روش اندازه‏ گیری یون فلزات در آب و فاضلاب

روش اندازه‏گیری یون فلزات در آب و فاضلاب بوسیله اسپکتر فتومتر جذب اتمی
1 ـ هدف 
هدف از تدوین این استاندارد اندازه‏گیری مقدار یون فلزات محلول در آب از طریق اسپکتر فتومتر جذب اتمی می‏باشد .
2 ـ دامنه کاربرد
2 ـ 1 ـ یون فلزاتی در این روش قابل اندازه‏گیری است که غلظت آن در دامنه تغییرات زیر قرار دارد :

 

فلز	دامنه تغییرات mg/lit
کادمیم	0/05-5
کلسیم	0/3-15
کروم	0/2-20
کبالت	0/25-50
مس	0/1-20
آهن	0/1-20
سرب	0/34-40
منیزیم	0/05-3/5
منگنز	0/04-10
نیکل	0/08-20
روی	0/02-3

2 ـ 1 ـ 1 ـ حد بالائی غلظت قابل تعیین را می‏توان با رقیق کردن نمونه افزایش داد .
2 ـ 1 ـ 2 ـ حد پائینی غلظت قابل تعیین بطور عمده بستگی به وسائل و تجهیزاتی دارد که در دستگاه اسپکتر فتومتر جذب اتمی بکار رفته است مانند نوع مشعل ضخامت عبور نور از شعله , نوع سوخت و نوع اکسیدکننده , منبع انرژی و حدود وسعت الکتریکی سیگنال خروجی که در تغییر حد پائینی مؤثر می‏باشند . پائینی‏ترین حد غلظت قابل تعیین معمولا معادل دو برابر حداکثر تغییرات زمینه دستگاه 1 ( حد دقت ) می‏باشد .
3 ـ اساس روش

این روش بر این اساس قرار دارد که عناصر فلزی در حالت پائین‏ترین سطح انرژی 2 خود همان طول موجی را جذب می‏کند که پس از تحریک شدن 3 از خود انتشار می‏دهد و هنگامیکه اشعه خروجی 4 از یک عنصر تحریک شده معین از میان شعله‏ای که محتوی اتمهای همان عنصر به حالت تحریک نشده می‏باشد عبور کند , شدت اشعه عبوری متناسب با مقدار اتمهای عنصر موجود به حالت تحریک نشده در شعله , کاهش خواهد یافت .
یک لامپ کاتدی میان تهی که 5 کاتد آن از فلز مورد آزمون ساخته شده منبع ایجاد اشعه مورد نظر است و بوسیله مکش نمونه در شعله حاصل از سوخت و ماده اکسید کننده اتمهای فلز مورد اندازه‏گیری درون شعله در معرض اشعه قرار گرفته و یک منوکروماتور پرتو مشخصه فلز ساطع شده از لامپ را جدا و اشعه عبوری کاهش یافته شده توسط یک وسیله حساس به نور اندازه‏گیری می‏شود .
4 ـ تعاریف و اصطلاحات
برای تعریف واژه‏های بکار رفته در این استاندارد به " استاندارد تعاریف واژه‏های آب " 6 مراجعه شود .
5 ـ مواد مزاحم
5 ـ 1 ـ در اندازه‏گیری یک فلز معمولا عنصر فلزی دیگر با زیاد ویا کم کردن مقدار اشعه جذب شده مزاحمت ایجاد نخواهد کرد بلکه معمول‏ترین مواد مزاحم موادی هستند که با واکنش شیمیائی در شعله مانع از تبدیل فلز مورد مطالعه به اتم مربوطه خود میشوند و بعضی از آنیونها که در شعله با ایجاد ترکیبات نامحلول موجب کاهش نتایج بدست آمده خواهد شد .
5 ـ 2 ـ فسفاتها در اندازه‏گیری کلسیم ایجاد مزاحمت می‏کنند ولی در دستور کار اثر تداخل فسفاتها تا 600 میلی‏گرم در لیتر پیش‏بینی شده است .

5 ـ 3 ـ سیلیس در اندازه‏گیری آهن ایجاد مزاحمت خواهد کرد ولی در این دستور کار برطرف کردن اثر تداخل سیلیس تا 200 میلی‏گرم در لیتر پیش ‏بینی شده است .
5 ـ 4 ـ منیزیم در اندازه‏گیری آلومینیم مزاحم بوده ولی در دستور کار اثر تداخلی مقادیر بیشتر از 100 میلی‏گرم در لیتر آلومینیم حذف می ‏شود .
6 ـ دستگاه و مواد مورد نیاز
6 ـ 1 ـ اسپکتر فتومتر جذب اتمی : دستگاه باید دارای قسمتهای زیر باشد . افشانه گرد کننده 7 نمونه , مشعل , وسیله تنظیم فشار برای ثابت نگاه داشتن فشار سوخت و ماده اکسیدکننده در مدت آزمون , لامپ کاتدی میان تهی برای هر فلز مورد اندازه‏گیری , سیستم نوری که قادر به جداکردن خط طیف مورد نظر از اشعه باشد , شکاف قابل تنظیم , لامپ تقویت کننده 8 و یا هر وسیله حساس به نور تقویت کننده برای اندازه ‏گیری نور و وسیله‏ای برای قرائت و مشخص کردن مقدار اشعه جذب شده
6-1-1- لامپهای کاتدی میان تهی چند عنصر که به سهولت قابل دسترسی باشد نیز برای انجام کار رضایت بخش است .
6 ـ 2 ـ اکسید کننده
6 ـ 2 ـ 1 ـ هوا : معمول‏ترین اکسید کننده هوا می ‏باشد که با عبور دادن از یک صافی مناسب تمیز و خشک و عاری از روغن , آب و سایر مواد خارجی خواهد بود .
6 ـ 2 ـ 2 ـ اکسید ازت : برای فلزات دیرگداز ممکن است از اکسید ازت به عنوان اکسیدکننده استفاده شود .
6 ـ 3 ـ سوخت
6 ـ 3 ـ 1 ـ استیلن : سوخت معمول استیلن تجارتی استاندارد است که چون استن همیشه همراه استیلن فشرده در سیلندر وجود دارد برای جلوگیری از ورود و صدمه زدن آن به سر مشعل باید از سیلندر رهائی که فشار استیلن در آن بیشتر از 70 کیلوگرم بر سانتی‏متر مربع است استفاده و قبل از رسیدن به این فشار آنرا از دستگاه جدا کرد .
6 ـ 4 ـ شیر فشارشکن : به دلیل بالا بودن فشار منابع سوخت و اکسیدکننده که معمولا بیشتر از فشار مورد نیاز دستگاه می‏باشد باید از شیر فشارشکن برای کم کردن و کنترل فشار سوخت و اکسیدکننده در هنگام آزمون استفاده شود
6 ـ 5 ـ مواد شیمیائی مورد نیاز
6 ـ 5 ـ 1 ـ خلوص مواد : کلیه مواد شیمیائی بکار رفته در آزمون باید از نوع خالص برای تجزیه شیمیائی باشد و از سایر انواع مواد شیمیائی در صورتی می‏توان استفاده کرد که قبلا محرز شود ناخالص‏های موجود در هر یک از مواد شیمیائی موجب کاهش در صحت اندازه‏گیری نخواهد شد .
6 ـ 5 ـ 2 ـ خلوص آب مقطر : آب مقطر بکار رفته در کلیه مواد و آزمون و تهیه محلولها باید عاری از مواد معدنی باشد و چنانکه نوع مخصوص مشخص نگردیده باید از آب مقطر برای مصارف آزمایشگاهی طبق استاندارد شماره 1728 ایران که از ستون تبادل یون کاتیونی اسید قوی عبور داده شده است استفاده شود .
6 ـ 5 ـ 3 ـ محلول کلسیم (0/25 گرم بر لیتر ) مقدار 0/63 گرم کربنات کلسیم را وزن کرده و به یک ارلن مایر 500 میلی‏لیتری منتقل کنید . مقدار 10 میلی‏لیتر آب افزوده و بآرامی از کناره ارلن مایر 10 میلی‏لیتر اسید کلرئیدریک با چگالی 1/19 بر روی آن اضافه و پس از ریختن 200 میلی‏لیتر آب محلول را بآرامی به مدت 20 دقیقه بجوشانید . پس محلول را پس از سرد شدن با آب تا یک لیتر رقیق کنید .
6 ـ 5 ـ 4 ـ اسیدکلرئیدریک غلیظ با چگالی 1/19
6 ـ 5 ـ 5 ـ اسیدکلرئیدریک (99+1:) یک حجم اسیدکلرئیدریک غلیظ با چگالی 1/19 را با 99 حجم آب مخلوط کنید
6 ـ 5 ـ 6 ـ محلول لانتانیم 9 (50 گرم در لیتر :) مقدار 58/65 گرم اکسیدلانتانیم را با آب مرطوب کرده و بآرامی 250 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک با چگالی 1/19 را با آن مخلوط و پس از حل شدن اکسید لانتانیم حجم محلول را با آب تا یک لیتر رقیق کنید .
6 ـ 5 ـ 7 ـ اسید نیتریک (4+1:) یک حجم اسیدنیتریک با چگالی 1/42 را با چهار حجم آب مخلوط کنید .
6 ـ 5 ـ 8 ـ اسیدسولفوریک (1+1:) یک حجم اسید سولفوریک با چگالی 1/84 را به یک حجم آب با احتیاط اضافه کنید .
6 ـ 5 ـ 9 ـ محلولهای استاندارد : برای تهیه محلولهای استاندارد مورد نیاز کالیبراسیون محلولهای زیر را با اسید کلرئیدریک (99+1) رقیق کنید و در ظرف‏های پلی‏اتیلن نگاهداری نمائید .
الف ـ کادمیم: (1ml = 0/1mgcd) مقدار 0/2031 گرم کلرورکادمیم (2/5H2Oو cdcl2) را در 200 میلی‏لیتر آب حل کرده و حجم محلول را تا یک لیتر در بالن ژوژه رقیق کنید .
ب ـ کلسیم : (1ml = 1/0mgca) مقدار 2/497 گرم کربنات کلسیم (CaCO3) را توزین و در یک ارلن مایر 500 میلی‏لیتری مقدار 10 میلی‏لیتر آب و 10 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک با چگالی 1/19 بآرامی از کناره ارلن مایر بآن اضافه کنید و با 200 میلی‏لیتر آب تا حل شدن کامل حرارت داده و پس از سرد شدن بآب تا یک لیتر رقیق کنید .
ج ـ کروم (1ml = 1/0mgCr) :مقدار 2/282 گرم بیکرومات پتاسیم (K2Cr2O7) را در 200 میلی‏لیتر آب حل و حجم محلول را با آب تا یک لیتر رقیق کنید .
د ـ کبالت(1ml = 1/0mgCo) :مقدار 1/407 گرم اکسیدکبالت (Co2O3) را در 20 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک داغ با چگالی 1/19 حل و پس از سرد شدن محلول را تا یک لیتر با آب رقیق کنید .
ه  ـ مس (1ml = 1/0mgCu) : مقدار 1/000 گرم مس الکتریکی را در بشر 250 میلی‏لیتری در مخلوطی از 15 میلی‏لیتر اسید نیتریک با چگالی 1/42 و 15 میلی‏لیتر آب حل کرده و بآرامی چهار میلی‏لیتر اسیدسولفوریک (1+1) افزوده و محلول را حرارت دهید تا بخارات 10 SO3 ناشی از جوشش ظاهر شود جدار داخلی بشر را پس از سرد شدن بشوئید و محلول را بآرامی به یک بالن ژوژه منتقل کرده و تا یک لیتر رقیق کنید .
و ـ آهن (1ml = 1/0mgFe) : مقدار 1/000 گرم آهن خالص را به کمک حرارت در 100 میلی‏لیتر اسیدسولفوریک (1+1) حل و پس از سرد شدن محلول را در بالن ژوژه تا یک لیتر رقیق کنید .
ز ـ سرب (1ml = 1/0mgpb) : لایه اکسید شده روی فلز سرب را به وسیله اسیدنیتریک (4+1) بزدائید و فلز تمیز شده را با آب شسته و خشک کنید . مقدار 0/1000 گرم از آنرا در 25 میلی‏لیتر اسیدنیتریک (4+1) حل کرده و در بالن ژوژه تا یک لیتر رقیق کنید .
ح ـ منیزیم (1ml = 1/0mgMg) : مقدار 1/0135 گرم سولفات منیزیم متبلور (MgSO4,7H2O) را در 200 میلی‏لیتر آب حل کرده و در بالن ژوژه با آب تا یک لیتر رقیق کنید .
ط ـ منگنز (1ml = 1/0mgMn) : مقدار 3/076 گرم سولفات منگنز متبلور (MnSO4,H2O) را در مخلوطی از 10 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک با چگالی 1/19 و 100 میلی‏لیتر آب حل کرده و در بالن ژوژه تا یک لیتر با آب رقیق کنید 
ی ـ نیکل (1ml = 1/0mgNi) : 4/953 گرم نیترات نیکل (Ni(NO3)2,6H2O) را در مخلوطی از 10 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک با چگالی 1/19 و 100 میلی‏لیتر آب حل کرده و محلول را با آب در بالن ژوژه تا یک لیتر رقیق کنید 
ث ـ روی (1ml = 1/0mgZn) : مقدار 0/1245 گرم اکسید روی (Zno) را در مخلوط 10 میلی‏لیتر اسیدکلرئیدریک با چگالی 1/19 و 10 میلی‏لیتر آب حل کرده و در بالن ژوژه حجم محلول را تا یک لیتر رقیق کنید .
7 ـ نمونه‏برداری
7 ـ 1 ـ نمونه‏برداری باید طبق استاندارد شماره 2347 ایران انجام پذیرد
7 ـ 2 ـ نمونه‏هائیکه به دلیل داشتن ذرات موجب مسدود شدن لوله موئین مکنده و یا مشعل می‏شود و نتایج غیر دقیق می‏دهد را باید قبل از آزمون صاف کرد .
8 ـ تنظیم مقیاس دستگاه
8 ـ 1 ـ با محلولهای استانداردی که در بند 6-5 بیان شده است حداقل چهار محلول استاندارد که غلظت تخمینی فلز مورد آزمون در میدان تغییرات غلظت آن قرار گیرد تهیه کنید .
برای رقیق کردن محلول استاندارد باید از اسیدکلرئیدریک (99+1) استفاده شود و غلظت‏های محلولهای استاندارد در هر آزمون باید طوری انتخاب شود که نقاط مربوط به غلظتهای صفر , متوسط و حداکثر را در منحنی تنظیم مقیاس در برگیرد .
8 ـ 1 ـ 1 ـ محلولهای استاندارد تهیه شده برای منحنی تنظیم مقیاس کلسیم و منیزیم را با محلول لانتانیم طوری رقیق کنید که محلول استاندارد دارای یک درصد لانتانیم باشد و برای این کار مقدار 100 میلی‏لیتر از محلول استاندارد را با 25 میلی‏لیتر محلول لانتانیم 50 گرم در لیتر مخلوط نمائید .
8 ـ 1 ـ 2 ـ محلولهای استاندارد تهیه شده برای منحنی تنظیم مقیاس آهن را با محلول کلسیم طوری رقیق کنید که محلول استاندارد دارای 50 میلی‏گرم در لیتر کلسیم باشد و برای این کار مقدار 100 میلی‏لیتر محلول استاندارد را با 25 میلی‏لیتر محلول 0/25 گرم در لیتر کلسیم مخلوط کنید .
8 ـ 2 ـ روش انجام کار برحسب مدلهای مختلف اسپکترفتومتر جذب اتمی تغییر می‏کند و بنابراین در این استاندارد سعی نشده است جزئیات بکار انداختن دستگاه تشریح گردد ولی پارامترهای زیر در مورد بعضی از دستگاهها مناسب بنظر می‏رسد که بیان می‏شود :
8 ـ 3 ـ دستگاه را روشن کنید .
8 ـ 4 ـ جریان لامپ کاتدی را طبق پیشنهاد سازنده دستگاه برقرار کرده و مدت زمان کافی اجازه دهید دستگاه گرم شود تا منبع انرژی آن بحد ثابت برسد . زمان مورد نیاز در حدود 10 تا 20 دقیقه می‏باشد .
8 ـ 5 ـ پهنای شکاف دستگاه را طبق دستور کار سازنده که برای آزمون فلز مورد نظر تعیین کرده است تنظیم کنید .
8 ـ 6 ـ مخلوط سوخت و اکسیدکننده ورودی به دستگاه را طبق جدول شماره یک برای هر فلز مورد آزمون ترکیب و سپس آتش بزنید .
فشار سوخت و اکسیدکننده را طبق دستور کار داده شده از طرف سازنده طوری تنظیم کنید که حداکثر حساسیت را برای غلظت معلوم ایجاد کند .
8 ـ 7 ـ مقدار مکش دستگاه ( دبی ) را با مکیدن آب و گرد کردن آن در محفظه مشعل برای مدتی بیش از دو دقیقه کنترل کنید . مقدار مکش درحدود چهار تا پنج میلی لیتر در دقیقه  معمولا رضایت‏بخش است و این مقدار باید برای محلولهای استاندارد و آزمونه یکسان باشد .
8 ـ 8 ـ طول موج را تقریبأ برابر عددی که در جدول شماره یک برای فلز مورد نظر داده شده است تنظیم کنید و یکی از محلولهای استاندارد را در محفظه مشعل بوسیله لوله موئین تخلیه و دستگاه را در طول موجی که حداکثر جذب را دارا است تنظیم کنید .
یادآوری ـ طول موجهای داده شده در جدول شماره یک جنبه پیشنهادی دارد و هر طول موج دیگری که منجر به نتایج معادل آن گردد نیز مناسب خواهد بود . محلولهای استاندارد را توسط لوله موئین در محفظه مشعل تخلیه و مقدار جذب آنرا قرائت کنید بعد از آزمون هر محلول استاندارد لوله موئین و محفظه مشعل باید با آب شستشو شود .
8 ـ 10 ـ  منحنی تنظیم مقیاس را با رسم مقدار جذب بازاء غلظت هر محلول استاندارد بر روی کاغذ میلی‏متری 11 تهیه کنید .
8 ـ 10 ـ 1 ـ منحنی تنظیم مقیاس کلسیم و منیزیم را بر پایه غلظت اصلی محلولهای استاندارد قبل از رقیق کردن با محلول لانتانیم رسم کنید .
8 ـ 10 ـ 2 ـ منحنی تنظیم مقیاس آهن را بر پایه غلظت اصلی محلولهای استاندارد قبل از رقیق کردن با محلول کلسیم رسم کنید .
9 ـ روش کار
9 ـ 1 ـ اعمال بند 8-3 تا 8-10 را انجام دهید .
9 ـ 2 ـ لوله موئین و افشانه را با مکش آب بشوئید .
9 ـ 3 ـ آزمونه را در محفظه مشعل افشانده و مقدار جذب را قرائت کنید .
9 ـ 3 ـ 1 ـ در هنگام اندازه‏گیری کلسیم و منیزیم مقدار 100 میلی‏لیتر از نمونه را قبل از افشاندن در دستگاه با 25 میلی‏لیتر محلول 50 گرم در لیتر لانتانیم مخلوط کنید .
9 ـ 3 ـ 2 ـ در هنگام اندازه‏گیری آهن قبل از افشاندن آزمونه در دستگاه مقدار 100 میلی‏لیتر از نمونه را با 25 میلی‏لیتر محلول 0/25 گرم در لیتر کلسیم رقیق کنید .
10 ـ محاسبه
10 ـ 1 ـ غلظت یون فلز را به میلی‏گرم در لیتر از روی منحنی تنظیم مقیاس بدست آورید .
11 ـ دقت آزمون
11 ـ 1 ـ برای سهولت عمل و توزیع سر راست مقادیر آزمون باید محلولهای پایه‏ای از فلزات مختلف در محلول اسید کلرئیدریک یک درصد ( حجم به حجم ) تهیه کرد .
11 ـ 1 ـ 1 ـ محلولهای پایه‏ای که برای تعیین دقت آزمون کادمیم بکار می‏رود دارای ترکیبات زیر میلی‏گرم در لیتر می‏باشد .