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Analytrca Chtmtca Acra, 233 (1990) 243-249 Elsevter Science Pubhshers B V., Amsterdam - Pnnted m The Netherlands 243 Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren-Matrix-Trennung J. STUMMEYER, W. BLGDORN und G WUNSCH * Instrtut ftir Anorganrsche Chemre der Unrversrtiit Hannover, Calltnstrasse 9, D-3000 Hannover I (Bundesrepubltk Deutschland) P. WILHARTITZ und H M. ORTNER Metallwerk Plansee GmbH, A-6600 Reutte (asterretch) (Emgegangen den 30 Oktober 1989) XBSTRACT (Stmultaneous determrnatron of trace elements tn hrgh-punty chromium by mductrvely-coupledplasma/atomrc emtsston spectrometty after matrix separation ) The productton of high-purity metals requires routme determmations of elements m the ng g-r range Procedures based on wet chemical separation of matrix and trace elements followed by mductively-coupled plasma/atomtc emission spectrometry are sunable. The separation of 19 trace metals (Be, BI, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, La, Mg, Mn, Nb, Ni, Pb, Ta, Tt, Th, U, Zn and Zr) from high-purity chromium powder is described The powder 1s dissolved m hydrochlonc acid and oxidized wtth perchlonc acid or alkahne hydrogen peroxide, and the trace elements are prectpttated at pH 11-13 and collected on cellulose loaded with mdmm hydroxtde or on cellulose-Hyphan. The detection hnuts of the total procedure vary from 10 ng g-’ for cadmtum to 600 ng gg’ for zmc. ZUSAMMENFASSUNG Die Produktton hochremer Refraktarmetalle erfordert analyttsche Bestimmungen tm ng g-‘-Beretch unter den Bedmgungen emes mdustnellen Routmelabors Verbundverfahren aus nasschemtscher Spuren-Matnx-Trennung und mduktiv gekoppelten Plasma Atomenussionsspektrometne (ICP/AES) erftillen dte Erfordermsse Es werden Ar- bettsbedmgungen angegeben zur Anretcherung von 19 Analytspuren (Be, Bt, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, La, Mg, Mn, Nb, Nt, Pb, Ta, Ti, Th, U, Zn und Zr) aus Chrompulver fur die Pulvermetallurgie. Chrom wtrd m Salzslure gel&t und rmt Perchlorsaure oder H,O,/NaOH oxuliert. Die Analytspuren werden bet pH 11-13 auf Cellulose/In(OH), oder auf Cellulose-Hyphan angeretchert. Dte Nachweisgrenzen des Verbundverfahrens nut Messung durch ICP/AES hegen zwischen 10 ng g-’ (Cd) und 600 ng g-’ (Zn) im Chrompulver. Die Anwesenheit von Fremdatomen m einer Metallmatrix beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials in weiten Bereichen. Modeme, weitgehend automatisierte Produktionsprozesse verlangen dagegen den Ein- satz von Werkstoffen, deren Eigenschaften sich innerhalb streng definierter Grenzen bewegen. Die Aufgabe der modemen Spurenanalytik muss es daher sein. exakte Informationen iiber die stoff- lithe Zusammensetzung verwendeter Materialien in einem vertretbaren ijkonomischen und zeitlichen Rahmen zu liefern [l]. Das Element Chrom zeigt beim Einsatz in pulvermetallurgischen Produktionsprozessen einen Zusammenhang zwischen der Reinheit einer Metallpulverprobe und der Duktihtat des Metalls. Die ubergangstemperatur, oberhalb derer das Metal1 seine Sprodigkeit verliert und duktil wird, 0003-2670/90/$03.50 0 1990 - Elsevter Sctence Publishers B V

Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

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Analytrca Chtmtca Acra, 233 (1990) 243-249

Elsevter Science Pubhshers B V., Amsterdam - Pnnted m The Netherlands 243

Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren-Matrix-Trennung

J. STUMMEYER, W. BLGDORN und G WUNSCH *

Instrtut ftir Anorganrsche Chemre der Unrversrtiit Hannover, Calltnstrasse 9, D-3000 Hannover I (Bundesrepubltk Deutschland)

P. WILHARTITZ und H M. ORTNER

Metallwerk Plansee GmbH, A-6600 Reutte (asterretch)

(Emgegangen den 30 Oktober 1989)

XBSTRACT

(Stmultaneous determrnatron of trace elements tn hrgh-punty chromium by mductrvely-coupledplasma/atomrc emtsston spectrometty after matrix separation ) The productton of high-purity metals requires routme determmations of elements

m the ng g-r range Procedures based on wet chemical separation of matrix and trace elements followed by

mductively-coupled plasma/atomtc emission spectrometry are sunable. The separation of 19 trace metals (Be, BI, Ca,

Cd, Co, Cu, Fe, La, Mg, Mn, Nb, Ni, Pb, Ta, Tt, Th, U, Zn and Zr) from high-purity chromium powder is described

The powder 1s dissolved m hydrochlonc acid and oxidized wtth perchlonc acid or alkahne hydrogen peroxide, and the

trace elements are prectpttated at pH 11-13 and collected on cellulose loaded with mdmm hydroxtde or on

cellulose-Hyphan. The detection hnuts of the total procedure vary from 10 ng g-’ for cadmtum to 600 ng gg’ for zmc.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Produktton hochremer Refraktarmetalle erfordert analyttsche Bestimmungen tm ng g-‘-Beretch unter den Bedmgungen emes mdustnellen Routmelabors Verbundverfahren aus nasschemtscher Spuren-Matnx-Trennung und

mduktiv gekoppelten Plasma Atomenussionsspektrometne (ICP/AES) erftillen dte Erfordermsse Es werden Ar-

bettsbedmgungen angegeben zur Anretcherung von 19 Analytspuren (Be, Bt, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, La, Mg, Mn, Nb, Nt,

Pb, Ta, Ti, Th, U, Zn und Zr) aus Chrompulver fur die Pulvermetallurgie. Chrom wtrd m Salzslure gel&t und rmt

Perchlorsaure oder H,O,/NaOH oxuliert. Die Analytspuren werden bet pH 11-13 auf Cellulose/In(OH), oder auf

Cellulose-Hyphan angeretchert. Dte Nachweisgrenzen des Verbundverfahrens nut Messung durch ICP/AES hegen

zwischen 10 ng g-’ (Cd) und 600 ng g-’ (Zn) im Chrompulver.

Die Anwesenheit von Fremdatomen m einer Metallmatrix beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials in weiten Bereichen. Modeme, weitgehend automatisierte Produktionsprozesse verlangen dagegen den Ein- satz von Werkstoffen, deren Eigenschaften sich innerhalb streng definierter Grenzen bewegen. Die

Aufgabe der modemen Spurenanalytik muss es daher sein. exakte Informationen iiber die stoff-

lithe Zusammensetzung verwendeter Materialien in einem vertretbaren ijkonomischen und zeitlichen Rahmen zu liefern [l].

Das Element Chrom zeigt beim Einsatz in pulvermetallurgischen Produktionsprozessen einen Zusammenhang zwischen der Reinheit einer Metallpulverprobe und der Duktihtat des Metalls. Die ubergangstemperatur, oberhalb derer das Metal1 seine Sprodigkeit verliert und duktil wird,

0003-2670/90/$03.50 0 1990 - Elsevter Sctence Publishers B V

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244 J STUMMEYER ET AL

TABELLE 1

Geforderte Lastungsfahlgkelt spurenanalytlscher Verfahren beI

stelgender Remhelt des zu charaktenslerenden Matenals [l]

Remhelt Spuren- Geford Geford

(Xi) gehalt a Nachwels- Erfassungs-

grenze a grenze a

99,99 100 -=l,O 10

99,999 10 < 0,l 1

99,9999 1 < 0,Ol 071

a In p’g g-‘.

hangt von der Fremdatomkonzentratton ab. Auch dte Korrosionsbestandigkeit wlchst mit der Rein- heit des Metalls. Allein schon die empirische Be- schreibung dieser Zusammenhange setzt Verfah- ren zum Nachwets geringster Spurenverunreini-

gungen voraus. Die routinemassige Bestimmung von Gesamt-

elementspurengehalten einer Metallprobe 1st heute

im Bereich l-100 pg g-’ gefordert. Die zum Einsatz kommenden analytischen Verfahren mussen Einzelelementkonzentrationen im Bereich

pg gg’ bis ng g-i erfassen (Tabelle 1). Zur Char- akterisierung emer Probe der Qualitat 4N (99,99%) kommen aus Bkonomischen Grtinden atom- spektroskoptsche Verfahren (induktiv gekoppeltes

Plasma/Atomemissionsspektrometrie, ICP/AES, oder AAS mit Flamme oder Graphitrohr) zum Einsatz. Der Gesamtspurengehalt emer Probe > 5N (99,999%) wird dagegen nur von hochmstru- mentalisierten analytischen Verfahren wie Mas-

senspektrometrie oder Aktivierungsanalyse erfasst.

Der Einsatz der genannten instrumentellen Multielementverfahren ist jedoch haufig begrenzt durch ungeniigende Nachweisstarke fiir bestimmte Analyten. Haufig treten Matrixstorungen auf, die den Einsatz emer Methode auf bestimmte Ele- mente begrenzen. Als Beispiele seien Linienin-

terferenzen der ICP/AES und Matrixanregung bei Aktivierungsanalysen genannt. Fur die Kalibrie- rung massenspektroskopischer Verfahren wie Sekundar Ionen Massenspektrometrie (SIMS) und

“glow discharge” Massenspektrometrie (GDMS) stehen haufig keine geeigneten Standards zur Verftigung. Diese Schwiengkeiten kbnnen durch

nasschemische Verfahren zur Abtrennung der Ma- trix beseitigt werden.

In letzter Zest wurden mehrere Verfahren zur Anreicherung von Elementspuren im Mikro- gramm- bis Nanogramm-bereich aus konzentrier- ten Matrixliisungen an Ionenaustauschern auf Cel- lulosebasis beschrieben. Vor allem werden der chelatbildende Ionentauscher Cellulose-Hyphan

sowie metallhydroxid-beladene Cellulose verwen- det [2-41. Der besondere Vorteil besteht im

geringen apparativen Aufwand, der die Integra- tion in die nasschemische Probenvorbereitung der Routineanalytik mbglich macht. Auf der Anrei-

cherung von Elementspuren am Kollektor bei nahezu vollstandiger Abtrennung der Matnx beruht die gute Kompatibilitlt dieser Trennver- fahren mit den heute aus Gkonomischen Grtinden weitverbreiteten atomspektroskopischen Bestim- mungsverfahren.

Ztel dieser Arbeit war es, die erwahnten Cel- lulosekollektoren zur Abtrennung von Element- spuren aus konzentrierten alkalischen Chromatlo- sungen zur Verbesserung der Nachweisgrenze der

ICP/AES einzusetzen. Die Vorteile des Spuren- Matrix Trennverfahrens werden durch Vergleich

mit den Nachweisgrenzen der ICP/AES-Dtrekt- bestimmung aus 1% Matrixlbsung deuthch.

BESTIMMUNG VON SPUREN IN REINST CHROM MIT

DEM INDUKTIV GEKOPPELTEN PLASMA

Fur die Analyse von Refraktarmetallen 1st die ICP/AES derzeit dte schnellste, vielseitigste und daher ijkonomisch giinstigste Methode. Die noch nachwelsstarkeren Methoden der Massenspektro-

metrie (SIMS, GDMS, ICP/MS) sind noch nicht bis zur Routinetauglichkeit entwickelt. Die zeitaufwendigen aktivierungsanalytischen Meth- oden werden nur zur Charakterisierung von Stan- dardreferenzmateriahen herangezogen.

Lmientiberlappung und Untergrundanhebung bei lmienreichen Matrices begrenzen dte Leistung der opttschen Emissionsspektrometrie im vorlie- genden Anwendungsbereich. Abbildung 1 zeigt als Beispiel die Uranemissionshnie 409,014 nm aus

wassriger Losung und aus einer salzsauren Cr(III)- Losung der Konzentration 10 g 1-t im Konzentra-

tionsbereich der Nachweisgrenze. Eme stbrungs- frete Intensitatsmessung dieser Emissionshme 1st

Page 3: Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

VERBUNDVERFAHREN ZUR MULTIELEMENT-SPURENBESTIMMUNG 245

r

,- /-’ <’

,’ A’ /

,’

.___--- __-’ I

Abb 1 Enusslonshme U 408,014 nm aus wassnger Lbsung

(- ) und m 1% Cr-Matnwlosung (----) lm Konzentratlons-

berelch der Nachwelsgrenze ICP/AES Spektrometer JY38 +

(ISA/Jobm Yvon), Gltter 3600 Lmlen/mm, Spalte 20 pm

in den angegebenen Konzentrationsbereichen unmoghch.

Em Mass fir die Charakterisierung derartiger spektraler Matrix-Analyt-Interferenzen stellt die Interferent Equivalent Concentration (IEC) dar.

Die IEC gibt die Konzentration des Analyten an, die vorgetauscht wird, wenn das Matrixelement in emer bestimmten Konzentration vorliegt und keme Korrektur erfolgt. Tabelle 2 zeigt die IEC-Werte und die Nachweisgrenzen bei der Elementspuren- bestimmung in einer Cr-Matrix der Konzentration

10 g 1-i. Zur Messung wurden die jeweils in- tensivsten Ermssionslinien der Elemente Cd, Cu Ni, La, Pb, Th, U und Zn herangezogen [5].

Die Matrndijsung wurde aus emem zertifizier- ten Chromstandard hergestellt (Tabelle 3).

Die Nachwetsgrenze der ICP/AES wird durch die im Dauerbetrieb maximal einsetzbare Matrix- konzentration der Lijsungen von 1% und den dadurch resultierenden Verdtinnungsfaktor der

TABELLE 2

Analyse von Chrom nut ICP/AES a

Metal1

Cd

Lime

(nm)

228.802

Intens b

1400

IEC = NWG d

(mg 1-l) (IJg g-l)

0.16 0.3 226,502

214,438

cu 324,754

327,396

224,700

Nl 352,454

341,476

361,939

La 394,910

398,852

408,672

Pb 283,306

405,783

280,199

Th 401,913

283,730

374,118

U 385,958

367,007

409,014

Zn 213,856

202,548

206,200

1000

720

8000

4000

350

1600

1400

940 _

340

320

250

1070

720

700

300

180

170

1020

215

185

1,17 _

0,22 _

0,21 0,9 0,ll - 0,94 _

1,70 3,O 1,60 -

12,70 -

0,oo _

0,17 0,9 0,06 _

58,30 -

5,40 20,o

16,50 -

0,23 230 17,20 _

0,86 _

20,lO _

7,30 -

12,lO 30,o

0,30 038 12,oo -

6,20 _

a Integrlerende Messung t = 10 s, spektrale Auflosung

(FWHM) ca 0,012 nm. b Intensltat tabelhert m Wohlers [5]

‘ mg 1-l m 10 g 1-l Cr (Toyo-Soda) d Nachwelsgrenze (3 (r)

Probe von 100 auf den Bereich pg g-’ Matrix beschrankt. Analoge Ergebnisse lieferten such Untersuchungen zur Spurenbestnnmung m ande- ren Refraktarmetallmatrices (W, MO) [4,6].

MULTIELEMENT-SPURENABTRENNUNG AUS CHRO-

MATLbSUNGEN AN CELLULOSEKOLLEKTOREN

Eme Miiglichkeit zur Abtrennung der Chrom- Matrix und Anreicherung von Elementspuren be- steht darin, dass ein Grosstell des Chroms nach

TABELLE 3

Elementgehalt (pg g-‘) des verwendeten Cr-Standards (99,96%

Cr)

Fe Pb Cu Al Mn Zn Co Mg Nl V Zr BI

80 1 1 60 20 1 1 1 3 1 1 0,5

Page 4: Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

246

Oxidation zu Cr(V1) als ChromylchIorid abdestil- liert wird. Dabei ist jedoch mit Verlusten fliichtiger

Spurenelemente zu rechnen. Die schon erwahnten Verfahren zur Anreicher-

ung von Elementspuren an Ionentauschern auf Cellulosebasis ermoglichen die zuverlassige

Abtrennung von Spuren im Nanogramm-Bereich aus konzentrierten Matrixliisungen. Die Wirk- samkeit dieser Trennverfahren beruht auf der Uberftihrung der Matrix in eme stabile anionische Form, z.B. der Bildung von 0x0- oder Hydroxo- Anionen des Matrixelements. Im Verlauf des Pro-

zesses der Spuren-Matrix-Trennung verhalt sich deshalb das Matrixelement indifferent gegentiber Komplexbildungs- und Mitfallungs-Reaktionen, w&rend viele Spurenelemente durch derartige Re- aktionen am Cellulosekollektor sorbiert werden und anschliessend durch Filtration von der Matrix getrennt werden kiinnen.

Ein besonderer Vorteil dieser Verfahren ist ihr

geringer apparattver Aufwand. Im Verlauf der nasschemischen Probenvorbereitung werden Ele- mentspuren durch ein einfaches Batch-Verfahren am Kollektor angereichert. Gleichzeitig wird die

Matrix nahezu vollstandig abgetrennt. Im Verbund mit spektrometrischen Analyseverfahren resul-

tieren niedrige Nachweisgrenzen.

Anreicherung von Elementspuren an indmm / beladener Cellulose

Feinteilige Cellulose stellt schon in Substanz einen Spurenkollektor mit hohem Sorptionsver- mogen dar. Die Sorptionseigenschaften der Cel- lulose lassen sich durch Beladung mit 2% Metall- hydroxid noch betrachtlich steigem [2]. Urn eine

stbrungsfreie Durchftihrung atomspektrometri- scher Nachweisverfahren zu gewahrleisten, wird zur Beladung der Cellulose In(OH), verwendet, da das Element Indium ein relativ linienarmes Emis- sionsspektrum besitzt und nicht zu den inter- essierenden Analytspuren z&h.

Zur Ermittlung der Verteilungscharakteristik von Elementspuren am Kollektor wurden Chro- matlbsungen (2 g Cr/lOO ml Wasser) mit den zu bestimmenden Elementspuren im Bereich lo-100 pg g-’ Cr dotiert. Die so dargestellte Probelijsung wurde mit 200 mg Cellulosekollektor (als wassrige

Suspension) und 4 mg In3’ (salzsaure Losung)

J STUMMEYER ET AL

Wlederflndung % 120

60-- -

i

40

Zn,Cd,NI.La

0 2 4 6 8 10 12 14

PH

Abb 2. Anrexhenmg van Elementspuren an rmt In(OH),-be-

ladener Cellulose.

versetzt. Nach pH-Einstellung mit 2 M Natrium- hydroxyd wurde die Losung einige Minuten im Schiittelverfahren (Batch-Verfahren) mit dem Kol- lektor ins Gleichgewicht gesetzt. Der Kollektor wurde auf einem Cellulose-Rundfilter abfiltriert und mit dem Filter getrocknet. Die Elution sorbierter Elementspuren vom Kollektor erfolgte mit einigen Millilitem 2 M Salzsaure. Anschlies- send wurde das zur ICP/AES-Messung benbtigte Probenvolumen mit Wasser eingestellt.

Abbildung 2 zeigt die pH-Abhangigkeit der Anreicherung von Elementspuren an mit In(OH),- beladener Cellulose. Im Bereich pH lo-13 ist eme nahezu vollstandige Anreicherung vieler Metall- spuren am Kollektor zu beobachten.

Anreicherung von Elementspuren an einem chelatbddenden Ionenaustauscher

Wie aus der ermittelten Abhslngigkeit vom pH- Wert der Matrixlijsungen geschlossen werden kann, ist die Anreicherung von Elementspuren an

mit In(OH),-beladener Cellulose in erster Linie auf Mitfallungseffekte der dotierten Elemente zurtickzuftihren. Urn die Chelatbildung von Ele-

Page 5: Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

VERBUNDVERFAHREN ZUR MULTIELEMENT-SPURENBESTIMMUNG 247

Ww?derfmdung %

‘*Ol

80

Be Nb

60 1 / I I

40 I

Mg,Ca,Fe .

\d 6 8 10 12 14

PH

Abb 3. Anrexherung van Elmentspuren an Cellulose Hy-

phax-In(OH),

menten mit einem Ionenaustauscher ausnutzen zu kbnnen wurde in wetteren Versuchsreihen Cel- lulose HYPHAN (Riedel de Haen) beladen mit In(OH), m analoger Weise eingesetzt. Abbildung 3 zeigt die Elementanreicherung.

Die Anreicherung von Elementspuren am Kol- lektor erwies sich bei Einstellung des optimalen pH Werts als sehr schnell. In der Praxis wurde eine Gleichgewmhtseinstellung von lo-20 min gew;ihlt. Ein Einfluss der Matrixkonzentration

konnte un Bereich l-5 g Cr/lOO ml nicht festges- tellt werden.

SPUREN-MATRIX-TRENNUNG IN KOMBINATION MIT ATOMSPEKTROSKOPISCHEN ANALYSEVER- FAHREN ZUR BESTIMMUNG VON ELEMENTSPUREN

IN REINST CHROM

Matrrxaufschluss und Anrezcherung uon Analyt- spuren

Die quantitative uberfiihrung der Cr-Probe in Cr(V1) ist Voraussetzung fur eine effektive

Abtrennung der Matrix. Es stehen zwei Auf-

schlussverfahren zur Verfiigung. Aufschluss mlt sawer Oxzdatlon. Chrom-Pulver

(2 g) wurden mit 20 ml konz. Salzdure (gereinigt durch Oberflachendestillation) in einem Quarzge- f&s in Lbsung gebracht. ijberschtissige Salzsaure wurde bis zur vollstandigen Trockene abgeraucht. Der zuriickbleibende Cr(III)-Niederschlag wurde mit 40 ml 70% Perchlorsaure bei 200 o C zu Cr(V1) oxidiert. Die Reaktion ist nach 2 h beendet, iiberschtissige Perchlorsaure wurde vollst;indig abgeraucht. Der Rickstand von rotem, wasserliis- lichem CrO, kann in ca. 100 ml Wasser aufge- nommen werden. Aus dieser L&sung kann nach Einstellung des pH-Wertes die Anreicherung von

Elementspuren am Cellulosekollektor vorgenom- men werden.

Aufschluss mlt alkabscher Oxldatlon. Chrom- Pulver (2 g) wurden in einem 250 ml PTFE-Re- aktionsgef;iss mit 20 ml konz. Salzsaure (s. oben) in Lijsung gebracht. ijberschtissige HCl wurde bis

zur vollstandigen Trockene abgeraucht. Nach Aufnehmen des Niederschlags in 50 ml 6 M Natnumhydroxyd kann das in der Hitze gebildete Cr(OH); durch zufiigen von 25 ml 35% H,O, zu CrOi- oxidiert werden. Nach emstellen des opti- malen pH-Wertes kann die Spurenanreicherung

durchgefiihrt werden. Tabelle 4 zeigt die Anreicherung einiger Ele-

mente am Cellulosekollektor (Cellulose beladen

mit 2 Gew.% In) in Abhangigkeit des Aufschluss-

TABELLE 4

Wlederfmdungsraten von Elementspuren m Abhkingxgkelt vom

Aufschlussverfahren

Metall Dotlerung Wlederfmdung a (W)

(pg g-’ Cr) Ab BC

Zn lo- 50 84,8* 6,l 21,6

Cd lo- 50 87,5+ 7.0 87,9 f 3,6 cu lo- 50 84,5+ 6,9 91,l f4,6 Nl 50-loo ss,o* 9,7 98.8 f 6,3

La lo- 50 83,8+ 9.1 86,9 f 6,l Th 50-100 79,4+ 6,5 87.5 f 9,l U 100 57,5 f 10,s 12,7

Pb 100 80,5f 7,5 37,9+9,5

a Probenanzahl n = 6, Jede Probe drelmal gemessen. b Saure

Oxldatlon (HCl/HCLO,) ’ Alkahsche Oxldatlon (NaOH/

Hz4 )

Page 6: Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

248 J STUMMEYER ET AL

TABELLE 5

Verbundverfahren zur ICP/AES Bestlmmung von Element-

spuren m Remst-Chrom nach Spuren-Matnx Trennung

[Matnx: 2 g Cr-Pulver (Toyo-Soda-ProJekt; nach Zertlflkat)

Aufschluss: HCl (durch Oberfliichendestdlatlon geremlgt)/

HCIO, (Merck/Suprapur) Anracherung: Matnx gelbst m 100

ml H,O; pH Emstellung nut 2 M NaOH (Merck/Suprapur);

0.1 g 2% Cell-In, Batch Verfahren; Glelchgewchtsemstellung

m 15 mm. Elutlon: 6 ml 2 M HCI Analyse: ICP/AES

sequentlell ]

Metal1 Lime

(m@

NWG = Chem NWG

ICP/AES Bhndwert Verbundverf. b

(clg g-l Cr) (cLg g-’ Cr) (pg g-’ Cr)

Zn 213,856 0,02 0,33 036 Cd 228,802 0,Ol < NWG 0,Ol

cu 324,154 0,Ol 0,06 OJ

NI 352,454 0,06 0,23 033 La 398,852 0,02 195 0,06

Th 401,913 0,03 < NWG 0,03

Pb 405,783 0,2 094 094 u 409,014 0,2 < NWG 0,2

a Nachwelsgrenze nach Anzelcherung b 30 (Bhndwert).

verfahrens. Die Reproduzierbarkeit der Spurenan- reicherung am Kollektor wud durch Angabe des Vertrauensbereichs (P = 95%) charakterisiert.

Atomemisslonsspektrometrlsche Bestlmmung von

Analytspuren nach Matrlxabtrennung und Anreiche-

rung Zur Charakterisierung des Einsatzbereiches des

Verbundverfahrens wurden die Nachweisgrenzen

der ICP/AES In k%(Analyt)/&Matnx) ermittelt. Die Probenvorbereitung erfolgte durch Anreicherung der Analytspuren an In(OH),-beladener Cellulose nach Aufschluss der Matrix mit Salzdure/Per- chlorsaure. Zur Errmttlung der durch die Proben- vorberettung auftretenden Blindwerte wurden alle

Arbeitsschritte des Verfahrens in angegebener Weise mit den zum Aufschluss verwendeten Re- agentien ohne Metallmatrlx ausgeftihrt. Tabelle 5 umfasst die Kenndaten des Verbundverfahrens.

fahren nasschemische Verbundverfahren zur Abtrennung der Matrix und Anreicherung der Analytspuren eingesetzt werden. Der Vorteil letzterer besteht m der effektiven Abtrennung der Matrtx bei Anreicherung der Spuren in einem beliebigen Probenvolumen. Dadurch ist eme

stbrungsfreie Bestimmung von Elementspurenge- halten der Matrix mbglich. Der Einsatzschwer- punkt dieser Verfahren ist neben der Routmeana- lytik vor allem in der Richtigkeitskontrolle anderer Analyseverfabren sowie bei der Charakterisierung

von Standardreferenzmateriahen zu suchen. Die Leistungsfahigkeit des Verbundverfahrens

hangt massgeblich von der eingesetzten Spuren- Matrix-Trennung ab. Sie sol1 bei einer einfachen

und schnellen Handhabung hohe Spuren-Matrix- Trennfaktoren aufweisen und gleichzeitig eme Vielzahl mteressierender Elemente erfassen. Gefordert ist weiterhin eine gute Kompatibihtat rmt den vorgesehenen Analyseverfahren (AES,

AAS). Diese Anforderungen werden vom beschriebe-

nen Verfahren zur Spurenanreicherung aus kon- zentrierten alkalischen Chromat-Lbsungen m allen Punkten erftillt. Bei hohen Spuren-Matrix-Trenn- faktoren (charakterisiert durch das Verhaltnis

abgetrennte Matrix/ angereicherte Matrix) der Grbssenordnung 104-lo5 wird eine Vielzahl von Elementen in einer einzigen Trennstufe am Kol- lektor angereichert. Die einfache Durchftihrbarkeit des Verfahrens erlaubt seine Integration in die nasschemische Probenvorbereitung eines Routme-

labors.

Die Pubhkation beruht auf der Diplomarbeit von J. Stummeyer [7] und Teilen der Dissertation von W. Blodorn. Wir danken dem Forschungsfor- derungsfonds fur die gewerbliche Wtrtschaft sowie

dem Fonds der chermschen Industrie fur finanztel- le Untersttitzung.

LITERATUR

DISKUSSION

Zur Elementspurenbestimmung in hochreinem Chrom kijnnen neben instrumentellen Direktver-

1 H M Ortner, W Blodom, G Fnedbacher, M Gras-

serbauer, V. Knvan, A Vlrag, P Wllhartltz und G Wiinsch,

Mlkrochlm Acta, I (1987) 233

Page 7: Verbundverfahren zur Multielement-Spurenbestimmung in hochreinem Chrom nach Spuren—Matrix-Trennung

{ERBUNDVERFAHREN ZUR MULTIELEMENT-SPURENBESTIMMUNG 249

2 P. Burba und P G Wdhner, Fresemus’ 2. Anal Chem., 321

(1985) 109, 811; 322 (1985) 266.

3 M Fijrster und K.H Lleser, Fresemus’ Z. Anal. Chem., 309

(1981) 177, 352, 355.

4 W. Bladom, R Knsmer, H M. Ortner, J. Stummeyer, P

Wdhartltz und G. Wiinsch, Mikrockm Acta, m press.

5 C.W. Wohlers, ICP Information Newsletter, 10 (1985) 593. 6 W. Blodorn, M.A Thesis, Universltkit Munster, Miinster,

1986

7 J. Stummeyer, MA Thesis, Umverskit Hannover, Han-

nover, 1988