Unlocking the secrets of the Antartic with the aid of ultrapure water

Význam tématu

Antarktida představuje jednu z posledních téměř nedotčených oblastí na Zemi, kde sledování změn v aerosolových složkách, složení ledu a mořské vody poskytuje klíčové informace o dlouhodobých klimatických a environmentálních procesech. Analýza ultra-stopových koncentrací vyžaduje extrémně citlivé techniky a absolutně čistou vodu, aby bylo zajištěno, že veškeré detekované látky pocházejí skutečně z analyzovaných vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem projektu italského národního antarktického výzkumu (PNRA) vedeného CNR-IDPA a Univerzitou Ca’ Foscari ve Benátkách bylo:

• Odběr a analýza více než 300 ledových, sněhových, sedimentárních, aerosólových a vodních vzorků z Antarktidy.
• Určení koncentrací perzistentních organických látek (POPs), rýdších prvků (REE) a dalších stopových prvků v ultračistém prostředí.
• Sledování dlouhodobých změn chemického složení v jednom z nejčistších prostředí planety.

Použitá metodika

Sběr vzorků probíhal na lodi Italica během 27. expedice v letech 2011–2012. Vzorky byly získávány z různých hloubek mořské vody, z povrchového sněhu, ledových jader i atmosférických aerosolů. Před odběrem byly všechny lahve z polyethylenu a teflonu podrobeny až týdennímu čisticímu protokolu:

• Opakované máchání ultrapure vodou a 0,1% HCl k odstranění kontaminantů.
• Údržba čistého prostředí třídy 1000 pro manipulaci s lahvemi.

Analytické detekce zahrnovaly:

• Indukčně vázanou plazmu s časově-ofocenou hmotovou spektrometrií (ICP-SFMS) s mikroflow nebulizací/desolvací.
• Vysokorychlostní kapalinovou chromatografii s ESI triple-quadrupólovým MS (HPLC/ESI-QQQ-MS).

Použitá instrumentace

• ELGA PURELAB Ultra (Type I voda) a PURELAB Option-Q pro čištění vzorkovacích lahví ve venkovní laboratoři.
• PURELAB Ultra Analytic v clean roomu Class 1000.
• PURELAB flex 3 na lodi Italica zásobující kontinuálně ultrapure vodou.
• ICP-SFMS se systémem mikroflow nebulizace/desolvace.
• HPLC/ESI triple quadrupole MS.

Hlavní výsledky a diskuse

Výprava přinesla více než 300 zmražených vzorků, které po návratu do Benátek potvrdily:

• Detekci POPs v koncentracích blízkých přirozenému pozadí.
• Určení vzácných zemin (REE) na úrovni sub-picogramů na gram ledu.
• Stabilitu sledovaných parametrů během celé expedice a vysokou reprodukovatelnost díky ultrapure vodě ELGA.

Přínosy a praktické využití metody

Díky kombinaci precizního odběru, přísných čisticích protokolů a špičkových analytických technik lze:

• Spolehlivě monitorovat změny chemického složení v extrémních polárních oblastech.
• Poskytnout data pro klimatické modely a hodnocení antropogenního vlivu.
• Uplatnit metodu v průmyslové analytice a QA/QC ve farmaceutickém či potravinářském sektoru.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k miniaturizaci odběrových a analytických zařízení pro on-site monitoring, automatizaci přípravy vzorků a integraci digitálního sledování kvality vody. Využití umělé inteligence pro zpracování rozsáhlých časových řad a predikci environmentálních změn významně rozšíří dosavadní možnosti výzkumu.

Závěr

Projekt italského národního antarktického výzkumu prokázal, že bez kompromisní čistoty vody pro přípravu vzorků nelze získat validní data o ultra-stopových složkách v nejčistších prostředích. Systémy ELGA PURELAB zabezpečily klíčovou podporu pro přesné stanovení koncentrací a dlouhodobé sledování environmentálních změn.

Reference

• Toretta C., Cozzi G., Barbante C., Capodaglio G., Cescon P. Trace element determination in seawater by ICP-SFMS coupled with a microflow nebulisation/desolvation system. Anal. Bioanal. Chem., 2004, 380: 258–268.
• Planchon F.A.M. et al. Direct determination of mercury at the sub-picogram per gram level in polar snow and ice by ICP-SFMS. J. Anal. At. Spectrom., 2004, 19: 823–830.
• Gambaro A., Zangrando R., Gabrielli P., Barbante C., Cescon P. Direct determination of levoglucosan at the picogram per millilitre level in Antarctic ice by HPLC/ESI triple quadrupole MS. Anal. Chem., 2008, 80(5): 1649–1655.
• Gabrielli P. et al. Direct determination of rare earth elements at the subpicogram per gram level in Antarctic ice by ICP-SFMS using a desolvation system. Anal. Chem., 2006, 78: 1883–1889.