Keskkonna analüüsi konspekt (0)

Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
E-kursuse
Keskkonna analüüs" " materjalid
Aine maht 3 EAP
Siiri Velling Tartu Ülikool 2011
1 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Sisukord 1 Keskkonna analüüsi kasutusala ja vajalikkus .................................................. 3 1.1 Veekogusse juhitava heitvee pH või ohtlike ainete sisalduse piirväärtused ... 4 1.2 Joogivee kvaliteedi- ja kontrollnõuded ........................................................... 6 1.3 Reostusnäitajad................................................................................................ 7 1.4 Analüüsimeetodi valik..................................................................................... 8 2 Proovid ja proovide võtmine ............................................................................ 8 2.1 Veeproovid ...................................................................................................... 9 2.2 Pinnase proovid ............................................................................................. 11 2.3 Õhuproovid.................................................................................................... 12 3 Tiitrimeetria ja gravimeetria ......................................................................... 13 3.1 Tiitrimeetria meetodid ................................................................................... 13 3.2 Tiitrimise rakendusi....................................................................................... 15 3.3 Gravimeetria .................................................................................................. 16 4 Instrumentaalmeetodid. Spektrofotomeetria ............................................ 17 4.1 UV-Vis spektroskoopia ................................................................................. 17 4.2 IR spektroskoopia.......................................................................................... 20 4.3 Aatomspektroskoopia .................................................................................... 20 4.4 Aatomabsorptsioonspektroskoopia (AAS) .................................................... 20 4.5 Aatomemissioonspektroskoopia (AES) ........................................................ 21 4.6 Aatom -massispektroskoopia ......................................................................... 21 4.7 Röntgenfluorestsents spektroskoopia (XRF) ................................................ 22 5 Kromatograafia ................................................................................................. 22 5.1 Gaaskromatograafia ...................................................................................... 24 5.2 Vedelikkromatograafia .................................................................................. 24 5.3 Ioonkromatograafia ....................................................................................... 25 5.4 Ainete identifitseerimine mass-spektromeetriliselt ....................................... 26 6 Keskkonnaproovide eripära: hapnikutarbel põhinevad meetodid ....... 27 6.1 Ühendite degradeeruvus ................................................................................ 27 6.2 Hapnikutarbe määramise meetodid ............................................................... 28 7 Mõõtemääramatus ........................................................................................... 30 7.1 Analüüsimeetodeid iseloomustavad näitajad ................................................ 30 7.2 Meetodi suutlikkust iseloomustavad parameetrid ......................................... 31 7.3 Mõõtmisvead ................................................................................................. 34 7.4 Kvaliteedi tagamine laboris ........................................................................... 34 8 Videolõikude lingid .......................................................................................... 36
2 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
1 Keskkonna analüüsi kasutusala ja vajalikkus Väga mitmekülgne valdkond:
Keskkonna proove on vaja analüüsida eelkõige keskkonnaseisundi kvantitatiivseks hindamiseks , selle kontrollimiseks ja montoorimiseks. Keskkonna analüüsimine on vajalik nii poliitilistel, sotsiaalsetel kui majanduslikel põhjustel. Keskkonnaseire peaeesmärgiks on keskkonnaseisundi keskkonnaseisundi ja seda mõjutavade tegurite pidev plaanipärane jälgimine ehk 1) probleemide kindlakstegemine 2) probleemide vähendamine 3) kinnitamine, et probleem on vähendatud ja 4) kontrollabinõude täiustamine Seejuures keskkonnaseisundi objektiivseks hindamiseks, täpseks analüüsimiseks ja vajalike mõõtmiste korrektseks läbiviimiseks on oluline kõigi osapoolte aktiivne omavaheline SUHTLEMINE.
Keskkonna analüüs võimaldab: · OLEVIKKU KU kontrollida · TULEVIKKU KU ennustada? ennustad · MINEVIKKU KU uurida?
Seejuures tuleb arvesse võtta, et .
3 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Keskkonna analüüsi valdkond hõlmab nii loodus- loodus kui tehiskeskkonda, globaalseid keskkonnaprobleeme ja inimkeskkonnaga seotud küsimusi; õhu, vee ja pinnase analüüse ning muidugi elusorganismidega ja nende elukeskkondadega seotud küsimusi. Keskkonna analüüsis uuritavad ühendid, analüüsimeetodid ja nende omavaheline seostumine on toodud alljärgnevalt:
Millised võivad igale indiviididel tunduda olilisimad keskkonna analüüsi objektid igapäevaelus? JOOGIVESI ja pinnasevesi .
Saasteainete piirmäärad on määratud seadusandlusega: Heitvee veekogusse või pinnasesse juhtimise kord (Vabariigi valitsuse 31.07.2001.a. määrus nr.269) https://www.riigiteata https://www.riigiteataja.ee/akt/13290813 Heitvee veekogusse või pinnasesse juhtimise kord (Vabariigi valitsuse 31.07.2001.a. määrus nr.269) https://www.riigiteataja.ee/akt/13290813 Keskkonnatasude seadus (Riigikogu seadus, vastu võetud 07.12.2005) https://www.riigiteataja.ee/akt/969301 jne
1.1 Veekogusse juhitava heitvee pH või ohtlike ainete sisalduse piirväärtused
Reostusnäitaja (heitvee pH või ohtlikud ained) Mõõtühik õtühik Piirväärtus
Vesinikioonide minimaalne sisaldus vees, (pHmin ) pH-ühik 6,0 Vesinikioonide maksimaalne sisaldus vees (pHmax ) pH-ühik 9,0 Elavhõbeda sisaldus mg/l 0,05 Hõbeda sisaldus mg/l 0,2 Kaadmiumi sisaldus mg/l 0,2
Üldkroomi sisaldus mg/l 0,5 Kroomiühendite, Cr(VI) sisaldus mg/l 0,1 Vase sisaldus mg/l 2,0
4 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Plii sisaldus mg/l 0,5 Nikli sisaldus mg/l 1,0
Tsingi sisaldus mg/l 2,0 Tina sisaldus mg/l 0,5
Antimoni sisaldus mg/l 0,5 Fluori sisaldus mg/l 3,0
Tsüaniidide sisaldus mg/l 0,2 Arseeni sisaldus mg/l 0,2 Adsorbeeritavate halogeenorgaaniliste ühendite (AOX) mg/l 1,0 sisaldus Süsiniktetrakloriidi sisaldus mg/l 1,5 DDT ja selle derivaatide sisaldus µg/l 0,05 Pentaklorofenooli sisaldus µg/l 0,2 Driinid sh: Aldriini sisaldus µg/l 0,05 Dieldriini sisaldus µg/l 0,05 Endriini sisaldus µg/l 0,05 Isodriini sisaldus mg/l 0,002 Heksaklorobenseeni sisaldus µg/l 5 Heksaklorobutadieeni sisaldus mg/l 1 Triklorometaani (kloroform) sisaldus mg/l 1 1,2-dikloroetaani sisaldus µg/l 3 Trikloroetüleeni sisaldus mg/l 0,1 Tetrakloroetüleeni sisaldus (perkloroetüleen) mg/l 0,1 Triklorobenseeni sisaldus (isomeeride summa) mg/l 0,05
Heksaklorotsükloheksaani sisaldus µg/l 1 Lindaani sisaldus mg/l 2,0 Polükloreeritud bifenüülide, PCB sisaldus µg/l 0,05 Polükloreeritud terfenüülide, PCT sisaldus µg/l 0,05 Polüaromaatsete süsivesinike (PAH) sisaldus mg/l 0,01
5 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
1.2 Joogivee kvaliteedi- ja kontrollnõuded
Mikrobioloogilised kvaliteedinäitajad Mikrobioloogilised kvaliteedinäitajad ühisveevärgi, mahutite ja tsisternide kaudu edastatavas joogivees on järgmised: Näitaja Ühik Piirsisaldus
Escherichia coli PMÜ/100 ml 0
Enterokokid PMÜ/100 ml 0
Mikrobioloogilised kvaliteedinäitajad pudelitesse või kanistritesse villitavas joogivees on järgmised:
Näitaja Ühik Piirsisaldus
Escherichia coli PMÜ /250 ml 0
Enterokokid PMÜ /250 ml 0
Pseudomonas aeruginosa PMÜ /250 ml 0 0 Kolooniate arv 22 C PMÜ /ml 100
Kolooniate arv 37 0C PMÜ /ml 20
PMÜ ­ pesa moodustav ühik 21
Keemilised kvaliteedinäitajad Näitaja Piirsisaldus Ühik Akrüülamiid 0,10 µg/l Antimon 5,0 µg/l Arseen 10 µg/l Benseen 1,0 µg/l Benso (a)püreen 0,010 µg/l Boor 1,0 mg/l Bromaat 10 µg/l 1,2- dikloroetaan 3,0 µg/l Elavhõbe 1,0 µg/l Epikloorhüdriin 0,10 µg/l Fluoriid 1,5 mg/l Kaadmium 5,0 µg/l Kroom 50 µg/l Nikkel 20 µg/l Nitraat 50 mg/l Nitrit 0,50 mg/l Pestitsiidid 0,10 µg/l Pestitsiidide summa 0,50 µg/l Plii 10 µg/l Polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (PAH) 0,10 µg/l Seleen 10 µg/l Tetrakloroeteen ja trikloroeteen 10 µg/l Trihalometaanide summa 150 µg/l Tsüaniid 50 µg/l 22 Vask 2,0 mg/l Vinüülkloriid 0,50 µg/l
6 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Näitaja Piirsisaldus Ühik Alumiinium 200 µg/l Ammoonium 0,50 mg/l Elektrijuhtivus 2500 µS cm-1 , 20 0C
Indikaatorid Jääkkloor Jääkosoon Kloriid 0,2 ja 0,5 0,3 250 mg/l mg/l mg/l Mangaan 50 µg/l Naatrium 200 mg/l Radioloogilised näitajad Oksüdeeritavus 5,0 mg/l O2 Orgaanilise süsiniku Ilma ebatavaliste muutusteta sisaldus (TOC) Raud 200 µg/l Sulfaat 250 mg/l Vesinikioonide 6,5 ja 9,5 pH ühik kontsentratsioon Hägusus Tarbijale vastuvõetav, NTU ebatavaliste muutusteta Maitse Tarbijale vastuvõetav, ebatavaliste muutusteta Lõhn Tarbijale vastuvõetav, ebatavaliste muutusteta Värvus Tarbijale vastuvõetav, ebatavaliste muutusteta Clostridium 0 PMÜ/ 100ml perfringens (koos eostega)¹ Kolooniate arv 22 0C 100 PMÜ /1 ml Coli-laadsed bakterid 0 PMÜ /100 ml Radioloogilised näitajad Triitium 100 Bq/l 23 Efektiivdoos 0,10 mSv/aastas
1.3 Reostusnäitajad
BIOKEEMILINE HAPNIKUTARVE BHT7 Biokeemiline hapnikutarve võrdub hapniku hulgaga milligrammides, mis kulub 1 liitris vees oleva orgaanilise aine lagundamiseks mikroorganismide poolt kindlates katsetingimustes 7 ööpäeva jooksul KEEMILINE HAPNIKUTARVE KHT Vee keemiliseks hapnikutarbeks nimetatakse hapniku hulka, mis kulub vees sisalduvate ainete keemiliseks oksüdeerimiseks (kindlates etteantud tingimustes) ÜLDFOSFOR Üldfosfori all mõistetakse kõiki fosfori vorme, mis sisalduvad analüüsitavas proovis: mineraalset, polüfosfaatset ja orgaanilist fosforit ÜLDLÄMMASTIK Üldlämmastiku all mõistetakse kõiki lämmastiku vorme, mis sisalduvad analüüsitavas proovis HELJUVAINED (heljum) Vee heljuvaine sisaldus on selles sisalduvate tahkete osakeste mass proovi mahuhulga kohta, mis filtreerides jääb analüüsimetoodikas ettenähtud filtrile NAFTASAADUSED Naftasaaduste all mõistetakse uuritavas proovis orgaaniliste lahustitega (heksaan jt.) väljahekstraheeritud ja Al2O3 kolonni läbinud mittepolaarsete ühendite gruppi. Naftasaaduste hulka kuuluvad bensiinid, masuudid, diiselkütused, määrdeõlid jne. POLAARSED SÜSIVESINIKUD ( rasvad ) Veeproovi ekstraheerimisel orgaanilise lahustiga saadakse ekstraheerunud ainete hulk, mille edasine lahutamine toimub Al2O3 kolonni abil. Sellisel lahutamisel saadakse mittepolaarsed (naftaproduktid) ja polaarsed ühendid (rasvad). Naftaproduktid läbivad kolonni, rasvad mitte. FENOOLID Tavaliselt piirdutakse fenoolse reostuse hindamisel ühealuseliste, nn. veeauruga destilleeruvate, fenoolide sisalduse määramisega 7 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Eesti põlevkivitööstuse tingitud fenoolse reostuse põhjustavad suuremas osas mittelenduvad kahealuselised resortsiinitüüpi fenoolid
AOX Adsorbeeritavad halogeenorgaanilised ühendid Aktiivsöel adsorbeeruvates orgaanilistes orgaanilistes ühendites sisalduvat halogeenide hulka iseloomustav suurus; väljendatakse kloori sisaldusena TOC orgaaniline süsinik Orgaanilise süsiniku koguhulk proovis
1.4 Analüüsimeetodi valik
1. Millised on uuritavate komponentide määratavad kontsentratsioonid? 2. Milline täpsus on nõutav? 3. Milline on proovi koostis? Milliseid teisi aineid proovis leidub? 4. Millised on proovi keemilised ja füüsikalised omadused? Kui palju proove tuleb analüüsida?
Ei ole olemas ,,universaalset" kriteeriumit meetodi valimiseks!
2 Proovid vid ja proovide võtmine
Proovivõtu eesmärgid: · Kirjeldamine · Kindlaksmääratud piiride järelvalve · Kontroll · Eriotstarbelised proovid
8 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Proovi võtmine on osa analüütilisest protsessist. protsessist Proov peab olema analüüsitava objekti representatiivne osa. osa
Proov tuleb võtta nii, et see täidaks uurimise eesmärke ja vastaks planeeritavate analüüsimeetoditega esitatavatele nõudmistele.
Proovivõtmise probleemid: · objekti omaduste muutumine ajas ja ruumis · heterogeensed, keerukad süsteemid · uuritavaidd parameetreid parameet sageli palju, madalad kontsentratsioonid Proovi võtmine peab tagama: tagama · Objekti omaduste esindatuse proovis · Proovi vastavuse analüüsi nõuetele · Proovi koostise muutumatuse proovivõtu ja analüüsi alustamise vahelisel ajal Enne proovide võtmist vaja teada: teada Milliseid analüüse on tarvis teostada Proovivõtu sagedus Proovide arv Proovivõtu koht Proovi suurus Proovinõud Proovide säilitamise tingimused Proovivõtu koha ja aja valik: valik 1. Tõenäosuslik, statistikale põhinev 2. Kogemustele põhinev lähtuvalt: teadaolevast informatsioonist eelnevatest kogemustest uuritavast objektist uuritavate komponentide allikast 3. Kombinatsioon eelmistest. eelmistest
2 S Mitu proovi? N = 4 , kus xd S ­ aritm. keskmise standardhälve - aritmeetilise keskmise väärtus d ­ lubatud mõõtemääramatus, kui nt 20%, siis d=0,2
2.1 Veeproovid
Prooviliigid
Ühekordne proov ( punktproov) - korraga võetakse analüüsimiseks vajalik kogus Keskmistatud proovid (liitproov) 9 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Ajas keskmistatud proov võetakse kindla ajavahemiku järel ühesuguse mahuga ühekordseid proove ja segatakse kokku Vooluhulgaga proportsionaalne proov võetakse samast proovivõtukohast kindla ajavahemiku järel vooluhulgaga proportsionaalsed kogused ja segatakse kokku Ruumiliselt keskmistatud proov võetakse lühikese ajavahemiku vältel ühesuguse mahuga ühekordseid proove reostunud veekogu erinevatest kohtadest ja sügavustelt ja segatakse kokku
1. Proovivõtu koht a. vastavalt eesmärgile ja objekti iseloomule b. kergesti ligipääsetav c. proovide võtmine ühest ja samast kohast d. pinnaveekogust tavaliselt 30 cm allpool veepinda e. vooluveest võetakse proov hästisegunenud veest (kõige tugevama vooluga kohast) ! mitte võtta kohtadest, mis ei ole tüüpilised antud veekogule 2. Proovivõtu sagedus 3. Proovi maht a. Määratavate komponentide hulk b. Uurimismeetodid , analüüsimeetodid 4. Proovipudelid a. sõltuvalt määratavatest komponentidest b. laboris pestud ja markeeritud c. enne proovi võtmist loputatakse prooviks võetava veega (v.a. naftaproduktid, õlide, rasvad jms analüüs) d. tavaliselt täidetakse ääreni. 5. Proovivõtuseadmed a. Spetsiaalsed proovivõtjad b. Automaatproovivõtjad
10 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Vooluhulga mõõtmine Seadmed : elektromagnetilised andurid (kiirusveearvestid) Mahuline meetod - vabalt langev veejuga, teadaoleva ruumalaga anum ja stopper : mõõdetakse anuma täitumiseks kuluv aeg Voolu ristlõikepindala ja voolukiiruse meetod - ristlõiget läbiv vooluhulk Q= S×vkesk Selleks on vaja määrata voolu ristlõike pindala ja mõõta voolukiirus (märkained, hüdroloogiline tiivik ) Vooluhulga (kaudne) hindamine
Proovivõtmise vead · Osaproovide hulk ei ole piisav · Proovivõtu protseduurist põhjustatult osakeste sadenemine, ainete lendumine · Proovi muutumine enne analüüsi (biodegradatsioon, adsorptsioon).
Proovide konserveerimine ja säilitamine Proovid peavad olema võimalikult värsked Soovitav on vältida proovide konserveerimist Konserveerimata proovi analüüsi tuleb alustada üldjuhul 24 tunni jooksul Konserveerimine ­ et säilitada proovi omadused ja määratavate ainete sisaldused muutumatutena võimalikult pika aja jooksul.
Lisaks proovide transportimisel vältida proovide soojenemist või külmumist ning hoida neid pimedas.
2.2 Pinnase proovid
Pinnase proovide võtmisel tuleb silmas pidada, et · iga proov peaks iseloomustama ühte maa-ala tüüpi · kindlalt sügavuselt (künnikiht) · erinevad kihid eraldi · keskmine proov saadakse üksikproovide liitmisel · üksikproovide võtmine üle kogu uuritava ala
· proovi hulk sõltub osakeste suurusest
11 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Pinnase proovi esinduslikkuse tagamine: Terminology in soil sampling (IUPAC Recommendations 2005)
Pinnase proovide eeltöötlemine võib hõlmata mitmeid etappe : A. Pesemine B. Kuivatamine C. Purustamine/homogeniseerimine D. Ekstraheerimine o solventekstraktsioon ­ neutraalsed orgaanilised ühendid o tuhastamine ja lahustamine ­ elemendiline koostis o vesilahustes ekstraheerimine ­ ioonide analüüs
Probleeme: Üldine pestitsiididega saastatus ja kontrollproov Sisemine standard Võrdlusmaterjal
2.3 Õhuproovid
Õhuproovide võtmisel tuleb silmas pidada analüüsi eesmärke, millest tulenevalt võib olla vajalik: ühe spetsiifilise aine kogumine mitmete ainete kogumine või osakeste analüüsiks proovi võtmine. Õhuproovide analüütiliste meetoditena võib nimetada: gaaside absorptsiooni vedelikes (spets.reagendid) ainete adsorptsiooni tahketel sorbentidel (passiivsed või aktiivsed proovivõtuseadmed) ja osakeste filtreerimist.
12 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
3 Tiitrimeetria ja gravimeetria Tiitrimine on mahtanalüüs, mis põhineb teadaoleva kontsentratsiooniga lahuse ruumala määramisele, mis kulub reageerimisel analüüsitava ainega. Seda viiakse läbi titranti aeglaselt proovile lisades kuni reaktsioon uuritava aine ja titrandi vahel on täielikult toimunud. Seejuures toimub tiitrimisreaktsioon titrandi (T, millega tiitritakse) ja analüüdi (A, uuritav aine) vahel. Mõisted ja tähised: titrandi kontsentratsioon CT, ruumala VT proovi ruumala V, analüüsitav analüüdi konts. CA
Ekvivalentpunkt lisatud titrant on reageerinud uuritava ainega keemilisele reaktsioonile vastavas stöhhiomeetrilises suhtes A + T C+D Leitakse täpselt hetk, mil kogu määratav aine on titrandiga ära reageerind
Tulemuste arvutamine kui 1 mool uuritavat ainet reageerib 1 mooli titrandiga cTVT = cAV cT - titrandi molaarne kontsentratsioon cA - uuritava aine molaarne kontsentratsioon VT - tiitrimisel kulunud titrandi ruumala V - tiitrimiseks võetud proovi ruumala
Nõuded tiitrimisreaktsioonile: kindla stöhhiomeetriaga piisavalt kiire selline, et oleks võimalik lõpp-punkti kindlaks määrata selline, et proovis sisalduvad teised komponendid ei mõjuks stöhhiomeetriale ega lõpp-punktile.
3.1 Tiitrimeetria meetodid
Otsetiitrimine - tiitrimise lõpp-punkti määramine füüsikaliste muutuste järgi: sademe teke või kadumine värvuse tekkimine või kadumine värvuse muutus.
13 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Tagasitiitrimine - kui reaktsioon aeglane ja tiitrimise lõpp-punkti on raske määrata, siis · lisatakse titrant liias ja · titrandi liig määratakse tiitrimisel teise reagendiga.
Asendustiitrimine · Proov peab sisaldama tugevamat kompleksimoodustajat · Proovi tiitritakse titrandi ja nõrgema kompleksimoodustaja reaktsiooni produktiga · Leitakse eralduva nõrgema kompleksimoodustaja hulk
Potentsiomeetriline tiitrimine
indikaator - ja võrdluselektroodi vaheline potentsiaali muutus sõltub lisatud titrandi ruumalast
täpne saab töötada hägustes lahustes ei ole väga selektiivne (määratud reaktsiooni selektiivsusega) töömahukas aeglane
http://www.postech.ac.kr/class/chem241/0129-1.jpg
Potentsiomeetrilise tiitrimise tulemuste arvutamine Potentsiomeetriline
VE ­ ekvivalentpunktile vastav ruuumala
maksimaalne potentsiaali muutus
1. järku tuletis E/V (pH/ ml)
2. järku tuletis 2E/V2 ­ signaali muutumise kiirus; tiitrimise lõpp-punkt on null-punkt (märgi muutumise alas) 13
http://en.wikipedia.org/wiki/Potentiometric_titration
14 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
3.2 Tiitrimise rakendusi
o Hape -alus tiitrimine, mida kasutatakse leelisuse määramiseks leelisus näitab hapet neutraliseerivate osakeste hulka proovis ehk nende ainete hulka vees, mis reageerivad H+ ioonidega · Fenoolftaleiinne ­ kuni pH 8,3-ni (indikaator ff) · Üldleelisus ­ kuni pH 4,3-ni (indikaator mü) o Sadestustiitrimine Näiteks kloriidide määramiseks: Cl- + Ag+ AgCl (t) (titrant on AgNO3 ) o Redokstiitrimine KHT määramine : Orgaaniline aine+ oksüdeerija CO2 + H2O Cr2O72 - + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H20 HgSO4 kasutatakse kloriidide sadestamiseks, et vältida KHT ülehindamist Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H20 Analüüsi jätkatakse reageerimata K2Cr2O7 hulga määramisega tiitrimeetriliselt Mohri soola (NH4)2Fe(SO4)2 lahusega Cr2O72- + 6Fe2+ +14H+ 6Fe3++ 2Cr3+ + 7 H20 heleroheline punakaspruun ja kulunud K2Cr2O7 hulk arvutatakse ümber hapniku hulgaks (mg/l). o Pergmanganomeetriline tiitrimine Määratakse C2O42-, NO2-, H2O2 jt. redutseerijate sisaldust looduslikus vees, s.o hapnikutarvet Väga happelises keskkonnas: MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn+2 + 4H2O
o Kompleksonomeetriline tiitrimine Näiteks üldkareduse (Ca2+, Mg2+ ) määramine
Seejuures muudab ligandi omadustega indikaator eriokroom-must värvi:
15 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
3.3 Gravimeetria
Gravimeetriline analüüs sobib uuritava aine suhteliselt suuremate kontsentratsioonide analüüsiks. Meetodile on iseloomulikud vähesed nõudmised aparatuurile (ahi, kaalud). Kiire meetod, kui ei ole tegemist suure hulga proovidega
Mõõtmisprotseduuriks on KAALUMINE Sadestamismeetod Uuritav komponent viiakse sademe koostisesse SADE: filtreerimine pesemine kuivatamine kaalumine Sademe omadused: rasklahustuv hästi filtreeruv stabiilne kindla keemilise koostisega.
Nõuded sademele ja sadestusreaktiivile: · kaaluvorm kindla koostisega · sadestusreaktiiv võimalikult selektiivne · sade olgu filtreeritav ja pestav sademe kristallid suured · sade vähelahustuv · kaaluvorm stabiilne ebastabiilseks võib nt muuta reageerimine õhuhapnikuga
Sademe teke kulgeb kahe protsessi summana: -sadenemistsentrite teke -sademeosakeste kasv Suurekristallilise sademe saamiseks peaks sademeosakeste kasv olema domineerivaks protsessiks, seda võib soodustada - kõrge temperatuur - reaktiivi konts madal, lisada aeglaselt - võib aidata pH reguleerimine.
Rakendusi Sulfaadi määramine SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2Cl- 2-
Kaltsiumi määramine Ca + C2O42- CaC2O4 2+
Saadus filtreeritakse, pestakse, kuumutatakse: CaC2O4 CaO + CO + CO2 Aurustusmeetod niiskusesisalduse määramiseks Erinevad aurustusmeetodid: *otsesed - lendunud analüüt püütakse kinni ja kaalutakse *kaudsed ­ määratakse proovi massi vähenemist NaHCO3 + H2SO4 CO2 + H2O + NaHSO4 Analüüt kogutakse ja kaalutakse:
16 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
CO2+ 2NaOH Na2CO3 + H2O CaSO4 (t) + H2O(g) CaSO4·H2O(t)
Ebasoovitav nähtus on kaasasadenemine, kus ained, mis peaks sadestustingimustel lahustuma, sadenevad koos analüüdiga kaasa. Selle tulemusena võivad · moodustuda segakristallid · ained adsorbeeruda sademe osakese pinnal ja · võib esineda mehaanilist kaasahaaramist.
4 Instrumentaalmeetodid. Spektrofotomeetria Spektrofotomeetriat saab klassifitseerida erinevate omaduste järgi, näiteks Vastasmõju järgi: · kiirgusspektroskoopia - kiirguse ja aine vastasmõju uurimine · mass- spektromeetria ­ laetud osakeste ja elektromagnetvälja vastasmõju Uurimisobjektidest tulenevalt: Molekulspektroskoopia Aatomspektroskoopia Kiirgusspektroskoopias kasutatavad meetodid ja vastavad lainepikkused: · Röntgenspektroskoopia 0,01-10 nm · UV-Vis spektroskoopia (10-) 180-800 nm · Lähi- infrapunane (NIR) 800-2500 nm · Infrapunane (IR) 800 nm- 300 µm · Raadiospektroskoopia al. mõni cm
4.1 UV-Vis spektroskoopia
Spektrofotomeetria, kolorimeetria , fotomeetria
Molekulaarne absorptsioonspektroskoopia · Mõõdetakse aine poolt neelatud ultraviolett või nähtava valguse intensiivsust · Neeldumise intensiivsuse järgi saab määrata aine hulka, maksimumi kuju järgi põhimõtteliselt identifitseerida UV kiirguse 100...400 nm Nähtava valguse 400...800 nm Võivad olla ühes masinas koos ! Lähi-infrapunase kiirguse 800...2500 nm spektrialas
17 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Spektrofotomeetrite skeeme :
Rakendusi o Fosfaatioonide (PO43-) kontsentratsiooni määramine Proovile lisatakse ammooniummolübdaadi (NH4)6Mo7O24 × 4H2O kaaliumantimontartraadi K(SbO)C4H6O6 askorbiinhappe lahus PO43- H3[P(Mo3O13)4] + askorbiinhape molübdeensinine Mõõdetakse lainepikkusel 880 nm, standardlahused valmistatakse KH2PO4 lahusest.
Võimalikud segavad mõjud Happelises keskkonnas võivad lahustunud fosfororgaanilised ühendid ja kolloidselt seotud fosfaadid laguneda lahustunud fosfaatideks põhjustades tulemuse ülehindamist.
o Üldfosfori määramine Lisatakse K2S2O8 happeline lahus, keedetakse. Seejärel määratakse fosfaatioonide kontsentratsioon.
o Ammooniumlämmastiku määramine · Nessleri meetod (20µg/l-5mg/l NH4-N) 2HgI42- + 2NH3 NH2Hg2I3 + NH4I + 4I- aluselises keskkonnas , =425 nm
18 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
· Fenolaatmeetod (indofenoolmeetod) (10µg/l - 5mg/l NH4-N) Reaktsioon fenooliga hüpokloriti juuresolekul, mille tulemusena tekib bensokinoonkloramiin ja selle reageerimisel klooriga indofenoolsinine C6H5OH + NH3 +ClO- + 2OH- bensokinoonklooramiin indofenoolsinine =640 nm o Nitritlämmastiku määramine · Griss´i reaktiiviga
=540 nm o Nitraatlämmastiku määramine · Näiteks salitsülaatmeetod Na-salitsülaadi juuresolekul, =415 nm. · Redutseerimisega Cd-kolonnis ( fotol ) NO2-- iooniks , mida määratakse spektrofotomeetriliselt
o Kjeldahl lämmastiku analüüs
o Raua spektrofotomeetriline analüüs
19 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
o Fenooli , fenooli derivaatide (fenooli indeks) analüüs
4.2 IR spektroskoopia
Orgaaniliste ainete identifitseerimiseks ja ka kvantitatiivseks määramiseks Mõõdetakse analüüdi poolt neelatud infrapunase kiirguse intensiivsust, molekulide neeldumisspektrid Neeldumise intensiivsuse järgi saab määrata aine hulka, maksimumi kuju järgi identifitseerida IR spektrialas 4000...400 cm-1
4.3 Aatomspektroskoopia
Metallide määramiseks Aatomspektroskoopia: · Annab informatsiooni aatomite iseloomust ja kontsentratsioonist · Kõik järgnevad aatomspektroskoopia meetodid on elementide määramise meetodid! Ühendeid saab määrata vaid neis sisalduvate elementide kaudu
Aatomabsorptsioonspektroskoopia AAS elemendi aatomeid määratakse analüüsides nende poolt neelatava kiirguse intensiivsust. Aatomemissioonspektroskoopia AES elemendi aatomeid määratakse analüüsides nende poolt kiiratava kiirguse intensiivsust. Röntgenfluorestsent-spektromeetria XRF elemendi aatomeid määratakse registreerides nende poolt neelatav ristsuunalise fluorestsentkiirguse intensiivsust. Aatom-mass-spektromeetria ICP-MS elemendi aatomeid määratakse mass-spektromeetriliselt.
4.4 Aatomabsorptsioonspektroskoopia (AAS)
Iga elemendi aatomid neelavad mingitel kindlatel lainepkkustel kiirgust - neeldumis- spektroskoopia Analüüsitav proov tuleb atomiseerida näiteks leegis, grafiitküvetis või külmauruga.
20 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Pb analüüs grafiitküvetis AAS-ga
Kvantitaiivseks analüüsiks rakendatakse Beeri seadust, kuigi tulemuste linaarsus võib esineda kitsas kontsentratsioonivahemikus. Lisaks on muutuvate parameetrite arv küllalt suur, mistõttu tasub kaliibrimisgraafikut sageli teha.
AAS segavad mõjud Spektraalsed häired ­ muud leegis olevad osakesed neelduvad Spektraaljooned võivad kattuda või on neeldumisjooned liiga laiad Keemilised ­ leegis esinevad tasakaalud , mõni aatom võib leegis minna muusse vormi (nt ioniseerub või mood. oksiidi) Vastu aitab: tööparameetrite varieerimine, spektrokeemilised puhvrid : vabastavad agendid kaitsvad agendid ionisatsioonisupressorid
AAS rakendusi · Tavaline metallianalüüs · Mineraalide analüüs · Suurte sisaldustega bioloogilised proovid · Elementide jälgede analüüs ­ elektrotermiline AAS, kus lahust kuumutatakse grafiitküvetis, siis tõstetakse kiiresti temperatuur väga kõrgeks, aine aurustub ja atomiseerub
4.5 Aatomemissioonspektroskoopia (AES)
Aatomid ergastatakse kõrgel temperatuuril. registreeritakse aatomite poolt emiteeritud kiirgust, lainepikkused on UV-Vis spektrialas. Atomiseerimiseks : leek (1700-3200K) stabiilne elektrikaar (4000-5000 K) ebastabiilne elektrisäde (40 000 K) ebastabiilne plasma (6000-8000 K) stabiilne
4.6 Aatom-massispektroskoopia
Induktiivseotud plasmas tekitatakse ioonid , mis kantakse spetsiaalse liidesega massi- spektromeetrisse ja eraldatakse. ICP-MS Hea: väga madalad avastasmispiirid võimalik peaagu kõik elemendid korraga määrata
21 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
4.7 Röntgenfluorestsents spektroskoopia (XRF)
Röntgenkiirguse neeldumisel tekivad ergastatud ioonid, ioonid seejuures elektronid lektronid lahkuvad sisekihtidest ja mõni kõrgema kihi elektron langeb vakantsele kohale siseringis ning vabanev abanev energia eraldub kiirgusena. kiirgusena
Röntgenfluorestsents spektroskoopia: · on elementanalüüs lementanalüüs · sobib obib kvalitatiivseks analüüsiks - erinevatel elementidel on erinevate energiatega emissioonijooned · Fluorestsentskiirguse intensiivsus on proportsionaalne kiirgava elemendi aatomite hulgaga proovis ­ kvantitatiivseks analüüsiks üsiks sobib siiski sobivate standardite olemasolul . olemasolul
5 Kromatograafia Ainete segu üksikkomponentideks lahutamise meetod, ainete segude analüüsi meetod ning meetod orgaaniliste ainete analüüsiks keskkonnaproovides. Komponentide eraldamine segust põhineb nende nen erineval jaotumisel liikuva ehk mobiilse ja liikumatu ehk statsionaarse faasi vahel. Kromatograafia eelised: korraga (ühe mõõtmisega) saab määrata paljusid komponente proovis liikuva faasi ja kolonnide varieerimisega saab ühe ja sama aparatuuriga analüüsida erinevat tüüpi ühendeid määramine toimub peale komponentide eraldamist. eraldamist
Kromatograafia liigid: · Liikuva faasi järgi: gaasikromatograafia ja vedelikkromatograafia edelikkromatograafia · Tehnilise teostuse järgi: kolonn -kromatograafia ja planaarkromatograafia · Vastasmõju järgi
Kromatograafilise analüüsi põhimõte · Proov sisestatakse kolonni ühes üh otsas · Liikuv faas kannab proovi läbi kolonni · Osakesed jaotuvad palju kordi liikuva ja kolonnis oleva statsionaarse faasi vahel · Need proovi komponendid, mis interakteeruvad statsionaarse faasiga tugevamini väljuvad kolonnist hiljem kui need, mis interakteeruvad nõrgemini n · Teatud aja möödumisel kõik ik proovi komponendid on üksteisest lahutunud ja jõuavad erinevatel ajamomentidel kolonni teise otsa, kus nad detekteeritakse eeritakse · Saadud detektori signaali funktsioonina analüüsiks kulunud ajast nimetatakse kromatogrammiks
22 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Kromatograafia parameetrid
Retentsiooni aeg
Segu lahutamine komponentideks Õnnestunud kromatografeerimise korral on kõikide segus olevate ainete piigid üksteisest ksteisest lahus ? Kas on? Kuidas saada lahku?
Kvantitatiivne analüüs
23 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
5.1 Gaaskromatograafia
Väga hea meetod lenduvate orgaaniliste ainete määramiseks segudest Liikuvaks faasiksiks on GAAS (aineid kantakse gaasivoolus) Statsionaarne faas: · mittelenduv ttelenduv vedelik kolonni sisepinnal või tahkel kandjal · tahked osakesed Uuritav aine:: gaas või lenduv vedelik. vedelik
Gaaskromatograaf ja selle kolonnid
Levinumad detektorid on soojusjuhtivusdetektor, fotoionisatsioonidetektor, leekionisatsioondetektor (FID FID), elektronhaardedetektor (ECD) ja mass-- spektromeetriline määramine(MS). määramine
5.2 Vedelikkromatograafia
Vedelikkromatograafias võib ainete a eraldamine toimuda : polaarsuse alusel - vedelik-kromatograafia, HPLC iooni laengu ja suuruse alusel - ioon (vahetus)kromatograafia, IC Vedelikkromatograafias on liikuvaks l faasiks ( eluent ) vedelik.. Kasutatakse täidiskolonne osakeste diam.-ga diam. 3-10 µm, sisemine diam.-ga 1-5 mm ja pikkusega 5- 30 cm.
HPLC ehk kõrgefektiivne vedelikkromatograafia - efektiivsekss eraldamiseks peab kolonn olema stats. faasiga tihedalt täidetud, seetõttu vajalik eluendi läbisurumiseks kõrge rõhk. Kaks variatsiooni: · Polaarne liikuv faas, vähe-(mitte-)polaarne vähe statsionaarne faas · Mittepolaarne liikuv faas, polaarne statsionaarne faas. faa
24 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
HPLC analüüsis kasutatakse detektoritena UV--Vis spektromeetrilisi detektoreid, detektor elektrokeemilisi detektor, detektor mass- spektromeetrit.
5.3 Ioonkromatograafia
Statsionaarne faas on ioonvahetaja , ioonvahetaja seejuures statsionaarsel faasil on ioonselt laetud pind, mille laeng on vastupidine määratavale komponendile. komponendile katioon-vahetajad: vahetajad: R-SO3- H+ tugev hape R-COO- Na+ nõrk hape anioon-vahetajad: R-CH2N (CH3)3+ Cl- R-NH(R´)2+ Cl-
Ioonkromatograafia tööpõhimõte
Anioonide segu analüüs Ioonkromatograafia juhtivusdetektoriga on parim meetod selliste segude analüüsimiseks 1. Fluoriid 2. Kloriid 3. Nitrit 4. Bromiid 5. Nitraat 6. Fosfaat 7. Sulfaat 8. Oksalaat
25 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Katioonide analüüs Leelismuldmetalli katioonid: Ca2+ 3 mg/l 2+ Mg 3 mg/l Sr2+ 10 mg/l Ba2+ 25 mg/l Eluent: 0,025 M fenüleendiamiindihüdrokloriid/0,025 M HCl
5.4 Ainete identifitseerimine mass-spektromeetriliselt mass
Segu lahutamine komponentideks kromatograafiliselt: kromatograafiliselt · Retentsiooniaegade võrdlemine · "Tundmatu" piik kromatogrammil? · Mass-spektromeetriline spektromeetriline detekteerimine : detekteerimine aine molekul viimine gaasifaasi ioniseerimine fragment-ioonide ioonide teke mõõdetakse tekkinud ioonide massi ja laengu suhted, m/z spekter ioonide arvukus = f(m/z) iseloomulik konkreetsele ainele!
Analüüsi tulemusena saadakse ainele vastavad mass- spektrid , spektrid, mida võrreldakse andmebaasides olevate spektritega
Näiteid massi-spektritest:
1-butanool 1- bromobutaan bromobutaan
26 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
KROMATOGRAAFIA KASUTAMINE KESKKONNA ANALÜÜSIS
Naftaproduktid (vees, pinnases), nende tuvastamine Aromaatsed süsivesinikud (vees, pinnases) Aromaatsed ja alifaatsed org. ühendid õhus Kloororgaanilised pestitsiidid (vees, pinnases, organismides) PCB PAH (vees, pinnases) Fenoolid NO3-, SO42 -, Cl-, F- Ca2+, Mg2+, K+, Na+ Bioakumuleeruvate ainete analüüs
6 Keskkonnaproovide eripära: hapnikutarbel põhinevad meetodid Mõju keskkonnale ei ole võimalik hinnata ainult keemiliste näitajate põhjal. Saasteainete mõjud, toimed ja keskkonnaohtlikkust ei saa alati hinnata üheselt. Arvestada tuleb keemilse ühendi või ühendite segu omadusi ja muid tegureid, nagu näiteks · madal kontsentratsioon vees, kuid potentsiaalselt ohtlik · bioloogiline kättesaadavus · hüdrofoobsus · ainete püsivus keskkonnas. Keskkonnaohtlikkust analüüsitakse keskkonnas olevate saasteainete ökotoksilisuse, bioakumuleeruvuse ja biodegradeeruvuse uurimistulemuste järgi (keskkonnaseisundi hindamine, ökoloogilise riski hindamine) ning kemikaalide ökotoksilisuse, bioakumuleeruvuse ja biodegradeeruvuse testide järgi.
6.1 Ühendite degradeeruvus
...ehk lagundatavus vs püsivus.
Biodegradatsioon või olla täielik või primaarne ning aineid jaotatakse degradeeruvuse alusel: · kiiresti (kergesti) biodegradeeruvad ained · biodegradeeruvad ained · aeglaselt biodegradeeruvad e. püsivad ained. Biodegradatsiooni mõjutavad keemilise ühendi omadused, molekuli struktuur, ühendite kontsentratsioon, keskkonna omadused, seal leiduvad mikroorganismid , aeg jm. Biodegradeeruvuse uuringuid võib läbi viia põhimõtteliselt kahel moel: Kemikaali (aine) biodegradeeruvuse uurimine Uuritava "materjali" reaalses keskkonnas biodegradatsiooni ennustamine . Biodegradeeruvuse hindamiseks kasutatakse rahvusvahelisi standardiseeritud teste biodegradeeruvuse määramiseks ( OECD ; ISO)
27 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Erinevused testmeetodites: · aeroobne või anaeroobne keskkond · kestvus · mikroorganismide hulk · portsjon-tüüpi tüüpi või pidevad süsteemid. süsteemid Määratakse: - biodegradatsiooni iodegradatsiooni määra, määr % ja/või - biodegradatsiooni iodegradatsiooni kiirust. kiirus Biodegradatsiooni efektiivsuse mõõtmiseks: Vaja teada: proovi summarne (esialgne) orgaanilise aine sisaldus Leitakse: kui palju sellest laguneb (kaob) teatava aja jooksul. jooksul Degradeeruvuse leidmise arvutuslik alus ehk kuidas uuritava aine kontsentratsiooni määrata: võib olla määratud proovi hapnikutarbe kaudu võib olla määratud proovi süsiniku sisalduse kaudu
BHT7 Degradeeruvuse hindamiseks kasutatakse degradeeruvuse indeksit: KHT BHT7 OECD kriteerium : > 0,43 KHT kergesti degradeeruvad ained kergesti degradeeritav reovesi
6.2 Hapnikutarbe määramise meetodid
Hapnikutarve: o teoreetiline THT o keemiline KHT o biokeemiline BHT orgaaniline aine + O2 CO2+ H2O
Teoreetiline hapnikutarve leitakse puhaste ainete korral arvutuslikult reaktsioonist O2-ga ga nende täielikul lagunemise, st CO2-ks ja H2O-ks.
Keemiline hapnikutarve on hapniku hulk, mis kulub proovis sisalduvate ainete keemiliseks oksüdeerimiseks tugeva oksüdeerija (K2Cr2O7) toimel.
Biokeemiline hapnikutarve (BHT ( 7) näitab hapniku hulka (mg), mis kulub 1 liitris vees oleva orgaanilise aine lagundamiseks mikroorganismide poolt (biokeemiliselt) (biokeemiliselt) 7 päeva jooksul.
28 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Kui kiiresti toimub biokeemiline lagunemine? · millised ained · mikroorganismide kohanemine · tingimused : temperatuur, valgus, õhu juurdepääs, aeg? aeg
Orgaanilise süsiniku sisaldus Summaarne süsinik TC Anorgaaniline süsinik IC (TIC) TOC = TC-IC Orgaaniline süsinik TOC Lahustuv ahustuv orgaaniline süsinik DOC
Muud biodegradeeruvuse hindamise meetodid Ühendite biodegradeeruvust saab lisaks hinnata mitmesuguste erinevate testidega, nt OECD testid 301 A-E,E, 302 A-C. A
degradat- 100 sioon , % 80 Kergesti degradeeruvad: 60 vähemalt 10 päeva jooksul testi algusest 40 70% DOC eemaldamine 20 60% degradatsioon hapnikutarbe v. 0 0 2 4 6 8 10 12 14 CO2 analüüsimisel testi kestvus, päevades
Orgaanilise aine täieliku biodegradeeruvuse hindamine vesikeskkonnas - anorgaanilise norgaanilise süsiniku analüüs (CO2 "headspace" test), mis on meetod eetod orgaanilise aine aeroobse biodegradeeruvuse hindamiseks hinda ks anorgaanilise süsiniku mõõtmise kaudu (ISO 14593). Testitav aine (reovesi) mikroorganismidele süsiniku ja energia allikaks mineraalaineid sisaldavas aeroobses keskkonnas. keskkonnas
Tulemuste arvutamine Kui kogu org.aine degradeeruks CO2­ks teor. IC = TOC Dt= (TICT-TICB)100/TOC TICT anorgaanilise süsiniku mass (mg) test-proovis ajal t TICB anorgaanilise süsiniku mass pimeproovis ajal t TOC algselt analüüsitud orgaaniline süsinik (mg)
29 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Aktiivmuda simulatsioon-test orgaaniliste ühendite biodegradeeruvuse hindamiseks veekeskkonnas-
Pidev testsüsteem · aeroobsed mikroorganismid (aktiivmuda) · kergesti biodegradeeritav org.aine (olmereovesi) + uuritav aine (reovesi) DOC (KHT) määramine testsüsteemi sissevoolus ja väljavoolus (ja kontroll-testis) Testi kestvus : 12 nädalat
Anaeroobse biodegradatsiooni hindamine (ISO 11734): - Anaeroobsed mikroorganismid - Uuritav aine - Testi kestvus 60 päeva
7 Mõõtemääramatus 7.1 Analüüsimeetodeid iseloomustavad näitajad
Mõõtmine on operatsioonide kogum, mille eesmärgiks on mõõtesuuruse väärtuse määramine. Mõõtesuuruseks võib olla: Pb sisaldus joogivees (µg/l) Mõne keha mass Antibiootikumijääkide sisaldus piimas. Eristatakse: Otsemõõtmist - mõõtmisväärtuseks on mõõtevahendi näit (või näitude keskmine) Näit. Kaalumine, kella vaatamine, pH mõõtmine Kaudmõõtmist ­ mõõtetulemus on saadud mitme sisendsuuruse väärtustest arvutuse teel Mõõtetulemust käsitletakse siis väljndsuurusena Näit. Nitriti määramine fotomeetriliselt Sisendsuurused : kaalumisandmed lahuste kontsentratsioonid optilise tiheduse väärtused Meetodi valideerimine ehk analüüsimeetodi usaldatavuse ja võimekuse kinnitamine. See on protsess, mille käigus defineeritakse analüütiline vajadus ja leitakse kinnitus , et vaatluse all olev meetodi suudab püstitatud nõudeid rahuldada. Valideerimise põhiprintsiibid: · analüütilised mõõtmised peavad rahuldama kokkulepitud nõudmisi · mõõtmiste teostamiseks tuleb kasutada meetodeid ja seadmeid, mis on katsetatud ja sobivad eesmärgiks · mõõtmisi teostav personal peab olema kvalifitseeritud ja kompetentne · peab toimuma labori tehnilise soorituse regulaarne sõltumatu hindamine · mõõtmised ühes paigast tehtutega peavad olema kooskõlas teises paigas tehtutega · peab toimima kvaliteedi kontroll
30 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Valideerimine on vajalik · uue meetodi väljatöötamisel · meetodi täiendamisel · kui kasutatakse mõnda teist seadet · või teine labor hakkab meetodit kasutama.
7.2 Meetodi suutlikkust iseloomustavad parameetrid
Avastamispiir
ehk detekteerimispiir ( limit of detection (LOD)) - analüüsitava aine kontsentratsioon, millest alates on võimalik kvalitatiivselt tuvastada määratava komponendi esinemist proovis . Antud kas absoluutväärtusena (tähistatud *-ga) või %-na piirväärtusest. ....annab mõõtmistulemuse, mis statistiliselt usaldusväärselt erineb nullproovi mõõtmistulemusest: LOD = Sb + 3 - Sb nullproovile vastav signaal - St ­ proovile vastav signaal. - mõõtmiste standardhälve, mis määratakse uuritava aine väikse kontsentratsiooniga proovi või nullproovi korduvmõõtmiste tulemustest Mõne analüüsimeetodi puhul on avastamispiiri leidmiseks rakendatav järgmine nõue: LOD= fooni signaal/müra tase*3, kusjuures saadud väärtusele vastav aine kontsentratsioon leitakse kalibreerimisgraafiku alusel.
Tähistatakse: IDL ­ instrumendi avastamispiir, MDL ­ meetodi avastamispiir.
Määramispiir
Kvantiseerimispiir , (limit of quantitation (LOQ))- analüüsitava aine kontsentratsioon, mida antud meetod võimaldab usaldusväärselt kvantitatiivselt määrata ehk vähim kontsentratsioon, mida on võimalik etteantud tõenäosusega määrata ja millest kõrgematel kontsentratsioonidel mõõtmisi teostada
LOQ = Sb + 10
Meetodi lineaarne ala on kalibreerimisgraafiku ala, milles analüütilise signaali sõltuvus analüüsitava aine kontsentratsioonist on lineaarne.
Meetodi tööala kalibreerimisgraafiku ala, alates kõige madalama kontsentratsiooniga standardlahusest ning lõpetades kõige kõrgema kontsentratsiooniga standardlahusega.
Mõõtepiirkond on kontsentratsioonide vahemik, mille piires on antud meetodit võimalik kasutada
31 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Kalibreerimine - uuritava aine sisalduse ja sellele vastava mõõteriista signaali (näidu) omavahelise seose määramine. Enamasti leitakse mõõtepiirkonna kontsentratsioonide vahemik, milles kalibreerimisgraafik täidab lineaarsuse nõudeid. Seejuures lineaarne kalibreerimine - kalibreerimise protsessis 1.astme võrrandile vastava sõltuvuse tuvastamine.
Tundlikkus sensitivity
...iseloomustab analüütilise signaali muutuse ulatuslikkust analüüsitava aine kontsentratsiooni muutusest tulenevalt. meetod on tundlik, kui uuritava aine kontsentratsiooni väike muutus kutsub esile signaali piisavalt suure muutuse lineaarse kalibreerimise korral tundlikkus võrdub kalibreerimissirge tõusu väärtusega.
Tõesus trueness ....meetodi omadus anda tulemusi, mis on lähedased tõelisele (aktsepteeritavale) väärtusele Peamiselt mõõtmisseeria keskmise tulemuse ja mõõdetava suuruse kokkuleppeliselt aktsepteeritud "tegeliku " väärtuse kokkulangevus. Hinnatakse süstemaatilise vea kaudu, näiteks katselaboritevahelise võrdluskatse, sertifitseeritud etalonainete vms abil. NB! Tõeline väärtus teadmata! Mõõdetava suuruse tõeline väärtus ei ole eksperimentaalselt täpselt määratav. Mõõtmisel saadud väärtus on o tõelise väärtuse hinnang o sisaldab teatud määramatust.
Täpsus ja kordustäpsus Täpsus ( accuracy ) -tõesuse mõistes Kordustäpsus e. kokkulangevus ( precision ) - korduvmõõtmiste tulemuste kokkulangevuse mõistes ehk sama mõõdetava suuruse üksteisele järgnenud mõõtmiste tulemuste lähedusaste, kui mõõtmised on sooritatud samadel tingimustel. Hinnatakse ruutkeskmise hälbe või muu statistilise parameetriga. · Korduvus (repeatablity) tulemuste sarnasus, kui korduvmõõtmised tehtud lühikese ajavahemiku jooksul samas laboris sama inimese poolt samades tingimustes. · Korratavus (reproducibility) tulemuste omavaheline sarnasus, kui mõõtmised tehtud pika ajaperioodi jooksul või erinevates laborites või erinevate inimeste poolt või erinevatel tingimustel.
32 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Standardhälve ...on korduvuse ja korratavuse kvantitatiivne väljendaja: n
(y i =1 i - y)2 s= , n -1 kus yi on i-nda mõõtmise tulemus, y on mõõtmiste aritmeetiline keskmine, n on mõõtmiste arv. Standardhälvet tähistatakse sageli ka kui SD. s Suhteline standardhälve: ssuhteline = 100(%) y Selektiivsus ja spetsiifilisus specificity and selectivity
Spetsiifiline meetod annab signaali ainult 1 parameetri korral. See on mõõtmismeetodi omadus, kuid võib muutuda olenevalt analüüsitavatest aintest või proovi maatriksist.
Selektiivne meetod võib anda signaali mitmete komponentide kohta, kuid lahutab määratava signaali teistest. Teostatakse: spetsiifilisuse katse, et leida kinnitust, et saadud signaal on tingitud vaid uuritavast komponendist selektiivsuse katse, et selgitada mitmesuguste erinevate tegurite poolt põhjustatavaid süstemaatilisi vigu.
Mõõtemääramatus uncertainity ... on mõõtmistulemustega seotud parameeter , mis annab piirid, kus etteantud tõenäosusega võib asuda tõeline väärtus. Mõõtemääramatus mõõtmistulemustega seotud parameeter, mis annab piirid, kus etteantud tõenäosusega võib asuda tõeline väärtus - iga mõõtmine teataval määral ebakindel - mõõteväärtuse ümbruses (mõõteväärtus±määramatus) on tõelise väärtuse asukoht määramatu Mõõtemääramatus iseloomustab mõõtmistulemustele omistatavate võimalike väärtuste hajusust : - võimaldab hinnata tulemuste usaldatavust - võimaldab võrrelda tulemusi.
33 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Määramatust väljendatakse standardhälbe või usaldusvahemiku kaudu ja mõõtemääramatuse abil on võimalik anda tulemuste kvaliteedile ja usaldatavusele arvuline tähendus. Mõõtemääramatuse allikaid: · proovivõtt · säilitamistingimused · seadmete mõjud · reaktiivide puhtus · määramistingimused · proovi mõjud · nullproov · operaatori mõju
7.3 Mõõtmisvead
Igasuguste suuruste kvantitatiivne määramine on seotud mõõtmisvigadega.
Mõõtmisviga ­ mõõtetulemuse ja mõõdetud suuruse tõelise väärtuse vahe. Millest sõltub analüüsi täpsus: PROTSESSUAALSED FAKTORID analüüsi eeskirjade järgimine, tasakaalud, eritingimused INIMFAKTORID professionaalsus , juhuslikud ja süstemaatilised vead INSTRUMENTAALSED FAKTORID aparatuur , seadmed, vahendid
Koguviga - süstemaatiliste ja juhuslike vigade summa. Eksitusviga- analüütiku eksituse või mittekorras seadme põhjustatud viga, mis muudab määramise kehtetuks. Juhuslik viga ­.ühe ja sama parameetri määramisel varieerub etteaimamatult, tekib mõjutegurite ettenägematutest muutustest Ei pruugi olla konstantsed Mõju saab vähendada määramiste arvu suurendamisega Jälgimiseks kontroll-kaardid, proovide paralleelmääramised Süstemaatiline viga ­ .ühe ja sama parameetri määramisel jääb muutumatuks või muutub etteaimataval viisil Kontroll-proovid, sertifitseeritud referentsained.
7.4 Kvaliteedi tagamine laboris
Kvaliteeditagamine ­ plaanipärane ja süstemaatiline tegevus usaldatavuse tagamiseks , et mingi teenus rahuldab esitatud kvaliteedinõudeid. "Hea labori tavad" (GLP) ­mitmesugused eeskirjad ja nõuded laboritele Kvaliteedisüsteem-meetmete kogum, mida labor rakendab, et garanteerida oma tegevuse kvaliteeti Kvaliteedikontroll ­ meetodi ja toimingud , mida kasutatakse kvaliteedinõuete täitmiseks (referentsainete analüüs, nullproovide analüüs, lisatud kogusega proovid, kvaliteedikontrolli proovid, kontroll-kaardid, paralleelanalüüsid)
34 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
Seadmed, aparatuur Kvalifitseeritud personal Taatlemine, kalibreerimine Dokumenteeritud ja valideeritud meetodid Kvaliteedikontroll (sisemine, välimine) Võrdluskatsed Laborinõud, kemikaalid
Akrediteerimine
Keskkonnauuringute tegemiseks vajalikke proove analüüsivad katselaborid, mis peavad olema akrediteeritud ja sooritama katselaboritevahelised võrdluskatsed. Seega akrediteerimine on labori kompetentsuse ametlik tunnustamine kindlate mõõtmiste teostamiseks Kriteeriumid: · vastavus Euroopas üldtunnustatud akrediteerimisnõuetele, EVS EN standardid · akrediteerimist teostab Sihtasutus Eesti Akrediteerimiskeskus (EAK).
Akrediteerimise märksõnad: erapooletus tehniline pädevus, sh juhtimine ja struktuur; personal ruumid ja seadmed, sh kasutusvalmidus; ruumid ja töökeskkond; seadmed tööprotseduurid, sh katsemeetodid; kvaliteedisüsteem; katse/kalibreerimisprotokollid; andmestik ; katseeksemplaride käsitsemine; konfidentsiaalsus ja kaitstus ; alltöövõtt koostöö kliendiga; akrediteerimisorganitega; teiste laboritega.
Laboritevahelised võrdluskatsed ehk interkalibreerimine näitavad laboratooriumides saadavate tulemuste usaldatavust, korratavust ja reprodutseeritavust. Interkalibreerimist korraldab selleks volituse saanud referentslabor ja vajalikud nõuded kehtestab keskkonnaminister - rahvuslik tasand - rahvusvaheline tasand.
35 Siiri Velling (Tartu Ülikool), 2011
8 Videolõikude lingid
Pinnaseproovide võtmise videolõigud arutlemiseks foorumis: http://uttv.ee/naita?id=6848 http://uttv.ee/naita?id=6849
Biokeemilise hapnikutarbe määramine ja provide võtmine selle analüüsi jaoks http://uttv.ee/naita?id=6845
KHT määramine küvetitestidega ja tiitrimeetriliselt http://uttv.ee/naita?id=6843
36