Entwicklung eines Anreicherungsverfahren von Metallen aus Abwasserproben mit isotachophoretischer Endbestimmung

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines neuen Analysenverfahrens beschrieben. Das Verfahren macht es möglich die Metalle Chrom, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium und Blei aus Abwasserproben am Zulauf einer zentralen Abwasserbehandlungsanlage (ZABA der FA. Merck KGaA, Darmstadt) ohne große Zeitverzögerung zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass eine isotachophoretische Metallbestimmung mit dem Analysengerät ItaChrom EA 101 möglich ist. Dazu ist ein Elektrolytsystem (Leading: Glycolsäure; Terminating: ß-Alanin) entwickelt worden mit dessen Hilfe eine isotachophoretische Trennung der Analyten erreicht wird. Dabei setzte sich der Terminating aus 10 mM ß-Alanin und der Leading aus einer 20 mM Kaliumhydroxidlösung und Glycolsäure Lösung (pH 4.5) zusammen. Da die Nachweis- und Bestimmungsgrenze bei der Isotachophorese nicht aus der Streuung der Informationswerte einer Blindprobe berechnet werden kann, sind kleinste bestimmbare Konzentrationen für eine Zonenlänge von 1 Sekunde aus den Kalibrierfunktionen berechnet worden. Diese lagen zwischen 0,25 mg/l für Chrom und 1,29 mg/l für Blei. Weil die isotachophoretische Trennung nicht direkt aus den realen Proben realisiert werden konnte, ist ein geeignetes Trenn- und Anreicherungsverfahren entwickelt worden. Dabei zeigte ein Schichtbettaustauscher, der sich aus den Komponenten Kationenaustauscher I (Fa. Merck KGaA) – Hyphanâ (Fa Riedel-de Haen) - Kationenaustauscher I zusammensetzt die besten Ergebnisse bezüglich der Wiederfindung und lässt die Analyten aus realen Abwasserproben konstant bei etwa 80 % wiederfinden. Für ein Methodenvergleich von ITP (Isotachophorese) und ICP-OES (optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppelten Plasma) sind reale Proben am Zulauf zur ZABA entnommen worden. Nach Dotierung der Proben mit den Analyten, Anreicherung und Elution sind die diese mit sowohl ITP als auch ICP-OES bestimmt worden. Zwei Regressionsanalysen wurden verwendet, das Verfahren von Bablok-Passing und das Verfahren der Orthogonalregression. Beide Regressionsanalysen lieferten als Ergebnis die Gleichwertigkeit beider Verfahren.

This doctoral thesis describes the development of a new analytical method to determine the metals chromium, nickel, copper, zinc, cadmium and lead from waste water samples at the inlet of an sewage plant with only a small time delay. It shows that the determination of metals is possible with the analytical device ItaChrom EA 101. For that purpose an electrolyte was developed to separate ions of the analyts by isotachophoresis. Thereby the terminating electrolyte consisted of 10mM ß-Alanin and the leading electrolyte of a potassium hydroxide solution and glycol acid with a pH-value of 4.5. As the limits of determination could not be calculated from the variance of the information values from a sample by an isotachophoresis system they have been calculated with the calibrate functions for a zone length of one second. These were calculated between 0,25 mg/l for chromium and 1.29 mg/l for lead. Because waste water samples can not be directly analysed by isotachophoresis a method for isolation and concentration has been developed. An interchanger system which consists of the cations interchanger I (Fa. Merck KGaA) – Hyphanâ (Fa Riedel-de Haen) - cations interchanger I (Fa. Merck KGaA) showed the best results concerning the determination of the analyts. The metals were retrieved out of waste water samples with a reliable ness of approximately 80 %. For a comparison of ITP(Isotachophoresis and ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) real samples were used from the inlet of the sewage plant. After doping the samples with the corresponding metals, preconcentration and elution the concentrations were determined with help of ITP and ICP-OES. Two regression analyses were used: The procedure by Bablok Passing and the procedure called „Orthogonalregression“. Both regression analyses evidenced the equivalence of both analytical methods.