DETERMINAREA LITIULUI DIN APELE REZIDUALE

Introducere

In cadrul acestui proiect se determina

prezenta litiului din apele reziduale

prin urmatoarele metode instrumentale:

● Spectrometria de emisie in flacara(Fotometria de flacara/ flamfotometria)

● Spectrometria de masa cu plasma cuplata inductiv(ICP-MS)

● Electoforeza capilara

● Analiza prin absorbtia atomica

1.Spectrometria de emisie in flacara(Flamfotometria)

1.Principiul metodeiAceastă metodă este o variantă simplificată a spectroscopiei deemisie în care sursa de excitare este o flacără.

Spectrul de emisie al unui atom se obţine prin excitarea termică a

acestuia, după aducerea în prealabil în stare de vapori, deci prinaducerea probei la o temperatură suficient de ridicată încâtmoleculele acesteia să disocieze în atomi, care emit apoi spectrecaracteristice.Spectrele atomice ale elementelor sunt determinatede electronii de valenţă, fiind una dintre proprietăţile periodice.

Pentru litiu lumina are lungimea de unda 670,8nm .

2. Aparatura

● pulverizator pneumatic

● arzător

● monocromator

● fotomultiplicator

● amplificator

● instrument de masura

3.Reactivi

Li Standard -concentratie 1000ppm

4. Mod de lucru

Cu ajutorul unui pulverizator pneumatic soluţia de analizat este adusă în arzătorul alimentat cu aer sau oxigen de la o sursă (de exemplu un cilindru sub presiune) unde arde cu o flacără - gazul combustibil. Radiaţia emisă, mai exact spectrul emis, este monocromat cu ajutorul filtrului sau monocromatorului, care selectează lungimea de undă dorită. Curentul fotoelectric ce ia naştere în fotomultiplicator este amplificat de un amplificator şi înregistrat . In aceleasi conditii ca proba analizata se face o curba de etalonare corespunzatoare litiului.

2 Spectrometria de masa cu plasma cuplata inductiv(ICP-MS)

1.Principiul metodeiDeterminarea litiului prin spectrometria de masa cu plasma cuplata inductivconsta in urmatoarele etape:• introducerea solutiei de masurare intr-o plasma indusa prin

radiofrecventa(ex: nebulizare pneumatica) unde procesul de transfer de energie generat de plasma produce dizolvarea, atomizarea si ionizarea elementelor

• extractia ionilor din plasma printr-o interfata de pompare diferentiala sub vid cu sistem optic ionic integrat si separarea cu un spectrometru de masa pe baza raportului masa-sarcina

• transmiterea ionilor in unitatea de separare a maselor si detectia utilizand, in mod obisnuit, un sistem multiplicator de electroni continuu cu diode si procesarea informatie ionice printr-un sistem de prelucrare a datelor

• determinarea cantitativa dupa etalonare cu solutie de etalonare

2. Aparatura ● Spectrometru de masa- este necesar un

spectrometru de masa cu plasma cuplata inductiv. Aparatul poate fi prevazut cu un sistem de detectie in domeniul de liniaritate dinamica, clasic sau performant.

● Regulator de debit masic- este necesar pe alimentarea cu gaz a nebulizatorului

● Nebulizator cu pompa peristaltica cu viteza variabila

● Alimentare cu argon, de inalta puritate

● Sticlarie

4. Mod de lucru• Se regleaza parametrii instrumentali ai sistemului ICP-MS in conformitate cu

instructiunile producatorului.

• Cu aproximativ 30 minute inainte de masurare, se ajusteaza aparatul la conditiile de lucru.

• Se regleaza aparatul cu ajutorul unei solutii de optimizare care serveste la etalonarea masica si pentru optimizarea conditiilor de functionare ale aparatului.

• Se precizeaza masele atomice relative si corectiile corespunzatoare.

• Se precizeaza timpul de spalare in functie de lungimea circuitului.

• Se etaloneaza sistemul ICP-MS cu ajutorul solutiilor de etalonare martor si a solutiilor de etalonare monoelement si se realizeaza graficul de etalonare. Se iau in considerare posibile discrepante in compozitia izotopica intre solutia de etalonare si solutia de masurare.

• Se masoara probele .Eliminarea prin spalare a litiului din sistemul de injectie a probei este foarte lent.Dupa masurarea unor semnale inalte, aceste efecte de memorie trebuie verificate prin masurarea unei solutii de etalonare.

3. Metoda electroforezei capilare

1.Principiul metodei

Aceasta metoda este bazata pe migrarea diferentiala si separarea cationilor in camp electric, datorita diferentei mobilitatii electroforetice a cationilor.Identificarea si determinarea cantitativa a cationilor analizati este imbunatatita de detectarea indirecta prin masurarea absorbtiei UV la o lungime de unda de 254nm.

2. Aparatura ● Sistem de electroforeza capilara CAPEL

3. Mod de lucru 3.1 Proceduri preoperationale• Acestea includ: selectarea probelor, pregatirea capilarului, prepararea

solutiilor auxiliare si pentru calibrare a aparatului de electroforeza capilara CAPEL.

• Aparatul se calibreaza prin masurarea semnalelor date de solutiile de calibrare.Stabilitatea caracteristicii de calibrare este verificata direct inainte de analizarea probei prin inregistrarea unuia din amestecurile de calibrare.

3.2 Procedura de masurare• Cel putin doua specimene pot fi analizate pentru fiecare proba

apoasa.Daca concentratia cationilor de litiu din proba supusa masurarii este deasupra limitei curbei de calibrare este necesar sa se dilueze proba cu apa distilata.

• Concentratia litiului din apele reziduale, determinata prin aceasta metoda , este intre valorile urmatoare: 0,02-2,0 mg/l.

4. Analiza prin absorbţie atomică 1.Principiul metodei Ionii din soluţia de analizat, prin pulverizare (sau nebulizare) pătrund o

dată cu gazul purtător într-o zonă cu temperatura ridicată şi devin atomi. Aceştia trebuie aduşi într-o stare energetică potrivită în vederea favorizării absorbţiei şi reducerii la minim a emisiei. Acest lucru se realizează în flăcări cu temperaturi din domeniul 2000-3000K (obţinute de exemplu folosind arzătoare cu aer-acetilenă). La aspirarea soluţiei într-o flacără se petrec, într-o succesiune rapidă,următoarele etape:

• evaporarea solventului până la un reziduu solid;

• vaporizarea solidului şi disocierea în atomii componenţi, care dau, într-o primă etapă,atomi în stare fundamentală;

• final, o parte din atomii pot fi aduşi în stare excitată, preluând căldura din flacără şi devenind atomi excitaţi, care constituie ei înşişi surse de radiaţii. Spectrul de emisie rezultant constă din linii caracteristice mai ales ale atomilor dar şi ale ionilor excitaţi care pot apărea

4.Metoda clasica de determinare a litiului din apele reziduale

1.Principiul metodeiPrin aceasta metoda litiul precipita in reactie cu periodatul de potasiu,iar precipitatuleste titrat iodometric folosind solutie standardizata de tiosulfat de sodiu .

2. Mod de lucru • Se imerseaza un flacon de 100mL care contine proba de analizat intr-o baie de apa

mentinand la 60-70oC si dupa cateva minute se adauga 2 mL de periodat de potasiu, picatura cu picatura.

• Se lasa precipitatul sa se linisteasca la la 60-70 grade Celsius pentru 20 minute si apoi se filtreaza. Se spala precipitatul cu patru portiuni succesive de 2 mL de KOH 5N, adaugat incet cu pipeta.

• Se transfera precipitatul intr-un flacon de 200 ml, se adauga apa distilata si 5 mL de H2SO4 pentru a asigura formarea solutiei.

• Se titreza solutia de periodat cu solutie de Na2S2O6 , standardizata prin titrarea unei cantitati cunoscute de litiu prin aceeasi pocedura.

• Se adauga 2g KI si apoi se titreaza iodul eliberat cu Na2S2O6 , folosind ca indicator amidonul. Pentru cantitati de litiu mai mari de 10 mg se adauga in exces bicarbonat de sodiu si apoi se titreza iodul liber cu arsenit de sodiu 0,1 N, folosind amidon ca indicator.

5. Comparatie intre metodele de analiza clasice si cele instrumentale

• Metodele clasice de analiza au urmatoarele avantaje: procedeele sunt simple, se bazează în general pe măsurători absolute, iar echipamentul necesar nu este scump. Dezavantajele acestor metode sunt: uneori lipseşte specificitatea, realizarea unei analize ia, de obicei, un timp destul de lung, precizia scade odată cu micşorarea cantităţilor de probă.

• Metodele instrumentale prezinta avantajele: determinarea este foarte rapida, pot fi utilizate probe mici, pot fi cercetate probe complexe, sensibilitatea este ridicata, dau un grad de mare siguranta rezultatelor masuratorilor. Dezavantajele metodelor instrumentale sunt: necesitatea unei etalonari initiale a aparatului si costul mai ridicat al acestuia.

• Din prezentarea avantajelor si dezavantajelor metodelor clasice, respectiv metodelor instrumentale reiese ca alegerea uneia dintre aceste metode se face in functie precizia dorita si de complexitatea probei de analizat.

6. Concluzii

• Analiza instrumentala permite determinarea precisa a concentratiei litiului din apele reziduale, avand un grad de reproductibilitate ridicat.

• Concentratia nu se determina in general direct, ci prin intermediul unei curbe de etalonare.

• Aparatele sunt mai costisitoare, dar si probele analizate pot fi mai complexe, uneori putand fi determinate concentratiile mai multor elemente din aceeasi proba.

Bibliografie:• H. I. Nascu, L. Jantschi, „Chimie analitica si instrumentala”, Ed. Academic Pres &

AcademicDirect, 2006

• „Journal of the Oceanographical Society Of Japan” , Vol.36, pp196 to 200, 1980

• „Backgroung Reading: Harris”, 7th ed., Chap.21

• „Skoog, West, Holler and Crounch”, 7th ed., Chap.23F, pp626-631

• S. Manescu, „Chimia sanitara a mediului”, Editura Didactica si Pedagogica, 1980

• SR ISO 5667-10

• SR EN ISO 17294-2

• en.wikipedia.org/wiki/Lithium

• www.ksu.edu.sa/sites/Colleges/Arabic • Colleges/CollegeOfScience/ChemicalDept/DocLib

• F.J. Welcher Editor , „Standard Methods of chemical analysis”, Vol 1-3

• www.ohiolumex.com