⚛️ Cadmium im Wasser — GF-AAS
Kurz gefasst
Bestimmung von Spurenkonzentrationen von Cadmium im Wasser durch Atomabsorptionsspektrometrie mit Graphitrohr (GF-AAS). Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 15586:2005; Linearer Bereich: 0,2–5 µg/L. Das Verfahren umfasst 10 Schritte (insgesamt rund 1 Tage 58 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Trinkwasserqualitätskontrolle (Cd ≤5 µg/L), Industrielle Abwasserüberwachung (Metallurgie, Galvanotechnik), Prüfung von Grundwasser bei Abfalldeponien.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 15586:2005
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 10
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Tage 58 Min.
- Wellenlänge: 228,8 nm
- Nachweisgrenze (LOD): ~0,05 µg/L
- Bestimmungsgrenze (LOQ): ~0,2 µg/L
Übersicht
Cadmium (Cd) ist ein Schwermetall mit starker toxischer Wirkung — es akkumuliert im Körper (Halbwertszeit in Nieren beträgt 10–30 Jahre), verursacht Nierenschäden (Cadmium-Nephropathie), Osteoporose (Itai-Itai-Krankheit), ist krebserzeugend (Gruppe 1 nach IARC). Die zulässige Cadmiumkonzentration im Trinkwasser beträgt 5 µg/L (EU-Richtlinie 2020/2184) — eine der niedrigsten Grenzwerte unter Schwermetallen.
Quellen von Cadmium in Gewässern sind metallurgische Industrie (Zink, Kupfer), Ni-Cd-Batterieproduktion, Phosphordüngung (Phosphate enthalten Cadmium als Verunreinigung), Galvanotechnik und Korrosion von verzinkten Stahlrohren. Cadmium ist sehr mobil im Wasserumfeld bei niedrigem pH.
Die GF-AAS-Technik ist besonders geeignet für die Cadmiumbestimmung aufgrund ausgezeichneter Empfindlichkeit — eine Nachweisgrenze von etwa 0,05 µg/L ermöglicht zuverlässige Bestimmung auf 1/10 des zulässigen Standards. Cadmium atomisiert bei relativ niedriger Temperatur (1500–1800°C), ist aber empfindlich gegenüber Chloridinterferenzen — überschüssige Chloride können vorzeitiges Verflüchtigen von Cadmium während der Pyrolyse verursachen. Daher ist die Verwendung eines Matrixmodifikators (NH₄H₂PO₄) obligatorisch.
Die Norm PN-EN ISO 15586 gibt detaillierte instrumentelle Bedingungen für Cadmium an: Wellenlänge 228,8 nm, Modifikator NH₄H₂PO₄ oder Mischung Mg(NO₃)₂ + NH₄H₂PO₄, Pyrolysetemperatur 500–700°C (mit Modifikator), Atomisierungstemperatur 1500–1800°C.
Prinzip der Methode
Eine Wasserprobe (10–20 µL) wird in ein Graphitrohr im Ofen dosiert. Das Temperaturprogramm umfasst: Trocknung (110–130°C), Pyrolyse (500–700°C mit NH₄H₂PO₄-Modifikator — Matrixentfernung ohne Cd-Verluste), Atomisierung (1500–1800°C — Verdampfung und Atomisierung von Cadmium), Reinigung (2400°C). Freie Cd-Atome absorbieren Strahlung einer Hohlkathodenlampe bei 228,8 nm. Die Absorption (Peakfläche) ist proportional zur Cadmiummasse in der Probe. Untergrundkorrektur (Zeeman oder D₂-Lampe) eliminiert unspezifische Absorption von Matrixkomponenten.
Anwendungen
- Trinkwasserqualitätskontrolle (Cd ≤5 µg/L)
- Industrielle Abwasserüberwachung (Metallurgie, Galvanotechnik)
- Prüfung von Grundwasser bei Abfalldeponien
- Kontrolle von Cadmium in landwirtschaftlichen Gewässern (Einfluss von Phosphordüngern)
- Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie)
- Analyse von Cadmium in Klärschlamm (nach Mineralisierung)
- Lebensmittelkontrolle — Wasser für Lebensmittelproduktion
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Wellenlänge | 228,8 nm |
| Nachweisgrenze (LOD) | ~0,05 µg/L |
| Bestimmungsgrenze (LOQ) | ~0,2 µg/L |
| Linearer Bereich | 0,2–5 µg/L |
| Atomisierungstemperatur | 1500–1800°C |
| Matrixmodifikator | NH₄H₂PO₄ + Mg(NO₃)₂ |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 15586:2005
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie pierwiastków śladowych z zastosowaniem atomowej spektrometrii absorpcyjnej z piecem grafitowym
- Title (EN)
- Water quality — Determination of trace elements using atomic absorption spectrometry with graphite furnace
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Vorbereitung der Gefäße
PP/PTFE-Gefäße in 10% HNO₃ (min. 24 h) einweichen, dreimal mit ultrareinem Wasser spülen. Kein Glas verwenden — Cadmium adsorbiert an Glas.
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Ansäuerung und Lagerung von Proben
Suprapur HNO₃ auf pH <2 zugeben (1 mL konz. HNO₃ pro 100 mL Probe). In PP bei 4°C lagern. Analyse innerhalb 14 Tage.
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Herstellung von Standards
Kalibrierreihe herstellen: 0, 0,5, 1, 2, 3, 5 µg/L Cd in 1% HNO₃. Standards unmittelbar vor Messung herstellen.
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Einstellung des Temperaturprogramms
Trocknung: 110°C (30 s), 130°C (20 s). Pyrolyse: 600°C (20 s). Atomisierung: 1650°C (5 s, Messung). Reinigung: 2400°C (3 s). Ar-Fluss: 250 mL/min (Stopp bei Atomisierung).
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Dosierung des Modifikators
Autosampler dosiert 5 µL Mischung NH₄H₂PO₄ 1% + Mg(NO₃)₂ 0,1% zusammen mit 15 µL Probe in Graphitrohr.
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Kalibrierung
Standard-Reihe messen. Kalibrierkurve erstellen (Peakfläche vs Konzentration). R² ≥0,998. Empfindlichkeit (Steigung) prüfen.
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Probenmessung
Proben in Doppelbestimmungen messen. Zeit einer Messung ca. 3 min (Temperaturprogramm + Abkühlung). Gerät arbeitet automatisch.
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Qualitätskontrolle
Alle 10 Proben: Blindprobe <LOD, Kontrollstandard (Wiederfindung 90–110%), Doppelbestimmung (RPD <15%). Bei neuer Matrix — Standardadditionsmethode.
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Überprüfung der Graphitrohre
Rohrzustand überwachen — nach 100–300 Atomisierungen austauschen. Verschleißzeichen ist Empfindlichkeitsabfall und Verschlechterung der Wiederholbarkeit.
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Berechnung und Berichterstattung
Cd-Konzentration aus Kalibrierkurve. Ergebnis in µg/L mit Messunsicherheit. Für Ergebnisse <LOQ als "<LOQ (0,2 µg/L)" berichten.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| AAS-Spektrometer mit Graphitrohr | Agilent 280Z AA, Analytik Jena ZEEnit 700P, Shimadzu AA-7000 | 150 000–400 000 PLN |
| Autosampler | Agilent GTA 120, Analytik Jena MPE 60 | im Gerät enthalten |
| Hohlkathodenlampe (HCL) Cd | Agilent Cd HCL, Heraeus, Photron — Strom 4 mA | 800–2 000 PLN |
| Graphitrohre mit L'vov-Plattform | Pyrolytisch beschichtete Rohre mit Plattform — verbesserte Empfindlichkeit und Wiederholbarkeit | 50–150 PLN/Stk. |
| Argon 5.0 (Schutzgas) | 50 L Flasche, zweistufiger Druckminderer, Reinheit 99,999% | 300–600 PLN/Flasche |
| PP/PTFE-Gefäße | Polypropylen- oder PTFE-Behälter — kein Glas verwenden (Cd-Adsorption) | 5–30 PLN/Stk. |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Cd-Standardlösung 1000 mg/L | 7440-43-9 | Zertifiziertes CRM in 2% HNO₃ (z.B. Merck CertiPUR), rückverfolgbar auf NIST SRM |
| Salpetersäure 65% Suprapur | 7697-37-2 | Ultrareines HNO₃ zum Ansäuern von Proben (pH <2) und Herstellen von Verdünnungen |
| Modifikator — NH₄H₂PO₄ | 7722-76-1 | Ammoniumdihydrogenphosphat 1% (w/v) — verhindert Cd-Verflüchtigung bei Chloridmatrizes |
| Modifikator — Mg(NO₃)₂ | 10377-60-3 | Magnesiumnitrat 0,1% (w/v) — zusammen mit NH₄H₂PO₄ für optimale Stabilisierung verwendet |
| Ultrareines Wasser | — | Leitfähigkeit ≥18,2 MΩ·cm, Milli-Q-System — obligatorisch für Spuren-Cd-Analyse |
| Verdünnte Salpetersäure 1% | — | Zum Spülen von Gefäßen und als Blindprobe — hergestellt aus Suprapur HNO₃ und ultrareinem Wasser |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Cadmiumverbindungen — krebserzeugend Kat. 1B (H350), toxisch, kumulierend — unbedingt Handschuhe, Schutzbrille, Arbeit unter Abzug
- Konzentrierte Salpetersäure — ätzend, rauchend — Arbeit unter Abzug, säurebeständige Handschuhe
- Graphitrohr — Temperaturen bis 2500°C — während Betrieb und Abkühlung nicht berühren
- Cd-haltige Abfälle — als Sondermüll sammeln, nicht in Abwasser gießen
- Argon — in geschlossenen Räumen kann Sauerstoff verdrängen, Belüftung sicherstellen
- Regelmäßige berufliche Expositionstests für Cd (Cadmium im Urin) für Labormitarbeiter
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 15586:2005 — „Water quality — Determination of trace elements using atomic absorption spectrometry with graphite furnace“.
Wie funktioniert diese Methode?
Eine Wasserprobe (10–20 µL) wird in ein Graphitrohr im Ofen dosiert. Das Temperaturprogramm umfasst: Trocknung (110–130°C), Pyrolyse (500–700°C mit NH₄H₂PO₄-Modifikator — Matrixentfernung ohne Cd-Verluste), Atomisierung (1500–1800°C — Verdampfung und Atomisierung von Cadmium), Reinigung (2400°C).
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Wellenlänge: 228,8 nm; Nachweisgrenze (LOD): ~0,05 µg/L; Bestimmungsgrenze (LOQ): ~0,2 µg/L; Linearer Bereich: 0,2–5 µg/L.
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Tage 58 Min. Das Verfahren umfasst 10 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
AAS-Spektrometer mit Graphitrohr, Autosampler, Hohlkathodenlampe (HCL) Cd, Graphitrohre mit L'vov-Plattform, Argon 5.0 (Schutzgas), PP/PTFE-Gefäße. Richtpreis für das Kerngerät (AAS-Spektrometer mit Graphitrohr): 150 000–400 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Trinkwasserqualitätskontrolle (Cd ≤5 µg/L); Industrielle Abwasserüberwachung (Metallurgie, Galvanotechnik); Prüfung von Grundwasser bei Abfalldeponien; Kontrolle von Cadmium in landwirtschaftlichen Gewässern (Einfluss von Phosphordüngern); Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie); Analyse von Cadmium in Klärschlamm (nach Mineralisierung); Lebensmittelkontrolle — Wasser für Lebensmittelproduktion.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Cadmiumverbindungen — krebserzeugend Kat. 1B (H350), toxisch, kumulierend — unbedingt Handschuhe, Schutzbrille, Arbeit unter Abzug; Konzentrierte Salpetersäure — ätzend, rauchend — Arbeit unter Abzug, säurebeständige Handschuhe; Graphitrohr — Temperaturen bis 2500°C — während Betrieb und Abkühlung nicht berühren; Cd-haltige Abfälle — als Sondermüll sammeln, nicht in Abwasser gießen; Argon — in geschlossenen Räumen kann Sauerstoff verdrängen, Belüftung sicherstellen; Regelmäßige berufliche Expositionstests für Cd (Cadmium im Urin) für Labormitarbeiter.
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 15586.