روش اندازه گیری یون فلزات در آب

روش اندازه‏گيري يون فلزات در آب و فاضلاب بوسيله اسپكتر فتومتر جذب اتمي
۱ ـ هدف
هدف از تدوين اين استاندارد اندازه‏گيري مقدار يون فلزات محلول در آب از طريق اسپكتر فتومتر جذب اتمي مي‏باشد .
۲ ـ دامنه كاربرد
۲ ـ ۱ ـ يون فلزاتي در اين روش قابل اندازه‏گيري است كه غلظت آن در دامنه تغييرات زير قرار دارد :

۲ ـ ۱ ـ ۱ ـ حد بالائي غلظت قابل تعيين را مي‏توان با رقيق كردن نمونه افزايش داد .
۲ ـ ۱ ـ ۲ ـ حد پائيني غلظت قابل تعيين بطور عمده بستگي به وسائل و تجهيزاتي دارد كه در دستگاه اسپكتر فتومتر جذب اتمي بكار رفته است مانند نوع مشعل ضخامت عبور نور از شعله , نوع سوخت و نوع اكسيدكننده , منبع انرژي و حدود وسعت الكتريكي سيگنال خروجي كه در تغيير حد پائيني مؤثر مي‏باشند . پائيني‏ترين حد غلظت قابل تعيين معمولا معادل دو برابر حداكثر تغييرات زمينه دستگاه ۱ ( حد دقت ) مي‏باشد .

۳ ـ اساس روش
اين روش بر اين اساس قرار دارد كه عناصر فلزي در حالت پائين‏ترين سطح انرژي ۲ خود همان طول موجي را جذب مي‏كند كه پس از تحريك شدن ۳ از خود انتشار مي‏دهد و هنگاميكه اشعه خروجي ۴ از يك عنصر تحريك شده معين از ميان شعله‏اي كه محتوي اتمهاي همان عنصر به حالت تحريك نشده مي‏باشد عبور كند , شدت اشعه عبوري متناسب با مقدار اتمهاي عنصر موجود به حالت تحريك نشده در شعله , كاهش خواهد يافت .

يك لامپ كاتدي ميان تهي كه ۵ كاتد آن از فلز مورد آزمون ساخته شده منبع ايجاد اشعه مورد نظر است و بوسيله مكش نمونه در شعله حاصل از سوخت و ماده اكسيد كننده اتمهاي فلز مورد اندازه‏گيري درون شعله در معرض اشعه قرار گرفته و يك منوكروماتور پرتو مشخصه فلز ساطع شده از لامپ را جدا و اشعه عبوري كاهش يافته شده توسط يك وسيله حساس به نور اندازه‏گيري مي‏شود .
۴ ـ تعاريف و اصطلاحات

براي تعريف واژه‏هاي بكار رفته در اين استاندارد به ” استاندارد تعاريف واژه‏هاي آب ” ۶ مراجعه شود .
۵ ـ مواد مزاحم
۵ ـ ۱ ـ در اندازه‏گيري يك فلز معمولا عنصر فلزي ديگر با زياد ويا كم كردن مقدار اشعه جذب شده مزاحمت ايجاد نخواهد كرد بلكه معمول‏ترين مواد مزاحم موادي هستند كه با واكنش شيميائي در شعله مانع از تبديل فلز مورد مطالعه به اتم مربوطه خود ميشوند و بعضي از آنيونها كه در شعله با ايجاد تركيبات نامحلول موجب كاهش نتايج بدست آمده خواهد شد .
۵ ـ ۲ ـ فسفاتها در اندازه‏گيري كلسيم ايجاد مزاحمت مي‏كنند ولي در دستور كار اثر تداخل فسفاتها تا ۶۰۰ ميلي‏گرم در ليتر پيش‏بيني شده است .
۵ ـ ۳ ـ سيليس در اندازه‏گيري آهن ايجاد مزاحمت خواهد كرد ولي در اين دستور كار برطرف كردن اثر تداخل سيليس تا ۲۰۰ ميلي‏گرم در ليتر پيش‏بيني شده است .
۵ ـ ۴ ـ منيزيم در اندازه‏گيري آلومينيم مزاحم بوده ولي در دستور كار اثر تداخلي مقادير بيشتر از ۱۰۰ ميلي‏گرم در ليتر آلومينيم حذف مي‏شود .
۶ ـ دستگاه و مواد مورد نياز

۶ ـ ۱ ـ اسپكتر فتومتر جذب اتمي : دستگاه بايد داراي قسمتهاي زير باشد . افشانه گردكننده ۷ نمونه , مشعل , وسيله تنظيم فشار براي ثابت نگاهداشتن فشار سوخت و ماده اكسيدكننده در مدت آزمون , لامپ كاتدي ميان تهي براي هر فلز مورد اندازه‏گيري , سيستم نوري كه قادر به جداكردن خط طيف مورد نظر از اشعه باشد , شكاف قابل تنظيم , لامپ تقويت كننده ۸ و يا هر وسيله حساس به نور تقويت كننده براي اندازه‏گيري نور و وسيله‏اي براي قرائت و مشخص كردن مقدار اشعه جذب شده
۶-۱-۱- لامپهاي كاتدي ميان تهي چند عنصر كه به سهولت قابل دسترسي باشد نيز براي انجام كار رضايت بخش است .
۶ ـ ۲ ـ اكسيد كننده

۶ ـ ۲ ـ ۱ ـ هوا : معمول‏ترين اكسيد كننده هوا مي‏باشد كه با عبور دادن از يك صافي مناسب تميز و خشك و عاري از روغن , آب و ساير مواد خارجي خواهد بود .
۶ ـ ۲ ـ ۲ ـ اكسيد ازت : براي فلزات ديرگداز ممكن است از اكسيد ازت به عنوان اكسيدكننده استفاده شود .
۶ ـ ۳ ـ سوخت

۶ ـ ۳ ـ ۱ ـ استيلن : سوخت معمول استيلن تجارتي استاندارد است كه چون استن هميشه همراه استيلن فشرده در سيلندر وجود دارد براي جلوگيري از ورود و صدمه زدن آن به سر مشعل بايد از سيلندر رهائي كه فشار استيلن در آن بيشتر از ۷۰ كيلوگرم بر سانتي‏متر مربع است استفاده و قبل از رسيدن به اين فشار آنرا از دستگاه جدا كرد .
۶ ـ ۴ ـ شير فشارشكن : به دليل بالا بودن فشار منابع سوخت و اكسيدكننده كه معمولا بيشتر از فشار مورد نياز دستگاه مي‏باشد بايد از شير فشارشكن براي كم كردن و كنترل فشار سوخت و اكسيدكننده در هنگام آزمون استفاده شود

۶ ـ ۵ ـ مواد شيميائي مورد نياز
۶ ـ ۵ ـ ۱ ـ خلوص مواد : كليه مواد شيميائي بكار رفته در آزمون بايد از نوع خالص براي تجزيه شيميائي باشد و از ساير انواع مواد شيميائي در صورتي مي‏توان استفاده كرد كه قبلا محرز شود ناخالص‏هاي موجود در هر يك از مواد شيميائي موجب كاهش در صحت اندازه‏گيري نخواهد شد .

۶ ـ ۵ ـ ۲ ـ خلوص آب مقطر : آب مقطر بكار رفته در كليه مواد و آزمون و تهيه محلولها بايد عاري از مواد معدني باشد و چنانكه نوع مخصوص مشخص نگرديده بايد از آب مقطر براي مصارف آزمايشگاهي طبق استاندارد شماره ۱۷۲۸ ايران كه از ستون تبادل يون كاتيوني اسيد قوي عبور داده شده است استفاده شود .

۶ ـ ۵ ـ ۳ ـ محلول كلسيم (۰/۲۵ گرم بر ليتر ) مقدار ۰/۶۳ گرم كربنات كلسيم را وزن كرده و به يك ارلن ماير ۵۰۰ ميلي‏ليتري منتقل كنيد . مقدار ۱۰ ميلي‏ليتر آب افزوده و بآرامي از كناره ارلن ماير ۱۰ ميلي‏ليتر اسيد كلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ بر روي آن اضافه و پس از ريختن ۲۰۰ ميلي‏ليتر آب محلول را بآرامي به مدت ۲۰ دقيقه بجوشانيد . پس محلول را پس از سرد شدن با آب تا يك ليتر رقيق كنيد .

۶ ـ ۵ ـ ۴ ـ اسيدكلرئيدريك غليظ با چگالي ۱/۱۹
۶ ـ ۵ ـ ۵ ـ اسيدكلرئيدريك (۹۹+۱:) يك حجم اسيدكلرئيدريك غليظ با چگالي ۱/۱۹ را با ۹۹ حجم آب مخلوط كنيد .
۶ ـ ۵ ـ ۶ ـ محلول لانتانيم ۹ (۵۰ گرم در ليتر 🙂 مقدار ۵۸/۶۵ گرم اكسيدلانتانيم را با آب مرطوب كرده و بآرامي ۲۵۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ را با آن مخلوط و پس از حل شدن اكسيد لانتانيم حجم محلول را با آب تا يك ليتر رقيق كنيد .
۶ ـ ۵ ـ ۷ ـ اسيد نيتريك (۴+۱:) يك حجم اسيدنيتريك با چگالي ۱/۴۲ را با چهار حجم آب مخلوط كنيد .
۶ ـ ۵ ـ ۸ ـ اسيدسولفوريك (۱+۱:) يك حجم اسيد سولفوريك با چگالي ۱/۸۴ را به يك حجم آب با احتياط اضافه كنيد .
۶ ـ ۵ ـ ۹ ـ محلولهاي استاندارد : براي تهيه محلولهاي استاندارد مورد نياز كاليبراسيون محلولهاي زير را با اسيد كلرئيدريك (۹۹+۱) رقيق كنيد و در ظرف‏هاي پلي‏اتيلن نگاهداري نمائيد .
الف ـ كادميم: (۱ml = 0/1mgcd) مقدار ۰/۲۰۳۱ گرم كلروركادميم (۲/۵H2Oو cdcl2) را در ۲۰۰ ميلي‏ليتر آب حل كرده و حجم محلول را تا يك ليتر در بالن ژوژه رقيق كنيد .
ب ـ كلسيم : (۱ml = 1/0mgca) مقدار ۲/۴۹۷ گرم كربنات كلسيم (CaCO3) را توزين و در يك ارلن ماير ۵۰۰ ميلي‏ليتري مقدار ۱۰ ميلي‏ليتر آب و ۱۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ بآرامي از كناره ارلن ماير بآن اضافه كنيد و با ۲۰۰ ميلي‏ليتر آب تا حل شدن كامل حرارت داده و پس از سرد شدن بآب تا يك ليتر رقيق كنيد .
ج ـ كروم (۱ml = 1/0mgCr) :مقدار ۲/۲۸۲ گرم بيكرومات پتاسيم (K2Cr2O7) را در ۲۰۰ ميلي‏ليتر آب حل و حجم محلول را با آب تا يك ليتر رقيق كنيد .
د ـ كبالت(۱ml = 1/0mgCo) :مقدار ۱/۴۰۷ گرم اكسيدكبالت (Co2O3) را در ۲۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك داغ با چگالي ۱/۱۹ حل و پس از سرد شدن محلول را تا يك ليتر با آب رقيق كنيد .

ه ـ مس (۱ml = 1/0mgCu) : مقدار ۱/۰۰۰ گرم مس الكتريكي را در بشر ۲۵۰ ميلي‏ليتري در مخلوطي از ۱۵ ميلي‏ليتر اسيد نيتريك با چگالي ۱/۴۲ و ۱۵ ميلي‏ليتر آب حل كرده و بآرامي چهار ميلي‏ليتر اسيدسولفوريك (۱+۱) افزوده و محلول را حرارت دهيد تا بخارات ۱۰ SO3 ناشي از جوشش ظاهر شود جدار داخلي بشر را پس از سرد شدن بشوئيد و محلول را بآرامي به يك بالن ژوژه منتقل كرده و تا يك ليتر رقيق كنيد .

و ـ آهن (۱ml = 1/0mgFe) : مقدار ۱/۰۰۰ گرم آهن خالص را به كمك حرارت در ۱۰۰ ميلي‏ليتر اسيدسولفوريك (۱+۱) حل و پس از سرد شدن محلول را در بالن ژوژه تا يك ليتر رقيق كنيد .
ز ـ سرب (۱ml = 1/0mgpb) : لايه اكسيد شده روي فلز سرب را به وسيله اسيدنيتريك (۴+۱) بزدائيد و فلز تميز شده را با آب شسته و خشك كنيد . مقدار ۰/۱۰۰۰ گرم از آنرا در ۲۵ ميلي‏ليتر اسيدنيتريك (۴+۱) حل كرده و در بالن ژوژه تا يك ليتر رقيق كنيد .
ح ـ منيزيم (۱ml = 1/0mgMg) : مقدار ۱/۰۱۳۵ گرم سولفات منيزيم متبلور (MgSO4,7H2O) را در ۲۰۰ ميلي‏ليتر آب حل كرده و در بالن ژوژه با آب تا يك ليتر رقيق كنيد .
ط ـ منگنز (۱ml = 1/0mgMn) : مقدار ۳/۰۷۶ گرم سولفات منگنز متبلور (MnSO4,H2O) را در مخلوطي از ۱۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ و ۱۰۰ ميلي‏ليتر آب حل كرده و در بالن ژوژه تا يك ليتر با آب رقيق كنيد .

ي ـ نيكل (۱ml = 1/0mgNi) : 4/953 گرم نيترات نيكل (Ni(NO3)2,6H2O) را در مخلوطي از ۱۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ و ۱۰۰ ميلي‏ليتر آب حل كرده و محلول را با آب در بالن ژوژه تا يك ليتر رقيق كنيد .
ث ـ روي (۱ml = 1/0mgZn) : مقدار ۰/۱۲۴۵ گرم اكسيد روي (Zno) را در مخلوط ۱۰ ميلي‏ليتر اسيدكلرئيدريك با چگالي ۱/۱۹ و ۱۰ ميلي‏ليتر آب حل كرده و در بالن ژوژه حجم محلول را تا يك ليتر رقيق كنيد .
۷ ـ نمونه‏برداري

۷ ـ ۱ ـ نمونه‏برداري بايد طبق استاندارد شماره ۲۳۴۷ ايران انجام پذيرد
۷ ـ ۲ ـ نمونه‏هائيكه به دليل داشتن ذرات موجب مسدود شدن لوله موئين مكنده و يا مشعل مي‏شود و نتايج غير دقيق مي‏دهد را بايد قبل از آزمون صاف كرد .
۸ ـ تنظيم مقياس دستگاه

۸ ـ ۱ ـ با محلولهاي استانداردي كه در بند ۶-۵ بيان شده است حداقل چهار محلول استاندارد كه غلظت تخميني فلز مورد آزمون در ميدان تغييرات غلظت آن قرار گيرد تهيه كنيد .
براي رقيق كردن محلول استاندارد بايد از اسيدكلرئيدريك (۹۹+۱) استفاده شود و غلظت‏هاي محلولهاي استاندارد در هر آزمون بايد طوري انتخاب شود كه نقاط مربوط به غلظتهاي صفر , متوسط و حداكثر را در منحني تنظيم مقياس در برگيرد .

۸ ـ ۱ ـ ۱ ـ محلولهاي استاندارد تهيه شده براي منحني تنظيم مقياس كلسيم و منيزيم را با محلول لانتانيم طوري رقيق كنيد كه محلول استاندارد داراي يك درصد لانتانيم باشد و براي اين كار مقدار ۱۰۰ ميلي‏ليتر از محلول استاندارد را با ۲۵ ميلي‏ليتر محلول لانتانيم ۵۰ گرم در ليتر مخلوط نمائيد .
۸ ـ ۱ ـ ۲ ـ محلولهاي استاندارد تهيه شده براي منحني تنظيم مقياس آهن را با محلول كلسيم طوري رقيق كنيد كه محلول استاندارد داراي ۵۰ ميلي‏گرم در ليتر كلسيم باشد و براي اين كار مقدار ۱۰۰ ميلي‏ليتر محلول استاندارد را با ۲۵ ميلي‏ليتر محلول ۰/۲۵ گرم در ليتر كلسيم مخلوط كنيد .
۸ ـ ۲ ـ روش انجام كار برحسب مدلهاي مختلف اسپكترفتومتر جذب اتمي تغيير مي‏كند و بنابراين در اين استاندارد سعي نشده است جزئيات بكار انداختن دستگاه تشريح گردد ولي پارامترهاي زير در مورد بعضي از دستگاهها مناسب بنظر مي‏رسد كه بيان مي‏شود :
۸ ـ ۳ ـ دستگاه را روشن كنيد .
۸ ـ ۴ ـ جريان لامپ كاتدي را طبق پيشنهاد سازنده دستگاه برقرار كرده و مدت زمان كافي اجازه دهيد دستگاه گرم شود تا منبع انرژي آن بحد ثابت برسد . زمان مورد نياز در حدود ۱۰ تا ۲۰ دقيقه مي‏باشد .

۸ ـ ۵ ـ پهناي شكاف دستگاه را طبق دستور كار سازنده كه براي آزمون فلز مورد نظر تعيين كرده است تنظيم كنيد .
۸ ـ ۶ ـ مخلوط سوخت و اكسيدكننده ورودي به دستگاه را طبق جدول شماره يك براي هر فلز مورد آزمون تركيب و سپس آتش بزنيد .
فشار سوخت و اكسيدكننده را طبق دستور كار داده شده از طرف سازنده طوري تنظيم كنيد كه حداكثر حساسيت را براي غلظت معلوم ايجاد كند .
۸ ـ ۷ ـ مقدار مكش دستگاه ( دبي ) را با مكيدن آب و گرد كردن آن در محفظه مشعل براي مدتي بيش از دو دقيقه كنترل كنيد . مقدار مكش درحدود چهار تا پنج ميلي ليتر در دقيقه معمولا رضايت‏بخش است و اين مقدار بايد براي محلولهاي استاندارد و آزمونه يكسان باشد .

۸ ـ ۸ ـ طول موج را تقريبأ برابر عددي كه در جدول شماره يك براي فلز مورد نظر داده شده است تنظيم كنيد و يكي از محلولهاي استاندارد را در محفظه مشعل بوسيله لوله موئين تخليه و دستگاه را در طول موجي كه حداكثر جذب را دارا است تنظيم كنيد .

يادآوري ـ طول موجهاي داده شده در جدول شماره يك جنبه پيشنهادي دارد و هر طول موج ديگري كه منجر به نتايج معادل آن گردد نيز مناسب خواهد بود . محلولهاي استاندارد را توسط لوله موئين در محفظه مشعل تخليه و مقدار جذب آنرا قرائت كنيد بعد از آزمون هر محلول استاندارد لوله موئين و محفظه مشعل بايد با آب شستشو شود .
۸ ـ ۱۰ ـ منحني تنظيم مقياس را با رسم مقدار جذب بازاء غلظت هر محلول استاندارد بر روي كاغذ ميلي‏متري ۱۱ تهيه كنيد .
۸ ـ ۱۰ ـ ۱ ـ منحني تنظيم مقياس كلسيم و منيزيم را بر پايه غلظت اصلي محلولهاي استاندارد قبل از رقيق كردن با محلول لانتانيم رسم كنيد .

۸ ـ ۱۰ ـ ۲ ـ منحني تنظيم مقياس آهن را بر پايه غلظت اصلي محلولهاي استاندارد قبل از رقيق كردن با محلول كلسيم رسم كنيد .
۹ ـ روش كار
۹ ـ ۱ ـ اعمال بند ۸-۳ تا ۸-۱۰ را انجام دهيد .
۹ ـ ۲ ـ لوله موئين و افشانه را با مكش آب بشوئيد .
۹ ـ ۳ ـ آزمونه را در محفظه مشعل افشانده و مقدار جذب را قرائت كنيد .
۹ ـ ۳ ـ ۱ ـ در هنگام اندازه‏گيري كلسيم و منيزيم مقدار ۱۰۰ ميلي‏ليتر از نمونه را قبل از افشاندن در دستگاه با ۲۵ ميلي‏ليتر محلول ۵۰ گرم در ليتر لانتانيم مخلوط كنيد .
۹ ـ ۳ ـ ۲ ـ در هنگام اندازه‏گيري آهن قبل از افشاندن آزمونه در دستگاه مقدار ۱۰۰ ميلي‏ليتر از نمونه را با ۲۵ ميلي‏ليتر محلول ۰/۲۵ گرم در ليتر كلسيم رقيق كنيد .
۱۰ ـ محاسبه
۱۰ ـ ۱ ـ غلظت يون فلز را به ميلي‏گرم در ليتر از روي منحني تنظيم مقياس بدست آوريد .
۱۱ ـ دقت آزمون
۱۱ ـ ۱ ـ براي سهولت عمل و توزيع سر راست مقادير آزمون بايد محلولهاي پايه‏اي از فلزات مختلف در محلول اسيد كلرئيدريك يك درصد ( حجم به حجم ) تهيه كرد .
۱۱ ـ ۱ ـ ۱ ـ محلولهاي پايه‏اي كه براي تعيين دقت آزمون كادميم بكار مي‏رود داراي تركيبات زير ميلي‏گرم در ليتر مي‏باشد .