06.02.2025
Atomfluoreszenzspektrometrie: Analyse von Quecksilber im Ultraspurenbereich
Dr. Janek Tomaschautzky , Landesbetrieb Hessisches Landeslabor
Das Element Quecksilber zählt zu den bekanntesten Elementen des Periodensystems und gehört zur Gruppe der Edelmetalle. Es ist natürlich vorkommend, gegenüber Sauerstoff und Wasser inert und weist im Vergleich zu anderen Edelmetallen wie Gold oder Silber eine sehr hohe Toxizität auf.
Quecksilber hat nervenschädigende Wirkung, beeinträchtigt die Fruchtbarkeit und kann bei zu hoher Exposition eine Vielzahl an Symptomen auslösen. In der Vergangenheit fanden Quecksilber und seine Verbindungen in verschiedensten Bereichen Anwendung, wurden aber mittlerweile größtenteils durch ungiftigere Verbindungen oder Techniken ersetzt.
Trotz allem bestehen weiterhin signifikante Eintragsquellen in die Umwelt, welche sowohl anthropogenen (Verbrennung von Kohle, Abfallverbrennung, Bergbau/Metallverarbeitende Industrie) als auch natürlichen Ursprungs (Waldbrände, Verwitterung von Gesteinen/Erosion, Vulkanausbrüche) sein können.
- Quecksilber (Quelle: wiki commons)
Die Bestimmung von Quecksilber in Wässern konnte jedoch aufgrund äußerst niedriger Grenzwerte (Trinkwasserverordnung: 1 µg/L; Oberflächengewässerverordnung: 50 ng/L) bis jetzt nicht durchgeführt werden, da die verwendete Technik die erforderlichen Bestimmungsgrenzen nicht erreichen konnten.
Infolgedessen wurde als neues Analyseverfahren die Kaltdampf-Atomfluoreszenzspektrometrie (CV-AFS) eingeführt und akkreditiert. Es handelt sich bei der AFS um eine zur AAS verwandte Technik, die jedoch Bestimmungsgrenzen im Ultraspurenbereich (< 10 ng/L) ermöglicht.
Vor der Analytik werden die zu untersuchenden Proben mittels konzentrierter Salpetersäure und Wasserstoffperoxid in einem Mikrowellen-Hochdruckautoklaven bei 220 °C und 40 bar für 2 Stunden behandelt, um sämtliches in den Proben vorhandenes Quecksilber in eine messbare und stabile Form zu überführen. Bei beiden Verfahren wird Quecksilber anschließend in einer chemischen Reduktionsreaktion aus der Messlösung freigesetzt und die verdampfte Probe mit monochromatischem Licht definierter Wellenlänge (λ = 253,7 nm) bestrahlt. Bei der CV-AAS-Analytik wird anschließend detektiert, wie viel des eingestrahlten Lichts von der Probe absorbiert wurde. Die Menge an absorbiertem Licht ist proportional zum Quecksilbergehalt der Probe.
- Messanordnung für die Atomfluoreszenz-
spektroskopie, © LHL
Wie entsteht Fluoreszenz?
Bei Fluoreszenz handelt es sich um einen physikalischen Prozess, der auftritt, wenn die Valenzelektronen eines Atoms durch Bestrahlung in einen elektronisch angeregten Zustand überführt werden. Das angeregte Elektron strebt dabei innerhalb kürzester Zeit seinen energetischen Grundzustand an, welcher durch verschiedene Prozesse erreicht werden kann.
Eine Möglichkeit ist die Abgabe von Energie in Form von emittiertem Licht. Hierbei kann es sich entweder um Fluoreszenz oder Phosphoreszenz handeln, wobei für die Quecksilberanalytik ausschließlich das Fluoreszenzlicht von Relevanz ist.
Ausblick
Mit der im LHL neu etablierten Atomfluoreszenzsspektrometrie ist es nun möglich, Quecksilber im Ultraspurenbereich zu untersuchen. Dies erweitert das Analysenspektrum um besonders anspruchsvolle Fragestellungen und greift den sich stetig verschärfenden Grenzwerten im Lebensmittelrecht als auch weiteren Matrices vor. Perspektivisch soll der Anwendungsbereich für die Quecksilberanalytik zeitnah um die Untersuchung von Mineralwässern und Umweltuntersuchungen in hessischen Oberflächen- und Grundwässern erweitert werden.