Spis treści
W jaki sposób monitorować skład wody?
Skład wody morskiej jest kluczową informacją dla akwarysty morskiego bez której osiągnięcie sukcesu akwarystycznego jest nie możliwe. Wiadomo, że przy zakładaniu akwarium staramy się napełnić je solanką odwzorowującą skład naturalnej wody morskiej. Jednak, wraz z upływem czasu skład wody ulega zmianom, które często nas zaskakują, nie zawsze pozytywnie. Dlatego właśnie należy systematycznie kontrolować wodę morską. Jak to robić? Już odpowiadam na to pytanie.
Najdokładniejszą metodą określenia składu pierwiastkowego wody morskiej jak również RO/DI w akwarystyce morskiej jest technika atomowej spektrometrii emisyjnej, w uproszczeniu ICP (ang. Inductively Coupled Plasma).
Większość z Was słyszała o ICP-OES, być może niektórzy również słyszeli o ICP-MS. Obie techniki analityczne umożliwiają badanie składu ilościowego i jakościowego pierwiastków w wodzie morskiej. Czym się różnią te techniki analityczne, dowiesz się właśnie w tym artykule.
Czym się różni ICP-OES od ICP-MS?
Nazwy te są dość skomplikowane:
ICP-OES – technika atomowej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie indukowanej (ang.Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)
ICP-MS – technika spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ang. Inductively coupled plasma mass spectrometry)
Źródło: https://www.shimadzu.com/an/products/elemental-analysis/icp-ms/icpms-2040_2050/index.html
ICP-OES w wielkim skrócie działa na zasadzie pomiaru światła emitowanego przez wzbudzone atomy i jony w plazmie. Natomiast ICP-MS to bardziej zaawansowana technika analityczna, która również wykorzystuje plazmę do wzbudzania atomów, ale mierzy masę jonów, a nie intensywność emitowanego światła.
Więcej informacji o badaniu wody morskiej metodą ICP-OES znajdziesz tutaj.
Obie techniki, ICP-OES i ICP-MS, wywodzą się z jednej gałęzi technik analitycznych, które wykorzystują plazmę do wzbudzania atomów i jonów w próbkach. Podstawowa zasada działania w obu przypadkach jest wspólna – wykorzystanie indukcyjnie sprzężonej plazmy do analizy pierwiastkowej.
Różnią się one jednak metodą detekcji, która determinuje zakres zastosowań urządzenia. Pozwala to na dopasowanie odpowiedniej techniki do specyficznych potrzeb analitycznych.
Etapy analizy próbki
Należy mieć na uwadzę, że analiza wody przy użyciu spektrometru ICP-OES czy ICP-MS jest metodą analityczną należącą do grupy metod niszczących. Oznacza to, że próbka poddana analizie jest niszczona na jednym z etapów analizy i nie ma możliwości odzyskania analizowanej wody.
Zasadniczo obie techniki mają wspólną część związaną z analizą analitu (np. wody morskiej), różnice widoczne są głównie w etapie detekcji. Wybór pomiędzy nimi zależy od specyficznych potrzeb dotyczących czułości, precyzji i kosztów analizy. W tabeli niżej, w skrócie przedstawione zostały etapy badania wody morskiej przy użyciu ICP-OES i ICP-MS.
ICP-OES | ICP-MS | |
Analit | Próbka jest najpierw rozpylana i wprowadzana do plazmy, która jest gorącym gazem zjonizowanym. | |
Wzbudzenie atomów / generacja jonów | W plazmie atomy i jony są wzbudzane. W wyniku tego emitują one światło na charakterystycznych długościach fal. | Plazma jonizuje atomy w próbce, tworząc jony o różnych masach. |
Detekcja | Detektor analizuje emitowane światło, mierzy intensywność światła na różnych długościach fal. Intensywność ta jest proporcjonalna do stężenia pierwiastków w próbce. | Detektor mierzy ilość jonów o różnych masach, co pozwala na określenie stężenia poszczególnych pierwiastków i ich izotopów. |
Czy ICP-MS jest bardziej dokładny od ICP-OES?
ICP-MS na pewno ma bardziej skomplikowany proces analizy w porównaniu do ICP-OES, wymagający specjalistycznej wiedzy. Niezaprzeczalnie, limity detekcji są niższe dla ICP-MS aniżeli w ICP-OES, co pozwala na ilościowe oznaczenie pierwiastków o stężeniach nawet poniżej 0,1 μg/L. Schemat zakresu pomiaru ICP-OES i ICP-MS przedstawia poniższy rysunek.
W wielkim skrócie, ICP-OES jest czułą i techniką o zakresie liniowym i rozsądnym zakresie detekcji, który jest odpowiedni dla stężeń od ppm do ppb (μg/L). Obejmuje więc zakres niezbędny w akwarystyce morskiej. Natomiast ICP-MS umożliwia oznaczanie jeszcze niższych stężeń (1<ppb) oraz izotopów*.
Którą technikę analityczną stosuje się w akwarystyce morskiej?
Pomimo, iż niektóre laboratoria oferują również badania wody morskiej metodą ICP-MS, ICP-OES jest najpopularniejszą i najczęściej wykorzystywaną techniką do analizy wody morskiej.
Moim zdaniem, ICP-OES jest i pozostanie główną metodą analizy wody morskiej. Stosowanie ICP-MS w akwarystyce morskiej to jak używanie teleskopu Hubble’a do szukania zaginionego guzika na podłodze.
Czy ma to sens?
To zależy od indywidualnych potrzeb każdego akwarysty, aczkolwiek z punktu widzenia chemika, nie ma to sensu.
Podsumowanie
ICP-OES jest wystarczająco czułe, aby dokładnie określić stężenia pierwiastków na poziomie niezbędnym do utrzymania zdrowego akwarium morskiego. Informacja o stężeniach pierwiastków w wodzie na poziomie ppb (μg/L) jest wystarczająca. Oczywiście gdy potrzebujemy najwyższej precyzji i czułości w analizie, szczególnie tam gdzie konieczne jest monitorowanie pierwiastków śladowych na bardzo niskich poziomach (<1<ppb), lepszym rozwiązaniem będzie ICP-MS.
Ostateczny wybór zależy od specyficznych potrzeb, budżetu i celu monitorowania parametrów wody w akwarium morskim.
* Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze atomowym (czyli ten sam numer atomowy), ale różnią się liczbą neutronów
O autorze
Magdalena Metzler
Prywatnie jestem mamą i miłośniczką natury oraz sportu. Moim głównym zainteresowaniem jest chemia kwantowa, która kryje w sobie ogrom nierozwikłanych tajemnic i powiązań, co z naukowego punktu widzenia jest niezwykle ekscytujące.
W swojej karierze naukowej prowadziłam międzynarodowe projekty, dotyczące innowacyjnych rozwiązań dla wielu gałęzi biznesu, m.in. motoryzacji, budownictwa, a teraz oczywiście akwarystyki morskiej.
Praca w Reef Factory zapoczątkowała u mnie pasję do akwarystyki morskiej, którą mogę rozwijać każdego dnia, budując dział chemii i tworząc produkty, które ułatwią akwarystom dbanie o zbiorniki i zapewnią najwyższe bezpieczeństwo zwierząt. Jednym z najbardziej ekscytujących wspomnień, związanych z pracą w Reef Factory, jest uruchomienie spektrometru ICP-OES, który analizuje skład pierwiastkowy wody morskiej. Metoda analizy w ICP oparta jest na technice analitycznej, która stanowi powiązanie mojego zamiłowania do chemii kwantowej i akwarystyki morskiej.
Mam nadzieję, że moje artykuły na ReefPedii będą dla Ciebie ciekawe i pomocne! Miłej lektury :))