Analisi dei metalli in traccia con elettrodi allo stato solido – Parte 5

23 nov 2020

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Questo articolo è Parte 5 di una serie.

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Nell'ultima parte della nostra serie di articoli sull'analisi dei metalli in tracce mediante elettrodi allo stato solido, daremo uno sguardo all'elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso (GC RDE) e le sue possibilità applicative.

L'elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso (GC RDE)

Un elettrodo a disco rotante (RDE) è costituito da due parti: la punta dell'elettrodo, disponibile in diversi materiali, e un asse motore. La punta dell'elettrodo viene semplicemente avvitata sull'asse (Figura 1) per assemblare l'elettrodo di lavoro completo.

Figure 1. Le due parti che compongono la RDE. A sinistra: asse motore per RDE. A destra: punta dell'elettrodo in carbonio vetroso, con asta in vetro.

Il carbonio vetroso (GC) ha una lunga storia come materiale per elettrodi solidi per l'analisi dei metalli in tracce. In generale, GC è carbonio con una struttura amorfa simile al vetro o alla ceramica, ma diversa dalla grafite o dal diamante che hanno entrambi una struttura cristallina.

A parte le proprietà tra cui una stabilità alle alte temperature e una durezza simile al quarzo, il carbonio vetroso è molto inerte chimicamente e ha un bassa resistenza elettrica, rendendolo un materiale per elettrodi versatile.

Nella punta dell'elettrodo Metrohm GC (Figura 1), l'asta di carbonio vetroso è fusa all'interno di un'asta di vetro, un altro materiale inerte. Questo design crea una punta dell'elettrodo che è inerte contro la maggior parte dei prodotti chimici e solventi e garantisce misurazioni con ottima riproducibilità grazie all'intersezione continua tra il materiale dell'elettrodo e l'asta di vetro.

Figure 2. Elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso in uno strumento 884 Professional VA di Metrohm.

Modifica con una pellicola metallica

Per le applicazioni in tracce metalliche, l'elettrodo GC viene solitamente modificato con una pellicola metallica solitamente mercurio o bismuto. Il film viene placcato ex situ da una soluzione di placcatura acida che contiene circa 20 mg/L Hg²⁺ o Bi³⁺. Tale soluzione può essere facilmente preparata da soluzioni standard di metallo disponibili in commercio e può essere utilizzata per la placcatura di diversi film.

Una volta che il film si è depositato sull'elettrodo di carbonio vetroso, è possibile effettuare più determinazioni con lo stesso film. Quando le prestazioni peggiorano, la pellicola esausta viene semplicemente rimossa e una nuova pellicola viene placcata. Poiché solo il film rinnovabile è influenzato dai processi di invecchiamento, l'elettrodo GC stesso può essere utilizzato per molto tempo.

Applicazioni

Le applicazioni che utilizzano elettrodi di carbonio vetroso mostrano un'eccellente riproducibilità e stabilità in combinazione con limiti di rilevamento molto bassi.

Determinazioni di cadmio e piombo

Il rischio di avvelenamento da cadmio e piombo dall'acqua potabile e il significato della determinazione di questi due elementi è già stato discusso nei post precedenti di questa serie. Per monitorare i valori guida di 3 µg/L per il cadmio e 10 µg/L per il piombo, raccomandati dall'OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità), un limite di rilevamento di β(Cd) = 0,3 µg/L e β(Pb) = 1 µg/L sarebbero sufficienti.

Con l'elettrodo di carbonio vetroso la determinazione è molto più sensibile, con un miglioramento di dieci volte del limite di rilelazione di β(Cd) = 0,02 µg/L e β(Pb) = 0,05 µg/L con un tempo di deposizione di 30 s. Questo limite può essere ulteriormente abbassato con un aumento del tempo di deposito.

Per questa determinazione estremamente sensibile, sull'elettrodo di carbonio vetroso viene applicata una pellicola di mercurio. La determinazione del cadmio e del piombo viene effettuata mediante voltammetria di stripping anodico (ASV).

Il limite di rilevamento molto basso rende questa applicazione particolarmente interessante quando non è solo necessario monitorare i valori limite, ma anche rilevare effettivamente le concentrazioni nell'intervallo ppt (parti per trilione, ng/L), ad esempio nell'analisi ambientale come la ricerca sull'acqua di mare.

Scarica la nostra Application Note gratuita per saperne di più.

Cadmio e piombo nell'acqua potabile – Determinazione simultanea con elettrodo GC modificato con pellicola di mercurio

Misure di nichel e cobalto

Un'altra applicazione con limiti di rilevamento molto bassi che utilizzano l'elettrodo GC è la determinazione del nichel e del cobalto. Questo elettrodo consente il rilevamento di concentrazioni fino a β(Ni) = 0,05 µg/L e β(Co) = 0,03 µg/L. Per questa applicazione, l'elettrodo viene modificato con una pellicola di bismuto. La determinazione del nichel e del cobalto viene effettuata mediante voltammetria di stripping adsorbente (AdSV) utilizzando l'agente complessante DMG (dimetilgliossima).

Figure 3. Determinazione di β(Ni) = 0,34 µg/L e β(Co) < LOD in acqua di rubinetto (tempo di deposizione di 30 s) utilizzando il GC RDE.

Per decenni, questo metodo è stato eseguito con successo con l'elettrodo a goccia di mercurio. L'uso di una pellicola di bismuto su un elettrodo di carbonio vetroso offre un'alternativa non tossica con una sensibilità simile al metodo stabilito. Oltre all'elevata sensibilità, mostra anche questa applicazione ottima ripetibilità.

20 determinazioni consecutive di β(Ni) = 0,5 µg/L e β(Co) = 0,5 µg/L, effettuate sullo stesso film di bismuto, hanno mostrato un recupero medio del 105% per il nichel, con una deviazione standard relativa (RSD) del 2,0%. Il recupero per il cobalto è stato del 112% con un RSD del 3,3%. Questo rende questo metodo uno strumento valido nell'analisi ambientale quando si dovrebbero studiare le concentrazioni di fondo naturale, che sono spesso nell'intervallo ppt (ng/L).

Maggiori dettagli possono essere trovati nella nostra Application Note gratuita di seguito.

Nichel e cobalto nell'acqua potabile – Determinazione simultanea nell'intervallo ng/L basso con elettrodo a disco rotante GC modificato con pellicola di bismuto

Monitoraggio del cromo(VI).

I limiti legali per il cromo sono relativamente alti. Ad esempio, il valore guida dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) è 50 µg/L per acqua potabile. Questi valori di solito si riferiscono alla concentrazione totale di cromo, ma ci sono differenze significative di tossicità tra Cr(III) e Cr(VI). Anche minime dosi di Cr(VI) sono tossiche oltre che cancerogene.

Dall'inizio di questo secolo, nella comunità scientifica sono in corso discussioni sulla necessità di un valore limite aggiuntivo solo per Cr(VI) e su quale dovrebbe essere questo valore.

Sono necessarie tecniche di misura che consentano la determinazione del Cr(VI) nell'intervallo ng/L. Utilizzando l'elettrodo di carbonio vetroso modificato con una pellicola di mercurio è possibile rilevare le concentrazioni di Cr(VI) fino a 0,05 µg/L. Il Cr(VI) è determinato mediante voltammetria di stripping adsorbente (AdSV) con DTPA (acido dietilentriamminopentaacetico) come agente complessante. Il recupero di una concentrazione di β(Cr(VI)) = 0,1 µg/L è del 111% con una deviazione standard relativa del 4,4% (determinazione in triplo).

Scopri di più su questa analisi scaricando la seguente Application Note:

Cromo (VI) nell'acqua potabile – Determinazione ultra sensibile su elettrodo GC modificato con pellicola di mercurio (metodo DTPA)

Figure 4. 884 Professional VA con due 800 Dosino per l'aggiunta automatica di elettrolita e soluzione standard.

Tutte le applicazioni sopra citate possono essere eseguite manualmente con il sistema 884 Professional VA di Metrohm (Figura 4), ma è anche possibile eseguire piccole serie di campioni con un'impostazione automatizzata.

Riassunto

Questo è stato l'ultimo post della nostra serie in cinque parti sull'analisi dei metalli pesanti con elettrodi allo stato solido. Se questo o uno dei post precedenti ha suscitato il tuo interesse per una delle applicazioni, non esitare a contattare il tuo rappresentante Metrohm locale.

Per una panoramica completa delle diverse applicazioni che possono essere eseguite con gli SSE esposti in questa serie, consulta la tabella seguente. Clicca su ciascuna Application Note o Bulletin per il download gratuito!

Elemento	Elettrodo	Documento di candidatura	Laboratorio	Portatile
Ag	GC RDE	AB-207	✓	✗
Come	scTRACE oro	AN-V-210 AN-V-211	✓	✓
Bi	scTRACE oro	AN-V-218	✓	✓
Cd, Pb	GC RDE (film di mercurio)	AN-V-225	✓	✗
Cd, Pb	SPE (film di mercurio)	AN-V-231	✓	✓
Cd, Pb	Bi goccia	AN-V-221	✓	✗
Cr(VI)	GC RDE (film di mercurio)	AN-V-227	✓	✗
Cr(VI)	scTRACE Gold (film Hg)	AN-V-230	✗	✓
Cu	scTRACE oro	AN-V-213	✓	✓
Fe	scTRACE oro	AN-V-216	✓	✓
Fe	Bi goccia	AN-V-222	✓	✗
Hg	scTRACE oro	AN-V-212	✓	✓
Ni, Co	scTRACE Gold (film bi)	AN-V-217	✓	✓
Ni, Co	GC RDE (Bi film)	AN-V-224	✓	✗
Ni, Co	SPE (Bi film)	AN-V-232	✓	✓
Ni, Co	Bi goccia	AN-V-223	✓	✗
Pb	scTRACE Gold (film Ag)	AN-V-214	✓	✓
Sb(III)	scTRACE oro	AN-V-229	✓	✓
Se(IV)	scTRACE oro	AN-V-233	✓	✓
Te(IV)	scTRACE oro	AN-V-234	✓	✓
tl	scTRACE Gold (film Ag)	AN-V-228	✗	✓
Zn	scTRACE oro	AN-V-215	✓	✓

Altre puntate di questa serie

Questo articolo del blog è stato dedicato al tema dell'elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso (GC RDE) e come può essere utilizzato per la determinazione degli ioni di metalli pesanti nell'acqua potabile e nell'ambiente. Altre puntate sono dedicate all'analisi dei metalli in tracce con questi elettrodi a stato solido:

Analisi dei metalli in traccia con elettrodi allo stato solido – Parte 5

Nell'ultima parte della nostra serie di articoli sull'analisi dei metalli in tracce mediante elettrodi allo stato solido, daremo uno sguardo all'elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso (GC RDE) e le sue possibilità applicative.

L'elettrodo a disco rotante in carbonio vetroso (GC RDE)

Modifica con una pellicola metallica

Applicazioni

Determinazioni di cadmio e piombo

Misure di nichel e cobalto

Monitoraggio del cromo(VI).

Riassunto

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Barbara Zumbrägel

Contatto

Punta dell'elettrodo in carbone vetroso, stelo in vetro.

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