Chemia analityczna- nauka stosowana, zajmująca się odkrywaniem i formułowaniem praw, oraz badaniem z określona czułością, dokładnością i precyzja, jakościowego i ilościowego składu obiektów materialnych.
Laboratoria analityczne- zajmują się badaniem składu surowców, produktów przemysłowych, kontrolą prawidłowości procesów technologicznych, badania środowiska (min. stan środowiska, spływ obiektów na stan środowiska) związane z unieszkodliwianiem i wykorzystaniem np. odpadów
Analiza chemiczna- zespół czynności prowadzących do ustalenia składu chemicznego jakościowego i ilościowego, badanego obiektu (próbki substancji) tj. do ustalenia składu poprzez zastosowanie odpowiednich metod analitycznych. Dzieli się na :
-analiza jakościowa- określa składniki wchodzące w skład próbki lub określa czy w badanej próbce jest składnik mający znaczenie z pewnych względów dla nas.
-analiza ilościowa- określa zawartość (ilość, stężenie) poszczególnych składników.
Metoda analityczna- sposób postępowania wg którego wykonuje się analizę (wykrywanie lub oznaczanie) składnika. Może obejmować grupę metod wykorzystujących typowe wspólne cechy dla wielu procedur analitycznych np. miareczkowanie, spektrofotometria
Podział (wg zastosowanej aparatury)
-klasyczne - wykorzystują procesy oparte na reakcjach chemicznych;
-instrumentalne- zastosowanie procesów fizycznych lub fizyko-chemicznych i odpowiednią aparaturę
Składniki próbki- podział wg. procentowego udziału składników w próbce:
1.główne- matryca- 1-100%
2.uboczne- domieszkowe- 0,01-1%
3.śladowe <0,01%:
-ślady 10^-2 - 10^-8 % lub 10^2 - 10^-4 ppm
-mikroślady 10^-8 - 10^-11 % lub 10^-4 - 10^-7 ppm
-nanoślady 10^-11 - 10^-14 % lub 10^-7 - 10^-10 ppm
-pikoślady 10^-14 - 10^-17 % lub 10^-10 - 10^-13 ppm
1ppm= 10^-6 g/g = 1 μg/g = 1 μg/ml = 10^-4%
1ppb= 10^-9 g/g = 1 ng/g = 1 ng/ml = 10^-7%
1ppt= 10^-12 g/g = 1 pg/g = 1 pg/ml = 10^-10%
Wielkości charakteryzujące metody analityczne:
Aby dokonać wyboru metody opieramy się na różnych kryteriach,
1. czułość metody i związane z nią:
-wykrywalność (a.jakościowa) lub oznaczalność (a.ilościowa)
-dokładność i precyzja
-selektywność i specyficzność
-uniwersalność
-łatwość i szybkość wykonania
Czułość- stosunek przyrostu natężenia sygnału analitycznego do odpowiedniego przyrostu stężenia lub zawartości danego składnika
Granica wykrywalności- (a. jakościowa)- najniższe stężenie lub ilość wykrywanego składnika w próbce, przy których można go wykryć dana metodą.
Granica oznaczalności (a. ilościowa)- najniższe stężenie lub ilość oznaczanego składnika w próbce, która ta ilość składnika można oznaczyć dana metodą.
Dla danej metody, wykrywalność jest niższa ok. 2-3 razy niż oznaczalność. Np. wykrywalność 1 mg, a oznaczalność 2-3 mg.
Metoda czuła- można oznaczyć lub wykryć niski zakres stężeń.
Odległość od odległości prawdziwej charakteryzuje dokładność metody. Dokładna metoda- gdy średnia wartość jest zbliżona do wartości prawdziwej.
Precyzję metody charakteryzuje rozrzut wyników (przy wielokrotnym oznaczaniu danego składnika ta samą metodą). Im mniejszy rozrzut, tym lepsza precyzja. Można stosować współczynniki korygujące.
Powtarzalność- precyzja metody w przypadku jednego wykonawcy pomiaru, pracującego w danym laboratorium i uzyskującego kolejne wyniki, pod czas badania w krótkich odstępach czasu identyczne próbki, ta sama metodą, za pomocą tej samej aparatury.
Odtwarzalność- precyzja metody, będąca miarą zgodności wyników otrzymanych pod czas badania tego samego produktu (próbki), ta samą metodą, ale wykonywanych przez różnych wykonawców, w różnych laboratoriach lub w tym samym laboratorium w różnym czasie.
Precyzję obliczamy z: odchylenie standardowe; względne odchylenie standardowe; przedział ufności
Dokładność określona jest przez wielkość błędu bezwzględnego lub względnego
Selektywność i specyficzność mogą się odnosić do odczynnika lub do metody
Selektywność odczynnika- zdolność do reagowania w określonych warunkach z pewną grupą jonów lub związków. Nie reaguje o bardzo szerokim zakresie reakcja selektywna np. reakcja Ni2+ z dwumetyloglioksyną ( podobnie reaguje tylko Pallad)
Specyficzność odczynnika- zdolność odczynnika do reagowania w określonych warunkach tylko z 1 jonem lub związkiem reakcja specyficzna np. wydzielanie amoniaku przy alkalizacji próbki z soli amoniakalnych.
Selektywność metody- możliwość zastosowania jej lub wykrycia niewielkich ilości składników
Metody specyficzne- oznaczanie lub wykrywanie tylko 1 składnika.
Uniwersalność metody oznacza, ze można stosować je: - w szerokim zakresie stężeń do oznaczania 1 składnika - do oznaczania wielu składników
Kryterium oceny metod analitycznych:
-do analizy jakościowej (metoda wykrywania): 1. Wykrywalność, 2. Specyficzność 3. Selektywność 4. Szybkość wykonania
-metoda oznaczania składników głównych: 1. Precyzja, 2. Dokładność, 3. Selektywność 4. Szybkość wykonania
-metoda oznaczania składników ubocznych i śladowych: 1. Oznaczalność 2. Precyzja, 3. Dokładność, 4. Selektywność 5. Szybkość wykonania
Pobór próbek do badań
Próbki tzw. środowiskowe dzielimy na: 1. pr.wody (woda i ścieki), 2. pr. odpadów 3. pr. glebowe, 4. pr. powietrza
Dzielimy je na: stałe, ciekłe, gazowe, oraz o konsystencji pośredniej: ciastowate, maziste, półpłynne.
Inne kryterium podziału:
-jednorodne (stałe pod względem jakościowym, ilościowym), homogeniczne
-niejednorodne- heterogeniczne
Próbka to część materiału, który podlega bezpośrednio badaniu ze względu na dana cechę i ma podstawie którego orzeka się o kształtowaniu się tej wartości tej cechy w całym materiale.
Próbka reprezentatywna- próbka, której struktura pod względem badanej cechy nie różni się zasadniczo od struktury całości materiału
Próbka pierwotna- to cześć partii materiału, pobrana jednorazowo z jednego miejsca
Próbka jednostkowa- część partii materiału złożona ze wszystkich próbek pierwotnych, pobranych z określonego miejsca.
Próbka ogólna- to cześć partii materiału złożona ze wszystkich próbek pierwotnych, pobranych z danej partii. To suma próbek jednostkowych.
Próbka laboratoryjna- próbka przygotowana z próbki ogólnej, reprezentująca właściwości materiału, przeznaczona do analizy.
Próbka do badań- próbka przygotowana z próbki laboratoryjnej, z której pobiera się próbkę analityczną
Próbka analityczna- to część pobrana z próbki do badań lub laboratoryjnej, przeznaczona w całości do jednego oznaczenia
Próbka rozjemcza- próbka mająca na celu ustalenie zawartości składnika, których oznaczenia wykonywane przez różne laboratoria nie są zgodne i wyniki analiz próbki rozjemczej wykonywane są w laboratorium zaakceptowanym przez obie strony i wyniki obowiązujące są dla obu stron.
Próbka wzorcowa- próbka i dokładnie znanym składzie i cechach
Partia materiału- całość materiału, którą należy ocenić na podstawie analizy. Jeżeli partia materiału wykazuje wyraźne różne cechy w swoich częściach, należy albo pobrać pierwotne, proporcjonalne do tych części, albo podzielić próbkę materiału na części i traktować jako osobna partię.
Wg norm próbka ogólna, jednostkowa, pierwotna, powinna być tym większa im:
-bardziej niejednorodny jest skład badanego materiału
-bardziej niejednorodne są bryły tego materiału (zróżnicowana granulacja)
-im mniejsza jest zawartość badanego składnika
-próbka ogólna powinna być tym większa im większa jest partia badanego materiału
-większa granulacja
Jeżeli wielkość ziaren i kanałów w mm nie przekracza 1 mm to próbka pierwotna powinna wynosić min 100g. Jeżeli przekracza 50 mm, to nie mniejsza niż 2500g.
Pobór i przygotowanie próbek do badań stanowi największe źródło błędów.
Dla materiałów stałych o heterogenicznym składzie zalecane są następujące techniki poboru i zmniejszania próbek (dotyczy to również innych próbek sypkich, próbek o zreóźnicowanej granulacji itp.): technika ćwiartkowania, technika przemiennego usypywania dwóch stożków oraz technika przesypywania frakcjonowanego a także technika uproszczonego przesypywania frakcjonowanego
Dla materiałów sypkich i w kawałkach (np.kompost), to: -< 4 tony - próbka ogólna 5% całej partii -4-50 ton - 200 kg -51-200 ton - 400 kg -201-300 ton - 600 kg
Do poboru próbek: łopata. Wielkość łopaty powinna powierzchnie 2, 3 razy większa niż największe kawałki z pobieranej partii materiału. Najlepiej, gdy samochód ma bęben, wtedy przed dowozem, odpady są wymieszane. Miejsce do poboru prób powinno być tak przygotowane, aby podczas pobory warunki atmosferyczne i terenowe nie wpływały na wyniki badań. Teren powinien być utwardzony i zadaszony. Samochód wyrzuca odpady w tzw. Smudze. Z tych odpadów pobierane są próbki pierwotne łopata (ok. 30-60 prób).
Próbki pierwotne usypywane są na stożek. Stożek ten jeszcze raz się miesza, spłaszcza i dzieli na 4 części. Losowo wybiera 2 części. Z tych 2 części usypuje się stożek, miesza się do uzyskana próbki o wymaganej masie i objętości.
Usypywanie 2 stożków. Z jednego stożka usypuje się 2, a z nich losowo wybiera się 1. Ten wylosowany, znowu dzieli się na 2 stożki itd. , aż do uzyskania próbki o określonej masie i objętości
Przesypywanie frakcjonowane: Usypujemy stożek i rozdzielamy go na kilka stożków. Losowo wybiera się 1. Pozostałe się odrzuca. Wylosowany, znowu dzielimy na kilka stożków itd., aż do uzyskania próbki o wymaganej wielkości.
Technika uproszczonego przesypywania frakcjonowanego. Usypujemy stożek i dzielimy na 2. Jeden usypujemy np. z 5 łopat, a drugi z 4. Większy odrzucamy. Z mniejszego znowu 2. Itd. Do uzyskania wymaganej próbki.
Największe błedy-przemienne usypywanie
Odpady komunalne- technika ćwiartkowa
Do innego typu materiałów sypkich o mniejszej heterogeniczności niż odpady kom. Stosuje się szereg próbników. Z reguły są to próbniki metalowe, jedno lub 2 nerowe, na końcu zaostrzone, zaopatrzone w bolec do usuwana pobranej próbki- do poboru próbek kompostu, odpadów, materiałów z biofiltru.
Kryterium doboru próbnika i wymiary: wielkość największych cząstek w pobieranym materiale. Materiał, z którego wykonany jest próbnik, nie może reagować ze składnikami próbki. Długość próbnika powinna zapewnić pobór próbki na całej jej głębokości.
Pobór materiałów kruchych( monolitów- jeden kawałek)
Urządzenia: świdry, siekiery, noże.
Stosowane narzędzia musza być twardsze od twardości pobieranej próbki
Monolit- ciało stałe w sposób monolityczny, nie oznacza to, ze jest o stałym składzie.
Materiały łatwopalne- zestalone smółki- pobiera się za pomocą próbników ze ślimacznicą, rozgrzanie noża i wycinanie w nim próbek pierwotnych; jeśli materiał pierwotny, to siekierą; warstwowo niejednorodny- należy zidentyfikować jaka jest próba na określonej wysokości i mieszamy w odpowiedni sposób
Pobór materiałów płynnych
Pobór z różnych głębokości. Rzadko jest tak, żeby próbka składała się z 1 składnika. Jeśli próbka jest ze zbiornika, pojemnika w kształcie walca, prostopadłościenne. Jeśli odpad występuje w stanie ciekłym, ale jednorodnym, to: 9/10, 5/10, 1/10 z walca. Próbki pierwotne pobiera się ze środka, a także 1/6 średnicy.
Prostopadłościenne- dzielimy na siatkę.
Próbka rozwarstwiona niejednorodnie- ustalamy ile jest danej warstwy, pobieramy kilka prób, otrzymujemy próbki jednostkowe i mieszamy; odpowiednio dla każdej warstwy
Błędy przy poborze: systematyczne-popełniane gdy przyjęty sposób pobieranie próbki nie zapewnia możliwości wejścia w skład tej próbki wszystkich składników np. pobór z próbki rozwarstwionej tylko jednej warstwy; przypadkowe-gdy jest różnica zawartości oznaczanego składnika lub własności fiz-chem w próbce od przeciętnej zawartości tego składnika w całym materiale przy założeniu, że nie wystąpił błąd systematyczny w pobieraniu próbki, charakteryzuje precyzję poboru próby np. przy zmniejszaniu objętości próbki i jej rozdrabnianiu
Oznakowanie próbek (pobrane pr powinny być w sposób jednoznaczny oznakowane) miejsce poboru; data i godz pobrania; rodzaj obróbki wstępnej; dane identyfikacyjne; imię i nazw osoby pobierającej; arkusz informacyjny (jeśli jest to wskazane), który później umożliwi interpretację wyników
Utrwalanie próbek (zwłaszcza próbek ciekłych i stałych o dużym uwodnieniu/pH, rozkład składnika, ulatnianie, utlenianie) obniżenie temp próbki do zakresu 4-6C; dodanie odpowiednich środków utrwalających
Przygotowanie próbek do badań zakres badań determinuje met i operacje jednostkowe wykorzystywane do przygotowania prób do badań. Badania można wykonywać z 1. pr surowych bez obróbki wstępnej-morfologia i analiza sitowa przy badaniu odpadów komunalnych; 2. pr surowych po odpowiednim przygotowaniu do badań-badania wyciągu wodnego z pr poddanej uprzednio rozdrobnieniu; 3. pr poddanych operacjom jednostkowym-suszenie, rozdrabnianie, przesiewanie, mineralizacja. Jednolita interpretacja wyników dla pr o różnej wilgotności ułatwiona jest jeżeli wyniki odnosi się do suchej masy.
Etapy przygotowywania pr stałych do badań suszenie próbki do stanu powietrznie suchego (tyle ile zaw wody w powietrzu) stosowane jeżeli w czasie suszenia termicznego mogą nastąpić straty oznaczanej substancji wynikające np. z lotność subst lub rozkładu w wyższych temp; suszenie termiczne w suszarkach elektrycznych w temp 105-110C np. wapno posodowe i pocelulozowe(70C), niektóre odp z przem metalurgicznego, dla pr, które rozkładają się w temp 100C można je suszyć w temp pokojowej, ale pod zmniejszonym ciśnieniem; rozdrabnianie w zależności od potrzeb i zakresu badań: na sucho, na mokro. War przy zastosowaniu rozdrabniania:1. dobór urządzenia, 2. w czasie rozdrabnianie nie może następować zmiana składu i właściwości próbki np. przez pylenie czy odparowanie 3. pr materiałów włóknistych łatwiej rozdrabniać w obniżonej temp, przez zastosowanie młynków chłodzonych ciekłym azotem, 4. do analizy składników śladowych należy szczególnie zwrócić uwagę na dobór materiału, z którego wykonane są urządzenia rozdrabniające w celu uniknięcia wtórnego zan próbki i hermetyzacji, 5. materiał nie może wchodzić w reakcje z próbką ; przesiewanie materiał ma być jak najbardziej uśredniony, sita z: brązu, stali szlach, tworzyw szt, jedwabiu, mat sita nie może nie może wpływać na skład badanej próbki; mineralizacja i/lub roztwarzanie; ekstrakcja
Ujednorodnienie próbki polega na intensywnym zmieszaniu zmielonej i przesianej pr; zastosowaniu homogenizatorów laboratoryjnych. Pr przesiane i rozdrobnione muszą być przechowywane w pojemnikach szczelnie zamkniętych i wykonanych z mat, który nie wpływa na wyniki analiz.
Protokół poboru próby odpadów l. Cel i powód poboru próby: 2. Gmina/Miejsce/Powiat/Zakład: 3. Rodzaj odpadu: 4. Data/godzina/oznaczenie próby: 5. Osoba pobierająca/firma/stanowisko: 6. Przewidywane substancje szkodliwe: 7. Pochodzenie odpadu: 8. Charakterystyka odpadu przy pobieraniu: a. Kolor b. Zapach c. Konsystencja/homogenność/uziamienie 9. Rodzaj składowania, ilość badanych odpadów: 10. Czas składowania: 11. Sposób pobrania próby (urządzenia, próbki pierwotne, próbki ogólne): 12.Rodzaj naczynia na próbkę, zamknięcie: 13. Wielkość próbki 14.Obecne osoby: 15.Czy były robione inne badania porównawcze (przez kogo?): 16. Spostrzeżenia z: poboru próby (np. odcieki, oddziaływanie): 17.Badania wstępne przy poborze próby, wyniki: 18. Transport i składowanie próby do a anlizy, poczynione przygotowania: 19. Laboratorium: 20. Pozostałe spostrzeżenia z poboru próby: 21. Wskazówki dla dokonującego analizy: 22.Miejsce, data, podpis:
Gleba - jest to część powierzchniowa, która aktywność biologiczną.
Grunt - jest to pojęcie użytkowe np. grunty leśne, grunty rolnicze; ze względy na właściwości np. grunty spoiste, grunty piaskowe; jest to pojęcie szersze niż pojęcie gleby.
Pobór prób glebowych (wybór metody zależy od celu)
Urządzenia do poboru próbek glebowych:
Wierzchnia warstwa - łopata - oczyszczamy glebę z liści i pobieramy próbkę z wymaganej głębokości.
Stopień zanieczyszczenia gleby - pobiera się próbki warstwami o wymaganej głębokości.
Budowa gleby (gruntu) - specjalne świdry - urządzenia przystosowane do poboru profilu glebowego.
Pobór próbek gazowych:
Rodzaje próbek:
1.próbki powietrza atmosferycznego - pomiary imisji
2.próbki powietrza z kominów, z silników spalinowych - pomiary emisji
Próbki gazowe pobiera się: na stanowiskach pracy, w pomieszczeniach zamkniętych mieszkalnych, w pomieszczeniach specjalnych(np. w łodziach podwodnych), w miejscach trudno dostępnych bądź niebezpiecznych.
Badane wskaźniki w próbkach gazowych można podzielić:
a)ze względu na skład chemiczny(związki organiczne bądź nieorganiczne)
b)ze względu na stan skupienia(gazowe, aerozole, próbki stałe-pyły)
c)ze względu na lotność oznaczanych składników
Metody poboru próbek gazowych:
1.manualne-poboru próbek dokonuje człowiek- sedymentacyjne - izolacyjne- aspiracyjne
2.automatyczne-przyrząd pobiera(i analizuje) próbki
Metoda sedymentacyjna - polega na tym, że na określonej powierzchni osadza się w założonym okresie czasu pewna ilość próbki(przelicz się na jednostkę powierzchni i czasu); jest poza pomiarem zapylenia niezbyt wykorzystywana.
Metoda izolacyjna - polega na poborze próbek gazowych do specjalnych naczyń lub pojemników: pipety gazowe-na ogół szklane, ampułki- na ogół szklane, worki-gumowe, z tworzyw sztucznych.
Sposób poboru próbek zależy od tego czy pobieramy próbkę gazową z miejsca, w którym panuje ciśnienie atmosferyczne czy z miejsca, w którym panuje ciśnienie wyższe od atmosferycznego.
Zasysanie próbki z pipety dokonuje się wykorzystując zasadę naczyń połączonych.
Ampułki najczęściej po transporcie do laboratorium rozbija się w warunkach pomiaru.
Worek przepłukuje się i pobiera się próbkę.
Metoda aspiracyjna - jest to najwygodniejsza metoda; stosuje się dwa rodzaje aspiratorów: -aspiratory ssące -aspiratory tłoczące
Aspirator składa się z urządzenia do pomiaru objętości pobranej próbki gazowej; z urządzenia, w którym gazy przechodzące przez aspirator ulegają absorpcji (czasem adsorpcji); urządzeń zabezpieczających przed zalaniem; na ogół z układu do oczyszczania próbki z niepożądanych składników; urządzenia wspomagające aspirator-płuczki o różnej konstrukcji.
Metody aspiracyjne- stosowane są metody adsorpcyjne - za pomocą aspiratora przez płuczkę albo próbnik przepuszcza się określoną ilość powietrza w określonym czasie, płuczka lub próbnik zawiera substancję stałą, na której powierzchni adsorbowany jest badany składnik. Do oznaczania można poddawać go desorpcji. Istnieją wypełnienia wyskalowane na zawartość badanego składnika np. badanie zawartości CO.
Czas poboru próbek gazowych:
1.chwilowe- czas poboru w zależności od miejsca, od badanego wskaźnika- wynosi od kilku minut do godziny. Najczęściej w metodzie aspiracyjnej przy oznaczaniu SO2, niektórych substancji nieorganicznych, amoniaku, CO2, NOx - czas ten wynosi 30 min przy przepływie 1dm3/min.
2.pobierane w sposób ciągły-na ogół pomiar 24h
Pobór próbek z przewodów gazowych: - jeżeli ciśnienie w tych przewodach jest niewiele wyższe od ciśnienia atmosferycznego to pobór za pomocą sond - jeżeli panuje nadciśnienie to za pomocą króćca, podłączając miernik gazu
Chromatografia:
1.cienkowarstwowa- metoda szczególnie przydatna do identyfikacji a nawet oznaczania ilościowego składników, które nie są rozróżniane innymi metodami np. izomery optyczne związków organicznych; polega na tym, że na płytkę nakłada się odpowiednio warstwę chromatograficzną o odpowiednim składzie; zanurza się od dołu w badanym roztworze i wykorzystuje się różnicę szybkości absorpcji dwóch izomerów.
2.cieczowa- wykorzystuje różne powinowactwo cieczy między sobą, w stosunku do sorbenta; robi się to w kolumnach; możemy rozdzielać mieszaniny, których nie można rozdzielić innymi metodami.
3.gazowa- stosowana jest zarówno do identyfikacji związków oraz do ich oznaczania ilościowego; wykorzystuje ona fakt, że związki ulegające w zaprogramowanych warunkach adsorpcji na nośniku mają w stosunku do tego nośnika różne powinowactwo, a co za tym idzie czas desorpcji; w ten sposób można badać próbki gazowe i ciekłe.
Metan + CO2 z gazów wysypiskowych - pobieramy próbkę gazów; CO2 + metan ulegają sorpcji na kolumnie rozdzielczej; zaprogramowanie temperatury powoduje, że wydziela się najpierw jeden a później drugi; czas wejścia i wyjścia na kolumnę nazywamy czasem retencji, jest on przy odpowiednio dobranym sorbencie w kolumnie jest charakterystyczny dla danego związku.
Budowa chromatografu gazowego: Gaz nośny(np. hel, metan)→manometr→ dozowanie próbek →kolumna rozdzielcza z detektorem→ wzmacniacz→rejestrator→ wydzielanie rozdzielonych substancji przez frakcyjne wymrażanie→wylot gazu nośnego
Akredytacja laboratoriów - źródło w wymogach wojskowych w USA; wprowadzono systemy jakości - całościowo ujęty proces produkcyjny (badawczy dla laboratoriów), uwzględnia on wszystkie aspekty wpływające na ten proces.
Mineralizacja-rozkład(w analizie) całkowity rozkład i utlenienie badanej substancji organicznej za pomocą silnych utleniaczy lub przez prażenie w celu oznaczenia znajdujących się w niej składników mineralnych. Mineralizacja jest nieodzownym etapem przygotowania próbek do badań. Wybór metody mineralizacji zależy od:.
-zakresu badań, rodzaju stosowanych do oznaczeń metod i technik analitycznych, składu jakościowego i ilościowego oznaczanych składników (składniki główne, uboczne, śladowe);
-składu jakościowego i ilościowego próbki, jej stanu skupienia, obróbki wstępnej itd.
Ze względu na różnorodność odpadów i próbek glebowych brak jest uniwersalnej metody mineralizacji, która nadawałaby się do wszystkich rodzajów próbek. Min. powinna zapewnić ilościowe utlenienie substancji organicznych (np. matrycy organicznej) oraz gwarantować ilościowy odzysk oznaczanych substancji mineralnych. W analizie odpadów problem doboru warunków mineralizacji jest zagadnieniem złożonym ze względu na jakościowy i ilościowy charakter substancji organicznych występujących w odpadach. Procedury stosowane przy mineralizacji muszą więc uwzględniać zarówno bardzo ostre, jak i łagodne sposoby rozkładu matrycy organicznej. Proces min. i polega na przeprowadzeniu oznaczanych pierwiastków występujących w skomplikowanych połączeniach organicznych w proste i łatwe do oznaczenia związki nieorganiczne.
Techniki mineralizacji próbek na sucho: 1. Spopielanie 2. Mineralizacja w plazmie tlenowej 3. Rozkład próbki w bombie tlenowej 4. Rozkład próbek w układzie dynamicznym 5. Stapianie.
Techniki mineralizacji próbek na mokro: 1. Rozpuszczanie w kwasach na gorąco 2. Mineralizacja za pomocą mieszanin utleniających wspomagana ultradźwiękami. 3. Rozkład próbek za pomocą promieniowania UV. 4. Mineralizacja mikrofalowa.
Mineralizacja na mokro, stosowana jest często przy przygotowaniu próbek odpadów i gleb do badań. Rozkład matrycy próbki (składniki główne) zachodzi pod wpływem utleniającego działania kwasów w podwyższonej temperaturze. Jako główne czynniki utleniające stosuje się: HNO3, H2SO4, HCIO4, HF oraz H2O2. Do mieszaniny utleniającej stosuje się również dodatki, spełniające rolę katalizatorów, maskujące substancje przeszkadzające itp. Rozkład na mokro może być prowadzony zarówno w układzie zamkniętym, jak i otwartym. Mineralizację na mokro w systemie otwartym można prowadzić kolbach kulistych zaopatrzonych w chłodnicę zwrotną, w parownicach, tyglach, kolbach Kjeldahla i innych. Mineralizatory mikrofalowe, skracające znacznie czas mineralizacji, stosuje się zarówno w systemie otwartym jak i zamkniętym. Temperatury stosowane przy rozkładzie na mokro są znacznie niższe niż przy rozkładzie na sucho, co powoduje zmniejszenie strat składników lotnych. Jednak przy rozkładzie na mokro często nie zachodzi całkowite rozpuszczenie, próbki
Rozpuszczanie w kwasach na gorąco. Procedurę mineralizacji modyfikuje się zmieniając rodzaj i stężenie dodawanego kwasu, kolejność dodawania kwasów i utleniaczy, temperaturę procesu mineralizacji, ciśnienie w czasie prowadzenia rozkładu, czas mineralizacji. Najczęściej stosuje się -HNO3, H2SO4, HCIO4, HF oraz H2O2 oraz ich mieszaniny, niekiedy z dodatkami np. Mg(NO3)2, KNO3, NaNO3, HBr, HCI, HCOOH, H3PO4, K2S208. Przykładem stosowanej mieszaniny kwasów jest woda królewska, to znaczy mieszanina HCI i HNO3 w stosunku 3 : l. Najłatwiej uzyskać całkowity rozkład próbki przy zastosowaniu kwasu fluorowodorowego z dodatkiem innych kwasów lub zastosowanie mineralizacji wielostopniowej (zastosowanie HP poprzedzone jest mineralizacją. w innych kwasach). Do rozkładu materii organicznej najczęściej używa się HNO3.
Mineralizacja mikrofalowa. Rozkład próbek na mokro, polegający na ogrzewaniu z. mieszaniną utleniającą o charakterze kwaśnym, może trwać nawet kilkadziesiąt godzin. Proces ten można przyśpieszyć, stosując dodatkowo mikrofale (zazwyczaj o częstotliwości 2450 MHz) jako źródło dodatkowej energii dostarczanej do próbki mineralizowanej na mokro. Zazwyczaj stosuje się systemy grzewcze o częstotliwości 2450 MHz o mocy 600-700 W, co daje w czasie 5 minutowej pracy ok. 11 kJ. energii. Wspomaganie mikrofalami można stosować zarówno do rozkładu próbek o matrycy organicznej, jak i nieorganicznej. Proces rozkładu można prowadzić w naczyniach otwartych lub zamkniętych z zastosowaniem różnego typu urządzeń mikrofalowych jak kuchenki, piece mikrofalowe oraz w urządzeniach wysokociśnieniowych (tj. w bombach teflonowych). Naczynia do mineralizacji w układzie zamkniętym charakteryzują się wytrzymałością do ok. 12 MPa i wyposażone są w zawór bezpieczeństwa. Jeżeli w czasie mineralizacji powstaje dużo produktów gazowych, przed właściwą mineralizacją wysokociśnieniową stosuje się mineralizację otwartą. Typowy. system do mineralizacji mikrofalowej składa się z generatora mikrofal (tzw. magnetronu), falowodu, wnęki mikrofalowej, mieszadła, cyrkulatora i talerza obrotowego. Mieszadło modowe powoduje równomierne rozprowadzenie pola mikrofalowego w całej objętości komory. Generalnie wszystkie zestawy naczyń otwartych używanych do roztwarzania w metodach tradycyjnych (poza metalowymi) można stosować również w mineralizacji mikrofalowej otwartej.
Zalety techniki mikrofalowej rozkładu próbek: Znaczne skrócenie czasu mineralizacji; Lepsza powtarzalność warunków prowadzenia rozkładu, co powoduje zmniejszenie błędu oznaczenia; Zmniejszenie wtórnego zanieczyszczenia próbki (zwłaszcza w układzie zamkniętym);Możliwość automatyzacji procesu; Zmniejszenie kosztów jednostkowych operacji (efektywniejsze wykorzystanie energii dostarczonej do układu; mniejsze zużycie odczynników).
Wady: Większe koszty aparaturowe; Dla systemu zamkniętego przy niepoprawności stosowania procedury - mniejsze bezpieczeństwo.
Zasada oznaczenia azotu metodą Kjeldahla polega na: 1.mineralizacii na mokro próbki za pomocą stężonego kwasu siarkowego w obecności katalizatora (np. mieszaniny selenowe) w podwyższonej temperaturze. W tych warunkach związki organiczne ulegają mineralizacji: węgiel ze związków organicznych utlenia się do CO2, wodór do H2O, zaś azot (bez zmiany stopnia utlenienia) wydzielony w postaci amoniaku zastaje związany przez kwas siarkowy jako (NH4)2S04; 2.alkalizacji próbki wobec fenoloftaleiny; 3.oddestylowaniu amoniaku i pochłonięciu go w nadmiarze kwasu; 4.oznaczeniu pochłoniętego w nadmiarze kwasu azotu amonowego (amoniaku) metodą miareczkową lub (dla małych ilości) spektrofotornetrycznie metodą Nesslera.