Mintavétel szilárd anyagból

A szilárd mintákból való mintavételezés látszólag egyszerűnek tűnik, mert az anyag általában időben állandó, azonban az időbeni állandóság mellett a térbeli állandóság már nem biztos, sőt

40

nagyméretű objektumok (mintázandó anyag) esetén az inhomogenitás, mint az előző példánkból is látszott, jellemző ezekre a rendszerekre. Következésképpen, a szilárd anyagból való mintavétel esetén a reprezentatív átlagminta biztosítása a legfontosabb feladat.

Nagyméretű objektumok mintavételezésekor vagy véletlenszerűen jelöljük ki a mintavételi pontok helyét, vagy szabályos háló pontjain vesszük a 3.1.-ben meghatározott számú pontmintát. Fontos szabály, minél homogénebb a mintázandó objektum, annál kevesebb pontmintát kell venni.

Halmokban kúpszerűen ömlesztett anyag mintavételezésekor a talpponton 4 mintát veszünk 90^o-os osztással, továbbá a paláston 1-2 pontban a 90^o-os osztásnak megfelelően. Végül, a kúp csúcspontjából is kell venni mintát. A 4*(2 vagy 3)+1 pontminta vételének az oka a szemnagyság szerinti szeparálódás, mert sok esetben a kémiai összetétel a szemnagyság szerint is változik.

Az elemzés céljától és az objektum inhomogenitásától függően az alábbi lehetőségekkel találkozunk:

(i) Mintavétel homogén anyagból, általában termékből, (ii) Homogén anyag inhomogenitásainak mintavételezése,

(iii) Átlagminta képzése vagy közvetlen mintavétellel vagy pontmintákból.

3.2.1. Mintavétel homogén anyagból, általában termékből

Ebben az esetben a minta leválasztás, kimunkálása során arra kell vigyáznunk, hogy az esetleges szennyezések ne kerüljenek a mintába. Az objektum fizikai tulajdonságai határozzák meg a mintavétel módját, például fémekből fúróval képezhetünk forgácsokat kémiai összetétel meghatározásához, ömlesztett anyagokból kanállal, lapáttal vehetünk mintát, vagy speciális fúrót, mintavevő csövet alkalmazhatunk.

3.2.2. Homogén anyag inhomogenitásainak mintavételezése

Ebben az esetben az objektumból esetleg különböző időpontokban vett minták elemzésével az inhomogenitást kell feltárni. Például, fémöntvényekben lévő oxidok, zárványok meghatározására.

Ebben az esetben a mintavétel az inhomogenitást okozó rész kiemelése.

3.2.3. Átlagminta képzése vagy közvetlen mintavétellel vagy pontmintákból

A gyűjtött pontminták mindegyikének elemzése, különösen, ha a mintaszám nagy, meglehetősen megdrágítaná az elemzést, ezért a pontmintákból átlagmintákat képezünk, leggyakrabban az un negyedeléses eljárással. A pontminták mindegyikéből azonos mennyiséget egy halomban összekeverünk, majd szétterítjük egy a átmérőjű és a/10 vastagságú, kör alakú réteggé. Ügyeljünk

41 megelégszünk azzal, hogy az analitikai minta átlagos szemcsetömege 0,2-1 mg legyen. Ugyanis, ebben az esetben biztosítható, hogy a mintavételezésből származó hiba kisebb legyen 0,1 %-nál,

min = -met, a legkisebb szemcse tömegét helyettesítjük, ahol: d a szemcse átmérője, ρ a tömege, m_minta a minta tömege, p a komponens koncentrációja a mintázott objektumban, s az analízis (mintavételtől laboratóriumi műveletekig) hibája p-vel azonos mértékegységben, akkor a laboratóriumi minta szemnagysága is előre számítható. A minta tömegének megállapításához figyelembe kell venni a bemérés tömegét, a párhuzamosok számát és természetesen azt, hogy a mintából ellenőrző mintát kell megőriznünk a labor és esetleg a hatóság(ok) számára.

A szilárd anyagok mintázásakor a 3.2.1. fejezetben említett eszközöket használhatjuk, azonban talajok, hulladéklerakók, ömlesztett anyagok esetén az alábbi eszközök használata terjedt el:

Ásó, lapát: Felszín közeli, bolygatott minták esetén,

Pürckhauer-féle szúróbot: 1-2 m- mélységig; csak kis mennyiségű durva frakció esetén;

a minta egy oszlopban, teljesen bolygatatlanul kitermelhető,

Edelman-fúró: Több méter mélységig; számos típusú cserélhető fúrófej a különböző talajokhoz; bolygatott mintavételre alkalmas; fennáll a veszélye, hogy kiemeléskor a felsőbb rétegek szennyezik a mintát,

Motoros talajfúrók: Nagyobb mélységből történő mintavétel, illetve nagyszámú minta esetén.

3.2.4. Kondicionálás

Szilárd minták esetén a kondicionálás célja az, hogy minta ne vegyen fel nedvességet, ne folyósodjon el, a szemcsék ne málljanak el,

esetleges szerves komponensei ne bomoljanak el.

42

A feladat az esetek zömében exszikkátorban való szárítással megoldható, az elvárt egyensúlyi nedvességtartalmat biztosító szárító anyag használatával.

Különösen szerves anyagok esetén, vákuumszárító szekrényeket használnak, mert a kisebb hőmérséklet miatt az anyag nem bomlik el. Tökéletes, súlyállandóságot biztosító kondicionálást akkor érünk el, ha szárító szekrényben, akár 200-250 ^oC-on szárítjuk a mintát.

FONTOS: a szárítási veszteséget meg kell határozni és az elemzési adatok között, mint nedvességtartalmat meg kell adni.

A kondícionálás, vagy mintatartósítás másik lehetősége a hűtés fagyasztás. Ezt főleg biológiai mintáknál kell alkalmazni, de szükség lehet erre talaj esetében is, ha olyan komponens vizsgálata a feladat, amelyet a talajban lévő biológiai egyedek az analízis időpontjáig megváltoztathatnak.

3.2.5. A minta oldása, feltárása

A szilárd, szárított anyagot a kémiai analízis céljára oldatba kell vinni. Ebből a szempontból a vizsgálandó anyagok:

vagy vízben ill., híg ásványi savas oldatokban, különleges esetekben lúgok vizes oldataiban feloldhatók,

vagy az előbbiekben oldhatatlanok, amelyek feltárással (savas vagy lúgos ömlesztéssel /hevítéssel/) vízoldhatóvá tehetők. Ha a szárítás a mintában olyan változást is eredményez, amelyik a mintelőkészítést lényegesn bonyolultabbá teszi, vagy a mérendő komponenst nem megengedhető módon átalakítja, a mintaelőkészítést szárítatlan mintából kiindulva végezzük. A mérési adatokat azonban a nedvességtartalom ismeretében száraz állapotra átszámolva adjuk meg. Megadhatjuk a nem szárított állapotra is, de ekkor ezt fel kell tüntetni és a nedvességtartalom adatokat mellékelni kell.

Vízben jól oldhatók a kloridok, a nitrátok, a szulfátok legtöbbje, különösen alkáli elemekkel alkotott sóik. Savakban a fémek, a fémoxidok, a karbonátok szinte mindegyike feloldható (lúgokban is némely átmeneti fém és oxidjaik).

Fémek oldása redox reakció. Az oldó sav kiválasztásához támpontúl szolgálhat a fém hidrogénhez viszonyított helyzete a fémek feszültségi sorában. A hidrogén után található elemek csak oxisavban lesznek oldhatók, így pl. a réz sósavas oldásával nem érdemes próbálkozni. Kénsavban (noha nem ez a legalkalmasabb sav a réz oldására) melegen a réz is feloldódik kéndioxid fejlődés közben. A fém oxidok oldódása sav-bázis reakció, igy a fenti szabály nem nyújt segítséget. Az átmeneti fémek oxidjainak karaktere változik a fém oxidációs számával, ezt az oldószer kiválasztásakor számításba kell venni.

A minta oldatba vitelét a következő sorrendben célszerű megkísérelni:

43 hideg desztillált víz,

meleg vagy forró desztillált víz,

1:1 hígítású sósav (a sósav feleslege bepárlással eltávolítható),

1:1 hígítású salétromsav (oxidáló képessége az oldást elősegítheti, feleslege azonban zavarhatja az analízist),

a cc. kénsav a szulfidos, arzénes ércek és antimon-, ón-tartalmú ötvözetek jó oldószere.

Az oldáshoz szükséges sav mennyiségét csak kis feleslegben szabad alkalmazni. A túl sok oldószer más vegyszerek (például közömbösítésre használtak) túlzott mértékű felhasználását eredményezi,

3.1. táblázat mintaelőkészítésnél használt anyagok mennyiségének minimalizálása analitikai szempontból is fontos. A segédanyagokban lévő szennyezők ugyanis visszamaradnak és növelik az un. vak értéket.

A vak érték meghatározza a mérhető legkisebb koncentrációt a mintában. A gyakorlatban követett szabály szerint adott komponens koncentrációjának meghatározását a mintában a vakérték tízszeresétől lehet elvégezni.