Baca Gazında Fosforik Asit Örneklemesi ve Analizi

Baca Gazında Fosforik Asit Örneklemesi ve Analizi için Meksika Standardı olan NMX-AA-90-1986 yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntem, orto-fosfat bir asit ortamda amonyum molibdovanadat ile reaksiyona girdiğinde oluşan sarı bir kompleks olan amonyum fosmolibdovanadatın spektrofotometrik tayinine dayanmaktadır.

 

Fosforik asit, kristal yapıda, renksiz katı bir kimyasaldır. Fosfor, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşan fosforik asit, H3PO4 kimyasal formülle gösterilir. Şıra kıvamında olan sulu çözeltisi şuruba benzemektedir. Bu kimyasalın tuzları fosfat olarak tanımlanır. Fosforik asit farklı sektörlere hitap eden, çok sayıda kullanımı alanı bulunan bir kimyasaldır. En fazla fosfatlı gübre üretiminde, böcek ilacı üretiminde, tarım alanında, metallerin temizlenmesinde, polisaj sektöründe ve asitliği düzenleme için gıda alanında kullanılır.

 

Baca Gazında Fosforik Asit Örneklemesi ve Analizi İçin Gerekli Ekipmanlar

• Cam tüp probu: 15,8 mm iç çapa sahip, gaz sıcaklığını baca sıcaklığının 10 °C üstünde tutabilen bir ısıtma sistemi ile donatılmış
• Cam siklon: 5 mikrondan büyük parçacıkları toplamak için tasarlanmış
• Cam filtre tutucusu
• 4 adet impinger tertibatı: 500 ml kapasite ile biri difüzörlü, diğer 3 normal tasarımlı
• Zemin eklemleri: İmpingerlere katılmak için havza ve top
• Emme kaynağı: 28 lt/dak.’dan daha yüksek bir akış hızını sürdürmek için yeterli kapasiteye sahip
• Kuru gaz ölçer: ± 0,560 litre hassasiyette, termometre, vakum ölçer ve debi düzenleyici valf ile donatılmış
• Termometre: Baca içindeki sıcaklığı ölçebilen
• Eğimli diferansiyel basınç göstergesi: 0,0 – 24,8 Pa (0,0 – 2,54 cm H20) çalışma aralığı ve ± 0,224 Pa (± 0,025 cm H20) hassasiyet ile
• Kalibre Edilmiş Orifis Ölçer
• Metal kutu (isteğe bağlı): Pompa, gazometre, basınç göstergesi ve kalibre edilmiş orifis ölçeri korumak için
• Tek yönlü akış valfi
• Reostat: Proba verilen değeri kontrol etmek için
• Esnek bağlantılar: Numune dizisinin elemanlarını birleştirmek için kauçuk veya plastik hortumlar gibi sızdırmaz parçalar
• Spektrofotometre: Bilinen kalınlıktaki hücreler ile 400 nm’de absorbans ölçümü yapabilen
• Su banyosu: Su Sıcaklığını 20 ± 2 °C’de tutabilen
• Kronometre: 0,2 saniye hassasiyet ile çalışan
• Güvenlik ekipmanları: Personeli, numune alma sahasının yakınındaki potansiyel tehlikelere karşı korumak için uygun ekipmanlar

 

Baca Gazında Fosforik Asit Örneklemesi ve Analizi İçin Gerekli Reaktifler

Aşağıda listelenen reaktifler, aksi belirtilmedikçe analitik sınıf olmalıdır. Sudan bahsederken, damıtılmış veya demineralize su anlaşılmalıdır.

• Konsantre nitrik asit (HNO₃)
• %70 Perklorik asit (HClO₄)
• Amonyum molibdat çözeltisi (0,2 M): 35,3 gr amonyum molibdat tetrahidrat (NH₄)₆Mo₇O₂.4H₄O₂‘yi 1 litre su içinde çözün ve homojen hale getirilir. Reaktif oda sıcaklığında stabildir ve 3 ay boyunca amber şişelerde saklanabilir.
• Amonyum Metavanadat
• 0,02 M amonyum metavanadat ve 4M perklorik asit (NH₄VO₃:HClO₄) çözeltisi: 1,17 gr amonyum metavanadatı 200 ml su içinde çözün; 500 ml hacimli bir şişeye aktarın; 172 ml %70 perklorik asit ile asitleştirin ve su ile hacme tamamlayın. Bu çözelti oda sıcaklığında birkaç ay saklanabilir.
• Potasyum Dihidrojen fosfat (KH₂PO₄)
• Standart Fosfat solüsyonu: Daha önce bir fırında 105 °C sıcaklıkta kurutulmuş 1,917 gr potasyum dihidrojen fosfatı 1 litre su içinde çözün ve homojen hale getirilir. Bu çözeltinin 1 ml’si, 1 mg fosfor pentoksite (P₂O₅) eşdeğerdir.

 

Baca Gazında Fosforik Asit Örneklemesi

Örnekleme nozulunun seçilmesi: Örnekleme nozulunun çapının seçimi, siklondaki 5 mikrondan büyük sis partiküllerinin ayrılmasını sağlamak için ideal örnekleme oranının 21 °C’de 28 litre/dak olması gerçeğine dayanmaktadır; Bu nedenle, nozul alanını belirlemek için, baca koşullarındaki örnekleme oranı, aşağıdaki formülle NOM-AA-9’a (Pitot tüpü aracılığıyla bir kanaldaki gaz akışının belirlenmesi) göre belirlenen bacadaki ortalama gaz hızına bölünür:

 

A_b : Gim/V_c

 

Burada:

A_b = Nozulun kesit alanı

Gim = Baca koşullarında ideal örnekleme oranı

V_c = Bacadaki gazın ortalama hızı

 

NOT 1: Bacadaki gaz hızı önemli ölçüde olursa, örnekleme masrafı, siklon toplama verimliliğinden veya örneklemenin izokinetiğinden ödün vererek değiştirilebilir.

 

NOT 2: Ön örnekleme sırasında, impinger tertibatlarında asit sisi partiküllerinin %90 veya daha fazlasının toplandığı belirlenirse, izokinetik örneklemeye gerek yoktur.

 

Örnekleme impinger sisteminin hazırlanması: İlk impinger tertibatına 250 ml su, ikinci impinger tertibatına 150 ml su koyun, üçüncü impinger tertibatını boş bırakın, dördüncü impinger tertibatına 175 gr silika jel koyun ve bir buz banyosu içine yerleştirin. Optimum toplam örnekleme süresi 1 saattir; ancak bu, fosforik asit konsantrasyonu ve baca gazlarındaki nem içeriği ile sınırlıdır. Numune alma, su üçüncü impinger tertibatına girmeden kısa bir süre önce durdurulmalıdır (ön numune almaya göre). Örnekleme sistemi monte edildikten sonra, proba ve siklonu içeren kutuya ısı verilir; Sıcaklığın, baca gazının sıcaklığının yaklaşık 5-6 °C üzerinde stabilize olması için 10 dakika bekleyin. Sızdırmazlığın olup olmadığını tespit etmek için örnekleme probunun girişine bir tıpa yerleştirin; 67,7 KPa (692,2 cm H20) vakuma ulaşılana kadar emme kaynağını çalıştırın; akış düzenleyici vanayı kapatın ve emme kaynağını durdurun, bundan sonra manometre okuması en az 30 saniye değişmemelidir; aksi takdirde, sızıntıların olduğunu ve mümkün olduğunca bulunup ortadan kaldırmaları gerektiğinin bir göstergesi olacaktır.

 

NOM-AA-9’a göre test noktalarının sayısını, dağıtımlarını ve gaz akışını belirleyin. NOM-AA-10’da (Bir bacadan boşaltılan gazlarda bulunan katı partikül emisyonunun belirlenmesi) belirtilen prosedürü izleyerek örneklemeyi gerçekleştirin. Örnekleme bittiğinde, impingerin soğumasını bekleyin; numuneyi çıkarın; probu, siklonları ve bunları suyla birbirine bağlayan kanalları yıkayın; Yıkama suyunu uygun bir kapta toplayın. İmpinger tertibatlarında toplanan asit sisini yıkama suyunun ilave edildiği başka bir kaba aktarın.

 

NOT 3: Numune almaya başlamadan önce, her bir numune alma noktası için yükler ve bunların orifisteki veya eşdeğerindeki basınç düşüşleri hesaplanmalı ve değerleri kaydedilmelidir. 

 

Baca Gazında Fosforik Asit Analizi

Kalibrasyon Eğrisi: Fosfor pentaoksit standart çözeltisinin 0, 0.5 ,1 ,1.5 ve 2 mL’lik doğru alikotları 100 ml hacimli balon jojelere alınır (1 ml = 1 mg P₂O₅). 10 ml perklorik asit amonyum metavanadat çözeltisi ve 20 ml amonyum molibdat çözeltisi ilave edin ve su ile hacme tamamlayın; numuneleri 20 ± 2 °C su banyosuna yerleştirin ve rengin oluşması için 15 dakika dinlenmeye bırakın; absorbansları ölçmek; Ordinat ve apsis absorbansları üzerindeki P₂O₅ konsantrasyonları ile 400 nm’de kalibrasyon eğrisini çizin.

 

NOT 4: Eğri, 2 mg P2O5 / 100 cm2 çözelti konsantrasyonuna kadar Beer’s Yasasını takip eder.

 

Analiz: Her numuneyi belirli bir hacme kadar su ile tamamlayın. Numunenin bir alikotunu 250 ml’lik bir Erlenmeyer şişesine aktarın. Aynı anda suyla bir kontrol hazırlayın ve numune ile aynı şekilde muamele edin; hem numuneyi hem de kontrolü 30 ml nitrik asit ve 5 ml hidroklorik asit ile sindirin; hidroklorik asit buharları oluşana kadar neredeyse kuruyana kadar buharlaşır; Mevcut herhangi bir çözünmeyen materyali çıkarmak için 100 ml’lik bir balon jojede soğutun. Filtre ve balon jojeyi birkaç kez 5-10 ml su ile yıkayın ve 100 ml’ye seyreltin. Süzüntünün 10 ml’lik bir alikotunu 100 ml’lik bir balon jojeye aktarın; 10 ml amonyum metavanadat-perklorik asit çözeltisi ve 20 ml amonyum molibdat çözeltisi ekleyin; su ile tamamlanır ve homojen hale getirilir. Numuneleri 20±2 °C su banyosuna yerleştirin ve 15 dakika rengin gelişmesine izin verin. Spektrofotometre kullanarak 400 nm dalga boyunda eşzamanlı olarak hazırlanan boş numuneye karşı absorbansı ölçün. Önceden hazırlanmış kalibrasyon eğrisini kullanarak, P₂O₅ mg miktarını belirleyin. Numune alikotunda bulunan P₂O₅ miktarı 2 mg.’dan büyükse, konsantrasyonu kalibrasyon eğrisinde ekstrapolasyon yoluyla tahmin edin ve bununla birlikte uygun kısım miktarını hesaplayın. 0,5 ila 2 mg P₂O₅ içeren (hesaplama ile belirlenir) kalan süzüntüden (90 ml) bir kısım alın ve analizi belirtildiği gibi gerçekleştirin.

 

Girişim: Bazı maddeler, amonyum fosfomolibdovanadat reaksiyonunun rengine müdahale eder. Demir, kalay, iyot vb. gibi bazı iyonlar molibden mavisi kompleksinin rengini azaltır, bu nedenle numunelerdeki varlığından kaçınılmalıdır. Oksalatlar, tartratlar ve sitratlar molibden ile kompleks oluşturur ve renk değiştirme eğilimindedir. Numunelerdeki yüksek demir konsantrasyonları, fosforik asit konsantrasyonlarında yüksek değerlere neden olur; ancak demir tuzları, daha az ışığı emen kompleks perklorat iyonlarına dönüştürülebilir.

 

Dikromatlar, iyonlarının sarı renginin amonyum fosfomolibdat kompleksinin iyonlarının sarı rengine benzerliğinden dolayı müdahale edebilir; bunları ortadan kaldırmak için en iyi bilinen yöntem, onları sıcak perklorik asitten kromik klorür olarak geri kazanmaktır. Lokal mekanik havalandırma olması koşuluyla (mekanik havalandırmalı kümes) perklorik asit için bir oksidan olarak kullanılabilir.

 

Sonuçların Hesaplanması

Fosfor pentoksit (P₂O₅) olarak ifade edilen fosforik asit konsantrasyonunu aşağıdaki formülle hesaplayın: C=(Ma*100) / (Va*Vm)

Burada:

C = Bacadaki fosforik asit konsantrasyonu mg/ml cinsinden fosfor pentoksit olarak ifade edilir

Ma = Numune içindeki fosfor pentoksit (P₂O₅) miktarı, mg cinsinden

Va = ml cinsinden alınan alikot hacmi

Vm = Örnek alınan gazın ml cinsinden hacmi

 

Fosforik asit emisyonunu aşağıdaki formülle hesaplayın: E= Gv*C

Burada:

E = mg P₂O₅/saat cinsinden fosforik asit emisyonu

Gv = NOM-AA-9’a göre belirlenen normal koşullarda gaz akışının hacimsel akış hızı

C = Normal koşullar altında, mg/ml fosfor pentoksit cinsinden fosforik asit konsantrasyonu

 

EK

• Rengin gelişimi ve kararlılığı konsantrasyona ve sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle su banyosunun 20 ± 2 °C değerinde kullanılması esastır. Maksimum renk gelişimine 15 dakika sonra ulaşılır ve absorbans en az 2 saat sabit kalır.
• Her numune ve karşılık gelen boşluk için, perklorik asidin (HClO₄) nihai konsantrasyonu 0,4 M’de sabit olacaktır. Asidin molaritesi 0,4’ten 0,2 M’ye düştüğünde, absorbansta hafif artışlar olur.