INFORMATION TWO/14. Neuigkeiten ph- und Leitfähigkeitsmessung im Labor und unterwegs

Transkript

1 TWO/14 INFORMATION Neuigkeiten ph- und Leitfähigkeitsmessung im Labor und unterwegs Kehrichtverbrennung Wiedergeburt aus Flammen Recycling und Analytik in der Kehrichtverbrennungsanlage TOC Der organische Gesamtkohlenstoffgehalt (TOC) ein Parameter auf dem Vormarsch

2 Liebe Leserin lieber Leser «... allein die Dosis macht s, dass ein Ding kein Gift sei.» Das Zitat des Schweizer Arztes Paracelsus hat selbst nach beinahe 500 Jahren nichts von seiner Wahrheit eingebüsst. Die Festlegung und Bestimmung von Grenzwerten ist deshalb stetes Thema in der chemischen Analytik. Während die Festlegung häufi g politisch motiviert ist «Gibt es eine für den Menschen ungefährliche Menge 239 Pu?», «Gibt es eine für Kleinkinder unschädliche Konzentration von Nitrat im Trinkwasser?», ist die Bestimmung eine immerwährende Herausforderung an die chemische Analytik. Das Ziel sind sowohl qualitativ als auch quantitativ richtige Aussagen. Zyniker behaupten zwar, dass die Grenzwerte immer im Kostenminimum zwischen Ausgaben für die Rückhaltung und den verursachten Krankheitskosten liegen, doch das ändert nichts daran, dass eine erstklassige Analytik zur Verbesserung der Lebensumstände aller beiträgt. In der Metrohm Information ONE/2014 wurde über den Nachweis toxischen Arsens mittels Voltammetrie berichtet, eine robuste und genaue Methode für signifi kant erhöhte Trinkwassersicherheit. Jetzt rückt Chrom(VI) in den Fokus. Chrom ist eine feine Sache: Die Freunde von Oldtimern werden nicht müde, die herrlich verchromten Stossstangen, Spiegel und Felgen auf Hochglanz zu polieren. Hier begegnet das Schwermetall dem Mobilitätsfreund ganz elementar und «im-mobil» und somit in seiner schönen, weil unschädlichen Variante. Senkt sich der Fuss aufs Gaspedal, ist wieder Chrom im Spiel, diesmal im Schuh und auch nicht mehr elementar, sondern als Salz. Ist der Schuh aus Leder, hat dieses im Zuge seiner Verarbeitung mit grosser Wahrscheinlichkeit in einem Aliquot der Tonnen Chrom(III)-oxid gebadet, die jährlich produziert werden. Nach heutigem Wissen gilt dies als gesundheit- lich unbedenklich. Wird jedoch nicht sachgemäss gegerbt, so kann Chrom(VI) entstehen. Dies ist nicht nur unmittelbar extrem giftig, es wirkt zusätzlich mutagen wie auch karzinogen. Chromsalze werden nicht nur zum Gerben, sondern auch zum Färben verwendet. So nutzte Vincent van Gogh neben grünem Kupfer(II)-arsenitacetat für sein Portrait (ONE/2014, «Mal gelb, mal grün, mal giftig») auch Chromgelb, welches man aus seinen wunderschönen aber giftigen Sonnenblumenbildern kennt. Wie mittels Ionenchromatographie kontrolliert wird, dass kein gesundheitsschädliches Chrom(VI) aus Spielwaren in den Mägen unserer Kinder landet, verraten wir Ihnen ab Seite 8. Eine erstklassige Analytik trägt zur Verbesserung der Lebensumstände aller bei. Unser Magen ist dafür optimiert, schnell und möglichst effi zient alle Nähr- und Inhaltsstoffe aus der zugeführten Nahrung zu extrahieren. Dies geschieht in aggressivem Milieu, das selbst dazu in der Lage ist, Chromverbindungen aus Plastikspielzeug zu lösen, aber auch in sehr kurzer Zeit Wirkstoffe aus Tabletten zu mobilisieren. Was für Nahrungsmittel gewünscht ist, gilt nicht immer für Pharmazeutika. Werden die pharmazeutisch aktiven Substanzen (API) zu schnell freigesetzt, können sie mehr schaden als nützen. Doch es gibt Mittel und Wege dies zu kontrollieren: Wie Chrom können sie in Polymere eingebunden werden. Jetzt erfolgt die Freisetzung wesentlich langsamer. Die Nahinfrarotspektroskopie von Metrohm NIRSystems überwacht ab Seite 20 die richtige Geschwindigkeit. 2 Editorial

3 Aller guten Dinge sind drei: deshalb ein drittes Beispiel dafür, wie wichtig es ist, dass die Dosis stimmt. Dieses stammt aus dem Bereich der Titration: Eine erhöhte Natriumaufnahme erhöht das extrazelluläre Volumen und damit den Blutdruck. Zu viel Natrium kann bei einigen Menschen zu Bluthochdruck führen und zu den damit verbundenen negativen Auswirkungen auf den menschlichen Organismus. Die herkömmliche Analytik bestimmt Natrium indirekt, doch das kann zu verfälschten Ergebnissen führen. Die thermometrische Titration ermöglicht es nun, das Natrium direkt und damit korrekt zu bestimmen. Wie dies im Detail abläuft, erfahren Sie ab Seite 13. Die Bestimmung von Chrom, APIs und Natrium sind nur drei Beispiele dafür, dass gezielte und qualitativ hochstehende Analytik unser Leben sicherer machen kann. Metrohm liefert nicht nur die richtigen Geräte, sondern gleich auch die richtigen Applikationen dazu. Ein weiteres Highlight im Heft: Das erste analytische Gerät der Firma Metrohm erblickte 1948 das Licht der Welt. Dies war das ph-meter E 148. Jetzt, viele Gerätegenerationen später, gibt es wieder Nachwuchs: die portablen ph- und Leitfähigkeitsmessgeräte 912 Conductometer, 913 ph-meter und 914 ph/conductometer für das Labor und unterwegs. Der Blick reicht zwar nicht so weit zurück wie auf den 1493 geborenen Paracelsus, trotzdem zeigt sich Metrohm der analytischen Tradition gegenüber verpfl ichtet und freut sich mit Ihnen auf diese topmodernen Messgeräte. Viel Spass beim Lesen dieser Ausgabe wünscht Dr. Kai Henning Viehweger Direktor und Leiter Vertrieb und Marketing der Metrohm Gruppe INFORMATION

4 Inhalt Natrium mit thermometrischer Titration bestimmen Recycling und Analytik in der Kehrichtverbrennungsanlage KVA Linthgebiet Editorial Neuigkeiten 6 Kurznachrichten 7 Neue Geräte von Metrohm Applikationsbericht 8 Das Monster unterm Bett. Chrom(VI) in Kinderspielzeug 13 Auf den ersten Knick. Titrimetrische Natriumbestimmung TOC der organische Gesamtkohlenstoffgehalt 16 Eine hübsche Summe NIRS trifft Pharma 20 Ausdauertest. Wirkstofffreisetzung von Retardtabletten vorhersagen Kundenapplikation 24 Phönix aus der Asche. Recycling und Analytik in der Kehrichtverbrennungsanlage 30 Keine Chance für Korrosion. Online-IC für ultra-überkritische Kraftwerke Publikationen 36 Tipps und Tricks Literaturreferate 38 Applikationen für Metrohm-Geräte 4 Inhaltsverzeichnis

5 Eine neue EU-Norm soll Kinder vor Chrom(VI) in Spielzeug schützen 16 Der TOC: branchenübergreifend auf dem Vormarsch Tipps und Tricks: Quecksilber bestimmen mit der sctrace Gold und mehr! Kraftwerksanalytik: Online IC Monitoring gibt Korrosion keine Chance Elektronische Ausgabe Auf der Webseite der Metrohm Information, finden Sie die elektronische Ausgabe unseres Kundenmagazins und das Archiv aller Ausgaben von 2005 bis heute zum Herunter laden. INFORMATION

6 Kurznachrichten Neues aus Wissenschaft, Analytik und von Metrohm 3D-Atlas zeigt Spurensubstanzen im Meer In unserer letzten Ausgabe berichteten wir über Dr. Loes Gerringas Arbeit auf dem Forschungsschiff RV Pelagia (ONE/2014, S. 20 ff, Beitrag «Autolab ahoi!»). Im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts «GEOTRACES» mass sie mit ihrem Team Eisenkonzentrationen im Atlantischen Ozean. Eisen ist ein wichtiger Mikronährstoff für Phytoplankton und gilt als begrenzender Faktor für dessen Wachstum. Damit liefern seine Konzentration und die Form, in der es vorliegt, neue Einsichten ins Ökosystem Meer. Im Rahmen von GEOTRACES haben über 30 Institute aus 10 Ländern bisher mehr als Wasserproben auf unterschiedliche Stoffe untersucht. Aus den gesammelten Daten entstand ein dreidimensionaler Atlas. Die Karten geben Aufschluss über Quellen, Senken und Ausbreitungsmuster der gemessenen Parameter. Es lassen sich auch Spuren menschlicher Einwirkung erkennen. So fi ndet man in tiefen Schichten des Atlantik hohe Bleikonzentrationen infolge der Autoabgase vergangener Jahre. Andererseits erkennt man an der geringen Bleikonzentration der frischen Wasserschichten geringer Tiefe die Wirkung der Einführung des bleifreien Benzins. Der elektronische Atlas ist im Netz frei zugänglich unter Reiner Schlitzer, Alfred-Wegener-Institut Quelle: Die abgebildete Karte aus dem 3D-Atlas zeigt Eisenkonzentrationen im Atlantik. Der Atlas gibt die Verteilungen unterschiedlichster Substanzen im Atlantik, der Arktis und dem Indischen Ozean wieder. hamers.chem.wisc.edu Siegerin des Young Chemist Award 2014: Linghong Zhang Metrohm USA ehrt junge Talente Zum zweiten Mal wurde an der diesjährigen Pittcon in Chicago der Young Chemist Award vergeben. Metrohm USA hat den mit US-Dollar dotierten Preis ins Leben gerufen, um talentierte Nachwuchsforscher zu unterstützen und ihre Arbeit zu würdigen. Den Hauptpreis erhielt Linghong Zhang von der University of Wisconsin-Madison für ihre Forschung an der Elektrokatalyse von Kohlenstoffdioxid durch Metalloporphyrine. «Recycling» von CO 2 durch gezielte Reduktion zu Brennstoffen wie Kohlenstoffmonoxid oder Methanol könnte in Zukunft die Kohlenstoffbilanz verbessern. Am Young Chemist Award können Studenten, Postgraudierte und Doktoranden amerikanischer und kanadischer Universitäten teilnehmen, die Titration, Ionenchromatographie oder Elektrochemie in ihrer Forschung auf innovative Art und Weise zum Einsatz bringen. Die nächste Preisvergabe fi ndet an der Pittcon 2015 in New Orleans statt. Quelle: info.metrohmusa.com/youngchemist USP-Neuerung: Schwermetalle in Pharmazeutika Seit Mai 2014 gelten laut der United States Pharmacopeia (USP) neue Regelungen zur Bestimmung von Schwermetallen in Arzneimitteln. In den neuen Kapiteln <232> und <233> sind die Grenzwerte bzw. Anforderungen an die Bestimmungsmethode festgelegt. Liegt eine Validierung vor, kann die Methode frei gewählt werden. Besonders geeignet ist die empfi ndliche und kostengünstige Voltammetrie. Schwermetalle in pharmazeutischen Produkten wurden bislang USP-konform als Summenparameter bestimmt. Die Referenzmethode bestand darin, die Metalle mit Thioacetamid zu komplexieren bzw. als Sulfi de auszufällen. Die dadurch zustande gekommene Färbung wurde mit einer Referenzlösung abgeglichen. Die USP, das Regelwerk der U.S. Pharmacopeial Convention, schreibt seit Mai 2014 die separate Bestimmung von Schwermetallen in Arzneimitteln vor. Quelle: Neuigkeiten

7 Wissen Gravitationswellen? Ein Forscherteam aus Harvard gab im März bekannt, Hinweise auf Gravitationswellen gefunden zu haben, die Sekundenbruchteile nach dem Urknall entstanden. Die Entdeckung bestätigt Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, denn diese sagt die Existenz von Gravitationswellen vorher. Sie ist gleichzeitig ein Indiz für die kosmische Infl ation, die starke Ausdehnung, die das Universum Theorien zufolge in den Sekundenbruchteilen nach seiner Geburt erfuhr. Die Entdeckung ist allerdings umstritten es könnte sich um einen Messfehler handeln, verursacht durch Staub in der Milchstrasse. Klarheit schaffen könnten die Analysen der zwischen 2009 und 2013 gesammelten Daten des Weltraumteleskops Planck sie sollen im Herbst dieses Jahres vorliegen. Keith Vanderinde, National Science Foundation Daten des BICEP-Teleskops am Südpol lieferten den Harvard-Forschern vermeintliche Hinweise auf prämordiale Gravitationswellen. Neue Geräte von Metrohm ph- und Leitfähigkeitsmessung im Labor und unterwegs Präzisionsinstrument im Labor, robuster Begleiter unterwegs: Das ist die neue Generation von ph- und Leitfähigkeitsmetern. Im Labor fi nden das 912 Conductometer, das 913 ph Meter und das 914 ph/conductometer in einer praktischen Halterung Platz. Für den mobilen Einsatz sei es im Feld oder im Prozess können sie jederzeit daraus entnommen werden. Sie verfügen hierfür über einen Akku, der mit dem passenden Netzteil geladen werden kann, aber auch direkt am Computer und sogar am Zigarettenanzünder Ihres Autos. Die Messgeräte sind IP67-konform und damit sehr robust selbst wenn Ihr Meter einmal für kurze Zeit ins Wasser fallen sollte, ist das kein Problem. Ergebnisse können GLP-konform ausgedruckt werden, und dazu wird nicht einmal ein Computer benötigt: Die neuen Meter lassen sich direkt an einen POS- oder auch A4- Drucker anschliessen. Steht ein PC zur Verfügung, können Sie die Ergebnisse sowie alle anderen Messdaten direkt in Ihr LIMS oder Excel exportieren, oder sie in der bewährten tibase-software verwalten. Detaillierte Informationen zu den neuen ph- und Leitfähigkeitsmessern fi nden Sie im Produktprospekt (Dokumentnummer: ). TOC-Bestimmung am Prozess Dem TOC kommt eine wachsende Be - deutung zu, insbesondere in der Wasserund Umweltanalytik. Mit dem neuen ADI 7010 TOC Analyzer von Metrohm Applikon bestimmen Sie den TOC online vollautomatisch und direkt am Prozess! Mehr zum TOC und zum ADI 7010 TOC Analyzer lesen Sie ab Seite 16 («Eine hübsche Summe») und im Produktprospekt (Dokumentnummer: ). Chemie plus USERDAY 2014 Am 30. April fand der Chemie plus USERDAY zu den Themen Ionenchromatographie und TOC (total organic carbon) statt. 50 Teilnehmer aus der Schweiz waren zu Gast bei Metrohm International Headquarters in Herisau, wo dieses Jahr die Vorträge, Fragerunden und Praxis-Work shops stattfanden. Im Mittelpunkt der Veranstaltung standen neue Ent wicklungen in Umwelt- und Wasseranalytik. Pharma-Analytik Der neue Branchenprospekt «Pharmazeutische Analytik» bietet einen umfassenden Überblick über wichtige Applikationen in der Qualitätskontrolle von Pharmazeutika. Kostenloser Download unter: pharma.metrohm.com Hexavalentes Chrom Cr(VI) Seit dem 1. Juli gilt in Kalifornien ein Grenzwert von 10 ppb für Cr(VI) in Trinkwasser. Für die Bestimmung eignet sich die IC (EPA-Methode 218.7). Mehr dazu: info.metrohmusa.com/hexachrome/ Alle Prospekte zum kostenlosen Download gibt es unter: INFORMATION

8 Chrom(VI)-Bestimmung in Kinderspielzeug Das Monster unterm Bett Wer erinnert sich nicht an die Ungeheuer unter dem Bett, die kindliche Alpträume heimsuchten? Während das Tageslicht diese haarigen, vieläugigen Gesellen verschwinden lässt, bleiben reale Gefahren zurück, wenn auch in weniger spektakulärer Gestalt in Form von Bauklötzen, Plüschtieren oder Buntstiften. Spielwaren und Gebrauchsgegenstände können Giftstoffe wie Chrom(VI) enthalten. Für Kinder stellen diese eine besonders grosse Gefahr dar: Zum einen können wegen ihrer geringen Körpergrösse bereits kleine Konzentrationen grossen Schaden anrichten. Ausserdem erforschen Kinder die Welt nicht ausschliesslich mit den Augen und Händen, sondern nehmen auch gerne den Mund zu Hilfe. Das Risiko Schadstoffe aufzunehmen ist dadurch besonders gross. 8 Applikationsbericht

9 Neue Richtlinie für Schadstoffmigration Staatliche und EU-weite Normen legen strenge Grenz werte für Schadstoffe in Spielzeug fest. Am 20. Juli 2013 trat die EU- Richtlinie 2009/48/EG in Kraft, die die Migrationsgrenz werte für einige Gefahrstoffe in Spielzeug verschärft, darunter das krebserregende Chrom(VI). Der Migrationsgrenzwert legt die maximale Menge eines Gefahrstoffs fest, die sich aus dem Produkt lösen darf. In der neuen Richtlinie löst er die Grenz werte bezüglich der Bioverfügbarkeit ab, die in der Vorgängerversion festgelegt waren. Die Richtlinie unterscheidet dabei drei Typen von Spielzeugmaterialien: (1) trockene, brüchige, staubförmige oder geschmeidige Materialien, (2) flüssige oder haftende Materialien und (3) abgeschabte Spielzeugmaterialien. Für diese drei Gruppen gelten unterschiedliche Migrationsgrenzwerte, abhängig von der Zugänglichkeit der Schadstoffe durch Saugen, Lecken, Verschlucken oder längeren Hautkontakt. Die Grenzwerte für hexavalentes Chrom nach der neuen EU-Richtlinie sind in Tabelle 1 aufgelistet. Freie Wahl des Prüfverfahrens Die europäische Norm EN 71 Teil 3 beschreibt das zur Richtlinie 2009/48/EG gehörige Prüfverfahren einschliesslich der Probenvorbereitung und Auswertung der Ergebnisse. Im Zuge der Probenvorbereitung wird eine Migrationslösung hergestellt, indem unter realitätsnahen Bedingungen Gefahrstoffe aus dem Spielzeugmaterial gelöst werden, wie es etwa bei Hautkontakt, Verschlucken oder In-den-Mund-Nehmen geschieht. Die Wahl des Analysenverfahrens bleibt dem Anwender selbst überlassen, sofern eine Validierung vorliegt. Die Ionenchromatographie mit UV/VIS-Detektion nach einer Nachsäulenderivatisierung eignet sich zur Chrom(VI)-Bestimmung in abgeschabten sowie in trockenen, brüchigen, staubförmigen oder geschmeidigen Spielzeugmaterialien entsprechend den in Tabelle 1 genannten Migrationsgrenzwerten. Die Methode lässt sich nahezu vollständig automatisieren. Zusammen mit der Matrixeliminierung und der Anreicherung von Chrom(VI) macht das die Analyse besonders zuverlässig und präzise. Im Folgenden wird beispielhaft die Analyse einiger Proben von Fingermalfarben, Deckweiss, Buntstiften, Tinten, Wasserfarben und Lacken beschrieben. Tabelle 1. Die drei Typen von Spielzeugmaterialien mit ihren Migrationsgrenzwerten für Chrom(VI) nach EU-Richtlinie 2009/48/EG und einigen Beispielen Spielzeugmaterialgruppe Beispiele Trockene, brüchige, staubförmige oder geschmeidige Spielzeugmaterialien Buntstiftminen, Kreide, Wachskreide, Knetmasse Flüssige oder haftende Spielzeugmaterialien Fingermalfarben, Lacke, flüssige Tinte in Stiften, Seifenblasenlösung, Klebestifte Abgeschabte Spielzeugmaterialien Überzüge aus Lack, Polymere u.ä., Papier, Pappe, Glas, Keramik, metallische Materialien, Holz, Leder Migrationsgrenzwert 0.02 mg/kg mg/kg 0.2 mg/kg INFORMATION

10 Probenaufschluss durch künstlichen Magensaft Chrom(VI) wird durch Salzsäure bei Körpertemperatur aus dem Spielzeugmaterial extrahiert. Diese Art des Probenaufschlusses simuliert das Herauslösen aus verschlucktem Spielzeugmaterial durch Magensaft. Die so erhaltene Probe wird anschliessend manuell neutralisiert und verdünnt. Eine Verdünnung ist notwendig, weil die durch die Salzsäureextraktion bedingte hohe Ionenkonzentration in der Probe eine Anreicherung von Chrom(VI) nicht zulässt. Komfort und Sicherheit durch Automation Alle weiteren Schritte fi nden automatisiert statt (Abbildung 1). Zunächst wird der gesamte Probenfl usspfad mit Probe equilibriert. Mithilfe einer Dosiereinheit des Typs 800 Dosino wird dann ein defi niertes Probenvolumen auf die Anreicherungssäule geladen. Der Dosino ermöglicht die genaue Kontrolle des Injektionsvolumens. Diese legt den Grundstein für eine verlässliche Bestimmung, insbesondere geringer Analytkonzentrationen. Abbildung 1. Schema des IC-Systems für die Bestimmung von Chrom(VI) in Spielzeugproben. Nach der manuellen Extraktion, Verdünnung und Neutralisation der Proben erfolgt die vollautomatische Analyse gemäss dem abgebildeten Messaufbau. Das Dosieren der Probe und des Nachsäulenreagenz mithilfe von Dosinos anstelle von Pumpen bietet mehrere Vorteile: Es ermöglicht neben einer aussergewöhnlich genauen Kontrolle des Probenvolumens auch das mit dem Säulenfl uss synchronisierte Dosieren von Nachsäulenreagenz sowie einen automatischen Wechsel zwischen Nachsäulenreagenz und Spüllösung. 10 Applikationsbericht

11 Matrixeliminierung und Anreicherung für eine zuverlässige Spurenanalytik Die Anreicherungssäule enthält einen Anionenaustauscher, der das Chrom(VI) bindet. In der Probe enthaltene Kationen und die organische Matrix werden durch Spülen mit 50-prozentigem Aceton eliminiert, genauso wie schwächer an den Austauscher bindende Anionen wie z. B. Chlorid. Die Matrixeliminierung verhindert das Auftreten von Störpeaks, die die Auswertung des Chrom(VI)-Peaks beeinträchtigen, und verlängert die Lebensdauer der Analysensäule. Die acetonhaltige Spüllösung eliminiert neben Ionen und organischen Probenbestandteilen auch Farbpigmente. Ein gründliches Entfernen der Pigmente ist besonders wichtig, da diese die VIS-Detektion stören. Das hexavalente Chrom verbleibt währenddessen auf der Anreicherungssäule: Wegen seiner starken Bindung an das Säulenmaterial können bis zu 10 ml Spüllösung verwendet werden, ohne dass Chrom(VI) eluiert; ein Grossteil der Matrix kann daher ausgespült werden. Trennung und Detektion Chrom(VI) wird durch den Eluenten aus der Anreicherungssäule gelöst und gelangt über die Trennsäule in den Nachsäulenreaktor. Hier wird es mit dem Nachsäulenreagenz 1,5-Diphenylcarbazid (Abbildung 2) zur Reaktion gebracht. 1,5-Diphenylcarbazid bildet sehr spezifisch mit Chrom(VI) optisch aktive Komplexe, die aufgrund ihrer Absorption im VIS- Bereich mit einem UV/VIS-Detektor quantitativ bestimmt werden können. Die Systemsteuerung und die Auswertung der Messdaten erfolgt durch die Software MagIC Net. H N N H O N H H N Abbildung 2. 1,5-Diphenylcarbazid bildet Komplexe mit hexavalentem Chrom, die aufgrund ihrer Absorption im VIS- Bereich mit dem UV/VIS-Detektor detektiert werden können. Insbesondere wenn Farbe im Spiel ist, wird die Inline-Matrixeliminierung unverzichtbar, denn die Pigmente stören die Detektion im VIS-Bereich. INFORMATION

12 Abbildung 3 zeigt zwei Bestimmungen einer bekannten Konzentration (0.04 µg/l) von Chrom(VI) sowie eine Bestimmung von Reinstwasser. Die Methode liefert gut reproduzierbare Ergebnisse, nicht zuletzt dank des nahezu vollständig automatisierten Ablaufs der ionenchromatographischen Bestimmung. Durch ihn werden nicht nur Zeit und Aufwand gespart; es werden daneben auch Fehler und Kontaminationen vermieden. Die Ionenchromatographie ist eine genaue und zuverlässige Methode zur Bestimmung hexavalenten Chroms in Spielzeug. Dank der Analytanreicherung und der Matrixeliminierung eignet sie sich insbesondere auch für die Analyse geringer Konzentrationen und ist damit im Einklang mit der neuen europäischen Norm EN 71 Teil 3. Absorbance [mau] Time [min] Chromium(VI) Sie möchten detaillierte Informationen zur ionenchromatographischen Bestimmung von Chrom(VI) gemäss der EU- Richtlinie 2009/48/EC erhalten? Besuchen Sie uns unter und laden Sie kos tenlos das Application Note AN-U-068 herunter. Abbildung 3. Zweifache Bestimmung eines Standards von 0.04 µg/l Chrom(VI) in einer Matrix, die der einer neutralisierten Migrationslösung entspricht sie enthält HCl, Na 2 CO 3, NaHCO 3 und (NH 4 ) 2 SO 4 (rot und blau). Die Referenzkurve (schwarz) zeigt das Chromatogramm von Reinstwasser. Der 940 Professional IC Vario mit 944 Professional UV/VIS Detector Vario, 943 Professional Reactor Vario und dem 858 Professional Sample Processor 12 Applikationsbericht

13 Natrium wird zum Beispiel in Form von Kochsalz (Abbildung) über die Nahrung aufgenommen. Lebensnotwendig in kleinen Mengen, können sich grosse Mengen an Natrium negativ auf die Gesundheit auswirken. Eine akkurate Natriumbestimmung in Lebensmitteln ist unverzichtbar. Natrium direkt titrimetrisch bestimmen Auf den ersten Knick In der Anwesenheit eines Überschusses an Kalium- und Fluoridionen geht Natrium mit Aluminium eine exotherme Reaktion ein, bei der NaK 2 AlF 6 (Elpasolith) entsteht. Diese Reaktion bildet die Grundlage einer neuen titrimetrischen Methode zur Bestimmung von Natrium in Lebensmitteln. Der Endpunkt wird thermometrisch bestimmt: Ein Knick in der Temperaturkurve verrät den vollständigen Verbrauch des Natriums. Die Methode ist schnell, unkompliziert und zuverlässig, und sie eignet sich durch ihre Automatisierbarkeit für Routinekontrollen, auch im Prozess. Die Aufnahme grosser Mengen an Natrium über die Nahrung zum Beispiel in Form von Kochsalz kann sich negativ auf die Gesundheit auswirken. Zahlreiche Rechtsprechungen haben hierauf reagiert, indem sie eine Angabe des Natriumgehalts auf der Lebensmittelverpackung vorschreiben. Damals: Schwierigkeiten und Schönheitsfehler Die titrimetrische Natriumbestimmung erfolgt bis heute meist indirekt: Anstelle von Natrium bestimmt man Chlorid mittels argentometrischer Titration; aus der Stöchiometrie von Natriumchlorid wird schliesslich der Natriumgehalt abgeleitet. Diese Methode hat allerdings einen Schönheitsfehler: Natrium kommt in Lebensmitteln nicht ausschliesslich mit Chlorid als Gegenion vor. So neigt die Methode zur Unterschätzung der tatsächlichen Natriumkonzentration. Erstmals nutzte Sajó 1 die exotherme Fällung von Elpasolith für die Natriumbestimmung. Die enthalpimetrische Methode basiert auf der Bestimmung der Temperaturdifferenz in der Probe, die sich im Verlauf der Reaktion Na + + 2K + + Al F - NaK 2 AlF 6 einstellt. Der Temperaturanstieg in der Probe korreliert mit der Natriummenge. Um ein akkurates Ergebnis zu erhalten, sind sehr präzise kalorimetrische Messungen nötig. Doch das setzt hochqualifi ziertes Laborpersonal voraus und ist für die Routineanalytik schlicht zu umständlich. INFORMATION

14 Bekannte Chemie für neue Methode Die neue, thermometrische Methode zur Natriumbestimmung, die im Journal of Agricultural Chemistry and Environment veröffentlicht wurde, nutzt dieselbe, von Sajó beschriebene Titrationsreaktion. Als Sensor dient auch hier ein Thermometer, das sich im Titriergefäss befi ndet. Die Temperaturmessung dient aber nur der Endpunktbestimmung. Weil es sich um eine exotherme Raktion handelt, steigt die Temperatur. Ein Knick in der Temperaturkurve markiert den Endpunkt. Aus der Menge des bis zum Endpunkt verbrauchten Titriermittels und der Reaktionsstöchiometrie wird schliesslich die Natriummenge errechnet. Das macht die Methode wesentlich einfacher in der Ausführung und dadurch zuverlässiger. Durchführung Titriert wird mit einer Lösung, die Aluminium- und Kaliumionen im Verhältnis 1:2.2 enthält. Gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis der Titrationsreaktion ist Kalium in einem Überschuss von 10 % enthalten. Aluminium ist das limitierende Reagenz; die Titerstellung erfolgt daher gegen einen Aluminiumstandard. Ein Überschuss Fluorid, der dem Titriermittel in Form von NH 4 F oder NH 4 F HF zugesetzt wird, verschiebt das Gleichgewicht der Reaktion nach rechts. Die Probenvorbereitung, so nötig, ist im Allgemeinen unkompliziert. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass der Analyt nicht durch die Matrix an der Reaktion mit dem Titriermittel gehindert wird, dass die Probe homogen und hinreichend mobil ist, und dass sie keine Substanzen enthält, die die stöchiometrische Endpunktbestimmung verfälschen. Die thermometrische Titration eignet sich zur routinemässigen Bestimmung von Natrium in allerlei Lebensmitteln. Abbildung 1 zeigt eine Bestimmung in Instantnudeln. 14 Applikationsbericht

15 Ein Beispiel: Instantnudeln Die Titrationskurve einer Natriumbestimmung in Instantnudeln ist in Abbildung 1 zu sehen. Die Nudeln werden zunächst mit einem elektrischen Mixer zerkleinert, um die Konsistenz von grobem Mehl zu erhalten. Durch einige Minuten Inkubation in Trichloressigsäure (TCA) wird Natrium aus der Matrix befreit und die Probe nach Zugabe von Aceton homogenisiert Aceton verhindert das Aufquellen der Stärkekörner und erhält so die Mischbarkeit der Probe. Die Messung mit dem 859 Titrotherm liefert innerhalb weniger Minuten präzise, reproduzierbare Ergebnisse. Fazit Die thermometrische Titration erlaubt eine akkurate Bestimmung des Natriumgehalts von Lebensmitteln bei geringem Aufwand und vollständiger Automatisierbarkeit. Sie ist damit besonders geeignet für die Routineanalytik. Ausgearbeitete Methoden liegen für zahlreiche Lebensmittel vor. Die Originalpublikation kann gratis auf der Webseite des Journal of Agricultural Chemistry and Environment heruntergeladen werden. Referenzen [1] Sajó, I. (1969) Magyar Kemiai Folyoirat 75, 1 3 Quelle: Smith, T. and C. Haider (2014) J. Agric. Chem. Environ. 3(1B) Abbildung 1. Thermometrische Titration von Natrium in Instantnudeln. Der Knick in der Temperaturkurve (schwarz), besser erkennbar als Minimum der zweiten Ableitung (grau), markiert den Endpunkt. INFORMATION

16 16 Die Menge an organischen Verbindungen in einer Probe bzw. der Grad ihrer organischen Verunreinigung lassen sich anhand verschiedener Indikatoren messen. Ein Parameter ist auf dem Vormarsch: der gesamte organische Kohlenstoff (total organic carbon, TOC). In der Trinkund Abwasseranalytik sowie der pharmazeutischen und chemischen Industrie gibt der TOC Auskunft über die Verunreinigung der Probe. Er kann aber noch mehr: In der Elektronikfertigung etwa dient der TOC dazu, die organischen Zusätze in Galvanikbädern zu überwachen. Die Ansprüche der verschiedenen Branchen an die TOC- Messung sind vielfältig. Der neue ADI 7010 TOC Analyzer von Metrohm Applikon ermöglicht die schnelle und genaue Online-Prozesskontrolle des TOC in flüssigen Proben. Wir stellen Ihnen den Messparameter TOC am Beispiel der Abwasseranalytik vor. TOC Ein

17 e hübsche Summe Der Gesamtgehalt an organisch gebundenem Kohlenstoff in einer Probe ist durch den TOC gegeben. Der TOC bietet als Summenparameter (siehe Infokasten auf der nächsten Seite) eine einfache Möglichkeit, die Menge der organischen Substanzen in einer Probe, zum Beispiel in Wasser, schnell und genau abzuschätzen. Eine erhöhte Menge organischer Substanzen kann mikrobielles Wachstum fördern, in anderen Fällen Maschinen schädigen oder die Entstehung unerwünschter Nebenprodukte bedingen. Oft stellt der TOC nicht nur eine Abkürzung dar, um die Summe der organischen Inhaltsstoffe einer Probe zu bestimmen. Denn angesichts der Vielzahl unterschiedlicher organischer Verbindungen, die in Proben wie etwa Abwasser vorhanden sind, ist es praktisch unmöglich, jede einzelne zu identifi zieren und zu quantifi zieren. Summenparameter wie der TOC sind dann die einzige Möglichkeit, eine Aussage über die organische Verunreinigung der Probe zu treffen. INFORMATION

18 Abbildung 1. Der TOC fi ndet auf vielen Gebieten Anwendung, hier ein Beispiel aus der Biogeochemie. Das Konturdiagramm zeigt die TOC-Verteilung in der Oberfl ächenschicht der Sargassosee. Die Messungen des TOC sollen zu einem besseren Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs der Meere beitragen. Quelle: Hansell, D.A. and C.A. Carlson (2001) Deep-Sea Res. II 48, TOC in kommunalem Abwasser Um den Grad der organischen Belastung einer Probe einzuschätzen, gibt es ausser dem TOC noch weitere Messparameter. Eine wichtige Rolle in der kommunalen Abwasserbehandlung spielt einerseits der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB 5 ), also das Sauerstoffvolumen, das die in einem Liter Wasser befi ndlichen Mikroorganismen binnen fünf Tagen verbrauchen. Andererseits kommt der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) zum Einsatz, für dessen Messung toxische chromhaltige Reagenzien benötigt werden, für eine besonders präzise Bestimmung zusätzlich Quecksilberverbindungen. Ihnen gegenüber besticht der TOC neben den weit weniger toxischen Reagenzien und der kurzen Analysendauer durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Online-Bestimmung. Die EU-Richtlinie 91/271/EWG legt zwar fest, dass der BSB 5 von Einleitungen aus kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen maximal 25 mg/l betragen darf. Sie erlaubt allerdings explizit, stattdessen den TOC zu bestimmen, wenn eine Beziehung zum BSB 5 hergestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung des TOC wesentlich weniger Aufwand bedeutet. Der CSB bleibt dagegen bis heute ein wichtiger Messparameter. Info Summenparameter sind Messgrössen, die verschiedene in einem Medium enthaltene Substanzen anhand eines gemeinsamen Merkmals zusammenfassen. Dieses Merkmal kann, wie im Fall von TOC, ein bestimmtes Element hier Kohlenstoff sein. Ist die Zusammensetzung des analysierten Stoffs bekannt, lassen sich Summenparameter berechnen: So lässt sich der TOC berechnen, wenn die Art und Menge der in einer Abwasserprobe enthaltenen organischen Stoffe bekannt sind. Umgekehrt lässt der Summenparameter keine Rückschlüsse auf dessen Komponenten zu, es sei denn, die Messung erfolgte über den Umweg einer Bestimmung der Einzelkomponenten. Der Vorteil von Summenparametern liegt darin, dass statt verschiedener Parameter direkt die Eigenschaft einer Probe bestimmt wird, die von Interesse ist in einer einzigen Messung. 18 TOC

19 Abbildung 2. Der ADI 7010 TOC Analyzer für eine kontinuierliche Überwachung des TOC direkt am Prozess Den CSB ersetzen In einigen europäischen Ländern, darunter Deutschland, kann zwar inzwischen auch der CSB durch den TOC ersetzt werden. Doch das ist nicht ohne Weiteres möglich: Die Schwierigkeit besteht darin, dass es keinen allgemeingültigen Korrelationsfaktor gibt; je nachdem, in welchen Verbindungen der Kohlenstoff vorliegt, kann der Korrelationsfaktor Werte von <1 bis 4 annehmen. Eine einfache Umrechnung des TOC in den CSB ist also nicht möglich, und die Einhaltung des Grenzwertes von 125 mg Sauerstoff pro Liter Wasser kann nicht direkt überprüft werden. Gängige Praxis in Deutschland ist, dass der Grenzwert für den CSB als eingehalten gilt, wenn der TOC nicht mehr als ein Viertel davon beträgt. In der Schweiz wird bei routinemässigen Untersuchungen dagegen explizit der TOC anstelle des CSB verlangt; eine ersatzweise Bestimmung des CSB ist aufgrund des Verbots der Verwendung von Quecksilberverbindungen nicht möglich 1. Neu Weitere Industriezweige Der TOC ist in zahlreichen Industriezweigen ein bedeutender Parameter. Er ist nicht nur in der Kontrolle von Produkten und deren Vorläufern nützlich. So fi ndet der TOC in der Pharmaindustrie zum Beispiel in der Reinigungsvalidierung der Produktionsanlagen Anwendung. In der Kraftwerksanalytik gibt der TOC Auskunft über die Qualität des Kesselspeisewassers: Der TOC ist ein Entscheidungskriterium, ob gereinigte Kondensate wieder in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt werden können. Und an Flughäfen wird die organische Belastung des Abwassers aus der Flugzeugenteisung überwacht, die durch die verwendeten Enteisungsmittel zustande kommt. Die Bestimmung des TOC trägt nicht nur zu einer verbesserten Produktqualität bei, er hilft auch, Prozesse effi zienter zu machen und Kosten zu sparen. Referenzen [1] index.html?lang=de Der neue ADI 7010 TOC Analyzer von Metrohm Applikon (Abbildung 2) ermöglicht kontinuierliche Online-Messungen des TOC in Flüssigproben. Ausserdem zeichnet er sich aus durch: Messbereich: 0 5 mg/l bis mg/l Autoclean, Autokalibrierung und Autovalidierung Integriertes Gasmanagement Automatische Trägergasprüfung Lange Lebensdauer durch robuste Materialien Mehr Informationen zum ADI 7010 TOC Analyzer gibt es im Prospekt (Dokumentnummer: ) und auf unserer Website. INFORMATION

20 Ausdauertest Wirkstofffreisetzung von Retardtabletten vorhersagen Retardformulierungen mit anhaltender Wirkstofffreisetzung haben zahl reiche therapeutische Vorteile, doch ihre Qualitätskontrolle ist aufwendig. Das Dissolutions-, also Auflösungsverhalten von Tabletten wird mithilfe langwieriger Tests ermittelt. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) bietet eine schnelle und einfache Alternative: Mit NIRS und ge - eigneten Kalibriermodellen kann das Auflösungsverhalten von Retardtabletten binnen weniger Minuten akkurat vorhergesagt werden. 20 NIRS trifft Pharma

21 Nach der Einnahme einer Tablette kommt es in der Regel zu einer «Plasmaspitze». Diese kurzfristig hohe Wirkstoffkonzentration im Blutplasma des Patienten entsteht durch die schnelle, vollständige Freisetzung des Arzneimittels aus der Tablette. Je nach Arzneimittel kann die hohe Konzentration starke Nebenwirkungen hervorrufen. Für eine andauernde Wirkung müssen Patienten diese Medikamente zudem mit hoher Frequenz einnehmen, denn der anfänglich hohe Plasmaspiegel fällt mit der Verstoffwechselung des Wirkstoffs schnell wieder ab. Weniger Nebenwirkungen mit Retardtabletten Diese Probleme lassen sich mit Retardformulierungen mit anhaltender Wirkstofffreisetzung (sustained release) umgehen (Abbildung 1). Die Plasmaspitze wird vermieden und längerfris tig ein sinnvoller Plasmaspiegel aufrechterhalten. Gerade Hormonpräparate, blutdruckregulierende Medikamente, Schmerzmittel und Antidepressiva werden oft in Form von Retardtabletten verabreicht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Retardtabletten zu realisieren. So kann ein Überzug die Tabletten vor der schnellen Zersetzung durch Magensaft schützen. Oft enthalten die Tabletten auch spezielle Polymere. Diese bedingen eine Matrixstruktur, die den Wirkstoff verlangsamt freigibt. Die Freisetzungsdauer für den gesamten enthaltenen Wirkstoff lässt sich dann durch die Polymerkonzentration in der Tablette beeinflussen, falls vorhanden auch durch die Weichmacherkonzentration. Gängige Polymere für Retardformulierungen sind etwa Ethylcellulose (in Kombination mit dem Weichmacher Acetyltributylcitrat, kurz ATBC) und Eudragit NE 30 D. Aufwendige Tests Ein Nachteil von Retardtabletten ist ihre aufwendige Qualitätskontrolle. Üblicherweise wird die Freisetzung in einem Dissolutionstest gemessen. Dafür wird die Tablette in ein Lösemittel gelegt, das sich ähnlich dem Magensaft verhält. Im Anschluss wird über den gesamten vorgesehenen Zeitraum oft sind das 24 Stunden in regelmässigen Intervallen der freie Wirkstoff bestimmt. NIRS für schnelle Qualitätskontrolle Eine Alternative zum Dissolutionstest stellt die Nahinfrarotspektroskopie dar: Mit NIRS und einem geeigneten Kalibriermodell kann das Auflösungsverhalten der Tabletten sehr ge nau vorhergesagt werden, und das innerhalb weniger Minuten. Weil die Analyse im Gegensatz zu Dissolutionstests nicht destruktiv ist, können zudem grössere Probenmengen analysiert werden. Plasma level Sustained release Abbildung 1. Gewöhnliche Tabletten (violette Kurve) geben ihren Wirkstoff auf einen Schlag frei, so dass es erst zu einer Plasmaspitze, dann zu einem starken Abfall der Wirkstoffkonzentration im Plasma kommt. Mit Retardformulierungen (rot) kann durch anhaltende Wirkstofffreisetzung eine annähernd konstante, sinnvolle Plasmakonzentration erzielt werden. Conventional release Time INFORMATION

22 NIRS-Analyse von Theophyllintabletten Tabasi et al. beschreiben in einer Publikation von 2009 die Vorhersage des Aufl ösungsverhaltens von Theophyllintabletten mittels NIRS 1. In Form von Retardtabletten kommt Theophyllin in der Asthmatherapie zum Einsatz. Die von Tabasi und Kollegen untersuchten Tabletten enthalten unterschiedliche Konzentrationen des Polymers Eudragit NE 30 D, das die Freisetzung des Wirkstoffs verlangsamt. Nach Aufnahme der NIR-Spektren einiger Tabletten mit unterschiedlichen Polymergehalten (0, 5, 10, 15 und 20 % Eudragit NE 30 D) bestimmen die Forscher die Wirkstofffreisetzung mittels eines Dissolutionstests (Abbildung 2). Die erhaltenen Daten nutzen sie, um für vier Messzeitpunkte (1, 2, 3 und 4 Stunden) je ein Kalibriermodell zur erstellen. Die Modelle korrelieren vom Polymergehalt abhängige Veränderungen im NIR-Spektrum mit den Messwerten aus den Dissolutionstests. Mit multivariater Analyse zum Modell Bei der Aufnahme eines NIR-Spektrums mit einem Spektrometer von Metrohm NIRSystems wird die Probe der Reihe nach mit Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt. Dabei wird ein defi nierter Wellenlängenbereich im nahen Infrarot abgerastert. Abhängig von der Probenbeschaffenheit misst man den Refl exions- oder Transmissionsgrad. Das Spektrum erhält man durch Auftragen dieses Werts gegen die Wellenlänge. Die Darstellung einer Serie von Spektren als Matrix ermöglicht die multivariate Analyse. Für n Spektren unterschiedlicher Proben, die aus jeweils p Messwerten (bei p verschiedenen Wellenlängen) bestehen, erhält die Matrix die Form: Im Falle der Theophyllintabletten steht jede Zeile für eine bestimmte Polymerkonzentration und enthält die über mehrere Proben und Messungen gemittelten Refl exionswerte. Abbildung 2. Wirkstofffreisetzung von Theophyllintabletten mit unterschiedlichen Konzentrationen des Polymers Eudragit NE 30 D, ermittelt in einem Dissolutionstest 1. Chemometrische Methoden liefern ein Modell, das imstande ist, aus einem NIR- Spektrum Vorhersagen über das Dissolutionsverhalten zu treffen. 22 NIRS trifft Pharma

23 Abbildung 3. A Gemessenes und B vorhergesagtes Dissolutionsverhalten ausgewählter Proben. In C ist die Überlagerung der gemessenen und vorhergesagten Messerwerte zu sehen 1. Modellierung mit PLS und PCA Für die Erstellung eines Kalibriermodells mittels der gängigen PLS-Regression (PLS: partial least squares) werden die Komponenten der Datenmatrix auf ein neues, orthogonales Koordinatensystem projiziert, um sie darin anhand möglichst weniger Komponenten möglichst genau wiederzugeben. Das Prinzip ähnelt dem der Hauptkomponentenanalyse (principal component analysis, kurz PCA). Im Unterschied zur PCA werden bei der Wahl des neuen Koordinatensystems aber nicht nur die in der Matrix enthaltenen NIRS-Daten berücksichtigt. Auch die Werte aus dem Dissolutionstest werden miteinbezogen, um die Kovarianz und somit die Korrelation der NIRS-Daten mit den Messwerten aus dem Dissolutionstest zu maximieren. Dadurch erhält man ein Modell, das imstande ist, aus einem NIR-Spektrum Vorhersagen über das Dissolutionsverhalten zu treffen. Nach der Validierung können die Modelle verwendet werden, um das Dissolutionsverhalten gleichartiger Proben vorherzusagen. Abbildung 3 zeigt im Vergleich die Vorhersagen und Mes - sungen einiger ausgewählter Proben aus dem Validierungs set von Tabasi et al. Fazit Die Nahinfrarotspektroskopie bietet eine schnelle und einfache Möglichkeit, das Dissolutionsverhalten von Tabletten vorherzusagen. Ist ein geeignetes Kalibriermodell für den betreffenden Tablettentyp vorhanden, so liefert die Methode innerhalb weniger Minuten eine Vorhersage. Die Vorhersage ist natürlich nur so gut wie das Modell, das ihr zugrunde liegt. Doch ein ausreichend validiertes Modell liefert verlässliche und akkurate Resultate. In der Qualitätskontrolle von Tabletten bedeutet die Methode einerseits eine erhebliche Reduktion von Zeit- und Arbeitsaufwand. Durch die einfache und schnelle Ausführung und die zerstörungfreie Analyse ermöglicht sie andererseits die Untersuchung wesentlich grösserer Stichprobenmengen als es der Einsatz von Dissolutionstests zulässt. Referenzen [1] Tabasi, S. H. et al. (2009) Int. J. Pharm. 382, 1 6 Weiterlesen Mattes, R. et al. (2009) NIR news 20(5), Blanco, M. et al. (2007) NIR news 18(6), 9 11 Der NIRS XDS RapidContent Analyzer von Metrohm NIRSystems ermöglicht die nicht destruktive Aufnahme von NIR-Spektren, z. B. von Tabletten. INFORMATION

24 Phönix aus der In Kehrichtverbrennungsanlagen wie der KVA Linthgebiet erlebt Abfall nach seiner Verbrennung eine Wiedergeburt in Form von Rohstoffen und elektrischer Energie. Dank einem wachsenden Umweltbewusstsein wird Abfall zunehmend getrennt und recycelt. Es bleibt jedoch stets Restmüll übrig, der nicht ohne Weiteres wiederverwertet werden kann. Dieser landet zur Beseitigung und zur Rückgewinnung verwertbarer Bestandteile in Kehrichtverbrennungsanlagen (KVAs; Schweizerdeutsch für Müllverbennungsanlagen) wie der KVA Linthgebiet in Niederurnen im Schweizer Kanton Glarus. Wegen der strengen Umweltauflagen, die KVAs zu erfüllen haben, benötigen sie eine verlässliche und präzise Analytik, die den Betreibern sagt, was in welchen Mengen in Abluft und Abwasser enthalten ist. 24 Kundenapplikation

25 Hightech für die Abfallverwertung Im «Cockpit», also der Leitwarte der KVA Linthgebiet fällt es schwer, nicht an Darstellungen von Raumschiffen in Science- Fiction-Filmen zu denken. Vor einer konkaven Wand, die gespickt ist mit Kontrollmonitoren und LEDs, steht in der Form eines Halbkreises ein Tisch mit Computerbildschirmen (Abbildung 1). Eine Handvoll der insgesamt 40 Mitarbeiter der KVA ist hier versammelt, beobachtet und diskutiert, überwacht die unzähligen verschiedenen Prozesse, die in der Anlage ablaufen. Die KVA Linthgebiet beseitigt Siedlungsabfälle aus den Kantonen Glarus, Schwyz und St. Gallen sowie Industrieabfälle. Der Kehricht wird aber keineswegs nur verbrannt, sondern vielmehr verwertet einerseits durch die Rückgewinnung nicht brennbarer Bestandteile (sowohl Eisenschrott als auch Nichteisenmetalle), andererseits durch die Erzeugung von Strom und Fernwärme aus der Verbrennungsabhitze. Die Mischung macht s Gegenüber dem Cockpit sitzt in einer gläsernen Ausbuchtung des Kontrollraums ein weiterer Mitarbeiter in blauer Arbeitskleidung. Von hier hat er den Kehrichtbunker im Blick, wo der Müll nach der Anlieferung zwischengelagert wird. Der Mann bedient einen Greifkran, eine riesige Kralle, mit der er den Abfall der Feuerung übergibt. Ausserdem durchmischt er den Müll. Dadurch werden allzu hohe Spitzen an Schadstoffen vermieden, die die KVA überlasten und ihr nachhaltig schaden können. Enthält eine Fuhre beispielsweise fluorierte Kunststoffe, so entsteht bei der Verbrennung Fluorwasserstoff, in der nachfolgenden nassen Rauchgasreinigung ätzende Flusssäure. In geringen Konzentrationen halten die Installationen der Säure stand; werden aber anhaltend grössere Mengen davon frei, kann das die Anlage beschädigen. Abbildung 1. Die Leitwarte der KVA Linthgebiet. Von hier aus werden alle Prozesse überwacht, die in der Anlage ablaufen. INFORMATION

26 Die KVA verfügt über zwei Ofenlinien, in denen die Verbrennung auf hydraulisch angetriebenen, stufenförmig angeordneten Rosten stattfi ndet. Diese befördern den brennenden Abfall und wälzen ihn um. Es werden keine Hilfsbrennstoffe wie Öl oder Gas verwendet. Dass das möglich ist, ist wiederum der richtigen Mischung des Kehrichts zu verdanken. Lediglich Luft wird mit Ventilatoren zugeführt, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Das entstehende Rauchgas erreicht Temperaturen zwischen 950 und 1000 C und wird im Dampfkessel genutzt, um Wasser zur verdampfen. Der Dampf treibt zwei Turbinen an, mit denen die KVA jährlich ca. 80 Gigawattstunden Strom generiert. Schrittweise zu sauberer Abluft Je nach Zusammensetzung des Kehrichts enthält das Rauchgas unterschiedliche Schadstoffe, etwa Chloride und Schwermetalle. Bevor es in die Umwelt entlassen wird, muss es daher in mehreren Schritten gereinigt werden. Im Elektrofi lter werden zunächst feste Partikel abgeschieden. Dann folgt die Rauchgaswäsche: Das Rauchgas wird durch Bedüsung mit Wasser abgekühlt; dabei werden Chloride und Schwermetalle ausgewaschen (saure Stufe der Rauchgaswäsche). Durch Zugabe von Natronlauge ins Waschwasser wird das Rauchgas im Folgeschritt entschwefelt (basische Stufe). Ein Nasselektrofi lter entfernt schliesslich als Aerosol vorliegende Wassertröpfchen und «trocknet» auf diese Weise das Rauchgas, das zu guter Letzt in die Entstickungsanlage geleitet wird hier werden schädliche Stickoxide katalytisch in Wasser und molekularen Stickstoff (N 2 ; stellt ca. 78 % unserer Atemluft dar) umgewandelt; ausserdem werden Dioxine und Furane zerstört. In der KVA Linthgebiet wird ausserdem die Flugasche gereinigt. Diese setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Sie enthält einerseits die Asche, die mit dem Rauchgas in den Dampfkessel gelangt ist; andererseits fi ndet sich darin die feinkörnige Asche wieder, die im Zuge der Rauchgasreinigung im Elek trofi lter abgeschieden wurde. Für die Flugaschenwäsche (FLUWA) wird das Wasser aus den drei nassen Stufen der Rauchgasreinigung verwendet. Das saure Quenchwasser löst dabei die Schwermetalle aus der basischen Flugasche heraus, mit dem positiven Nebeneffekt, dass es neutralisiert wird dadurch können Neutralisationsmittel in der Abwasserbehandlung eingespart werden. Die KVA Linthgebiet leitet ihr Abwasser gründliche Aufbereitung und Kontrolle 26 Kundenapplikation

27 Grosse Verantwortung für Mensch und Umwelt Das Abgas ist nun bereit für die Entlassung in die Umwelt, und die gewaschene Flugasche kann zusammen mit der Schlacke entsorgt werden. Allerdings sind die Schadstoffe, die aus Rauchgas und Flugasche entfernt wurden, nun im Waschwasser gelöst. Eine gründliche Aufbereitung und anschliessende Kontrolle des Wassers ist zwingend nötig: Die Kehrichtverbrennungsanlage leitet ihr Abwasser in ein Fliessgewässer ein, nämlich den Linthkanal, der sich zwischen dem Walensee in den östlichen Voralpen der Schweiz und dem Zürichsee erstreckt. Der Grossteil der Schwermetalle wird in der Abwasserbehandlungsanlage der KVA als Hydroxidschlamm ausgefällt. Recyclingbetriebe gewinnen hieraus einen grossen Teil der Metalle zurück. In der KVA sorgen im folgenden Prozessschritt vier Ionenaustauscher dafür, dass das Wasser bis in den Spurenbereich von Schwermetallen wie Zink, Cadmium und Quecksilber befreit wird. Abbildung 2 (links). In der KVA Linthgebiet geht nichts und niemand verloren. Bis hin zu den Leitungen und Kabeln hat hier alles seinen Platz und ist mit Schildern gekennzeichnet. Wegweiser zeigen den Weg zu den einzelnen Prozessschritten (hier zur sauren Flugaschenwäsche). Besonders zeigt sich der Nutzen dieses Systems, wenn es darum geht, Probleme schnell zu beheben. Abbildung 3 (rechts). In der Ionenaustausscheranlage (blau) werden Schwermetalle aus dem Waschwasser aus Rauchgasreinigung und Flugaschenwäsche gebunden. Wenn das Wasser die Ionenaustauscher verlässt, sind Schwermetalle nur noch in Spuren darin vorhanden. in ein Fliessgewässer ein. Eine sind daher zwingend nötig. INFORMATION

28 Abbildung 4. Eine Wasserdampffahne am 100 Meter hohen Kamin (links) ist je nach Witterungsbedingungen nur wenige Tage im Jahr sichtbar. Momentaufnahmen sind nicht genug Für das Abwasser der KVA gelten die Grenzwerte der Schweizer Wasserschutzverordnung. Deren Einhaltung wird unter anderem im Zuge unangekündigter Kontrollen durch die kantonale Behörde sichergestellt. Dazu kamen bis vor kurzem monatliche «Eigenkontrollen» mittels Atomspektroskopie und Photometrie. Doch die Schadstofffracht des gereinigten Abwassers ist nicht konstant: Sie variiert zum Beispiel je nach Kehrichtzusammensetzung oder Beladungszustand der Ionenaustauscher, die regelmässig regeneriert werden müssen, um die darin gebundenen Schwermetalle zu entfernen. Die Momentaufnahmen, die bei solchen Stichproben entstehen, können nicht die vom Betreiber gewünschte und von den Behörden geforderte Sicherheit geben, dass die Grenzwerte immer unterschritten werden. Verbesserte Kontrolle durch Online-Analytik Seit Dezember 2012 ist die KVA Linthgebiet darum mit einem Online-Analysengerät von Metrohm Applikon ausgestattet, das im Vierstundentakt die Konzentrationen von Zink, Cadmium, Blei und Kupfer im Prozessabwasser misst (Abbildung 5). Die voltammetrische Bestimmung erfolgt mit dem ADI 2045VA vollautomatisch. Ein automatischer Alarm warnt das KVA-Personal, wenn eines der vier Schwermetalle sich einer Konzentration von 80 % des Grenzwerts nähert. So kann die Ionenaustauscherregeneration rechtzeitig eingeleitet werden, um Grenzwertüberschreitungen zu verhindern. Abbildung 5. Der ADI 2045VA von Metrohm Applikon steht in der KVA Linthgebiet ein Stockwerk tiefer unmittelbar unterhalb der Ionenaustauscher. Aus diesen wird er direkt mit Proben gespeist. Die Analysen fi nden vollautomatisch statt. Ebenso vollautomatisch sendet der ADI 2045VA einen Alarm aus, wenn sich die Konzentration eines der Schwermetalle einem Wert von 80 % des Grenzwerts nähert. 28 Kundenapplikation