CS261575B1 - Způaob mineralizace uhlíkatých materiálů - Google Patents

Abstract

Řešení ae týká způsobu mineralizace uhlíkatých materiálů například, pro následující rozpouštění a chemickou analýzu k určení obsahu chemických prvků ve stopových koncentracích v poživatinách, krmivech, rostlinných a živočišných tkáních a dalších materiálech. Způsob lze rovněž využít při zjištování stavby minerálního skeletu uhlíkatých materiálů nebo pro šetrné získávání popela uhlíkatých materiálů pro technologické zpracování. Vzorek se zahřívá na teplotu 300 až 400 °C po dobu 6 až 20 hodin za normálního tlaku v . proudu kyslíku o průtoku 0,03 až 0,15 ml.s . g_A vzorku, k němuž se přidává plyn s oxidačními vlastnostmi vyššími, nez jsou oxidační vlastnosti kyslíku, vybraný ze skupiny zahrnující ozon, oxidy dusíku, chlor, popřípadě jejich směsi, například směs 1 ozon-oxidy dusíku, chlor-oxidy dusíku, v množství 1 až 5 % obj.

Description

Vynález se týká způsobu miňeralizace uhlíkatých materiálů, např· pro následující rozpouštění a chemickou analýzu k určení obsahu chemických prvků®ve stopových koncentracích v poživatinách, krmivéch, rostlinných á živočišných tkáních a dalších materiálech·

Rozklad uhlíkatých materiálů pro chemickou analýzu představuje postup úpravy pevného nebo kapalného vzorku v přirozeném stavu, nebo ve stavu předupraveném, např. mletím, sušením, homogenizací a pod· Spočívá ve dvou základních fázích - mineralizaci, t.j. oxidaci přítomných uhlíkatých sloučenin a rozpouštění minerálního zbytku, přičemž oba děje mohou probíhat současně· Výsledným produktem rozkladu je homogenní roztok. Tento roztok je možno podrobit chemické analýze některou z chemických nebe fyzikálně-chemických metod. Při stanovení obsahu, zvláště stopových koncentrací chemických prvků je limitujícím faktorem koncentrace analytu t.j. koncentrace stanovovaného chemického prvku, ve slepé zkoušce· Slepá zkouška zahrnuje příspěvky a úbytky analytu, ke kterým došlo během zpracování odebraného vzorku vzorkované reality, až k finálnímu roztoku· Zahrnuje tedy manipulaci se vzorkem, použití nástrojů, pomůcek a nádobí, vliv čistoty chemikálií, jejich množství a další objektivní i subjektivní vlivy pracovníků připravujících vzorek. Pozadí zjištěné slepými zkouškami se využívá ke korekci analytických výsledků. V analytické chemii jsou perspektivní takové způsoby rozkladu vzorků, které využívají malý počet operací rozkladu a malé množství chemikálií. Tím je příznivě ovlivněn poměr koncentrace analytu ve vzorku a ve slepé zkoušce. Tak je možno dosáhnout příznivější meze stanovitelnosti i reprodukovatelnosti výsledků. Celý analytický vzorkovací systém, to je postup od vzorkování dané reality až k analytickému výsledku, má potom

- 2 261 575 vysokou robustnost a vypovídací schopnost, což je hlavním cílem analytické chemie·

Doposud používané způsoby mineraližace uhlíkatých materiálů, např. všech druhů potravin, krmiv, živočišných i rostlinných tkání, využívají techniku rozkladu na mokré nebo suché cestě, případně jejich kombinaci·

Mokrým způsobem rozkladu vzorku je např. mineraližace podle Kjeldahla, popsaná v Zeitschrift fůr analytische Chemie 22, str· 366 z r. 1883, při které je vzorek spalován v prostředí velkého přebytku koncentrované kyseliny sírové právě touto kyselinou za přítomnosti katalyzátoru· Kahanova metoda uveřejněná v Zeitschrift fůr analytische Chemie 10T, str. 11 z r. 1937 používá za podobných podmínek směsi kyseliny dusičné, chloristé a sírové· Nevýhodou obou metod je vysoká koncentrace kyselin a případně i katalyzátoru ve výsledném roztoku, dále nutnost oddělení případného nerozpustného zbytku a jeho rozpuštění jinou metodou.

Mokré způsoby mineraližace jsou často zaměňovány za postupy doporučované výrobci analytických přístrojů, např. ve firemním materiálu firmy Varian Techtron Food analysis by atomic absorption” z roku 1973· Tyto postupy spočívají v definovaném působení různých kombinací kyselin a dalších chemikálií na analyzovaný vzorek. Výsledkem je pak vlastně výluh vzorku a není to pravý roztok. Analyt je pouze částečně, nedefinovaně rozpuštěn a jeho zbytek je různě pevně vázán na tuhé Částice, obsažené va výluhu. Tento fakt značně snižuje správnost chemických analýz..

Rozklad v Paarově bombě, popisovaný např. Půschelem ve Zpravodaji VÚHU Mošt str. 3, r. 1972 a ve firemním materiálu firmy Hans Kůrněr, Neuberg z r. 1984 spočívá ve spálení vzorku v tlakovém kyslíku, výplachu bomby, separaci nerozpuštěných částic a jejich rozpouštění kyselinami. Nevýhodami této metody je špatná rozpustnost zbytků stavených vysokou teplotou spalování, rozsáhlá manipulace se vzorkem a kontaminace z kovového, byť poteflonovaného povrchu bomby· To vše vede k vysokým a kolísajícím koncentracím analytu ve slepých zkouškách, limitujícím přesnost analýzy· Spalováni vzorku na vzduchu za teploty.

500 až 850°C, případně za přítomnosti kyseliny sírové, jak je popisuje Feinberg a Ducauze v Analytical chemistry 52, str. 207

- 3261 575 z r. 1980,způsobuje ztráty těkavých elementů jako Cd, Pb a As, spalování v proudu vzduchů s parami kyseliny dusičná za teploty 550°C, publikovaná Ságem v Analyst 80, str. 789 z r. 1955,bylo ověřeno jen pro olovo, navíc byly pozorovány zbytky neúplná spálené organické matrice·

Další metodou mineralizace vzorků pro chemickou analýzu je spalování v nízkotlakém plazmovém výboji, publikované Gleitem C.E. a Hollandem W.D. v Analytical chemistry 34, 1454 z r. 1962· Spalování probíhá za tlaku několika set Pa při teplotě do 200°C. Nízká teplota snižuje ztráty analytu těkáním, na druhé straně použití nízkého tlaku tento účinek do značné míry potlačuje· Dalšími nevýhodami jsou potřeba dosti komplikované a nákladné aparatury a obtížná manipulace se vzorkem.

Další z používaných způsobů mineralizace publikoval Cibulka J. a kol. v knize Pohyb olova, kadmia a rtuti v zemědělské výrobě a biosféře, kterou vydalo SZN v Praze 1986. Používá sledu operací: zuhelnatění sušiny vzorku za teploty 400°C, dlouhodobé spalování při teplotě 500°C, dodatečná mineralizace koncentrovanou kyselinou dusičnou a vypálení na teplotu 500 až 550°C. Nevýhodou je opět používání poměrně vysoké teploty a náročná manipulace se vzorkem, takže může dojít jak ke kontaminaci, tak k úniku analytu.

Nevýhody uvedené u jednotlivých způsobů mineralizace uhlíkatých materiálů odstraňuje způsob mineralizace uhlíkatých materiálů podle vynálezu spočívající v tom, že vzorek je zahříván na teplotu 300 až 400°C po dobu 6 až 20 hodin za normálního -1 -1 tlaku v proudu kyslíku o průtoku 0,03 - 0,15 ml.s g vzorku, k němuž se přidává plyn s oxidačními vlastnostmi vyššími než jsou oxidační vlastnosti kyslíku vybraný ze skupiny zahrnující ozon, oxidy dusíku, chlor popřípadě jejich směsi,například směs ozon-oxidy dusíku, chlor-oxidy dusíku v množství 1 až 5 % obj.

Mineralizace uhlíkatého materiálu podle vynálezu probíhá při teplotách o 200 až 500°C nižších, než při dosud používaných suchých metodách mineralizace, takže možnost těkání analytu je maximálně omezena. Reakcí jednotlivých složek plynné směsi vznikají nestabilní sloučeniny jako nitrosylperoxid nebo nitrosylchlorid, jejichž oxidační účinek je vyšší, než součet účinků

- 4 261 575 složek· Díky oxidační schopnosti směsi plynů je vzorek dokonale spálen a zbytek nevyžaduje dodatečnou oxidaci. Při použité nízké teplotě a řízeném přívodu kyslíku nedojde k zapálení vzorku, spojenému s jeho lokálním přehřátím, které vede ke ztrátám analytu. slinutí popela a snížení jeho reaktivnosti a rozpustnosti. Volba směsi oxidujících plynů je dána účelem, pro který je vzorek rozkládán, např. mají-li být stanoveny prvky, tvořící těkavé chloridy jako Ge, As, Sn, Sb, Pb a pod·, nepoužívá se chlor. Struktura získaného popela odpovídá struktuře původně vázaných popelovin, popel je v aktivované fyzikálně-chemické formě a snadno se rozlož! pomocí malého množství minerálních kyselin. Výsledný roztok má proto nízkou a přesně definovanou koncentraci kyselin· Počet operací pro získání roztoku je malý, to vede k velmi nízkým a stálým hodnotám slepé zkoušky. Pro rozklad je minimální potřeba čistých chemikálií. Metoda je universální, velký počet typů různých materiálů je možno zpracovat jen s malými úpravami podmínek. Při použití mnohamístného mineralizačního zařízení je možno zpracovat velký počet vzorků.

Příklad 1

Vzorek suché zvířecí svaloviny o hmotnosti 2 g byl po dobu 20 hod. zahříván na teplotu 400°C při průtoku kyslíku 0,06 ml.s”^ s přídavkem 5 % oxidů dusíku.

Příklad 2

Vzorek žitné mouky o hmotnosti 2 g byl po dobu 18 hodin zahříván na teplotu 400°C při průtoku kyslíku 0,2 ml.s*'^’ s přídavkem 5 % oxidů dusíku a 1 % ozonu.

Příklad 3

Vzorek bavlny o hmotnosti 0,6 g byl po dobu 6 hodin zahříván na teplotu 300°C v proudu kyslíku o průtoku 0,09 ml.s”¹ s přídavkem 5 % ozonu.

Příklad 4

Vzorek žitné slámy o hmotnosti 1 g byl po dobu 12 hodin zahříván na teplotu 380°C při průtoku kyslíku 0,1 ml.s“^ s přídavkem 1 % oxidů dusíku a 5 % ozonu.

Příklad 5

Vzorek minerálního oleje o hmotnosti 2 g byl po dobu 20 hodin zahříván na teplotu 300°C v proudu kyslíku 0,1 ml.s^ s přídavkem 1 % oxidů dusíku a 5 % chloru.

Příklad 6

261 575

Vzorek másla o hmotnosti 1 g byl po dobu 15 hodin zahříván na teplotu 350°C v proudu kyslíku 0,05 ml.s“* s přídavkem 5 % oxidů dusíku a 1 % chloru·

Ve všech příkladech byl produktem mineralizace kyprý popel, který se snadno rozpustil přímo v 15 % kyselině dusičné. Popel žitné slámy a mouky byl před rozpouštěním odkouřen s kyselinou fluorovodíkovou a kyselinou chloristou.

Způsob mineralizace uhlíkatých materiálů podle vynálezu lze rovněž využít při zjišťování stavby minerálního skeletu uhlíkatých materiálů nebo pro šetrné získávání popela uhlíkatých materiálů pro technologické zpracování.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob mineralizace uhlíkatých materiálů; vyznačující se tím, že vzorek se zahřívá na teplotu 300 až 400°C po dobu 6 až 20 hodin za normálního tlaku v proudu kyslíku o průtoku 0,03 až 0,15 ml.vzorku, k němuž se přidává plyn s oxidačními vlastnostmi vyššími než jsou oxidační vlastnosti kyslíku; vybraný ze skupiny zahrnující ozon, oxidy dusíku, chlor popřípadě jejich směsi, například směs ozon-oxidy dusíku, chlor oxidy dusíku, v množství 1 až 5% obj.