Kalsiumin, magnesiumin, raudan, mangaanin ja kuparin määrittäminen atominabsorptiospektrometrian liekkitekniikalla

Määritelmä
Happoliukoisen metallien määrityksessä näyte hiilletään 575±25°C ja tuhka liuotetaan suolahappoon. Happoliuos suodatetaan ja liukenematon jäännös siirretään platinaupokkaaseen ja kuivataan. Näyte hiilletään 575±25°C kunnes hiili on palanut pois. Upokas jäähdytetään ja siihen lisätään kymmenkertainen määrä tuhkamäärään nähden joka natriumkarbonaatti-kaliumkarbonaatti-sulatetta tai natriumkarbonaatti-boorihapposulatetta. Sekoitetaan lasisauvalla ja kuumennetaan upokasta kaasupolttimella kunnes seos sulaa. Läpikuultava sula jäähdytetään ja liuotetaan veteen.

Virhelähteet
Kalsium ja magnesium voivat ionisoitua, joka pienentää alkuainepitoisuutta. Ionisoitumista voidaan estää lisäämällä näyteliuokseen herkemmin ionisoituvaa alkuainetta.

Reagenssit
Reagensseina käytetään analyysipuhdasta laatua.

• Vesi
  Puhdistetun veden sähkönjohtavuuden on oltava < 0,1 µS/cm eikä siinä saa olla yli 45 µm läpimittaisia hiukkasia.
• Suolahappo 6 mol/l
  Laimennetaan 500 ml suolahappoa (HCl, tiheys 1,19 g/ml) 500 ml puhdistettua vettä. Liuos laimennetaan merkkiin.
• Kalsiumliuos 1000±2 mg/l
  Liuotetaan 2,497 g kuivaa kalsiumkarbonaattia (CaCO₃) 50 ml 6 mol/l HCl ja laimennetaan litraksi.
• Magnesiumliuos 10002 mg/l
  Liuotetaan 1,000 g kuivaa magnesiumia (Mg) 50 ml 6 mol/l HCl ja laimennetaan litraksi.
• • Kupariliuos 1000±2 mg/l
  Liuotetaan 1,000 g elektrolyyttisesti puhdasta kuparia pieneen määrään typpihappoa (HNO3, tiheys 1,4 g/ml). Keitetään typpioksidihöyryt pois ja jäähdytetään. Liuos siirretään kvantitatiivisesti 1000 ml mittapulloon ja laimennetaan litraksi.
• Rautaliuos 1000±2 mg/l
  Liuotetaan 1,000 g oksidivapaata rautalankaa pieneen määrään suolahappoa (HCl, tiheys 1,19 g/ml) 1000 ml mittapullossa ja laimennetaan merkkiin.
• Mangaaniliuos 1000±2 mg/l
  Liuotetaan 2,748 g 300oC kuivattua mangaanisulfaattia (MnSO₄) veteen ja lisätään 5ml 6 mol/l suolahappoa. Liuos laimennetaan litraksi.
• Kalsiumin ja magnesiumin ionisaation estäminen typpioksiduuli/asetyleeniliekissä
  Liuotetaan 63,5 g ultrapuhdasta cesiumkloridia (CsCl) veteen ja laimennetaan litraksi.
• Kalsiumin ja magnesiumin ionisaation estäminen ilma/asetyleeniliekissä
  Liuotetaan varovasti 59 g lantaanioksidia (La₂O₃) 250 ml suolahappoa (HCl, tiheys 1,19 g/ml) ja laimennetaan litraksi.

Näytteen käsittely
Happoliukoisen alkuainenäytteen valmistus

• Määritä näytteen kuiva-ainepitoisuus. Tee reagenssinolla ja kaksi rinnakkaista määritystä.
• Revi ilmakuiva näyte sopivan kokoisiksi palasiksi. Näytteessä ei saa olla leikkausreunoja tai
  pistokohtia, joihin on voinut jäädä metallia leikkausterästä. Punnitaan näytettä 5±0.01 g, mutta kuparin määritystä varten 10-20g, puhtaaseen upokkaaseen. Hiillä näytettä matalaliekkisellä kaasupolttimella tai uunilla korkeintaan 575±25°C ja hehkuta kolme tuntia kunnes hiili on palanut. Upokas jäähdytetään eksikaattorissa ja punnitaan (a). Määritykseen otetaan 0,5 g tuhkaa(b).
• Kostutetaan tuhka vedellä ja lisätään 5 ml 6 mol/l HCl. Haihdutetaan kuivaksi vesihauteella.
  Toistetaan käsittely. Lisätään 2,5 ml 6 mol/l HCl ja liuota upokkaassa olevaa jäännöstä kuumentamalla upokasta. Suodatetaan happoliuos tuhkattomalla 20 – 25 µm suodattimella 25 ml mittapulloon. Lisätään upokkaaseen 2,5 ml 6 mol/l HCl ja kuumennetaan. Suodatetaan happoliuos tuhkattomalla 20 – 25 µm suodattimella 25 ml mittapulloon vettä apuna käyttäen. Liukenematonta jäännöstä pestään pienellä määrällä vettä. Suodatinpaperi, jossa on liukenematon aines, kuivataan ja siirretään edellä käytettyyn upokkaaseen.
• Mittapullon liuoksesta määritetään happoliukoinen alkuaine ja upokkaassa suodatinpaperiin käärittynä on alkuaineen kokonaispitoisuus.

Kokonaisalkuainenäytteen valmistus

• Natriumkarbonaatti-kaliumkarbonaattisulate
  Sekoita natriumkarbonaattia (Na₂CO₃) ja kaliumkarbonaattia (K₂CO₃)
  suhteessa 106:138
• Natriumkarbonaatti-boorihapposulate
  Sekoita natriumkarbonaattia (Na₂CO₃) ja boorihappoa (H₂BO₃)
  painosuhteessa 3:1
  Natriumkarbonaatti-kaliumkarbonaattisulatetta tai natriumkarbonaatti-boorihapposulatetta voidaan käyttää liukenemattoman sakan liuotukseen.
  • Nollakoe valmistetaan samoilla kemikaaleilla, joita lisäät näytteeseen.
  Hiillä näytettä matalaliekkisellä kaasupolttimella tai uunilla korkeintaan 575±25°C ja hehkuta kolme tuntia kunnes hiili on palanut. Upokas jäähdytetään eksikaattorissa ja punnitaan. Lisää sulateseosta 2g tai niin paljon, että sulateseosta on kymmenen kertaa enemmän kuin tuhkaa. Sekoita lasisauvalla ja kuumennetaan upokasta kaasupolttimella kunnes seos sulaa. Jos läpikuultavaa sulaa ei muodostu laita upokas 900 °C uuniin 15 minuutiksi.
• Läpikuultava sula jäähdytetään ja liuotetaan veteen laittamalla upokas sulatteineen 250 ml dekkaan, jossa on vettä noin 100 ml. Kuumennetaan vesihauteella. Jos liuos muuttuu punaiseksi, liuoksessa on permanganaattia, jonka voi poistaa pelkistämällä etanolilla. Lisää pisaroittain sekoittaen etanolia kunnes väri häviää.
• Suodata seos, pese upokas ja suodatin viisi kertaa 1% natriumkarbonaatti-
  kaliumkarbonaattiliuoksella. Pesu vähentää suodatinpaperilla olevien karbonaattien liukoisuutta. Hylkää suodos.
• Upokkaaseen lisätään 5 ml 6 mol/l HCl sulatteen liuottamiseksi.
• Happoseos suodatetaan ja suodos kerätään 50 ml mittapulloon. Happoliuotus toistetaan kerran, suodatetaan ja suodatinpaperi pestään suolahappoisella vedellä. Täytä mittapullo merkkiin.

Metallipitoisuuden määrittäminen

Taulukko 1. Vertailuliuosten laimennukset

Käytetään kolmea vertailuliuosta ja yhtä reagenssinollaa ja ota vertailuliuos 2 referenssinäytteeksi. Tee jokaisesta 1000 mg/l metalliliuoksesta 10 mg/l liuokset, joista vertailuliuokset tehdään. Lisätään kalsiumin ja magnesiumin liuoksiin 1 ml cesiumkloridiliuosta typpioksiduuli/asetyleeni menetelmässä ja 1ml lantaanioksidiliuosta ilma/asetyleeni menetelmässä. Mittaa nolla, vertailuliuokset, referenssinäyte ja näytteet atomiabsorptiospektrometrin ohjeen mukaan.

Tulosten laskeminen
Happoliukoisen alkuaineen pitoisuus
X = ( c f V a ) / ( m b ), jossa
X = happoliukoisen alkuaineen pitoisuus, mg/kg
c = mittauksesta saatu tulos, josta reagenssinolla on vähennetty, mg/l
f = laimennuskerroin
V = näyteliuoksen tilavuus = 25 ml
a = tuhkan kokonaismäärä, g
m = kuivatun näytteen määrä, g
b = määritykseen otettu tuhkamäärä, g
Tulos ilmoitetaan kullekin alkuaineelle kahdella merkitsevällä numerolla, jos tulos on yli 1 mg/kg ja yhdellä merkitsevällä numerolla, jos tulos on 0,1 – 1 mg/kg.

Kokonaisalkuaineen pitoisuus
Metallin kokonaispitoisuus näytteessä lasketaan lisäämällä happoliukoisen metallin pitoisuuteen ( X ) mittauksesta saatu sulatteen pitoisuus ( Z ).

Z = (c f V a) / ( m b), jossa
Z = happoon liukenemattoman alkuaineen pitoisuus
c = mittauksesta saatu tulos, josta reagenssinolla on vähennetty, mg/l
f = laimennuskerroin
V = näyteliuoksen tilavuus = 50 ml
a = tuhkan kokonaismäärä, g
m = kuivatun näytteen määrä, g
b = määritykseen otettu tuhkamäärä, g

Suhteellinen virhe % = RSD= 100s/x, jossa
x= keskiarvo
s= keskihajonta

Taulukko 2. Happoliukoisen alkuaineen pitoisuus ja alkuaineen kokonaispitoisuus kopiopaperissa.

Tulokset on saatu määritettäessä neljä näytettä kahdeksassa laboratoriossa. Kuparin pitoisuus on alle määritysrajan. Määrityksestä saatuja tuloksia verrataan taulukon tuloksiin.

Lähteet: Scandinavian pulp, paper and board testing committee scan-cm 38:96

Etusivu > Teollisuusnäyteanalyysit > Kalsiumin jne. määrittäminen liekkitekniikalla
Etusivu > Analyysiohjeet > Kalsiumin jne. määrittäminen liekkitekniikalla

Raportointi-
kaavake
(33 kt Word)