Vorig jaar kreeg Empa's anorganische analyselab de status van "Referentielaboratorium" in het kader van het ProSUM-project, gefinancierd door de EU. Fijnkorrelige monsters van shredderafval van autowrakken, Hier komen e-waste of mijnstortplaatsen uit heel Europa terecht. Empa-chemici ontdekken wat er in zit, wat de moeite waard is om te extraheren en wat gevaarlijk kan zijn voor het personeel van recyclingbedrijven.

"Goggles op - en raak niets aan, " zegt Renato Figi, hoofd van Empa's anorganische analyselab. Zodra we zijn lab binnenstappen, we beseffen dat deze ietwat ongewone begroeting volkomen logisch is:er zijn bekers met groen, gele en mandarijnkleurige oplossingen die in de zuurkast staan. De mandarijnbeker is afgedekt met een horlogeglas, welke figuur, beschermende handschoenen dragen, verwijdert en zorgvuldig spoelt met gedestilleerd water. "De beker bevat aqua regia, een mengsel van geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur." Eén druppel op je shirt en je kunt er afscheid van nemen; als het in je oog spettert, het is een onmiddellijke reis naar het ziekenhuis voor u.

Echter, niet alleen laboratoriumbezoekers hebben bescherming nodig tegen de bijtende oplossingen; het gaat twee kanten op. Ten slotte, we hebben het over hoeveelheden gemeten in "parts per billion" (ppb). Of anders gezegd:een miljardste gram van de onderzochte stof in één gram monsterstof. Een stipje straatstof, één schilfertje roos - dit zou al fataal zijn voor het niveau van nauwkeurigheid waarnaar de Empa-chemici streven.

Voor het ProSUM-project, Figi en zijn team analyseerden granulaatmonsters van verschillende afvalgroepen:vermalen elektrische en elektronische apparaten, auto schroot, allerlei gehakte batterijen en mijnafval. Het decoderen van een monster begint in het droge - met een röntgenfluorescentieanalyse (XRF). "Dankzij dit apparaat we kunnen elk element vinden dat zwaarder is dan fluor met het atoomgewicht 19 tot uranium met het atoomgewicht 238, ", legt Figi uit. Veel analytische laboratoria in de industrie zijn tevreden met dit soort analyses; hun nauwkeurigheid, echter, eindigt in het percentagebereik.

Om tot het ppb-niveau te komen, je hebt goede oude natte chemie nodig:de monsters worden samen met geconcentreerd salpeterzuur in een teflon-container gegoten, waterstof peroxide, aqua regia of zelfs fluorwaterstofzuur en verwarmd tot temperaturen tot 280 graden Celsius in een speciale magnetron. Figi:"Dit lost de meeste dingen op, bar een paar fluorideverbindingen met zeldzame aarden." De vloeibare monsters worden vervolgens verneveld en geanalyseerd in 18, 000 graden plasma. Dit wordt geleverd door twee speciale apparaten genaamd ICP-OES (Inductieve gekoppelde plasma-optische emissiespectrometer) en QQQ-ICP-MS (inductieve gekoppelde plasmamassaspectrometer). De resulterende spectra – reeksen figuren in een computertabel – worden zowel door Figi als zijn collega Claudia Schreiner geëvalueerd om te voorkomen dat er iets over het hoofd wordt gezien. Maar dan begint het echte detectivewerk.

Sporen achterlaten – sporen lezen

Zoals Figi weet:veel elementen die slechts in kleine hoeveelheden in het monster aanwezig zijn, kunnen zich verschuilen achter andere, meer dominante componenten. IJzer en nikkel, bijvoorbeeld, qua atoomgewicht dicht bij elkaar liggen, d.w.z. ze zijn niet altijd gemakkelijk van elkaar te onderscheiden in de massaspectrometer. Echter, de chemierechercheurs hebben een trucje uit de mouw:"We kunnen de ongewenste elementen uit de oplossing verwijderen door middel van een chemische reactie, " legt Figi uit. "Ik precipiteer het ijzer uit de oplossing als ijzeroxide, er blijft alleen nikkel over in het massaspectrum - en ik kan de exacte hoeveelheid in het monster bepalen." Soms gaat de chemicus zelfs een stap verder en voegt een kleine hoeveelheid van een element toe, waarvan hij vermoedt dat het in het monster zit, analyseert het opnieuw onder de spectroscoop en vergelijkt de resultaten. Dit staat bekend als "spiking".

"Uiteindelijk sta je versteld van alle dingen die je kunt vinden in een normale, gewone haardroger, " zegt Figi. Niet alleen neodymium van de magneten voor de elektromotor van de droger - dat is te verwachten. Het Empa-team vond ook sporen van praseodymium en samarium in de monsters. "Op zoek naar sporen gaat niet alleen over het recyclen van het afval in de meest lucratieve manier mogelijk, ", zegt Figi. "Het is ook een kwestie van het beschermen van het personeel van recyclingfabrieken tegen vergiftiging." als het in contact komt met zuren, een hoog arseengehalte in een monster kan leiden tot de vorming van arsine - een berucht gifgas uit de Eerste Wereldoorlog. "Het ruikt sterk naar knoflook, "zegt Figi. "Eén vleugje en er zit maar één ding op:wegwezen hier!"