abt1 Výskumné centrum AgroBioTech SPU v Nitre sa v rámci Laboratória výživy rastlín a ionomiky môže pochváliť unikátnym prístrojovým vybavením. Ide o ICP-OES - moderný axiálny optický emisný spektrometer s indukčne viazanou plazmou.

Súčasťou prístrojového vybavenia je aj zariadenie na mikrovlnný rozklad vzoriek pri vysokom tlaku Milestone Ethos One. Primárnou úlohou laboratória je rýchla a presná analýza chemických prvkov (makro- a mikroelementov) v rôznych typoch matríc organického alebo anorganického pôvodu detegovaná pomocou optickej emisnej spektrometrie s indukovane viazanou plazmou – ICP-OES.

Ako táto analytická metóda funguje?

ICP-OES je analytická stopová metóda slúžiaca na kvalitatívne a kvantitatívne stanovenie obsahu širokého rozsahu prvkov vo vzorke. Je založená na detegovaní fotónov, ktoré vznikajú pri prechode valenčných elektrónov z vyšších energetických hladín do nižších (stabilných). Excitácia elektrónov je zabezpečená pomocou argónovej plazmy. Emitované žiarenie je následne zachytávané a detegované CCD detektorom, ktorý dopadajúce žiarenie transformuje na elektrický signál. Emisné spektrum má čiarový charakter. Poloha čiary udáva zloženie vzorky z hľadiska kvalitatívneho (je definované vlnovou dĺžkou charakteristickou pre jednotlivé prvky). Kvantifikáciu prvku charakterizuje intenzita čiary. Pomocou tejto metódy v pozorovanom materiáli vieme stanoviť prítomnosť až 76 chemických prvkov. Na to, aby sme mohli s vysokou presnosťou určiť kvalitu a kvantitu sledovaných prvkov, musia byť splnené dve základné podmienky - prvky vo vzorke sa nachádzajú v atomárnej (resp. iónovej) forme a musia byť schopné excitácie.

Úprava vzoriek pred meraním

Pred samotnou analýzou na ICP-OES treba vzorku zmineralizovať. Do rozkladnej polytetrafluóretylénovej tuby navážime dostatočné množstvo vzorky. Hmotnosť navážky je variabilná a závisí od skúmaného materiálu. Podľa typu matrice pridáme rozkladné činidlá – (napr. HNO3, HCl, H2O2), pripravenú vzorku vložíme do mikrovlnného rozkladného zariadenia. Pri vysokej teplote a tlaku dôjde k jej rozkladu. Mineralizát po vychladnutí prefiltrujeme a doplníme ultračistou vodou. Vzorka môže byť v takejto forme uskladnená až do samotnej analýzy.

Meranie vzoriek

Analyzované vzorky môžeme merať manuálne alebo automaticky s použitím autosamplera. Vzorka je prostredníctvom peristaltickej pumpy dopravená do nebulizéra a vstrekovaná do sprejovej komory. Tu dôjde k jej zhmleniu a je vháňaná prúdom argónu do horáka, kde sa pomocou striedavého vysokofrekvenčného magnetického poľa udržiava argónová plazma. Plazma ako ionizovaný plyn obsahujúci dostatočný počet kladne a záporne nabitých častíc je navonok elektroneutrálna. Vyžaruje nebezpečné množstvo rádiofrekvenčného a ultrafialového žiarenia. Jej teplota sa pohybuje v rozmedzí 6000 - 10 000 Kelvinov v závislosti od oblasti plazmy. V tomto prostredí sa okamžite odparí rozpúšťadlo a zanikajú chemické väzby v molekulách prítomných prvkov. Prostredníctvom energie plazmy nastáva excitácia elektrónov. Keďže tento stav nie je stabilný, elektróny z vyšších energetických hladín sa vracajú do stabilných nižších a emitujú tak svetlo charakteristickej vlnovej dĺžky. Polychromátor zachytené svetlo rozdelí podľa vlnových dĺžok a fotóny takto rozdeleného svetla dopadajú na citlivý detektor, ktorý premení množstvo zachyteného svetla na elektrický signál. Konštrukčné prvky polychromátora a detektora ICP-OES 725 umožňujú rozsah merania od 167 nm po 784 nm. Veľkou výhodou je aj simultánne meranie prvkov. Spektrometer tak umožňuje pri použití správnej metodiky merať súčasne prvky rôznych vlastností. Vyhodnotenie prebieha pomocou softvéru ICP Expert II.

Praktické využitie a spolupráca s praxou

V roku 1964 Stanley Greenfield v Birminghame ako prvý publikoval správu o použití atmosférického tlaku s indukčne viazanou plazmou (ICP) pre elementárnu analýzu pomocou optickej emisnej spektrometrie (OES). Prvý komerčne dostupný ICP-OES spektrometer bol uvedený na trh v roku 1974. ICP-OES je v súčasnosti jedna z najpoužívanejších techník pre stanovenie obsahu stopových i významných koncentrácií jednotlivých prvkov v analyzovanej vzorke. Neustále modernizovaná metóda po hardvérovej aj softvérovej stránke sa v súčasnosti teší stále väčšiemu portfóliu užívateľov. ICP-OES má širokospektrálny záber v rôznych oblastiach výskumu, čo v súčasnosti dokazuje množstvo vedeckých prác. Z pohľadu kvality potravín sa často skúma ich zaťaženie ťažkými kovmi, alebo prítomnosť významných stopových prvkov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v organizme. Kvalita životného prostredia sa hodnotí prostredníctvom vzoriek z pôdy, vody či rastlín a v dnešnom preurbanizovanom svete má stále väčší význam. Skúmanie pôd z pohľadu geologickej štruktúry veľa napovie o ich možnom ďalšom využití v poľnohospodárstve či lesnom hospodárstve. Veľmi zaujímavé je tiež prepojenie spolupráce geológie a archeológie, kde na základe prítomnosti vybraných prvkov možno zistiť využívanie či osídlenie krajiny aj niekoľko storočí späť. Oblastí výskumu, v ktorých ICP-OES nachádza svoje využitie, je naozaj mnoho a môžeme ich zhrnúť do niekoľkých okruhov – poľnohospodárske produkty a potraviny, biologické vzorky, geologický materiál, životné prostredie a voda, organický materiál a iné. Analýzy, ktoré vykonávame, sú v súčasnosti zamerané najmä na biologické matrice a environmentálne vzorky, ktoré zahŕňajú napríklad huby, tkanivá rýb a divo žijúcej zveri, ale aj rastlinný materiál. Spolupracujeme s viacerými fakultnými pracoviskami v rámci univerzity, ale aj so záujemcami z externého prostredia a podnikateľskými subjektmi. Optická emisná spektrometria s indukčne viazanou plazmou je technikou vytvárajúcou jednoznačné odpovede na viaceré nezodpovedané otázky.