⚗️ Sód i potas w wodzie — emisyjna spektrometria płomieniowa (589,0 nm i 766,5 nm) z buforem cezowym
Krótko: o co chodzi
Do kolby 50 ml z 5 ml roztworu chlorku cezu dodaje się do 40 ml próbki (sączonej 0,45 µm), uzupełnia wodą i zasysa do płomienia fotometru płomieniowego lub spektrometru AAS w trybie emisji; intensywność emisji mierzy się przy 589,0 nm (Na) i 766,5 nm (K) wobec krzywej 0–10 mg/l. Badanie wykonuje się według normy PN-ISO 9964-3:1994 (ISO 9964-3:1993); arkusz krajowy PN-ISO 9964-3/Ak:1997 dla ścieków; Zakres: do 10 mg/l Na i K (porcja 40 ml → 50 ml); dolna granica < 0,1 mg/l; wyższe stężenia — mniejsza porcja. Procedura obejmuje 6 kroków; stosuje się je m.in. do: Woda do spożycia i wody surowe — sód i potas do 10 mg/l bezpośrednio, wyżej po zmniejszeniu porcji, Ścieki — wg arkusza krajowego PN-ISO 9964-3/Ak (metodyka referencyjna wg Dz.U. 2019 poz. 1311), Wody mineralne, lecznicze i technologiczne — bilans kationów, kontrola zmiękczania i demineralizacji.
W skrócie
- Norma: PN-ISO 9964-3:1994 (ISO 9964-3:1993); arkusz krajowy PN-ISO 9964-3/Ak:1997 dla ścieków
- Kategoria: Fizykochemia
- Kroków procedury: 6
- Zakres: do 10 mg/l Na i K (porcja 40 ml → 50 ml); dolna granica < 0,1 mg/l; wyższe stężenia — mniejsza porcja
- Długości fali: Na 589,0 nm, K 766,5 nm (filtry interferencyjne lub monochromator)
- Bufor jonizacyjny: CsCl 25 g/l w HCl — 5 ml na 50 ml (ok. 2 g Cs/l); wymagany przy płomieniu powietrze/acetylen
Przegląd
ISO 9964-3:1993 określa metodę oznaczania rozpuszczonego sodu i potasu emisyjną spektrometrią płomieniową (FES), przeznaczoną do wód surowych i do spożycia. Dotyczy próbek o stężeniu sodu i potasu do 10 mg/l — przy wyższych stężeniach do analizy pobiera się mniejszą porcję; dolne granice oznaczalności są niższe niż 0,1 mg/l dla obu pierwiastków. Jony normalnie obecne w wodach surowych i do spożycia nie przeszkadzają, jeśli obecny jest środek tłumiący jonizację. Precyzja (badanie międzylaboratoryjne 1992): dla wody do spożycia sód 4,38 mg/l, potas 0,37 mg/l; wody rzecznej 63,1 i 5,28 mg/l; ścieków komunalnych 87,0 mg/l Na — ze współczynnikami zmienności powtarzalności od ok. 2,4 % do 30 % zależnie od poziomu. W Polsce obowiązuje jako PN-ISO 9964-3:1994, a dla ścieków — arkusz krajowy PN-ISO 9964-3/Ak:1997; rozporządzenie z 2019 r. (Dz.U. 2019 poz. 1311) wskazuje PN-ISO 9964-3 i /Ak jako metodyki referencyjne (emisyjna spektroskopia płomieniowa) sodu i potasu w ściekach, obok AAS wg PN-ISO 9964-1 i 9964-2.
W praktyce laboratoryjnej sód i potas oznacza się powszechnie w płomieniu z lampami dla tych pierwiastków (sód 589,0 nm, potas 766,5 nm) po dodaniu roztworu chlorku cezu tłumiącego jonizację, a alternatywą jest chromatografia jonowa kationów wg PN-EN ISO 14911 (sód i potas 1,0–100 mg/dm³).
Zasada metody
Zasysanie próbki do płomienia gazowego o energii cieplnej wystarczającej, aby obecny sód i potas emitowały charakterystyczne promieniowanie; pomiar intensywności przy długości fali 589,0 nm dla sodu i 766,5 nm dla potasu. Przy płomieniu powietrze/acetylen konieczny jest dodatek roztworu chlorku cezu jako buforu jonizacyjnego (przy innych płomieniach można go pominąć). Odczynniki: kwas solny 1,1 mol/l (1,18 g/ml) lub azotowy ok. 16 mol/l (1,41 g/ml); roztwór chlorku cezu — 25 g CsCl w 50 ml HCl i 450 ml wody, do 1 l (ok. 20 g Cs/l); roztwór podstawowy sodu 2000 mg/l (5,084 g ± 0,005 g NaCl suszonego ≥ 1 h w 140 °C ± 10 °C na 1000 ml; trwały ≥ 6 miesięcy w polietylenie) i potasu 2000 mg/l (3,814 g ± 0,005 g KCl suszonego jak wyżej) — albo roztwory handlowe; roztwór wzorcowy Na/K (po 10 ml każdego podstawowego do 1000 ml; 1 ml zawiera 20 µg Na i 20 µg K; świeży). Aparatura: fotometr płomieniowy z odpowiednim filtrem interferencyjnym dla sodu i potasu albo spektrometr absorpcji atomowej w trybie emisji; szkło borokrzemowe i naczynia polietylenowe moczone w 10 % (V/V) HNO₃, płukane wodą dejonizowaną, używane wyłącznie do tej metody. Próbki pobiera się do czystych butelek polietylenowych (ISO 5667-1, -2); utrwalanie kwasem nie jest konieczne (przy innych metalach — HCl lub HNO₃ do pH ok. 1, jednakowo dla próbek, wzorców i ślepych). Próbki z cząstkami sączy się przez sączek 0,45 µm przemyty kwasem lub odwirowuje. Roztwory pomiarowe: do kolb 50 ml — do 40 ml próbki i 5 ml roztworu CsCl, uzupełnić wodą. Roztwory kalibracyjne: 0; 1,0; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 ml wzorca Na/K + 5 ml CsCl w kolbach 50 ml → 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na i K. Fotometr płomieniowy: woda → 0 % skali, wzorzec 10 mg/l → 100 %, powtarzać do stabilnych odczytów; spektrometr AAS w emisji: zerowanie wodą. Krzywa jest zwykle liniowa do 10 mg/l (przy fotometrze może wykazywać lekką krzywiznę; nachylenie sprawdzać np. co 10 próbek). Obliczenia: ρ_Na = (R − R₀)·V_p/(V_m·b), analogicznie ρ_K (R, R₀ — odpowiedzi próbki i ślepej; V_m — porcja, zwykle 40 ml; V_p — kolba 50 ml; b — nachylenie, l/mg); c_Na = ρ_Na/23,0, c_K = ρ_K/39,1 mmol/l.
Zastosowania
- Woda do spożycia i wody surowe — sód i potas do 10 mg/l bezpośrednio, wyżej po zmniejszeniu porcji
- Ścieki — wg arkusza krajowego PN-ISO 9964-3/Ak (metodyka referencyjna wg Dz.U. 2019 poz. 1311)
- Wody mineralne, lecznicze i technologiczne — bilans kationów, kontrola zmiękczania i demineralizacji
- Laboratoria wyposażone w prosty fotometr płomieniowy (bez lamp katodowych) albo AAS w trybie emisji
- Rutynowe serie próbek — jednoczesny pomiar Na i K z tego samego roztworu pomiarowego
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres | do 10 mg/l Na i K (porcja 40 ml → 50 ml); dolna granica < 0,1 mg/l; wyższe stężenia — mniejsza porcja |
| Długości fali | Na 589,0 nm, K 766,5 nm (filtry interferencyjne lub monochromator) |
| Bufor jonizacyjny | CsCl 25 g/l w HCl — 5 ml na 50 ml (ok. 2 g Cs/l); wymagany przy płomieniu powietrze/acetylen |
| Kalibracja | 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na i K; fotometr: woda = 0 %, 10 mg/l = 100 %; liniowość do 10 mg/l |
| Przygotowanie próbki | sączenie 0,45 µm (sączek mytym kwasem) lub wirowanie; bez utrwalania |
| Precyzja (1992) | woda do spożycia Na 4,38 mg/l, K 0,37 mg/l; rzeka Na 63,1, K 5,28 mg/l; ścieki Na 87,0 mg/l |
Norma
- Numer normy
- PN-ISO 9964-3:1994 (ISO 9964-3:1993); arkusz krajowy PN-ISO 9964-3/Ak:1997 dla ścieków
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie sodu i potasu — Oznaczanie sodu i potasu metodą emisyjnej spektrometrii płomieniowej
- Title (EN)
- Water quality — Determination of sodium and potassium — Part 3: Determination of sodium and potassium by flame emission spectrometry
Procedura krok po kroku
-
Pobranie próbki
Pobierz do czystej butelki polietylenowej (ISO 5667-1, -2); utrwalanie kwasem nie jest konieczne; przy oznaczaniu innych metali — HCl lub HNO₃ do pH ok. 1 jednakowo dla próbek, wzorców i ślepych.
-
Roztwory pomiarowe
Próbki z cząstkami przesącz przez sączek 0,45 µm przemyty kwasem (lub odwiruj). Do kolb 50 ml dodaj do 40 ml próbki i 5 ml roztworu chlorku cezu; uzupełnij wodą (przy stężeniach > 10 mg/l weź mniejszą porcję).
-
Roztwory kalibracyjne
Do kolb 50 ml odpipetuj 0; 1,0; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 ml wzorca Na/K, dodaj 5 ml CsCl i uzupełnij wodą (0–10,0 mg/l Na i K).
-
Ustawienie przyrządu
Załóż filtr dla oznaczanego metalu; zasysając roztwór kalibracyjny zoptymalizuj zasysanie i płomień. Fotometr: woda → 0 %, wzorzec 10 mg/l → 100 %, powtarzaj do stabilnych odczytów; AAS w emisji: zeruj wodą.
-
Kalibracja i pomiar
Zasysaj roztwory kalibracyjne (woda między nimi), mierz odpowiedź przy 589,0 nm (Na) i 766,5 nm (K), wykreśl krzywe i oblicz nachylenie b; zasysaj roztwory pomiarowe (woda między nimi) i ślepą próbę z każdą serią; sprawdzaj nachylenie co ok. 10 próbek.
-
Obliczenie
ρ_Na = (R − R₀)·V_p/(V_m·b), ρ_K analogicznie [mg/l] (V_m zwykle 40 ml, V_p 50 ml); przy nieliniowej krzywej odczytaj stężenia z wykresu i przelicz na rozcieńczenie; c_Na = ρ_Na/23,0, c_K = ρ_K/39,1 mmol/l. Podaj wynik i odstępstwa w sprawozdaniu.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Fotometr płomieniowy z filtrami interferencyjnymi Na i K lub spektrometr AAS w trybie emisji | ustawiony wg instrukcji producenta; optymalizacja zasysania i płomienia | — |
| Palnik i zasilanie gazem (powietrze/acetylen lub inny płomień) | przy innych płomieniach bufor cezowy można pominąć | — |
| Kolby miarowe 50 ml i 1000 ml, pipety (szkło borokrzemowe), butelki polietylenowe | myte 10 % HNO₃, tylko do tej metody | — |
| Sączki 0,45 µm przemyte kwasem lub wirówka | usuwanie cząstek | — |
| Suszarka 140 °C ± 10 °C | suszenie NaCl i KCl | — |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Chlorek cezu — roztwór 25 g/l w HCl (ok. 20 g Cs/l) | — | |
| Kwas solny 1,1 mol/l lub kwas azotowy ok. 16 mol/l | — | |
| Roztwory podstawowe Na 2000 mg/l (5,084 g NaCl/l) i K 2000 mg/l (3,814 g KCl/l) | — | |
| Roztwór wzorcowy Na/K 20 µg/ml każdego | — | |
| Woda dejonizowana | — |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Acetylen i inne gazy palne — szczelność instalacji, wentylacja, nadzór nad palnikiem
- Stężone kwasy (HCl, HNO₃) — okulary, rękawice, dygestorium
- Gorący palnik i opary z płomienia — wyciąg nad przyrządem
Najczęstsze pytania
Jaka norma opisuje to badanie?
Badanie wykonuje się według normy PN-ISO 9964-3:1994 (ISO 9964-3:1993); arkusz krajowy PN-ISO 9964-3/Ak:1997 dla ścieków — „Jakość wody — Oznaczanie sodu i potasu — Oznaczanie sodu i potasu metodą emisyjnej spektrometrii płomieniowej”. Tytuł angielski: „Water quality — Determination of sodium and potassium — Part 3: Determination of sodium and potassium by flame emission spectrometry”.
Na czym polega ta metoda?
Zasysanie próbki do płomienia gazowego o energii cieplnej wystarczającej, aby obecny sód i potas emitowały charakterystyczne promieniowanie; pomiar intensywności przy długości fali 589,0 nm dla sodu i 766,5 nm dla potasu. Przy płomieniu powietrze/acetylen konieczny jest dodatek roztworu chlorku cezu jako buforu jonizacyjnego (przy innych płomieniach można go pominąć).
Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?
Zakres: do 10 mg/l Na i K (porcja 40 ml → 50 ml); dolna granica < 0,1 mg/l; wyższe stężenia — mniejsza porcja; Długości fali: Na 589,0 nm, K 766,5 nm (filtry interferencyjne lub monochromator); Bufor jonizacyjny: CsCl 25 g/l w HCl — 5 ml na 50 ml (ok. 2 g Cs/l); wymagany przy płomieniu powietrze/acetylen; Kalibracja: 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na i K; fotometr: woda = 0 %, 10 mg/l = 100 %; liniowość do 10 mg/l.
Ile trwa wykonanie badania?
Procedura obejmuje 6 kroków. Norma nie podaje czasu trwania dla wszystkich etapów — decyduje procedura laboratorium.
Jaki sprzęt jest potrzebny?
Fotometr płomieniowy z filtrami interferencyjnymi Na i K lub spektrometr AAS w trybie emisji, Palnik i zasilanie gazem (powietrze/acetylen lub inny płomień), Kolby miarowe 50 ml i 1000 ml, pipety (szkło borokrzemowe), butelki polietylenowe, Sączki 0,45 µm przemyte kwasem lub wirówka, Suszarka 140 °C ± 10 °C.
Gdzie stosuje się to badanie?
Woda do spożycia i wody surowe — sód i potas do 10 mg/l bezpośrednio, wyżej po zmniejszeniu porcji; Ścieki — wg arkusza krajowego PN-ISO 9964-3/Ak (metodyka referencyjna wg Dz.U. 2019 poz. 1311); Wody mineralne, lecznicze i technologiczne — bilans kationów, kontrola zmiękczania i demineralizacji; Laboratoria wyposażone w prosty fotometr płomieniowy (bez lamp katodowych) albo AAS w trybie emisji; Rutynowe serie próbek — jednoczesny pomiar Na i K z tego samego roztworu pomiarowego.
Jakie środki ostrożności obowiązują?
Acetylen i inne gazy palne — szczelność instalacji, wentylacja, nadzór nad palnikiem; Stężone kwasy (HCl, HNO₃) — okulary, rękawice, dygestorium; Gorący palnik i opary z płomienia — wyciąg nad przyrządem.
Które laboratorium wykona to badanie?
Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-ISO 9964-3.