Přeměny specií stopových prvků v přírodních vodách

Dosavadní výsledky aktivity Speciace arsenu a germania ve vodárenských nádržích, na které spolupracuje Ústav analytické chemie a Ústav pro hydrodynamiku spolu s Povodím Labe a University of Geneva, byly představeny na mezinárodních geochemických konferencích:

Filella, M., Matoušek, T., García Figueroa, A., Barešová, M., Prokopová, M., Pivokonský, M. (2023). Application of new state-of-the-art HG-ICP-MS/MS methods for (sub)ppt speciation analysis of some less studied TCEs (Ge, Sb and Te) in natural waters. In: ISEAC 41: International Conferences on Environmental & Food Monitoring, s. 108.

Filella, M., Matoušek, T., García Figueroa, A., Barešová, M., Prokopová, M., Pivokonský, M. (2023). New state-of-the-art HG-ICP-MS/MS methods for (sub)ppt speciation analysis of some less studied technology-critical elements (Ge, Sb and Te) applied to contrasting freshwaters. In: Abstract Volume: 21st Swiss Geoscience Meeting. Bern: Swiss Academy of Sciences, s. 142.

Matoušek, T., Adamová, S., Figueroa, A. G., Musil, S., Prokopová, M., Pivokonský, M., Filella, M. (2023). Hydride generation methods with ICP-MS/MS for (sub)ppt speciation analysis of antimony, arsenic, germanium and tellurium in natural uncontaminated waters. In: Book of Abstrakt (ICOBTE) & (ICHMET) 2023. Wuppertal: Bergische Universität Wuppertal, Special Session 10: 84561, s. 296.

 

Obr. 2. Pohledy z hrází přehrad Vrchlice a Souš s obsahy rozpuštěného kyslíku v srpnu 2023

Aktivita sleduje chování vybraných prvků, jejich celkové koncentrace a přeměny jednotlivých chemických forem (specií), ve kterých se vyskytují, v průběhu celého roku. Měsíčně jsou odebírány vzorky z hloubkových profilů z vodárenských nádrží Vrchlice a Souš. Spolu s fyzikálně chemickou charakteristikou vody jsou koncentrace jednotlivých specií prvků stanovovány sofistikovanými metodami ultrastopové prvkové analýzy. Sledujeme arsen jako toxický prvek a dále technologicky kritické prvky antimon, germanium a tellur. Citlivost použitých analytických metod umožňuje monitorovat velmi čisté přírodní systémy bez vnější kontaminace. Získaná data napomáhají k porozumění toků jednotlivých prvků v životním prostředí.

Obr. 1. Schéma speciační analýzy arsenu, antimonu, germania a telluru

Pozoruhodná je rozdílnost chování jednotlivých prvků. Přestože se v učebnicích hydrologie udává, že arsen je v povrchových vodách přítomen jako arseničnan (iAs(V)), pozorujeme v době růstu řas a sinic vysoké koncentrace arsenitanů (iAs(III)) a methylovaných specií arsenu ve vrchních vrstvách nasycených kyslíkem a iAs(V) je zastoupený pouze ve větších hloubkách. Naopak u antimonu, prvku s podobnými chemickými vlastnostmi, antimoničnan (iSb(V)) dominuje a methylované specie jsou zastoupené rovnoměrněji v celém profilu a jejich koncentrace s množstvím řas tolik nesouvisí. Germanium ve formě germaničitanu (iGe) ve vegetačním období ve vrchních vrstvách vodního sloupce ubývá, jak je společně s křemíkem zabudováváno do schránek rozsivek, a naopak jeho koncentrace se v dolních vrstvách zvyšuje, jak odumřelé rozsivky padají ke dnu a jejich schránky se tam rozpouštějí. Methyl (MGe) a dimethylgermanium (DMGe) jsou přítomné rovnoměrně, ve velmi nízké avšak stabilní koncentraci, a těchto procesů se neúčastní. U telluru se celková koncentrace nemění a redoxní speciace zřejmě velmi pomalu reaguje na podmínky ve vodě.

Obr. 3. Koncentrace specií As a Sb v srpnu a koncentrace iGe od května do října 2023 v hloubkových profilech nádrže Vrchlice