Applikationsfeld / Industriezweig:

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1 Applikationsfeld / Industriezweig: Chemie / Polymerindustrie Elektronik Energie Ernährung / Landwirtschaft Geologie / Bergbau Halbleiter-Technologie Klinische Chemie / Medizin / Hygiene / Gesundheitswesen Kosmetik Materialanalyse Metallurgie / Galvanik Pharmazie Raffinerien / Petrochemie Umwelt / Wasser /Abfall Andere

2 Bestimmung des TOC in Feststoffen: Vergleich der TOC- Suspensionsmethode mit der herkömmlichen trockenen Verbrennung Einleitung Die Bestimmung des Parameters TOC in Abfällen, Sedimenten und Schlämmen ist in der DIN EN geregelt. Als Ersatz für diese Norm ist die DIN EN vorgesehen, welche bislang in Deutschland nur als Entwurf vorliegt. Am grundsätzlichen Verfahren der TOC-Bestimmung in Feststoffen der trockenen Verbrennung hat sich gegenüber der bislang maßgeblichen Methode DIN EN nichts geändert. In den informativen Teil (Anhang C) wurde das sogenannte Suspensionsverfahren aufgenommen. Dabei wird die fein zerkleinerte Probe (möglichst <130µm) zunächst in Salzsäure suspendiert, wobei die anorganischen Probenbestandteile zersetzt und ausgetrieben werden. Die erzeugte Suspension lässt sich dann durch katalytische Hochtemperaturoxidation vergleichbar mit einer Abwasserprobe in einem Flüssig-TOC-Gerät analysieren. Nachfolgend werden beide Verfahren - die trockene Verbrennung und die Suspensionsmethode - hinsichtlich des Messaufwandes, des Handlings und der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gegenübergestellt und verglichen. Sämtliche Messungen wurden mit einer Bodenprobe durchgeführt. Experimentelles Probenvorbereitung Trockene Verbrennung Jeweils ca. 200 mg der Bodenprobe wurden direkt in zwei Keramikschiffchen eingewogen. Suspensionsmethode Die Bodenprobe wurde vor der Suspendierung mit einer Schwingmühle zerkleinert und homogenisiert. Danach erfolgte die Einwaage von ca. 200 mg in einen Erlenmeyerkolben und deren Suspendierung in 200 ml 0,22 M Salzsäure mit einem Dispergiergerät (17000 U/min, ca. 5 min). Im Anschluss wurde die erzeugte Suspension in drei Probengläschen überführt. 2/ 5

3 Bestimmung Trockene Verbrennung In insgesamt zwei Messschritten wird zunächst der TIC-Gehalt mittels Zugabe von Phosphorsäure auf die Probe im Keramikschiffchen bestimmt. Anschließend wird von einer zweiten Probeneinwaage in einem zweiten Schiffchen der TC-Gehalt ermittelt. Aus der Differenz beider Messungen wird als TOC-Gehalt berechnet. Die Messungen wurden mit einem TOC - Feststoffanalysator der multi EA Serie durchgeführt. Suspensionsmethode Eine NPOC-Analyse der partikelhaltigen, sauren Wasserprobe erfolgte an einem klassischen TOC-Flüssiganalysator. Anorganische Bestandteile wurden durch zusätzliches Ausblasen der Probe vollständig eliminiert. Das Injektionsvolumen betrug 500µl. Die Messungen wurden mit einem TOC - Flüssiganalysator der multi N/C Serie durchgeführt. Kalibration der Suspensionsmethode Es wurde eine Mehrpunktkalibrierung mit Flüssigstandards unterschiedlicher Konzentrationen durchgeführt. Als Stammlösung wurde ein Kaliumhydrogenphthalat-Standard mit einer TC- Konzentration von 1000 mg/l verwendet. Durch die Verdünnungsreihe ergab sich ein Kalibrierbereich von 5 mg/l bis 1000 mg/l C. Darstellung der ausgewählten Kalibrierbereiche von 5mg/l 40mg/l bzw 40mg/l 1000mg/l und deren Verfahrenskenndaten 3/ 5

4 Ergebnisse Die Berechnung der Mittelwerte und der Standardabweichungen bezieht sich bei der trockenen Verbrennung auf eine Dreifachmessung mit jeweils unterschiedlichen Einwaagen in separaten Probenschiffchen. Bei der Suspensionsmethode wurden die Mittelwerte aus 3 unterschiedlichen Probengefäßen (abgefüllt mit ein- und derselben Suspension) für die Berechnung des Gesamtmittelwerts und der Standardabweichung berücksichtigt. In jedem einzelnen Probengefäß wurde eine Mehrfachbestimmung durchgeführt, wobei die hierbei erzielten relativen Standardabweichungen jeweils ca. 3% betrugen. Proben-ID Trockene Verbrennung Suspensionsmethode TC Bestimmung TIC Bestimmung NPOC Bestimmung Bodenprobe 21,7 g/kg ± 0,3 g/kg 9,7 g/kg ± 0,3 g/kg 12,0 g/kg ± 1,2 g/kg RSD 1,4% 3,0% 10,0% Errechneter TOC-Gehalt: 12,0 g/kg Typischer Messwertverlauf einer NPOC-Bestimmung mittels der Suspensionsmethode: Der Kurvenverlauf zeigt, dass die suspendierte Bodenprobe bei der verwendeten Verbrennungstemperatur von 950 C vollständig aufgeschlossen werden konnte. 4/ 5

5 Zusammenfassung Beide Verfahren liefern identische Ergebnisse für den Gehalt an TOC. Prinzipiell ist damit das Suspensionsverfahren für die Bestimmung des TOC in der Matrix Boden geeignet. Allerdings liefert die Suspensionsmethode insgesamt schlechter reproduzierbare Werte. Hierzu trägt vor allem das Abfüllen in die einzelnen Probegefäße bei. Je nach Sedimentationsgrad der enthaltenen Partikel kann es zu erheblichen Unterschieden der überführten Partikelmenge zwischen den einzelnen Probengefäßen kommen. Dieser Schritt ist als äußerst kritisch zu bewerten. Messungen aus ein- und demselben Probengefäß wiederum können mit einer guten Reproduzierbarkeit vorgenommen werden. Das spricht für die gute Partikelgängigkeit des verwendeten TOC Flüssiganalysators der multi N/C Serie. Der Aufwand für die Probenvorbereitung zur Anwendung des Suspensionsverfahrens ist hoch und für eine Routinebestimmung des Parameters TOC in Feststoffen wenig praktikabel. Eine Alternative zur trockenen Verbrennung stellt die Suspensionsmethode nur dann dar, wenn kein Feststoffgerät zur Verfügung steht oder nur wenige Proben zu analysieren sind. Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass der TOC-Gehalt in Böden oder anderen homogenen bzw. gut homogenisierbaren Materialien (z.b. Sedimente, Baustoffe wie Zement, Kalkstein) prinzipiell nach dem Suspensionsverfahren bestimmt werden kann, für die TOC-Bestimmung in schwierig zu homogenisierenden Abfällen heterogener Zusammensetzung jedoch keine Anwendung finden sollte. In solchen Matrices liefert die trockene Verbrennung aufgrund der Möglichkeit höherer Probeeinwaagen repräsentativere TOC-Ergebnisse. Es wurden Chemikalien von Sigma Aldrich verwendet. Ausdruck und Weiterverwendung mit Quellenangabe gestattet Analytik Jena AG Herausgeber: Analytik Jena AG Konrad-Zuse-Straße Jena Telefon Telefax info@analytik-jena.com 5/ 5