Aufschlussparameter: Probentemperatur und Aufschlusszeit
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Damit ein Aufschluss gelingt, ist die Wahl der Aufschlusstemperatur und die Aufschlusszeit entscheidend. Durch das Arbeiten in einem geschlossenen Gefäß können deutlich höhere Temperaturen erreicht werden als in offenen Behältern. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit signifikant erhöht. Die Temperatur ist der maßgebliche Parameter, der zu einer Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit und somit zum Aufschluss in geschlossenen Gefäßen führt. Als Daumenregel kann man annehmen, dass eine Erhöhung der Temperatur um 10°C in einer Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit resultiert bzw. die benötigte Aufschlusszeit halbiert
Druckentstehung während des Aufschlusses
Die Parameter Druck und Temperatur korrelieren direkt miteinander. Der Gesamtdruck in einem Aufschlussgefäß setzt sich aus dem Dampfdruck der Säuremischung bei der jeweiligen Temperatur und dem Partialdruck evtl. gebildeter gasförmiger Reaktionsprodukte (meist Kohlendioxid bei der Zersetzung organischer Proben) zusammen. Während der Dampfdruck der Säuren aus Tabellen entnommen werden kann, kann der Partialdruck des Kohlendioxids anhand der idealen Gasgleichung und der Probeneinwaage abgeschätzt werden. Die Abschätzung des entstehendes Gesamtdruckes ist hilfreich bei der Wahl des geeigneten Aufschlussgefäßes.
Aufschluss von 500mg Kohlenstoff in HNO3 bei 200°C; Gefäß mit 60 ml.
pCO2 | = Dampfdruck des entstehenden CO2 |
mC | = Einwaage in g |
T | = Aufschlusstemperatur in K |
V | = Gesamtvolumen Gefäß – Volumen Säuremischung (mL) |
V = 60 ml,
mc = 0,5 g Kohlenstoff
T = 200°C -> p(CO2) = 26 bar
Aus wirtschaftlichen Gründen ist eine kurze Aufschlusszeit vorzuziehen. Allerdings muss sie mindestens so lang sein, dass ein vollständiger Probenaufschluss gewährleistet wird. In der Regel werden hier 20-30min verwendet. Sehr hohe Aufschlusstemperaturen (größer als 250°C) führen zwar zu sehr kurzen Aufschlusszeiten, dennoch ist die Maximaltemperatur durch folgende Faktoren limitiert:
- Dampfdruck der Aufschlusssäuren
- Temperaturbeständigkeit der Gefäße
- Druckbeständigkeit der Gefäße
Ist die Gesamtaufschlusszeit >45min und sind Temperaturen >260°C notwendig ist die Verwendung von konventionellen Druckaufschluss-Systemen zu empfehlen. Mit diesen Systemen können Aufschlusszeiten von mehreren Stunden oder Tagen realisiert werden (Bsp. Aufschluss hoch-gebrannter Oxide oder auch Graphit & Carbide).