Entwicklung und Anwendung einer Suspensionstechnik für die Element-Analyse von Graphitpulver mit elektrothermischer Atomabsorptionsspektronomie

Diplomarbeit von Uwe Schäffer

Zusammenfassung:

Entsprechend den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Graphit ist zu erwarten, d aß dieses Material nur schwer durch Aufschluß in Lösung gebracht werden kann. Verschiedene Versuche mit Ansätzen wie Perchlorsäure/Periodsäure, Salpetersäure/Schwefelsäure, Salzsäure/Salpetersäure und Kaliumdichromat/Phosphorsäure führten teils nicht zum vollständigen Aufschluß der Proben, teils führen die zeit- und chemikalienaufwendigen Techniken zu hohen Blindwerten, wodurch die Nachweisgrenzen der Bestimmungsmethoden erheblich verschlechtet werden. In der vorliegenden Diplomarbeit wurden Druck- und Mikrowellenaufschlüsse in Salpetersäure/Schwefelsäure-Gemischen durchgeführt ohne daß die verwendeten Graphitproben vollständig in Lösung gebracht werden konnten. Bei der trockenen Veraschung von Graphitpulver im Elektroofen mit anschließendem Lösen in Salzsäure sind zum Teil Analytverluste bis 50 % (z.B. bei Cr und K) aufgetreten. Mit der Suspension-GFAAS, ist ein Verfahren gegeben, das vor allem als Ersatz für problematische Verbundverfahren eine Alternative mit bemerkenswerten Vorteilen darstellt.

Die "slurry sampling"-Technik beruht auf der Herstellung einer homogenen Suspension, aus welcher ein Aliquot direkt in eine Atomisierungseinheit einpipettiert werden kann. Damit werden die Vorteile der direkten Methoden (z.B. kein Aufschluß) von der für Flüssigkeiten gebräuchlichen volumetrischen Dosierung ergänzt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, das Suspensionsmedium kurz vor Herstellung einer Suspension auf Vorhandensein eines Blindwertes zu untersuchen. Ansätze mit stark erhöhtem Blindwert werden verworfen. Als geeignetes Suspensionsmedium für Graphitpulver hat sich eine stark verdünnte Triton X-100-Lösung (0,008%) - bzw. zur Bestimmung von K eine 10%ige EtOH-Lösung - erwiesen. Für jedes Element wurden die optimalen Vorbehandlungs- und Atomisierungsbedingungen (Zeit und Temperatur) bestimmt.

Ausgenommen Mg und Si konnten alle betrachteten Analytelemente ohne Einsatz von Modifier bestimmt werden. Die Vorteile, die sich daraus ergeben, sind kleinere Blindwerte infolge eines verringerten Kontaminationsrisikos und entsprechend bessere Nachweisgrenzen. Da bei der Bestimmung von Spurenelementen in Graphitpulver die Kalibrierung mit wässrigen Standardlösungen zu zufriedenstellenden Ergebnissen führte, kann auf die umständlichere Kalibrierung durch Aufstockung verzichtet werden. Diese Zeitersparnis führt zusammen mit den kurzen Vorbereitungszeiten zu einem Gesamtzeitaufwand von ca. 15 min. pro Suspension.

Durch geringfügige Veränderungen an der Autosamplereinheit (siehe IV.2.) kann das handelsübliche Instrumentarium der Lösungs-GFAAS für den routinemäßigen Einsatz der Suspensionstechnik in der Rohstoff- und Produktkontrolle umgerüstet werden, ohne daß die ursprüngliche Funktionalität des Gerätes im geringsten verändert wird. Angesichts der geringen Analysenportionen (10 bis 200 µg Matrix) können bei Verwendung der Suspensionstechnik relativ große Homogenitätsfehler auftreten. Spezielle Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit haben gezeigt, daß durch Zugabe geringer Mengen hochreiner ("subboiled") konzentrierter Salpetersäure die Homogenität der Suspension durch teilweise Extraktion der Analytelemente aus der Matrix erheblich verbessert werden konnte. Die Standardabweichungen liegen i.a. im Bereich von 5 bis 12 % und bestätigen somit eine hohe Genauigkeit, die Anwendung der Suspensionstechnik zur Bestimmung von Spurenelementen in Graphitpulvern mittels GFAAS hat sich als leistungsstark und effizient erwiesen. So sind z.B. die erreichten Nachweisgrenzen für Cr, Fe, K und Ni mit den Nachweisgrenzen, die mittels INAA erzielt wurden, vergleichbar. Die gute Übereinstimmung der erzielten Ergebnisse mit den zur Validierung verwendeten Werten der INAA-Methode (Abweichungen im Bereich von 10%), spricht für die Richtigkeit der Suspension-GFAAS. Diese Eigenschaften verhelfen der Suspension-GFAAS zu einem besonderen Stellenwert unter den direkten Methoden zur Bestimmung von Spurenelementgehalten im mittleren bis unteren ppb-Bereich in hochreinen, pulvrigen Materialien.

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