Sensitive Bestimmung von Eisen in Trinkwasser, Mineralwasser, Grundwasser und Quellwasser mittels photometrischer Schnelltests
Katrin Schwind, Gunter Decker
Die Trinkwasserqualität wird durch eine Reihe von Richtlinien geregelt, wie z. B. durch die Richtlinie 98/83/EG des Rates1,2 und die WHO-Richtlinie.3 In den wichtigsten Grundsätzen für die Festlegung dieser Grenzwerte werden sowohl Gesundheitsrisiken als auch sensorische und technische Gründe berücksichtigt. Eisen zum Beispiel stellt in den im Trinkwasser üblichen Konzentrationen keine Gefahr für die Gesundheit dar.2,3 Erhöhte Eisenkonzentrationen führen jedoch zur Bildung von Eisenhydroxidprodukten, die Ablagerungen in den Wasserleitungen und eine Braunfärbung des Wassers verursachen können.4
Um die Versorgung mit klarem und farblosem Wasser zu gewährleisten, wurden länderspezifische Grenzwerte für Trinkwasser festgelegt. Der in der EU-Richtlinie festgelegte Grenzwert für Eisen liegt bei 0,2 mg/l Fe2, während die US-Umweltbehörde EPA 0,3 mg/l Fe vorschreibt.5 Um die Bildung von Eisenablagerungen in Wasserleitungssystemen zu verhindern, soll ein Grenzwert von 0,02 mg/l nicht überschritten werden.6 Um sicherzustellen, dass die festgelegten Grenzwerte eingehalten werden, wird das Trinkwasser in vielen Fällen einem Aufbereitungsschritt unterzogen, bei dem das Eisen ausgefällt wird. Bei dieser Methode wird praktisch jeglicher Eisengehalt eliminiert und die Eisenkonzentration in den unteren ppb-Bereich gesenkt.6
Analytische Methoden
Zu den hochempfindlichen Analysemethoden für die Quantifizierung im Spurenbereich gehören die Flammen-Atomabsorptionsspektroskopie (Flammen-AAS, F-AAS) und die optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES). Der Messbereich der F-AAS-Methode nach DIN EN ISO 38406-32 beträgt je nach Dosiermenge 0,002-0,020 mg/l Fe. Die Bestimmungsgrenze (BG, LOQ) für die ICP-OES-Methode gemäß DIN EN ISO 11885 liegt bei 0,002 mg/l Fe.7,8 In unserem Labor wird mittels ICP-MS gemäß Norm ICH Q2 eine BG von 0,0007 mg/l Fe erreicht.
Analyse von Eisen mit analytischen Testsätzen (photometrische Schnellmethoden)
Eine praktische Alternative für schnell erreichbare, sensitive Ergebnisse ohne Investitionen in teure Instrumente sind photometrische Schnellmethoden. Testsätze zeichnen sich im Allgemeinen durch ihre einfache Handhabung und die Schnelligkeit im Verfahren aus. Die Wahl der Methode hängt von Anwendung, Messbereich und der erforderlichen Genauigkeit ab. Für Eisen stehen zwei empfindliche photometrische Methoden zur Verfügung.
Die Bestimmung von Eisen mit der 1,10-Phenanthrolin-Methode nach APHA 3500-Fe B und DIN 38406-1 ermöglicht eine photometrische Messung bis hinunter zu einem Wert von 0,01 mg/l, was für viele Proben völlig ausreichend ist.9
Wenn niedrigere BG erforderlich sind, kann die Triazinmethode gewählt werden. Bei dieser Methode werden alle Eisenionen zu Eisen(II)-Ionen reduziert. Diese reagieren in einem thioglycolatgepufferten Medium, das ein Triazinderivat enthält, unter Bildung eines rot-violetten Komplexes, der im Anschluss photometrisch bestimmt wird.10 Mit einer 100-mm-Küvette und dem UV-VIS-Spektrometer Prove 600 können BG für Eisen von nur 0,0025 mg/l erreicht werden. Aufgrund der Behandlung zur Entfernung von Eisen und des von Natur aus niedrigen Eisengehalts in den meisten Trinkwassern soll die empfindlichere Triazinmethode bevorzugt werden. Der Spectroquant® Eisen-Test (Bestell- Nr. 114761) verfügt über einen Gesamtmessbereich von 0,0025-5,00 mg/l Fe. Bei den Spectroquant® Photometern sind die Methoden vorprogrammiert, sodass keine zeitaufwändige Kalibrierkurve erstellt werden muss.
Probenvorbereitung und Durchführung der Messung mit dem Spectroquant® Eisen-Test
Die Proben müssen zunächst mit Salpetersäure angesäuert werden, um das Eisen zu stabilisieren. Darüber hinaus müssen kohlensäurehaltige Proben in einem Ultraschallbad entgast werden. Eine detaillierte Beschreibung des Messverfahrens ist im Anwendungshinweis "Sensitive Measurement of Iron in Water" (Sensitive Messung von Eisen in Wasser) enthalten.11
Methodenvergleich zwischen ICP-MS und dem Spectroquant® Eisen-Test
Der Eisengehalt fünf verschiedener Mineralwasser wurde mit dem Spectroquant® Testsatz und ICP-MS bestimmt. Alle Proben lagen unterhalb der BG der jeweiligen Methode (0,0007 mg/l im Fall von ICP-MS, 0,0025 mg/l beim Spectroquant® Testsatz).
Die fünf Proben wurden durch Standardaddition in drei verschiedenen Konzentrationen mit Eisen dotiert, die jeweiligen Wiederfindungsraten wurden mit der photometrischen Methode bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Abbildung 1dargestellt.
Die zugesetzten Eisenkonzentrationen wurden genau wiedergefunden. Die Wiederfindungsraten in den dotierten Proben lagen bei allen Versuchen zwischen 89 % und 99 % mit einer durchschnittlichen Wiederfindungsrate von 95 %.
Abbildung 1.Ergebnisse der Standardaddition.
Eine noch höhere Genauigkeit kann durch eine kundenspezifische Kalibrierkurve erreicht werden. In Tabelle 2 werden die Leistungsmerkmale der vorprogrammierten Methode für Bestell- Nr. 114761 bestimmt nach DIN 38402 A51 und ISO 8466-1 im Vergleich zu einer manuell erstellten Kalibrierkurve für den Messbereich 0,0005 - 0,0100 mg/l Fe unter Verwendung des photometrischen Testsatzes dargestellt. Die Kalibrierkurve ist in Abbildung 2 dargestellt.
Mit einem Wert von 4,35 % ist der Variationskoeffizient der kundenspezifischen Kalibrierkurve 3,3 Mal höher als der der vorprogrammierten Methode. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei diesen niedrigeren Konzentrationen die Abweichungen bei der benutzerdefinierten Kalibrierung einen stärkeren relativen Effekt haben. In absoluten Zahlen ausgedrückt liefert das benutzerdefinierte Kalibrierverfahren erheblich geringere Methodenfehler, wie die Werte der Standardabweichung der Methode und des Konfidenzintervalls der Methode für P=95 % zeigen, die 13- bis 14-mal niedriger sind als die der vorprogrammierten Methode.
Bei den Standardadditionen führte die Verwendung einer solchen kundenspezifischen Kalibrierung zu einer weiteren Verbesserung der Wiederfindungsrate, die nun einen Mittelwert von 101 % erreichte. Die einzelnen Werte liegen zwischen 95 % und 106 % (Tabelle 3).
Abbildung 2.Kalibrierkurve für den Messbereich 0,0005-0,0100 mg/l Fe.
Da Mineralwasser nur einen geringen Eisengehalt aufweisen, wurden die Versuche auch mit Proben aus Grund- und Quellwasser durchgeführt, deren Eisenkonzentration aufgrund der fehlenden Wasseraufbereitung naturgemäß höher ist. Die Messung wurde unter Anwendung der vorprogrammierten Methode durchgeführt. Auch hier wurden die Messergebnisse durch eine Referenzanalyse mit der ICP-MS-Methode überprüft. In Tabelle 4 ist ein Vergleich der mit den beiden Methoden erzielten Ergebnisse abgebildet.
Die mit dem Spectroquant® Eisentest erzielten Ergebnisse stimmen mit denen der ICP-MS-Methode überein. Aufgrund des sehr hohen Eisengehalts der Bensheimer Grundwasserprobe von 2,7 mg/l Fe wurde abweichend von der festgelegten Vorgehensweise eine 10-mm-Küvette verwendet. Die Wiederfindungsrate lag hier bei 100 %. Diese Ergebnisse zeigen, dass auch sehr hohe Eisenkonzentrationen genau mit dem Eisentest bestimmt werden können.
Bei den eisenarmen, konzentrierten Quellwasserproben unterschieden sich die Messergebnisse nur um einen Maximalwert von 0,0008 mg/l. Selbst die Eisenkonzentrationen, die unter der BG der photometrischen Methode liegen, wurden durch die ICP-MS-Messungen bestätigt.
Zusammenfassung
Der Spectroquant® Eisen-Test stellt eine gute Alternative zu ICP oder AAS dar, wenn es um die Bestimmung des Eisengehalts in Trinkwasser, Mineralwasser, Grundwasser und Quellwasser geht. Die Methode liefert Ergebnisse, die mit denen der ICP-MS-Methode vergleichbar sind, und ist leicht durchführbar. Für alle Labore, bei denen die Anschaffung eines ICP-OES- oder ICP-MS-Systems aus wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll ist, stellt der Spectroquant® Eisen-Test, Bestell- Nr. 114761 eine schnell durchführbare, sensitive und präzise Alternative für die Bestimmung des Eisengehalts in Trinkwasser, Mineralwasser, Grundwasser und Quellwasser dar.
Verwendete Chemikalien, Proben und Geräte:
Alle Messungen wurden mit einem Prove 600 Spektralphotometer durchgeführt. Als Referenzsystem wurde ein Thermo Fisher Scientific HR-ICP-Massenspektrometer (Methode auf dem Element 2-Gerät) herangezogen.
Weitere Informationen über die Spectroquant® Produktreihe für die spektralphotometrische Analyse erhalten Sie auf SigmaAldrich.com/spectroquant
Um weiterzulesen, melden Sie sich bitte an oder erstellen ein Konto.
Sie haben kein Konto?