Autorzy przedstawiaj¹ dalszy ci¹g

badañ zwi¹zanych z opracowaniem
metodyki profilowania konopi na pod-
stawie sk³adu pierwiastkowego. Pod-
stawy metody oraz wyniki wstêpne zo-
sta³y ju¿ opisane na ³amach „Proble-
mów Kryminalistyki”

1,2,3

. Ci¹g dalszy

prac pokaza³, jak du¿ym wyzwaniem
jest ten temat badawczy. Ze wzglêdów
oczywistych elementy badañ ju¿ opi-
sane przez autorów w poprzednich pu-
blikacjach bêd¹ w niniejszym artykule
traktowane marginalnie, przy czym
czêsto bêd¹ stanowiæ punkt wyjœcia do
rozwi¹zywanych i opisywanych zagad-
nieñ. W tej czêœci tematu badawczego
autorzy opisali takie zagadnienia jak:
stabilnoœæ roztworów analitów w prób-
kach przygotowanych do analizy, efek-
ty matrycowe i ich kompensacja oraz
dok³adnoœæ metody.

Warto przypomnieæ, ¿e w bada-

niach wykorzystywany jest spektro-
metr ICP-OES Optima 3100XL firmy
Perkin Elmer, podczas pracy którego
stosowano dwa zestawy warunków
operacyjnych: warunki standardowe
oraz odporne. Charakterystykê tych
warunków zamieszczono w tab. 1.

Próbki ziela konopi przygotowy-

wane s¹ do badañ przez poddanie
ich wysokociœnieniowej mineralizacji
mikrofalowej za pomoc¹ systemu
Multiwave firmy Anton Paar (Perkin
Elmer) z u¿yciem mieszaniny kwasu
azotowego i wody utlenionej.

Stabilnoœæ analitów w próbkach
konopi po mineralizacji

Przed przyst¹pieniem do badañ

sprawdzono stabilnoœæ analitów
w materiale po mineralizacji, tzn. jak
d³ugo przygotowane roztwory mog¹
byæ wykorzystywane do oznaczeñ
obecnych w nich pierwiastków. Ze
wzglêdu na fakt, ¿e czas przygotowa-
nia szeœciu próbek wynosi ok. 2 godz.
(mineralizacji mo¿na jednoczeœnie
poddaæ szeœæ próbek), a ich analiza
za pomoc¹ ICP-OES trwa oko³o 20
min, mo¿na przyj¹æ, ¿e minimalna sta-
bilnoœæ pierwiastków w próbce powin-
na wynosiæ co najmniej tyle samo cza-
su. Z praktycznego i ekonomicznego
punktu widzenia po¿¹dane by³oby
analizowanie nie mniej ni¿ kilkunastu
próbek w jednym rzucie. Wymaga³oby

to rozdzielenia w czasie etapów przy-
gotowania próbek oraz ich analizy.
Wykonanie tego jest mozliwe pod wa-
runkiem, ¿e pierwiastki obecne w uzy-
skanych roztworach próbek konopi s¹
stabilne przez kilka dni.

W celu zbadania stabilnoœci pier-

wiastków na wstêpie przygotowano
próbki zgodnie z procedur¹. Otrzyma-
ny roztwór poddawano analizie
w pierwszym, drugim, trzecim, czwar-
tym i dziewi¹tym dniu po mineraliza-
cji. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e pos³ugiwa-
no siê intensywnoœciami analitów (nie
przeprowadzano ka¿dorazowo kali-
bracji). W celu korekcji ewentualnej
niestabilnoœci metody analitycznej
ka¿dego dnia oznaczano dodatkowo
pierwiastki w roztworze tego samego
wzorca wielopierwiastkowego o sta-
bilnoœci d³u¿szej ni¿ dziewiêæ dni,
a wyniki uzyskane dla próbki konopi
odpowiednio korygowano. Otrzymane
wyniki przedstawiono na rycinie 1.

Jak widaæ na wykresie, niewiele

oznaczanych pierwiastków jest stabil-
nych w próbce konopi po mineraliza-
cji. Nale¿¹ do nich tylko wapñ i bar,
które s¹ stabilne praktycznie w ca³ym
badanym czasie. Mangan mo¿na
uznaæ za stabilny do trzech dni po mi-
neralizacji. Reszta pierwiastków jest
bardzo niestabilna – oznaczone ich
zawartoœci dochodz¹ do 308% warto-
œci rzeczywistej. Badania wskazuj¹
na koniecznoϾ natychmiastowej
analizy próbek konopi po procesie mi-
neralizacji.

StabilnoϾ aparatu

w trakcie trwania analizy

StabilnoϾ aparatu podczas trwa-

nia analizy wyznaczono, analizuj¹c
próbkê wzorca wielopierwiastkowe-

5

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

Marzena Kuras
Marek Wachowicz

Efekty matrycowe
w profilowaniu konopi
(elementy walidacji metody)

Tabela 1

Warunki operacyjne pracy spektrometru

Spectrometr performance operating conditions

P

Paarraam

me

ettrr

S

Sttaan

nd

daarrd

do

ow

we

e

O

Od

dp

po

orrn

ne

e

P

Prrzze

ep

p³³y

yw

w g

gaazzu

u p

pllaazzm

mo

ow

we

eg

go

o [[ll//m

miin

n]]

15

15

P

Prrzze

ep

p³³y

yw

w g

gaazzu

u p

po

om

mo

occn

niicczze

eg

go

o [[ll//m

miin

n]]

0,5

0,5

P

Prrzze

ep

p³³y

yw

w g

gaazzu

u p

prrzze

ezz rro

ozzp

py

yllaacczz [[ll //m

miin

n]]

0,8

0,5

M

Mo

occ p

pllaazzm

my

y [[W

W]]

1300

1450

W

Wy

ysso

ok

ko

oœœææ o

ob

bsse

errw

waaccjjii p

pllaazzm

my

y [[m

mm

m]]

15

15

P

Prrzze

ep

p³³y

yw

w p

prró

ób

bk

kii [[m

mll//m

miin

n]]*

*

1,5

1,5

C

Czzaass o

op

pó

óŸŸn

niie

en

niiaa [[ss]]

60

60

* W metodzie wzorca wewnêtrznego przep³yw próbki wynosi 0,65 ml/min, a czas opóŸnienia 90 s

go. Próbkê kontroln¹ analizowano na
pocz¹tku cyklu i po ka¿dych 5 prób-
kach, czyli w pierwszej, osiemnastej,
trzydziestej siódmej i szeœædziesi¹tej
trzeciej minucie od rozpoczêcia ana-
lizy próbek. Na podstawie uzyska-
nych wyników obliczono wspó³czyn-
nik zmiennoœci, który podano w tabe-
li 2.

Jak mo¿na by³o przypuszczaæ,

stabilnoœæ warunków panuj¹cych
w spektrometrze podczas analizy
próbek w jednym cyklu analitycznym
jest bardzo dobra. Œwiadczy o tym ni-
ska wartoœæ CV – dla wiêkszoœci
pierwiastków poni¿ej 2%. Tylko dla
cynku CV wynios³o 3,5%.

Identyfikacja efektów
matrycowych

Efekty matrycowe wystêpuj¹, gdy

matryca badanych próbek, œlepych
próbek oraz wzorców do kalibracji nie
jest taka sama. Powoduje to, ¿e
w plazmie mog¹ istnieæ inne warunki

podczas wprowadzania wzorców
i próbek. Mo¿e skutkowaæ to znacz¹-
cymi b³êdami analitycznymi. Efekty
matrycowe, skutkuj¹ce os³abieniem
lub wzmocnieniem sygna³u pocho-
dz¹cego od analitu, mog¹ byæ wywo-
³ywane przez wiele czynników, naj-
czêœciej przez obecnoœæ kwasów
i pierwiastków ³atwo jonizuj¹cych siê.
W badanych próbkach roœlin obecne
s¹ te dwa czynniki, zatem zostan¹
one opisane szczegó³owo.

W ramach pracy magisterskiej

4

napisanej na Wydziale Chemii Uni-
wersytetu Warszawskiego przy
wspó³pracy z CLK KGP przeprowa-
dzono wstêpne badania konopi.
Analizie poddano 10 próbek, w któ-
rych oznaczono 12 pierwiastków.
Okaza³o siê, ¿e stê¿enia wapnia
i magnezu s¹ o kilka rzêdów wielko-
œci wy¿sze od stê¿eñ pozosta³ych
oznaczanych pierwiastków. Co wiê-
cej, ich zawartoœci ró¿ni¹ siê w sze-
rokim zakresie stê¿eñ (Ca 0,5

÷5%,

Mg 0,3

÷0,8%).

Poza wapniem i

magnezem

w próbkach konopi nale¿y spodzie-
waæ siê du¿ej zawartoœci potasu,
poniewa¿ jest on pierwiastkiem po-
wszechnie obecnym w próbkach ro-
œlinnych. W tabeli 3 zamieszczono
przyk³adowe zawartoœci potasu
w kilku roœlinnych materia³ach od-
niesienia.

Wp³yw kwasu azotowego (V)

Próbki roœlinne, jako próbki sta³e,

musz¹ zostaæ przeprowadzone do

roztworu. Odbywa siê to za pomoc¹
mineralizacji mikrofalowej, zatem
analizowana próbka, oprócz pier-
wiastków bêd¹cych sk³adnikami ko-
nopi, zawiera znacz¹ce iloœci kwasu
azotowego (V), który stosowano
w procesie mineralizacji próbki.
Wp³yw matrycy tylko kwasu azoto-
wego (V) na intensywnoϾ emisji wy-
branych pierwiastków zobrazowano
na rycinie 2.

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

6

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

B

Ba

Ca

Cu

Fe

Mg

Mn

Sr

Zn

pierwiastek

względna intensywność [%]

dzień 1

dzień 2

dzień 3

dzień 4

dzień 9

Ryc. 1. Stabilnoœæ pierwiastków w analitach
Fig. 1. Analyte demental stability

A

An

naalliitt

C

CV

V

A

An

naalliitt

C

CV

V

B

B

0,3

M

Mg

g

1,5

B

Baa

0,4

M

Mn

n

1,3

C

Caa

2,1

S

Srr

2,0

C

Cu

u

0,9

Z

Zn

n

3,5

F

Fe

e

0,4

Tabela 2

StabilnoϾ aparatu w czasie cyklu

analitycznego

Instrument stability during

analytical cycle

CV – wspó³czynnik zmiennoœci (ang. coefficient
of variation)

Tabela 3

Zawartoœæ potasu w certyfikowanych materia³ach roœlinnych

Potasium content in certified plant material

S

Sy

ym

mb

bo

oll m

maatte

erriiaa³³u

u

R

Ro

od

dzzaajj m

maatte

erriiaa³³u

u

Z

Zaaw

waarrtto

oœœææ p

po

ottaassu

u

[[%

%]]

C

CT

TA

A--O

OT

TL

L--1

1

Orientalne liœcie tytoniu

1,56

C

CT

TA

A--V

VT

TL

L--2

2

Liœcie tytoniu z Wirginii

1,03

N

NIIS

ST

T--1

15

51

15

5

Liœcie jab³oni

1,61

IIN

NC

CT

T --T

TL

L--1

1

Liœcie herbaty

1,70

B

BC

CR

R--1

12

29

9

Siano

3,38

IIN

NC

CT

T --M

MP

PH

H --2

2

Mieszanka polskich zió³

1,91

N

NIIS

ST

T--1

15

57

70

0aa

Liœcie szpinaku

2,90

Kwas azotowy (V) powoduje obni-

¿enie intensywnoœci sygna³u dla
wszystkich pierwiastków w porówna-
niu z roztworem wodnym. Os³abienie

sygna³u mieœci siê w granicach od
–10% dla baru do –18% dla strontu.
Jest to spowodowane ró¿nic¹ w lep-
koœci i gêstoœci roztworów wodnych
i kwaœnych. Wiêksza lepkoœæ i gê-
stoϾ roztworu kwasu azotowego (V)
ogranicza efektywnoϾ rozpylania
w porównaniu z roztworem wodnym,
co w konsekwencji prowadzi do os³a-
bienia sygna³u oznaczanego pier-
wiastka. Przedstawione wyniki badañ
s¹ zgodne z wczeœniejszymi publika-
cjami.

Wszystkie substancje bêd¹ce ma-

tryc¹ próbki mog¹ przeszkadzaæ
w precyzyjnym i dok³adnym oznacze-
niu pierwiastków na poziomie œlado-
wym. Rutynowym sposobem wykry-
wania wp³ywów matrycy jest analiza
próbek rozcieñczonych

5,6

. Po

uwzglêdnieniu wspó³czynnika roz-
cieñczenia wyniki porównywane s¹
z uzyskanymi dla próbek nierozcieñ-
czonych. O braku efektów matryco-
wych œwiadczy brak istotnej ró¿nicy
w otrzymywanych wynikach. Innym
sposobem interpretacji otrzymanych
wyników jest wykreœlenie zale¿noœci
wspó³czynnika rozcieñczenia od in-
tensywnoœci uzyskanego sygna³u.
Jeœli zale¿noœæ ta jest prostoliniowa,
matryca nie ma istotnego wp³ywu na
procesy zachodz¹ce w plazmie,

a w konsekwencji – na uzyskiwane
wyniki analityczne.

By to sprawdziæ, przeprowadzono

analizê trzech próbek. Dwie z nich sta-

nowi³y próbki konopi, a trzecia to ma-
teria³ certyfikowany INCT-MPH-2
(mieszanina polskich zió³). Dla ka¿dej
z próbek przygotowano seriê czterech
rozcieñczeñ. Analizowano próbki, dla
których wspó³czynniki rozcieñczenia
wynosi³y: 0 (bez rozcieñczenia), 3, 4,
6, 11. Otrzymane wyniki i przemno¿o-
ne przez wspó³czynnik rozcieñczenia
przedstawiono na rycinie 3.

Najwiêksze odchylenia intensyw-

noœci sygna³u dla próbki o wspó³-
czynniku rozcieñczenia równym 11
zaobserwowano dla baru i boru, dla

których intensywnoœæ sygna³u jest
odpowiednio o 285% i 255% wy¿sza
od prawid³owej (100%). Dla pozosta-
³ych pierwiastków zmiany mieszcz¹
siê w zakresie 17

÷36%. Nale¿y za-

znaczyæ, ¿e dla wszystkich oznacza-
nych pierwiastków wp³ywy matrycy
s¹ znacz¹ce. Zatem w celu zwiêk-
szenia precyzji i dok³adnoœci metody
niezbêdna jest minimalizacja efektów
matrycowych.

Wp³yw wapnia i magnez

Jak to zosta³o ju¿ przedstawione,

g³ównymi sk³adnikami matrycy pró-
bek konopi, mog¹cymi powodowaæ
efekty uboczne, s¹ wapñ, magnez
i potas. Ze wzglêdu na fakt, ¿e po-
tas jako pierwiastek ³atwo ulegaj¹cy
jonizacji zachowuje siê jak bufor,
postanowiono sprawdziæ, jak na do-
k³adnoœæ oznaczeñ pierwiastków na
poziomie œladowym wp³ywaj¹ wapñ
i magnez, a nastêpnie, w jakim
stopniu dodatek pierwiastka ³atwo
jonizuj¹cego siê minimalizuje te
efekty.

Przede wszystkim sprawdzono,

w jaki sposób obecnoœæ wapnia i ma-
gnezu wp³ywa na intensywnoœæ sy-
gna³ów uzyskanych dla pozosta³ych
analitów. W tym celu przygotowano
seriê roztworów wzorcowych, w któ-
rych stê¿enie oznaczanych pierwiast-
ków poza Ca i Mg wynosi³o 10 mg/l.
Roztwory ró¿ni³y siê zawartoœci¹
wapnia i magnezu.

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

B Ba Cu

Fe

Mn

Sr

Zn

Be

Be

Y

pierwiastek

względna intensywność [%]

woda

kwas azotowy (V)

Ryc. 2. Wp³yw kwasu azotowego (V) o stê¿eniu 20% na intensywnoœæ emisji wybranych linii
Fig. 2. Effect of nitric acid (V) of 20% conc. on emission intensity of selected lines

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

B

Ba

Ca

Cu Fe Mg

Mn Sr

Zn

analit

% oryginalnego sygnału

rozc. 0x

rozc. 3x

rozc. 4x

rozc. 6x

rozc. 11x

Ryc. 3. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla kolejnych rozcieñczeñ próbek
Fig. 3. Relative change of signal intensity obtained for subsequent sample dilutions

Badania wstêpne próbek konopi

wykaza³y, ¿e stê¿enie magnezu jest
oko³o dziesiêciu razy mniejsze od
stê¿enia wapnia. Znaj¹c – z wcze-
œniejszych badañ – maksymalne stê-
¿enie wapnia i magnezu obecne
w analizowanych próbkach konopi,
dobrano ich stê¿enia w próbkach te-
stowych tak, aby pokrywa³y w miarê
równomiernie ca³y ich rzeczywisty
zakres. Matryc¹ wszystkich próbek
by³ 20% kwas azotowy (V). Zawarto-
œci wapnia i magnezu w poszczegól-
nych seriach roztworów podano w ta-
beli 4.

Ka¿dy z roztworów przygotowano

trzykrotnie. Podczas analizy próbek
zastosowano warunki standardowe

pracy spektrometru (tab. 1). Uzyska-
ne dla analitów intensywnoœci sygna-
³ów przeliczono na wzglêdne procen-
towe intensywnoœci. Intensywnoœci
równe 100% przyjêto dla roztworów
niezawieraj¹cych sk³adników matry-
cy. Uzyskane wyniki zilustrowano na
rycinie 4.

Jak mo¿na zauwa¿yæ, dla wszyst-

kich oznaczanych pierwiastków
wzrost stê¿enia matrycy powoduje
zwiêkszenie niekorzystnych jej wp³y-
wów. W konsekwencji porównywanie
zawartoœci na przyk³ad miedzi
w próbkach ró¿ni¹cych siê znacz¹co
zawartoœci¹ wapnia i magnezu bê-
dzie prowadziæ do b³êdnych wnio-
sków. Dla wszystkich analitów oprócz
boru i miedzi zaobserwowano os³a-
bienie sygna³u wraz ze wzrostem stê-
¿enia matrycy. Jest to zwi¹zane z jo-
nowym/atomowym charakterem linii
analitycznych. Dla linii atomowych
dodatek pierwiastka ³atwo jonizuj¹ce-
go siê powoduje wzrost liczby wol-

nych atomów, zatem linie atomowe
ulegaj¹ wzmocnieniu. Dla boru
wzmocnienie wynios³o do 13%, a dla
miedzi 40%. Wraz ze wzrostem iloœci
elektronów zwi¹zanym z obecnoœci¹
pierwiastka ³atwo ulegaj¹cego joniza-
cji nastêpuje os³abienie linii jonowych
od 10% dla strontu do 15% dla ¿ela-
za.

Jak zosta³o pokazane, efekty ma-

trycowe maj¹ znacz¹cy wp³yw na
koñcowe wyniki iloœciowe. Aby mo¿li-
we by³o wiarygodne porównywanie
wyników analitycznych uzyskanych
dla ró¿nych próbek konopi, a w kon-
sekwencji wieloletnie ich gromadze-
nie i porównywanie w ramach progra-
mu profilowania konopi, niezbêdne

jest opracowanie metody ich minima-
lizacji. Ograniczenie ich wp³ywów po-
zwoli równie¿ na porównywanie wyni-
ków w ramach wspó³pracy miêdzyla-
boratoryjnej.

Metody korekcji
efektów matrycowych

Minimalizacja efektów matryco-

wych powodowanych obecnoœci¹
kwasów, pierwiastków pierwszej
i drugiej grupy uk³adu okresowego
jest niezbêdna dla uzyskania dok³ad-
nych wyników oraz dobrej powtarzal-
noœci i odtwarzalnoœci metody. Dlate-
go te¿ du¿y nacisk k³adziono na
opracowanie metod umo¿liwiaj¹cych
ograniczenie niekorzystnych wp³y-
wów matrycy. Najprostsz¹ metod¹
eliminacji wp³ywów matrycy jest do-
pasowanie matrycy wszystkich anali-
zowanych roztworów, tj. roztworów
wzorcowych, próbek oraz œlepych
próbek. Zazwyczaj jednak ta metoda
nie jest mo¿liwa do zastosowania, bo
matryca jest zbyt skomplikowana lub
zbyt ró¿norodna w danej serii próbek.
Wtedy mo¿na zastosowaæ analizê
próbek rozcieñczonych. Wraz ze
wzrostem stopnia rozcieñczenia pró-
bek rozcieñczeniu ulega równie¿ ma-
tryca, a jej wp³yw na sygna³ oznacza-
nego pierwiastka nie jest ju¿ tak istot-
ny. Du¿¹ wad¹ tego sposobu minima-
lizacji efektów matrycowych jest
zmniejszenie czu³oœci metody,
a w konsekwencji brak mo¿liwoœci
oznaczania pierwiastków na niskim
poziomie stê¿eñ. Dlatego te¿ poszu-
kuje siê innych metod kompensacji
interferencji fizycznych, a jest ich wie-
le. Dosyæ obszerna literatura na ten
temat opisuje minimalizacje efektów

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

8

Tabela 4

Zawartoœæ wapnia i magnezu w poszczególnych seriach roztworów

Calcium and magnesium content across diluent badokes

N

Nrr sse

erriiii

O

Ozzn

naacczze

en

niie

e

Z

Zaaw

waarrtto

oœœææ w

waap

pn

niiaa [[m

mg

g//ll]]

Z

Zaaw

waarrtto

oœœææ m

maag

gn

ne

ezzu

u

[[m

mg

g//ll]]

1

1

0 mg/l Ca+Mg

0

0

2

2

220 mg/l Ca+Mg

200

20

3

3

440 mg/l Ca+Mg

400

40

4

4

880 mg/l Ca+Mg

800

80

5

5

1320 mg/l Ca+Mg

1200

120

6

6

1760 mg/l Ca+Mg

1600

160

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

B Ba

Cu

Fe

Mn

Sr

Zn

pierwiastek

intensywność względna [%]

0 mg/l Ca+Mg

220 mg/l Ca+Mg

440 mg/l Ca+Mg

880 mg/l Ca+Mg

1320 mg/l Ca+Mg

1760 mg/l Ca+Mg

Ryc. 4. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów w obecnoœci wzrastaj¹cego
stê¿enia matrycy wapnia i magnezu
Fig. 4. Relative change of analyte signal intensity in presence of increasing concentration of calcium
and magnesium matrix

matrycowych wywo³anych ró¿nymi
czynnikami, w tym obecnoœci¹ pier-
wiastków I i II grupy uk³adu okreso-
wego, a tak¿e obecnoœci¹ kwasów.
W niniejszym opracowaniu postano-
wiono przeanalizowaæ i porównaæ
trzy z nich:

a) zastosowanie zmodyfikowa-

nych warunków operacyjnych
spektrometru (tzw. warunków
odpornych),

b) zastosowanie odpornych wa-

runków plazmy w po³¹czeniu
z metod¹ dodatku buforu matry-
cy,

c) zastosowanie odpornych wa-

runków plazmy w po³¹czeniu
z metod¹ dodatku wzorca we-
wnêtrznego.

Ad a. Wystêpowanie efektów ma-

trycowych w du¿ym stopniu zale¿y od
warunków operacyjnych spektrome-
tru (warunków pracy), a zw³aszcza
od mocy oraz przep³ywu gazu noœne-
go. Zmniejszenie przep³ywu gazu no-
œnego prowadzi do d³u¿szych cza-
sów przebywania analitu w plazmie
ze wzglêdu na redukcjê prêdkoœci
gazu przy wylocie wtryskiwacza
i spadku iloœci aerozolu, niezbêdnego
do odparowania, a w konsekwencji
do zmniejszenia wp³ywów matrycy.
Takie warunki operacyjne pracy
spektrometru, w których zmiana ma-
trycy próbki nie powoduje zmiany
w intensywnoœci sygna³u analitycz-
nego, nazywa siê warunkami odpor-
nymi plazmy. By uzyskaæ takie wa-
runki, nale¿y zastosowaæ wysok¹
moc, zwykle powy¿ej 1,4 kW, oraz
d³ugi czas przebywania analitu w pla-
zmie, co uzyskuje siê poprzez
zmniejszenie przep³ywu gazu przez
nebulizer, zwykle poni¿ej 0,6 l/min.
Nieodpornych warunków plazmy po-
winno siê unikaæ w rutynowych anali-
zach

7, 8, 9

.

Jako kryterium odpornoœci plazmy

wybrano stosunek intensywnoœci linii
magnezu Mg II 280,270 nm/Mg do
I 285,213 nm. Linia Mg II 280 to linia
jonowa, a linia Mg I 285 – atomowa.
Wykazano, ¿e w przeciwieñstwie do
linii jonowych wiêkszoœæ linii atomo-
wych jest stosunkowo nieczu³a na
zmiany warunków operacyjnych

10,

11

. Zatem stosunek linii jonowej do

atomowej pozwala na weryfikacjê
optymalizacji parametrów operacyj-
nych plazmy. Wzór na stosunek linii
atomowej do jonowej I

i

/I

a

ma nastê-

puj¹c¹ postaæ

12, 13

.

gdzie:

Eexc – energia wzbudzenia,
Eion – energia jonizacji,
g – waga statystyczna,
A – prawdopodobieñstwo przejœcia,
λ – d³ugoœæ fali,
k – sta³a Boltzmanna,
Te – temperatura elektronów,
Texc – temperatura wzbudzenia,
ne – iloœæ elektronów.

Stan lokalnej równowagi termicz-

nej jest osi¹gniêty, gdy T

e

= T

exc

= T.

Wartoœci g i A s¹ sta³e i wynosz¹ od-
powiednio 5,32 * 10

8

s

-1

i 14,85 * 10

8

s

-1

dla Mg II 280,270 i

Mg

I 285,213

14

. Po podstawieniu tych

wartoœci do wzoru uzyskana zostanie
zale¿noœæ pomiêdzy T, iloœci¹ elek-
tronów i stosunkiem I

i

/I

a

. Wynika

z niej to, ¿e równowaga w plazmie,
a w konsekwencji jej odpornoϾ, jest
osi¹gniêta przy wartoœci tego stosun-
ku co najmniej 10 przy pionowej ob-
serwacji plazmy i powy¿ej 8 dla ob-
serwacji poziomej.

Efektywnoœæ korekcji efektów ma-

trycowych dziêki zastosowaniu od-
pornych warunków plazmy zosta³a
potwierdzona przez wielu badaczy.
Literatura naukowa podaje, ¿e zasto-
sowanie warunków odpornych wraz
z wiêksz¹ œrednic¹ iniektora (wtryski-
wacza) umo¿liwia minimalizacjê
wp³ywu sodu na intensywnoœæ innych
pierwiastków. W nieodpornych wa-
runkach plazmy matryca 10 g/l sodu
powodowa³a os³abienie lub wzmoc-
nienie sygna³u dla jonowych linii ana-
litycznych. Znaczne os³abienie sy-
gna³u (41

÷44%) zaobserwowano np.

dla linii Ni (II) 231 nm, Ni (II) 221 nm,
Pb (II) 220 nm i Cu (II) 224 nm. Nato-
miast dodatek sodu spowodowa³
wzrost intensywnoœci sygna³u (do
209%) dla takich linii jak: Ba (II) 230
nm, Mg (II) 279,6 nm, Mg (II) 280 nm,
Sr (II) 216 nm, Cd (II) 214 nm i Zn (II)

202 nm. Dla linii atomowych wp³yw
sodu by³ równie nieregularny, ponie-
wa¿ nie jest mo¿liwe proste odniesie-
nie zmiany sygna³u do energii wzbu-
dzenia. Zmiana intensywnoœci

wszystkich atomowych linii
analitycznych mieœci³a siê
w zakresie 76

÷273%.

Po zastosowaniu warun-

ków odpornych zmiana wynosi³a od
62 do 103%. Jak mo¿na zauwa¿yæ,
rozrzut zmiany intensywnoœci w tych
warunkach jest du¿o ni¿szy ni¿ w wa-
runkach nieodpornych. Nale¿y pod-
kreœliæ, ¿e dla wielu linii korekcja by³a
na tyle efektywna, ¿e mo¿na j¹ zasto-
sowaæ w rutynowych analizach. Przy-
k³adem mo¿e byæ linia Sr (I) 460,773
nm. W nieodpornych warunkach in-
tensywnoœæ linii wynosi³a 273%, a po
zastosowaniu warunków odpornych
plazmy – 103%.

Zastosowanie odpornych warun-

ków plazmy umo¿liwi³o równie¿ mini-
malizacjê wp³ywów innych matryc,
np. matrycy Ca

16

oraz negatywnego

wp³ywu matrycy kwasów

17

.

Zastosowanie warunków odpor-

nych ogranicza wp³ywy matrycowe,
jednak czêsto nie do tego stopnia, by
mo¿na by³o zastosowaæ jedynie tê
metodê w rutynowych analizach.

Ad b. Jak wspomniano wczeœniej,

nawet w odpornych warunkach nie
jest mo¿liwa pe³na kompensacja
zmian w plazmie spowodowanych
zmianami w sk³adzie matrycy. Alter-
natyw¹ jest zastosowanie buforu, tj.
pierwiastka dodanego w du¿ym stê-
¿eniu, którego wp³yw bêdzie dra-
stycznie wiêkszy od wp³ywu innych
pierwiastków takich jak: Ca i Na

18

.

W konsekwencji zmiana stê¿enia Ca
lub Na nie bêdzie mia³a wp³ywu na
warunki plazmy. Jako bufor najbar-
dziej odpowiednie s¹ pierwiastki ³a-
two ulegaj¹ce jonizacji, a wœród nich
cez. Ma on najni¿sz¹ energiê joniza-
cji (3,894 eV), emituje tylko kilka linii
i zwykle nie jest oznaczany metod¹
ICP-OES ze wzglêdu na zbyt ma³¹
czu³oœæ metody. Nale¿y podkreœliæ,
¿e dodatek Cs obni¿a wartoœæ sto-
sunku Mg II/Mg I, a wiêc odpornoœæ
plazmy, lecz z drugiej strony utrzymu-
je j¹ na sta³ym poziomie, a¿ do stê¿e-
nia Na 1 g/l. Zatem dodatek 10 g/l Cs

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

9

(

)

exc

a

exc

i

exc

e

ion

kT

E

E

kT

E

e

i

a

a

a

i

i

e

a

i

e

e

T

A

g

A

g

n

I

I

−

−

−

×

×

















×

=

2

3

21

10

83

.

4

λ

λ

umo¿liwia tolerancjê stê¿enia Na
o wartoœci 1 g/l bez znacz¹cych
zmian warunków plazmy, niezale¿nie
od warunków operacyjnych.

Ad c. Metoda wzorca wewnêtrz-

nego stosowana jest do korekcji in-
terferencji, gdy sk³ad wzorców i pró-
bek ró¿ni siê znacznie i nie mo¿e byæ
³atwo odtworzony. W tej metodzie do
roztworów kalibracyjnych i do próbek
rzeczywistych dodaje siê jednakow¹,
znan¹ iloœæ substancji chemicznej
wybranej w taki sposób, aby zapew-
niæ podobne zachowanie wzorca we-
wnêtrznego i analitu we wszystkich
etapach procedury. Wa¿ne jest rów-
nie¿, ¿eby sygna³y wzorca wewnêtrz-
nego i analitu w danej technice po-
miarowej by³y uzyskiwane w takich
samych warunkach pomiarowych,
mia³y podobn¹ wartoœæ i by³y dobrze
rozdzielone. Pierwiastek, który ma
pe³niæ funkcjê wzorca wewnêtrznego,
musi spe³niaæ nastepuj¹ce warunki:

– nie mo¿e byæ sk³adnikiem anali-

zowanych próbek,

– musi byæ stabilny w roztworze,
– stosowane linie analityczne po-

winny byæ wolne od interferencji
spektralnych,

– powinien zachowywaæ siê po-

dobnie do oznaczanych pier-
wiastków.

Wy¿ej podane wymagania odno-

sz¹ siê do wszystkich metod anali-
tycznych, w przypadku których mo¿li-
we jest stosowanie techniki wzorca
wewnêtrznego. W metodzie ICP-
OES dodatkowe wymagania to dopa-
sowanie atomowego/jonowego cha-
rakteru wybranej linii analitycznej
wzorca wewnêtrznego i oznaczane-
go pierwiastka. Poza tym nale¿y
wzi¹æ pod uwagê energie wzbudze-
nia i jonizacji ka¿dej pary pierwiast-
ków, które powinny byæ zbli¿one.

Sygna³ analityczny, zdefiniowany

jako stosunek sygna³u uzyskanego
dla analitu do sygna³u wzorca we-
wnêtrznego, umo¿liwia wyeliminowa-
nie wp³ywów, które w taki sam spo-
sób oddzia³uj¹ na sygna³y obu sub-
stancji (np. efektywnoϾ rozpylania
i transportu próbek). Zasad¹ metody
wzorca wewnêtrznego jest to, ¿e do
wszystkich roztworów/próbek doda-
wana jest sta³a iloœæ wzorca we-

wnêtrznego, sygna³ analityczny po-
zostaje proporcjonalny do zawartoœci
analitu w próbce

19

. Metoda ta umo¿-

liwia kompensacjê b³êdów zwi¹za-
nych z interferencjami fizycznymi –
dryftem termicznym, zró¿nicowaniem
lepkoœci próbek i roztworów kalibra-
cyjnych oraz niestabilnoœci¹ rozpyla-
nia. Zauwa¿ono, ¿e efektywnoœæ we-
wnêtrznej standaryzacji w du¿ej mie-
rze zale¿y od zastosowanych warun-
ków operacyjnych pracy spektrome-
tru. W warunkach odpornych zasto-
sowanie wzorca wewnêtrznego daje
lepsze efekty

20

.

Metoda wzorca wewnêtrznego jest

szeroko stosowana w ICP-OES w ce-
lu udoskonalenia precyzji i dok³adno-
œci. Zastosowanie pojedynczego
wzorca wewnêtrznego jest efektyw-
ne, gdy celem jest kompensacja
efektów fizycznych zwi¹zanych
z systemem wprowadzania próbki.

Funkcjê wzorców wewnêtrznych

pe³ni³y ró¿ne pierwiastki. Brenner
i wsp. stosowali jonow¹ liniê skandu
jako wzorzec wewnêtrzny w ozna-
czeniach pierwiastków w próbkach
geologicznych

21

. Stwierdzono, ¿e

pojedynczy wzorzec wewnêtrzny ca³-
kowicie kompensuje zmiany inten-
sywnoœci sygna³u analitu zwi¹zane
ze zmianami w systemie wprowadza-
nia próbki, gdy energie wzbudzenia
dla analitu i wzorca wewnêtrznego s¹
zbli¿one, lecz nie wykonano badañ
potwierdzaj¹cych tê teoriê. Ivaldi i Ty-
son zastosowali liniê Y II 371,030 nm
jako wzorzec wewnêtrzny

22

. Ich ba-

dania wykaza³y, ¿e stosowanie tego
pierwiastka w roli wzorca wewnêtrz-
nego powoduje czterokrotne ulep-
szenie %RSD, które osi¹ga wartoœæ
0,1

÷0,2%.

Wiele publikacji porusza temat sto-

sowania pojedynczego wzorca we-
wnêtrznego do kompensacji interfe-
rencji zwi¹zanych z obecnoœci¹ pier-
wiastków ³atwo ulegaj¹cych joniza-
cji

23,24,25

. Zaobserwowano, ¿e wp³y-

wy te mo¿na istotnie zminimalizowaæ,
stosuj¹c jako wzorzec wewnêtrzny li-
niê Sc II. Pierwiastek ten
wykorzystano jako wzorzec we-
wnêtrzny do ograniczenia wp³ywów
matrycy Ca i Na. Okaza³o siê jednak,
¿e pojedynczy wzorzec wewnêtrzny

nie kompensuje w pe³ni tego rodzaju
efektów matrycowych. W innych pu-
blikacjach opisana jest rola Ni II 231,
jako wzorca wewnêtrznego przy
oznaczaniu pierwiastków w matrycy
sodu

26

. Badania przeprowadzono,

stosuj¹c odporne warunki spektrome-
tru. Nie jest jednak mo¿liwa pe³na
kompensacja efektów matrycowych
wywo³anych obecnoœci¹ ³atwo jonizu-
j¹cych siê pierwiastków z zastosowa-
niem pojedynczego wzorca we-
wnêtrznego.

Do poprawy dok³adnoœci niezbêd-

ne jest zastosowanie kilku wzorców
wewnêtrznych. Brenner i wsp.

27

za-

stosowali Sb, Be, Y i Sc jako wzorce
wewnêtrzne w oznaczaniu analitów
w obecnoœci wapnia i sodu o stê¿e-
niu dochodz¹cym do 0,5% (v/v).
Oprócz znacz¹cej poprawy odtwa-
rzalnoœci metody wzorca wewnêtrz-
nego zaobserwowano znacz¹c¹ po-
prawê dok³adnoœci.

Bardzo dok³adn¹ metod¹ ozna-

czania pierwiastków g³ównych i œla-
dowych w ska³ach krzemianowych
okaza³a siê metoda PRISM (ang. Pa-
rameter Related Internal Standard
Method)

28

. Ta procedura umo¿liwia

kompensacjê b³êdów systematycz-
nych i losowych za pomoc¹ dwóch
wzorców wewnêtrznych: Cd i Rb.
Jednak¿e matryca próbek i wzorców
by³a podobna – zawiera³a zbli¿one
zawartoœci Li, który prawdopodobnie
zachowywa³ siê jak bufor

29

.

Inn¹ modyfikacj¹ metody wzorca

wewnêtrznego jest technika CAIS
(ang. Common Analyte Internal Stan-
darization)

30

. Opiera siê ona na jed-

noczesnych pomiarach dwóch linii
analitycznych tego samego pier-
wiastka. Jedna z tych linii s³u¿y do
pomiaru stê¿enia (linia analityczna),
a druga pe³ni funkcjê wzorca we-
wnêtrznego, za pomoc¹ którego
mo¿na minimalizowaæ efekty matry-
cowe. Podstawowym wymogiem tej
techniki jest to, by efekt matrycowy
wp³ywa³ na liniê analityczn¹ w inny
sposób ni¿ na liniê odniesienia. Me-
todê zastosowano do korekcji wp³y-
wów trzech matryc: HNO

3

, H

2

SO

4

i NaCl. Badanymi pierwiastkami by³y
mangan, magnez, lantan i bar. Korek-

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

10

cja za pomoc¹ tej techniki da³a bar-
dzo dobre wyniki.

Odporne warunki plazmy
– wyznaczanie stosunku Mg II/Mg I
w ró¿nych matrycach

Na pocz¹tku sprawdzono odpor-

noϾ plazmy przy wprowadzaniu
próbek o ró¿nych matrycach. Jako
kryterium odpornoœci plazmy usta-
lono stosunek intensywnoœci dwóch
linii magnezu Mg II 280,270 nm
i Mg I 285,213 nm. Analizie poddano
dwie próbki wzorców magnezu
o stê¿eniu 1 mg/l o ró¿nych matry-
cach. Matryc¹ pierwszej by³a woda,
a drugiej kwas azotowy (V) o stê¿e-
niu 20%. Po analizie wzorców
sprawdzono, w jaki sposób zmienia
siê odpornoœæ plazmy przy wprowa-
dzaniu próbki roœlinnej – materia³u
certyfikowanego CTA-OTL-1 (orien-
talne liœcie konopi), rozcieñczonego
10-krotnie. Rozcieñczenie tej próbki
by³o niezbêdne ze wzglêdu na prze-
³adowanie linii Mg 280,271 nm pod-
czas analizy próbki nierozcieñczo-
nej. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e wszystkie
analizy wykonano w dwóch seriach.
W pierwszej serii próbki analizowa-
no, stosuj¹c standardowe warunki
pracy spektrometru, a w drugiej –
warunki odporne. Uzyskane wyniki
zamieszczono w tabeli 5.

Jak mo¿na zauwa¿yæ, stosunki

Mg (II) /Mg (I) dla matrycy wodnej
i kwasowej s¹ porównywalne. W wa-
runkach standardowych wynios³y
one odpowiednio 5,2 i 5,1 dla matry-

cy wodnej i kwaœnej. Zastosowanie
warunków odpornych znacznie po-
prawi³o odpornoœæ plazmy, gdy¿ war-
toœæ stosunku Mg (II)/Mg (I) wzros³a
znacz¹co do wartoœci oko³o 8,7. Na-
tomiast odpornoϾ plazmy w warun-
kach standardowych podczas analizy

próbki roœlinnej CTA-OTL-1 x 10 jest
s³absza, o czym œwiadczy ni¿szy sto-
sunek Mg (II) /Mg (I) równy 4,7. Po
zastosowaniu warunków odpornych
wzrós³ on istotnie, lecz matryca prób-
ki by³a na tyle z³o¿ona, ¿e osi¹gniê-
cie wartoœci takich jak dla wzorców
wodnych i kwaœnych by³o niemo¿li-

we. WartoϾ stosun-
ku Mg (II)/Mg (I) dla
tej próbki analizowa-
nej z zastosowaniem
warunków odpornych
wynios³a 8,2.

Badania praktycz-

ne potwierdzi³y tezê,
¿e zastosowanie
warunków odpor-
nych mo¿e zminima-
lizowaæ wp³yw ma-
trycy. Dlatego te¿
postanowiono zba-
daæ, czy ich zastoso-
wanie minimalizuje
wp³ywy matrycy

w próbce konopi w zadowalaj¹cym
stopniu. W tym celu przygotowano
serie roztworów, tak jak podano w ta-
beli 4. W analizie tych roztworów za-
stosowano warunki odporne plazmy.
Uzyskane wyniki zamieszczono na
rycinie 5.

Tendencje zmian intensywnoœci

sygna³ów przy wzrastaj¹cym stê¿e-
niu matrycy z zastosowaniem odpor-
nych warunków plazmy s¹ podobne
jak w warunkach standardowych
(ryc. 4).

W obecnoœci matrycy obserwowa-

ny jest wzrost intensywnoœci sygna³u
dla linii boru oraz miedzi. Dla pozo-
sta³ych pierwiastków wzrost stê¿enia
wapnia i magnezu w próbce powo-
duje os³abienie sygna³u. Nale¿y jed-
nak zaznaczyæ, ¿e zmiany intensyw-
noœci sygna³ów nie s¹ tak drastycz-
ne jak w przypadku warunków stan-
dardowych i wynosz¹ od -11% dla
¿elaza do +14% dla miedzi. Zastoso-
wanie odpornych warunków plazmy
umo¿liwia dok³adne oznaczanie je-
dynie boru, gdy¿ w tym przypadku
wp³yw matrycy na intensywnoœæ sy-
gna³u wynosi maksymalnie +3%. Dla
pozosta³ych pierwiastków jest on
wiêkszy od 10%.

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

B Ba

Cu

Fe

Mn

Sr Zn

Be

313.107

Be

234.861

Cr

267.716

Cr

205.560

Y

371.029

pierwiastek

intensywność względna [%]

0 mg/l Ca+Mg

220 mg/l Ca+Mg

440 mg/l Ca+Mg

880 mg/l Ca+Mg

1320 mg/l Ca+Mg

1760 mg/l Ca+Mg

Ryc. 5. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów w obecnoœci wzrastaj¹cego
stê¿enia matrycy wapnia i magnezu oraz dla metody wzorca wewnêtrznego (wyniki uzyskano, stosuj¹c
odporne warunki plazmy)
Fig. 5. Relative change of analyte intensity in presence of increasing concentration of calcium and
magnesium matrix and for internal standardisation (results obtained by using resistant plasma
conditions)

Tabela 5

Zestawienie wartoœci Mg (II) /Mg (I) uzyskanych

dla ró¿nych próbek w ró¿nych warunkach

operacyjnych spektrometru

Mg (II)/MG (I) values obtained for various samples in

different operating conditions of spectrophotometer

M

Maattrry

yccaa

W

Waarru

un

nk

kii

M

Mg

g((IIII))//M

Mg

g((II))

Standardowe

5,2

H

H

2

2

O

O

Odporne

8,6

Standardowe

5,1

2

20

0%

% H

HN

NO

O

3

3

Odporne

8,7

Standardowe

4,7

C

CT

TA

A--O

OT

TL

L--1

1 x

x 1

10

0

Odporne

8,2

WZORCE WEWNĘTRZNE

Zastosowanie
warunków odpornych
i dodatku buforu jonizuj¹cego

Zastosowanie warunków odpor-

nych plazmy doprowadzi³o do znacz-
nej redukcji wp³ywów matrycy, nie
zminimalizowa³o ich jednak na tyle,
by mo¿na by³o je zaakceptowaæ. Po-
stanowiono wiêc zbadaæ, w jaki spo-
sób na zmianê intensywnoœci sygna-
³ów w obecnoœci wapnia i magnezu
wp³ywa obecnoœæ pierwiastka I grupy
uk³adu okresowego – sodu –
w dwóch ró¿nych stê¿eniach. Zasto-
sowano odporne warunki plazmy.
Nadmiar buforu matrycy, a w konse-
kwencji elektronów w plazmie, jest
tak du¿y, ¿e jakiekolwiek zmiany stê-
¿enia wapnia i magnezu nie powinny

powodowaæ istotnych zmian inten-
sywnoœci sygna³ów pierwiastków œla-
dowych. W próbkach roœlinnych,
w tym konopi, pierwiastkiem obec-
nym w próbce, mog¹cym pe³niæ funk-
cjê bufora, jest potas.

Nale¿y zaznaczyæ, ¿e intensyw-

noœæ dla pierwiastków, dla których
oznaczeñ wykorzystano linie atomo-
we, powinna wzrastaæ w obecnoœci
sodu, a dla analitów, dla których wy-
brano linie jonowe – maleæ. Stê¿enie
sodu powinno byæ tak dobrane, aby
sygna³y analitów w obecnoœci wzra-
staj¹cego stê¿enia matrycy nie ule-
ga³y zmianie, co wi¹¿e siê z os³abie-
niem czu³oœci dla linii jonowych, a po-
prawê dla linii atomowych. Uzyskane
wyniki przedstawiono na rycinach
6 i 7.

Jak mo¿na zauwa¿yæ na wykre-

sach, sód, dodany w stê¿eniach 800
i 1200 mg/l, nie ustabilizowa³ stê¿e-
nia elektronów w plazmie. Nale¿a³o-
by zastosowaæ jeszcze wy¿sze stê-
¿enie sodu, co jednak jest niekorzyst-
ne ze wzglêdu na os³abianie czu³oœci
dla wiêkszoœci oznaczanych pier-
wiastków, z których np.: Sr i Zn ozna-
czane s¹ na bardzo niskim (dla meto-
dy ICP-OES) poziomie stê¿eñ. Doda-
tek buforu matrycy w stê¿eniu zarów-
no 800 mg/l, jak i 1200 mg/l umo¿li-
wia dok³adne i precyzyjne oznacze-
nia tylko boru.

Dodatek 1200 mg/l sodu oprócz

boru minimalizuje wp³ywy matrycy
równie¿ dla miedzi do 3%, dlatego
mo¿na go stosowaæ w oznaczeniach
rutynowych.

Dla pozosta³ych pierwiastków do-

datek sodu jako buforu matrycy nie
minimalizuje niestety wp³ywów ma-
trycy w takim stopniu, by metodê
mo¿na by³o zastosowaæ w codzien-
nej pracy analitycznej. Intensywnoœci
sygna³ów dla takich pierwiastków jak
stront i cynk s¹ ni¿sze o oko³o 13%
w obecnoœci najwy¿szego stê¿enia
wapnia, magnezu i sodu.

Z wykresów 5, 6 wynika równie¿,

¿e dla pierwiastków takich jak bor,
¿elazo, mangan, stront i cynk stabili-
zuj¹cy efekt dodatku sodu obserwo-
wany jest dla stê¿enia matrycy powy-
¿ej 880 mg/l. Oznacza to, ¿e wapñ
i magnez, jako pierwiastki zwiêksza-
j¹ce stê¿enie elektronów w plazmie,
wzmacniaj¹ efekt buforuj¹cy sodu,
ich stê¿enie musi jednak przekraczaæ
880 mg/l.

Zastosowanie
warunków odpornych
i metody wzorca wewnêtrznego

W celu wyboru wzorca wewnêtrz-

nego, najlepiej minimalizuj¹cego
efekty matrycowe, postanowiono
przeanalizowaæ zachowanie kilku
pierwiastków, które nie s¹ obecne
w matrycy roœlinnej, a zatem mog¹
pe³niæ funkcjê wzorców wewnêtrz-
nych. Zbadano zachowanie trzech
pierwiastków Be, Cr i Y w obecnoœci
matrycy wapnia i magnezu o wzra-
staj¹cym stê¿eniu. Wyniki analiz za-

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

12

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

B

Ba Cu

Fe

Mn Sr

Zn

pierwiastek

intensywność względna [%]

0 mg/l Ca+Mg

220 mg/l Ca+Mg

440 mg/l Ca+Mg

880 mg/l Ca+Mg

1320 mg/l Ca+Mg

1760 mg/l Ca+Mg

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

B

Ba Cu

Fe

Mn Sr

Zn

pierwiastek

intensywność względna [%]

0 mg/l Ca+Mg

220 mg/l Ca+Mg

440 mg/l Ca+Mg

880 mg/l Ca+Mg

1320 mg/l Ca+Mg

1760 mg/l Ca+Mg

Ryc. 6. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów w obecnoœci wzrastaj¹cego
stê¿enia matrycy wapnia i magnezu oraz z dodatkiem sodu o stê¿eniu 800 mg/l
Fig. 6. Relative change of analyte intensity in presence of increasing concentration of calcium and
magnesium matrix and with addition of 800 mg/l conc. sodium

Ryc. 7. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów w obecnoœci wzrastaj¹cego
stê¿enia matrycy wapnia i magnezu oraz z dodatkiem sodu o stê¿eniu 1200 mg/l
Fig. 7. Relative change of analyte intensity in presence of increasing concentration of calcium and
magnesium matrix and with addition of 1200 mg/l sodium

mieszczono wczeœniej na wykresie
5 obrazuj¹cym zachowanie pier-
wiastków w obecnoœci Ca i Mg z za-
stosowaniem warunków odpornych
pracy spektrometru.

Wybór tych trzech pierwiastków

podyktowany by³ przede wszystkim
faktem, ¿e nie s¹ one sk³adnikami
próbek konopi. Ponadto dane pi-
œmiennicze donosz¹, ¿e s¹ one efek-
tywne w metodzie wewnêtrznej stan-
daryzacji.

Na pocz¹tku sprawdzono efektyw-

noœæ wewnêtrznej standaryzacji
dwóch linii analitycznych chromu: Cr
205,560 i Cr 267,716. Obydwie te li-
nie maj¹ charakter jonowy. Z tego
wzglêdu nie by³o mo¿liwe dobranie
ich jako wzorców wewnêtrznych dla
linii B 249,677 i Cu 327,393, które
maj¹ charakter atomowy. Ponadto
zbyt du¿a ró¿nica w energii jonizacji
chromu i baru uniemo¿liwi³a dobranie
Cr jako wzorca wewnêtrznego dla te-
go pierwiastka. W tabeli 6 zamiesz-
czono oznaczane pierwiastki oraz
dobrane dla nich linie chromu jako
wzorca wewnêtrznego.

By zbadaæ, jak efektywnie chrom

kompensuje efekty matrycowe wywo-
³ane ró¿nymi czynnikami, przygotowa-
no próbki oznaczanych pierwiastków
w ró¿nych matrycach. Pierwsza seria
próbek zawiera³a wzorce wodne, ma-

tryc¹ drugiej by³ kwas azotowy (V)
o stê¿eniu 20%. Trzecia seria próbek
oprócz oznaczanych pierwiastków
i kwasu azotowego (V) o stê¿eniu
20% zawiera³a 1600 mg/l wapnia i 160
mg/l magnezu – czyli najwy¿sze stê-
¿enia tych pierwiastków wystêpuj¹ce
w próbkach konopi. Uzyskane wyniki
kompensacji efektów matrycowych za
pomoc¹ chromu jako wzorca we-
wnêtrznego przedstawiono na ryc. 8.

Wyniki, które mo¿na uznaæ za za-

dowalaj¹ce, uzyskano dla manganu,
dla którego maksymalny b³¹d powo-
dowany obecnoœci¹ matrycy wynosi³
+0,8%. Dla pozosta³ych pierwiastków
uzyskane wyniki obarczone s¹ zbyt
du¿ym b³êdem, dochodz¹cym do
wartoœci -8,5% dla cynku, -8,2% dla

¿elaza i -5,4% dla strontu. Uniemo¿li-
wia to zastosowanie chromu jako
wzorca wewnêtrznego przy rutyno-
wych oznaczeniach tych pierwiast-
ków w skomplikowanej matrycy.

Chrom jest dobrym wzorcem we-

wnêtrznym dla niewielu oznaczanych
pierwiastków w próbkach konopi.
Dlatego te¿ prowadzono dalsze po-
szukiwania pierwiastków, które spe³-
nia³yby funkcjê mo¿liwie wszech-
stronnych wzorców wewnêtrznych.
Ze wzglêdu na oszczêdnoœæ czasu
przygotowania próbek oraz odczynni-
ków po¿¹dane by³o zastosowanie jak
najmniejszej liczby wzorców we-
wnêtrznych do mo¿liwie du¿ej liczby
analitów bez uszczerbku dla dok³ad-
noœci oznaczeñ. Postanowiono zba-
daæ, jak zadanie to spe³ni¹ beryl i itr.
Po analizie wartoœci energii wzbu-
dzenia i jonizacji linii oraz ich charak-
teru atomowego/jonowego dobrano
wzorce wewnêtrzne do analitów, co
pokazuje tabela 7.

By zbadaæ efektywnoœæ wybra-

nych wzorców wewnêtrznych, podob-
nie jak wczeœniej przygotowano serie
roztworów o zmieniaj¹cej siê matrycy.
Wyniki przedstawiono na rycinie 9.

Beryl i itr to pierwiastki dobrze

spe³niaj¹ce wymagania stawiane
wzorcom wewnêtrznym. Dla wiêk-
szoœci oznaczanych pierwiastków
kompensacja efektów matrycowych
za ich pomoc¹ jest zadowalaj¹ca,
a b³¹d nie przekracza 5%. Najwiêk-
szy b³¹d uzyskano dla strontu -5,9%.

Uznano, ¿e taki dobór wzorców

wewnêtrznych mo¿e byæ zastosowa-
ny w rutynowych analizach próbek
konopi.

Dok³adnoœæ

Najlepsz¹ metod¹ okreœlania do-

k³adnoœci metody jest analiza próbek
o œciœle okreœlonym sk³adzie, np. ma-
teria³ów certyfikowanych. Niestety ze
wzglêdu na brak badañ sk³adu pier-
wiastkowego konopi nie s¹ dostêpne
próbki konopi z certyfikowanymi za-
wartoœciami pierwiastków. Dlatego
te¿ do okreœlenia dok³adnoœci meto-
dy wybrano cztery roœlinne materia³y

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

13

Tabela 6

Cr jako wzorzec wewnêtrzny

Cr as internal standard

O

Ozzn

naacczzaan

ny

y

p

piie

errw

wii aasstte

ek

k

W

Wzzo

orrzze

ecc

w

we

ew

wn

nê

êttrrzzn

ny

y

Zn 206,200

Cr 205,560

Sr 232,235

Cr 205,560

Fe 238,204

Cr 205,560

Mn 257,610

Cr 267,716

Ryc. 8. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów, dla których wzorcem we-
wnêtrznych by³ chrom
Fig. 8. Relative change of analyte intensity with Cr as internal standard

Tabela 7

Be i Y jako wzorce wewnêtrzne

Be and Y as internal standards

O

Ozzn

naacczzaan

ny

y

p

piie

errw

wiiaasstte

ek

k

W

Wzzo

orrzze

ecc

w

we

ew

wn

nê

êttrrzzn

ny

y

B 249,677

Be 234,861

Ba 233,527

Y 371,029

Cu 327,393

Be 234,861

Fe 238,204

Be 313,107

Mn 257,610

Y 371,029

Sr 232,235

Y 371,029

Zn 206,200

Be 313,107

90

92

94

96

98

100

102

104

106

Zn Sr Fe Mn

pierwiastek

względna intensywność

[%]

H2O

20% HNO3

20% HNO3 1760 mg/l Ca+Mg

certyfikowane. Ze wzglêdu na podob-
n¹ matrycê próbek za³o¿ono, ¿e
próbki te bêd¹ dobrze odzwierciedlaæ
dok³adnoœæ opracowywanej metody.

Dok³adnoœæ metody wyznaczono

na podstawie wyników analiz mate-
ria³ów certyfikowanych w warunkach
odtwarzalnych. Wyniki przedstawio-

ne w tabeli 8 to œrednie z oœmiu po-
miarów jednej próbki.

Metodê nale¿y uznaæ za dok³ad-

n¹, gdy¿ wyniki analiz czterech mate-
ria³ów certyfikowanych nie ró¿ni¹ siê
istotnie od wartoœci referencyjnych.
Nale¿y zwróciæ uwagê, ¿e zawartoœci
pierwiastków w poszczególnych ma-
teria³ach ró¿ni¹ siê istotnie, zatem

opracowana metoda jest dok³adna
w szerokim zakresie stê¿eñ dla ka¿-
dego oznaczanego pierwiastka.

Podsumowanie

Wykonane badania s¹ kolejnym

etapem w opracowywaniu metody
profilowania konopi na podstawie
sk³adu pierwiastkowego. Pozwoli³y
one na okreœlenie wp³ywu efektów
matrycowych obecnych podczas
oznaczania pierwiastków w próbkach
konopi oraz ich minimalizacjê. Ze
wzglêdu na obecnoœæ wapnia i ma-
gnezu w iloœciach znacznie wy¿szych
ni¿ pozosta³ych analitów sprawdzo-
no, czy wp³ywaj¹ one na dok³adnoœæ
oznaczania pierwiastków œladowych.
Okaza³o siê, ¿e stê¿enie wapnia
i magnezu wp³ywa na odtwarzalnoœæ
wyników uzyskanych dla innych pier-
wiastków. Zatem niezbêdne by³o
opracowanie techniki korekcji efek-
tów matrycowych. Porównano trzy
techniki korekcji interferencji fizycz-
nych: zastosowanie warunków ope-
racyjnych odpornych, dodatek buforu

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

14

Ryc. 9. Wzglêdna zmiana intensywnoœci sygna³ów uzyskanych dla analitów, dla których wzorcami we-
wnêtrznymi by³y beryl i itr
Fig. 9. Relative change of analyte intensity with Be and Y as internal standards

92

94

96

98

100

102

104

106

B Ba Cu Fe

Mn

Sr

pierwiastek

względna intensywność [%]

0 mg/l Ca+Mg

440 mg/l Ca+Mg

1100 mg/l Ca+Mg

1760 mg/l Ca+Mg

Tabela 8

Dok³adnoœæ metody przedstawiona na podstawie wyników analizy materia³ów certyfikowanych

Method accuracy presented on the basis of results of certified material analysis

IIN

NC

CT

T T

TL

L1

1

IIN

NC

CT

T M

MP

PH

H2

2

C

CT

TA

A V

VT

TL

L2

2

C

CT

TA

A O

OT

TL

L1

1

Z

Zaaw

waarrtto

oœœææ

p

piie

errw

wiiaass ttk

kaa

C

Ce

errtty

yffiik

kaatt

W

Waarrtto

oœœææ

o

ottrrzzy

ym

maan

naa

C

Ce

errtty

yffiik

kaatt

W

Waarrtto

oœœææ

o

ottrrzzy

ym

maan

naa

C

Ce

errtty

yffiik

kaatt

W

Waarrtto

oœœææ

o

ottrrzzy

ym

maan

naa

C

Ce

errtty

yffiik

kaatt

W

Waarrtto

oœœææ

o

ottrrzzy

ym

maan

naa

B

B [[

µµgg//gg]]

26*

29

B

Baa [[

µµgg//gg]] 43,2 ± 3,9

42,7 ± 1,5

32,5 ± 2,5

31,8 ± 0,8

42,7 ± 6,6

38,3 ± 1,6

84,2 ± 11,5

80,9 ± 0,8

C

Caa [[%

%]]

0,582 ±

0,052

0,578 ±

0,034

1,08 ± 0,07

1,08 ±

0,04

3,60 ± 0,15

3,58 ±

0,15

3,17 ± 0,12

3,25 ±

0,05

C

Cu

u [[

µµgg//gg]]

20,4 ± 1,5

21,1 ± 0,9

7,77 ± 0,53

7,70 ±

0,35

18,2 ± 0,9

17,2 ± 0,7

14,1 ± 0,5

13,8 ± 0,2

F

Fe

e [[

µµgg//gg]]

432*

448 ± 15

460*

459 ± 19

1083 ± 33

1075 ± 51

989*

1004 ± 24

M

Mg

g [[%

%]]

0,224 ±

0,017

0,220 ±

0,009

0,292 ±

0,018

0,296 ±

0,010

0,510 ±

0,023

0,519 ±

0,014

0,447 ±

0,021

0,439 ±

0,064

M

Mn

n [[

µµgg//gg]]

1570 ±

110

1559 ± 54

191 ± 12

195 ± 3

79,7 ± 2,6

78,1 ± 2,5

412 ± 14

398 ± 7

S

Srr [[

µµgg//gg]]

20,8 ± 1,7

22,0 ± 1,2

37,6 ± 1,1

38,2 ± 1,1

110 ± 12

119 ± 5

201 ± 20

184 ± 4

Z

Zn

n [[

µµgg//gg]] 34,7 ± 2,7

32,2 ± 1,4

33,5 ± 2,1

32,7 ± 1,4

43,3 ± 2,1

42,1 ± 1,9

49,9 ± 2,4

47,8 ± 0,8

* WartoϾ informacyjna

jonizuj¹cego oraz metodê wzorca
wewnêtrznego. Stwierdzono, ¿e me-
toda wzorca wewnêtrznego najlepiej
kompensuje wp³yw wapnia i magne-
zu na dok³adnoœæ oznaczeñ. By
sprawdziæ dok³adnoœæ tej metody,
przeprowadzono analizê czterech
certyfikowanych materia³ów roœlin-
nych. Procentowy odzysk mieœci³ siê
w granicach 95

÷106%, co mo¿na

uznaæ za wartoœci zadowalaj¹ce. Wy-
niki oznaczania pierwiastków w prób-
kach materia³ów roœlinnych metod¹
wzorca wewnêtrznego charakteryzu-
j¹ siê du¿¹ dok³adnoœci¹. Opracowy-
wana metoda mo¿e zatem s³u¿yæ do
rutynowych analiz próbek konopi.

W nastêpnej czêœci tego tematu

badawczego przedstawione zostan¹
takie elementy jak:

– precyzja,
– granica wykrywalnoœci i ozna-

czalnoœci,

– zakres prostoliniowy i roboczy

krzywych kalibracyjnych,

РselektywnoϾ metody.
Nale¿y zaznaczyæ, ¿e uzyskane

koñcowe wyniki iloœciowe sk³adów
pierwiastkowych ziela konopi zosta-
n¹ poddane analizie statystycznej,
która wyka¿e mo¿liwoœci dyskrymi-
nacji próbek pochodz¹cych z ró¿nych
Ÿróde³ i opracowane zostan¹ zasady
ich grupowania.

PRZYPISY

1 M. Kuras: praca magisterska „Anali-

za elementarna wybranych narkoty-
ków oraz pó³produktu i produktu
syntezy siarczanu 4-etoksyamfeta-
miny”, Wydzia³ Chemii UW, Warsza-
wa 2002;

2 M. Wachowicz, M. Kuras: Wstêp do

profilowania konopi na podstawie
sk³adu pierwiastkowego, „Problemy
Kryminalistyki” 2003, nr 240, s.
10–19;

3 M. Wachowicz, M. Kuras: Minerali-

zacja mikrofalowa jako jedna z tech-
nik przygotowania próbek do badañ
porównawczych, „Problemy Krymi-
nalistyki” 2002, nr 238, s. 8–22;

4 M. Kuras, praca magisterska, op.cit.;
5 L. Pszonicki, W. Skwara: The stan-

dard addition and successive dilu-
tion method for evaluation and verifi-

cation of results in atomic – absorp-
tion analysis, „Talanta”, 12 (1989), s.
1265–1276;

6 L. Pszonicki: Significance of extra-

polation methods for the evaluation
of analytical signals, [w:] A. Kabata-
-Pendias, B. Szteke: Quality Pro-
blems in trace analysis in environ-
mental studies, Wydawnictwo Edu-
kacyjne Zofii Dobkowskiej, Warsaw
1998, s. 79–111;

7 X. Romero, E. Poussel, J.M. Mer-

met: The effect of sodium on analy-
te line intensities in inductively co-
upled plasma atomic emission spec-
trometry: influence of the operating
conditions, „Spectrochim. Acta” Part
B 52 (1997), s. 495–502;

8 I. Novotny, J.C. Farińas, J.L. Wan,

E. Poussel, I.M. Mermet: Effect on
power and carrier gas flow rate on the
tolerance to water loading in inducti-
vely coupled plasma atomic emission
spectrometry, „Spectrochim. Acta”
Part B 51 (1996), s. 1517–1526;

9 I.M. Mermet: Ionic to atomic line in-

tensity ratio and residence time in in-
ductively coupled plasma – atomic
emission spectrometry, „Spectro-
chim. Acta” Part B 44 (1989), s.
1109–1116;

10 P.W.J.M. Boumans, „ICP Inf.

Newsl.”, 4 (1978), s. 89;

11 T. Edmonds, G. Horlick: „Appl.

Spectrosc.”, 31 (1977) 536;

12 J.M. Mermet: Use of magnesium

as a test element for inductively co-
upled plasma atomic emission
spectrometry diagnostics, „Anal.
Chim. Acta” 250 (1991), s. 85–94;

13 J. Dennaud, A. Howes, E. Pous-

sel, J.M. Mermet: Study of ionic-to-
atomic line intensity ratios for two
axial viewing-based inductively co-
upled plasma atomic emission
spectrometers, „Spectrochim. Acta”
Part B 56 (2001), s. 101–112;

14 W.L. Wiese, M.W. Smith, B.M. Mi-

les: Atomic transition probabilities.
Sodium through calcium, National
Bureau Standards, Washington
DC, National Standards Reference
Data Series 2, 1969;

15 M. Stepan, P. Musil, E. Poussel,

J.M. Mermet: Matrix-induced shift
effects in axially viewed inductively
coupled plasma atomic emission

spectrometry, „Spectrochim. Acta”
Part B 56 (2001), s. 443–454;

16 Tam¿e;
17 A.C. Fernandez, M. Murillo, N.

Carrion, J.M. Mermet: „J. Anal. At.
Spectrom.” 9 (1994) 217;

18 J. Dennaud, A. Howes, E. Pous-

sel, J. M. Mermet: Study of ionic-
-to-atomic line in-tensity ratios for
two axial viewing-based inductively
coupled plasma atomic emission
spectrometers, Spectrochim. Acta
Part B 56 (2001), s. 101–112;

19 K. Wróbel: Analityka, nr 1, 2001;
20 X. Romero, E. Poussel, J.M. Mer-

met: Influence of the operating
conditions on the efficiency of inter-
nal standardization in inductively
coupled plasma atomic emission
spectrometry, „Spectrochim. Acta”
Part B 52 (1997), s. 487–393;

21 I.B. Brenner, A. Zander, M. Cole,

A. Wiseman: „J. Anal. At. Spec-
trom”, 12 (1997), 897;

22 J.C. Ivaldi, J.F. Tyson: „Spectro-

chim. Acta”, 51B, 1443, 1996;

23 I.B. Brenner, H. Eldad, S. Erlich,

N. Dalman: „Anal. Chim. Acta”,
1984, 66, 51;

24 I.B. Brenner, A. E Watson, G.M.

Roussel, M. Gonclaves, „Chem.
Geol.”, 1980, 28, 321;

25 I.B. Brenner, A. Zander, M. Cole,

A. Wiseman: „J. Anal. At. Spec-
trom.”, 12 (1997), 897;

26 M. Stepan, P. Musil, E. Poussel,

J.M. Mermet: op.cit.;

27 I.B. Brenner, A. Le Marchand, C.

Daraed, L. Chauvet: Compensa-
tion of Ca and Na interference ef-
fects in axially and radially viewed
inductively coupled plasmas, Mi-
cro-chemical Journal 63 (1999), s.
344–355;

28 M.H. Ramsey, M. Thompson: „J.

Anal. At. Spectr.”, 2 (1987), s. 497;

29 I.B. Brenner, A. Le Marchand, C.

Daraed, L. Chauvet: op.cit., s.
344–355;

30 A.S Al-Ammar, R.M Barnes: Cor-

rection for non-spectroscopic ma-
trix effects in inductively coupled
plasma atomic emission spectro-
scopy by internal standardization
us-ing spectral lines of the same
analyte, „Spectrochim. Acta” Part B
(1998), s. 1583–1593.

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 252/06

15