Humuspitoisten luonnonvesien hivenalkuaineanalytiikka. Menetelmäkehitystä UV-LED -avusteiseen valokatalyyttiseen näytteenkäsittelyyn ja hydridinmuodostus ICP-MS -analyysiin.

Väitöstutkimuksessa on tehty menetelmäkehitystä erittäin pienten alkuainepitoisuuksien määrittämiseen humuspitoisista luonnonvesistä. Suomessa luonnonvesissä on tyypillisesti paljon humusta, jota liukenee vesistöihin turvemailta. Humusyhdisteet ovat monimutkaisia orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat syntyneet eloperäisen aineksen hajotessa pitkän ajan kuluessa. Eräillä alkuaineilla, kuten arseenilla, on taipumus sitoutua humukseen. Tämä aiheuttaa haasteita pienten alkuainepitoisuuksien määrittämiseen hydridimenetelmillä ja sähkökemiallisilla menetelmillä, joilla humukseen sitoutunutta arseenia ei pystytä mittaamaan luotettavasti. Näytteet täytyy esikäsitellä ennen mittausta alkuaineiden vapauttamiseksi humusyhdisteistä.

Esikäsittelyn tarkoituksena on hajottaa näytteestä häiritsevät yhdisteet ja vapauttaa mitattavat alkuaineet mitattavissa olevaan muotoon. Nykyään esikäsittelyyn käytetään yleisesti mikroaaltoavusteista hajotusmenetelmää, jossa näytteitä ja happoja kuumennetaan suljetuissa paineenkestävissä astioissa mikroaaltouunissa. Lämpötilan ja happojen yhteisvaikutuksesta näytteen sisältämät häiritsevät yhdisteet hajoavat. Mikroaaltoavusteinen menetelmä on verraten ympäristöystävällinen, sillä se kuluttaa vähemmän haitallisia kemikaaleja ja energiaa kuin perinteiset happohajotusmenetelmät. Tässä tutkimuksessa luonnonvesinäytteistä mitattiin mikroaaltoavusteisen esikäsittelyn jälkeen pieniä arseenipitoisuuksia hydridinmuodostus-induktiiviplasmamassaspektrometrilla (HG-ICP-MS). Menetelmän tarkkuutta parannettiin sisäisellä standardoinnilla.

Väitöstutkimuksessa kehitettiin myös aiempaa ympäristöystävällisempi näytteiden esikäsittelymenetelmä, jossa hyödynnettiin UV-LED-teknologiaa. UV-LED:ien käyttöä erilaisissa sovelluksissa esimerkiksi veden puhdistuksessa tutkitaan laajasti. Epäorgaaniseen alkuaineanalytiikkaan liittyvän näytteenkäsittelyn yhteydessä UV-LED-teknologiaa on toistaiseksi tutkittu vähän. Väitöstutkimuksessa kehitetyllä näytteenkäsittelylaitteistolla päästiin hyviin hajotustehokkuuksiin suhteellisen lyhyillä käsittelyajoilla ja erittäin vähäisellä reagenssikulutuksella.

Kun liuenneita orgaanisia yhdisteitä hajotetaan UV-LED-säteilytyksellä, tarvitaan avuksi katalyyttia riittävän hajotustehokkuuden saavuttamiseksi. Yleisimmin katalyyttinä käytetään titaanidioksidinanohiukkasia, joiden läsnäolo tehostaa hajoamista huomattavasti. Nanohiukkasten etu on suuri pinta-ala, joka lisää niiden reaktiivisuutta. Nanohiukkasten ominaisuuksia voidaan muokata optimoimalla valmistusprosessia tai seostamalla niihin eri alkuaineita.

Väitöskirja