4 اصل
تعیین خاکستر یک ماده آلی با سه روش اصلی امکانپذیر است:
الف) خاکسترگیری مستقیم، یعنی سوزاندن ماده آلی و حرارتدادن باقیمانده در دمای بالا تا رسیدن به جرم ثابت (روش A).
ب) خاکسترگیری پس از سولفاتهکردن، که میتواند با دو روش متفاوت انجام شود:
⎯ با تیمار اسید سولفوریک پس از سوزاندن، یعنی سوزاندن ماده آلی، تبدیل باقیمانده غیرآلی به سولفاتها با استفاده از اسید سولفوریک غلیظ و حرارتدادن باقیمانده در دمای بالا تا رسیدن به جرم ثابت. این روش معمول برای بهدستآوردن «خاکستر سولفاته» است (روش B).
⎯ با تیمار اسید سولفوریک پیش از سوزاندن، یعنی حرارتدادن ماده آلی همراه با اسید سولفوریک غلیظ تا دماهایی که در آنها بخاردهی و سپس سوزاندن ماده آلی رخ دهد و در نهایت حرارتدادن باقیمانده در دمای بالا تا رسیدن به جرم ثابت (روش C). این روش ممکن است در مواردی استفاده شود که هالیدهای فلزی فرّار احتمالاً هنگام سوزاندن ماده آلی تبخیر شوند. این روش برای سیلیکونها یا پلیمرهای حاوی فلوئور کاربرد ندارد.
در هر مورد، مرحله نهایی روش، خاکسترگیری در دمای 600 °C، 750 °C، 850 °C یا 950 °C تا رسیدن به جرم ثابت است (بخش 7.2 را ببینید).
یادداشت جرم خاکستر ممکن است با دمای احتراق تغییر کند. برای مثال، دماهای بالاتر مانند 850 °C کربنات کلسیم و سایر کربناتها را به اکسیدهای آنها تبدیل میکنند و در نتیجه مقادیر کمتری برای خاکستر به دست میآید.
5 مواد شیمیایی (فقط برای روشهای B و C)
در طول آزمون، فقط از مواد شیمیایی با گرید تحلیلی و آب مقطر یا آب با خلوص معادل استفاده کنید.
5.1 کربنات آمونیوم، بدون آب.
5.2 نیترات آمونیوم، محلول تقریباً 10 % (برحسب جرم).
5.3 اسید سولفوریک، ρ = 1,84 g/cm3.
هشدار — بسیار خورنده است. آن را با استفاده از حفاظت مناسب برای پوست و چشم و در هود شیمیایی جابهجا کنید.
با آب واکنش گرمازا دارد.
5.4 اسید سولفوریک، محلول 50 % (برحسب حجم).
هشدار — با احتیاط کار کنید. محلول را با افزودن آهسته اسید غلیظ به آب تهیه کنید.
6 تجهیزات
6.1 بوته، ساختهشده از سیلیس، چینی یا پلاتین و بیاثر نسبت به ماده مورد آزمون. استفاده از درپوش بوته یا شیشه ساعت ممکن است برای نمونههایی که خاکستر ریزدانه تولید میکنند مفید باشد.
6.2 مشعل گازی، یا هر منبع حرارتی مناسب دیگر.
6.3 کوره الکتریکی یا کوره مایکروویو، capable of being maintained at 600 °C ± 25 °C,
750 °C ± 50 °C, 850 °C ± 50 °C or 950 °C ± 50 °C, as appropriate.
6.4 ترازوی تحلیلی، با دقت 0,1 mg.
6.5 پیپتها، با ظرفیت مناسب (فقط برای روشهای B و C).
6.6 دسیکاتور، حاوی ماده خشککننده مؤثری که با خاکستر واکنش ندهد.
یادداشت در برخی موارد، خاکستر ممکن است نسبت به آب، تمایل بیشتری از برخی موادی داشته باشد که معمولاً بهعنوان خشککننده استفاده میشوند.
6.7 بطری توزین.
6.8 هود شیمیایی.
7 روش اجرا
7.1 بخش آزمون
مقداری از نمونه آزمون بردارید که برای تولید 5 mg تا 500 mg خاکستر کافی باشد (جدول 1 را ببینید). در مورد مواد تقویتشده، یک بخش آزمون 2 g بردارید. اگر مقدار احتمالی خاکستر نامشخص است، یک تعیین مقدماتی خاکستر انجام دهید. با توجه به مقدار تقریبی خاکستر، اندازه بخش آزمون مورد استفاده را از جدول 1 انتخاب کنید.
برای پلاستیکهایی که خاکستر بسیار کمی تولید میکنند، استفاده از بخشهای آزمون بزرگتر ضروری است. هنگامی که سوزاندن کل بخش آزمون در یک مرحله ممکن نباشد، مقدار موردنیاز را در یک بطری توزین مناسب وزن کرده و آن را در مقادیر مناسب، طی چند مرحله سوزاندن، به بوته (6.1) منتقل کنید تا کل بخش آزمون سوزانده شود.
7.2 شرایط آزمون
خاکسترگیری باید تا رسیدن به جرم ثابت، مطابق تعریف ارائهشده در 7.3.6، ادامه یابد؛ اما مدت خاکسترگیری در کوره (6.3) در دمای مشخصشده نباید از 3 h بیشتر شود.
انتخاب دمای خاکسترگیری و استفاده از روش سولفاتهکردن به ماهیت پلاستیک و هرگونه افزودنی موجود در آن بستگی دارد. اگر بین چند شرایط رضایتبخش حق انتخاب وجود داشته باشد، شرایطی را انتخاب کنید که امکان دستیابی به جرم ثابت را در کمتر از 3 h فراهم کند. دمای بالاتر یا استفاده از سولفاتهکردن معمولاً مدت خاکسترگیری را کوتاه میکند.
صرفنظر از اینکه کدام روش — A، B یا C — استفاده میشود، برای مرحله نهایی (خاکسترگیری) یکی از محدودههای دمایی زیر را انتخاب کنید، مگر اینکه به دلایل فنی یا تجاری خاص، دماهای دیگری درخواست شده باشد:
600 °C ± 25 °C، 750 °C ± 50 °C، 850 °C ± 50 °C، 950 °C ± 50 °C.
برای انجام فرایند خاکسترگیری از هود شیمیایی استفاده کنید.
در روش A، اگر بتوان بهطور قطعی نشان داد که برای نوع خاصی از نمونه، خاکسترگیری مستقیم در کوره بدون پیشگرمکردن یا مشتعلکردن نمونه روی شعله بونزن یا وسیله معادل، همان نتیجه را به دست میدهد، این نسخه از روش A (خاکسترگیری سریع) مجاز است. استفاده از این روش خاکسترگیری سریع باید در گزارش آزمون درج شود.
7.3 روش A — خاکسترگیری مستقیم
7.3.1 بوته (6.1) را با حرارتدادن در کوره (6.3) در دمای آزمون آماده کنید تا به جرم ثابت برسد. آن را در دسیکاتور (6.6) به مدت 1 h یا تا رسیدن به دمای اتاق خنک کنید و با ترازوی تحلیلی (6.4) تا نزدیکترین 0,1 mg وزن کنید.
7.3.2 یک بخش آزمون (که مطابق شرح ارائهشده در مشخصات ماده مربوطه از پیش خشک شده است) با جرمی مطابق جدول 1، در بطری توزین از پیش توزینشده (6.7) وارد کنید. دوباره آن را تا نزدیکترین 0,1 mg یا 0,1 % جرم بخش آزمون وزن کنید. اگر بخش آزمون متناظر با مقدار خاکستر مشخصشده در جدول 1، بیش از نصف حجم بوته را پر نکند، میتوان این مقدار را مستقیماً در بوته قرار داد و در همانجا وزن کرد. بااینحال، روش شرحدادهشده در ادامه بر این فرض استوار است که چنین حالتی رخ نمیدهد. مواد با چگالی بالک بالا را میتوان به شکل قرص فشرده کرد و سپس قرصها را به قطعاتی با اندازه مناسب خرد کرد.
7.3.3 بهاندازهای از بخش آزمون را وارد بوته کنید که نیمی از حجم آن پر شود. بوته را مستقیماً روی مشعل یا وسیله حرارتی مناسب دیگر (6.2) حرارت دهید تا بهآرامی بسوزد و محصولات فرّار خارج شوند. این عملیات را تکرار کنید تا کل بخش آزمون کاملاً زغال شود.
7.3.4 بوته را در کورهای که از پیش تا دمای تعیینشده گرم شده است قرار دهید و به مدت 30 min خاکسترگیری کنید.
7.3.5 بوته را در دسیکاتور قرار دهید، به مدت 1 h یا تا رسیدن به دمای اتاق خنک کنید و با ترازوی تحلیلی تا نزدیکترین 0,1 mg وزن کنید.
7.3.6 خاکسترگیری را دوباره در همان شرایط ادامه دهید تا جرم ثابت حاصل شود؛ یعنی نتایج دو توزین متوالی بیش از 0,5 mg با یکدیگر اختلاف نداشته باشند.
7.3.7 اگر یک آزمایشگاه بتواند مستند کند که روش آن برای زمان و دمای یک مرحله خاکسترگیری منفرد روی مادهای مشخص، به جرم ثابت منجر میشود، استفاده از این «روش سریع» مجاز است و در گزارش آزمون باید به انجام یک مرحله خاکسترگیری اشاره شود. در صورت بروز اختلاف، روش مرجع، خاکسترگیری تا رسیدن به جرم ثابت خواهد بود.
7.4 روش B — خاکسترگیری پس از تیمار با اسید سولفوریک بعد از سوزاندن
7.4.1 مطابق 7.3.1، 7.3.2 و 7.3.3 عمل کنید.
7.4.2 پس از خنکشدن، محلول اسید سولفوریک (5.4) را با استفاده از پیپت مناسب (6.5)، قطرهقطره اضافه کنید تا باقیمانده کاملاً مرطوب شود و سپس آن را حرارت دهید تا خروج بخارات متوقف شود؛ از جوشیدن شدید جلوگیری کنید.
7.4.3 اگر پس از خنکشدن، اثری از مواد کربنی باقی ماند، 1 تا 5 قطره محلول نیترات آمونیوم (5.2) اضافه کنید و حرارت دهید تا خروج بخارات سفید کاملاً متوقف شود.
7.4.4 برای تبدیل مجدد اکسیدهای فلزی تشکیلشده در مراحل پیشین به سولفاتها، پس از خنکشدن حدود 5 قطره اسید سولفوریک غلیظ (5.3) اضافه کنید و حرارت دهید تا دیگر بخارات سفید خارج نشود؛ از جوشیدن شدید یا از دسترفتن خاکستر در اثر بخاردهی بیش از حد جلوگیری کنید.
7.4.5 پس از خنکشدن، 1 g تا 2 g کربنات آمونیوم جامد (5.1) اضافه کنید و با جلوگیری از اتلاف خاکستر، حرارت دهید تا بخاردهی متوقف شود. سپس بوته را در کورهای که از پیش تا دمای مشخصشده گرم شده است قرار دهید و مطابق 7.3.4، 7.3.5 و 7.3.6 عمل کنید.
7.5 روش C — خاکسترگیری پس از تیمار با اسید سولفوریک پیش از سوزاندن
7.5.1 این روش هرگز نباید برای سیلیکونها یا پلیمرهای حاوی فلوئور استفاده شود.
7.5.2 مطابق 7.3.1 و 7.3.2 عمل کنید.
7.5.3 بهاندازهای از بخش آزمون را در بوته وارد کنید که نیمی از حجم آن پر شود. با استفاده از پیپت (6.5)، مقدار کافی اسید سولفوریک غلیظ (5.3) اضافه کنید تا ماده کاملاً مرطوب شود. بوته را با شیشه ساعت بپوشانید. بوته را مستقیماً روی مشعل و با شعله کم حرارت دهید تا تجزیه ماده آلی آغاز شود.
حرارتدادن را با دقت ادامه دهید و شیشه ساعت را طوری تنظیم کنید که اسید بتواند بخار شود و اطمینان حاصل کنید که هیچ ماده حاوی خاکستر از دست نرود. در مورد پلاستیکهایی که تمایل به از دستدادن ماده حاوی خاکستر دارند، توصیه میشود بوته همراه با محتویات آن درون صفحهای سوراخدار از جنس ماده نسوز (برای مثال الیاف سرامیکی) قرار داده شود و فقط با شعله کم حرارت ببیند تا ماده آلی بهجای سوختن، بهآرامی دود کند. اگر مقدار اولیه داخل بوته برای تولید جرم قابلقبول خاکستر کافی نبود، اجازه دهید بوته خنک شود، مقدار بیشتری از بخش آزمون اضافه کنید و عملیات شرحدادهشده در بالا را تکرار کنید تا کل بخش آزمون سوزانده شود. شیشه ساعت را بردارید و اطمینان حاصل کنید که هیچ ذره جامدی به آن نچسبیده باشد.
در مواردی که اسید سولفوریک تمایل دارد از لبه بوته سرریز شود یا با وجود اقدامات احتیاطی، بخشی از آزمون در اثر واکنش شدید از دست برود (که در مورد PVC شایع است)، میتوان اسید سولفوریک غلیظ را با مخلوطی از اسیدهای استیک و سولفوریک غلیظ جایگزین کرد. استفاده از این اسیدهای مخلوط باید بین طرفهای ذینفع مورد توافق قرار گیرد و در گزارش آزمون به آن اشاره شود.
7.5.4 مطابق 7.4.3، 7.4.4 و 7.4.5 عمل کنید.
9 بیان نتایج
خاکستر یا خاکستر سولفاته، که بهصورت درصد جرمی بیان میشود، از فرمول زیر به دست میآید:
