Determination of Sodium in Brines by Aluminium Titration

Význam tématu

Analýza sodíku v mořských a ostatních vysokoslaných roztocích je klíčová pro monitorování kvality vody a kontrolu procesů v hliníkárenském průmyslu. Přítomnost sodíku v mořské vodě ovlivněné novými i odpadními roztoky z rafinerií hliníku vyžaduje rychlou, selektivní a přesnou metodu stanovení, kterou poskytuje termometrická titrace.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem popsané aplikace je stanovit obsah sodíkových iontů v mořské vodě a ve vodách kontaminovaných roztoky sodno-hliníkatých odpadů (red mud). Metoda využívá titraci roztokem hliníku v přítomnosti fluoru a draslíku při kyselém pH, kdy vzniká sparingly soluble NaK2AlF6. Pro zajištění přesnosti se provádí stanovení blanku pomocí vícenásobných objemů vzorku a lineární extrapolací.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda vychází z exothermické titrace, při níž se měří změna teploty roztoku při tvorbě sraženiny NaK2AlF6. Klíčové parametry:

• Titrant: 0,5 mol/L Al(NO3)3 + 1,1 mol/L KNO3
• Podmínkovací činidlo: 300 g/L NH4F·HF
• pH titrace: cca 3 (regulace kyselosti pomocí NH4F·HF)
• Předdávka titrantu: 0,5 mL, rychlost dávkování: 4 mL/min, prodleva před vlastním titračněm chodem: 30 s
• Stirring speed: stupeň 15 na 80 Hz míchačce
• Detekce koncového bodu: exothermický jediný průběžný bod, druhá derivace teploty

Instrumentace:

• Termometrický titrátor (Thermo Titration) vybavený snímačem teploty
• Automatické dávkovací zařízení Dosino pro opakované přesné pipetování vzorku a činidel

Pracovní postup:

1. Odpipetovat 5 mL mořské vody do titrační nádobky.
2. Přidat 5 mL roztoku NH4F·HF a 25 mL deionizované vody.
3. Spustit program s předdávkou 0,5 mL titrantu, prodlevou 30 s a titrovat do exothermického koncového bodu.
4. Pro stanovení blanku titrovat různé objemy vzorku (2–6 mL), vykreslit závislost spotřeby titrantu na objemu a získaný y-intercept odečíst od naměřené spotřeby.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda byla ověřena na vzorcích mořské vody z Moreton Bay (Queensland, Austrálie) s různou mírou kontaminace sodno-hliničitanovými roztoky:

• Čistá mořská voda: 10,70 ± 0,026 g Na+ / L (n=5)
• Mořská voda + 2 mL/L Aluminát: 10,84 ± 0,015 g Na+ / L (n=5)
• Mořská voda + 4 mL/L Aluminát: 11,26 ± 0,004 g Na+ / L (n=5)
• Mořská voda + 10 mL/L Aluminát: 12,44 ± 0,004 g Na+ / L (n=5)

Titrace vykazovala vysokou opakovatelnost (nízké standardní odchylky) a bylo prokázáno, že přítomnost alkalických solí hliníku nemá významný dráždivý vliv na výsledky díky selektivní tvorbě hexafluorodraselnokyšeniny sodné.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí následující výhody:

• Rychlá analýza se zhruba 5minutovým titračněm chodem na vzorek
• Vysoká selektivita vůči sodíkovým iontům i v přítomnosti vysokých koncentrací hliníku a fluoridů
• Automatizace snížující chyby při pipetování
• Možnost úpravy procedury pro jiné typy slaných roztoků a odpadních vod

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k:

• Integrovanému online monitoringu v průmyslových provozech
• Miniaturizaci zařízení pro rapidní terénní měření
• Rozšíření na jiné prvky tvořící sraženiny s fluoridy
• Využití pokročilých algoritmů pro zpracování termometrických dat

Závěr

Termometrická titrace sodíku pomocí roztoku Al(NO3)3/KNO3 v přítomnosti NH4F·HF se ukázala jako spolehlivá, rychlá a vysoce selektivní metoda pro analýzu mořské vody a kontaminovaných brin. Díky jednoduché automatizaci a minimalizaci ručních zásahů nachází široké uplatnění v kvalitativní a kvantitativní kontrole vod a průmyslových procesů.

Reference

• Thermo Titration Application Note No. H-077: Determination of Sodium in Brines by Aluminium Titration