DOLOČANJE VSEBNOSTI POSAMEZNIH KEMIJSKIH ELEMENTOV V

3.3.1 Instrumentalna nevtronska aktivacijska analiza (k0-INAA) Princip:

Pri instrumentalni metodi NAA določamo vsebnosti posameznih radionuklidov v vzorcu s pomočjo njihove razpolovne dobe. Vzorcu po obsevanju v jedrskem reaktorju merimo gama aktivnost radionuklidov. Vsebnost posameznih elementov določimo relativno glede na komparator, ki je zlato (0,1 % Au v Al).

Reagenti:

- HNO3 (Merck, Nemčija) Aparatura:

- ultrazvočna kopel, - analitska tehtnica, - reaktor TRIGA Mark II.

Priprava vzorcev za analizo:

Vzorce medu za analizo vsebnosti elementov s standardizirano metodo instrumentalne nevtronske aktivacijske analize (k0-INAA) smo pripravili po navodilih, opisanih v članku Caroli in sod. (1999). Med smo najprej homogenizirali v ultrazvočni kopeli (10 min pri 45 ^oC). Nato smo v stekleno epruveto prenesli približno 10 g homogeniziranega medu ter dodali približno 5 g destilirane vode. Z 10 minutnim obračanjem epruvete smo med popolnoma raztopili in raztopino nato segrevali do 50 ^oC v ultrazvočni kopeli 15 min. S kapalko smo odvzeli 3 g homogenizirane raztopine medu in jo prenesli v polietilenske ampule za obsevanje, ki so bile predhodno očiščene z mešanico HNO3 in H2O v razmerju 1:1. Vratove ampul smo očistili z vatiranimi palčkami ter jih nato nad plamenom zatalili.

Tako zaprte kapsule smo zatalili še v PVC vrečko.

Izvedba analize:

Vzorce v polietilenskih ampulah smo skupaj s standardom Al-Au (0,1 %) obsevali okoli 20 ur v vrtiljaku reaktorja TRIGA Mark II. Po obsevanju smo zunanjost ampul očistili z 10 % HNO3, jih segrevali nekaj minut v vodni kopeli na 50 ^oC in nato raztopine prenesli v števne kivete. Na absolutno umerjenem HPGe detektorju smo izmerili gama aktivnost radionuklidov (Jačimović in sod., 2003). Spektre smo obdelali s programom HyperLab 2002 (HyperLab 2002 Systems, 2002). Efektivne prostorske kote med vzorcem in detektorjem gama smo izračunali s programom SOLCOI, vsebnost zlata smo izračunali s programom KAYZERO, ki sta del programskega paketa KAYZERO/SOLCOI (KAYZERO/SOLCOI^® Ver. 5a..., 2003).

Ponovljivost:

Ponovljivost metode smo preverjali z analizo dveh vzorcev medu (en vzorec akacijevega in en vzorec lipovega medu) v štirih paralelkah. Akacijev med smo izbrali kot vrsto medu, ki nikoli ne kristalizira; lipov med pa smo izbrali, ker izredno hitro kristalizira. Preveriti smo namreč želeli ali stopnja in hitrost kristalizacije medu vpliva na homogenizacijo medu med pripravo vzorcev za analizo z metodo k0-INAA. Paralelke so pripravili iz iste izhodne

raztopine medu (priprava je opisana v poglavju 3.2.1.1) in zato smo lahko na ta način preverili tudi ustreznost takšne priprave vzorca medu.

V akacijevem medu (vzorec A18) je bilo le 6 elementov nad mejo detekcije. Vsebnost teh elementov v štirih paralelkah je prikazana v prilogi D1. Tam so prikazani tudi osnovni statistični parametri. Koeficienti variacije za posamezne vsebnosti elementov v tem vzorcu medu so pod 10 %, razen pri Cs je CV 18,3 %, kar je posledica zelo majhne vsebnosti Cs v medu (povprečna vsebnost je 5,8*10^-4 mg/kg medu). Najnižji CV (2,5 %) je bil pri K in Na, elementih, ki sta v tem vzorcu določena v največjih količinah. Nizke vrednosti CV kažejo na to, da je bila raztopina medu dobro homogenizirana.

V lipovem medu (vzorec L23) pa je bila nad mejo detekcije vsebnost 11 elementov (prikazano v prilogi D2, kjer so dodani tudi izračunani osnovni statistični parametri za vsebnosti teh elementov). Tudi v primeru tega vzorca medu so CV vrednosti pod 10 % za vse elemente, razen za Cr (18, 5 %) in Sc (11,3 %). Nekoliko višji CV pri teh dveh elementih je posledica zelo nizke vsebnosti teh dveh elementov v tem vzorcu medu.

Najnižji CV pa je bil v tem vzorcu medu v primeru Br (2,4 %) in Rb (2,5 %). Sama priprava vzorca medu se je tako tudi v tem primeru izkazala kot primerna.

Vzorec lipovega medu je vseboval elemente v višjih koncentracijah kot akacijev med, zato je preverjanje ponovljivosti metode na tem vzorcu bolj zanesljivo. Ugotovili smo tudi, da hitrost kristalizacije medu ne vpliva na pripravo raztopine medu, saj sta bili obe raztopini, tako raztopina akacijevega medu, kot tudi raztopina lipovega medu, dobro homogenizirani.

Ker sta se oba vzorca medu, tako akacijev kot tudi lipov, izkazala za relativno »prazna«

glede na vsebnost elementov, kar pomeni, da sta imela dokaj majhno vsebnost posameznih elementov, smo dodatno analizirali še gozdni in kostanjev med, ki vsebujeta več elementov. Ta dva vzorca smo analizirali v dveh paralelkah. Rezultati teh analiz pa so prikazani v prilogah D3 (gozdni med, vzorec G 14) in D4 (kostanjev med, vzorec K10).

V vzorcu gozdnega medu je bilo 14 elementov nad mejo detekcije. Največ je bilo K, najmanj pa Sm. CV so bili nižji od 10 % pri vseh elementih, razen pri Cd (15,3%) in pri Sm (10, 4 %). Najnižji CV (3,5 %) je bil pri K, Na, Br in Rb.

V kostanjevem medu (vzorec K10) je bilo 11 elementov nad mejo detekcije. CV je bil pri vseh elementih nižji od 10 %, razen pri Fe (17,3 %) in Sr (18,0 %). Najnižji CV (3,5 %) je bil pri K, Na in Rb. Teh elementov je bilo v tem vzorcu medu največ.

Metoda k0-INAA se je izkazala kot dobro ponovljiva pri različnih vrstah medu in tudi pri zelo različni vsebnosti elementov. V teh štirih vzorcih medu smo namreč določili največ kalija (povprečno 4000 mg/kg medu v vzorcu kostanjevega medu) in najmanj skandija (povprečno 0,00017 mg/kg medu v vzorcu lipovega medu). Koeficienti variacij so bili prav pri vseh določenih elementih v vseh vzorcih medu pod 20 %.

Skupna napaka meritev znaša približno 3,5 % končne vsebnosti posameznega elementa (Jeran in sod., 2007).

3.3.2 Rentgenska fluorescenčna spektrometrija s totalnim odbojem (TXRF) Princip:

Merjenje multielementnega spektra oddane rentgenske fluorescenčne svetlobe pri vzbujanju sušine vzorca na nosilnem kvarčnem steklu z molibdenovo monokromatsko svetlobo, ki pada na vzorec pod zelo majhnim kotom (≤ 1,8 mrad), pri čemer pride do popolnega odboja vpadnega snopa rentgenske svetlobe.

Reagenti:

- Ga (vodna raztopina s koncentracijo 0,01 g Ga/L) (CertiPUR^®, Gallium ICP Standard) (Merck, Nemčija),

- HNO3 (Merck, Nemčija).

Aparatura:

Eksperimentalni sistem je sestavljen iz rentgenske cevi kot izvora rentgenskega sevanja, totalno refleksijskega modula in energijsko disperzijskega rentgenskega spektrometra.

Rentgenska cev (Seifert, Nemčija) z molibdenovo anodo in energijo molibdenove Kα črte (17,4 keV). Totalno refleksijski modul je bil izdelan na Institutu Jožef Stefan. Sestavljen je iz kolimatorja, monokromatorja in nosilca vzorca. Monokromator je izdelan iz več tankih plasti ogljika in volframa. Uporabljen rentgenski spektrometer (Princeton Gamma Tech Co., ZDA) temelji na visokoločljivostnem polprevodniškem Si(Li) detektorju. Elektronski sistem detektorja sestavljajo: visokonapetostni vir, ojačevalnik, analogno digitalni pretvornik ter večkanalni analizator (MCA), (Canberra, ZDA).

Pribor:

- avtomatske pipete,

- nosilna kvarčna stekla (Φ = 3 cm, debelina 2 mm), - infrardeča svetilka.

Delovni pogoji:

Merjenje spektra vsakega vzorca poteka 5 minut pri sobni temperaturi, pri napetosti 40 kV in električnem toku 30 mA na rentgenski cevi.

Priprava vzorcev za analizo:

A) Vzorec: Odtehtamo 0,3 g (± 0,0001 g) vzorca medu v 25 mL stekleno čašo in ga raztopimo v dvakrat destilirani vodi, ki jo dolijemo do oznake 10 ml. Ko se med raztopi, dodamo interni standard, 1 mL standardne raztopine galija s koncentracijo 0,01 g/L. Raztopino homogeniziramo 1 uro v ultrazvočni kopeli. Nato odpipetiramo 10 μL raztopine vzorca na nosilno kvarčno steklo in pustimo čez noč v eksikatorju, da se posuši. Do analize hranimo vzorce v eksikatorju, da ne pride do kontaminacije s prahom. Izmerimo spekter rentgenske fluorescenčne svetlobe z metodo TXRF.

B) Slepi vzorec: Izmerimo spekter čistega kvarčnega stekla.

Izvedba analize:

Sušino vzorca medu z dodanim internim standardom vstavimo v spektrometer in izmerimo fluorescenčni spekter. Meritev spektra vsakega vzorca poteka 5 minut. Določimo ponovljivost metode z analizo vzorcev v šestih paralelkah, ki so pripravljene iz skupne raztopine istega vzorca.

Izračun rezultatov:

Elementno sestavo vzorca izračunamo s programom QAES, ki je bil razvit na Institutu Jožef Stefan. Na osnovi dodanega internega standarda izračunamo koncentracijo vseh ostalih prisotnih elementov v vzorcu medu. Pri izračunu program upošteva faktor razredčitve, koncentracijo internega standarda glede na odtehto vzorca in sipanje rentgenske fluorescenčne svetlobe. Rezultati za posamezne elemente se izpišejo v g/g vzorca.

Glede na energijo karakterističnega sevanja smo identificirali atome v vzorcu (kvalitativna analiza), iz intenzitete emitiranega sevanja pa določili ustrezno vsebnost elementa v vzorcu (kvantitativna analiza). Za vsako meritev posameznih elementov v vzorcu smo izračunali mejo detekcije (LOD) na podlagi razmerja med jakostjo šuma (ozadje) in jakostjo signala posameznega elementa. Rezultati, ki so bili blizu ali manjši kot meja detekcije, niso bili upoštevani v obdelavi podatkov.

Ponovljivost:

Ponovljivost metode smo določili tako, da smo en vzorec analizirali v šestih paralelkah (šest nanosov na reflekor iz ene raztopine vzorca). Z metodo TXRF smo določili hkrati 13 elementov. Ponovljivost smo testirali na vzorcu lipovega medu, L23, in ugotovili, da je ponovljivost dobra v primeru S, Cl, K, Ca, Pb in Rb, saj so bili pri teh elementih koeficienti variacije med paralelkami manjši od 15 %, kar je podrobno prikazano v prilogi E1. Pri Mn in Br smo opazili nekoliko slabšo, a zadovoljivo ponovljivost, 24 in 22 %. Zelo slaba ponovljivost pa je bila pri Cr, Fe, Ni, Cu in Zn, ker so ti elementi prisotni v medu v nizkih koncentracijah. Zaradi tega teh elementov ne bomo obravnavali podrobneje, ampak se bomo omejili le na tistih osem elementov, ki so imeli CV pod 25 %.

Rezultati testiranja ponovljivosti metode so primerljivi s podatki, ki so jih objavili Golob in sod. (2005). Tudi ti raziskovalci so dobili pri manganu slabšo ponovljivost (8,5 – 29,4 %, odvisno od vrste medu).

Meja detekcije se določa posebej za vsak element v vsakem vzorcu na podlagi vsebnosti posameznih elementov in osnove vzorca. Po izkušnjah Golob in sod. (2005) so meje detekcije posameznih elementov primerljive med vzorci medu različnih vrst in znašajo za žveplo 20,3 mg/kg, za klor 8,17 mg/kg, za kalij 3,29 mg/kg, za kalcij 2,56 mg/kg, za mangan 0,60 mg/kg, za brom 0,50 mg/kg in za rubidij 0,58 mg/kg.

3.4 DOLOČANJE VSEBNOSTI OGLJIKOVIH IN DUŠIKOVIH IZOTOPOV V