DE4218426A1 - Verfahren zur Bestimmung des Chrom- bzw. Zirkoniumgehalts in Leder - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Chrom- bzw. Zirkoniumgehalts in Leder

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Chrom- bzw. Zirkoniumge­ halts in Lederproben durch Anregung der charakteristischen Röntgenstrahlung des Chroms bzw. des Zirkoniums. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren allgemein für die Bestimmung des Gehalts eines bekannten chemischen Elements in einer Matrix, die ansonsten nur noch chemische Elemente mit niedrigerer Ordnungs­ zahl als die des zu bestimmenden enthält, anwendbar, wenn die unten für die Chrom­ oxidbestimmung in Leder beschriebenen Voraussetzungen in analoger Weise erfüllt sind.
Im weiteren wird die Erfindung am Beispiel der Chromoxidbestimmung in Leder be­ schrieben; alle Aussagen gelten aber auch für Zirkonium bzw. in analoger Weise für den allgemeinen Fall.
Der Bestimmung des Chromgehalts in Leder kommt große Bedeutung zu, da er ein wesentliches Kriterium für die Qualität des gegerbten Leders darstellt. Neben den seit vielen Jahren eingeführten Standardverfahren ("Das Leder", Band 14 (1963), S. 170 und Band 15 (1964), S. 13; DIN 53 309), die alle auf der Veraschung des Leders und der chemischen Aufarbeitung der Asche beruhen und somit zeitaufwendig sind, gibt es Versuche, zerstörungsfreie Bestimmungen einzuführen. Dazu gehört auch die Rönt­ genfluoreszenzanalyse. Die von Melich und Mitarbeitern ("Isotopenpraxis", Band 25 (1989), S. 354) durchgeführten Untersuchungen zeigten die prinzipielle Anwendbar­ keit dieser Technik für die Chrombestimmung in Leder, machten aber auch deutlich, daß für jede Ledersorte Kalibrierungen mit bekannten Proben erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, alle Chrombestimmungen in Leder anhand einer einzigen Kalibrierung zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Anregung der charakteristischen Rönt­ genstrahlung des Chroms, in der Messung sowohl der Intensität dieser charakteristi­ schen Röntgenstrahlung als auch der Intensität der rückgestreuten anregenden Strah­ lung an einer Probe mit Sättigungsrückstreudicke und der Berechnung des Chromge­ halts mit Hilfe dieser Meßwerte anhand einer einmalig durchgeführten Kalibrierung.
Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, daß die Intensität der charakteri­ stischen Röntgenstrahlung direkt proportional zum Chromgehalt in der Probe ist. Außerdem nutzt die Erfindung die zusätzliche Erkenntnis, daß die Intensität der rück­ gestreuten Anregungsstrahlung sich umgekehrt proportional zum Chromgehalt verhält und daß die Kurven "Intensität der rückgestreuten Anregungsstrahlung als Funktion des Chromgehalts" nur in Abhängigkeit von der Dichte der Proben verschoben sind. Die Bestimmung der Abhängigkeit dieser Verschiebung von der Dichte ist somit eine grundlegende Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens und stellt ein we­ sentliches Element der einmaligen Kalibrierung dar.
Die Kalibrierung wird wie folgt vorgenommen. Für eine ausreichende Zahl von Leder­ proben mit bekannten Chromgehalten im interessierenden Chromgehaltsbereich (etwa bis 6% Cr2O3) werden die Intensitäten der charakteristischen Röntgenstrahlung des Chroms (K-Peak) und der rückgestreuten Anregungsstrahlung gemessen. Die Abhän­ gigkeit des Logarithmus der Rückstreuintensität vom Chromgehalt ist eine Gerade, die wiederum in Abhängigkeit von der Dichte der Proben parallel verschoben wird. Die Abhängigkeit der Parallelverschiebung von der Dichte der Probe kann mit genügender Genauigkeit durch eine lineare Funktion beschrieben werden. Mit Hilfe von Proben mit bekannter (und ausreichend unterschiedlicher) Dichte und bekanntem Chromgehalt können sowohl der Anstieg als auch der Ordinatenabschnitt dieser Funktion bestimmt werden. (Die Bestimmung der Nulldurchgänge ist im interessierenden Chromgehalts­ bereich mit genügender Genauigkeit linear mit der Dichte der Probe verknüpft.)
Mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit kann angenommen werden, daß die In­ tensität des Chrompeaks als Funktion des Chromgehalts für alle Dichten an der glei­ chen Stelle die Ordinate (Chromgehalt gleich Null) schneiden. Somit kann jetzt die Funktion der Anstiege bestimmt werden. Im interessierenden Chromgehaltsbereich ist der Anstieg der genannten Funktion mit genügender Genauigkeit linear von der Dichte der Probe abhängig.
Damit sind alle notwendigen Voraussetzungen für die Bestimmung des Chromgehalts unbekannter Proben, d. h. von Proben sowohl mit unbekanntem Chromgehalt als auch mit unbekannter Dichte, geschaffen. Für die unbekannten Proben werden (natürlich unter denselben Meßbedingungen wie bei der Kalibrierung) jeweils die beiden Intensi­ täten (charakteristische Röntgenstrahlung, Rückstreuung) gemessen. Mit diesen beiden Werten und einer angenommenen Dichte wird eine Iterationsrechnung durchgeführt, bis der zu bestimmende Chromgehalt innerhalb des geforderten Fehlerbereichs liegt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine einmalige Kalibrierung ausreicht, um den Chromgehalt der unterschiedlichsten Lederproben zu bestimmen. Vorrichtun­ gen mit einem Rechner, dem die Kalibrierungswerte eingegeben werden und der über ein entsprechendes Programm verfügt, sind somit für den Anwender ohne zusätzlichen Aufwand einsetzbar.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
1. Durchführung der Kalibrierung
Für fünf Lederproben mit Sättigungsrückstreudicke und bekanntem Cr2O3-Gehalten von 0, 1, 2, 3 und 4% werden die Intensitäten Ip für den K-Peak des Chroms und IR für die Rückstreuung der Anregungsstrahlung bestimmt.
Die Darstellung des Logarithmus der Rückstreuintensität IR als Funktion des Chrom­ oxidgehalts ergibt eine Gerade, deren Anstieg mR berechnet werden kann:
mR = (lgIR(x=4) - lgIR(x=0))/4.
(x bedeutet den Cr2O3-Gehalt.)
Werden Proben mit anderen Dichten verwendet, so sind die entsprechenden Geraden parallel verschoben. Die Abhängigkeit dieser Parallelverschiebung von der Dichte D wird durch die Funktion
bR(x=0) = PD · D + vD
beschrieben.
Um den Anstieg PD und die Variable vD für diese Abhängigkeit zu bestimmen, werden die Rückstreuintensitäten IR(x,D) für mehrere Proben mit bekannter, aber unter­ schiedlicher Dichte und bekanntem Chromoxidgehalt gemessen. Mit diesen Werten werden die Nulldurchgänge bR (x=0) der entsprechenden linearen Funktionen be­ stimmt:
bR(x=0, D) = lgIR (x, D) - mR *x(D).
Die so ermittelten Nulldurchgänge sind wiederum Werte einer Funktion, die im hier untersuchten Chromoxidgehaltsbereich mit genügender Genauigkeit als linear angesehen werden kann. Diese Funktion beschreibt die Parallelverschiebung der o. g. Geraden der Rückstreuintensität IR in Abhängigkeit von der Dichte D der Proben.
Der Anstieg pd dieser Parallelverschiebungsfunktion wird mittels zweier Proben unter­ schiedlicher Dichte wie folgt berechnet:
pD = (lgIR(x=0, D1) - lgIR(x=0, D2))/(D1-D2).
Mit pD kann nachfolgend die linear unabhängige Variable vD für die fiktive Dichte D = 0 berechnet werden:
vD = lgIR(x=0, Di) - pD·Di.
Es wird angenommen, daß die Funktionen Ip = f(x) für alle Dichten D1 an der gleichen Stelle die Ordinate (x = 0) schneiden. Somit kann die Funktion der Anstiege mp(D) bestimmt werden:
mp(D) = qD · D + Cp.
Im betrachteten Chromoxidgehaltsbereich ist der Anstieg der Funktion Ip = f(x) mit ausreichender Genauigkeit linear von der Dichte D der Proben abhängig. Um diesen Anstieg zu erhalten, werden Proben mit bekannter, aber unterschiedlicher Dichte und bekanntem Chromoxidgehalt gemessen:
mp(D) = (Ip - bp)/x(Di)
qD = (mp(D1) - mp(D2))/(D1 - D2).
Die Variable cD für die fiktive Dichte D = 0 wird aus
CD = mR(Di) - qD·Di
erhalten.
2. Bestimmung unbekannter Chromoxidgehalte
Für Proben mit unbekanntem Chromoxidgehalt und unbekannter Dichte werden unter den gleichen Meßbedingungen, unter denen die Kalibrierung durchgeführt wurde, die Intensitäten für den K-Peak des Chroms Ip und der rückgestreuten Anregungsstrahlung IR gemessen. Mit einer angenommenen Dichte von z. B. D = 0,7 g/cm3 werden dann folgende Berechnungen durchgeführt:
bR(x=0, D) = pD *D + vD
XR = (lgIR - bR(x=0, D))/mR
mp(D) = qD * cD
xV= (Ip - bp)/mp(D)
A = xR - xv.
In Abhängigkeit vom Wert und vom Vorzeichen von A wird die angenommene Dichte D um einen bestimmten Betrag (z. B. um 0,01) vergrößert bzw. reduziert. Mit diesem neuen Dichtewert werden die beschriebenen Berechnungen erneut durchgeführt. Die­ ser Zyklus wird so lange wiederholt, bis der Wert von A einen vorgegebenen Betrag unterschreitet.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Chrom- bzw. Zirkoniumgehalts in Leder mittels Anregung der charakteristischen Röntgenstrahlung des Chroms bzw. des Zirkoniums, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Intensität dieser charakteristischen Röntgenstrahlung als auch die Intensität der rückgestreuten anregenden Strahlung an einer Probe mit Sättigungsrückstreudicke gemessen und der Chrom- bzw. Zirkoniumgehalt mit Hilfe dieser Meßwerte anhand einer einmalig durchgeführten Kalibrierung berechnet wird, wobei die Kalibrierung mit Proben bekannter Dichte und bekanntem Chrom- bzw. Zirkoniumgehalt erfolgt und der Ermittlung der Abhängigkeit der Parallelverschiebung der Kurven "Logarithmus der Rückstreuintensität gegen Chrom- bzw. Zirkoniumgehalt" von der Dichte der Proben dient.
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