FORSCH U NGS BE RICHTE DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEH RSMI N ISTERIUMS NORDRHEIN-WESTFALEN

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "FORSCH U NGS BE RICHTE DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEH RSMI N ISTERIUMS NORDRHEIN-WESTFALEN"

Damian Brandt
vor 5 Jahren
Abrufe

1 FORSCH U NGS BE RICHTE DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEH RSMI N ISTERIUMS NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben von Ministerialdirektor Praf.leo Brandt Nr.50 Max -Planck -Institut für Eisenforschung, Düsseldorf Flammenspektralanalytische Untersuchung der Ferritzusammensetzung in Stählen Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG I KOLN UND OPLADEN 1953

2 ISBN DOI / ISBN (ebook)

3 Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen G 1 i e der u n g Vorwort s. 5 Anregungsbedingungen für Flammenspektrallinien S. 7 Beeinflussung des Flammenuntergrundes.. S. 8 Die Spektren von Eisen, Mangan und Chrom.... S. 11 Entwicklung eines hochempfindlichen Flammenspektrometers Spektralanalytische Bedingungen zur Durchführung der Ferritanalyse S. 14 s. 17 Chemische Bedingungen in der Flamme und in der L6sung S. 24 Ferritanalyse S. 29 Zusammenfassung s. 33 Literaturverzeichnis S. 34 Seite 3

4 Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Vor w 0 r t Die Flammenspektralanalyse dient heute praktisch nur der Bestimmung der Alkalien und Erdalkalien, die starke Flammenlinien emittieren. Da das Verfahren die Analysenergebnisse schnell und mit hoher Genauigkeit liefert, besteht der Wunsch, es auch zur Bestimmung des Eisens und einer Reihe weiterer Schwermetalle anzuwenden, die schwächere Flammenlinien emittieren. Große Zeitvorteile sind dadurch vor allem bei Analysen zu erwarten, bei denen bisher zeitraubende chemische Trennungsgänge durchgeführt werden müssen, die bei der Flammenspektralanalyse fortfallen.' Bei der elektrolytischen Isolierung der Gefügebestandteile in Stählen nach KLINGER und KOCH wird einer der Gefügebestandteile, der Ferrit, in einer Alkalizitratlösung aufgelöst. Die Untersuchung der Ferritzusammensetzung in dieser Lösung ist wegen der erforderlichen chemischen Abtrennung des Zitrats besonders zeitraubend. Eine schnelle Durchführung ist um so dringlicher, als derartige Analysen stets in größerer Zahl durchgeführt werden müssen. Die Analyse der Ferritlösung wurde daher zunächst zum Gegenstand der Entwicklung eines flammenspektralanalytischen Verfahrens gemacht. Die Beschaffung eines Teiles der benötigten Geräte wurde durch die Unterstützung des Wirtschaftsministeriums des Landes Nordrhein-Westfalen ermöglicht. Dafür sei auch an dieser Stelle unser Dank zum Ausdruck gebracht. Seite 5

5 F o r s o h u ~ g sdes b ewirtsohafts- r i o h t 6 und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Als erster hat wohl H. LUNDEGARDH (1) die Grundlagen der Flammenspektralanalyse eingehend untersucht. Ihm diente zunächst noch die photographische Platte als Empfänger. Später entwickelte er eine Versuchsanordnung zur unmittelbaren Intensitätsmessung einzelner Linien (2,3). Für die Flammenanalyse der Alkalien und Erdalkalien sind inzwischen im Schrifttum eine Reihe von Meßeinrichtungen beschrieben worden, die in den verschiedenen Ausführungsformen auch praktisch in den analytischen Laboratorien Verwendung finden (4,5,6). Anstelle eines Spektralapparates werden dabei zur spektralen Lichtzerlegung zumeist Lichtfilter, Farbfilter oder Interferenzfilter verwandt. Die Verwendung von Filtern anstelle von Prismen- oder Gittermonochromatoren schränkt den Anwendungsbereich der Verfahren ein. Infolge der relativ großen Filterhalbwertsbreite von mindestens 50 bis 100 j lassen sie bei gleichzeitig genügend großer Durchlässigkeit eine befriedigende Trennung der verschiedenen Spektrallinien im sichtbaren Spektralbereich nicht immer zu. Genaue spektralanalytische Messungen erfordern außerdem eine Berücksichtigung des Untergrundes. Die Messung des Untergrundes wird allgemein in unmittelbarer Nähe der auszuwertenden Linie durchgeführt. Bei Verwendung von Filtern ist eine solche Berücksichtigung des Untergrundes nicht möglich. In einer Untersuchung von P. DICKENS (7) werden diese Verhältnisse besonders im Hinblick auf die Untersuchung von Schwermetallen noch einmal besonders klargestellt. Ein Gerät zur Flammenspektralanalyse mit Spektralapparat und Photozelle wurde bereits 1937 von G. THANHEISER und J. HEYES (8) im Eisenforschungsinstitut entwickelt. Die seinerzeit verwandten Meßgeräte, übliche Photozellen, waren jedoch - verglichen mit den heutigen Meßmöglichkeiten durch Sekundärelektronenvervielfacher - sehr viel unempfindlicher. Man half sich dadurch, daß man die Messung über ein Zeitintervall ausdehnte, und verfolgte die Zeiten, die der Photostrom benötigte, um ein Elektrometer auf eine bestimmte Ladung zu bringen. Bei den im Eisenforschungsinstitut in den letzten Jahren durchgeführten Versuchen zur Ermittlung der Zusammensetzung einzelner Gefügebestandteile in Stählen tauchte die Frage auf, ob sich der Schnelligkeitsvorteil der flammenspektrometrischen Verfahren nicht auch zur Bestimmung des Eisens und einer Reihe weiterer Schwermetalle in der Flamme ausnutzen liesse. Ein solches Verfahren muß noch die Bestimmung sehr kleiner Mengen ermög- Seite 6

6 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen lichen, also die hohe Empfindlichkeit 1 ) einer Mikroanalyse besitzen und aqch in Gegenwart von Alkalien durchführbar sein. Es könnte dann besonders zeitraubende Mikroanalysen ersetzen, die heute das Laboratorium erheblich belasten, da sie in größerer Zahl durchgeführt werden müssen. Zur Untersuchung der Karbide eines Stahles löst man nach dem Verfahren von P. KLINGER und W. KOCH (9) kleine Stahlmengen in der Größenordnung von 1 g anodisch in einem neutralen wässrigen Elektrolyten, der 5 % Natriumzitrat technischer Reinheit und daneben etwa 2 % an Kaliumsalzen enthält. Die Karbide verbleiben dabei als unlöslicher Rückstand, während der Ferrit des Stahlgefüges in dem Elektrolyten gelöst wird. Will man die Zusammensetzung des Ferrits analytisch bestimmen, so muß man den Elektrolyten nach dem Lösungsversuch auf seinen Gehalt an Eisen und Eisenbegleitmetallen untersuchen. Diese Analyse gestaltet sich mikroanalytisch aber recht schwierig t da man zunächst das in großem Unterschuß vorhandene Zitrat vollständig zerstören muß, ehe man das gelöste Eisen und die Eisenbegleiter bestimmen kann. Gelingt es, sie unmittelbar flammenspektrometrisch zu analysieren, so wäre damit ein großer Zeitgewinn verbunden und ein schnelles Verfahren zur Bestimmung der Ferritzusammensetzung eines stahles gewonnen. Wenn die Lösung dieses speziellen analytischen Problems zunächst Zielpunkt der Untersuchungen war und daher auch hier weiterhin im Vordergrund stehen soll, so haben doch die dabei entwickelten flammenspektralanalytischen Methoden darüber hinaus die wesentlich allgemeinere Bedeutung, die diesem Verfahren in der analytischen Chemie zukommt. Sie lassen sich praktisch überall da in einen Analysengang einschalten, wo die hier behandelten Metalle, Alkalien bzw. Erdalkalien mit hoher Empfindlichkeit zu bestimmen sind. Anregungsbedingungen für Flammenspektrallinien In der Flamme erfolgt die Energiezufuhr vornehmlich durch thermische Stösse. Die dabei auf die Metallatome übertragene relativ geringe Energie reicht nur zur Anregung ganz bestimmter Energieterme aus, so daß 1) Definition vgl. dazu Handbuch für das Eisenhüttenlaboratorium, Band 2, s. 475, Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1941 Seite 7

Ähnliche Dokumente

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr.1162 Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt DK 621.961 :621.979.002.54