ADI 2045VA Process Analyzer Analyse von Schwermetallspuren und galvanischen Bädern Online Voltammetrie – ideal für eine schnelle und effiziente Prozesskontrolle 02 Die Polarographie/Voltammetrie (VA) ist eine elektroder Speziationsanalyse. Voltammetrie wird daher chemische Analysenmethode, die überwiegend zur häufig als Ergänzung und zur Validierung spektroskopi-Spu renanalytik von Metal en und zur Qualitätskontrol e scher Methoden eingesetzt und zeichnet sich aus durch: von galvanischen Bädern eingesetzt wird. Anhand einer Strom-Spannungs-Kurve gibt die Methode zuverlässig • Niedrige Gerätekosten Auskunft über Art und Menge der in einer gelösten • Vergleichsweise geringe Investitions- und Betriebs-Probe enthaltenen Substanzen. Dabei kann es sich so-kosten wohl um anorganische oder organische Ionen als auch • Kurze Analysezeiten neutral organische Stoffe handeln. Die erforderliche Infrastruktur für ein voltammetrisches Als Online-Analyzer direkt im Prozess eingesetzt, ermög-Messsystem ist bescheiden: Anwender benötigen ledig-lichen voltammetrische Messgeräte in vielen Industrie-lich elektrischen Strom und eine Stickstoffversorgung. bereichen eine schnel e und kosteneffiziente Prozess-Entlüftung, brennbare Gase und damit verbundene kontrol e, die mit einem Betriebslabor nicht zu leisten ist. Sicherheitsanforderungen sind kein Thema. Das für die Multi-Mode-Elektrode (MME) benötigte Quecksilber be-Empfindliche, genaue Spurenanalytik findet sich zur sicheren Handhabung in einem hermeDie Bedeutung der Voltammetrie beruht auf ihrer hohen tisch verschlossenen Reservoir. Empfindlichkeit und Genauigkeit sowie der Möglichkeit Online Analyzer von Metrohm Process Analytics Metrohm Process Analytics ist die Prozessmarke von mehr. Unsere Analysatoren werden direkt im Prozess Metrohm, dem weltweit führenden Anbieter im Bereich ein gesetzt, messen die jeweiligen kritischen Parameter Ionenanalytik. Unter dem Namen Metrohm Process rund um die Uhr und schaffen so die Voraussetzung für Ana lytics werden die bekannten Metrohm Applikon Pro-eine effiziente Prozesssteuerung und maximale Prozesszessanalysatoren sowie die Metrohm NIRSystems Instru-ausbeute. mente für die Prozessanalytik vertrieben. Unser Portfolio umfasst Systemlösungen für die Titration, Spektroskopie, Wir sind für Sie da: Bei der Ersatzbeschaffung bestehen-Elektrochemie, Photometrie, TOC, Ionenchromatographie der Analysesysteme, bei der Entwicklung neuer Anwen-sowie Messungen mit ionensensitiven Elektroden. dungen oder bei der Beratung in technischen Fragen. Unsere Präsenz vor Ort und Nähe zum Kunden in über Metrohm Applikon verfügt über mehr als 40 Jahre Erfah-50 Ländern bietet Ihnen kompetente und rasche Unter-rung in der Online-Analytik für die chemische Industrie, stützung in Vertriebs-, Applikations-, Projektierungsfragen in der Abwasserbehandlung, in Kraftwerken, Raffineri-und bei der Inbetriebsetzung. en, Halbleiterherstel ung und vielen anderen Bereichen Grundlagen der Voltammetrie – ein Kurzüberblick Die Voltammetrie ist eine elektrochemische Technik. Da-Aufgrund der hohen Empfindlichkeit dieser Technik las-03 bei wird durch das Anlegen eines Potentials ein Elektro-sen sich mit der kathodischen und anodischen Stripping nentransfer ausgelöst. Der Strom, der dabei fliesst, wird Voltammetrie (CSV und ASV) Konzentrationen der be-gemessen. treffenden Analyten im Spuren- und sogar Ultraspuren-bereich nachweisen. Stripping Voltammetrie Durch das Aufprägen eines definierten Potentials über Einfache Messung mit Speziationsbestimmung eine Zeitspanne werden Metal e an der Elektrode abge-Die Voltammetrie erlaubt die Unterscheidung zwischen schieden. In einem zweiten Schritt wird das Potential freien und gebundenen Metal ionen oder zwischen ver-umgekehrt und das Metal von der Elektrodenoberfläche schiedenen Oxidationsstufen, etwa um die Bioverfüg- «gestrippt». Die Ströme, die während dieses Vorgangs barkeit der betreffenden Schwermetal e zu beurteilen. fliessen, sind äusserst gering und korrelieren direkt mit Aus diesem Grund ist die Voltammetrie eine häufig der Metal -Konzentration in der Lösung. gebrauchte Anwendung in der Umweltanalytik. Ver-gleichbare Ergebnisse liefern nur spektroskopische Methoden nach aufwändiger Trennung der Metal e. Beispielmessung mit Computrace der Schwermetalle Zn, Cd, Pb, und Cu in Trinkwasser gemäss DIN 38406 Teil 16. Voltammogramme (links) und Standard-Additions Kurven (rechts). Typische Bestimmungsgrenzen Konzentrationsbereiche der Elektroden Antimon Sb(III)/Sb(V) 200 ppt Arsen As(III)/As(V) 100 ppt Bismut Bi 500 ppt Blei Pb 50 ppt Cadmium Cd 50 ppt Chrom Cr(III)/Cr(VI) 25 ppt Cobalt Co 50 ppt Eisen Fe(II)/Fe(III) 50 ppt Kupfer Cu 50 ppt Mangan Mn 2 ppb Molybdän Mo(IV)/Mo(VI) 50 ppt Nickel Ni 50 ppt Platin Pt 0.1 ppt Quecksilber Hg 100 ppt Rhodium Rh 0.1 ppt Selen Se(IV)/Se(VI) 300 ppt Thallium Tl 50 ppt Uran U 25 ppt Wolfram W 200 ppt Zink Zn 50 ppt ADI 2045VA Process Analyzer 04 Metrohm ist der weltweite Marktführer in der Voltam-Einsetzbar in vielen Industriebereichen metrie. Mit dem ADI 2045VA Process Analyzer steht diese • Halbleiter Produktion bewährte, seit Jarhrzehnten im Labor eingsetzte Methode, • Anwendungen in der Metallgewinnung nun auch für die Online-Analyse im Prozess zur Verfügung. • Qualitätskontrolle von Wasser Der 2045 VA Process Analyzer wird durch ein robustes Gehäuse vor den rauen Bedingungen im Prozessumfeld geschützt. Das Herzstück des Online-Analyzers ist der 797 VA Computrace von Metrohm, das führende und bewährte VA-System für den Laborbetrieb. Der Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, dass sich sämt-liche Applikationen für den 797 VA Computrace im Labor direkt ins Prozessumfeld übertragen lassen. Arbeitselektroden • Multi-Mode Elektrode pro (MME) • Rotierende Scheiben Elektroden (RDE) • scTRACE Gold Sensor Flexibilität ermöglicht zahlreiche Applikationen Der ADI 2045VA Process Analyzer ist flexibel: je nach Applikation wird der Nassteil des Systems mit den be-nötigten Modulen wie Probenahmesysteme, Schlauch-pumpen, Büretten, Ventile etc. ausgestattet. Die Anzahl der Büretten kann je nach Anwendung un-terschiedlich sein. Zur Probenvorbereitung kann ein UV­ oder ein thermisch­oxidativer Aufschluss eingesetzt werden. Aufschluss: Thermisch oder UV Bei der Metal -Analyse liegt oftmals ein Teil der Metal e organisch gebunden vor. Ein Aufschlussmodul setzt die Metal e durch den Einsatz von UV-Strahlung zusammen mit einem Oxidationsmittel und einer Säure frei. Da­ durch können die Metal e in der nachfolgenden VA-Analyse bestimmt und der Anteil an freien und gebundenen Metal en kann berechnet werden. Entfernung von Störstoffen Störende Substanzen wie Peroxide werden entfernt, in-dem sie zerstört und in Wasser und Kohlenstoffdioxid um gesetzt werden. Genügt ein der UV­Aufschluss nicht, kann ein thermischoxidativer Aufschluss verwendet werden. Der Betrieb Die Bedienung des ADI 2045VA Process Anlayzers erfolgt Das Bedienfeld zeigt die möglichen Optionen, während 05 durch einen Industrie-PC und eine speicherprogrammier-das Statusfeld den aktuel en Systemzustand in Echtzeit bare Steuerung (SPS). Die SPS steuert die externen und anzeigt. Nassteilmodule während der 797 VA Computrace und die Büretten direkt durch den PC angesteuert werden. Pop-up-Meldungen informieren den Anwender über wich tige Ereignisse, beispielsweise Grenzwertüberschrei­ Ein touchfähiger Monitor ermöglicht die einfache und tungen. Al e externen Anschlüsse und Nassteilmodule intuitive Bedienung. Über den USB-Anschluss können können zu Wartungszwecken in der manuel en Bedie-eine zusätzliche Tastatur und eine Maus angeschlossen nung angesteuert werden. werden. Ergebnisanzeige und Trendchart Die Ergebnisse werden in einer Tabel e oder graphisch als Ganglinie dargestel t. Die Anzeigen können individuell angepasst werden, wie z. B. Skalierung, Farben und Grenz werte. Logbuchfunktionen • Grenzwertüberschreitungen • Gerätestörungen und Fehler • Aktionen • Konfigurationsänderungen und vieles mehr Wichtige Systeminformationen wie Analysenergebnisse, Logbuch­Einträge, Systemkonfigurationen, Aktionslisten und Daten können über den USB-Anschluss an der Vor-derseite des Gerätes als XML­Datei auf ein mobiles Spei-chermedium exportiert werden. Normen und anerkannte Methoden für die VA Parameter Standard Matrix Zn, Cd, Pb, Cu, Tl, Ni, Co DIN 38406-16 Trink- und Abwasser CN– Probenvorbereitung angelehnt an DIN 38405-13 Trink- und Abwasser UVI DIN 38406-17 Grund­, Roh­ und Trinkwasser EDTA, NTA DIN 38413-5 Abwasser und Schlamm Cu2+ EN 15376 , ASTM D 4806, ASTM D 5798 Bioethanol Fumarsäure AOAC 968.16 Frucht­ und Gemüsesäfte Saccharin SLB 41-2.5 Frucht und Gemüsesäfte Molkereiprodukte, Frucht und Pb2+ AOAC 979.13, AOAC 979.17 Gemüse säfte Arbeitselektroden für ADI 2045VA Process Analyzer 06 MME, Multi-Mode Electrode pro Als Arbeitselektrode für die Polarographie und Voltammetrie im System eingesetzt, produziert die Multi-Mode Elektrode am Ende der Kapil are kleine Quecksilber-tropfen. Die Multi-Mode-Elektrode hat einen hermetisch ver schlossenen Quecksilbervorrat von 6 mL und ist die ideale Anwendung für die (Schwer-)Metal analyse. Diese verlässliche Elektrode kann als DME, SMDE oder HDME betrieben werden. Fakten zur Multi-Mode Elektrode pro • Neue Elektrodenoberfläche für jede Messung • Ausreichend Quecksilber für mehr als 10.000 Analysen bzw. 200 Tage • Sammlung des verbrauchten Quecksilbers zur Metrohm Multi-Mode Elektrode pro sicheren Entsorgung mit Hg Reservoir und Kapillaren • 100 mL Quecksilber genügen für einen Betrieb von 10 Jahren bei täglich 50 Analysen Sicherheit an oberster Stelle Während und nach der Analyse wird das Quecksilber am Boden des Messgefässes gesammelt und anschlies-send in die Quecksilberfal e überführt. Diese ist stets mit Flüssigkeit überschichtet, so dass kein Quecksilber-dampf entweichen kann und somit die Bediener immer geschützt sind. Bei Bedarf wird diese Quecksilber-Fal e geleert und das gesammelte Quecksilber der Wiederver-wertung zugeführt. scTRACE Gold Sensor Anodische Stripping Voltammetrie (ASV) mit der scTRACE Gold­Elektrode bietet eine einfache und kostengünstige Alternative zur spektroskopischen Bestimmung von Arsen Mit der scTRACE Gold können mit der Unterscheidung von Gesamt­Arsen und Arsen (III). As- und Hg-Spuren in Wasser Die Nachweisgrenze liegt dabei deutlich unter den inter-nachgewiesen werden. national erlaubten Maxima. • auch für die anorganische Hg-Spuren-Analyse geeignet Viele verschiedene wichtige Anwendungen Anwendungsbeispiele für ADI 2045VA Process Die online-Anwendung der Voltammetrie ist für viele In - Analyzer dustriezweige wichtig. Bei der Gewinnung von Zink zum • Bei der Gewinnung von Au, Cu, Zn und anderen Beispiel wird diese Technik in der Verhüttung, Auf - Metallen reinigung, Elektrolyse oder bei der Prozesswasser- • Prozesskontrolle von galvanischen Bädern Kontrolle eingesetzt. • Qualitätskontrolle von Wasser (Trink-, Fluss-, Oberflächen­ und Abwasser) • Überwachung von Metallen in Spurenkonzentrationen Zyklische Voltammetrische Stripping Methode Produktionskontrolle in der Galvanik Zyklische Voltammetrische Stripping Analyse (CVS) und Zyklische Puls Voltammetrie Stripping Analysen (CPVS) sind in der Oberflächenveredelung verbreitete Methoden und dienen der Bestimmung der organischen Be-standteilen in den Bädern. Rotierende Scheiben Elektrode (RDE) Die RDE erzeugt durch die Rotation während der Messung einen kontinuierlichen Fluss des Analyten zur Elektrode. Dadurch wird die Grenzschicht fortwährend mit Probelösung erneuert. Für viele technische Schichten, speziell in der Leiterplatten- und Halbleiterproduktion, ist diese Methode ein wichtiger Teil der Prozesskontrol e. • Quecksilberfreie Festkörper Platin-Elektrode • Bestimmung organischer Badbestandteile unter Prozessbedingung • Genaue Bestimmung von Brightener, Leveller und Suppressor • Konzentrationsangaben in mL Additiv pro L Bad Zelle mit Elektroden für die CVS Analyse eines Kupferbades CVS- oder CPVS-Analysen ermöglichen die genaue Be-Determination of suppressor in acid copper with calibration curve DT determination of suppressor stimmung der Konzentrationen von organischen Ad-Suppressor Suppressor ditiven – Voraussetzung für einen kontinuierlichen und c = 12.774 +/- 0.111 mL/L (0.87%) 15.0m 1.00 Z = 16.224 +/- 0.131 uL/L störungsfreien Betrieb galvanischer Bäder. Aufgrund der 800m Richtigkeit der Analysenergebnisse ist diese Analysen-10.0m 0) 600m methode in der Industrie verbreitet und ak zeptiert. Q( 0.13 0.16 Q/ )(A 400m I Die wichtigsten CVS-Anwendungen 5.00m 200m • Saure Kupferbäder 0 0 5.00e-2 1.00e-1 1.50e-1 2.00e-1 V (mL) • Zinn-Blei- und Zinn-Bäder 0 • Alkalische Zink-Bäder -5.00m 0 0.50 1.00 1.50 U (V) Genaue Messungen, sogar in salzhaltigen Medien Die grösste Herausforderung für die Anlaytik in der Galvanik ist der grosse Salzgehalt der Bäder. Viele Mess-techniken liefern für solche Proben al enfal s unzuverläs-sige Ergebnisse oder sind gänzlich ungeeignet. VA, CVS und CPVS spielen hier ihre Stärke aus: Hohe Salzkonzfrachten erzeugen eine hohe Leitfähigkeit und schaffen somit die die Grundvoraussetzung für die elektrochemische Analyse. Technische Informationen Masse (H x B x T) 870 x 700 x 500 mm Gewicht ca. 85 kg Versorgungsspannung 100–120 V / 200–240 V Stromverbrauch 50–60 Hz / 600 W IP Schutzart IP65 / NEMA4 Umgebungsbedingungen 5–40 °C, Luftfeuchtigkeit < 80 % nicht kondensierend Weitere Spezifikationen Angewendete Analysenmethoden • DP (Differential Puls Methode) • SQW (Square Wave Methode) • CVS (Zyklische Voltammetrische Stripping Methode) • CPVS (Zyklische Puls Voltammetrische Stripping Methode) Probenahme und Probeströme Probenahme batchweise Frequenz programmierbar Analysezeit typischerweise 15 bis 30 Minuten Probeströme maximal 4 Probevolumen 0,2–50 mL Probetemperatur 5–45 ºC Probedruck 0–2 barG / 0–28 PSIG (ohne Druckminderung) Connectivity Ein- und Ausgangssignale: Analoge Ergebnisweitergabe 4–20 mA, max. 16 Kontakte Fernsteuerung 24 VDC, Start, Stopp, Weiter, Probe überspringen Digitale Signaleingänge 24 VDC, max. 12 Kontakte (Leckage, Reagenzienfül stände, etc.) Digitale Relais Ausgänge max. 2 A, Gerät ein, Analyse läuft, Warnungen, Fehler, Grenzwertverletzung Probestrom 1, 2, 3, 4, Service­Schalter Serielle Schnittstellen: Ethernet für die Fernsteuerung mit Windows-Funktionalität RS232 Fernsteuerung mit Windows-Funktionalität USB zum Anschluss einer Tastatur, Maus und mobile Speichermedien Allgemeines Bedienung mit touchfähigem Display Gehäusematerial: Elektronik/Elektro­Teil: verzinktes Stahlblech mit Epoxy­Beschichtung Nassteil: Polystyrol mit Epoxy­Beschichtung V. Anwenderfreundliche Wartungsintervalle Wöchentlich Sichtkontrolle www.metrohm.com ohm Applikon B. Monatlich Reagenzien auffül en Halbjährlich Wartung durch Metrohm Service (MCC) 11 Subject to modifications Designed by Alyson Lanciki, Metr 8.000.5206EN – 2016-