Alhaisten rikkipitoisuuksien määritys kaivosteollisuuden tarpeisiin ICP-MS-tekniikalla

Abstract

Rikki on yksi tärkeistä alkuaineista kaivosteollisuuden ympäristövaikutuksia arvioitaessa. Rikkiyhdisteitä esiintyy kaivosteollisuuden eri prosesseissa, joten rikkiyhdisteiden päästöjä ympäristöön on seurattava. Louhittavissa malmeissa rikkiä esiintyy sulfidimuodossa, ja sulfidi hapettuu helposti ympäristölle haitalliseksi sulfaatiksi. Rikastusprosesseissa käytetään useita rikkiä sisältäviä kemikaaleja. Tutkielmassa näistä tarkemmin käsitellään vaahdotusprosesseissa käytettäviä, ympäristölle haitallisia ksantaatteja. Rikkiä päätyy kaivosalueilta myös ympäröiviin vesiin, minkä vuoksi rikkiä määritetään myös vesistöistä kaivosteollisuuden päästöjen seuraamiseksi.

Alhaisten rikkipitoisuuksien määritykseen soveltuu hyvin ICP-MS-tekniikka (induktiivisesti kytketty plasma-massaspektrometria), jonka etuja ovat muun muassa kyky analysoida tarkasti alkuaineen eri isotooppeja sekä määrittää näytteen alkuainekoostumuksia. ICP-MS-tekniikan mittaustarkkuus on hyvä, mutta määritykseen liittyy häiriöitä, jotka jaetaan spektraalisiin ja ei-spektraalisiin häiriöihin. Spektraalisia häiriöitä ovat muun muassa isobaariset häiriöt, molekyyli-ionien häiriöt sekä kahdesti varautuneet ionit. Ei-spektraalisia häiriöitä aiheutuu esimerkiksi matriisihäiriöistä ja fysikaalisista häiriöistä.

Rikkiä on haastavaa määrittää tarkasti perinteisellä kvadrupoli-ICP-MS-tekniikalla lähinnä rikin määritykseen liittyvien spektraalisten häiriöiden takia. Muun muassa hapen eri yhdisteet ja isotoopit häiritsevät rikin määrittämistä. Tämän vuoksi on kehitelty ICP-MS-tekniikan sovelluksia rikin tarkkaan ja häiriöttömään määritykseen. Mittauksissa on hyödynnetty esimerkiksi tandem massaspektrometriaa (MS/MS), nestekromatografiaa (LC), laserablaatiota (LA) ja korkearesoluutioisia ICP-MS-laitteita. Sovellutuksia on hyödynnetty rikin määrittämiseen vesinäytteistä sekä muista ympäristönäytteistä. Myös ksantaattien määrittäminen vaatii sovelletun ICP-MS-tekniikan. Joitakin sovellutuksia on hyödynnetty rikin isotooppisuhteen määrittämiseen. Näytetyypin mukaan valitun oikean sovellutuksen avulla rikin määritykseen liittyvät häiriöt voidaan minimoida, jolloin saadaan tarkkoja mittaustuloksia.