MeJprinzip des Wasserstoffperoxidanalysators (AL 1002; Aero-Luser GmbH)
Das Me§prinzi der Peroxid-Bestimmung beruht auf einer enz,ymatischen Reaktion zwi- schen Peroxiden und p-Hydroxy-Phenyl-Essigsäur (PAH) in wässerige Phase. Als En- zym wird Meerrettich-Peroxidase verwendet (R36). Die Peroxide werden durch eine Pufferlösun (Auswaschlösung aus der Gasphase ausgewaschen und in die flüssig Pha- se überführ Das in Reaktion (R36) entstehende fluoreszierende Dimer kann mit Hilfe ei- ner Cadmium-Lampe bei 326 nm angeregt werden.
Die Fluoreszenz wird im Bereich 400-420 nm detektiert. Diese Reaktion ist sensitiv fü alle Peroxide. Um die H202-Konzentration zu bestimmen liegt ein Zwei-Kanal-System vor. Im ersten Kanal wird H202 selektiv durch das Enzym Katalase zerstört so da nur die organischen Peroxide detektiert werden können Im zweiten Kanal erfolgt die Mes- sung der Gesamt-Peroxide. Die Differenz der gemessenen Konzentrationen ergibt die Wasserstoffperoxid-Konzentration.
Experimenteller Ablauf
Fü die Messung wurden folgende Lösunge angefertigt:
Auswaschlösung 5 x 1 0 ' ~ molare Kaliumhydrogenphthalat-Lösun (KHP), mit Natronlauge (NaOH) auf pH 6 gebracht.
Proben-Konditionierungs-
Reagenz: 0,02 molare KHP-Lösung mit NaOH auf pH 6 gebracht, Dinatrium-EDTA, Formaldehyd.
Proben-Konditionierungs-
Reagenz mit Katalase: 0,02 molare KHP-L6sung, mit NaOH auf pH 6 gebracht, Dinatriunl-EDTA, Formaldehyd. Katalase.
Fluoreszenz-Reagenz: 0,085 molare KHP, mit NaOH auf pH 6 gebracht, PAH, Meerrettich-Peroxidase 0.1 molare Natronlauge
Die beschriebenen Lösunge müsse etwa alle drei Tage erneuert werden.
Ablauf der Messung
Der Proben-Gasstrom und die Auswaschlösun werden gemeinsam durch eine Glasspira- le geleitet. Die Flußrat des Gasstroms beträg 2 llmin, die Auswaschlösun besitzt einen Durchsatz von 0,42 mllrnin. Am Ende der Glasspirale wird der Luftstrom übe eine Pum- pe aus dem System abgezogen. Etwa 0,3 mllrnin Gas verbleiben im Lösungsstrom Auf diese Weise wird eine Vermischung der Lösun entlang des Transportweges verhindert und eine hohe zeitliche Auflösun von etwa 20 s erreicht (Lazrus et al., 1986). Es erfolgt zeitversetzt zunächs die Zugabe der Fluoreszenz-Lösun sowie die Einmischung der Na- tronlauge. Durch eine Pumpe werden die Gasbläsche vor Eintritt in den Fluoreszenz-De- tektor aus dem Lösungsstro entfernt. Die von einem Photomultiplyer registrierten Signale werden an einen Analogschreiber weitergeleitet, wobei die Peroxidkonzentration der Fluoreszenz-Intensitä direkt proportional ist. Beide Signale des Zwei-Kanal-Systems werden simultan produziert. Eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Ablaufes ist in Lazrus et al. (1986) gegeben.
Peroxide könne ebenfalls in wässerige Lösun analysiert werden. Bei dieser Prozedur wird der Luftstrom übe einen internen Filter, bestehend aus Palladium-beschichteten Kü gelchen, geleitet. Auf diese Weise werden die gasförmige Peroxide zerstör und beein- flussen nicht die Messung der Peroxide in wässerige Lösung
Eichung
Eine automatische Eichung durch das Instrument wird etwa alle drei Tage nach einem Lö
sungswechsel, zusammen mit der Bestimmung der H202-Zerstörungseffizien der Kata- lase, durchgeführt Geeicht wurde jeweils mit einer 10-6-molaren H202-Standardlösung Zusätzlic erfolgte 2-3 mal täglic eine manuelle Eichung mit einer 10-7-molaren HzO2- Standardlösung Die Wasserstoffperoxid-Konzentration der 10-2-molaren Starnmlösun wurde durch Titration mit Kaliumpermanganat bestimmt.
Die H202-Konzentration in der wässrige Lösun laß sich nach folgender Gleichung nach Lazrus et al. (1986) in die entsprechende H202-Konzentration in der Gasphase um- rechnen:
FL = Flußrat der Auswaschlösun = 0,42 mllmin FG = Flußrat des Luftstromes = 2 llmin
[H202]wasser = H202-Konzentration in der wässrige Phase in pm/l ( H 2 0 2 I ~ ~ f ~ = H202-Konzentration in der Gasphase in pptV
Meßbereich 0-10 ppbV Detektionsgrenze: 50 pptV Zeitliche Auflösung 20 s
Meßgenauigkeit Entspricht dem dreifachen Wert des Signalrauschens:
H202: Â 90 pptV Gesamt-Peroxid: 2c 180 pptV
Das Instrument ist mit den angegebenen Flußrate und den Dimensionen der Glasspiralen fü eine 100%ige quantitative Überführu des gasförmige Wasserstoffperoxids in die wässerig Phase optimiert worden. Die Effizienz der Überführu der gasförmigen orga- nischen Peroxide in die flüssig Phase liegt aus diesen Gründe zwischen 60% und 100%.
Das heißt eine exakte Konzentrationsbestimmung der organischen Peroxide kann mit diesem Gerä nicht erfolgen.
Auswertung
Das Wasserstoffperoxid-Mischungsverhaltnis wird aus der Differenz der Konzentratio- nen von Gesamt-Peroxiden und organischen Peroxiden nach folgendem Auswerte-Algo- rithmus nach Claiborn und Aneja (1991) bestimmt:
Sp = Total-Peroxidsignal
Sc = Organische Peroxide mit dem Rest H 2 0 2
K = 0.07 = kilko = Verhältni der Reaktionsgeschwindigkeitskoef- fizienten der Katalase mit organischen Peroxiden und H 2 0 2 Q = R cstanteil an H 2 0 2 nach der Reaktion mit der Katalase, das ent-
spricht (1-ß) wobei I3 = Katalaseeffizienz ist.
Zusätzlic m u à eine Korrektur in Bezug auf die Schlaucheffizienz, die H202-Zerstö
rungs-Effizienz der Katalase und der HpO2-Zerstörungs-Effizien des Palladium-Filters durchgeführ werden.
Währen der Mefikampagne 1994 konnte aus meßtechnische Schwierigkeiten die Konzentration der organischen Peroxide nicht exakt bestimmt werden. U m dennoch die Wasserstoffperoxid-Konzentration berechnen zu können wurde der mittlere prozentuale Anteil der organischen Peroxide am Gesamtperoxid mit Hilfe der Meßdate 1995 be- stimmt. Da sich dieser Anteil mit 4 1 k 7% als einigermaße konstant erwies, wurde dieser mittlere prozentuale Anteil der organischen Peroxide pauschal von der Gesamt-Peroxid- Konzentration der Meßreih 1994 subtrahiert und auf diese Weise die HpO2-Konzentra- tion bestimmt.
Der Wasserstoffperoxid-Analysator wurde in einem Labor der japanischen Station Rab- ben installiert. Als Ansaugschlauch diente ein etwa 5 m langer Teflonschlauch mit einem Innendurchmesser von 4 mm. Der Schlauch wurde vom Innenraum durch ein Fenster auf das Dach der Station geleitet und dort, entsprechend Ca. 3 m übe dem Boden, befestigt.
Die Schnee- und Regenprobennahme erfolgte in 9 m Höh auf dem Dach einer Meßsta tion in Ny-Alesund. Hierzu wurde ein PE-Trichter (Durchmesser 35 cm) an einer 1 l -PE- Flasche befestigt. Die Probenflasche wurde währen der Probennahme mit Alu-Folie ab- gedunkelt. Ein Wechsel der Probenflaschen erfolgte nach jedem Niederschlagsereignis, wobei der Trichter vor jedem Wechsel mit destilliertem Wasser gereinigt wurde. Die Schneeproben wurden übe Nacht i m Kühlschran aufgetaut und am darauffolgenden Tag analysiert, währen die Regenproben direkt nach der Probennahme untersucht werden konnten.