🔬 Selen im Wasser (ICP-OES)
Kurz gefasst
Bestimmung von Selen in Trinkwasser, Oberflächenwasser und Abwasser mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES). Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11885:2009; Linearer Bereich: 1–10 000 µg/L. Das Verfahren umfasst 10 Schritte (insgesamt rund 2 Std. 58 Min.–3 Std.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Trinkwasserqualitätsüberwachung — Se-Kontrolle (Dz.U. 2017 poz. 2294), Untersuchung von Grundwasser in landwirtschaftlichen und industriellen Gebieten, Kontrolle industrieller Abwässer (Hüttenwesen, Energiewirtschaft, Glasindustrie).
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 11885:2009
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 10
- Gesamtdauer der Schritte: 2 Std. 58 Min.–3 Std.
- Emissionslinie Se: 196,026 nm (Haupt-), 203,985 nm (Alt.)
- Nachweisgrenze (ICP-OES): ~10–50 µg/L (konventionell)
- Nachweisgrenze (HG-ICP-OES): 0,5–2 µg/L
Übersicht
Selen (Se) ist ein Spurenelement, das in kleinen Mengen eine wichtige biologische Rolle spielt (Bestandteil von Selenocystein, antioxidative Enzyme), während es in höheren Konzentrationen stark toxisch wirkt. Die zulässige Selenkonzentration in Trinkwasser beträgt 10 µg/L gemäß der polnischen Verordnung des Gesundheitsministeriums und der EU-Richtlinie 2020/2184. Eine Überschreitung dieses Grenzwertes kann zu Selenose führen (Haarausfall, Nagelschäden, neurologische Störungen).
Die ICP-OES-Methode nach der Norm PN-EN ISO 11885 ermöglicht die multielementare Bestimmung von Selen zusammen mit 32 weiteren Elementen (As, Cd, Pb, Hg, Cr, Cu, Zn u.a.) in einem einzigen Analysezyklus. Das Argonplasma bei einer Temperatur von 6 000–10 000 K atomisiert und regt die Selenatome an, die charakteristische Strahlung emittieren. Die am häufigsten verwendete Emissionslinie von Se ist 196,026 nm.
Eine Herausforderung bei der Selenbestimmung mittels ICP-OES ist die relativ schwache Emission, weshalb für niedrige Konzentrationen (<10 µg/L) die Hydridgenerierungstechnik (HG-ICP-OES) empfohlen wird, bei der Se mit NaBH₄ zum flüchtigen SeH₂ reduziert wird, was die Empfindlichkeit um das 10- bis 100-fache erhöht.
Die Methode wird in der routinemäßigen Trinkwasserüberwachung, bei der Kontrolle industrieller Abwässer (Hüttenwesen, Energiewirtschaft, Glasindustrie) sowie bei der Untersuchung von Grundwasser in landwirtschaftlichen Gebieten (Selendünger) eingesetzt.
Prinzip der Methode
Die mit Salpetersäure angesäuerte Wasserprobe wird in der Nebuliserkammer zerstäubt und in das induktiv gekoppelte Argonplasma (27,12 MHz) eingeführt. Bei Temperaturen von 6 000–10 000 K werden die Selenatome angeregt und emittieren Strahlung bei charakteristischen Wellenlängen (196,026 nm — Hauptlinie, 203,985 nm — Alternativlinie). Die emittierte Strahlung wird durch einen Polychromator (Echelle- oder Czerny-Turner-Optik) aufgelöst und mit einem CCD/SCD-Detektor registriert. Die Selenkonzentration wird aus der Kalibrierkurve berechnet. Bei der HG-ICP-OES-Technik wird die Probe mit NaBH₄ in HCl-Medium gemischt, wobei flüchtiges SeH₂ erzeugt wird, das mit Trägergas (Ar) in das Plasma transportiert wird.
Anwendungen
- Trinkwasserqualitätsüberwachung — Se-Kontrolle (Dz.U. 2017 poz. 2294)
- Untersuchung von Grundwasser in landwirtschaftlichen und industriellen Gebieten
- Kontrolle industrieller Abwässer (Hüttenwesen, Energiewirtschaft, Glasindustrie)
- Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie)
- Untersuchung von Mineral- und Flaschenwasser
- Analyse von Klärschlämmen und Böden (nach Aufschluss)
- Kontrolle des Wasseraufbereitungsprozesses (Selenentfernung)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Emissionslinie Se | 196,026 nm (Haupt-), 203,985 nm (Alt.) |
| Nachweisgrenze (ICP-OES) | ~10–50 µg/L (konventionell) |
| Nachweisgrenze (HG-ICP-OES) | 0,5–2 µg/L |
| Zulässige Konzentration (Trinkwasser) | 10 µg/L |
| Präzision (VK) | 3–10% (konzentrationsabhängig) |
| Linearer Bereich | 1–10 000 µg/L |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 11885:2009
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie wybranych pierwiastków metodą optycznej spektrometrii emisyjnej z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP-OES)
- Title (EN)
- Water quality — Determination of selected elements by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES)
Schritt-für-Schritt-Verfahren
-
Probenahme und Konservierung
Probe in PP/HDPE-Flasche nehmen. Mit 1 mL konz. HNO₃ pro 100 mL Probe ansäuern (pH < 2). Bei 4°C max. 14 Tage lagern.
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Aufschluss (optional)
Für Proben mit Schwebstoffen: Mikrowellenaufschluss — 5 mL HNO₃ + 1 mL H₂O₂, Programm: Rampe auf 180°C/20 min, Haltezeit 15 min.
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Standardvorbereitung
Kalibrierreihe Se vorbereiten: 0, 5, 10, 25, 50, 100 µg/L in 1% HNO₃. Bei Bedarf internen Standard (Y, Sc) zugeben.
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ICP-OES-Start
Argonplasma zünden. System stabilisieren (15–30 min). Plasmaleistung an Kontrolllösung Mn 257,610 nm überprüfen.
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Gerätekalibrierung
Kalibrierstandards messen. Linearität prüfen (R² > 0,999). Empfindlichkeit verifizieren — Steigung der Kurve sollte der Spezifikation entsprechen.
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Probenmessung
Proben in Sequenz messen: Blindprobe → Kontrollstandard → Proben (max 10) → Blindprobe → Kontrollstandard. Se-Linie 196,026 nm beobachten.
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HG-Technik (für niedrige Konzentrationen)
HG-Modul anschließen. Probe in 5 M HCl online mit 0,5% NaBH₄ mischen. Flüchtiges SeH₂ mit Argon in das Plasma transportieren. LOD ~0,5 µg/L.
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Qualitätskontrolle
CRM analysieren (z.B. SPS-WW2), Spike (Wiederfindung 90–110%), Duplikat alle 10 Proben. Blindprobe < 3× LOD.
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Berechnung und Berichterstattung
Konzentrationen aus Kalibrierkurve ablesen. Verdünnung und Probenvolumen berücksichtigen. Ergebnis in µg/L mit erweiterter Messunsicherheit (k=2).
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Abschaltung und Wartung
System mit 1% HNO₃ spülen (5 min), dann mit Wasser (5 min). Plasma ausschalten. Verschleiß von Brenner und Nebuliser prüfen.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| ICP-OES-Spektrometer | Thermo iCAP 7400, Agilent 5800 VDV, PerkinElmer Avio 220 Max, Spectro Arcos II | 350 000–700 000 PLN |
| Hydridgenerierungssystem (HG) | PerkinElmer FIAS 400, Thermo VP100 CHGS | 40 000–80 000 PLN |
| Autosampler | Thermo ASX-560, Agilent SPS 4, CETAC ASX-520 | 25 000–60 000 PLN |
| Probenvorbereitung (Mikrowellenaufschluss) | Anton Paar Multiwave 5000, CEM Mars 6, Milestone Ethos UP | 150 000–300 000 PLN |
| Argonflasche 5.0 | Argon 99,999%, 50-L-Flasche, Verbrauch ~15 L/min | 400–800 PLN/Flasche |
| PP/PTFE-Aufschlussgefäße | PTFE-Gefäße für Mikrowellenaufschluss | 500–2 000 PLN/Stk. |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Selen-Standardlösung (Se) | 7782-49-2 | Zertifiziertes CRM 1 000 mg/L Se in 2% HNO₃, z.B. Merck CertiPUR |
| Salpetersäure (HNO₃) 65% suprapur | 7697-37-2 | Spurenanalysenqualität, zum Ansäuern der Proben und Herstellen der Standards |
| Salzsäure (HCl) 30% suprapur | 7647-01-0 | Für HG-Technik — Reaktionsmedium mit NaBH₄ |
| Natriumborhydrid (NaBH₄) | 16940-66-2 | Reduktionsmittel in HG-Technik, 0,5%-Lösung in 0,5% NaOH |
| Natriumhydroxid (NaOH) | 1310-73-2 | Stabilisator der NaBH₄-Lösung |
| Argon 5.0 | 7440-37-1 | Plasma- und Trägergas, Reinheit 99,999% |
| Ultrareines Wasser | — | Widerstand >18,2 MΩ·cm (Milli-Q), für Verdünnungen und Blindproben |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Konzentrierte Salpetersäure — stark ätzend und oxidierend, unter Abzug arbeiten
- NaBH₄ — leicht entzündlich, reagiert mit Säuren unter Freisetzung von H₂, trocken lagern
- Selenstandards — toxisch, Nitrilhandschuhe und Augenschutz verwenden
- Argon — erstickend in geschlossenen Räumen, Belüftung sicherstellen
- ICP-Plasma — UV-Strahlung, nicht direkt in den Brenner blicken
- Saure Abfälle in Behältern für anorganische Abfälle sammeln
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11885:2009 — „Water quality — Determination of selected elements by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES)“.
Wie funktioniert diese Methode?
Die mit Salpetersäure angesäuerte Wasserprobe wird in der Nebuliserkammer zerstäubt und in das induktiv gekoppelte Argonplasma (27,12 MHz) eingeführt. Bei Temperaturen von 6 000–10 000 K werden die Selenatome angeregt und emittieren Strahlung bei charakteristischen Wellenlängen (196,026 nm — Hauptlinie, 203,985 nm — Alternativlinie).
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Emissionslinie Se: 196,026 nm (Haupt-), 203,985 nm (Alt.); Nachweisgrenze (ICP-OES): ~10–50 µg/L (konventionell); Nachweisgrenze (HG-ICP-OES): 0,5–2 µg/L; Zulässige Konzentration (Trinkwasser): 10 µg/L.
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 2 Std. 58 Min.–3 Std. Das Verfahren umfasst 10 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
ICP-OES-Spektrometer, Hydridgenerierungssystem (HG), Autosampler, Probenvorbereitung (Mikrowellenaufschluss), Argonflasche 5.0, PP/PTFE-Aufschlussgefäße. Richtpreis für das Kerngerät (ICP-OES-Spektrometer): 350 000–700 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Trinkwasserqualitätsüberwachung — Se-Kontrolle (Dz.U. 2017 poz. 2294); Untersuchung von Grundwasser in landwirtschaftlichen und industriellen Gebieten; Kontrolle industrieller Abwässer (Hüttenwesen, Energiewirtschaft, Glasindustrie); Überwachung von Oberflächengewässern (Wasserrahmenrichtlinie); Untersuchung von Mineral- und Flaschenwasser; Analyse von Klärschlämmen und Böden (nach Aufschluss); Kontrolle des Wasseraufbereitungsprozesses (Selenentfernung).
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Konzentrierte Salpetersäure — stark ätzend und oxidierend, unter Abzug arbeiten; NaBH₄ — leicht entzündlich, reagiert mit Säuren unter Freisetzung von H₂, trocken lagern; Selenstandards — toxisch, Nitrilhandschuhe und Augenschutz verwenden; Argon — erstickend in geschlossenen Räumen, Belüftung sicherstellen; ICP-Plasma — UV-Strahlung, nicht direkt in den Brenner blicken; Saure Abfälle in Behältern für anorganische Abfälle 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 11885.