10.03.2017
ForschungUmwelt

HPLC

Die Bestimmung von Cyaniden in Mineral- und Trinkwässern

  • © Сергей Купцов, License= CC BY-SA 3.http://bit.ly/GIT-CC3© Сергей Купцов, License= CC BY-SA 3.http://bit.ly/GIT-CC3
  • © Сергей Купцов, License= CC BY-SA 3.http://bit.ly/GIT-CC3
  • Abb. 1: Schematischer Aufbau des verwendeten LC-Systems
  • Abb. 2: Chromatogramm der Standardlösungen für Cyanid (CN-) und Chlorcyan (CNCl) mit Konzentrationen von jeweils 0.01 mg/L
  • Abb. 3: Linearität der Kalibrationskurven für Cyanid (CN-, oben) und Chlorcyan (CNCl, unten)
  • Abb. 4: Chromatogramm eines Mineralwassers (Härte 1491 mg/L). Oben: unbehandelte Probe, unten: Probe mit Zugabe von 0.001 mg/L Chlorcyan Standardlösung
Isabelle Möller
 
Cyanide – als Zyankali und Blausäure sind sie berühmt berüchtigte Gifte, die schon in kleinsten Mengen für den Menschen gefährlich sein können. Bereits wenige mg pro kg Körpergewicht können tödlich wirken. Durch Leckagen bei der Gewinnung von Gold und Silber finden sie jedoch  Eintrag in Wasserspeicher. Daher ist die zuverlässige Bestimmung von Cyaniden in Mineral- und Trinkwässern von enormer Wichtigkeit.
 
Im rumänischen Baia Mare bricht im Januar 2000 ein Klärbecken einer Goldwaschanlage und rund 100 Tonnen Cyanid gelangen in Theiß und Donau. 1400 Tonnen Fische starben und die Trinkwasserversorgung in einigen rumänischen und ungarischen Städten musste unterbrochen werden. Das Unglück von Baia Mare ist in seinen Ausmaßen sicherlich ein Einzelfall, allerdings können Cyanide durch ihre Verwendung in der Metall- und Kunststoffherstellung immer wieder Eintrag in die Umwelt finden. Durch ihre hervorragenden Fähigkeiten zur Komplexbildung mit einer Vielzahl organischer Verbindungen finden sie trotz ihrer Toxizität weiterhin einen breiten Anwendungsbereich.
 
Cyanide
 
Doch nicht nur industrielle Abwässer können Cyanide beinhalten. Auch einige bestimmte Pflanzen- und Algenarten können Cyanide synthetisieren. Das bekannteste Beispiel dafür sind sicherlich die Bittermandel oder auch Aprikosenkerne. In der Pflanzenwelt dienen die Cyanide oft als Keimungshemmer, um Samen erst zur richtigen Zeit keimen zu lassen, oder als natürlicher Fraßschutz. Dabei sind die Cyanide so effektiv, da sie beim Kontakt mit Wasser sehr leicht die hochgiftige Blausäure bilden. Bereits weniger als 2 mg pro kg Körpergewicht sind dabei für den Menschen tödlich. Dabei muss die Aufnahme nicht oral erfolgen sondern bereits der Kontakt mit der Haut oder über die Atemwege kann tödlich enden. Das Cyanid blockiert dabei die Sauerstoffbindung in den Zellen und es kommt innerhalb von Minuten zum Tod durch inneres Ersticken.
 
Aufgrund seiner Toxizität wurde der Stoff vom Umweltbundesamt als stark wassergefährdend eingestuft (Wassergefährdungsklasse 3).

In der deutschen Trinkwasserverordnung ist ein Grenzwert von 0,05 mg/L festgelegt.

 
Analytik
 
Für die Bestimmung von Cyaniden wird bisher zumeist die Gaschromatographie mit Headspace-Analytik eingesetzt. In der internationalen Gesetzgebung ist jedoch bereits teilweise die Ionenchromatographie mit Nachsäulenderivatisierung als Analysenmethode für die Bestimmung von Cyaniden in Mineral- oder Trinkwasser spezifiziert, sodass diese Methoden durchaus eine Alternative zur Headspace GC/MS darstellen.
 
Dabei werden die Cyanide sowie Chlorcyane zunächst mittels einer Ionenausschluss-Chromatographie aufgetrennt. Nach der Säule werden die Zielverbindungen derivatisiert, um Spezies mit einer UV-Absorption zu generieren. Diese können dann bei einer Wellenlänge von 638 nm bestimmt werden. Die Reaktion zum Chromophor erfolgt dabei in zwei Schritten. Im ersten Schritt erfolgt eine Chlorierung, während im zweiten Schritt mit einer Kombination aus Monopyrazolone und Isonicotinsäure die eigentlichen UV-aktiven Verbindungen entstehen.
 
Methodenentwicklung für die HPLC
 
Zur Analyse wurde ein ternäres HPLC-System verwendet (Shimadzu). Dabei erfolgt die Trennung auf der Ionenausschluss-Chromatographie isokratisch, danach werden jeweils über eine Pumpe die nötigen Reagenzien für die beiden Derivatisierungsschritte zugegeben. Die analytischen Trennbedingungen finden sich in Tabelle 1. Für die Entwicklung der Methode und zur Retentionszeitbestimmung wurden zunächst Standardlösungen mit einer Konzentration von 0.01 mg/L verwendet. Die beiden Standards, Cyanid (CN-) und Chlorcyan (CNCl), weisen auf der Säule eine angemessene Retention auf und können voneinander basisliniengetrennt werden. Anschließend wurde die Linearität der Methode überprüft. Die entsprechenden Kalibrationskurven für Cyanid und für Chlorcyan sind in Abbildung 1 dargestellt. Im relevanten Messbereich von 0.0025 bis 0.025 mg/L zeigten die Kalibrationen sowohl eine gute Linearität mit einem Bestimmtheitsmaß (R2) größer 0.999.
 
Anschließend wurden mehrere Mineralwässer untersucht. Dafür wurden jeweils 100 µL der Probe injiziert. In keiner der Proben konnte Cyanid oder Chlorcyan nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde eine Probe mit einer Chlorcyan Standardlösung mit einer sehr geringen Konzentration von  0.001 mg/L versetzt und vermessen. Dieser Wert liegt bei einem fünfzigstel des nach Trinkwasserverordnung zugelassenen Grenzwertes. Das Chromatogramm der Probe mit Chlorcyanid-Zusatz ist in Abbildung 2 dargestellt. Sogar diese kleinsten Gehalte an Cyaniden sind zuverlässig mit der beschriebenen Methode nachzuweisen ohne durch Matrixeffekte gestört zu werden.
 
Fazit
 
Die Bestimmung von Cyaniden in Mineral- und Trinkwässern mittels Ionenausschlusschromatographie und Nachsäulenderivatisierung bietet eine nachweisstarke und zuverlässige Alternative zur Analyse mittels Headspace GC/MS. Die in Deutschland geltenden Grenzwerte werden mit der Methode nicht nur erreicht, die Nachweisgrenze liegt noch deutlich unter diesem Wert, sodass auch Kontrollen entsprechend strengerer ausländischer Bestimmungen sicher möglich sind.
 
Kontakt 
Dr. Isabelle Möller
Produktspezialistin HPLC
Shimadzu Deutschland GmbH
Duisburg
 
Weitere Beiträge zum Thema: http://www.git-labor.de/search/gitsearch/HPLC%20type:topstories
 
Mehr zur Trinkwasseranalytik: http://www.git-labor.de/search/gitsearch/Trinkwasseranalytik%20type:topstories

 

Jetzt registrieren!

Die neusten Informationen direkt per Newsletter.

To prevent automated spam submissions leave this field empty.