Oznaczanie śladowych zawartości sodu i potasu w węglanie litu wysokiej czystości metodą płomieniowej atomowej spektrometrii absorbcyjnej

Transkrypt

1 T e r e s a Ooanna CHRuSciRiSKA INSTYTUT T E C H N O L O G I I M A T E R I A Ł Ó W ELEKTRONICZNYCH u l. W ó l c z y ń s k a 1 3 3, V/arszai«a Oznaczanie śladowych zawartości sodu i potasu w węglanie litu wysokiej czystości metodą płomieniowej atomowej spektrometrii absorbcyjnej C z y s t o ś ć w ę g l a n u litu jako surowca do p r o d u k c j i monokryształów bianu litu jest istotnym kryterium jego p r z y d a t n o ś c i dla nio- przemysłu e l e k t r o n i c z n e g o, a tym samym przedmiotem z a i n t e r e s o w a n i a chemii anali- tycznej. Z a n i e c z y s z c z e n i a ( F e, C o, C r, M n, C u, Ni) w w ę g l a n i e litu no przy u ż y c i u techniki bezpłomieniowej oznaczo- atomowej s p e k t r o m e t r i i absorpcyjnej po u s u n i ę c i u matrycy przez o d p a r o w a n i e w s t r u m i e n i u argonu T e c h n i k ę p ł o m i e n i o w ę stosowano do analizy m a t r y c y o p o d o b n y c h w o ś c i a c h, a mianowicie chlorku l i t o w e g o, o z n a c z a j g c ś l a d o w e ilości z a n i e c z y s z c z e ń metali a l k a l i c z n y c h i ziem a l k a l i c z n y c h za pomoc9 sorpcyjnej ( M g, B e, C a, Ba) oraz emisyjnej s p e k t r o m e t r i i a t o m o w e j. Z a w a r t o ś c i sodu i potasu w m a t e r i a l e kształtoprzebie- [2]. Niniejsza praca dotyczy o z n a c z a n i a sodu i potasu rzędu w węglanie ob- ( n o, K, R b, C s, S r, Ca,Ba) w a ł y się na poziomie setnych części p r o c e n t a ; krzywe w z o r c o w e gały w y k ł a d n i c z o [l]. właści- 10 litu w y s o k i e j czystości bez o d d z i e l a n i a m a t r y c y (po u p r z e d - nim p r z e p r o w a d z e n i u materiału p r ó b k i w chlorek) mieniowej atomowej spektrometrii z użyciem techniki pło- absorpcyjnej. CZęSĆ; D O ^ V I A D C Z A L N A Aparatura S p e k t r o m e t r absorpcji a t o m o w e j, m o d e l 4 3 0, f-my Perkin-Elraer, z w y konanym we w ł a s n y m zakresie u r z ą d z e n i e m do pomiaru o d l e g ł o ś c i palnika od osi optycznej przyrzędu; lampy z katody krawędzi wnękowę. O b e c n i e : Instytut M e c h a n i k i P r e c y z y j n e j, W a r s z a w a, u l. D u c h n i c k a 3 46

2 odczynniki 1 roztwory Kwas solny spektr. cz. (dostylowany w temperaturze niższej od temperatury wrzenia [sd. Woda dojonizowana, destylowana w redestylarce kwarcowej. Podstawowe roztwory wzorcowe sodu i potasu (chrrki) o stężeniach metali 100 pg ttil"^, przygotowane z materiałów spektralnie czystych. V;ykonanie oznaczenia Próbkę (l g) rozpuszczano w wysokich zlewkach kwarcowych o pojemności 25 ml, przykrytych kwarcowymi szkiełkami, dodając 2 ml wody, a następnie po kropli, po ściance zlewki, nie mieszając - 2,5 ml 10 NHCl, Kwas solny dodawano z taką szybkością, aby zapewnić względnie spokojny przebieg reakcji rozpuszczania. Po rozpuszczeniu próbki roztwór przenoszono do kolby o pojemności 25 ml. Stężenia oznaczanych pierwiastków określano w roztworze próbki metodą dodatków wzorca, wprowadzając do.5- ml objętości roztworu próbki O, 50, 100 >j1 wzorcowego roztworu sodu i potasu o stężeniu 10 ^ig Ślepą próbę przygqtov«yw3no bezpośrednio w kolbach i analizowano metodą dodatków wzorca, wprowadzając do kolb po 2,5 ml 10 NHCl oraz kolejno O, 0,5 i 1 ml wzorcowego roztworu sodu i potasu o stężeniu 10 pg. Przyrząd zerowano rozpylając wodę, \ Absorbancję mierzono w warunkach odpowiadających największej czułości oznaczenia (tabl. l), stosując 2-krotne elektroniczne wzmocnienie sygnału i czas integracji 5 sekund. Absorpcję niespecyficzną w obszarze widzialnym korygowano za pomocą lampy halogenowej. Tabela 1. warunki pomiaru absorbancji Pierwiastek, nm Na K Wysokość strefy obserwacji, mm 7 7 Przepływ powietrza, 1 min"^ 4,1 3,6 Przepływ wodoru, 1 min'^"^ 12, Szerokość szczeliny^ nm 0,7 2 Natężenie prądu lampy, ma 8 10 Wzmocnienie sygnału 2 2. Czułość odwrotna a), ;jg ml"^ 0,0126") 0,0234*) ^^Dla roztworu nie zawierajęcego matrycy "'A' obecności matrycy 0,0129*'') 0,0237**) Ocena precyzji i dokładności metody Precyzję metody oznaczania sodu i potasu w węglanie litu oszacowano za pomocą ogólnego odchylenia standardowego Sg, obliczonego wg zaleceń GUPAC [4] z więcej niż jednej serii zmiennych uzyskanych przy różnych poziomach wielkości oznaczanej (tabl, 2), przy założeniu stosowalności 47

3 Tabela 2, Ocena precyzji metody analizy węglanu litu Oznaczany "Liczba Wynik Ogólne odchylenie pierwiastek Oznaczeń średni standardowe f» n X pg g"^ 3 0,43-2 0,92 ug g g"^ Na 2 1,10 2 2,36 3 0,15 2 0,56 2 1,10 0,18 1 gdzie 9 = 7i. K 3 0,70 2 0,69 2 1,83 2 % ,58 2 0,67 2 0,92 z ,15 rozkładu normalnego Gaussa. Rozrzut wyników analizy tego samego roztworu próbki, wykonanej metodę dodatków każdorazowo przygotowywanych i w każdorazowo ustalanych warunkach pomiaru, scharakteryzowany przez wartość odchylenia standardowego s obliczonego z serii na jednym poziomie wielkości oznaczanej [4], jest miarę precyzji stosowanej techniki pomiarowej: płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej (tabl. 3) i ilustruje udział błędu precyzji techniki pomiarowej (s) w wartości całkowitego błędu metody (sg)» Tabela 3. Ocena precyzji techniki pomiarowej Oznaczany Liczba Wynik Odchylenie Przedział pierwiastek oznaczeń średni standardov»e ufności n X s ^ i '0,95 ^ pg g P9 g >jg g Na 6 0,58 0,08 0,58 + 0,21 K 6 0,67 0,07 0,67 * 0,19 gdzie 'Z(x-xl n-l 48

4 Dokładność metody oszacoyjano na podstawie różnicy wyników oznaczania s o d u i p o t a s u w p r ó b k a c h, do których zostały one celowo w p r o w a d z o n e i i c h ś r e d n i e j zawartości w badanym m a t e r i a l e. O z n a c z a n e w i l o ś c i 10 pierwiastki wprowadzano do p r ó b e k, przed ich r o z p u s z c z e n i e m, w obję- t o ś c i 1 ml kvzorcov(ego roztworu o stężeniu m e t a l i 10 yg Dodawano 1 m l w o d y, 2, 5 ml 10 N H C l, rozcieńczano do o b j ę t o ś c i 2 5 ml i a n a l i z o w a no metodę d o d a t k ó w»»zorca. W y n i k i z e s t a w i o n o w tab. 4, T a b e l a 4. O c e n a dokładności metody analizy w ę g l a n u Oznaczany pierwiastek w Zawartość materiale litu Odzysk Dodano Błęd bezwzględny pg Na K Uwaga: P 9 g'"^ 0, ,61 + 0, ,00 0,45 10,53 + 0,63 t a b l i c y podano przykładowo w y n i k i s k r a j n y c h wartości błędów. O m ó w i e n i e w y n i k ó w, '.ynioski O p i s a n a m e t o d a pozwala na oznaczenie śladowych zawartości sodu i pow w ę g l a n i e litu w y s o k i e j tasu rzędu czystości. M e t o d a nie jest obcigżona błędem s y s t e m a t y c z n y m. Błjd dokładności m e t o d y jest z d e t e r m i n o w a n y przez jej precyzję i nie przekracza 6,9^0, co sugeruje brak znaczących błędów systematycznych. N i s k a w a r t o ś ć ślepej próby (zerowa - w s t o s u n k u do wody) jest możli- wa do o s i ę g n i ę c i a jedynie w przypadku o c z y s z c z e n i a kwasu solnego destylację poniżej temperatury w r z e n i a b e z p o ś r e d n i o w kolbach. P r z e p r o w a d z e n i e ny jak w p r z y p a d k u próbki przez oraz w y k o n a n i e ślepej próby ślepej próby w sposób identycz- (co nie oznacza identycznych warunków czenia) p r o w a d z i do u z y s k a n i a wyników z n a c z n i e p r z e w y ż s z a j ą c y c h doświadzawar- tości o z n a c z a n y c h pierwiastków w próbce i n i e p o w t a r z a l n y c h, w s k u t e k działywania z a n i e c z y s z c z e ń z o t o c z e n i a. W y k o n a n i e analizy w y m a g a dokładnego p r z y g o t o w a n i a naczyń laboratoryjnych oraz o g r a n i c z e n i a niezbędnego minimum kontaktu o d c z y n n i k ó w z otaczajęcę atmosferę rajęcą oznaczane p i e r w i a s t k i w ilościach w i e l o k r o t n i e ich zawartość w od- bardzo do (zawie- przewyższających analizowanym m a t e r i a l e j. Wpływ z a n i e c z y s z c z e ń z powietrza podczas rozpuszczania próbki jest w w a r u n k a c h doświadczenia elimi- nowany przez w y t w o r z e n i e nad powierzchnię cieczy ochronnej w a r s t w y dwutlenku w ę g l a w e f e k c i e powolnego dodawania kwasu solnego. W p ł y w m a t r y c y u w i d a c z n i a się w niewielkim spadku czułości oznaczeń: sodu - '2%, potasu - poniżej 2% i jest do z a n i e d b a n i a (podane w a r t o ś c i leżę w granicach błędu metody). U m o ż l i w i a to w y k o n y w a n i e analiz w ę g l a - nu litu metodę krzywej w z o r c o w e j przy u ż y c i u wzorców nie podstawowego s k ł a d n i k a zawierajęcych próbki. 49

5 w badanym zakresie stężeń oznaczanych pierwiastków zależność abscrbancji od stężenia ma charakter prostoliniowy, dzięki czemu możliwe jest również zastosowanie metody dodatków wzorca, w przeciwieństwie do techniki emisyjnej spektrometrii atomowej [2], Tło winno być eliminowane za pomocę układu korekcji tła w obozarje widzialnym; wartości stężeń oznaczanych pierwiastków odpowiadajęce sygnałom absorpcji niespecyficznej nie przekraczaj? 0,3 p3 g ^. LITERATURA 1. Spachidis C., Weitz A., Bachmann K.: Z. Anal. Chem. 306, 268 /19ei/ 2. Rutkowski W., Krupiński M.: Chen. Anal. 21, 707 /1976/ 3. TschSpel P., Kotz L., Schulz W., Veber M., TOlg G.: Z. Anal. Chem. 302, 1 /1980/ 4. Oddział Chemii Analityczne] lupac, Komisja Słownictwa, Zalecenia w zakresie przedstawiania wyników analiz chemicznych (tł. z jęz. ang.). Chem. Anal. 651, /1967/ (lekst dostarczono ) 50