⚗️ Sód w wodzie — płomieniowa absorpcyjna spektrometria atomowa (589,0 nm) z chlorkiem cezu jako buforem jonizacyjnym

Fizykochemia PN-ISO 9964-1

Przegląd

ISO 9964-1:1993 określa metodę oznaczania rozpuszczonego sodu płomieniową absorpcyjną spektrometrią atomową (AAS), przeznaczoną do analizy wód surowych i do spożycia. Metoda dotyczy próbek o stężeniu sodu 5–50 mg/l; zakres można rozszerzyć w dół lub w górę, dobierając inny współczynnik rozcieńczenia niż podany w rozdziale 8. Jony normalnie obecne w wodach surowych i do spożycia nie przeszkadzają w oznaczaniu sodu metodą AAS. W Polsce norma obowiązuje jako PN-ISO 9964-1:1994, a dla ścieków wydano arkusz krajowy PN-ISO 9964-1/Ak:1997; rozporządzenie z 2019 r. (Dz.U. 2019 poz. 1311) wskazuje PN-ISO 9964-1 i PN-ISO 9964-1/Ak (ASA) oraz PN-ISO 9964-3 (emisyjna spektroskopia płomieniowa) jako metodyki referencyjne sodu w ściekach.

W podręczniku PWr „Chemia wody” sód i potas oznacza się powszechnie płomieniową AAS z lampami dla tych pierwiastków (sód 589,0 nm, potas 766,5 nm) na podstawie PN-ISO 9964: do próbki dodaje się roztwór chlorku cezu w celu stłumienia jonizacji, próbkę zasysa bezpośrednio do płomienia powietrze/acetylen i mierzy absorbancję przy 589,0 nm, odczytując stężenie z krzywej wzorcowej wyznaczonej na danym aparacie. Alternatywą jest chromatografia jonowa kationów wg PN-EN ISO 14911 (sód 1,0–100 mg/dm³).

Zasada metody

Dodanie do próbki roztworu chlorku cezu jako środka tłumiącego jonizację, zasysanie próbki bezpośrednio do płomienia powietrze/acetylen spektrometru absorpcji atomowej i pomiar absorbancji przy długości fali 589,0 nm. Odczynniki: kwas solny ok. 11 mol/l (1,18 g/ml) lub kwas 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 1000 mg/l — 2,542 g ± 0,005 g NaCl (suszonego ≥ 1 h w 140 °C ± 10 °C) do 1000 ml, trwały ≥ 6 miesięcy w butelce polietylenowej (albo roztwór handlowy); roztwór wzorcowy 10 mg/l (10 ml roztworu podstawowego do 1000 ml), sporządzany świeżo. Aparatura: spektrometr AAS z palnikiem na płomień powietrze/acetylen, lampą z katodą wnękową do sodu i fotopowielaczem czułym na czerwień, zalecana szerokość spektralna szczeliny < 0,3 nm; szkło borokrzemowe i naczynia polietylenowe myte w 10 % (V/V) kwasie azotowym i płukane wodą, używane wyłącznie do tej metody. Próbki pobiera się do czystych butelek polietylenowych (ISO 5667-1, -2); utrwalanie kwasem zwykle nie jest konieczne — gdy w próbkach oznacza się także inne metale, można zakwasić HCl lub HNO₃ do pH ok. 1, przy czym wszystkie próbki, wzorce i ślepe muszą zawierać ten sam kwas w tym samym stężeniu. Próbki z cząstkami sączy się przez sączek 0,45 µm przemyty kwasem (lub odwirowuje). Roztwory kalibracyjne: do serii kolb 100 ml po 10 ml roztworu chlorku cezu i 0; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0 ml wzorca 10 mg/l → 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0 mg/l Na; krzywa (absorbancja–stężenie) jest zwykle liniowa w zakresie 0,1–1,0 mg/l. Obliczenie przy krzywej liniowej: ρ_Na = (A − A₀)/b · V_p/V_m (mg/l), gdzie A i A₀ — absorbancje próbki i ślepej, b — nachylenie krzywej (l/mg), V_m — objętość porcji (zwykle 2 ml), V_p — objętość kolby (100 ml); c_Na = ρ_Na/23,0 (mmol/l).

Zastosowania

• Woda do spożycia i wody surowe — sód 5–50 mg/l (inne zakresy przez zmianę rozcieńczenia)
• Ścieki — wg arkusza krajowego PN-ISO 9964-1/Ak (metodyka referencyjna wg Dz.U. 2019 poz. 1311)
• Wody mineralne i lecznicze, kontrola procesów zmiękczania (wymiana Ca/Mg na Na) i odsalania
• Laboratoria z klasycznym AAS płomieniowym — oznaczenie obok potasu (766,5 nm) wg części 2
• Wody kotłowe i technologiczne — kontrola sodu po demineralizacji

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-ISO 9964-1:1994 (ISO 9964-1:1993); arkusz krajowy PN-ISO 9964-1/Ak:1997 dla ścieków

Tytuł (PL)

Jakość wody — Oznaczanie sodu i potasu — Oznaczanie sodu metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej

Title (EN)

Water quality — Determination of sodium and potassium — Part 1: Determination of sodium by atomic absorption spectrometry

Procedura krok po kroku

1. Pobranie próbki

   Pobierz do czystej butelki polietylenowej (ISO 5667-1, -2); utrwalanie kwasem nie jest zwykle potrzebne; jeśli oznaczasz też inne metale, zakwaś HCl lub HNO₃ do pH ok. 1 — wtedy wzorce i ślepe z tym samym kwasem.

2. Przygotowanie roztworów pomiarowych

   Próbki z cząstkami przesącz przez sączek 0,45 µm przemyty kwasem (lub odwiruj). Do kolb 100 ml dodaj po 10 ml roztworu chlorku cezu, wpipetuj 2 ml próbki i uzupełnij wodą; gdy stężenie wypada poza 0,1–1,0 mg/l, zmień objętość próbki.

3. Roztwory kalibracyjne

   Do serii kolb 100 ml z 10 ml CsCl dodaj 0; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0 ml wzorca 10 mg/l i uzupełnij wodą (0–1,0 mg/l Na).

4. Ustawienie spektrometru

   Zasysając roztwór kalibracyjny, zoptymalizuj szybkość zasysania, rodzaj płomienia i położenie wiązki; wyzeruj absorbancję wodą.

5. Kalibracja

   Zasysaj roztwory kalibracyjne (woda między nimi), mierz absorbancję przy 589,0 nm, wykreśl krzywą absorbancja–stężenie i oblicz nachylenie b (l/mg); sprawdzaj nachylenie np. co 10 próbek.

6. Pomiar próbek i ślepej

   Zasysaj roztwory pomiarowe (woda między nimi) i notuj absorbancję; z każdą serią wykonaj ślepą próbę z wodą zamiast próbki.

7. Obliczenie

   ρ_Na = (A − A₀)/b · V_p/V_m [mg/l] (V_m zwykle 2 ml, V_p 100 ml); przy krzywej nieliniowej odczytaj stężenie z wykresu i przelicz na rozcieńczenie; c_Na = ρ_Na/23,0 mmol/l. Podaj wynik w sprawozdaniu.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Acetylen — instalacja gazowa z zabezpieczeniami, wentylacja, kontrola szczelności; nie zostawiać palnika bez nadzoru
• Stężone kwasy (HCl, HNO₃) — okulary, rękawice, dygestorium
• Gorący palnik i opary z płomienia — wyciąg nad spektrometrem

Najczęstsze pytania