Ο άμεσος προσδιορισμός εξαιρετικά χαμηλών συγκεντρώσεων βαρέων μετάλλων με τις σύγχρονες ατομικές φασματοσκοπικές μεθόδους είναι δύσκολος. Η πολυπλοκότητα της μήτρας των δειγμάτων μαζί με τα χαμηλά επίπεδα συγκέντρωσης των χημικών σωματιδίων (species)-στόχων δημιουργεί προβλήματα κατά την άμεση ανάλυσή τους, ακόμα και με προηγμένη αναλυτική οργανολογία. Έτσι, δημιουργείται συχνά η ανάγκη για την ανάπτυξη απλών και αξιόπιστων διαδικασιών επεξεργασίας των δειγμάτων, οι οποίες στοχεύουν στην απομάκρυνση των συστατικών της μήτρας και συγχρόνως τη βελτίωση της ανίχνευσης των βαρέων μετάλλων μέσω προσυγκέντρωσης. Τεχνικές που αναφέρονται και στοχεύουν στην προσυγκέντρωση-επεξεργασία δειγμάτων, είναι η εκχύλιση υγρού-υγρού, η εκχύλιση στερεάς φάσης, η συγκαταβύθιση, η επίπλευση, η ηλεκτροχημική απόθεση, κ.λπ. Εντούτοις, η επεξεργασία των δειγμάτων είναι το αδύναμο σημείο των σύγχρονων αναλυτικών διαδικασιών δεδομένου ότι τείνουν να είναι χρονοβόρες, απαιτούν επίπονη εργασία με επισφαλή αποτελέσματα πολλές φορές. Γι’ αυτό και τις δύο τελευταίες δεκαετίες υπήρξε μια εκρηκτική ανάπτυξη αυτού του πεδίου έρευνας. Μεταξύ των διαθέσιμων τεχνικών προσυγκέντρωσης, η εκχύλιση στερεής φάσης (SPE) σε εκλεκτικά υλικά είναι η πιο ευρέως υιοθετημένη καθώς μπορεί να προσροφήσει αναλύτες με υψηλή απόδοση εμπλουτισμού και ανάκτησης, γρήγορο διαχωρισμό φάσεων, χαμηλό κόστος, μικρή κατανάλωση διαλυτών και δυνατότητα συνδυασμού με διαφορετικές τεχνικές ανίχνευσης. Εντούτοις, η συμβατική SPE με τις στήλες προσρόφησης έχει και σύμφυτους περιορισμούς όπως:

  • μειωμένη απόδοση λόγω της ανάπτυξης αντίστασης ροής που προκαλείται από τη συνεκτική πλήρωση του υλικού προσρόφησης, μετά από επαναλαμβανόμενες χρήσεις,
  • μη αντιστρεπτή μεταβολή των ιδιοτήτων της επιφάνειας του υλικού λόγω απενεργοποίησης ή απώλειας δραστικών ομάδων ή ενεργών κέντρων.

Τα μειονεκτήματα αυτά ξεπερνώνται με την τεχνική της ανανεώσιμης επιφάνειας (renewable surface) η οποία επιτρέπει στο υλικό προσυγκέντρωσης να αντικαθίσταται μετά από κάθε ολοκληρωμένη αναλυτική μέτρηση [Long eta al, 2005, Miro et al 2008]. Εντούτοις, οι αναλύτες που κατακρατούνται πρέπει να εκλούονται με κατάλληλο διαλύτη πριν τη μέτρηση [Wang et al 2005]. Το στάδιο της εκλεκτικής προσρόφησης είναι περιοριστικό στην επιλογή του υλικού, διότι μόνο αντιστρέψιμες διαδικασίες είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν ενώ και η χρήση πυκνών οξέων για την εκλεκτική εκρόφηση οδηγεί συχνά σε σύσταση μήτρας ασύμβατη με τις τεχνικές ανίχνευσης πλάσματος. Για να ξεπεραστούν τα προβλήματα αυτά, αντί της εκχύλισής τους από το υλικό προσυγκέντρωσης, οι αναλύτες μεταφέρονται μαζί με αυτό στον ανιχνευτή, όπου γίνεται η μέτρηση. Στη θέση του υλικού μπορεί να βρίσκονται τροποποιημένα νανοσωματίδια που όχι μόνο δεν επηρεάζουν τη μέτρηση στο ICP και στην ETAAS αλλά αυξάνουν την απόδοση της εξάτμισης και ατομοποίησης στην ηλεκτροθερμική διεργασία [Burguera et al, 2007, Resano et al, 2008].

Στο παρόν έργο θα συνδυαστεί για πρώτη φορά ερευνητικά, η ιδέα της προσυγκέντρωσης μέσω ανανεώσιμης επιφάνειας νανοπροσροφητή με την ανίχνευση "επί του νανοϋλικού" και την πολυστοιχειακή ανάλυση με ICP και HG-ETAAS. Οι διαδικασίες εμπλουτισμού θα επιτρέψουν την εκλεκτική μέτρηση βαρέων μετάλλων σε φυσικά ύδατα και απόβλητα. Η προσέγγιση ανίχνευσης "επί του νανοϋλικού" προσυγκέντρωσης με τη χρήση ICP-OES, ICP-MS και HG-ETAAS δεν αναφέρεται βιβλιογραφικά, για την πολυστοιχειακή ανίχνευση. Ο κύριος λόγος είναι ότι οι τεχνικές αυτές όταν χρησιμοποιούνται με συστήματα εισαγωγής υγρών δειγμάτων, απαιτούν διαλύματα απαλλαγμένα από σωματίδια. Εξαίρεση αποτελεί η δειγματοληψία πηκτού εναιωρήματος (slurry sampling), η οποία περιλαμβάνει την εκνέφωση υδάτινων εναιωρημάτων λεπτών σωματιδίων στο ICP. Εντούτοις, λόγω των μοναδικών απαιτήσεων και των ιδιοτήτων του ICP η δειγματοληψία πηκτού εναιωρήματος περιορίζεται στην ανάλυση μόνο των λεπτόκοκκων σωματιδίων (μέγεθος σωματιδίων < 10 μm). Στις μελέτες έγχυσης σφαιριδίων που αναφέρονται μέχρι τώρα, τα σφαιρίδια έχουν σημαντικά μεγαλύτερες διαμέτρους (π.χ. μεταξύ 50 και 100 μm) [Resano et al, 2008]. Συνεπώς, η έγχυσή τους μέσω δειγματοληψίας πηκτού εναιωρήματος για τον εμπλουτισμό του αναλύτη και την τελική ανάλυση για την ανίχνευση βαρέων μετάλλων με ICP δεν είναι εφικτές. Αντίστοιχα, στην περίπτωση της HG-ETAAS τα νανοσωματίδια δημητρίας εμπλουτισμένα με βαρέα μέταλλα μέσω της αλληλεπίδρασης με τα υδρίδία τους, θα μετρώνται με ETAAS για τον προσδιορισμό του περιεχομένου τους στα βαρέα μέταλλα. Η προτεινόμενη έρευνα έρχεται να καλύψει τις δυσκολίες στην εφαρμογή μέσα από τις ακόλουθες καινοτόμες δράσεις:

  • Σύνθεση και χημική τροποποίηση μαγνητικών νανοϋλικών με κατάλληλες δραστικές ομάδες ή χαρακτηριστικές ιδιότητες για τον εκλεκτικό εμπλουτισμό βαρέων μετάλλων και την ταυτόχρονη απομάκρυνση συστατικών της μήτρας που πιθανόν να παρεμποδίζουν.
  • Πολυστοιχειακή μέτρηση ιχνοποσοτήτων βαρέων μετάλλων που βρίσκονται στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων ως αποτέλεσμα της εκλεκτικής τους αλληλεπίδρασης. Η δειγματοληψία και μέτρηση θα περιλαμβάνει τη λήψη πηκτού εναιωρήματος και την ETV- ICP-AES/ICP-MS και HG-ETAAS στην περίπτωση των υδριδίων μετάλλων πάνω σε μαγνητική δημητρία.
  • Παράκαμψη του σταδίου έκλουσης, επιτρέποντας έτσι τη χρήση νανοϋλικών προσρόφησης με δραστικές ομάδες που θα δεσμεύουν βαρέα μέταλλα μη αντιστρεπτά. Αυτό δίνει τη δυνατότητα, μελλοντικά, μιας ευρύτερης επιλογής κατάλληλων ομάδων για την κατακράτηση κι άλλων μεταλλοϊόντων προσφέροντας βελτιωμένη εκλεκτικότητα, όταν αυτή απαιτείται.
  • Χρήση των τεχνικών σε συνθήκες ροής με κατάλληλη τροποποίηση του συστήματος έγχυσης σε συνεχή ροή (FIA). Η εφαρμογή της ανανεώσιμης επιφάνειας σε συνδυασμό με την ανίχνευση στο υλικό προσυγκέντρωσης, ξεπερνά το πρόβλημα της δημιουργίας υψηλής πίεσης που εμφανίζεται στην προσυγκέντρωση με κλασική SPE και τις δυσκολίες έκλουσης του αναλύτη από το υλικό κατακράτησης στην πολυστοιχειακή ανάλυση με ICP