Charakterisierung von Cyaniden in Böden und industriellen Abfällen mit der Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometrie

Zusammenfassung

Böden ehemaliger Kokereien, Stadtgasproduktionsstätten und Hochofenstandorte sind häufig mit Cyaniden (CN) belastet. Zur Prüfung einer möglichen Gefährdung, die von solchen Altlasten ausgeht, sind oft eine beträchtliche Anzahl von Proben schnell und kostengünstig zu untersuchen. Die Fourier-Transformations-Infrarot-(FTIR)-Spektrometrie hat den Vorteil, ohne den Aufwand konventioneller nasschemischer Analyseverfahren auszukommen. Um die FTIR-Spektrometrie für den genannten Einsatzbereich zu testen, wurden reine Cyanidverbindungen, Gasreinigungsmassen, Hochofengasschlämme und mit bekannten Cyanidmengen aufgestockte Böden sowohl mit der Reflexions- als auch mit der Transmissionstechnik untersucht. Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR) war für die Untersuchung von Cyanidverbindungen nur bedingt geeignet, da sich Eigenabsorptionen des eingesetzten ATR-Kristalls (Diamant) mit den Spektralbereichen überschnitten, in denen Cyanidverbindungen charakteristische Absorptionen aufwiesen. Mit der Transmissionsmethode (KBr-Pressling) ließen sich trotz der ungünstigen optichen Eigenschaften der belasteten Substrate im Vergleich zur ATR-Technik bessere Ergebnisse erzielen. Cvanidverbindungen in reiner Form konnten unterschieden werden, da sowohl Lage als auch Form und Intensität ihrer Absorptionsspektren voneinander abwichen. Versuche, bei denen unbelastete Bodenproben mit Cyaniden versetzt wurden, haben gezeigt, dass sich die Bodenmatrix weder auf die Intensität noch auf die Lage und Form der Absorptionsmaxima auswirkt. Mit der Transmissions-methode konnten Cyanidkonzentration über 500 mg kg⁻¹ CN nachgewiesen werden, wobei unter 1000 mg kg⁻¹ CN jedoch nur sehr schwache Signale erhalten wurden. Mit der FTIR-Spektrometrie ist es möglich, Cyanidverbindungen in Böden und industriellen Abfällen nachzuweisen. Neben Aussagen über Cyanidbindungsverhältnisse, dies ist für eine toxikologische Bewertung wichtig, sind bei hohen Cyanidbelastungen quantitative Bestimmungen möglich. Die FTIR-Spektrometrie kann daher zur ersten Erfassung und Gefährdungsabschätzung von cyanidbelasteten Altlastverdachtsflächen eingesetzt werden.

Abstract

Soils on sites of former coking and manufactured gas plants as well as on those of blast furnaces are frequently contaminated with cyanides (CN). For assessing the possible risk arising from these hazardous compounds, it is necessary to analyze a considerable number of samples quickly as well as at low costs. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy has the advantage of being much easier in handling compared to conventional wet-chemical methods for analyzing cyanides. For testing FTIR spectroscopy in the application mentioned above, pure cyanide compounds as well as contaminated purifier waste, blast furnace sludge, and spiked soils were investigated by the reflexion and the transmission techniques. Applicability of the attenuated total reflexion (ATR) technique was limited, since the absorption bands of the crystal used (diamond) overlapped in the range of the cyanide-specific absorption. Although the environmental samples investigated have unfavorable optical properties, results obtained by the transmission technique (KBr pressed pellets) were much better than those obtained by the reflexion technique. Pure cyanide compounds could be distinguished by their IR spectra because their absorption bands of the cyanide-valence vibration differed in position, shape and intensity. The soil matrix did not interfere with either the intensity or the shape and position of the absorption maxima, as concluded from the IR spectra of spiked soil samples. Applying the transmission technique, cyanides are detected at concentrations larger than 500 mg kg⁻¹ CN. However, the signal was low when the cyanide concentration was below 1,000 mg kg⁻¹ CN. The FTIR spectroscopy is capable of detecting cyanide compounds in soils and industrial wastes. Additionally, the method provides information about the cyanide species, which is important in toxicological assessments. FIIR spectroscopy is a suitable method for a first survey and environmental assessment of cyanide contaminated areas.