⚗️ Natrium und Kalium im Wasser — Flammenemissionsspektrometrie (589,0 nm und 766,5 nm) mit Caesiumpuffer
Kurz gefasst
In einen 50-ml-Kolben mit 5 ml Caesiumchloridlösung werden bis zu 40 ml der (durch 0,45 µm filtrierten) Probe gegeben, mit Wasser aufgefüllt und in die Flamme eines Flammenphotometers oder eines Atomabsorptionsspektrometers im Emissionsmodus angesaugt; die Emissionsintensität wird bei 589,0 nm (Na) und 766,5 nm (K) gegen eine Kurve von 0–10 mg/l gemessen. Die Prüfung erfolgt nach PN-ISO 9964-3:1994; Bereich: bis 10 mg/l Na und K (Teilvolumen 40 ml → 50 ml); untere Grenze < 0,1 mg/l; höhere Konzentrationen — kleinerer Anteil. Das Verfahren umfasst 6 Schritte; eingesetzt wird sie unter anderem für: Trinkwasser und Rohwässer — Natrium und Kalium bis 10 mg/l unmittelbar, darüber nach Verringerung des Anteils, Abwasser — nach dem nationalen Beiblatt PN-ISO 9964-3/Ak (Referenzverfahren nach Dz.U. 2019 Pos. 1311), Mineral-, Heil- und Prozesswässer — Kationenbilanz, Kontrolle der Enthärtung und der Entsalzung.
Auf einen Blick
- Norm: PN-ISO 9964-3:1994
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 6
- Bereich: bis 10 mg/l Na und K (Teilvolumen 40 ml → 50 ml); untere Grenze < 0,1 mg/l; höhere Konzentrationen — kleinerer Anteil
- Wellenlängen: Na 589,0 nm, K 766,5 nm (Interferenzfilter oder Monochromator)
- Ionisationspuffer: CsCl 25 g/l in HCl — 5 ml je 50 ml (etwa 2 g Cs/l); bei einer Luft/Acetylen-Flamme erforderlich
Übersicht
Zu der Norm wurde das nationale Beiblatt PN-ISO 9964-3/Ak:1997 über Abwasser herausgegeben.
ISO 9964-3:1993 legt ein Verfahren zur Bestimmung von gelöstem Natrium und Kalium mittels Flammenemissionsspektrometrie (FES) fest, das für Rohwässer und Trinkwasser bestimmt ist. Es gilt für Proben mit Natrium- und Kaliumkonzentrationen bis 10 mg/l — bei höheren Konzentrationen wird ein kleinerer Anteil zur Analyse genommen; die unteren Bestimmungsgrenzen liegen für beide Elemente unter 0,1 mg/l. Die in Rohwässern und Trinkwasser üblicherweise vorhandenen Ionen stören nicht, sofern ein Ionisationspuffer vorhanden ist. Präzision (Ringversuch 1992): für Trinkwasser Natrium 4,38 mg/l, Kalium 0,37 mg/l; für Flusswasser 63,1 und 5,28 mg/l; für kommunales Abwasser 87,0 mg/l Na — mit Variationskoeffizienten der Wiederholpräzision von etwa 2,4 % bis 30 % je nach Niveau. In Polen gilt sie als PN-ISO 9964-3:1994 und für Abwasser das nationale Beiblatt PN-ISO 9964-3/Ak:1997; die Verordnung von 2019 (Dz.U. 2019 Pos. 1311 — poln. Gesetzblatt) nennt PN-ISO 9964-3 und /Ak als Referenzverfahren (Flammenemissionsspektroskopie) für Natrium und Kalium im Abwasser, neben der AAS nach PN-ISO 9964-1 und 9964-2.
In der Laborpraxis werden Natrium und Kalium allgemein in der Flamme mit Interferenzfiltern für diese Elemente bestimmt (Natrium 589,0 nm, Kalium 766,5 nm), nachdem eine Caesiumchloridlösung zugesetzt wurde, die die Ionisation unterdrückt; eine Alternative ist die Ionenchromatographie der Kationen nach PN-EN ISO 14911 (Natrium und Kalium 1,0–100 mg/dm³).
Prinzip der Methode
Ansaugen der Probe in eine Gasflamme, deren Wärmeenergie ausreicht, damit das vorhandene Natrium und Kalium ihre charakteristische Strahlung emittieren; Messung der Intensität bei einer Wellenlänge von 589,0 nm für Natrium und 766,5 nm für Kalium. Bei einer Luft/Acetylen-Flamme ist der Zusatz von Caesiumchloridlösung als Ionisationspuffer erforderlich (bei anderen Flammen kann er entfallen). Reagenzien: konzentrierte Salzsäure (1,18 g/ml) oder Salpetersäure etwa 16 mol/l (1,41 g/ml); Caesiumchloridlösung — 25 g CsCl in 50 ml HCl und 450 ml Wasser, auf 1 l aufgefüllt (etwa 20 g Cs/l); Natrium-Stammlösung 2000 mg/l (5,084 g ± 0,005 g NaCl, mindestens 1 h bei 140 °C ± 10 °C getrocknet, auf 1000 ml aufgefüllt; mindestens 6 Monate in Polyethylen haltbar) und Kalium-Stammlösung 2000 mg/l (3,814 g ± 0,005 g KCl, ebenso getrocknet) — oder handelsübliche Lösungen; Na/K-Standardlösung (je 10 ml der Stammlösungen auf 1000 ml; 1 ml enthält 20 µg Na und 20 µg K; frisch angesetzt). Apparatur: ein Flammenphotometer mit einem geeigneten Interferenzfilter für Natrium und Kalium oder ein Atomabsorptionsspektrometer im Emissionsmodus; Geräte aus Borosilicatglas und Gefäße aus Polyethylen, in 10 % (V/V) HNO₃ eingeweicht, mit entionisiertem Wasser gespült und ausschließlich für dieses Verfahren verwendet. Die Proben werden in saubere Polyethylenflaschen genommen (ISO 5667-1, -2); eine Konservierung mit Säure ist nicht erforderlich (bei der Bestimmung anderer Metalle — HCl oder HNO₃ auf etwa pH 1, in gleicher Weise für Proben, Standards und Blindwerte). Proben mit Partikeln werden durch ein säuregewaschenes Filter von 0,45 µm filtriert oder zentrifugiert. Messlösungen: in 50-ml-Kolben — bis zu 40 ml der Probe und 5 ml CsCl-Lösung, mit Wasser aufgefüllt. Kalibrierlösungen: 0; 1,0; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 ml des Na/K-Standards + 5 ml CsCl in 50-ml-Kolben → 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na und K. Flammenphotometer: Wasser → 0 % der Skala, der Standard 10 mg/l → 100 %, wiederholt bis zu stabilen Ablesungen; AAS in Emission: Nullstellen mit Wasser. Die Kurve ist bis 10 mg/l gewöhnlich linear (beim Photometer kann sie eine leichte Krümmung zeigen; die Steigung ist z. B. alle 10 Proben zu prüfen). Berechnungen: ρ_Na = (R − R₀)·V_p/(V_m·b), analog ρ_K (R, R₀ — Anzeigen der Probe und des Blindwerts; V_m — das Teilvolumen, gewöhnlich 40 ml; V_p — der Kolben, 50 ml; b — die Steigung, in l/mg); c_Na = ρ_Na/23,0, c_K = ρ_K/39,1 mmol/l.
Anwendungen
- Trinkwasser und Rohwässer — Natrium und Kalium bis 10 mg/l unmittelbar, darüber nach Verringerung des Anteils
- Abwasser — nach dem nationalen Beiblatt PN-ISO 9964-3/Ak (Referenzverfahren nach Dz.U. 2019 Pos. 1311)
- Mineral-, Heil- und Prozesswässer — Kationenbilanz, Kontrolle der Enthärtung und der Entsalzung
- Laboratorien mit einem einfachen Flammenphotometer (ohne Hohlkathodenlampen) oder mit einer AAS im Emissionsmodus
- Routineserien von Proben — gleichzeitige Messung von Na und K aus derselben Messlösung
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Bereich | bis 10 mg/l Na und K (Teilvolumen 40 ml → 50 ml); untere Grenze < 0,1 mg/l; höhere Konzentrationen — kleinerer Anteil |
| Wellenlängen | Na 589,0 nm, K 766,5 nm (Interferenzfilter oder Monochromator) |
| Ionisationspuffer | CsCl 25 g/l in HCl — 5 ml je 50 ml (etwa 2 g Cs/l); bei einer Luft/Acetylen-Flamme erforderlich |
| Kalibrierung | 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na und K; Photometer: Wasser = 0 %, 10 mg/l = 100 %; Linearität bis 10 mg/l |
| Probenvorbereitung | Filtration durch 0,45 µm (säuregewaschenes Filter) oder Zentrifugieren; ohne Konservierung |
| Präzision (1992) | Trinkwasser Na 4,38 mg/l, K 0,37 mg/l; Fluss Na 63,1, K 5,28 mg/l; Abwasser Na 87,0 mg/l |
Norm
- Normnummer
- PN-ISO 9964-3:1994
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie sodu i potasu — Część 3: 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
Schritt-für-Schritt-Verfahren
-
Probenahme
Nimm die Probe in eine saubere Polyethylenflasche (ISO 5667-1, -2); eine Konservierung mit Säure ist nicht erforderlich; bei der Bestimmung anderer Metalle — HCl oder HNO₃ auf etwa pH 1, in gleicher Weise für Proben, Standards und Blindwerte.
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Messlösungen
Filtriere Proben mit Partikeln durch ein säuregewaschenes Filter von 0,45 µm (oder zentrifugiere sie). Gib in 50-ml-Kolben bis zu 40 ml der Probe und 5 ml Caesiumchloridlösung; fülle mit Wasser auf (bei Konzentrationen über 10 mg/l nimm einen kleineren Anteil).
-
Kalibrierlösungen
Pipettiere in 50-ml-Kolben 0; 1,0; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 ml des Na/K-Standards, gib 5 ml CsCl zu und fülle mit Wasser auf (0–10,0 mg/l Na und K).
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Einstellen des Geräts
Setze das Filter für das zu bestimmende Metall ein; optimiere beim Ansaugen einer Kalibrierlösung das Ansaugen und die Flamme. Photometer: Wasser → 0 %, der Standard 10 mg/l → 100 %, wiederholt bis zu stabilen Ablesungen; AAS in Emission: mit Wasser nullstellen.
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Kalibrierung und Messung
Sauge die Kalibrierlösungen an (dazwischen Wasser), miss die Anzeige bei 589,0 nm (Na) und 766,5 nm (K), zeichne die Kurven und berechne die Steigung b; sauge die Messlösungen an (dazwischen Wasser) und mit jeder Serie einen Blindwert; prüfe die Steigung etwa alle 10 Proben.
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Berechnung
ρ_Na = (R − R₀)·V_p/(V_m·b), ρ_K analog [mg/l] (V_m gewöhnlich 40 ml, V_p 50 ml); ist die Kurve nicht linear, lies die Konzentrationen aus dem Diagramm ab und rechne auf die Verdünnung um; c_Na = ρ_Na/23,0, c_K = ρ_K/39,1 mmol/l. Gib das Ergebnis und die Abweichungen im Prüfbericht an.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Flammenphotometer mit Interferenzfiltern für Na und K oder AAS-Spektrometer im Emissionsmodus | nach der Anleitung des Herstellers eingestellt; Optimierung des Ansaugens und der Flamme | — |
| Brenner und Gasversorgung (Luft/Acetylen oder eine andere Flamme) | bei anderen Flammen kann der Caesiumpuffer entfallen | — |
| Messkolben 50 ml und 1000 ml, Pipetten (Borosilicatglas), Polyethylenflaschen | mit 10 % HNO₃ gereinigt, ausschließlich für dieses Verfahren | — |
| Säuregewaschene Filter 0,45 µm oder Zentrifuge | Entfernung von Partikeln | — |
| Trockenschrank 140 °C ± 10 °C | Trocknen von NaCl und KCl | — |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Caesiumchlorid — Lösung 25 g/l in HCl (etwa 20 g Cs/l) | — | Ionisationspuffer |
| Konzentrierte Salzsäure (1,18 g/ml) oder Salpetersäure etwa 16 mol/l (1,41 g/ml) | — | CsCl-Lösung, Reinigung der Gefäße, gegebenenfalls Konservierung |
| Stammlösungen Na 2000 mg/l (5,084 g NaCl/l) und K 2000 mg/l (3,814 g KCl/l) | — | Standards (oder handelsübliche Lösungen) |
| Na/K-Standardlösung, je 20 µg/ml | — | Kalibrierlösungen (frisch angesetzt) |
| Entionisiertes Wasser | — | Verdünnungen, Nullstellen, Blindwert |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Acetylen und andere brennbare Gase — Dichtheit der Anlage, Lüftung, Aufsicht über den Brenner
- Konzentrierte Säuren (HCl, HNO₃) — Schutzbrille, Handschuhe, Abzug
- Heißer Brenner und Dämpfe aus der Flamme — Absaugung über dem Gerät
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-ISO 9964-3:1994 — „Water quality — Determination of sodium and potassium — Part 3: Determination of sodium and potassium by flame emission spectrometry“.
Wie funktioniert diese Methode?
Ansaugen der Probe in eine Gasflamme, deren Wärmeenergie ausreicht, damit das vorhandene Natrium und Kalium ihre charakteristische Strahlung emittieren; Messung der Intensität bei einer Wellenlänge von 589,0 nm für Natrium und 766,5 nm für Kalium. Bei einer Luft/Acetylen-Flamme ist der Zusatz von Caesiumchloridlösung als Ionisationspuffer erforderlich (bei anderen Flammen kann er entfallen).
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Bereich: bis 10 mg/l Na und K (Teilvolumen 40 ml → 50 ml); untere Grenze < 0,1 mg/l; höhere Konzentrationen — kleinerer Anteil; Wellenlängen: Na 589,0 nm, K 766,5 nm (Interferenzfilter oder Monochromator); Ionisationspuffer: CsCl 25 g/l in HCl — 5 ml je 50 ml (etwa 2 g Cs/l); bei einer Luft/Acetylen-Flamme erforderlich; Kalibrierung: 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/l Na und K; Photometer: Wasser = 0 %, 10 mg/l = 100 %; Linearität bis 10 mg/l.
Wie lange dauert die Prüfung?
Das Verfahren umfasst 6 Schritte. Die Norm gibt nicht für jeden Schritt eine Dauer an — maßgeblich ist das Verfahren des Labors.
Welche Geräte werden benötigt?
Flammenphotometer mit Interferenzfiltern für Na und K oder AAS-Spektrometer im Emissionsmodus, Brenner und Gasversorgung (Luft/Acetylen oder eine andere Flamme), Messkolben 50 ml und 1000 ml, Pipetten (Borosilicatglas), Polyethylenflaschen, Säuregewaschene Filter 0,45 µm oder Zentrifuge, Trockenschrank 140 °C ± 10 °C.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Trinkwasser und Rohwässer — Natrium und Kalium bis 10 mg/l unmittelbar, darüber nach Verringerung des Anteils; Abwasser — nach dem nationalen Beiblatt PN-ISO 9964-3/Ak (Referenzverfahren nach Dz.U. 2019 Pos. 1311); Mineral-, Heil- und Prozesswässer — Kationenbilanz, Kontrolle der Enthärtung und der Entsalzung; Laboratorien mit einem einfachen Flammenphotometer (ohne Hohlkathodenlampen) oder mit einer AAS im Emissionsmodus; Routineserien von Proben — gleichzeitige Messung von Na und K aus derselben Messlösung.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Acetylen und andere brennbare Gase — Dichtheit der Anlage, Lüftung, Aufsicht über den Brenner; Konzentrierte Säuren (HCl, HNO₃) — Schutzbrille, Handschuhe, Abzug; Heißer Brenner und Dämpfe aus der Flamme — Absaugung über dem Gerät.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-ISO 9964-3.