Evaluierung des röntgendiffraktometrischen und IR-spektroskopischen Verfahrens zur Bestimmung von Cristobalit in Stäuben

Hochschule: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Masterarbeit, 2022

Kurzfassung:

Die bisher auffälligen Diskrepanzen zwischen der analytischen Bestimmung von Cristobalit in Staubproben mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) und Infrarotspektroskopie (FTIR) sind aufgrund der Ergebnisse der Versuche mit Natronlaugebehandlung weitgehend auf einen hohen Anteil amorpher Kieselsäuren zurückzuführen. Diese lassen sich aber aus typischen in Arbeitsbereichen verwendeten Cristobaliten durch die Behandlung nicht vollständig von der kristallinen Phase abtrennen. Da zudem der Cristobalit bei umfangreicherer Behandlung zunehmend aufgelöst wird, bietet sich dieses Verfahren für Arbeitsplatzproben nicht an.

Für die etablierten Analysenverfahren konnte jedoch eine Vorgehensweise abgeleitet werden, die eine möglichst störungsfreie und reproduzierbare Quantifizierung des Cristobalits ermöglicht. Der wesentliche Aspekt dabei ist, dass hierfür die Nebenbande bei 620 cm-1 der FTIR-Spektroskopie herangezogen werden sollte (Peakfläche oder Peakhöhe der Bande). Bei Interferenzen durch Querempfindlichkeiten sollte, in dem ungünstigen Fall, dass der weniger intensive Nebenreflex bei 36,7 °2θ nicht quantifizierbar ist (Peakfläche), die Höhe des Hauptreflexes bei 25,58 °2θ verwendet werden.

Die Halbwertsbreite der Peaks tendiert in der XRD-Analyse zwar durch die Behandlung bei allen Proben zu kleineren Werten, nähert sich aber nicht einem als ideal angenommenen Optimum an, sondern zeigt probenabhängig unterschiedliche Werte. Dadurch ist allein anhand der Halbwertsbreite keine fundierte Aussage darüber möglich, wie groß der in der Probe enthaltene amorphe Anteil ist.

Eine Natronlaugebehandlung wird für Routineproben nicht empfohlen, unter anderem, da die Arbeit mit 10-molarer Natronlauge unter Arbeitssicherheitsgesichtspunkten für die Routine kritisch zu sehen ist und Behandlungsdauern von über einer Woche nicht praktikabel sind. Zur Aufreinigung von Cristobalitproben, die als hausinterne Standards verwendet werden sollen, ist die Behandlung hingegen hilfreich.