DD301863A7

DD301863A7 - Verfahren zur Bestimmung natuerlicher und nichtnatuerlicher absorbierender Stoffe in waessrigen Medien

Info

Publication number: DD301863A7
Application number: DD34205490A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Hendrik Dipl Mittenzwey; Steffen Dipl-Phys Breitwieser
Original assignee: Mittenzwey Klaus Hendrik Dipl; Breitwieser Steffen Dipl_Phys
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1994-05-26

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Absorbern in wäßrigen Medien insbesondere in natürlichen Gewässern mittels der Fluoreszenzspektroskopie ohne Probenvorbehandlung, das für die Ermittlung der Konzentration natürlicher Absorber und für den Nachweis der Existenz nichtnatürlicher Absorber bei der regelmäßigen Gewässerüberwachung geeignet ist. Das Wesen der Erfindung ist durch die Bestimmung natürlicher Fluoreszenzstandards, wobei diese durch die spektrale und/oder zeitaufgelöste Fluoreszenz sowie Eichkurven zwischen der Fluoreszenz und Konzentration natürlicher Absorber definiert sind, und den Vergleich von aktuell gemessener Fluoreszenz mit den Fluoreszenzstandards gekennzeichnet. Zur Ermittlung der Eichkurven werden auf der Basis der bezüglich der Anregungswellenlänge linearen Fluoreszenz kurzwellige spektrale Fluoreszenzwerte oder Kombinationen von diesen mit einem Faktor, der eine Funktion von langwelligen spektralen Fluoreszenzwerten oder Kombinationen von diesen ist und/oder einem Faktor, der eine Funktion der Abklingzeit ist, multipliziert und mit einem wellenlängenabhängigen Term addiert. Weitere Eichkurven werden über die Kombination von bezüglich der Anregungswellenlänge linearer und Sättigungsfluoreszenz ermittelt.{Fluoreszenzspektroskopie; Fluoreszenzstandard; natürliche Absorber; nichtnatürliche Absorber;}

Description

Ausführungsbeispiel

Mit einem handelsüblichen Laserimpulsfluorimeter wurde die spektrale und zeitaufgelöste Fluoreszenz der Berliner Gewässer Spree, Müggelsee, Dahme u.a. wiederholt bestimmt. Die Fluoreszenz, die sich dabei im Mittel ergab, wurde als Fluoreszenzstandard für genannte Gewässer definiert.

Zur Bestimmung gewässerspezifischer Eichkurven wurden parallel zur Fluoreszenzmessung die Konzentration natürlicher Absorber im Labor ermittelt und anschließend eine Regressionsanalyse durchgeführt.

Die Fig. 1 zeigt eine solche Eichkurve, die für die Berliner Gewässer gültig ist. Der irr Labor bestimmte CSV_c,-Werte, der hier offenbar ein Maß für die Konzentration der natürlichen organischen gelösten Absorber ist, wurde auf der Ordinate abgetragen.

Auf der Abszisse sind solche Fluoreszenzwerte abgetragen, die durch Multiplikation von If (λ = 538 nm) mit den Faktoren

K, = f(l_F(\ = 658nm)) = exp (B ♦ Ι_Ρ(λ = 658nm)) K₂ = f(lf(t)) = T₀/T_m„

gebildet werden, wobei If die Fluoreszenzintensität, B eine gewässerspezifische Konstante und T₀ die Fluoreszenzabklingzeit darstellen.

Bei der routinemäßigen Gewässerkontrolle wurde die aktuell gemessene Gewässerfluoreszenz mit den Fluoreszenzstandards des Gewässers verglichen. In Fig. 2 sind durch Kurve 1 ein Fluoreszenzstandard als spektrale Fluoreszenz sowie durch Kurve 2 eine aktuell gemessene spektrale Fluoreszenz dargestellt, die signifikant vom Fluoreszenzstandard insbesondere im blauen Spektralbereich abweicht und die Existenz nichtnatürlicher Absorber, insbesondere aromatischer Kohlenwasserstoffe, anzeigt. Die Ermittlung der Konzentration natürlicher Absorber, hier als gelöste organische Gesamt'ast in Form des CSV_C,-Wertes, erfolgt mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Eichkurve.

Claims

Verfahren zur Bestimmung natürlicher und nichtnatürlicher absorbierender Stoffe in wäßrigen Medien mittels Fluoreszenzspektroskopie, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl die lineare Fluoreszenz als auch diejenige Fluoreszenz ermittelt wird, die für große Extinktionen bei der Anregungswellenlänge bzw. für große Wege der Anregungsstrahlung im zu untersuchenden Medium typisch ist und die Fluoreszenzsättigung charakterisiert.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration natürlicher Absorber in wäßrigen Medien, insbesondere in natürlichen Gewässern, und zum Nachweis der Existenz nichtnatürlicher Absorber, insbesondere von in natürlichen Gewässern suspendiertem und auf der Oberfläche schwimmendem öl, auf der Basis der Fluoreszenzspektroskopie ohne Probenvorbehandlung bei der Gewässerüberwachung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die in natürlichen Gewässern vorkommenden natürlichen Absorber sind z.B. Fulvo-und Ligninsulfonsäure. Ein in der Gewässerüberwachung angewandtes Verfahren zur Bestimmung ihrer Konzentration ist die Eliminierungsanalyse, die einen Spezialfall der Chromatographie darstellt. Diese und auch weitere Methoden, wie z. B. Spektralphotometrie und Gravimetrie, erfordern eine Probenvorbehandlung.

Bei der Bestimmung von nichtnatürlichen Absorbern, insbesondere Öl im Wasser, bedient man sich z. B. der Gravimetrie, Refraktometrie, Dünnschichtchromatographie und Infrarotphotometrie. Diese Methoden erfordern ebenfalls eine Probenvorbehandlung. Eine mögliche Probenvorbehandlung Ist z. B. das Extrahieren des Öls aus dem Wasser mittels geeigneter Lösungsmittel, womit das Öl in eine für die Konzentrationsbestimmung geeignete Form überführt wird. Jede Probenvorbehandlung ist mit labortechnischem Aufwand verbunden, ist zeitaufwendig und liefert somit nur beschränktes Datenmaterial.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schnellbestimmung der Konzentration natürlicher Absorber sowie der Schnellnachweis der Existenz nichtnatürlicher Absorber in natürlichen Gewässern in einfacher und wirtschaftlicher Weise.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Basis der Fluoreszenzspektroskopie wäßriger Medien, insbesondere natürlicher Gewässer, eine Methode zu entwickeln, die es gestattet, ohne Probenvorbehandlung die Konzentration natürlicher Absorber schnell, einfach und sicher zu erfassen und die Existenz nichtnatürlicher Absorber, insbesondere von in natürlichen Gewässern suspendiertem und auf der Oberfläche schwimmendem Öl, nachzuweisen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt die jedem natürlichen Gewässer eigene charakteristische Fluoreszenz durch mehrfache Messung der spektralen und/oder zeitaufgelösten Fluoreszenz bestimmt sowie gewässerspezifische Eichkurven zwischen Fluoreszenz und Konzentration natürlicher Absorber ermittelt und im Ergebnis dessen die Fluoreszenzstandards der natürlichen Gewässer definiert werden. In einem zweiten Schritt, der der eigentlichen Gewässerüberwachung entspricht, werden orfindungsgemäß die aktuelle spektrale und/oder zeitaufgelöste Fluoreszenz gemessen und unter Verwendung der im ersten Schritt ermittelten Eiclikurven die Konzentration natürlicher Absorber bestimmt sowie zum Zwecke des Existenznachweises nichtnatürlicher Absorber die aktuell gemessene Fluoreszenz mit den Fluoreszenzstandards verglichen. Signifikante Unterschiede weisen die Existenz derartiger Absorber nach. Ein Beispiel für nichtsiginifikante Absorber sind Öle bzw. ölbürtige aromatische Kohlenwasserstoffe. Die Bestimmung der Fluoreszenzstandards sowie der aktuellen Fluoreszenz erfolgt sowohl bei der bezüglich der Anregungswellenlänge linearen Fluoreszenz als auch derjenigen Fluoreszenz, die für große Extinktionen bei der Anregungswellenlänge typisch ist bzw. die Fluoreszenzsättigung charakterisiert. Das kann z. B. realisiert werden, indem die lineare Fluoreszenz bei kleinen Wegen und die Sättigungsfluoreszenz bei großen Wegen der Anregungsstrahlung im zu untersuchenden Medium gemessen wird.

Zur Ermittlung der Eichkurven werden auf der Basis der linearen Fluoreszenz kurzwellige spektrale Fluoreszenzwerte oder Kombinationen von diesen mit einem Faktor, der eine Funktion von langwelligen spektralen Fluoreszenzwerten oder Kombinationen von diesen ist und/oder einem Faktor, der eine Funktion der Abklingzeit ist, multipliziert, mit einem wellenlängenabhängigen Term addiert und einer Regressionsanalyse mit parallel gewonnenen Labordaten unterzogen. Weitere Eichkurven werden über die Kombination von linearer und Sättigungsfluoreszenz ermittelt.