPA Yöntem 525, pestisitleri ve PCBleri içme suyu ile konsantre etmek için SPE kullanır.

Adım 3: Spectral Acquisition

Uygun spektrometre için hazır örneği çalıştırın. GC-MS için, bir ayrılık veya on-column enjeksiyonu enjekte edin; LC-MS için iyi bir tutma ve ayırma sağlayan bir sütun ve mobil aşama seçin. Acquire full-scan kitle spektrtra (sadece seçici iyon izleme) tüm parçalama modelini yakalamaya izin vermek için.For UV-Vis or IR, arka spektrumu (blank) çıkartılır. Record all Acquisition parametreler (e.g., tarama aralığı, çözünürlük, tarama aralığı, çözünürlük, tarama sayısı)

Adım 4: Data Processing and Library Find

Mass spectra arka plan çıkarma, düzgünleme ve dekonvolution (gece indeksleme için kaydolan cepli MassHunter, Bruker Compass veya ücretsiz AMDIS, daha sonra SmartFormula veya SIRIUS süiti gibi yazılımlar kullanılarak, ücretsiz olarak karşılaştırılacaktır.)

Adım 5: Onay ve Sayılama

Bir kütüphane maçı kimlik kanıtı değildir. Onaylama en az bir bağımsız yöntem veya ek kanıt gerektirir. Common stratejileri şunları içerir:

  • Bilinmeyenin zaman ve spektrumunu aynı koşullar altında analiz edilen saf standart olarak karşılaştırın.
  • MS/MS veya MSn spektrumunu satın almak ve referansa uygun.
  • İkinci spektroskopik bir teknik kullanarak (örneğin, fonksiyonel bir grup kontrolü için FTIR).
  • Doğru kütle ölçümü ve izotopik desen ile moleküler formülü doğrulayın.
  • Kirişleme eğrisi (eğer standart varsa) bir kalibrasyon eğrisi, sonra farklı bir dillem veya iyonizasyon modunda kimliği yeniden kontrol edin.

Spectral Data Across Techniques

Her spektrometri türü güvenilir kimlik için anlaşılmalıdır karakteristik veriler üretir.

Mass Spectrometri Yorumlama

Kitle spektrumu farklı m/z değerlerinin bir dizi zirvesi gösteriyor. En yüksek m/z zirve her zaman moleküler iyon (elektronik iyonizasyon) Moleküler iyon M+'ya bakın, izope kümelerinden (örneğin, 35Cl ve 37Cl'den tahmin edilebilir 3:1 oranındaki küçük formülleri takip eder; 1:1'i 79Br/81Br'den genel olarak kaybeder.

UV-Vis Interpretation

Bir UV-Vis spektrumu, elektronik geçişlere karşılık gelen geniş bantlar gösteriyor.En yüksek emeğe ( ⁇ max) ve grubun şekli aromatik sistemler veya konjugated çift bağlar gösterebilir. Örneğin, karne ⁇ max ~254 nm; daha uzun dalgalara geçişler için bir değişim birden çok emeğen türü gösterir. Quantitative analiz, bira-Lambert yasası kullanır, ancak genellikle tüm spektrumu veya chemometrik yöntemleri ana bileşen analizi gibi gerektirir (PC).

Photoration

Fotostra, belirli dalga sayılarında (cm-1) ki, vibrasyonlara karşılık gelmektedir. Anahtar bölgeler: 3600-3200 cm -1 (O-H, N-H germe), 3000-2800 cm -1 (C-H germe), 1800-1650 cm -1 (C=O germe), 1650-1450 cm -1 (C=C ve aromatik ring vizatörler) ve 1300-800 cm -1 (finger bölgesi) - su kirliliği için, geniş bir O-H bandının varlığı alkol veya karbokylic asitleri gösterebilir;

Contaminant Tanımlamadaki Zorluklar

Matrix Interference

Doğal organik madde (NOM), tuzlar, humic asitler ve katılımcı madde MS (matrix etkiler) ionasyonları bastırabilir veya UV-Vis'te çakıştırabilir. Örnek temizleme, yukarıda açıklandığı gibi, MS için, iç standartlar (örneğin analog olarak etiketlenir) baskı için doğru. Standart ek kalibrasyon da kullanılabilir.

Isobaric ve Isomeric Interference

Birçok bileşik aynı nominal kütleye sahiptir (örneğin) ancak farklı yapılar (isomerler). Low- çözünürlüklü MS onları ayırt edemez; yüksek çözünürlüklü MS veya MS /MS gereklidir. Kromatografik bir tutma süresi (örneğin) ayrı olabilir.

Bilinmeyen Spectra Kütüphanelerde Değil

Yeni veya nadir kirleticiler referans spektrumu olmayabilir. Bu tür durumlarda, analistin binayı tüm ⁇ kısıtlamalarına uygun olarak tasarlayabilmeleri gerekir. sonuçta, bileşik ve re-analizin bilgilendirilmesi veya satın alma.

Kalite Güvence / Kalite Kontrol (QA/QC)

Her kimlik QA/QC önlemleri ile birlikte olmalıdır: boşlar (method boş, alan boş) kirlenmeyi kontrol etmek için; laboratuvar kontrol örnekleri (LCS) hassas olarak tanımlanmalıdır; sadece doğrulananlar için matrixler raporlanmalıdır.Sadece geçerli QC işlerinden gelen veriler raporlanmalıdır.

Pratik Örnek: GC-MS'de Bilinmeyen bir Peak'i Tanımlamak

12.34 dakika içinde garip bir kromatografik zirve ile bir örnek düşünün. Kitle spektrumu m/z 149'da bir temel zirve gösteriyor, m/z 278 (düşük bol), ve DEP'nin moleküler iyonunun klor veya bromine olmadığını gösteriyor.

Gelişmiş Veri Analizi Teknikleri

Modern spektrometri çok sayıda veri üretir. Chemometri - çok değişkenli istatistik analizi - anlamlı kalıpları elde etmek için yardımcı olur. PCA ve kısmi en az kareler ayrımcı analiz (PLS-DA) ilgili olarak bilinmeyenler kümesini tahmin edebilir, sınıflandırmaya yardımcı olabilir.Deconvolution algoritmaları (örneğin, floresans verileri için bilgisayar ağları veya kromatografik profiller için MCR-ALS for chromatografik profiller için).

Düzenleme ve Yöntem Standartları

Su kalitesi izleme programları genellikle su ve atık sularının sınavını takip eder:0)U.S. EPA), [[Dönetici:2.S. ) ve her sapma ve uygulama için standart yöntemler (Düzük) ve su ve atık su içme yöntemleri (Düzücüler) için standart yöntemler belirli bir araç koşullarını, örnek hazırlığı ve QC kriterleri belirler.Bir yöntemin kapsamı dışında bilinmeyen bir şekilde, analist her sapma ve uygulama tabanlı bir yaklaşıma sahiptir.

Spectrometrik Su Analizindeki Future Trends

Alan daha hızlı, daha taşınabilir ve daha kapsamlı bir analize doğru ilerliyor. Portre GC-MS ve FTIR aletleri, mevcut tespitlere izin veriyor. Doğrudan enjeksiyon kitle spesifik (DIMS) ve çevre iyonu (e.g., DESI, DART) örnekleme süresini azaltır. Yüksek çözünürlüklü kitle spektrometreler, daha uygun maliyetli hale gelir, hedefsiz kirleticiler tarafından kabul edilen bir incelemede güncellenir.

Spectrometri, su kaynakları ve halk sağlığını korumak için gerekli olan en güçlü araçlardır. Altta yatan ilkeleri ustalıkla, sistematik iş akışlarını benimseme, gelişmiş veri analizlerini benimseme ve sınırlamaların çoğunu geride bırakabilir, analistler su kaynaklarını ve halk sağlığını korumak için gerekli olan güvenilir bilgiler sağlayabilir.