Atomispektroskopia kaivosteollisuudessa

Samankaltaiset tiedostot
ICP-OES JA ICP-MS TEKNIIKAT PIENTEN METALLIPITOISUUKSIEN MÄÄRITYKSESSÄ. Matti Niemelä, Oulun yliopisto, kemian laitos

TUTKIMUSSELOSTE. Tarkkailu: Talvivaaran prosessin ylijäämävedet 2012 Jakelu: Tarkkailukierros: vko 2. Tutkimuksen lopetus pvm

FINAS-akkreditoitu testauslaboratorio T 025. SELVITYS ENDOMINES OY:n SIVUKIVINÄYTTEIDEN LIUKOISUUDESTA

Seoksen pitoisuuslaskuja

17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L

17VV VV 01021

Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

Malmi Orig_ENGLISH Avolouhos Kivilajien kerrosjärjestys S Cu Ni Co Cr Fe Pb Cd Zn As Mn Mo Sb

VTT:n kaasutustekniikan erikoismittaukset. Sanna Tuomi, Matti Reinikainen , PIKOKAASU-seminaari VTT Technical Research Centre of Finland

Top Analytica Oy Ab. XRF Laite, menetelmät ja mahdollisuudet Teemu Paunikallio

Alikuoret eli orbitaalit

Korkean suorituskyvyn lämpökameran käyttö tulipesämittauksissa. VI Liekkipäivä, Lappeenranta Sami Siikanen, VTT

metallianalytiikan työkalu

Í%SC{ÂÂ!5eCÎ. Korvaa* Kevitsan vesistötarkkailu, PERUS, marraskuu 2018

Kevitsan vesistötarkkailu, perus, syyskuu 2018

Metallien ympäristölaatunormit ja biosaatavuus. Matti Leppänen SYKE,

TUTKIMUSSELOSTE. Tutkimuksen lopetus pvm. Näkösyv. m

Kannettavan XRF-analysaattorin käyttö moreenigeokemiallisessa tutkimuksessa Pertti Sarala, Anne Taivalkoski ja Jorma Valkama

TUTKIMUSTODISTUS 2012E

TURUN JÄTTEENPOLT- TOLAITOS SAVUKAASUJEN RASKASMETALLI- JA DIOKSIINIMITTAUKSET 2013

Tepsa ja Palojärvi: Kohteellisten moreeninäytteiden uudelleenanalysointi

Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

CABB Oy polttolaitos. 1. Prosessin toiminta

Ympäristölupahakemuksen täydennys

JÄTEHUOLLON ERIKOISTYÖ


Institut für Umweltschutz und Energietechnik. Raportti nro /02. Clouth-OIL-EX-öljynimeytysmaton tutkimuksista

Nikkeliraaka-aineiden epäpuhtausprofiilin määritys

Kuusakoski Oy:n rengasrouheen kaatopaikkakelpoisuus.

Firan vesilaitos. Laitosanalyysit. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

Eksimeerin muodostuminen

Määräys STUK SY/1/ (34)

CABB Oy polttolaitoksen toiminta Prosessin toiminta

Spektrofotometria ja spektroskopia

KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari

Kemialliset menetelmät kiinteille biopolttoaineille

HEVOSENLANNAN PIENPOLTTOHANKKEEN TULOKSIA. Erikoistutkija Tuula Pellikka

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Epäpuhtauksien määritys epäorgaanisista matriiseista ja ICP-MS-tekniikassa esiintyvät häiriöt

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Tutkimustodistus AR-18-RZ Sivu 1/5 Päivämäärä

Taustapitoisuusrekisteri TAPIR. Timo Tarvainen Geologian tutkimuskeskus

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Analyysi Menetelmä Yksikkö Kaivovesi Tehdasalue P1. 148,4 Alkaliniteetti Sis. men. O-Y-003 mmol/l < 0,02 Väriluku. lämpötilakompensaatio

KEHÄVALU OY Mattilanmäki 24 TAMPERE

Vastauksia HAPA _ tarjouspyyntöön kohdistuneisiin kysymyksiin

Säteilyturvakeskuksen määräys turvallisuusluvasta ja valvonnasta vapauttamisesta

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

Tampereen Infra Yhdyskuntatekniikka

Poltossa vapautuvien metallien laserdiagnostiikka

ENERGIA- JA METSÄTEOLLISUUDEN TUHKIEN YMPÄRISTÖKELPOISUUS

ICP-MS, laitteen toiminta

LIITE 4. Pintavesitarkkailutuloksia

Neulastutkimus Tampereen Tarastenjärvellä

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

energiatehottomista komponenteista tai turhasta käyntiajasta

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

t\~~..'r l F VALE GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Väli-Suomen aluetoimisto M19/2443/-95/1/10 Ruukki Niemelä Kaj Västi

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

DistanceMaster One. Laser 650 nm SPEED SHUTTER

ENTINEN ÖLJYVARASTOALUE ÖLJYSATAMANTIE 90, AJOS, KEMI

Dibentso-p-dioksiinien ja dibentsofuraanien ekvivalenttikertoimet

Liite 1 (1/2) ISO/DIS µg/l

TUTKIMUSALUEEN SIJAINTI Tutkimusalue sijaitsee 8 km Haapajärven keskustasta etelään, Pihtiputaan ja Reisjärven teiden välisellä alueella, karttalehdel

Pehmeä magneettiset materiaalit

Näytenumero Näytetunnus Tunnus Ottopvm. Näytteenottaja Saapunut pvm. Tutkimus alkoi Tutkimus valmis

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

Metallien määritys elintarvikkeista

2. Koska f(5) > 8 ja yhdeksän pisteen varaan voidaan virittää kupera viisikulmio, niin f(5) = 9.

Miksi ja millaista hulevesikohteiden seurantaa tarvitaan? Uudet hulevesien hallinnan Smart & Clean ratkaisut Kick Off

Kuva Kuerjoen (FS40, Kuerjoki1) ja Kivivuopionojan (FS42, FS41) tarkkailupisteet.

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Laboratorioanalytiikan kehittyminen

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

Haitta-aineiden sitoutuminen sedimenttien stabiloinnissa. Satamien ympäristöverkon teemapäivä,

Limsan sokeripitoisuus

LÄMPÖTILAN MITTAUS VASTUSANTUREILLA

Tutkimuskohteen sijainti: Eli järvi 1 :

Siilinjärven Asbestipurku ja Saneeraus Oy Kari Rytkönen Hoikintie PÖLJÄ. Näytteet vastaanotettu: Kauppis Heikin koulu, Iisalmi

Standardien merkitys jätelainsäädännössä

. NTKIW(iKOHTEEN SIJAINTI KARTAN MITTAKAAVA 1 :

LIITE nnn GTKn moreeninäytteet Suhangon alueelta.! = analyysitulos epävarma

Endomines Oy:n Pampalon kaivoksen tarkkailu loka marraskuu 2015

Vinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1

Maaperän pilaantuneisuuden tutkimusraportti

KaliVesi hankkeen keskustelutilaisuus. KE klo 18 alkaen

SULFAATINPOISTOSSA SYNTYVÄN KIPSISAKAN JÄTELUONTEEN ARVIOINTI JÄTELUOKITUSTA VARTEN

RIMPIKOIVIKON ZN-PB AIHEEN GEOKEMIALLISET TUTKIMUKSET JA POKA-KAIRAUS OULAISISSA

Orgaanisten epäpuhtauksien määrittäminen jauhemaisista näytteistä. FT Satu Ikonen, Teknologiakeskus KETEK Oy Analytiikkapäivät 2012, Kokkola

Jäähdytysturva Oy Koivukummuntie Vantaa puh (0) info@jaahdytysturva.fi

Luonnonmukaiset biosuodatusratkaisut hulevesien ravinne-, raskasmetalli- ja mikromuovikuormituksen hallinnassa

Mittaustarkkuus ja likiarvolaskennan säännöt

Järvenpää Järvenpää Satukallio Järvenpää Haarajoki Uimahalli

Käyttöopas (ver Injektor Solutions 2006)

Transkriptio:

Atomispektroskopia kaivosteollisuudessa Sopivan tekniikan tarvelähtöinen valinta Harri Köymäri 1 Atomispektroskopia AA ICP-OES ICP-MS 2 1

Absorptio ja emissio Energia Viritystilat Perustila Alkuaineen uloimman elektronikehän elektroni voidaan virittää antamalla atomille riittävästi energiaa Jokaisella alkuaineella on erilainen energiakaavio viritystilat poikkeavat toisistaan 4 AAS Atomic Absoption Spectrophotometer AAS mittaa atomisointiyksikössä (liekki, uuni) tai kaasuputkessa absorboituvan valon määrän (myös emissio käytettävissä joillakin alkuaineilla). Lämpötila 2000-3000 C Sopii hyvin yksittäisten alkuaineiden analytiikkaan 5 2

AAS optiikan rakenne Peili Peili D 2 lamppu Säteenjakaja Poltin Peili Peili Lampputeline Uuni Detektorina valomonistinputki tai puolijohde 6 AAS vahvuuksia Laajalti tunnettu tekniikka Ollut käytössä Suomessa jo vuodesta 1965 lähtien Liekki-AAS on helppokäyttöinen laitteisto, jonka käyttöön lukuisat laboratorion henkilöstön jäsenet omaavat kokemusta 9 3

ICP-OES Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer Plasma Monokromaattori Detektori ICP-OES mittaa plasmassa vapautuvan valon määrän. Lämpötila 8000-10000 C 10 ICP-OES detektorina on kamera 2-ulotteinen spektri Jatkuva spektri (tähtitaivaskuva) 12 4

Lämpötilan vaikutus emissioon Aallonpituus (nm) 200 300 400 600 800 nm 6000-8000 K ICP-OES ja ICP-MS As Pb Mn Mg Cu Ca Ba Na Li K 3000 K AAS N 2 O Mg Cu Ca Ba Na Li K 2000 K Ca Na Li AAS ilma/aset. K Liekkifotometri 15 15 ICP-OES vahvuuksia Korkeampi lämpötila mahdollistaa useampien alkuaineiden mittaamisen kuin AAS-tekniikka Samalla kerralla näytteestä voi mitata useita alkuaineita Nopea Helppokäyttöinen Ei atomisointiongelmia Sietää vaikeitakin matriiseja (korkeat happopitoisuudet, paljon kiintoainetta) Erittäin käyttökelpoinen kevyiden alkuaineiden ja alkali- sekä maa-alkalien analytiikassa 16 5

ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer 17 ICP-MS toimintaperiaatteesta Alkuaineet tunnistetaan massaluvun perusteella ja pitoisuus määritetään signaalin voimakkuuden avulla käyttämällä tunnetun pitoisuuden omaavia standardeja 56 Detektorina elektronimonistin (=dynodi) Fe 54 Fe 57 Fe Lämpötila 6000-10000 C 18 6

ICP-MS vahvuuksia Samalla kerralla näytteestä voi mitata useita alkuaineita Nopea Helppokäyttöinen Ei atomisointiongelmia Soveltuu erittäin hyvin pienten pitoisuuksien mittaamiseen Mitä raskaampi alkuaine on sitä helpommin se on mitattavissa 21 ICP-OES ja ICP-MS vertailua ICP-MS herkkyys on yli 1000x ICP-OES verrattuna. Alla olevissa spektrikuvissa on 10 µg/l vanadiini mitattuna eri tekniikoilla. ICP-MS-tekniikan suurempi mittausherkkyys mahdollistaa matalimpien pitoisuuksien mittaamisen Massaspektri on emissiospektriin verrattuna hyvin selkeä ICP-OES ja ICP-MS täydentävät toisiaan hyvin (useissa laboratorioissa käytetään molempia tekniikoita) ICP-OES (IDL 0.2 µg/l) ICP-MS (IDL 0.0001 µg/l) 22 7

Mitattavista alkuaineista Tekniikka Mitattavien alkuaineiden lkm AAS 50 ICP-OES 70 ICP-MS 80 24 Mitattavista pitoisuuksista HR-ICP-MS Q-ICP-MS (kvadrupoli) ICP-OES AA uuni AA liekki 1ppq 1ppt 1ppb 1ppm 1000ppm 100% 25 8

Samalla kerralla mitattava pitoisuusalue AA-laitteella valmistetaan tyypillisesti viiden standardin sarja ja mittaus tehdään kapealla pitoisuusalueella (yleensä 1:10, maksimi 1:15) ICP-OES-laitteella valmistetaan tyypillisesti nollaliuos ja yksi tai kaksi standardia. Mittaus tehdään kerralla laajalla pitoisuusalueella (minimi 1:1000) ICP-MS-laitteella mittaus tehdään kerralla laajalla pitoisuusalueella (minimi 1:100.000) 26 Mitattavista näytteistä Näytteen sisältämien liuenneiden suolojen pitoisuuden ollessa suhteellisen korkea (yli 0,2 %) ovat liekki-aas ja ICP-OES suositeltavia tekniikoita, koska mittaus voidaan tehdä ilman laimennosta Korkeita kloridipitoisuuksia sisältävien näytteiden mittaaminen on epäedullista grafiittiuunitekniikalla Käytettäessä ICP-MS-tekniikkaa on normaali toimintatapa laimentaa näytteet niin että liuenneiden suolojen pitoisuus on enintään 0,2 %. Argonkaasulaimennoksella voidaan rajoittaa plasmaan menevää ainemäärää mitattaessa väkeviä liuoksia (mahdollistaa väkevien liuosten mittaamisen). 27 9

Nopeus Mittausnopeudesta atomispektroskopia ICP-OES ICP-MS AA liekki AA uuni Havainnointialaraja Tekniikka Alkuaineiden lkm ajossa Aika per ajo AA liekki Yksi alkuaine 30 s AA uuni Yksi alkuaine 3-5 min ICP-MS Kaikki alkuaineet 1-3 min ICP-OES Kaikki alkuaineet 0.5-3 min 28 AAS, ICP-OES ja ICP-MS kaivosteollisuuden analytiikassa 33 10

AAS AAS on käyttökelpoinen tekniikka kun näytteiden ja alkuaineiden lukumäärä on suhteellisen pieni päivittäisellä tasolla. STM:n asetuksen mukaiset Fe ja Mn ovat helposti mitattavissa liekki-aas-tekniikalla Näytteensyöttäjän käyttö on yleistynyt viime vuosina merkittävästi Näytteistä voidaan ajaa eri alkuaineet peräkkäisinä sarjoina, mikä tehostaa käyttöä Tarvittaessa järjestelmään voidaan yhdistää myös in-linelaimennin 35 AAS AAS:n käyttö on vähentynyt suomalaisissa laboratorioissa viimeisten 20 vuoden ajan Grafiittiuunien menekki on vähentynyt voimakkaasti ja kyseisten laitteiden tilalle on hankittu ICP-MSlaitteita Laitteisto on säilyttänyt suosionsa osassa laboratorioista Suhteellisen edullinen hankintahinta 36 11

ICP-OES Kaikkien vesinäytteiden alkuaineet kerralla ICP-OES soveltuu useisiin kohteisiin hyvin, koska korkeat pitoisuudet tai mahdollinen kiintoaines eivät estä mittauksia 37 Suorasyöttö ja loop Suorasyöttö on perinteisenä tekniikkana tuttu ja turvallinen - helppokäyttöinen ja varmatoiminen Loop-tekniikka tuli ICP-OES-laitteisiin vuonna 2013 ja on osoittautunut luotettavaksi vähentää muistiefektiä ja nopeuttaa mittauksia. Sopii erittäin hyvin kohteisiin, joissa ajetaan erilaisia näytteitä voimakkaasti vaihtelevilla pitoisuustasoilla 38 12

Keraaminen soihtu Korkean suolapitoisuuden sisältävien näyttei-den mittauksen yhteydessä keraaminen soihtu likaantuu minimaalisesti. Samanlaisessa käytössä lasinen soihtu vaurioituu (säröytyy). Keraamisen soihdun muistiefekti on vähäinen. Pesu vedellä tai kuningasvedellä. 40 Keraaminen Duo soihtu 6 h mittaus litiumtetraboraattisulateliuosta (pitoisuudet mg/l) 41 13

ICP-MS ICP-MS on hyvin suosittu tekniikka erilaisten vesien analytiikassa. STM:n vaatimukset täyttyvät helposti. Erityisesti Sb ja Pb ovat mitattavissa helposti ja tarkasti pienissäkin pitoisuuksissa Oman haasteensa asettavat kasvava näytekirjo vaihtelevine alkuainepitoisuuksineen 47 Laimentava näytteensyöttäjä Näytepitoisuuden ylittäessä korkeimman standardin laskee ohjelmisto tarvittavan laimennoskertoimen Näytteen automaattinen laimennos (max 1:5000) Muistiefekti tyypillisesti alle 1:5000. 48 14

Kromin spesiaatio vedestä IC-ICP-MS kytketty tekniikka Dionex ICS-900 & AG7 (2x50mm) kolonni Dionex NG1 (RP kolonni) Isokraattinen ajo 0.35 mol L -1 HNO 3 Yllä näytteenä juomavesi, jossa Cr (VI) pitoisuus on 42.5 ng/l 54 Seleenin mittaaminen paljon nikkeliä sisältävissä jätevesissä Nikkelin aiheuttamia häiriöitä seleenin mittauksessa 58 Ni + 16 O = Massaluku 74 = 74 Se 60 Ni + 16 O ( 58 Ni + 18 O) = 76 = 76 Se 62 Ni + 16 O ( 60 Ni + 18 O) = 78 = 78 Se 64 Ni + 16 O ( 62 Ni + 18 O) = 80 = 80 Se 64 Ni + 18 O ( 62 Ni + 18 O) = 82 = 82 Se Mittaus on erittäin vaikea toteuttaa kvadrupoli-icp- MS-tekniikalla, mutta myös HR-ICP-MS-tekniikalla: määritysalaraja ei ole analytiikan kannalta riittävän matala 56 15

Seleenin mittaus prosessivedestä ICP-MS-MS-tekniikalla (Thermo icap TQ) 96 [SeO] + m/z 96 64 Ni 16 O +, 79 Br 1 H +, 40 Ar 40 Ar + O 2 80 Se + 80 Se 16 O + m/z 80 H 2 O +, H 3 O +, Ni +, 96 Zr +, 96 Mo + 80 Se + Kolme kvadrupolia (Q1, Q2 ja Q3) ja kaasukenno muodostavat tehokkaan järjestelmän, joka takaa häiriövapaat ja tarkat mittaukset käytettäessä erilaisia reaktiivisia kaasuja. 57 Arseenin määritys kobolttimatriisista Koboltti muodostaa ICP-MS-laitteistossa oksidia, 59 Co 16 O, jonka signaali häiritsee voimakkaasti 75 As mittausta. 75 As muutetaan 75 As 16 O-muotoon käytettäessä O 2 -moodia ICP-MS-MS-laitteistolla CoO aiheuttama häiriösignaali massaluvulla 75 on noin 5000x pienempi kuin perus-icp-mslaitteistolla (O 2 -moodissa). Alla olevassa taulukossa on verrattu arseenin mittaustuloksia ICP-MS-MS- ja perus-icp- MS-moodin välillä. Lukemat ovat yksiköissä µg/l. 64 16

Tarkoituksenmukaisuuden arviointi Laitetekniikkaa valittaessa kannattaa huomioida seuraavia asioita: Näytematriisi Mitattavien näytteiden ja alkuaineiden lukumäärä Havainnointi- ja määritysalarajat Häiriönpoiston tehokkuus Mittausnopeus Mikään yksittäinen atomispektroskopialaite ei ole optimaalinen ratkaisu kaikkiin mahdollisiin analyyttisiin haasteisiin. Useat haasteet voidaan ratkaista erilaisilla mittaustekniikoilla. 71 Yhteenveto Hosmed Oy tuotteet ja palvelut Hapot Standardit Märkäpoltto ICP-OES (+ICP-MS, AAS) Asennus ja koulutus Huolto Käyttäjätuki Käyttäjäpäivät 72 17