☠️ Arsen im Wasser
Kurz gefasst
Bestimmung von Arsen im Wasser mittels Hydridtechnik (HG-AAS) — Reduktion von As zu Arsin (AsH₃) und Atomabsorptionsmessung. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11969:2002; Messbereich: 1–10 µg/L (ohne Verdünnung). Das Verfahren umfasst 7 Schritte (insgesamt rund 1 Std. 7 Min.–1 Std. 38 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Trinkwasserqualitätskontrolle (Norm: ≤ 10 µg/L), Untersuchung von Grundwasser in Gebieten mit erhöhtem Arsenhintergrund, Überwachung von Oberflächenwässern (prioritäre Stoffe).
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 11969:2002
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 7
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Std. 7 Min.–1 Std. 38 Min.
- Messbereich: 1–10 µg/L (ohne Verdünnung)
- Nachweisgrenze: 0,15–0,5 µg/L
- Wiederfindung: 96,3–99,8%
Übersicht
Arsen ist ein hochgiftiges Metalloid, das von der IARC als Karzinogen der Gruppe 1 eingestuft wird. Langzeitexposition selbst gegenüber niedrigen Konzentrationen in Trinkwasser verursacht Arsenikose — Hautläsionen, Neuropathie, Haut-, Lungen- und Blasenkrebs. Die zulässige Arsenkonzentration in Trinkwasser beträgt 10 µg/L (Richtlinie 2020/2184/EU, Gesetzblatt 2017, Pos. 2294).
PN-EN ISO 11969 legt die Methode zur Bestimmung von Arsen (einschließlich organisch gebundenem Arsen) in Trink-, Grund- und Oberflächenwässern mittels Hydridgenerierung mit Atomabsorptionsdetektion (HG-AAS) fest. Der Messbereich beträgt 1–10 µg/L, höhere Konzentrationen können nach Verdünnung bestimmt werden.
Die HG-AAS-Technik (Hydride Generation AAS) ist spezifisch für Elemente, die flüchtige Hydride bilden — Arsen, Selen, Antimon, Wismut, Zinn, Germanium und Tellur. Sie bietet bessere Empfindlichkeit als konventionelles FAAS durch Abtrennung des Analyten von der Probenmatrix.
Prinzip der Methode
Arsen in der Probe wird durch Reaktion mit Natriumborhydrid (NaBH₄) in saurer Umgebung (HCl) zu flüchtigem Arsinwasserstoff (Arsin, AsH₃) reduziert. Die Reaktion erfolgt in einem Hydridgenerator:
As³⁺ + NaBH₄ + HCl → AsH₃↑ + NaCl + H₂↑ + H₃BO₃
Gasförmiges AsH₃ wird in einem Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt und durch Trägergasstrom (Argon) in eine beheizte Quarz-Absorptionsküvette (T ~ 900°C) überführt, wo es atomisiert wird:
AsH₃ → As⁰ + 3/2 H₂
Freie Arsenatome absorbieren Strahlung bei Wellenlänge 193,7 nm von der HCL-Lampe. Die Absorbanz ist proportional zur As-Konzentration in der Probe.
Um vollständige Umwandlung von As(V) zu As(III) — das mit NaBH₄ reagiert — zu gewährleisten, wird die Probe mit Kaliumjodid (KI) in saurer Umgebung vorreduziert.
Anwendungen
- Trinkwasserqualitätskontrolle (Norm: ≤ 10 µg/L)
- Untersuchung von Grundwasser in Gebieten mit erhöhtem Arsenhintergrund
- Überwachung von Oberflächenwässern (prioritäre Stoffe)
- Analyse von Industrieabwässern (Metallurgie, Erzverarbeitung)
- Hydrogeologische Studien — Arsen natürlichen Ursprungs
- Gesundheitsrisikobewertung bei Wasserentnahmen
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 1–10 µg/L (ohne Verdünnung) |
| Nachweisgrenze | 0,15–0,5 µg/L |
| Wiederfindung | 96,3–99,8% |
| Wellenlänge | 193,7 nm (As-Resonanzlinie) |
| Wiederholbarkeit | RSD < 5% |
| Atomisierungstemperatur | ~900°C (Quarzküvette) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 11969:2002
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie arsenu — Metoda atomowej spektrometrii absorpcyjnej (technika wodorkowa)
- Title (EN)
- Water quality — Determination of arsenic — Atomic absorption spectrometric method (hydride technique)
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Probenvorbereitung
Probe in PE-Behälter sammeln. Mit HCl oder HNO₃ auf pH < 2 ansäuern. Filtration 0,45 µm für gelöste Formen. Im Dunkeln lagern, Analyse innerhalb 7 Tagen.
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Vorreduktion As(V) zu As(III)
Zu 50 mL Probe 5 mL KI/Ascorbinsäure-Lösung zugeben. 45 min bei Raumtemperatur warten (oder 15 min bei 60°C). As(V) → As(III).
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Lösungsherstellung
Frische NaBH₄-Lösung (0,6% in 0,5% NaOH) und 5 mol/L HCl herstellen. Standardlösungen: 0; 1; 2; 5; 10 µg/L As in HCl.
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Geräteeinstellung
As-Lampe installieren (193,7 nm). Hydridgenerator anschließen. Quarzküvette auf ~900°C erhitzen. Argonfluss 100–200 mL/min einstellen.
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Kalibrierung
Standardserie messen. Linearität überprüfen (R² > 0,998). Empfindlichkeit prüfen — Absorbanz von 10 µg/L Standard sollte deutliches Signal geben.
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Probenmessung
Probe + HCl + NaBH₄ zum Generator pumpen. AsH₃ im Abscheider abgetrennt, zur Küvette überführt. Absorbanzablesung. Zwischen Proben spülen.
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Qualitätskontrolle
CRM alle 10 Proben. Kontroll- und Blindprobe. Duplikat alle 20 Proben. Wiederfindung 90–110%.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| AAS-Spektrometer mit Hydridgenerator | Agilent 280FS + VGA 77, Shimadzu AA-7800 + HVG-1, Thermo iCE 3500 + VP100 | 120 000–300 000 PLN |
| Hydridgenerator (HG) | Agilent VGA 77, Shimadzu HVG-1 — kontinuierliche oder Injektionssysteme (FIA) | 40 000–80 000 PLN |
| Beheizte Quarzküvette | Quarz-Absorptionsküvette mit elektrischer Heizung bis ~900°C | 5 000–15 000 PLN |
| HCL-Lampe für Arsen | Hohlkathodenlampe As, Agilent/Heraeus/Photron | 800–1 500 PLN |
| Peristaltikpumpe | Zum Zuführen von Probe, HCl und NaBH₄ zum Chemifold | 5 000–12 000 PLN |
| Gas-Flüssig-Abscheider | Glas oder PTFE, zum Abtrennen von AsH₃ aus Lösung | 500–2 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Natriumborhydrid (NaBH₄) | 16940-66-2 | 0,6% (w/v) in 0,5% NaOH. Reduktionsmittel — erzeugt AsH₃. Frisch herstellen |
| Salzsäure (HCl) | 7647-01-0 | Suprapur-Reinheit, 5–6 mol/L, saure Umgebung für Hydridgenerierung |
| Kaliumjodid (KI) | 7681-11-0 | 5% (w/v) in 5% Ascorbinsäure. Vorreduktion As(V) → As(III) |
| Ascorbinsäure | 50-81-7 | 5% (w/v), KI-Stabilisator, verhindert Oxidation von Jodiden |
| As-Standardlösung (1000 mg/L) | 7440-38-2 | Zertifizierte CRM. In HCl verdünnen, im Dunkeln lagern |
| Natriumhydroxid (NaOH) | 1310-73-2 | Zur Stabilisierung der NaBH₄-Lösung (verhindert Zersetzung) |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Arsinwasserstoff (AsH₃) — extrem giftiges Gas! Unbedingt unter Abzug arbeiten
- Arsenverbindungen — krebserregend (IARC Gruppe 1). Nitrilhandschuhe, Kontakt und Einatmen vermeiden
- NaBH₄ — reagiert heftig mit Säuren (H₂-Entwicklung). Vorsichtig zugeben, fern von Zündquellen
- Konzentrierte HCl — ätzend, erstickend. Nur im Abzug arbeiten
- As-haltiger Abfall — gefährlicher Abfall, separat sammeln
- Vollständige persönliche Schutzausrüstung: Laborkittel, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11969:2002 — „Water quality — Determination of arsenic — Atomic absorption spectrometric method (hydride technique)“.
Wie funktioniert diese Methode?
Arsen in der Probe wird durch Reaktion mit Natriumborhydrid (NaBH₄) in saurer Umgebung (HCl) zu flüchtigem Arsinwasserstoff (Arsin, AsH₃) reduziert. Die Reaktion erfolgt in einem Hydridgenerator: As³⁺ + NaBH₄ + HCl → AsH₃↑ + NaCl + H₂↑ + H₃BO₃ Gasförmiges AsH₃ wird in einem Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt und durch Trägergasstrom (Argon) in eine beheizte Quarz-Absorptionsküvette (T ~ 900°C) überführt, wo es atomisiert wird: AsH₃ → As⁰ + 3/2 H₂ Freie Arsenatome absorbieren Strahlung bei Wellenlänge 193,7 nm von der HCL-Lampe.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Messbereich: 1–10 µg/L (ohne Verdünnung); Nachweisgrenze: 0,15–0,5 µg/L; Wiederfindung: 96,3–99,8%; Wellenlänge: 193,7 nm (As-Resonanzlinie).
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Std. 7 Min.–1 Std. 38 Min. Das Verfahren umfasst 7 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
AAS-Spektrometer mit Hydridgenerator, Hydridgenerator (HG), Beheizte Quarzküvette, HCL-Lampe für Arsen, Peristaltikpumpe, Gas-Flüssig-Abscheider. Richtpreis für das Kerngerät (AAS-Spektrometer mit Hydridgenerator): 120 000–300 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Trinkwasserqualitätskontrolle (Norm: ≤ 10 µg/L); Untersuchung von Grundwasser in Gebieten mit erhöhtem Arsenhintergrund; Überwachung von Oberflächenwässern (prioritäre Stoffe); Analyse von Industrieabwässern (Metallurgie, Erzverarbeitung); Hydrogeologische Studien — Arsen natürlichen Ursprungs; Gesundheitsrisikobewertung bei Wasserentnahmen.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Arsinwasserstoff (AsH₃) — extrem giftiges Gas! Unbedingt unter Abzug arbeiten; Arsenverbindungen — krebserregend (IARC Gruppe 1). Nitrilhandschuhe, Kontakt und Einatmen vermeiden; NaBH₄ — reagiert heftig mit Säuren (H₂-Entwicklung). Vorsichtig zugeben, fern von Zündquellen; Konzentrierte HCl — ätzend, erstickend. Nur im Abzug arbeiten; As-haltiger Abfall — gefährlicher Abfall, separat sammeln; Vollständige persönliche Schutzausrüstung: Laborkittel, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 11969.