Analiza materiałów naturalnych - przygotowanie próbek

Próbki naturalne: minerały, gleba, woda, powietrze, tkanki roślinne i zwierzęce.

Inne próbki: stopy metali, tworzywa sztuczne, nawozy sztuczne.

Sposób przygotowania próbki zależy od rodzaju analizy (ja­kościowa czy ilościowa, klasyczna czy instru­men­tal­na) oraz od samej próbki. Podstawowym problemem jest zwy­kle mineralizacja i przeprowadzenie próbki do roz­two­ru.

Minerały

Są zazwyczaj materiałami złożonymi.

Glinokrzemiany (a także ceramiki, cement):

zawierają SiO2 (50-70%), Al2O3 (20-40%), CaO, MgO, Fe2O3, FeO, TiO2, K2O, Na2O, MnO, węglany, fosforany i H2O. Ponadto ślady Zr, V, Cr, Ba, Sr, F, S.

Stapianie z sodą: powstają krzemiany Na i K, gliniany. Łu­gowanie wodą pozostawia osad krzemianów i wo­do­ro­tlenków Fe, Ca, Mg i in. Przesącz zakwasić, odpa­ro­wać do wydzielenia krzemionki, prażyć i ważyć.

W roztworze można oznaczać np. Ca (manganometr. lub kompleksometr.) i Mg. Litowce - fotometrycznie.

Wapniak, dolomit: zawierają Mg i Ca (w postaci wę­gla­nów), a także Fe, Ti, Al, niekiedy krzemionkę i ślady innych pierwiastków.

Skały te rozpuszcza się w niezbyt stężonych roztworach silnych kwasów (HCl lub H2SO4).

Mg i Ca można oznaczyć kompleksometrycznie, inne kom­plek­sometrycznie lub wagowo.

Ruda żelaza: oznacza się głównie Fe i Mn. Roz­pusz­cza­my w stę­żonym HCl. Fe oznacza się manga­no­met­rycz­nie lub wagowo.

W celu oznaczenia Mn wytrącić Fe(OH)3 amoniakiem, dodając pod koniec ZnO i oznaczać manganometrycznie w środowisku obojętnym.

Piryt (FeS): w celu oznaczenia siarki dodajemy sprosz­ko­waną skałę do roztwotru Br2 w CCl4 , dodajemy stę­żo­nego HNO3 (utlenienie S do SO42-) i oznaczamy wa­go­wo siarczany.

Dla oznaczenia arsenu odpędzamy go jako AsCl3 (reakcja ze stężonym HCl) i oznaczamy wagowo jako As2O3.

Stopy metali

Stal (węglowa, stopowa):

Oznaczanie węgla: spalić próbkę w piecu Marsa (1000 do 1300°) w tlenie i zważyć CO2 zaabsorbowany w rur­ce.

Oznacza się też: Cr (do 20%), Ni (do 10%), Mn(do 12%), Mo (do 3%)m W (do 10%), V (do 2%), Cu (do 0.5%), Ti (do 1.5%) i inne (S, P, Si). Metoda zależy od wymaganego oznaczenia. Stale rozpuszcza się zwykle w HCl, H­2SO4 lub mieszaninie H­2SO4+HNO3.

Przykład 1 - oznaczanie siarki: wiórki stali rozpuścić w HCl lub H2SO4 (kwasach nieutleniających). Siarka prze­chodzi do roztworu w postaci S2- i strąca się jako CdS lub ZnS. Dodajemy I2 w nadmiarze i nadmiar odmia­reczkowujemy tiosiarczanem.

Przykład 2 - oznaczanie fosforu: wiórki stali rozpuścić w HNO3 (utleniający). Fosfor przechodzi do roztworu jako fosforan. Dotlenić KMnO4 i oznaczać wagowo (jako fosforomolibdenian amonu) lub kolorymetrycznie (błękit fosforo-molindenowy).

Mosiądz (Cu+Zn): zawiera często domieszki Sn, Pb, Fe. Rozpuszcza się w kwasach utleniających. Sposób oznaczenia wg potrzeb.

Stop łożyskowy (Pb+Sn+Sb+Cu) oraz stop drukarski (Pb+Sn+Sb): rozpuszczamy w kwasach utleniających. Zwykle składniki trzeba rozdzielić. Jeśli trzeba oznaczać cynę, rozpuszcza się na zimno w stęż. HCl w obecności FeCl3 jako utleniacza, bowiem SnCl4 jest lotny.

Stopy aluminium zawierają dodatki uszlachetniające (Si, Cu, Mg, Mn). Oznacza się zwykle zanieczyszczenia (Pb, Zn). Rozpuszczamy w stężonym ługu (co oddziela większość domieszek od glinu, który się w silnych zasadach rozpuszcza) lub w kwasach.

Nawozy sztuczne

Nawozy sztuczne są zwykle dobrze rozpuszczalne w wo­dzie.

Przykład: saletry

Oznaczamy w nich głównie azot (metodą alka­cy­metryczną, odpędzając amoniak).

Oznaczanie potasu prowadzi się najłatwiej strącając KClO4.

Fosfor oznacza się wagowo jako pirofosforan.

Analiza wody

Podstawowe parametry charakteryzujące wodę (pitną, technologiczną, w zbiornikach naturalnych) to

twardość wody (całkowita i węglanowa, wapniowa, trwała i przemijająca). Określa się najczęściej w stop­niach niemieckich: 1o=10mg CaO/dm3;

utlenialność, podawana zwykle w mg O2/dm3;

zawartość rozpuszczonego tlenu, oznaczana met. Win­klera (dodać KMnO4, zalkalizować, dodać KI, za­kwasić i odmiareczkować wydzielony I2, rów­no­waż­ny MnO2);

zawartość amoniaku, oznaczana met. Winklera (ko­lo­ry­metrycznie);

zawartość żelaza (sięga kilku mg/dm3), oznaczana ko­lo­rymetrycznie (z rodankiem);

zawartość chlorków (argentometrycznie, zwykle met. Mohra);

zawartość glinu (kolorymetrycznie z aluminonem);

siarczany (turbidymetrycznie lub wagowo).

Mineralizacja tkanek roślinnych i zwierzęcych

Zawierają one (zwł. tkanki roślinne) wiele metali w iloś­ciach śladowych, na ogól poniżej 0.001%. Są to tzw. mikro­elementy lub zanieczyszczenia: Mn, Cu, Cr, Ni, Co, Zn, Pb i in.

Materiał mineralizuje się na sucho przez ogrzewanie. Substancje organiczne spalają się do CO2 i H2O.

Ze względu na lotność domieszek mineralnych nie na­le­ży przekraczać 500o. Ponieważ szczególnie lotne są chlor­ki, przed mineralizacją próbkę zwilża sie H2SO4.

Popiół zawiera stosunkowo znaczne ilości krzemionki, wap­nia i potasu. Krzemionke dobrze jest usunąć (ogrze­wa­nie z HF - ulatnia się SiF4). Pozostałość stapia się z pi­rosiarczanem potasu (utworzony z K2SO4+H2SO4). Stop rozpuszcza się w rozc. HCl (lub H2SO4, jeśli ma­my oznaczać chrom). Duże ilości CaSO4 powodują trud­ne rozpuszczanie się stopu.

Oznaczenia większości metali prowadzi się metodami instru­mentalnymi, np. kolorymetrycznie.

© J. Gliński, w. 5, p. 1

---