DE2604803A1 - Verfahren zur stoerungsfreien chloridmessung - Google Patents

Verfahren zur stoerungsfreien chloridmessung

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DE2604803A1
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hydrogen sulfide
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Peter Frei
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Zellweger Uster AG
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Zellweger Uster AG
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
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Description

  • Verfahren zur störungsfreien Chloridmessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur störungsfreien Konzentraticnsmessumg von Halogenidionen mit Hilfe ionensensitiver Elektroden bei Gegenwart von Schwefelwasserstoff.
  • Durch die Entwicklung ionensensitiver Elektroden wurden neue Möglichkeiten der Anwendung potentiometrischer Messmethoden erschlossen. Die Messanordnung ist dabei ähnlich wie bei der pH-Messung aufgebaut. Im besonderen besteht auch bei. allen Messungen mit ionensensitiven Elektroden die Messkette aus einer Messelektrode und einer Bezugselektrode. Bei der pH-Messung werden als Messelektroden vorzugsweise Waselektroden als Messelektroden verwendet.
  • Dabei besteht der auch als Sensor bezeichnete messempfindliche Teil der Glaselektrode aus einer Glasmembran.
  • Diese Membran weist eine hohe Selektivität für Wasserstoffionen auf, was bedeutet, dass ausser Wasserstoffionen praktisch keine anderen Ionen das Potential der Messelektrode beeinflussen.
  • Die benannt gewor-enen ionensensitiven Messelektroden sind ähnlich wie die pH-Glaselektroden aufgebaut. Der Hauptunterschied besteht in der chemischen Zusammensetzung des Sensors. Bei der Gruppe ionensensitiver Festkörperelektroden zur Messung von Halogenidionen, wie Chlorid-, Bromid- oder Jodonen, besteht der Sensor aus einer Membran aus Silberchlorid, Silberbromid oder Silberjodid in reiner Form oder aus Mischungen dieser Substanzen mit Silbersulfid.
  • In reinen Lösungen von Chloriden, Bromiden oder Jodiden zeigen derart aufgebaute Messelektroden ein Verhalten, das durch die Nernst-Gleichurg gekennzeichnet wird.
  • Auch bei Anwesenheit einer Vielzahl sonstiger Anionen, wie beispielsweise Sulfaten, nitraten, Boraten, Phosphaten oder Carbonaten, können die aufgeführten Halogenidionen ohne Störungen gemessen werden.
  • Dagegen kommt es stets dann zu starken Messwertverfälschungen, wenn die zu messenden Halogenidlösungen gelösten Schwefelwasserstoff oder Sulfide enthalten. Diese Störungen sind darauf zurückzuführen, dass durch den Schwefelwasserstoff oder die Sulfide das für die Funktion des Sensors notwendige Silberchlorid, Silberbromid oder Silberjodid in Silbersulfid umgewanddt wird. Diese Störungen sind deshalb schwerwiegend, weil bei vielen analytisch interessanten Aufgaben neben den zu messenden Halogenidionen zugleich noch Schwefelwasserstoff oder Sulfide vorliegen können. Das trifft beispielsweise in Abwässern petrochemischer Anlagen zu. Auch in der chemischen Industrie ist oft ein störendes Auftreten von Schwefelwasserstoff oder Sulfiden neben den analytisch interessierenden Halogeniden zu beobachten. Ob dabei Schwefelwasserstoff oder Sulfidionen auftreten, ist eine Frage des pH-Wertes. In ein und derselben Lösung treten bei pH-Werten über pH 8 hauptsächlich Hydrogensulfidionen HS oder Sulfidionen s2 auf, während bei pH-Werten unter pH 6 praktisch nur noch undissoziierter Schwefelwasserstoff H2S vorliegt.
  • Die vorlIegende Erfindung macht nun von diesen Erkenntnissen Gebrauch und betrifft ein Verfahren zur störungsfreien Messung von Halogenidionen, insbesondere von Chloriden, Bromiden und Jodiden mit Hilfe lonensensltiver Elektroden in Gegenasart von Schwefelwasserstoff oder Sulfidionen, und zeichnet sich dadurch aus, dass der Schwefelwasserstoff oder die Sulfide im Rahmen einer vor der Messung auszuführenden Probenvorbereitung oxidativ zerstört weiden.
  • Besonders geeignet sind verdünnte Lösungen von Wasserstoffperoxid und;von Kaliumpermanganat. Aber auch Perborate, Percarbonate oder andere Oxidationsmittel mit einem hinreichend hohen Oxidationsrotential. können für die oxidative 'Zerstörung von Schwefelwasserstoff oder Sulfiden Verwendung finden. Als quanU atives Mass für die Eignung eines solchen Oxidationsmittels kann das elektrochemische Standardpotential E0 dienen. In che-0 mischen Handbüchern sind für die verschiedensten oxidativ wirkende Systeme diese Standardpotentiale in Tabellenform zu finden (vergl. Rauscher, Voigt und Wilke, Chemische Tabellen und Rechentafeln-für die analytische Praxis, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Beipzig 1962, Seiten 150 - 152). Es hat sich gezeigt, dass für die oxidative Zerstörung von Schwefelwasserstoff und Sulfiden alle Oxidationsmittel mit einem Standardpotential 8 ;N + 300 mV Verwendung finden können.
  • 0 Im Vergleich zu allen anderen geeigneten Oxidationsmitteln hat jedoch Wasserstoffperoxid den Vorteil, dass neben den aus demSchwefelwasserstoff oder den Sulfiden gebildetem Sulfat nur Wasser als Reaktionsprodukt auftritt. Im Hinblick auf die Freihaltung von Gewässern von Schadstoffen verschiedenster Art zeichnen sich kontinuierlich eingesetzte Analysatoren in ihrem Ablauf durch ein hohes Mass an Umweltfreundlichkeit aus.
  • Analysatoren unter Verwendung ionensensitiver Elektroden zur Konzentrationsbestimmung setzen eine geeignete Art der Probenvorbereitung voraus, da nur dann an Stelle einer Messung von Ionenaktivitäten eine echte Messung von Ionenkonzentration tritt. Im Falle der Messung von Halogenidionen besteht die Hauptaufgabe der Probenvorbereitung darin, in der entstehenden Mischung für das Aufrechterhalten einer konstanten Ionenstärke zu sorgen.
  • Die Lösung zur Probenvorbereitung enthält einen indifferenten, von der Messelektrode nichterfassten Elektrolyten in hoher Ionenstärke, so dass alle Schwankungen der Ionenstärke in der Probe überdeckt werden. Geeignete Elektrode lyte sind Neutralsalze, wie beispielsweise Alkalinitrate oder Alkalisulfate. Auch Natronlauge wäre ein indifferenter Elektrolyt.
  • Bei der hier interessierenden oxidativen Zerstörung von Schwefelwasserstoff oder von Sulfiden hat es sich gezeigt, dass besonders leicht die Hydrogensulfidionen So oder die Sulfidionen s2 oxidiert werden. Diese Ionenarten laien vor, wenn im Rahmen der Probenvorbereitung für das Aufrechterhalten von pH-Werten > 8 in der Mischlrng aus Probe und Probenvo^bereitungslösurig gesorgt wird. Zur Realisierung dieser Bedingung wird als Probenvorbereitlmgslösung am besten eIne Pufferlösung eingesetzt. Kommt eine solche Lösung in Konzentrationen von mehr als 0,1 Moljxiter der puffernden Substanz zur Verwendung, weist sie zugleich eine für die Probenvorbereitung geforderte Ionenstärke auf. Zugleich bekommt der Puffer eine-hohe Pufferkapazität. Er ist damit in der Lage, unabhängig vom pH-Wert der Proben zu bewirken, dass in der messfertigen Mischung ein pH-Wert > 8 aufrecht erhalten wird.
  • Speziell bei der Messung kleiner Chloridionenkonzentrationen müssen die als Puffer wirkenden Substanzen so ausgewählt werden, dass sie so wenig als möglich Chloride enthalten. Andernfalls würde die untere Messbarkeitsgrenze der Chloride durch das vom Puffer eingeschleppte Fremdchlorid unerwünschterweise zu höheren Konzentrationen verschoben werden.
  • Es wurde gefunden, dass ein Boratpuffer der im folgenden beschriebenen Zusammensetzung allen zu stellenden Ansprüchen genügt. Dabei besteht die Möglichkeit, der Pufferlösung bereits das für die oxidative Zerstörung von Schwefelwasserstoff oder Sulfiden ausgewählte Oxidationsmittel zuzusetzen.
  • Ein l-molarer Boratpuffer weist die folgende Zusammensetzung auf: 62 Gramm Borsäure H3B03 werden in einen l-Liter Masskolben gegeben. Nach Zusatz von ca. 500 ml ionenfreiem Wasser wird unter Umschwenken lO%Oige Natronlauge zugesetzt, wobei die in Wasser zunächst schwer lösliche Borsäure als Borat in Lösung geht. Nach Zugabe von ca.
  • 90 ml Natronlauge ist die Borsäure völlig in Lösung gegangen. Unter Kontrolle des pH-Wertes wird dann solange weiter 10°%Oige Natronlauge zugesetzt, bis ein pH-Wert von 8,5 erreicht ist.
  • Dann werden 100 ml 30iges Wasserstoffperoxid zugesetzt und d.er Masskolben mit ionenfreiem Wasser bis zur Marke aufgefüllt.
  • Der Puffer stellt damit die fertige Probenvorbereitungslösung dar.
  • Ausser dieser Rezeptur kann eine für die Lösung der Aufgabe geeignete Probenvorbereitungslösung auch andere puffernde Substanzen bzw. andere Oxidationsmittel enthalten, sofern die Puffer pH-Wete > 8 einzuhalten erlauben und die Oxidationsmittel ein Standardpotential 50 > + 00 mV aufweisen.
  • Die Auswahl der Puffersubstanzen muss sich dabei auf anorganische Puffersysteme beschränken, da organische Pufferbestandteile bei Anwesenheit starker Oxidationsmittel Gefahr laufen, oxidativ zerstört zu werden. In Betracht kommen beispielsweise Puffer auf der Basis von Carbonaten und Phosphaten.
  • Die in Frage- kommenden Oxidationsmittel müssen verständlicherweise frei von Halogeniden, speziell von Chloriden sein. Deshalb scheiden die an sich vom E gO-Wert her geeigneten Hypohalogenite aus. Auch Chlorate kommen nicht in Frage, da diese im Laufe-der Oxidation selbst zu Chloriden reduziert werden. Dagegen'eignen sich als Oxidationsmittel Permanganate und Dichromate.
  • o Bei Sinzelmessungen im Laboratorium wird praktisch so vorgegangen, dass eine definiertes Volumen der zu analysierenden Probe mit einem definierten Volumen der Probenvorbereitungslösung versetzt wird. Ueblicherweise wird ein Mischungsverhältnis von 1 : 1 gewählt, was beispielsweise durch Vermischen von 10 ml Probe mit 10 ml Probenvorbereitungslösung realisiert werden kann.
  • Vor der Untersuchung unbekannter Proben werden Eichlösungen, welche das zu bestimmende Ton in bekannter Konzentration enthalten, in genau gleicher Weise einer Probenvorbereitung unterzogen und zum Erstellen eines Efchdiagrammes verwendet, welches für Proben unbekannter Konzentration den gesuchten Konzentrationswert zu entnehmen gestattet (F. Oehme, lonensensitive Elektroden in der Betriebsmesstechnik, CZ-Chemie-Technik, D(1974), Seiten 27 - 34).
  • Bei kontinuierlich arbeitenden Analysatoren wird das Vermischen der Probe mit der Probenvorbereitungslösung mit einer 2-Kanaldosierpumpe vorgenommen. Der eine Kanal der Probe fördert die Probe, der andere die Probenvorbereitungslösung, wie bereits an anderer Stelle beschrieben (F. Oehme .... s.o.) Abschliessend soll anhand der Figur noch veranschaulicht werden, dass die Messung von Chloridkonzentration mit dem bereits als Beispiel beschriebenem Boratpuffer unter Zusatz von Wasserstoffperoxid völlig störungsfrei ausgeführt werden können.
  • In der Figur wurde das Messkettenpotential E (mV) in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Chloridionenkonzentration (mg/l) aufgetragen. Die Eichkurve wurde einmal mit reinen, also von Schwefelwasserstoff oder Sulfiden freien Lösungen aufgenommen. Die Messwerte wurden durch 0 gekennzeichnet.
  • Eine zweite Messreihe wurde mit Lösungen derselben Chloridionenkonzentration durchgeführt, jedoch nach Zugabe von 500 mg/l Sulfidionen in Form von Natriumsulfid. Die erhaltenen Messwerte wurden durch X gekennzeichnet.
  • Die Figur lässt erkennen, dass infolge der Wirksamkeit der oxidativen Sulfidzerstörung für beide Messreihen ein und dieselbe EicELurve erhalten wird.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur störungsfreien Messung von Halogenidionen, im besonderen von Chloriden, Bromiden und Jodiden mit Hilfe ionensensitiver Elektroden in Gegenwart von Schwefelwasserstoff oder Sulfidionen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelwasserstoff oder die Sulfide im Rahmen einer vor der Messung auszuführenden Probenvorbereitung oxidativ zerstört werden.
  2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidative Zerstörung bei pH-Werten über 6, vorzugsweise bei pH-Werten über 8, erfolgt.
  3. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidative Zerstörung mit Oxidationsmitteln mit einem Standardpotential Eo Erz t 300 mV vorgenommen wird, wobei die Oxidationsmittel zusätzlich so beschaffen sind, dass sie von der für Halogenidionen sensitiven Elektrode nicht im Rahmen einer Querempfindlichkeit erfasst werden.
  4. 4. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ists
  5. 5. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Notwendigkeit, pH-Werte über 8 aufrecht zu erhalten, dadurch sichergestellt wird, dass die Probenvorbereitung mit einem Puffer erfolgt, dessen Ionen von der für Halogenidionen sensitiven Elektrode nicht im Rahmen einer Querempfindlichkeit erfasst werden.
    6. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für die oxidative Zerstörung von Schwefelwasserstoff oder Sulfiden verwendete Oxidationsmittel in dem zum Aufrechterhalten von pH-Werten über 8 gewählten Puffer gelöst wird.
    7. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Puffer auf der Basis eines Boratpuffers aufgebaut ist und mit Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel versetzt wird.
    8. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei kontinuierlich arbeitenden Analysenautomaten der mit dem Oxidationsmittel versetzte Puffer und die Probe mittels einer Zweikanal-Dosierpumpe gefördert und anschliessend vermischt werden.
    Leerseite
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CH610104A5 (en) 1979-03-30

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