Standardarbeitsanweisung

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1 1 von 11 Inhalt 1 Zweck / Prinzip... Fehler! Textmarke nicht definiert. 2 Einsatzbereich Messprinzip ICP VAMM Geräte, Geräte-Einstellungen Probenbehälter Probenahme Waage Trockenschrank Siebmaschine Mühle Mikrowelle Filtrationsanlage UV- Aufschluss ph-meter VAMM ICP Chemikalien Aufschlusslösung Pufferlösungen Standardlösungen Elektrolytlösungen Durchführung der Analyse Probenahme Probenvorbereitung Zerkleinern und Sieben Aufschluss Filtration UV-Aufschluss VAMM...8

2 2 von ph-wert Einstellung Kalibrierung / Messung Störungen Auswertung Angabe der Ergebnisse ICP Kalibrierung Messung Störungen Auswertung Angabe der Ergebnisse Mitgeltende Unterlagen Literatur Anlagen... 11

3 3 von 11 1 Zweck / Prinzip Diese SOP regelt das Verfahren zur in Bodenproben. Die in Böden ist ein wichtiges Unterfangen, da etwaige Veränderungen der Bodenzusammensetzung durch Auswaschung, Verunreinigung, Aufnahme durch Pflanzen oder landwirtschaftliche Bearbeitung beurteilt werden können. Diese Information ist notwendig, weil die Schwermetalle so in die Nahrungskette von Mensch und Tier gelangen können und in zu hoher Konzentration gesundheitliche Folgen haben kann. Mit dem folgendem Verfahren können Blei, Chrom, Kupfer, Nickel und Zink bestimmt werden. 2 Einsatzbereich Dieses Verfahren ist für alle Erdböden einsetzbar. 3 Messprinzip 3.1 ICP Es wird durch Induktion (Elektromagnetische Energieübertragung) ein heißes Argonplasma zur Anregung des zu analysierenden Elements erzeugt. Das zu analysierende Element wird als Aerosol in das Argonplasma überführt, um dort zur optischen Emission angeregt. Das dabei entstehende Emissionsspektrum wird mit Hilfe eines Polychromators, mit sehr hoher Auflösung, in seine einzelnen Emissionslinien zerlegt. Die Auswahl und Messung von verschiedenen Emissionslinien dienen zur qualitativen und quantitativen Aussage. 3.2 VAMM Der eingestellte Messmodus der VAMM ist die Inversvoltametrie. Das Messprinzip ist, dass durch eine negative Ladung an der Quecksilber- Elektrode der Analyt angereichert wird. Anschließend wird das Potenzial der Elektrode in den positiven Bereich verschoben, wodurch sich die Analyten wieder von der Elektrode lösen. Dieses Signal wird gemessen. Weitere Informationen sind in der Versuchsvorschrift von der und der DIN zu finden.

4 4 von 11 4 Geräte, Geräte-Einstellungen 4.1 Probenbehälter Als Probenbehälter werden 0,5L Kunststoffbehälter mit Deckel verwendet. Es sollten keine Behälter aus Metall verwendet werden, da diese sonst zu einem verfälschtem Ergebnis führen könnten. 4.2 Probenahme Zur Probenahme wird ein für Böden geeigneter Probennehmer verwendet. Die Stichlänge sollte eine mind. Länge von 30cm aufweisen und aus Edelstahl bestehen. 4.3 Waage Für die Einwaage der Proben wird eine Sartorius analytic Analysenwaage Typ: A120S verwendet, die auf 0,1mg genau messen kann. Zur Einwaage der sonstigen Chemikalien wird eine Sartorius Typ: 1204 MP Oberschalenwaage verwendet, die auf 0,01g genau messen kann. 4.4 Trockenschrank Zur Trocknung der Probe wird ein HERAEUS Trockenschrank Typ: UT6060 benutzt. Dieser wird auf eine Temperatur von 150 C temperiert und die Probe 2 Stunden lang getrocknet. 4.5 Siebmaschine Als Siebmaschine wird eine Fritsch Siebmaschine Typ: verwendet. Es werden geeignete Siebaufsätze aus Edelstahl benutzt die eine Porenweite von 2mm und 0,2mm haben. Die Amplitude wird auf 10 und der Sieb Rhythmus wird auf permanent eingestellt. 4.6 Mühle Zum Mahlen der Probe wird eine Fritsch Kugelmühle Typ: verwendet, mit geeigneten Bechern für die Probenmatrix. Beim befüllen der Becher ist der max. Befüllungsstand von 2/3 zu beachten. Als Mühlkugeln werden sieben Zirkonoxid- Einsetzte verwendet. Die Einstellungen sind 5min pro Durchgang bei der Geschwindigkeit 6.

5 5 von Mikrowelle Für den Aufschluss der Proben wird ein Königswasseraufschluss in der Mikrowelle durchgeführt. Hierzu wird eine Mikrowelle der Marke MARS verwendet. Die Wattleistung der Mikrowelle wird auf 1600Watt bei 75% Leistung eingestellt. Es wird eine Aufheizzeit von 7min gewählt bis 170 C und dann wird 15min lang diese Temperatur gehalten. 4.8 Filtrationsanlage Zum Filtrieren der Probe wird ein Filterstativ mit einem Glastrichter benötigt. Als Filterpapier verwendet man ein Filterpapier MN 615 ¼ Ø 150mm/ Art-Nr.: UV- Aufschluss Für die Messung an der VAMM muss die Probe UV- Vorbestrahlt werden, um restliche störende organische Matrix zu beseitigen. Dafür wird ein UV- Aufschluss Gerät verwendet. Hierfür wird ein UV 1000 Kürner- Analysentechnik Gerät verwendet. Für den Aufschluss von 10ml Probe werden folgende Parameter gewählt: Der Strömungsmesser des Kühlsystems sollte auf einen Wert von 0,8 0,9 eingestellt werden. Die Laufzeit mit der Probe soll 2 Stunden betragen ph-meter Zum ph - Wert einstellen wird ein ph- Meter der Marke ino Lab ph Level 2 verwendet. Die Kalibrierung erfolgt mittels zwei Eichpuffern mit den ph- Werten 7 und VAMM Zur Bestimmung von Blei (Pb) und Zink (Zn) wurde die VAMM 797 VA Computrace von Metrohm verwendet. Es werden folgende Geräte- Parameter gewählt: Mode: DP Sweep Electrode: HMDE Start potential(v): -1,2 Initial purge time(s): 300 End potential(v): 0,2 Conditioning cycles Pulse amplitude(v): 0,05005 Start potential(v): -1,2 Pluse time(s): 0,04 End potential(v): -0,3 Voltage step(v): 0, No. of cycles: 1 Voltage step time(s): 0,4 Pretreatment Cell off after measurement Cleaning potential(v): -0,1 Depositions time(s): 60 Cleaning time(s): 0,0 Equilibration time(s): 10 Deposition potential(v): -1,15

6 6 von ICP Das VARIAN ICP-OES radial misst die Emission von Ionen abhängig von ihrer Wellenlänge. 5 Chemikalien Salpetersäure R: 8-35 S: (1/2) Königswasser R: 8-35 S: Salzsäure R: S: (1/2) Argon Wasserstoffperoxid R: /22-35 S: (1/2) /37/39-45 Natriumacetat Ammoniumchlorid R: S: (2)-22 Kaliumchlorid Ammoniak R: S: (1/2) /37/ UHQ- Wasser Aufschlusslösung Königswasser: V (HCl) V (HNO 3 ) = 19 ml = 6 ml 5.2 Pufferlösungen Die Halbstufenpotentiale sind vom ph-wert abhängig, deshalb muss bei einen bestimmtem ph-wert gearbeitet werden. Es wurde ein Puffer für Pb und Zink hergestellt. Der ph- Wert des Puffers muss bei einen ph- Wert von 4,5 +/- 0,2 sein. Es wurde ein KCl/NaAc- Puffer gewählt aus der DIN Die Angaben wurden auf ein Volumen von 100ml umgerechnet. 11,1g Kaliumchlorid werden mit 4,1g Natriumacetat auf 100ml fachgerecht mit dest. Wasser aufgefüllt. 5.3 Standardlösungen Für die Messungen wurde ein Multielementstandard verwendet (50mg/l Kalium mit 5mg/l Multielementstandardlösung in 1%-ig HNO 3 )

7 7 von Elektrolytlösungen Die Elektrolytlösung besteht aus 10ml Kaliumchlorid-Natriumacetat-Puffer und 10ml Probenlösung. Der ph- Wert wird auf 4,5 ph +/- 0,2 ph eingestellt. Zum Einstellen der Elektrolytlösung wird Salzsäure und Natriumacetat verwendet. 6 Durchführung der Analyse 6.1 Probenahme Aus einem 1m 2 Abschnitt werden mit Hilfe eines Probennehmers 5 Proben genommen (Stechtiefe 30 cm). Es wurden Proben in den vier Ecken sowie in der Mitte genommen. 6.2 Probenvorbereitung Zerkleinern und Sieben Die Probe wird mit einer Siebmaschine gesiebt und anschließend mit der Kugelmühle gemahlen Aufschluss 500 mg der Probe werden mit 3,5 ml Königswasser in einen Aufschlussbehälter gegeben. Mikrowellenparameter: 1600 Watt 75% Leistung 170 C 15 min Aufheizen 15 min Aufschließen Filtration Nach Abkühlen wird die Probe über einen Faltenfilter in einen 50 ml Messkolben filtriert und mit dest. Wasser fachgerecht aufgefüllt.

8 8 von UV-Aufschluss Die Probe für die VAMM muss nach dem Mikrowellenaufschluss UV- Aufgeschlossen werden. 10ml der aufgeschlossenen Probe werden in ein Quarzreagenzglas gegeben. Dieses wird von außen mit einem Tuch gesäubert, damit Verunreinigungen nicht stören. Zu der Probe wird 100µl 30%-ig H 2 O 2 hinzu gegeben. Die Reagenzgläser werden in den UV- Reaktor gesteckt. Der Reaktordeckel wird verschlossen. Die Kühlung wird eingestellt, indem der Strömungsmesser einen Wert zwischen 0,8-0,9 anzeigt. Hierbei ist drauf zu achten, dass alle Luftblasen aus dem Kühlsystem entfernt sind. Nun schaltet man das Gerät ein. Der Spannungsmesser sollte jetzt 230V und der Strommesser 0A anzeigen. Dann wird die UV- Lampe gezündet, indem man den IGNITION- Knopf drückt, dabei fällt der Spannungsmesser auf 0V ab. Sobald dieser V anzeigt wird IRRADIATION- Knopf gedrückt. Die UV- Lampe hat jetzt volle Leistung! Die Spannung sollte bei 150V und die Spannung bei 5A bleiben. Nach ca. einer Std. werden 50µl H 2 O 2 hinzugegeben. Während der gesamten Arbeit am Reaktor ist eine UV- Schutzbrille zu tragen 6.3 VAMM ph-wert Einstellung Der ph-wert der Elektrolytlösung (siehe Punkt 6.4) wird mit dem ph-meter (siehe Punkt 5.10) eingestellt Kalibrierung / Messung Zu beginn jeder Messung wird das VAMM- Gerät eingeschaltet, sowie der PC mit der dazugehörigen Software und die Gasversorgung (Stickstoff). Danach wird die Bezugselektrode eingebaut. Hierbei ist drauf zu achten, dass keine Luftblasen sich im System befinden. Der Mantel der Hülse ist bis zur Markierung mit 3mol/l KCL aufzufüllen. Nun werden die Elektroden, der Rührer, mit dest Wasser abgespült und mit einem Filterpapier getrocknet. Als nächstes wird das fertig vorbereitete Probengefäß in die Halterung eingehängt. Die Software wird gestartet und die Methodeneinstellungen von 5.11 werden eingegeben. Vor der Messung wird der interne System- Check durchgeführt, um die vollständige Funktionsfähigkeit der Elektroden zu gewährleisten. Sofern alles in Ordnung ist kann die Messung gestartet werden. Als Kalibriermethode wird das Standardadditionsverfahren mit vier Aufstockungen verwendet. Es werden je Aufstockung 50µl Multielementstandard (s. 6.3) hinzugegeben Störungen Es können Störungen innerhalb der Probenmatrix entstehen z.b. durch organische Bestandteile und Silicatverbingen. Diese Störungen sind durch den Königswasseraufschluss und den UV- Aufschluss nicht zu beseitigen.

9 9 von Auswertung Die Identifizierung der Peaks erfolgt mithilfe der Halbstufenpotenziale auf der DIN Die Halbstufenpotenziale können leicht von der DIN abweichen. Mit der VAMM werden nur Zn und Pb zuverlässig ermittelt. Es ist darauf zu achten, dass die Peaks sauber voneinander getrennt sind. Das Software-Programm errechnet selbstständig die Konzentration Angabe der Ergebnisse Das Ergebnis wird in mg/kg und mit einer Nachkommastelle angegeben. 6.4 ICP Kalibrierung Als Kalibrierung dient eine 4-Punktkalibrierung. Die Kalibrierstandards wurden mittels Standard1-Stammlösung hergestellt. Die abzunehmenden Volumina für die vier Kalibrierstandards (K1-K4)sind in folgender Tabelle: K1 in ml K2 in ml K3 in ml K4 in ml Cr (1mg/L) 0,01 0,05 0,1 0,15 Cu (1mg/L) 0,01 0,05 0,1 0,15 Ni (1mg/L) 0,01 0,05 0,1 0,15 Pb (1mg/L) 0,01 0,05 0,1 0,15 Zn (1mg/L) 0,01 0,05 0,1 0,15 Auf 100 ml mit dest. Wasser auffüllen

10 10 von Messung Methodeneinstellung für die Kalibrierung und für die Probenmessungen: Element Wellenlänge I [nm] Wellenlänge II [nm] Wellenlänge III [nm] Pb 220, , ,781 + I +I Cr 267, ,653 Cu 324, ,598 +I Ni 231, ,648 Zn 213, ,200 +I Störungen Nicht belegt Auswertung Die Auswertung erfolgt mittels ICP-Software Angabe der Ergebnisse Das Ergebnis wird in mg/kg und mit einer Nachkommastelle angegeben. 7 Mitgeltende Unterlagen 8 Abs. 2 Nr. 1 Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) VAMM: DIN Teil 16 ICP: DIN EN ISO (E22)

11 11 von 11 8 Literatur Birgit Kocher Einträge und Verlagerung straßenverkehrsbedingter Schwermetalle in Sandböden an stark befahrenen Außerortsstraßen 9 Anlagen - Messwerte