Atomová absorpční spektrometrie jako cenný pomocník při analýzách vod zamořených arsenem

O položení základního kamene atomové absorpční spektrometrie (AAS) se nejvíce zasloužil anglický fyzik/chemik Sir Alan Walsh, který sestrojil roku 1953 první atomový absorpční spektrometr. Tento nejen vědecký, ale i technický pokrok byl v té době považován za nejvýznamnější objev analytické chemie. Sám Walsh řekl, že k němu tato průlomová idea přišla, když se mu podařilo „přestat být hloupým a vidět něco, co bylo samozřejmé celou dobu“. Atomová absorpční spektrometrie se rázem stala populární a využívanou metodou v oblasti analýz vod a potravin, zemědělství, geologických průzkumů a lékařství. Disponuje nejen přesností a rychlostí, ale především vysokou citlivostí, což je pro chemické analýzy velice důležité. V dnešní době je jednou z nejrozšířenějších metod stopové prvkové analýzy, díky níž můžeme stanovit více než 60 prvků ve velice nízkých koncentracích (mg l^-1, µg l^-1).

Celý princip metody se odvíjí od vlastností elektronů vázaných v atomu, které se nacházejí na určitých energetických hladinách, jenž jsou pro jednotlivé prvky charakteristické. Atom analytu absorbuje foton o určité vlnové délce, která přesně odpovídá energii, potřebné k přechodu elektronu z hladiny nižní na hladinu vyšší. Dle typu atomizátoru a způsobu vnášení vzorku se AAS dělí na: plamenovou techniku, elektrotermickou atomizaci, generování studených par a generování hydridů. Generování hydridů (HG) nám umožňuje stanovit prvky tvořící těkavé hydridy, jako je arsen, který se v současnosti dostává do popředí vědeckého zájmu, zejména z důvodů stále se množících případů kontaminace podzemních vod.

Arsen je známý svými toxickými vlastnostmi od pradávna, elementární formu tohoto prvku se podařilo poprvé izolovat německému alchymistovi Albertu Magnovi již roku 1250. Dlouhodobý příjem arsenu způsobuje chronická onemocnění, jako je vypadávání vlasů a nehtů nebo chorobné rohovatění kůže (keratóza). Dalším rizikem jsou karcinogenní účinky – rakovina plic či kůže a zvýšená náchylnost k nádorům v oblasti jater a ledvin. Menší dávky arsenu způsobí úbytek červených a bílých krvinek a u těhotných žen zvyšují riziko potratu. Problémem může být také úbytek váhy a anemie. Koloběh arsenu a jeho uvolňování do životního prostředí je děj zcela přirozený, avšak lidé ho svou činností v oblasti těžby rud, metalurgie a spalování nekvalitního uhlí neustále urychlují. Tento zásah do přirozeného koloběhu má za následek nadměrné uvolňování arsenu do povrchové i podpovrchové vody. K zamoření vod rukou člověka dochází například v Argentině, Číně, Chile, Indii, Mexiku, Thajsku či USA.

Příkladem místa s extrémní kontaminací vod arsenem je Bangladéš. Vodní zdroje jsou v této zemi rozhodujícím faktorem pro přežití. Celkově je zde postiženo zhruba 90 000 km² rozlohy, na které žije na 77 miliónů lidí, téměř polovina z nich je závislá na vodě znečištěné arsenem. Průzkumy z posledních let dokazují, že více než 20 % všech úmrtí je způsobeno otravou arsenem. Toto číslo je více než alarmující – Světová zdravotnická organizace (WHO) se vyjádřila o situaci v Bangladéši jako o největší hromadné otravě v dějinách lidstva.

Za hlavní příčinu přirozené kontaminace pitné vody v oblasti Bangladéše můžeme označit erozivní pochody probíhající v prehistorické minulosti během rychlého výzdvihu Himalájí. Na přelomu druhohor a třetihor docházelo k uvolňování velkého množství zvětralin, které byly vlivem monzunových povodní přeneseny zejména do delty řeky Gangy v Bengálském zálivu, ve kterém se Bangladéš nachází. Arsen je zde přítomen ve formě příměsí pyritu či jako složka arsenopyritu. Tyto minerály následně zvětrávají a uvolněný arsen přechází do roztoku, kde je vzápětí adsorbován na usazené hydroxidy manganu a železa. Jestliže se tyto sloučeniny vyskytnou v redukčním prostředí, kde tamější litotrofní bakterie nemohou dýchat kyslík z podzemní vody, dochází ke spotřebě kyslíku z hydroxidů železa a pochopitelně také k uvolňování adsorbovaného arsenu. Během posledních let bylo v Bangladéši vyhloubeno tisíce vrtů, které měly být řešením tohoto problému. Vrty pomohly výrazně snížit výskyt parazitálních onemocnění, nicméně přinesly arsenikózu. Toto onemocnění vede k oslabení celého systému, projevuje se skvrnami na kůži a později může způsobit i rakovinou. Krom arsenikózy se zde také vyskytuje tzv. Bürgrova choroba, laicky označovaná jako „černání nohou“. Bürgrova choroba postihuje především periferní arterie a středně velké žíly, zejména u dolních končetin. Na počátku se tato choroba znatelně neprojevuje, vyústí však v zúžení nebo úplné uzavření tepny.

V České republice je z hlediska přirozené kontaminace arsenem nejvýznamnější lokalitou zlatonosné ložisko Čelina-Mokrsko. Abnormální výskyt arsenu je zde vysvětlován jeho vazbou na zlato. Toto území je jedno z největších nalezišť zlata v Evropě. Arsen je zde ke zlatu poután ve formě arsenopyritu, jehož přirozeným zvětráváním dochází k uvolnění arsenu po podzemní vody. Zlato je zde velice jemně rozptýleno, muselo by se z horniny dostávat složitými procesy, jako jsou mletí a drcení. Tato potenciální těžba by mnohonásobně urychlila pronikání arsenu do vodních zdrojů. Během analýz byly naměřeny koncentrace arsenu v rozmezí 255–1690 μg l^-1, což jsou koncentrace 25–169x větší než v České republice povolený limit pro pitnou vodu (10 μg l^-1). Několik studií (za období 1950 – 1984) poukazuje na zvýšení počtu úmrtí způsobených rakovinou, a dokonce na výskyt výše zmíněné Bürgrovy choroby, která byla potvrzena u dvou případů. Situace v Mokrsku byla vyřešena výstavbou vodovodu (1989). Mokrsko se po objevení vysokého obsahu arsenu stalo rázem atraktivním místem pro vědecký výzkum, zaměřený jednak na vysoké koncentrace arsenu a jeho vztah ke zlatu, ale také na jeho mikrobiální mobilizaci.

Barbora Heřmanovská, Hermanovska.Barbora@seznam.cz