JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Arseeni esiintyy luonnonvesissä ja maaperässä monina erilaisina vaihtelevissa määrin myrkyllisinä yhdisteinä. Yleisesti ottaen epäorgaaniset arseeniyhdisteet ovat myrkyllisempiä kuin orgaaniset spesiekset ja yhdisteet, joissa arseeni esiintyy hapetusmuodossa As(III), ovat myrkyllisempiä kuin As(V)-yhdisteet. Tästä syystä arseenin spesiaation tutkiminen on tärkeämpää kuin kokonaispitoisuuden määritys, kun arvioidan arseenin aiheuttamia ympäristö- ja terveyshaittoja. Arseenia vapautuu ympäristöön maaperän mineraaleista eroosion sekä biologisen ja vulkaanisen toiminnan seurauksena, mutta myös ihmistoiminnan, kuten torjunta-aineiden käytön ja kaivostoiminnan, seurauksena. Suurimman altistumisriskin aiheuttavat saastuneet juomavedet. Arseeni voi päätyä saastuneista luonnonvesistä esimerkiksi kasveihin ja kaloihin, joten arseenille voi altistua myös ravinnon välityksellä.

Spesiaatioanalyysiä edeltävään näytteiden esikäsittelyyn liittyy monia haasteita. Kiinteiden näytteiden liuotuskäsittelyn on oltava riittävän tehokas, mutta se ei saa vaikuttaa arseenin spesiaatioon näytteessä. Ympäristöanalytiikassa käytetäänkin usein kevyitä luonnonolosuhteita vastaavia liuotuskäsittelyjä, kun halutaan arvioida liukoisesta arseenista aiheutuvia ympäristöhaittoja. Näytteen arseenispesiaatio voi muuttua myös hapetus-pelkistysreaktioissa arseenin ja muiden näytteessä olevien yhdisteiden välillä tai bakteeritoiminnan seurauksena, joten näytteiden oikeanlainen kestävöinti ja säilytys on tärkeää. Määritettävät arseenipitoisuudet ovat usein ympäristönäytteissä pieniä hivenainetason pitoisuuksia, joten myös näytteiden esikonsentrointi ja häiriöiden poisto esikäsittelyvaiheessa voivat olla tarpeellisia.

Arseenipesiaatio määritetään yleensä erottamalla määritettävät spesiekset toisistaan jollain erotusmenetelmällä ennen analyysiä. Erotusmenetelmä voi olla erikseen tehtävä off-line-tyyppinen erotus tai suoraan määritystekniikkaan liitettävä on-line-tyyppinen erotus. Off-line-erotusmenetelmiin lukeutuvat esimerkiksi neste-nesteuutto ja kiinteäfaasiuutto. Neste-nesteuuton osalta kehitystyö keskittyy nykyisin erityisesti erilaisiin mikrouuttoihin, joiden etuja ovat tehokkaampi spesiesten erotus, ympäristöystävällisemmät liuottimet ja pienempi liuotinkulutus verrattuna perinteiseen neste-nesteuuttoon. Vastaavia etuja liittyy myös neste-nesteuuttoa läheisesti muistuttavaan samepisteuuttoon. Kiinteäfaasiuuton etuja ovat muun muassa helppokäyttöisyys ja käytettyjen välineiden pieni koko, joka mahdollistaa esimerkiksi suodatettujen vesinäytteiden erotuskäsittelyn jo näytteenottopaikalla, jolloin vältetään mahdollinen spesiaatiomuutoksista aiheutuva virhe. Neste-nesteuuttoa ja kiinteäfaasiuuttoa voidaan käyttää myös arseenispesiesten esikonsentroinnissa.

On-line-menetelmistä käytetyin on nestekromatografia. Sen avulla on mahdollista erottaa useita yhdisteitä yhden ajon aikana, joka on sen merkittävimpiä etuja nopeuden ja on-line-sovellettavuuden lisäksi. Myös hydridinmuodostusta voi hyödyntää spesiaatioanalytiikassa höyrystämällä selektiivisesti yksi tai useampi yhdisteistä tai käyttämällä nestetyppiloukkua, josta spesiekset voidaan vapauttaa määritettäväksi yksi kerrallaan. Erityistapauksia spesiaatiomenetelmistä ovat sähkökemialliset menetelmät, joilla on mahdollista määrittää näytteestä haluttu arseenispesies selektiivisesti ilman analyysiä edeltävää spesiesten erotusprosessia. Kannettava laitteisto mahdollistaa näytteiden sähkökemiallisen spesiaatioanalyysin myös laboratorion ulkopuolella kenttäolosuhteissa.