Chem. Listy 91, 38 - 47 (1997)

SPECIACE STOPOVÝCH PRVKŮ VE VODÁCH, PŮDÁCH,SEDIMENTECH A BIOLOGICKÝCH MATERIÁLECH*

RICHARD KOPLÍKa, EVA ČURDOVÁb livých sloučenin těžkých kovů a metaloidů na živé organ-a OTO MĚSTEK ismy vedly ke snahám o analytické rozlišení (speciaci)

různých forem vazby prvků ve vzorcích z životního pros-tředí a v biologických materiálech. Již v šedesátých letech

"Vysoká škola chemicko-technologická, Ústav chemie byly vyvinuty postupy pro stanovení vysoce toxické me-a analýzy potravin, Technická 5, 166 28 Praha 6, Vysoká thylrtuti7"9 ve vzorcích ryb, vajec, masa, jater a tělníchškola chemicko-technologická, Ústav analytické chemie, tekutin plynovou chromatografií. Jiný způsob diferenciaceTechnická 5, 166 28 Praha 6 mezi organickými a anorganickými formami rtuti byl za-

ložen na selektivní redukci sloučenin rtuti'^ při stanovenírtuti technikou studených par AAS. Tyto postupy lze tedy

Došlo dne 4.XI. 1996 považovat za první metody pro speciaci stopových množ-ství tohoto toxického kovu.

Termín speciace1' se v analytické literatuře rozšířil naObsah přelomu sedmdesátých a osmdesátých let. V současné době

je používán ve dvou významech. Zpravidla označuje pos-1. Úvod tup, který má za cíl rozlišení, případně stanovení jednot-2. Přírodní vody livých forem prvku ve studovaném vzorku. Pak je slovo3. Sedimenty a půdy speciace synonymní s jednoznačnějším výrazem speciační4. Biologické materiály analýza. Speciační analýzu Florence12 definuje jako sta-

novení koncentrací jednotlivých fyzikálně-chemických fo-rem prvku, jejichž součet tvoří celkovou koncentraci prvku

1. Úvod v e vzorku. Druhým významem slova speciace může býttaké forma nebo formy prvku, v nichž se prvek ve vzorkuvyskytuje, tedy fyzikálně-chemický stav prvku.

Studium chování stopových prvků v jednotlivých slož- Rozlišované formy prvku mohou být různá chemickákách životního prostředí' ~3 přineslo v minulosti množství individua (např. ionty v různých oxidačních stupních, kom-cenných informací o jejich výskytu, o zdrojích kontami- plexy, organoprvkové a organokovové sloučeniny atd.),nace, možnostech pohybu a o toxických účincích na organ- případně mohou být definovány vazbou na jednotlivé fázeismy. Rozvoj analytických technik4, zejména metod ato- vzorku, subsystémy, skupiny sloučenin (např. bílkoviny,mové spektrometrie, aktivační analýzy a elektrochemické polysacharidy a pod.) nebo na biologické struktury. Někdyrozpouštěcí analýzy, v nedávné době umožnil sledování se formy odlišují a definují na základě rozdílných fyz-řady prvků ve vzorcích z životního prostředí i na ultrastop- ikálně-chemických vlastností jako je rozpustnost a extra-ových hladinách. Informace získané kvantitativní analý- hovatelnost různými rozpouštědly nebo afinita k chemickyzou, tj. údaje o celkovém obsahu určitého prvku ve zkou- modifikovaným fázím nebo různá reaktivita těchto foremmaném materiálu, však nemusí být vždy dostatečné pro se selektivními činidly. Další možností může být funkčníposouzení možných účinků této hladiny prvku v daném definice, např. podíl prvku využitelný rostlinami, podílprostředí. prvku obsaženého v potravině, který může být resorbován

Poznatky toxikologů a fyziologů5'6 o různé míře to- v gastrointestinálním traktu a podobně,xických účinků a o kvalitativně rozdílných vlivech jednot- Speciační analýzu prvku lze vymezit jako diferenciaci

* Předneseno na XXX. semináři o metodice stanovení a významu stopových prvků v biologickém materiálu (Karlík 3.-5.9.1996).Tato práce vznikla v rámci projektu „Hodnocení stavu životního prostředí: Monitoring cizorodých látek v životním prostředí",který byl podpořen grantem Ministerstva životního prostředí ČR č. 402548048.

38

jednotlivých fyzikálně-chemických forem prvku, jejich údaje o chemických rovnováhách, konstantách stability atd.izolaci, detekci, kvantifikaci, charakterizaci, a případně Pokud vzorky vod obsahují jen stopy organických látek,identifikaci vazebných partnerů prvku (ligandů). V širším je možné speciaci prvků odhadnout na základě příslušnýchslova smyslu může jít i o určení fázové, nadmolekulární výpočtů z výše uvedených dat33. Např. u olova v přírodnícha molekulární distribuce prvku. Speciační analýza prvku vodách se může jednat o tyto anorganické formy: PbCO3,tedy odpovídá na otázku v jaké formě (formách) je prvek Pb(CO3)2~, PbCl+, PbCl2, PbOH+ a Pb(OH)2. Pouze veve vzorku přítomen. velmi kyselém prostředí s nízkou koncentrací chloridů lze

Problematice speciace stopových prvků je věnována počítat s větším podílem iontů Pb2 +. Ve sladkých vodáchřadamonografií^^^ipřehlednýchčlánků15"16. Publiko- obvykle převažují karbonátové formy. Za přítomnosti or-vané přehledy jsou věnovány např. speciaci arsenu17, se- ganických komplexotvorných látek (např. aminokyselin,lenu18-19, olova20"21 nebo různých dalších prvků v přírod- fulvokyselin, huminových látek, kyseliny citrónové, glyk-ních vodách22, půdách23'24, potravinách25, biologických olové, nitrilotrioctové a pod.) mohou převažovat stabilnímateriálech26-27 a tělních tekutinách28. Další přehledné komplexy olova s těmito látkami. V redukčních podmín-prácejsou zaměřeny na aplikaci jednotlivých analytických kách může ve vodách vznikat málo rozpustný sulfid olov-metod, např. chromatografie29-30, radioanalytických me- natý, resp. sulfidy ostatních kovů.tod31 či elektrochemických metod32 pro účely speciační V případě kadmia se v kyselém i neutrálním prostředíanalýzy. vyskytují ve vodách hydratované kademnaté ionty. Ty však

tvoří dosti snadno chlorokomplexy (CdCl+, nedisociovanýCdCl2, CdClj), které začínají mezi rozpustnými formami

2. Přírodní vody kadmia převažovat již při koncentracích chloridových ion-tů 0,01-0,03 moll"1. Formy CdOH+, Cd(OH)2 a CdCO3 se

Ve vzorcích přírodních vod jsou toxické prvky pří- vyskytují pouze v alkalickém prostředí,tomny v různých formách jednak v kapalné fázi, jednak Pokud jde o formy dvojmocné anorganické rtuti vevázané v suspendovaných tuhých částicích1'33'34. Mezi vodách, převažují ve slabě kyselém prostředí chlorokom-oběma fázemi se ustavuje rovnováha závislá na chemie- plexy (HgCl+, nedisociovaný HgCl2, a HgCl3) a to již přikých vlastnostech vzorku (zejména na pH, koncentraci nízkých analytických koncentracích chloridových iontů,aniontů, rozpustných plynů a dalších látek). Tyto procesy V mořské vodě je dokonce hlavní anorganickou formoučasto vedou u kontaminovaných vod k přechodu iontů HgCq". Ionty Hg2 + však již při pH = 2 - 6 hydrolyzují natěžkých kovů do tuhých částic postupnou precipitací (např. HgOH+ a Hg(OH)2. V alkalickém prostředí je dominantníve formě sulfidů) a adsorpcí, takže o úhrnném zatížení dané formou Hg(OH)2, v neutrálních vodách se střední salinitoučásti hydrosféry vypovídá spíše koncentrace prvků v šedi- pak HgOHCl. Sulfid rtuťnatý a sloučeniny jednomocnémentech. Nicméně i přechodně zvýšený obsah toxických rtuti, které mohou vznikat za redukčních podmínek, jsoustopových prvků v důsledku jednorázového znečištění mů- málo rozpustné ve vodě, takže je lze očekávat spíše veže vést k poškození či úhynu vodních organismů. Např. pro vodních sedimentech. Hlavními organickými formami rtutiryby35 jsou toxické již koncentrace mědi kolem 5 mg.I"1. ve vodách jsou CH3HgOH ve sladkých vodách a CH3HgClToxický účinek je však závislý na zastoupení jednotlivých v mořské vodě. Tyto sloučeniny vznikají meťhylací účin-forem prvku, přičemž u mědi jsou za nejtoxičtější po- kem vodních mikroorganismů33"35,važovány ionty Cu2 + a hydroxokomplexy. Arsen33 se v životním prostředí může vyskytovat v oxidač-

Zastoupení jednotlivých forem stopových prvků ve vo- nich stupních -III, 0, III a V. Za mírných redukčních pod-dách33 je ovlivňováno následujícími činiteli: mínek se arsen vyskytuje v trojmocné formě jako arsenitan.- rozpustností sloučenin těchto prvků ve vodě, Existence arsenu v oxidačních stavech 0 a -III je ve vodách- oxidačním stupněm prvku, nepravděpodobná. Vyžaduje totiž silné redukční prostředí.- přítomností komplexotvorných látek, tvorbou komple- Ve vodách obvykle převažuje As(V) jako HAsO^". V pě-

xů a iontových párů, timocné formě může arsen snadno precipitovat jako arse-- adsorpčními a desorpčními jevy, ničnan železitý, chromitý nebo barnatý. As(III) se ve formě- redoxním potenciálem a hodnotou pH prostředí. arsenitanu vyskytuje ve vodách hlavně v blízkosti hladiny.

Pro vyhodnocení relativního významu těchto činitelů je Ve větších hloubkách jezer nebo moří může za anaerobníchtřeba vzít v úvahu kinetické a termodynamické faktory, podmínek vznikat málo rozpustný As2S3. Jako produkty

39

metabolické činnosti vodních organismů vznikají z anor- 3. Sedimenty a půdyganických sloučenin arsenu methylované formy, jako jsoudimethylarsinová kyselina (CH3)2AsO(OH) (zkratka DMA),methylarsonová kyselina CH3AsO(OH)2 (zkratka MA) a ar- Obsah toxických prvků v sedimentech vodních tokůsenová analoga kvarterních amoniových sloučenin arše- a nádrží odráží celkovou kontaminaci dané lokality lépe,nobetain (CH3)3As+CH2COO" (zkratka AB) a arsenocho- než okamžitá koncentrace těchto prvků ve vodě33. Proto jelin (CH3)3As+CH2CH2OH (zkratka AC). Toxicita slou- rozbor těchto vzorků častým analytickým úkolem. Ke kon-čenin arsenu klesá v řadě As O 3" >AsC>4~ >MA>DMA>AB. taminaci půd'-3-33 přispívá atmosférická depozice tuhých

Diferenciace mezi jednotlivými formami stopových částic i používání agrochemikálií.prvků ve vodách (speciační analýza) využívá řady principů. Vodní sedimenty i půda představují heterogenní poly-Prvním je rozlišení rozpustného podílu a podílu vázaného fázový systém obsahující anorganickou i organickou hmo-na tuhé částice jednoduchou filtrací16 filtrem o velikosti tu, a to živou i neživou, v koloidním stavu i ve stavupórů 0,45 |am. Speciace prvků ve filtrátu vzorku je pak drobných částic, vodu a různé plyny v proměnlivých pro-založena buď porcích. Mezi jednotlivými složkami se ustavuje rovno-1. na přímém použití látkově specifické analytické meto- váha. Hlavními minerálními složkami půd33 jsou písky,

dy, kdy jen určité formy stanovovaného prvku poskytují silty a jíly. Organická hmota v horním půdním horizontuanalytický signál v závislosti na podmínkách, nebo tvoří asi 2-5 %.

2. na kombinaci vhodné separační metody s citlivou prv- Pro odhad mobility těžkých kovů v životním prostředíkove specifickou detekční metodou (AAS, AES, ICP- je u půd a sedimentů důležité vyhodnocení jejich obsahuMS). v kapalné fázi, tj. např. v půdním roztoku resp. určení jejichPříkladem prvního postupu je použití anodické roz- vyluhovatelnosti ze vzorku působením různých extrak-

pouštěcí voltametrie (ASV) pro stanovení ASV - labilní čních činidel. Extrakční pokusy mohou simulovat vymý-frakce kovů (Cu, Pb, Cd, Zn), kterou se aproximuje podíl vání toxických prvků z půd nebo sedimentu, ke kterémutoxických forem36. Hlavní nevýhodou tohoto přistupuje dochází v přírodním prostředí, případně mohou poskytnoutnemožnost exaktního vyjádření výsledku speciace jako zas- informace o podílu prvků přístupného rostlinám absorpcítoupení chemických individuí. kořenovým systémem.

Druhý přístup předpokládá dělení13-29'30 jednotlivých Speciační analýza toxických i esenciálních prvkůprvkových forem a jejich následné stanovení. Jako dělící v těchto materiálech využívá hlavně extrakčních postupů,metody se uplatňují zejména: Nejobjektivnější informaci o rozpustném podílu prvku- extrakce organickými rozpouštědly (oddělení nepolár- v původním stavu vzorku lze nejlépe získat izolací půdního

nich organokovových sloučenin), případně chelatace roztoku bez použití extrakčního činidla pouhou centri-analytu s následnou extrakcí, fugací a filtrací57; tento způsob izolace však bývá pro malý

- sorpce na iontoměniče včetně chelatačních iontoměničů obsah půdní vody dosti obtížný. Půdní roztok pak může býtse zabudovanými skupinami iminodioctové kyseliny použit ke stanovení celkového rozpustného podílu prvkunebo s thiolovými skupinami (zachycení volných iontů a k podrobnější speciaci58 rozpustných forem s využitíma labilních komplexů s afinitou k ionexu), prakticky všech metod uvedených v kapitole 2.

- převedení na těkavé sloučeniny, jejich zachycení a pos- Extrakce půd nebo sedimentů různými činidly a ná-tupné uvolňování, sledné stanovení příslušných prvků v připravených extrak-

- plynová chromatografie těkavých forem, případně pů- těch vhodnými instrumentálními metodami (AAS, ICP-vodně netěkavých forem po jejich derivatizaci, AES, ICP-MS a pod.) umožňuje odhadnout rozpustný podíl

- kapalinová chromatografie , a podíly vázané na různé složky půdy nebo sedimentu.- elektromigrační metody. o Používaná extrakční činidla jsou buď roztoky neutrálních

Separační zařízení může být spojeno s prvkově spéci- solí (CaCl2 nebo MgCl2), acetátové či oxalátové tlumivéfickým měřícím přístrojem on-line, takže je možné získat roztoky, roztoky chelatačních činidel (EDTA nebo DTPA),kontinuální záznam měření, například chromatogram nebo redukčních činidel (NH2OH.HC1), silné kyseliny a oxi-elektroforegram jednotlivých forem daného prvku. dační činidla (HC1, HNO3, HC1O4, HF, H2O2) nebo roz-

Některé příklady speciačních postupů pro vzorky vod toky alkálií (NaOH, Na2CO3). Ve speciačních schématechuvádí tabulka I. lze použít buď sekvenční extrakce řadou extrakčních čini-

40

41

42

Tabulka IISekvenční extrakce stopových prvků ze vzorků půd a sedimentů podle Tessiera

del o rostoucí účinnosti, která rozpouští postupně jednotlivé děnými roztoky elektrolytů a komplexotvorných látek,frakce, nebo paralelní extrakce původního vzorku jednot- Speciace stopových prvků v půdním roztoku ve smyslulivými činidly59. Nejčastěji používaný postup sekvenční charakterizace případně kvantifikace originálních vazeb-extrakce půd a sedimentů podle Tessiera60 umožňuje ro- ných forem prvků musí vycházet z fyzikální separace půd-zlišení pěti frakcí. Postup extrakce je zřejmý z tabulky II. ního roztoku ze vzorku, např. centrifugací. Použití ex-

S použitím Tessierova60 postupu nebo mírně modifik- trakčních činidel totiž představuje změnou pH a iontovéováného postupu61 byla získána data61-62 o distribuci řady síly drastický zásah do chemických rovnovah v půdnímprvků. Kromě Tessierova postupu existuje i řada jiných roztoku. V těchto případech se využívají elektroanalyticképodobných procedur, které rozlišují přibližně stejné kate- metody73, zejména voltametrie v průtokovém uspořádání,gorie vazeb kovů v půdách a sedimentech. Některé z nich63"66 po případě i v kombinaci s membránovou separací74. Dalšíumožňují podrobnější rozlišení, např. vazby na amorfní možností je použití vysokoúčinné kapalinové chromatografiea krystalické oxidy železa, na oxidy manganu, vazby na jako metody pro separaci prvkových forem v půdním roztokurozpustné a nerozpustné organické látky. Jednotlivé pos- ve spojení s vhodným detekčním systémem. Např. kombinacetupý jsou kriticky zhodnoceny v Hirnerově práci67. HPLC s GF AAS57'75 byla použita pro stanovení vazebných

Odhad podílu stopových prvků v půdě, který je vy- forem mědi v půdních roztocích. Gelová chromatografieužitelný kořenovým systémem rostlin, se provádí stáno- s chemickým reakčním detektorem76 umožnila detekci la-vením v extraktech půd, které byly připraveny za mírných bilních forem zinku, hliníku a železa, ale i ligandů těchtochemických podmínek. Zpravidla jde o extrakci vodou prvků podle obsahu funkčních skupin (aminoskupin, sulf-nebo zředěnými68 roztoky elektrolytů jako je 0,1 mol.I"1 hydrylových skupin, hydroxylových skupin) v jejich mo-CaCl2- Někdy se používají i účinnější extrakční činidla jako lekulách.roztoky komplexonů (zejména DTPA a EDTA). Jejich Při stanovení organokovových a organoprvkových slo-použití simuluje chování kořenů rostlin3, které vylučují do učenin v půdách a sedimentech je hlavním problémemsvého nejbližšího okolí v půdě některé látky s komple- izolace analytů ze vzorku. Pro alkylsloučeniny olova77 sexotvornými a rozpouštěcími účinky (zřejmě organické ky- využívá např. extrakce ze suspenze vzorku ve fosfátovémseliny) a ty pak rozpouští i některé formy prvku, které pufru do směsi hexan-benzen za přítomnosti dithizonu,nejsou primárně přítomny v půdním roztoku. reextrakce 0,15 mol.I"1 roztokem HNO3 a opětné převedení

Jiný navržený roztok69 pro extrakci využitelného po- do organické fáze extrakcí roztokem APDC v hexanu,dílu zinku, železa, manganu a mědi je 0,005 mol.I"1 DTPA Alikvotní podíl zahuštěného organického extraktu je pak+ 0,1 moll"1 triethanolamin + 0,01 mol.I"1 CaCl2, (pH = analyzován metodou HPLC s obrácenými fázemi s detekcí7,3). Podle údajů v literatuře70"72 se zdá, že roztok CaCl2 AAS v křemenné kyvetě. K dělení tetraalkylderivátů olovaje vhodný pro určování využitelného podílu zinku a kad- byla použita i plynová chromatografie ve spojení s GFmia, nikoliv však olova a mědi. AAS78. Pro izolaci organocíničitých sloučenin ze sedi-

V půdách, které byly kontaminovány odpadními ma- mentu lze využít extrakci kyselinou octovou a jejich pře-teriály, např. čistírenskými kaly64, bývají toxické prvky na vedení na těkavé hydridy cínu, které jsou pak analyzoványtuhou matrici vzorku vázány méně pevně, takže jsou snad- plynovou chromatografií s AAS detekcí79,něji solubilizovány již při extrakci vodou nebo velmi zře- Jednotlivé formy arsenu (tj. anorganický trojmocný

Krok Izolovaná frakce Extrakční činidlo

1 Iontově výměnný podíl 1 mol.l" MgCte, pH = 72 Podíl vázaný na uhličitany 1 mol.I"1 NaOAc + HOAc, pH = 53 Podíl vázaný na oxidy Mn a Fe 0,04 moll"1 NH2OH.HC1 v 25 % HOAc4 Podíl vázaný na organické látky a sulfidy 30 % H2O2 + HNO3, pH = 2 / NH4OAC5 Zbytkový podíl (vázaný v silikátové matrici) rozklad HF + HCIO4 (2:1)

43

a pětimocný arsen a dále MA a DMA) lze z půd extrahovat jednotlivých podílů vzorku (např. jednotlivých buněčnýchroztokem amoniaku. Po přečištění extraktu sloupcovou organel z tkáňového homogenátu) používá zejména difer-chromatografií se analyty dělí metodou HPLC s detekcí GF enciální centrifugace84. Způsob izolace a frakcionace ana-AAS80. Výtěžnost postupu se pro jednotlivé sloučeniny lytů se musí volit s ohledem na možné změny distribucearsenu dosti liší aje závislá i na druhu půdy81. Pro stanovení stopových prvků mezi jednotlivé fáze nebo chemicky defi-methylrtuti jako hlavní organokovové formy rtuti v půdách nované frakce účinkem chemických a fyzikálních činitelůse používají stále modifikace82 původní metody plynové při izolaci a frakcionaci. Je tedy třeba uvažovat o důsledcíchchromatografie8'9. možné denaturace biopolymerů, parciální hydrolýzy ur-

čitých složek nebo chemických změn způsobených vlastní-mi enzymy vzorku, které po rozrušení buněčných kompart-

4. Biologické materiály mentu přicházejí do styku s reaktivními substráty.Speciační postupy se při analýze biologických mate-

Speciace stopových prvků v biologických materiá- riálů26 navzájem dosti liší podle stanovovaného prvku i pó-lech2 6 '2 7 je mimořádně obtížná. Je to dáno zejména velkou dle charakteru vzorku. Jiný přístup je třeba volit při analýzerůznorodostí vazebných forem stopových prvků v biolo- rostlinných materiálů, jiný u živočišných tkání, mikrobiálnígických materiálech, malou stabilitou těchto forem i samot- biomasy, jiný u tělních tekutin a podobně,ných bioligandů stopových prvků a skutečností, zeje nutné U řady biologických materiálů (rostlinné materiály,detegovat až ultrastopová množství příslušného prvku potraviny) je frakcionace25"27 vzorku založena na sekven-v připravené frakci. ční nebo paralelní extrakci vodou, vodnými roztoky elek-

Stopové prvky v biologických matricích interagují trolytů (izolace bílkovin) a organickými rozpouštědly (izo-s přítomnými biomolekulami83 i ostatními složkami bi- lace lipidového podílu vzorku a oddělení organokovovýchologického materiálu. Mohou se vyskytovat např. v násle- sloučenin). Další frakcionace vodného extraktu spočívádujících formách: např. v precipitaci bílkovin85 změnou pH , nebo v chroma-- Elementární forma tografickém dělení; využívá se zejména principů gelové- Volné nebo hydratované ionty kovů a nekovů v různých a iontoměničové chromatografie26'27'29. Ke stanovení sle-

oxidačních stupních dovaných prvků v připravených frakcích se používají zejména- Komplexní sloučeniny kovů s anorganickými ligandy nebo citlivéspektrometrickémetody (GF AAS, ICP-AES alCP-MS).

s organickými ligandy o různé molekulové hmotnosti Pokud jde o speciaci toxických stopových prvků v rost-jako jsou např. aminokyseliny, peptidy a bílkoviny, linných materiálech, zaměřovala se dosud zejména na stu-cukry a polysacharidy, polární lipidy, hydroxykarbo- dium forem kadmia, případně mědi a zinku v rostlináchxylové kyseliny, kyselina fytová (tj. 1,2,3,4,5,6-cyklo- hydroponicky pěstovaných v médiu s vyšším obsahemhexanhexaol-hexakis(dihydrogenfosfát)), rostlinné fe- kovových i o n t ů 8 8 nebo v rostlinách pěstovaných v kon-nolové látky, třísloviny a flavonoidy, porfyriny a kori- taminované půdě89-90. Pozornost byla věnována také spe-noidy aj. ciaci thalia a kadmia91 v řepce {Brassica napus) a speciaci

- Málo rozpustné sloučeniny (sulfidy, sírany, fosforeč- zinku a kadmia v některých významných druzích zelen-nany, šťavelany, hydroxidy, fytaty) iny9 2 při normálních hladinách těchto prvků.

- Organokovové sloučeniny Z živočišných materiálů byla věnována velká pozornost- Kovalentní sloučeniny nekovovových a polokovových tkáním mořských živočichů - ryb, paryb, ale i měkkýšů

prvků (např. selenová analoga sirných aminokyselin, a korýšů. Řada těchto živočichů totiž akumuluje93 ve svýcharsenová analoga kvarterních amoniových sloučenin tělech značná množství rtuti, arsenu94, v některých pří-apod.) pádech i kadmia, zinku a selenu. Lovené ryby a ostatní

- Kovové ionty nebo komplexy vázané na povrchu ne- mořské poživatiny v některých zemích přispívají rozhodu-rozpustných biopolymerů. jící měrou kdietární dávce rtuti a arsenu95. Speciační studiePři speciační analýze většiny biologických materiálů je arsenu v tkáni žraloků96 prokázala jako hlavní sloučeninu

třeba počítat s tím, že stopové prvky i majoritní složky jsou arsenu arsenobetain. Metodou FAB-MS byla potvrzenave vzorku distribuovány nerovnoměrně a navíc jsou obsa- přítomnost této látky i u tresky, platýse, makrely a hře-ženy v různých nadmolekulárních strukturách, buněčných benatky97. U garnáta je hlavní formou arsenocholin97.stěnách či buněčných kompartmentech. Proto se k separaci U sladkovodních ryb9 7 tyto sloučeniny prokázány nebyly.

44

Pro speciaci arsenu se často používá kombinace kapalinové DPAS V diferenční pulsní anodická rozpouštěcí volta-chromatografie s ICP-MS9 6-9 8-9 9 nebo selektivní redukce metriejednotlivých sloučenin arsenu a stanovení hydridovou těch- DPCSV diferenční pulsní katodická rozpouštěcí volta-nikou AAS100. metrie

Speciace rtuti v rybách, ale i v jiných biologických DPP diferenční pulsní polarografiemateriálech, spočívá zejména ve stanovení methylrtuti ply- DTPA dithylentriaminpentaoctová kyselinanovou chromatografií8'9. Izolace methylrtuti ze vzorku je FAB-MS hmotnostní spektrometrie s ionizací rychlýmizaložena na extrakci z prostředí zředěné kyseliny chloro- atomy (fast atom bombardment mass spectro-vodíkové do benzenu nebo toluenu a následné reextrakci metry)neutrálním vodným roztokem cysteinu. Po opětovném oky- GF AAS atomová absorpční spektrometrie s atomizacíselení se analyt znovu extrahuje do benzenu a následuje v grafitové kyvetěstanovení plynovou chromatografií s použitím detektoru HOAc octová kyselinaelektronového záchytu. HPLC vysokoúčinná kapalinová chromatografie

Jiný přístup spočívající v kombinaci gelové chromato- ICP-AES atomová emisní spektrometrie s indukčně vá-grafie s voltametrií a AAS byl použit při speciaci kadmia, zaným plazmatemzinku, mědi a stříbra101-102 v tkáních humra a slávky. ICP-MS hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným

Z ostatních živočišných materiálů byla při speciačních plazmatemstudiích věnována pozornost zejména ledvinové a jaterní MA methylarsonová kyselinatkáni různých hospodářských zvířat. Zde se totiž těžké kovy MIBK methylisobutylketonvýrazně akumulují3-103 a jsou fixovány ve specifických QF AAS atomová absorpční spektrometrie s atomizacívazebných polypeptidech tzv. metalothioneinech104. Ke v křemenné kyvetěspeciaci se používá zejména spojení gelové chromatografies technikou ICP-MS1 0 5-1 0 6.

Specifickou kategorii speciační analýzy představuje stu- LITERATURAdium vazebných forem stopových prvků v tělních teku-tinách a tekutých tkáních2 8 '1 0 7. Získávané výsledky při- 1. MerianE.: Metals and Their Compounds in the Envi-spívají k podrobnějšímu poznání mechanismů resorpce, ronment. Occurence, Anály sis and Biological Rele-transportu a metabolismu stopových prvků v těle experi- vance. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1991.mentálních zvířat nebo člověka. Práce tohoto druhu se 2. Bencko V.,CikrtM.,Lener J.: Toxické kovy v životnímzaměřují především na vazbu hliníku108, chrómu107, ar- a pracovním prostředí člověka. Grada Publishing,senu 1 0 7, olova, mědi a zinku 1 0 9 na plasmatické bílkoviny a Praha 1995.jiné složky krve. 3. Cibulka J.: Pohyb olova, kadmia a rtutí v biosféře.

Academia, Praha 1991.S e z n a m p o u ž i t ý c h z k r a t e k 4. Alfassi Z. B.: Determination ofTrace Elements. VCHa s y m b o l ů Verlagsgesellschaft, Weinheim 1994.

5. Goyer R. A., Mehlman M. A.: Toxicology ofTraceAAS atomová absorpční spektrometrie Elements. J. Wiley, New York 1977.AB arsenobetain 6. Mertz W.: Trace Elements in Human and AnimalAC arsenocholin Nutrition. Academie Press, New York 1987.AES atomová emisní spektrometrie 7. Westoo G.: Acta Chem. Scand. 20, 2131 (1966).Am amyl 8. Westoo G.: Acta Chem. Scand. 21, 1970 (1967).APDC pyrrolidindithiokarbamat amonný 9. Westoo G.: Acta Chem. Scand. 22, 2277 (1966).ASV anodická rozpouštěcí voltametrie 10. Magos L.: Analyst 96, 847 (1971).CV AAS technika studených par atomové absorpční spek- 11. Bernhard ML, Brinckman F. E., Sadler P. J.: The Im-

trometrie portance of Chemical „ Speciation " in EnvironmentalCys cystein Processes. Springer, Berlin 1986.EDTA ethylendiamintetraoctová kyselina 12. Florence T. ML: Talanta 29, 354 (1982).DMA dimethylarsinová kyselina 13. Harrison R. M., Rapsomanikis S.: Environmental

45

Analysis Using Chromatography Interfaced with Ato- 45. Chakraborti D., Dirkx W., Van Cleuvenbergen R.,mic Spectroscopy. Ellis Horwood, Chichester 1989. Adams F.: Sci. Total Environ. 84, 249 (1989).

14. Batley G. E.: Trace Element Speciation: Analytical 46. Lobiňski R., Adams F. C: J. Anal. At. Spectrom. 7,Methods andProblems. CRC Press, BočaRaton 1989. 987 (1992).

15. VanLoonJ.C.,BarefootR.R.:Analyst 117,563 (1992). 47. LobiňskiR.,AdamsF.C.:Anal.Chim.Acta262,285(1992).16. Lund W.; Fresenius J. Anal. Chem. 337,557 (1990). 48. Dirkx W. M. R, Adams F. C: Mikrochim. Acta 109,17. MoritaM.,EdmondsJ.S.:PureAppl.Chem. 64,575 (1992). 79(1992).18. Dauchy X., Potin-Gautier M., Astruc A., Astruc M.: 49. Dirkx W„ Van Mol W. E., Van Cleuvenbergen R. J. A.,

Fresenius J. Anal. Chem. 348, 792 (1994). Adams F.C.: Fresenius J. Anal. Chem. 335, 769 (1989).19. Munoz Olivas R., Donard O. F. X., Cámara C, 50. RitsemaR.: Mikrochim. Acta 109, 61 (1992).

Quevauviller P.: Anal. Chim. Acta 286, 357 (1994). 51. Ebdon L„ Hill S. J., Jones P.: Talanta 38, 607 (1991).20. BaxterD.C.,FrechW.:PureAppl.Chem.67,615(1995). 52. Chamzas M., Khasawneh I. M., Winefordner J. D.:21. Pyrzyska K.: Mikrochim. Acta 722, 279 (1996). Talanta 35, 519 (1988).22. Šalbu B.: Mikrochim. Acta 1991, II, 29. 53. Munaf E., Haraguchi H., Ishii D., Takeuchi T., Goto23. Ure A. M.: Fresenius J. Anal. Chem. 337, 577 (1990). M.: Anal. Chim. Acta 235, 399 (1990).24. Ure A. M.: Mikrochim. Acta 1991, II, 49. 54. Sturgeon R. E., Siu K. W. M., WillieS. N., BermanS.25. Schwedt G.: Trends Anal. Chem. 2, 39 (1983). S.: Analyst 114, 1393 (1989).26. BehneD.: Analyst 117, 555(1992). 55. Van Cleuvenbergen R. J. A., Van Mol W. E., Adams27. Gardiner P. H. E., Delves H. T., v knize: Trace Ele- F.C.: J. Anal. At. Spectrom. 3, 169 (1988).

ment Analysis in Biological Specimens. (Herber R. F. 56. Campanella L., Ferri T., Morabito R., Paoletti A. M.:M., Stoeppler M., ed.). Elsevier, Amsterdam 1994. Chim. Ind. 69, 90 (1987).

28. Das A. K., Chakraborty R., Cervera M. L., de la 57. Morrisson A. R., Park J. S., Sharp B. L.: Analyst 115,GuardiaM.: Mikrochim. Acta 122, 209 (1996). 1429 (1990).

29. ChauY. K.: Analyst 117, 571 (1992). 58. Verloo M., Eeckhout M.,: Inter. J. Environ. Anal.30. Lobiňski R.: Analusis 22, 37 (1994). Chem. 39, 179 (1990).31. CornelisR.: Analyst 117, 583(1992). 59. Calvet R. Bourgrois S.,Msaky J. J.: Inter. J. Environ.32. Florence T. M.: Analyst 111, 489 (1986). Anal. Chem. 39, 31 (1990).33. Fergusson J. E.: The Heavy Elements. Chemistry, En- 60. Tessier A., Cambell P. G. C, Bisson M.: Anal. Chem

vironmental Impact and Health Effects. Pergamon 57,844(1979).Press, Oxford 1990. 61. Rauret G., Rubio R., Lopez-Sanchez J. F., Casassas

34. Pitter P.: Hydrochemie. SNTL Praha 1990. E.: Inter. J. Environ. Anal. Chem. 55, 89 (1989).35. Lloyd R.: Pollution and Freshwater Fish. Blackwell 62. Spěváčková V., Kučera J.: Inter. J. Environ. Anal.

Scientific Ltd., Oxford 1992. Chem. 55, 241 (1989).36. Florence T.M.: Analyst 117, 551(1992). 63. KerstenM.,FoerstnerU.:Wat.Sci.Technol.7S, 121 (1986).37. Martinotti W., Queirazza G., Realini F., Ciceri G.: 64. Spozito G., Lund L. J., Chang A. C: Soil Sci. Soc.

Anal. Chim. Acta 261, 323 (1992). Am. J. 46, 260 (1982).38. Iyer V. N., Rao K. S. M., Sarin R.: Indián J. Environ. 65. Shuman L. M., Hargrove W. L.: Soil Sci. Soc. Am. J.

Prot. 9, 104(1989). 49,1117(1985).39. Miwa T., Murakami M., Mizuike A.: Anal. Chim. 66. Zeien H., Bruemmer G. W.: Mitt. Dt. Bodenkundl.

Acta 219, 1 (1989). Ges. 59, 505 (1989).40. Liu Y., Ingle J. D. Jr.: Anal. Chem. 61, 525 (1989). 67. HirnerA.V.: Inter. J.Environ. Anal.Chem.46,11 (1992).41. Beceiro-Gonzales E.: J. Anal. At. Spectrom. 8, 649 68. Delschen T., Werner W.: Landwirtsch. Forsch. 42,40

(1993). (1989).42. BoussemartM.,VandenBergC. M. G., GhaddafM.: 69. Lindsay W. L., Norwell W. A. : Soil Sci. Soc. Am. J.

Anal. Chim. Acta 262, 103 (1992). 42, 421, (1978).43. Boussemart M„ Van den Berg C. M. G.: Anal. Proč. 70. Sauerbeck D. R., Styperek P.: Chemical Methods for

28, 68 (1991). Assessing Bioavailable Metals in Sludges and Soil.44. MikacN.,BranicaM.: Anal.Chim. AcXz.264,249(1992). Elsevier, Amsterdam 1985.

46

71. Koester W., Merkel D.: Landwirtsch. Forsch. Son- 97. Lawrence J. F., Michalik P., Tam G., Conacher H. B.derh. 39, 245 (1982). S.: J. Agric. FoodChem. 34, 315 (1986).

72. Száková J„ Tlustoš P., Balík J., Přibyl A.: Sborník 98. Shum S. C. K., Neddersen R., Houk R. S.: Analystpřednášek z XXVIII. semináře o metodice stanovení 117, 577 (1992).a významu stopových prvků v biologickém materiálu. 99. Demesmay C, Olle M., Porthault M.: Fresenius J.Karlík, 16.-17. 5. 1994, str. 76. Anal. Chem. 348, 205 (1994).

73. EdmondsT.E. : Anal. Proč. 21, 366 (1984). 100. MiinzH.,Lorenzen W.: Fresenius J. Anal. Chem. 319,74. Berggren D.: Int J. Environ. Anal. Chem. 41,133, (1990). 395 (1984).75. Brown L., Haswell S. J., Rhead M. M., O'NeiI P„ 101. Chou C. L., Uthe J. E., Guy R.D.: J. AOAC Int. 76,

BancroftK. C. C: Analyst 108, 1511 (1983). 794(1993).76. Dunemann L., Schwedt G.: Fresenius J. Anal. Chem. 102. Luten J. B., Bougnet W., Burggraaf M. M., Rus J.:

317, 394 (1984). Bull. Environ. Contam. Toxicol. 37, 579 (1986).77. Blais J. S., Marshall W. D.: J. Anal. At. Spectrom. 4, 103. Vreman K., van der Veen N. G., van der Molen E. J.,

271 (1989). de Ruig W. G.: Neth. J. Agric. Sci. 34, 129 (1986).78. Cruz R. B., Lorouso C, George S„ Thomassen Y„ 104. KagiJ.H.R.,ValleeB.L.: J.Biol.Chem.235,3460(1960).

Kinrade J. P., Butler L. R. P., Lye J„ Van Loon J. C: 105. Crews H. M., Dean J. R„ Ebdon L„ Massey R. C:Spectrochim. Acta 35B, 775 (1980). Analyst 114, 895 (1989).

79. Martin F. M., Tseng Ch. M., Bělin C, Quevauviller P., 106. Owen L. M. W., Crews H. M., Hutton R. C, WalshDonard O. F. X.: Anal. Chim. Acta 286, 343 (1994). A.: Analyst 117, 649 (1992).

80. Iadevaia R., Aharonson N., Woolson E. A.: J. Assoc. 107. Cornelis R., De Kimpe J.: J. Anal. At. Spectrom. 9,Off. Anal. Chem. 63, 742 (1980). 945 (1994).

81. Mohan M. S., Zingaro R. A., Micks P., ClarkP. J.: Int. 108. Keirsse H„ Smeyers-Verbeke J., Verbeelen D„ Mas-J. Environ. Anal. Chem. 11, 175(1982). sartD. L.: Anal. Chim. Acta 96, 103(1987).

82. Analytical Methods Committee: Analyst 102,769 (1977). 109. Gercken B., Barnes R. M.: Anal. Chem. 63, 283 (1991).83. Eichhorn G. L.: Inorganic Biochemistry, Vol. 1. Else-

vier, Amsterdam 1973.84. Miko M., v knize: Biochemické laboratorně metody (Fe- R. Koplíka, E. Čurdováb and O. Mestekb ("Depar-

renčíkM., ŠkárkaB., ed.), str. 724. Alfa, Bratislava 1981. tment of Food Chemistry and Analysis, bDepartment of85. Yasumoto K., Suzuki T., Yoshida M.: J. Agric. Food Analytical Chemistry, Institute of Chemical Technology,

Chem. 36, 463 (1987). Prague): Trace Element Speciation in Water, Soils, Se-86. Cataldo D. A., Garland T. R., Wildung R. E., Drucker diments and Biological Materials

H.: Plant Physiol. 62, 566 (1978).87. CasterlineJ.L.,BarnettN.M.:PlantPhysiol.69,1004(1982). The term speciation refers to element occurrence ín88. KhanA.,WeawerC.M.,SatherS.:J.FoodSci.55,263(1990). various chemical forms or species as well as to chemical89. Yoshida S.: Agric. Biol. Chem. 50, 2273 (1986). investigation of these forms including their isolation from90. Yoshida S., Tanaka R., Kashimoto T.: J. Food Hyg. the sample, separation, detection, determination, charac-

Soc. Japan 27, 64 (1986). terization or identification as individual chemical com-91. Gunther K., UmlandF.: Fresenius J. Anal. Chem. 537, pounds. Individual element species can be defined not only

302 (1988). as specific compounds, but also with respect to biological92. GuntherK.,WaldnerH.: Anal.Chim.Acta259,165(1992). availability of individual species, their physico-chemical93. Gutenmann W. H., Bache C.A., McCahan J. B., Lisk properties, binding of elements to sample phases, fractions

D. J.: Nutr. Rep. Int. 38, 1157(1988). or stuctural components etc. The review is focused on94. Irgolic K. J.: Appl. Organomet. Chem. 2, 303 (1988). analytical problems of speciacion of As, Cd, Cr, Cu,95. Van Dokkum W., De Vos R. H., Muys Th., Wesstra Hg, Pb, Se, Sn and Zn in environmental and biological

J. A.: Brit. J. Nutr. 61, 7 (1989). matrices. The applicability of diverse analytical appro-96. Beauchemin D., Bednas M. E., Berman S. S., Mc aches, such as hyphenated chromatographic-atomic spec-

Laren J. W., Siu K. W. M., Sturgeon R. E.: Anal. trometric techniques or electrochemical methods, are dis-Chem. 60, 2209 (1988). cussed and illustrated by a number of practical examples.

47