194627. lajstromszámú szabadalom • Berendezés kéntartalmú anyagok, főként szerves vegyületek és szerves eredetű anyagminták mikro-ultramikro kénanalízisére
1 194 627 2 A találmány tárgya berendezés kéntartalmú anyagok, főként szerves vegyületek és szerves eredetű anyagminták mikro-ultramikro kénanalízisére, a minta kéntartalmának kénoxidokká való oxidativ átalakítása, majd a ként-oxidok kénsavvá való konverziója és a kénsav izolálása után a sav mennyiségi meghatározásával. Az ismert kénvegyületek nagy száma és az új kénvegyületek - pl. gyógyszerek, növényvédőszerek, ipari alap- és segédanyagok, adalékanyagok stb. — előállítása, illetve ezek előállítására irányuló széles körű kutató-fejlesztő tevékenység, továbbá a legkülönbözőbb anyagokkal szemben támasztott, nemzetközileg is egyre szigorúbb minősítési követelmények szükségessé teszik a különböző típusú és eredetű minták kénanalízisére kidolgozott módszerek korszerűsítését, új megoldások kidolgozását. Tekintettel a növekvő követelményekre, azaz nagypontosságú, jól reprodukálható, érzékeny, gyors, automatizálható vagy automatizált, általánosan alkalmazható és olcsó üzemű mikro-ultramikro módszerek iránti igényekre, kívánatos, hogy az új eljárások, illetve a kénanalízis folyamata, nevezetesen a minta elbontása - feltárása, roncsolása, mineralizálása — , és az ezt követő detektálás az előbbi igényeket együttesen kielégítse. Szerves anyagok kéntartalmának meghatározását csaknem kivétel nélkül mintaroncsolásnak kell megelőznie. Ez az analízis folyamatának első lépése. A kéntartalom mennyiségi meghatározását megelőző roncsolási módszerek (feltárás Parr-bombában, Kjeldahl-típusú roncsolás, reduktív pirolízis, mintaégetés oxigénhidrogén lángban Wickbold szerint, mintaégetés oxigénnel töltött lombikban Schöniger szerint, mintaégetés oxigéngázáramban) közűi a hidrogéngázzal való munka veszélyessége, a pirolízis, illetve a reduktív mintaelbontás sokszor nem kielégítő volta, továbbá a Parr-bombás és a Kjeldahl-roncsolási módszerek korlátozott lehetőségei miatt az oxigéngázban való mintaégetés a jelenleg elfogadott gyakorlat. Ez utóbbin belül az úri. dinamikus módszert, nevezetesen az áramló oxigénben való mintaégetést - a detektorral való on-line kapcsolat és a különböző eredetű minták kvantitatív elbontására való alkalmasság miatt — a növekvő igényeket kielégítő, korszerű, automatizált vagy automatizálható mikro-ultramikro analitikai eljárások kidolgozására irányuló kutatófejlesztő tevékenység nem hagyhatja figyelmen kívül. Ami a kénanalízis folyamatának a minta elbontását követő másik fő lépését, a detektálást illeti, az oxidativ mintaelbontás után gravimetriás, titrimetirás, kolorimetriás, spektrofotometriás, konduktometriás, coulometriás, potenciometriás, gázkromatográfiás és tömegspektrometriás módszereket alkalmaznak. Ezek közül a gázkromatográfia, a konduktometria, a kolorimetriás titrálás, a coulometria és a tömegspektrometria képezi az ismert és részben automatizált eljárások detektálási lépésének alapját. A kénanalízissel foglalkozó széles körű szakirodalomból a technika mai állását ismertető példaként említjük W. J. Kirsten szerzőnek az Analytical Chemistry-ben 1979-ben (51. kötet), G. M. Maciak és szerzőtársainak a Microchemical Journal-ban 1979-ben (24. kötet), M. C. Van Grondelle és szerzőtársának az Analitica Chimica Acta-ban 1980- ban (116. kötet) és E. Pell valamint szerzőtársainak a Microchemical Journalban 1966-ban (10. kötet) megjelent dolgozatait. Az ismert eljárások és foganatosításaikra kidolgozott berendezések jellemzői és hátrányai a következők : Gázkromatográfiás-hővezetőképesség mérésére alapozott detektálás esetén a berendezést kalibrálni kell, a kéndioxid és a vivőgáz hővezetőképessége közötti kis különbség miatt a detektor response szegényes, kvantitatív értékeléshez pedig a jel nagypontosságú integrálása is szükséges. A minta kéntartalmának a hővezetőképesség-mérő detektorba juttatása a minta elégésénél képződő kén-trioxid kondenzációja (pl. kénsav formában), illetve a kéntrioxid kén-dioxiddá történő nehézkes konverziója miatt nem mindig kvantitatív, pl. a negatív hiba kiküszöbölésére az oxigén vivőgázba kismennyiségű kén-dioxidot kell juttatni. A kéntrioxid konverzióhoz használható nagy tisztaságú réz-rézdióxid reagens, továbbá a mintából képződő egyéb égéstermékek (víz, szén-dioxid, hidrogén-halogenidek, halogének, nitrogén-oxidok) elkülönítéséhez alkalmazott sokféle és előkezelést igénylő regens-íöltet miatt az eljárás komplikált, az analízisek kivitelezése, illetve a készülék kezelése nagy gyakorlatot igényel. Tömegspektrometriás detektálásra alapozott berendezés kizárólagosan kén analízisre való alkalma TMása az igen drága berendezés és a nagy szaktudást igénylő komplikált működtetés miatt nem gyakorlati jelentőségű. Kolorimetriás titrálás esetén a nagy hőmérsékletű reaktorból kilépő oxigénnel közvetlenül szem beáramló hidrogén-peroxid. oldat köti meg a mintából képződő kén-dioxidokat, majd a vizes kénsavoldathoz több komponensű szerves oldatot, ún. ibszorbenst adagolnak, és a titrálást báriumperklorát szerves oldatával végzik. A detektálást foszfor ás halogének zavarják, a mintaégető rendszert időnként hidrogén-fluorid oldattal kell átöblíteni, a mintákat egyenként manuálisan kell a berendeíésbe juttatni, és a megtitrált, viszonylag nagy mennyiségű szerves hulladék oldatot vákuummal kell a titráló cellából eltávolítani. Kéndioxid jodometriás titrálását coulometriásan megvalósító berendezés sem képes a kén-trioxid veszteséget kiküszöbölni. Az elsősorban nyomanaíízisre kidolgozott rendszer hibája jelentősen meghaladja a mikroanalitikai gyakorlatban előírt értéket. A berendezést kalibrálni kell, és a mintákat manuálisan, egyenként kell a minta elbontására szolgáló reaktorba juttatni. Az ún. relatív konduktometriás detektálást alkalmazó berendezés szén-, hidrogén-, oxigén- és kéntartalmú minták kénana- Hzisére alkalmas ugyan, de automatizáltsági foka ilacsony. A kén-trioxid-kén-dioxid konverzió 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
