Abstract
Platinum group elements (PGEs) have a high commercial value and variety of applications in different fields of industry. One of the well-known applications is the use of palladium, platinum and rhodium in the catalytic converters of automobiles to reduce the amount of harmful gases emitted to the environment. Advanced analytical methods are needed to deal with issues related to development of new catalyst materials, recycling of PGEs from spent materials and for monitoring PGE emissions to the environment.
In the first part of this study the emphasis was on the catalyst materials. Especially, reliable determination of ruthenium content in catalyst materials required further studies. Consequently, acid digestions in closed vessels using a microwave oven or high pressure asher were compared with a previously reported fusion method. Furthermore, the recovery of PGEs from spent materials is important due to many factors, for example, the high value of these metals, environmental aspects related to their production and possible availability issues in the future. Thus, utilization of microwave-assisted leaching and cloud point extraction (CPE) for the recovery of palladium, platinum, rhodium and ruthenium from catalyst materials was investigated.
The second part of this study concentrated on the PGEs in environmental samples and the analytical challenges related to PGE determinations with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Due to the use of PGEs in catalytic converters of automobiles, they are emitted to the roadside environment. The use of Pleurozium schreberi, a terrestrial moss, for active biomonitoring of these emissions was evaluated. Advanced analytical methods were needed to perform interference-free determinations of palladium, platinum and rhodium in these samples. Two alternative approaches for interference elimination were studied. Firstly, the interfering elements were removed using CPE as a chemical separation method. Secondly, interferences were eliminated using ammonia as a reaction gas with the novel ICP-MS/MS (inductively coupled plasma tandem mass spectrometry) technique.Tiivistelmä
Platinaryhmän alkuaineita hyödynnetään monissa teknisissä sovelluksissa. Yksi tunnetuimmista on autoliikenteen haitallisten päästöjen vähentäminen käyttäen palladiumia, platinaa ja rodiumia autojen pakokaasukatalysaattoreissa. Luotettavia analyysimenetelmiä tarvitaan esimerkiksi kehitettäessä uusia katalyyttimateriaaleja, kierrätettäessä platinaryhmän alkuaineita käytetyistä materiaaleista tai seurattaessa platinaryhmän alkuaineiden määrää ympäristössä.
Tämän tutkimuksen ensimmäinen osa liittyi katalyyttien ruteniumpitoisuuksien määrittämiseen ja platinaryhmän alkuaineiden kierrätykseen katalyyttimateriaaleista. Erityisesti näytteenhajotusvaihe aiheuttaa usein ongelmia ruteniummäärityksissä. Tämän vuoksi tutkimuksessa verrattiin keskenään mikroaaltotekniikalla tai korkeapainetuhkistimella suoritettuja happohajotuksia ja aiemmin raportoidulla sulatemenetelmällä suoritettuja hajotuksia. Mikroaaltoavusteista liuotusta sovellettiin yhdessä samepisteuuton kanssa tutkittaessa katalyyttimateriaalien palladiumin, platinan, rodiumin ja ruteniumin kierrätysmahdollisuuksia. Aihe on ajankohtainen, kun huomioidaan platinaryhmän alkuaineiden korkea hinta, niiden tuotantoon liittyvät ympäristöasiat sekä saatavuuteen liittyvät epävarmuustekijät.
Tutkimuksen toisessa osassa keskityttiin ympäristönäytteisiin ja erityisesti niiden ICP-MS -analytiikan (induktiiviplasmamassaspektrometria) haasteisiin. Autojen katalysaattoreista lähtöisin olevia platinaryhmän alkuaineita päätyy ympäristöön lähinnä teiden varsille. Näitä päästöjä arvioitiin aktiivista biomonitorointia käyttäen. Spektraaliset häiriöt vaikeuttivat kerättyjen sammalnäytteiden (Pleurozium schreberi) palladium-, platina- ja rodiumpitoisuuksien määrityksiä. Tämän vuoksi mittauksissa esiintyvien häiriöiden poistossa hyödynnettiin kahta eri lähestymistapaa. Näistä ensimmäisessä häiritsevät alkuaineet poistettiin kemiallisen erotusmenetelmän, samepisteuuton, avulla. Toisessa tavassa häiriöt poistettiin uudella ICP-MS/MS -tekniikalla (induktiiviplasmatandemmassaspektrometria) käyttäen ammoniakkia reaktiokaasuna
