⚛️ Blei im Wasser — GF-AAS
Kurz gefasst
Bestimmung von Spurenkonzentrationen von Blei im Wasser durch Atomabsorptionsspektrometrie mit elektrothermischer Atomisierung im Graphitrohr (GF-AAS). Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 15586:2005; Linearer Bereich: 2–50 µg/L. Das Verfahren umfasst 10 Schritte (insgesamt rund 1 Tage 1 Std. 6 Min.–1 Tage 1 Std. 7 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Trinkwasserqualitätskontrolle (Pb ≤10 µg/L), Überwachung von Blei in Wasserinstallationen mit alten Rohren, Prüfung von Grundwasser in kontaminierten Gebieten.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 15586:2005
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 10
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Tage 1 Std. 6 Min.–1 Tage 1 Std. 7 Min.
- Wellenlänge: 283,3 nm
- Nachweisgrenze (LOD): ~0,5 µg/L
- Bestimmungsgrenze (LOQ): ~2 µg/L
Übersicht
Blei (Pb) ist eines der gefährlichsten Schwermetalle, die Wasser verunreinigen. Selbst niedrige Bleikonzentrationen sind toxisch — sie beeinträchtigen das Nervensystem (besonders bei Kindern), das blutbildende, Nieren- und Fortpflanzungssystem. Die zulässige Bleikonzentration im Trinkwasser beträgt 10 µg/L (nach EU-Richtlinie 2020/2184) mit Tendenz zur Senkung auf 5 µg/L. Die Quelle von Blei im Trinkwasser sind hauptsächlich alte Installationen mit Bleirohren und Messingarmaturen.
Die GF-AAS (Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry) Methode ist die Referenztechnik zur Bleibestimmung auf Spurenniveau. Das Graphitrohr bietet eine viel höhere Empfindlichkeit als die Flammentechnik (FAAS) — die Nachweisgrenze für Pb beträgt etwa 0,5 µg/L gegenüber etwa 10 µg/L bei FAAS. Ein kleines Probenvolumen (10–20 µL), das automatisch in das Graphitrohr dosiert wird, wird einem mehrstufigen Temperaturprogramm unterzogen: Trocknung → Pyrolyse (Matrixentfernung) → Atomisierung → Reinigung.
Die Norm PN-EN ISO 15586 ist eine Referenzmethode zur Bestimmung von 17 Spurenelementen (Ag, Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, Zn) in Oberflächen-, Grund-, Trinkwasser und Abwasser. Für jedes Element sind optimale instrumentelle Bedingungen, Matrixmodifikatoren und Temperaturprogramme festgelegt.
Entscheidend für die Qualität der Ergebnisse ist die Verwendung von Matrixmodifikatoren — für Blei wird am häufigsten Magnesiumnitrat Mg(NO₃)₂ oder eine Mischung aus Mg(NO₃)₂ + NH₄H₂PO₄ verwendet. Modifikatoren stabilisieren den Analyten thermisch und ermöglichen höhere Pyrolysetemperaturen und eine effektivere Matrixentfernung ohne Analytverluste.
Prinzip der Methode
Eine Wasserprobe (10–20 µL) wird durch einen automatischen Probengeber in ein im Ofen platziertes Graphitrohr dosiert. Das Temperaturprogramm umfasst: Trocknung (110–130°C — Lösungsmittelentfernung), Pyrolyse/thermische Vorbehandlung (700–900°C mit Modifikator — Zersetzung und Entfernung von Matrixkomponenten), Atomisierung (1700–2100°C — schnelle Verdampfung und Atomisierung von Blei), Reinigung (2500°C — Entfernung von Rückständen). Freie Pb-Atome absorbieren Strahlung einer Hohlkathodenlampe bei einer Wellenlänge von 283,3 nm. Die Absorption ist proportional zur Analytmasse nach dem Lambert-Beer-Gesetz.
Anwendungen
- Trinkwasserqualitätskontrolle (Pb ≤10 µg/L)
- Überwachung von Blei in Wasserinstallationen mit alten Rohren
- Prüfung von Grundwasser in kontaminierten Gebieten
- Industrielle Abwasserkontrolle (Metallurgie, Batteriefabriken)
- Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie)
- Wasserprüfung für Lebensmittelindustrie
- Analyse von Bodensedimenten (nach Mineralisierung)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Wellenlänge | 283,3 nm |
| Nachweisgrenze (LOD) | ~0,5 µg/L |
| Bestimmungsgrenze (LOQ) | ~2 µg/L |
| Linearer Bereich | 2–50 µg/L |
| Probenvolumen | 10–20 µL pro Messung |
| Atomisierungstemperatur | 1700–2100°C |
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
-
Vorbereitung der Laborgefäße
Alle Gefäße (PP, PTFE) in 10% HNO₃ für min. 24 h einweichen, dann dreimal mit ultrareinem Wasser spülen. Blei adsorbiert leicht an Glas!
-
Probenansäuerung
1 mL konz. HNO₃ (Suprapur) pro 100 mL Probe zugeben (pH <2). Proben in PP- oder PTFE-Behältern bei 4°C lagern.
-
Herstellung von Kalibrierstandards
Aus 1000 mg/L Pb-Lösung Reihe herstellen: 0 (Blindprobe), 5, 10, 20, 30, 50 µg/L in 1% HNO₃.
-
Optimierung des Temperaturprogramms
Trocknung: 110°C (30 s) → 130°C (20 s). Pyrolyse: 850°C (20 s) mit Modifikator. Atomisierung: 1800°C (5 s, Messung). Reinigung: 2500°C (3 s).
-
Dosierung des Modifikators
Autosampler auf Dosierung von 5 µL Mg(NO₃)₂ 0,1% (oder NH₄H₂PO₄ 1%) zusammen mit Probe (15 µL) einstellen.
-
Gerätekalibrierung
Kalibrierstandard-Reihe messen. Kalibrierkurve als integrierte Absorption (Peakfläche) vs Konzentration erstellen. R² ≥0,998.
-
Probenmessung
Proben in Doppelbestimmungen messen. Gerät dosiert automatisch Probe und Modifikator, führt Temperaturprogramm aus und registriert Signal.
-
Qualitätskontrolle — Blindprobe und Kontrollprobe
Alle 10 Proben Blindprobe (1% HNO₃) und Kontrollprobe (CRM oder Spike) messen. Wiederfindung: 90–110%. Blindprobe <LOD.
-
Interferenzkontrolle — Standardadditionsmethode
Für neue Matrizes Standardadditionstest durchführen — Abwesenheit von Matrixeffekt bestätigen.
-
Berechnung und Berichterstattung
Pb-Konzentration aus Kalibrierkurve ablesen. Verdünnung und Blindprobe berücksichtigen. Ergebnis in µg/L mit Unsicherheit angeben.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| AAS-Spektrometer mit Graphitrohr | Agilent 280Z AA, Shimadzu AA-7000, Analytik Jena ZEEnit 700P | 150 000–400 000 PLN |
| Autosampler | Agilent GTA 120, Shimadzu ASC-7000 | im Gerät enthalten |
| Hohlkathodenlampe (HCL) Pb | Agilent Pb HCL, Heraeus, Photron | 800–2 000 PLN |
| Graphitrohre | Rohre mit L'vov-Plattform, pyrolytisch beschichtet, Agilent/Shimadzu | 50–150 PLN/Stk. (100–300 Atomisierungen) |
| Schutzgas — Argon 5.0 | Ar-Flasche 99,999%, zweistufiger Druckminderer | 300–600 PLN/Flasche 50 L |
| Wasserkühlsystem | Umwälzkühler oder Wasserkreislauf | 3 000–10 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Pb-Standardlösung 1000 mg/L | 7439-92-1 | Zertifiziertes CRM in 2% HNO₃, rückverfolgbar auf NIST SRM. Zur Herstellung von Kalibrierverdünnungen. |
| Salpetersäure 65% Suprapur | 7697-37-2 | HNO₃ zum Ansäuern von Proben und Herstellen von Verdünnungen; ultrareiner Qualität (Merck Suprapur oder gleichwertig) |
| Matrixmodifikator — Mg(NO₃)₂ | 10377-60-3 | Magnesiumnitrat 0,1% — stabilisiert Pb thermisch, ermöglicht höhere Pyrolysetemperatur |
| Matrixmodifikator — NH₄H₂PO₄ | 7722-76-1 | Ammoniumdihydrogenphosphat 1% — alternativer Modifikator, besonders wirksam bei Chloridmatrizes |
| Ultrareines Wasser | — | Qualität Grad 1 (Leitfähigkeit ≥18,2 MΩ·cm), Milli-Q oder Hydrolab System |
| Salzsäure 30% Suprapur | 7647-01-0 | HCl — zum Waschen von Gefäßen, Einweichen in 10% HCl min. 24 h |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Bleiverbindungen — toxisch, krebserzeugend Kat. 2, reproduktionstoxisch — unbedingt Handschuhe und Schutzbrille
- Konzentrierte Salpetersäure — stark ätzend, rauchend — Arbeit unter Abzug
- Graphitrohr — Temperatur bis 2500°C, während Betrieb nicht berühren, Verbrennungsgefahr
- Argon — Inertgas, aber in geschlossenem Raum kann Sauerstoff verdrängen — Belüftung obligatorisch
- Pb-haltige Abfälle — separat als Sondermüll sammeln
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 durch einen automatischen Probengeber in ein im Ofen platziertes Graphitrohr dosiert. Das Temperaturprogramm umfasst: Trocknung (110–130°C — Lösungsmittelentfernung), Pyrolyse/thermische Vorbehandlung (700–900°C mit Modifikator — Zersetzung und Entfernung von Matrixkomponenten), Atomisierung (1700–2100°C — schnelle Verdampfung und Atomisierung von Blei), Reinigung (2500°C — Entfernung von Rückständen).
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Wellenlänge: 283,3 nm; Nachweisgrenze (LOD): ~0,5 µg/L; Bestimmungsgrenze (LOQ): ~2 µg/L; Linearer Bereich: 2–50 µg/L.
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Tage 1 Std. 6 Min.–1 Tage 1 Std. 7 Min. Das Verfahren umfasst 10 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
AAS-Spektrometer mit Graphitrohr, Autosampler, Hohlkathodenlampe (HCL) Pb, Graphitrohre, Schutzgas — Argon 5.0, Wasserkühlsystem. Richtpreis für das Kerngerät (AAS-Spektrometer mit Graphitrohr): 150 000–400 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Trinkwasserqualitätskontrolle (Pb ≤10 µg/L); Überwachung von Blei in Wasserinstallationen mit alten Rohren; Prüfung von Grundwasser in kontaminierten Gebieten; Industrielle Abwasserkontrolle (Metallurgie, Batteriefabriken); Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie); Wasserprüfung für Lebensmittelindustrie; Analyse von Bodensedimenten (nach Mineralisierung).
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Bleiverbindungen — toxisch, krebserzeugend Kat. 2, reproduktionstoxisch — unbedingt Handschuhe und Schutzbrille; Konzentrierte Salpetersäure — stark ätzend, rauchend — Arbeit unter Abzug; Graphitrohr — Temperatur bis 2500°C, während Betrieb nicht berühren, Verbrennungsgefahr; Argon — Inertgas, aber in geschlossenem Raum kann Sauerstoff verdrängen — Belüftung obligatorisch; Pb-haltige Abfälle — separat als Sondermüll sammeln.
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.