DE2545316C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterpapier zur Analyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Kationen, bestehend aus einem Fasermaterial sowie ein rasch durchzuführendes und hochempfindliches Verfahren zur Analyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Kationen mittels eines solchen Filterpapiers.

Auf dem Gebiet der Abwasseranalyse, der Wasserqualitätskontrolle und der Spurenanalyse auf wertvolle Bestandteile ist der Bedarf nach empfindlichen und rasch durchzuführenden Analysenverfahren immer stärker gestiegen. Mit fortschreitender Entwicklung und Verbesserung der Analysengeräte wurde es möglich, empfindliche Geräte, wie Röntgenstrahlenfluoreszenzspektralphotometer, Atomabsorptionsspektralphotometer, Polarographen und dergleichen, auszunutzen. Ungeachtet dessen kann aber, wenn ein zu analysierender Bestandteil in einer Flüssigkeit, z. B. einer wäßrigen Lösung, nur in Spurenmengen enthalten ist, die Flüssigkeit nicht als solche (wegen des Empfindlichkeitslimits) dem Analysegerät zugespeist werden. Sie muß vielmehr einer sorgfältigen und aufwendigen Vorkonzentration unterworfen werden. Hierbei kann es aber zu Verlusten und folglich Fehlanalysen kommen. Eine Konzentrationsbehandlung ist insbesondere deshalb erforderlich, um über das Empfindlichkeitslimit des jeweiligen Analysengerätes zu gelangen. Üblicherweise besteht eine derartige Konzentrationsbehandlung in einem Verdampfen oder einer Absorptions-/Eluierbehandlung mit einem Ionenaustauscherharz. Beide Verfahren sind recht zeitaufwendig und erfordern bei ihrer praktischen Durchführung äußerste Sorgfalt.

Ein Filterpapier der eingangs genannten Art ist in "Analytical Chemistry" 38, 987-996 (1966) beschrieben. Bei diesem bekannten Filterpapier ist feinpulveriges Ionenaustauscherharz in einem Fasermaterial lediglich dispergiert. Das bekannte Filterpapier erfordert eine lange Zeit und aufwendige Maßnahmen zur Herstellung der Gleichgewichtsadsorption. Darüber hinaus wird es durch gleichzeitig vorhandene Ionen und durch den pH-Wert beeinträchtigt, so daß es für die Praxis wenig geeignet ist. Die geschilderten Nachteile sind insbesondere auf die unzureichende Fähigkeit des Filterpapiers zur Aufnahme der Ionen zurückzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Filterpapiers für die rasche und empfindliche Analyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Kationen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Kationenaustausch befähigte funktionelle Gruppen an das Fasermaterial gebunden sind.

Dieses Filterpapier hat eine hohe Ionenaustauschkapazität und -rate, so daß auf diese Weise die Oberflächenschicht des Filterpapiers mit praktisch der Gesamtmenge an in der Flüssigkeit enthaltenen Kationen besetzt ist und man zur Kationenbestimmung entweder das mit Kationen beladene Filterpapier als solches oder nach dem Trocknen mittels Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse, Aktivierungsanalyse oder dergleichen oder aber das durch Eluieren der betreffenden Kationen, z. B. mit einer starken Säure, aus dem mit Kationen beladenen Filterpapier vorzugsweise als konzentrierte Lösung gewonnene Eluat mit Atomabsorptionsspektralphotometrie oder Polargraphie analysiert.

Das Filterpapier gemäß der Erfindung weist vorteilhaft an das Fasermaterial gebundene Sulfonsäure-, Carbonsäure-, Phosphonsäure-, Sulfatester- und/oder Phophatestergruppen als gebundene, zum Kationenaustausch befähigte funktionelle Gruppen auf.

Die als Ausgangsmaterial (für das Filterpapier) verwendenten Fasern gelangen in Form synthetischer, nach bekannten Verfahren erhaltener Pulpen von beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid und dergleichen oder in Form einer natürlichen Cellulosepulpe zum Einsatz. Im Hinblick auf ihre Säure- und Alkalibeständigkeit werden synthetische Pulpen bevorzugt. Das Einführen funktioneller Gruppen in das Fasermaterial kann nach bekannten Polymerenreaktionen und Pfropftechniken erfolgen.

Das vorliegende Filterpapier kann auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden. Das einfachste und üblicherweise angewandte Herstellungsverfahren besteht in einer üblichen Papierherstellung. Bei Verwendung eine Pulpe, deren Einzelfasern einen Durchmesser von 0,5 bis 100 µ aufweisen, kann man ein Kationenaustauschfilterpapier ausreichender Festigkeit und hoher Austauschkapazität für die zu analysierenden Kationen gewinnen. Bei der Herstellung des Filterpapiers aus der Pulpe können zur Steuerung der Festigkeit und Filtrationsgeschwindigkeit des Filterpapiers auch noch andere Pulpearten zugemischt werden. Es ist ferner möglich, die Festigkeit durch Mitverwendung eines Bindemittels zu erhöhen.

Die Kationenaustauschkapazität hängt von der Anzahl der eingeführten funktionellen Gruppen ab und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 mÄq/g. Wenn die Ionenaustauschkapazität unter 0,1 mÄq/g liegt, vermag das Filterpapier keine ausreichende Menge an zu analysierenden Kationen aufzunehmen. Wenn dagegen die Ionenaustauschkapazität über 10 mÄq/g liegt, ist das Fasermaterial abbauanfällig. Wenn jedoch keine derartige Abbauanfälligkeit besteht, darf die Ionenaustauschkapazität durchaus 10 mÄq/g überschreiten.

Es ist zweckmäßig, daß das Kationenaustauschfilterpapier gegenüber Säuren, Alkalien und Lösungsmitteln beständig ist und eine für das Filtrationsverfahren ausreichende Festigkeit sowie eine hohe Dimensionstabilität aufweist. Die Wasserdurchlässigkeit des Filterpapiers sollte, ausgedrückt als die zum Filtrieren von 1 ml Wasser unter einer Wassersäule von 10 cm durch 1 cm² Filterpapier erforderliche Filtrationsdauer, zweckmäßigerweise etwa 1 bis etwa 1000 s, vorzugsweise 5 bis 100 s, betragen. Ein Filterpapier mit einer übermäßig großen Filtrationsgeschwindigkeit ist unzweckmäßig, da lokal eine unzureichende Beladung mit den zu analysierenden Kationen stattfinden würde.

Das vorliegende Kationenaustauschfilterpapier vermag die zu analysierenden Kationen bei einer etwa 50 bis 200-mal größeren Raumgeschwindigkeit als übliche Ionenaustauscherharze zufriedenstellend zu adsorbieren.

Ein in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 56 387/75 beschriebenes, nach einem Papierherstellungsverfahren aus einer sulfonierten Polyäthylenpulpe hergestelltes Filterpapier kann beispielsweise verwendet werden. Wie aus der genannten Patentanmeldung hervorgeht, erhält man ein Filterpapier hervorragender Festigkeit und Dimensionsstabilität, indem man aus einer sulfonierten Polyäthylenpulpe, die mit geringen Mengen an unbehandelter Polyäthylenpulpe gemischt wird, ein Papier herstellt und das erhaltene Papier einer bestimmten Wärmebehandlung unterwirft. Da ein solches Filterpapier neben den geschilderten Eigenschaften auch noch eine ausgezeichnete Säure-, Alkali- und Lösungsmittelbeständigkeit aufweist, eignet es sich zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Obwohl nicht kritisch, sollte die Dicke des Filterpapiers aus wirtschaftlichen und Handhabungsgründen vorzugsweise 0,1 bis 5 mm betragen.

Das Analysenverfahren mit dem Filterpapier gemäß der Erfindung läßt sich mit beliebigen Flüssigkeitsproben, z. B wäßrigen Lösungen oder Lösungen in organischen Lösungsmitteln, selbst dann, wenn diese geringe Mengen an suspendierten Feststoffen oder emulgierten Substanzen enthalten, durchführen. In letzterem Falle zeigt das erfindungsgemäß verwendete Filterpapier noch den zusätzlichen Vorteil, daß die in der Flüssigkeitsprobe suspendierten Feststoffe gleichzeitig mit den Kationen gesammelt und getrennt analysiert werden können. Ein anderes Verfahren besteht in einem getrennten Auffangen des unlöslichen Materials und der gelösten Kationen in einem einzigen Filtrationsvorgang, indem man nämlich die Flüssigkeitsprobe durch ein auf dem Kationenaustauschfilterpapier liegendes übliches Filterpapier filtriert und die gesammelten Bestandteile getrennt parallel analysiert.

Mit dem Kationenaustauschfilterpapier lassen sich andere Kationen als Wasserstoffkationen abtrennen bzw. adsorbieren oder sammeln. Das Adsorptionverhalten hängt von der Art der in das Filterpapier eingeführten funktionellen Gruppen ab. Durch geeignete Wahl der funktionellen Gruppen lassen sich Kationen der folgenden Metalle sammeln bzw. adsobieren: Akalimetalle, wie Natrium, Kalium, Lithium, Erdalkalimetalle, wie Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, Bor, Aluminium, Schwermetalle, wie Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Zirkonium, Silber, Gold, Quecksilber, Cadmium, Zinn, Blei, Molybdän, Wolfram, Platin und Palladium. Wenn in einer wäßrigen Lösung enthalten, sollten diese Metalle in kationischer Form vorliegen. Wenn diese Metalle in Form von Anionen einer Oxosäure, z. B. als Aluminate, Chromate und dergleichen, vorliegen, ist es erforderlich, sie durch geeignete Vorbehandlung in kationische Form zu überführen.

Bei der Analyse der Kationen dieser Metalle in wäßriger Lösung wird das Verfahren gemäß der Erfindung durch die Anwesenheit eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels, wie Methanol, Äthanol oder Aceton, oder durch die Anwesenheit eines wasserunlöslichen Öls in Form einer Emulsion nicht beeinträchtigt. Folglich läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung mit einer üblichen Abwasserprobe und dergleichen als solcher durchführen.

Die eigentliche Filtration zur Sammlung der Kationen wird noch näher erläutert werden.

Je nach der Art der zu analysierenden Kationen wählt man ein Kationenaustauschfilterpapier mit zum Sammeln der zu analysierenden Kationen geeigneten funktionellen Gruppen. Zur Sammlung bzw. Adsorption der Kationen wird die Flüssigkeitsprobe durch das auf einem Filterhalter liegende und befestigte Filterpapier mit einer Raumgeschwindigkeit (Lineargeschwindigkeit (cm/h)/Dicke (cm)) von 1 bis 10 000, vorzugsweise 10 bis 2000 h^-1, hindurchgeleitet. Die Menge an zu analysierenden Kationen in der Flüssigkeitsprobe sollte unterhalb der Gesamtionenaustauschkapazität des Filterpapiers gehalten werden. Sicherheitshalber sollte die Menge an durch das Filterpapier filtrierter Flüssigkeitsprobe derart gesteuert werden, daß die Menge an zu sammelnden bzw. adsorbierenden Kationen ein Drittel, vorzugsweise ein Zehntel, der Ionenaustauschkapazität des Filterpapiers nicht übersteigt. Eine Erhöhung der Menge der durch das Filterpapier filtrierten Flüssigkeitsprobe erhöht wirksam den Konzentrationsgrad und folglich die Empfindlichkeit der Analyse, sie erfordert jedoch in höchst nachteiliger Weise mehr Zeit. Indem man beide Faktoren erwägt, sollte die Filtrationsdauer der Flüssigkeitsprobe bis zu 1 h, vorzugsweise bis zu 10 min, betragen. Diese Fließdauer ist weit kürzer als bei üblichen Verfahren.

Die auf dem Filterpapier befindlichen Kationen lassen sich nach folgenden Analysenverfahren bestimmen:

• 1. Elementaranalyse nach dem Trocknen;
• 2. Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse nach dem Trocknen;
• 3. Emissionsspektralphotometrie nach dem Trocknen;
• 4. Messung der Radioaktivität der auf dem Filterpapier befindlichen Kationen (Spurenanalyse des radioaktiven Bestandteils);
• 5. Radioaktivierungsanalyse nach dem Trocknen;
• 6. Reflexionsinfrarotanalyse nach dem Trocknen;
• 7. Atomabsorptionsanalyse nach dem Eluieren;
• 8. Polargraphie nach dem Eluieren:
• 9. Spektralanalyse im sichtbaren und UV-Bereich nach dem Eluieren;
• 10. polarimetrische Analyse nach dem Eluieren;
• 11. Kernresonanzspektralanalyse nach dem Eluieren.

Es können auch andere Kombinationen als die genannten Analysenverfahren durchgeführt werden. Von den genannten Analysenmethoden werden die Analysenmethoden 2, 5, 7 und 8 wegen ihrer Empfindlichkeit und Schnelligkeit bevorzugt. Die Analysenmethoden 2 und 7 eignen sich besonders gut, da sie eine Analyse weit geringerer Mengen an den zu bestimmenden Kationen in weit kürzerer Zeit ermöglichen als andere übliche Verfahren, und dies bei Verwendung derselben Instrumente bzw. Geräte, wie sie auch üblicherweise verwendet werden.

Bei der Durchführung des Analysenverfahrens 2 kommen die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile besonders gut zur Geltung. Da das erfindungsgemäß verwendete Kationenaustauschfilterpapier eine extrem hohe Ionenaustauschgeschwindigkeit bzw. -kapazität aufweist, läßt sich die Adsorption der zu analysierenden Kationen an der Oberflächenschicht des Filterpapiers noch weiter erhöhen, wenn man die Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeitsprobe relativ niedrig, d. h. unter 1000 h^-1, wählt.

Wenn das mit den zu bestimmenden Kationen beladene trockene Filterpapier durch Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse analysiert wird, ist eine lineare Beziehung zwischen der Konzentration an den zu bestimmenden Kationen in der Flüssigkeitsprobe und der Intensität der Röntgenstrahlenfluoreszenz (Cps = Zähleinheiten pro s) über einen weiten Bereich der Kationenkonzentration feststellbar. Folglich kann man unter Verwendung einer Eichkurve ohne irgendwelche komplizierte Korrekturen eine quantitative Analyse durchführen. Die Empfindlichkeit des Nachweises liegt in der Größenordnung von 1 ppb. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine gleichzeitige Analyse mehrerer Bestandteile möglich wird. Folglich läßt sich also das Filterpapier gemäß der Erfindung ohne weiteres zur Analyse von mehrere zu analysierende Kationen enthaltendem Wasser, z. B. Gebrauchswasser für die verschiedensten Anwendungsgebiete oder Abwasser, durchführen. Da die nebeneinander vorliegenden Kationen einander nur äußerst geringfügig stören, muß keine spezielle Korrektur der ermittelten Analysenergebnisse durchgeführt werden.

Die Vorteile des Filterpapiers gemäß der Erfindung lassen sich allgemein wie folgt zusammenfassen:

Wegen der sehr hohen Ionenaustauschkapazität bzw. -geschwindigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Kationenaustauschfilterpapiers können die in einem großen Flüssigkeitsvolumen vorhandenen Spurenmengen der zu analysierenden Kationen rasch und vollständig gesammelt, adsorbiert oder abgetrennt werden. Folglich kann die Flüssigkeitsprobe unmittelbar am Probenentnahmeort zur raschen und vollständigen Sammlung bzw. Adsorption oder Abtrennung der zu analysierenden Kationen filtriert werden. Auf diese Weise lassen sich die zum Transportieren einer großen Flüssigkeitsmenge zum Labor erforderliche Zeit und Arbeit einsparen. Ferner kann das mit den zu analysierenden Kationen beladene Filterpapier wegen des hohen Adsorptionsvermögens seine Oberflächenschicht direkt, d. h. als solches, durch Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse analysiert werden, wobei man sehr rasch und auf einfache Weise direkt Analysenergebnisse erhält. Auf diese Weise sind eine hochempfindliche Analyse und eine gleichzeitige Analyse mehrerer Bestandteile möglich. Daß damit das Filterpapier gemäß der Erfindung den üblichen bekannten Analysenverfahren überlegen ist, braucht nicht näher erläutert zu werden.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

Eine durch Fadenflotierung bzw. Florierspinnen von hochdichtem Polyäthylen erhaltene synthetische Pulpe wurde mit Chlorsulfonsäure sulfoniert. Die erhaltene sulfonierte Polyäthylenpulpe besaß eine Ionenaustauschkapazität von 2,4 mÄq/g. Zur Herstellung einer Filterpapierlage wurde eine Mischung aus 60 Gewichtsteilen der in der geschilderten Weise zubereiteten synthetischen Pulpe und 40 Gewichtsteilen einer natürlichen Pulpe zu einem Band ausgeformt. Die Filterpapierlage besaß eine Dicke von etwa 1 mm und ein Grundgewicht von 350 g/m².

Durch das Filterpapier wurde 15 min lang mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min 1n-HCl fließen gelassen. Dann wurde das behandelte Filterpapier durch dreimaliges Auswaschen mit destilliertem Wasser gereinigt. Aus dem gereinigten Filterpapier wurde ein kreisförmiges Stück eines Durchmessers von 47 mm ausgeschnitten und auf einem Filterpapierhalter befestigt.

Durch Auflösen von (NH₄)₂SO₄ · FeSO₄ · 6 H₂O in destilliertem Wasser und Verdünnen auf verschiedene Konzentrationen wurden vier Lösungsproben verschiedener Konzentration zubereitet. Die vier Probelösungen besaßen Fe⁺⁺-Konzentrationen von 9,2, 6,5, 3,1 bzw. 1,4 ppm (ermittelt durch Atomabsorptionsanalyse).

Durch das auf dem Filterpapierhalter befestigte Filterpapier wurden zweimal destilliertes Wasser und dann in etwa 10 min 100 ml der jeweiligen Probelösung filtriert.

Die Raumgeschwindigkeit hierbei betrug etwa 360 h^-1. Hierauf wurde das Filterpapier vom Filterpapierhalter entfernt und getrocknet.

Dieselben Maßnahmen wurden wiederholt, so daß letztlich vier Filterpapierstücke mit verschiedenen Mengen an Fe⁺⁺ erhalten wurden. Durch Atomabsorptionsanalyse waren im jeweiligen Filtrat keine Fe⁺⁺-Ionen mehr nachweisbar, d. h. die Konzentration des jeweiligen Filtrats an Fe⁺⁺-Ionen lag unter der Nachweisgrenze von 0,05 ppm.

Das jeweils mit Fe⁺⁺ beladene Filterpapier wurde durch Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse analysiert. Hierbei wurde die Fe-K _α -Linie ermittelt. Aus dieser wurde dann der Fe⁺⁺-Gehalt bestimmt.

Dieselben Maßnahmen wurden nochmals mit wäßrigen Lösungen mit verschiedenen Mengen an Cu⁺⁺ durchgeführt. Hierbei wurde die Cu-K _α -Linie bestimmt.

Bei der Durchführung der Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse wurden folgende Bedingungen eingehalten:

Gerät:Geigerflex SX der Firma
Rigaku Denki Co. Kristall:LiF Detektor:Szintillationszähler Weg:Vakuum (10^-1 mm Hg-Säule) Scheibe:W oder Mo

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 1 graphisch dargestellt:

Es hat sich gezeigt, daß zwischen der Konzentration und der Intensität der Röntgenstrahlenfluoreszenz eine lineare Beziehung bestand. Die Reproduzierbarkeit der Analysenergebnisse wurde durch fünfmaliges Wiederholen der geschilderten Maßnahmen unter Verwendung einer Probelösung mit 6,5 ppm Fe⁺⁺ geprüft. Die Abweichung in der Intensität der Röntgenstrahlenfluoreszenz betrug weniger als 2%. Es zeigte sich, daß bei Verwendung der in Fig. 1 enthaltenen Geraden als Eichgerade quantitative Analysen von Fe⁺⁺ und Cu⁺⁺ möglich waren. Die für die vollständige Analyse erforderliche Zeit bestand aus 10 min Filtrieren, 10 min Trocknen, 30 min für die Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse und 10 min zum Auftragen und Ermitteln der Ergebnisse, d. h. insgesamt lediglich etwa 1 h.

Wurde aus einer handelsüblichen Kationenaustauschmembran ein kreisförmiges Stück eines Durchmessers von 47 mm ausgeschnitten und dieses in 100 ml der Fe⁺⁺-Ionen enthaltenden Probenlösung eingetaucht, dauerte die Adsorption der Fe⁺⁺-Ionen 24 h.

Beispiel 2

Standardprobelösungen mit 0,1 bis 1 ppm Zn⁺⁺, Cd⁺⁺ oder Pb⁺⁺ wurden hergestellt. In der im Beispiel 1 geschilderten Weise wurden jeweils 100 ml der Standardlösung durch das Filterpapier filtriert. Die bei sämtlichen Filtraten durchgeführte Atomabsorptionsanalyse zeigte, daß sämtliche Metalle vollständig an das Filterpapier adsorbiert waren. Keines der Metalle konnte in den Filtraten mehr nachgewiesen werden.

Mit sämtlichen trockenen Filterpapieren wurde eine Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse durchgeführt (K _α -Linie für Zn⁺⁺ und Cd⁺⁺ und L _a -Linie für Pb⁺⁺). Wie aus Fig. 2 hervorgeht, konnte bei sämtlichen Metallen zwischen der Konzentration der Probenlösung und der Intensität der Röntgenstrahlenfluoreszenz eine ausreichend lineare Beziehung festgestellt werden. Die Reproduzierbarkeit der Analysenergebnisse wurde durch mehrmalige Wiederholung der Versuche mit denselben Probelösungen als zufriedenstellend bestätigt.

Beispiel 3

Aus dem im Beispiel 1 verwendeten Fasermaterial wurde ein 0,4 mm dickes Kationenaustauschfilterpapier hergestellt. Durch das auf einem Filterpapierhalter befestigte Filterpapier wurde 1 l einer wäßrigen Quecksilberchloridlösung mit 0,02 ppm Hg⁺⁺ innerhalb von etwa 10 min laufen gelassen. Daran anschließend wurden durch das Filter 20 ml 1n-HCl und 30 ml destilliertes Wasser filtriert. Das 1 n-HCl-Filtrat und das Filtrat aus destilliertem Wasser wurden miteinander vereinigt und durch Atomabsorptionsanalyse analysiert. Ein Vergleich mit der getrennt aufgetragenen Eichkurve zeigte, daß mehr als 99% Hg⁺⁺ aus der Probenlösung adsorbiert und in dem Eluat konzentriert worden waren. Die zur Analyse erforderliche Zeit betrug lediglich etwa 30 min.

Andererseits waren etwa 2 h erforderlich, um durch Verdampfen 1 l derselben wäßrigen Quecksilberchloridlösung auf etwa 50 ml einzuengen. Etwa 2 h und 10 min waren für eine Analyse erforderlich, um entsprechende Ergebnisse zu erreichen.

Beispiel 4

Unter Verwendung einer sulfonierten Polyäthylenpulpe einer Ionenaustauschkapazität von 0,5 mÄq/g wurde in der im Beispiel 1 geschilderten Weise ein 0,5 mm dickes Kationenaustauschfilterpapier hergestellt. Aus diesem wurde ein kreisförmiges Stück eines Durchmessers von 47 mm ausgeschnitten. Das kreisförmige Stück Filterpapier wog 0,28 g.

Durch das auf einem Filterhalter befestigte Stück Filterpapier wurde mit einer Geschwindigkeit von 25 ml/min eine Lösung einer Fe⁺⁺-Ionenkonzentration von 20 ppm filtriert. Im vorliegenden Falle betrug die Lineargeschwindigkeit etwa 90 cm/h; die Raumgeschwindigkeit (Lineargeschwindigkeit/Dicke) entsprach etwa 1800 h^-1. Nachdem 50 ml Probenlösung durchfiltriert worden waren, waren im Filtrat keine Fe⁺⁺-Ionen mehr nachweisbar, d. h. die Konzentration an Fe⁺⁺-Ionen im Filtrat lag unter 1 ppm. Die Gesamtmenge an Fe⁺⁺ war auf dem Filterpapier adsorbiert worden. Beim Filtrieren von 1 l Probelösung betrug die Fe⁺⁺-Konzentration im Filtrat 19 ppm.

Dieselben Maßnahmen wurden mit einer Filtrationsgeschwindigkeit von 250 ml/min wiederholt. Die Raumgeschwindigkeit (Lineargeschwindigkeit/Dicke) entsprach 18 000 h^-1. In diesem Fall waren selbst bei Filtration von lediglich 50 ml Probelösung im Filtrat Fe⁺⁺-Ionen nachweisbar.

Claims (13)

1. Filterpapier zur Analyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Kationen, bestehend aus einem Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kationenaustausch befähigte funktionelle Gruppen chemisch an das Fasermaterial gebunden sind.

2. Filterpapier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Fasermaterial, dessen Einzelfasern einen Durchmesser von 0,5 bis 100µ aufweisen.

3. Filterpapier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gegenüber Säuren, Alkalien und Lösungsmitteln beständiges Fasermaterial.

4. Filterpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Fasermaterial, bei dessen Herstellung als Ausgangsmaterial eine Pulpe aus Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol oder Polyvinylchlorid verwendet wurde.

5. Filterpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kationenaustausch befähigten funktionellen Gruppen aus Sulfonsäure-, Carbonsäure-, Phosphonsäure-, Sulfatester- oder Phosphatestergruppen bestehen.

6. Filterpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Ionentauschkapazität von 0,01 bis 10 mÄq/g aufweist.

7. Filterpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wasserdurchlässigkeit, ausgedrückt als die zum Filtrieren von 1 ml Wasser unter einer Last von 10 cm Wassersäule durch 1 cm² Filterpapier erforderliche Filtrationsdauer von 1 bis 1000 s aufweist.

8. Filterpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Stärke von 0,1 bis 5 mm aufweist.

9. Verfahren zur Schnellanalyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Kationen, bei dem man eine Flüssigkeitsprobe durch ein zum Kationenaustausch befähigtes Filterpapier filtriert, auf diese Weise die in der Flüssigkeitsprobe enthaltenen Kationen im Filterpapier sammelt und gegebenfalls das mit Kationen beladene Filterpapier als solches analysiert, unter Verwendung des Filterpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrieren durch nur ein Filterpapier erfolgt, wobei im wesentlichen die gesamte Menge der in der Flüssigkeit enthaltenen Kationen in der Oberflächenschicht des einen Filterpapiers enthalten ist und das Analysieren zusätzlich zum Analysieren des mit Kationen beladenen einen Filterpapiers als solches auch möglich ist durch Eluieren der betreffenden Kationen aus dem mit Kationen beladenen Filterpapier und Analysieren des erhaltenen Eluats.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsprobe mit einer Raumgeschwindigkeit von 1 bis 10 000 h^-1 (Lineargeschindigkeit) (cm/h)/Dicke (cm)) strömen läßt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kationen mittels Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse bestimmt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsprobe durch das Kationenaustauschfilterpapier mit einer Raumgeschwindigkeit von 1000 h^-1 oder weniger strömen läßt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Kationen beladene Filterpapier analysiert, indem man die Kationenkonzentration in dem durch Eluieren der betreffenden Kationen aus dem mit Kationen beladenen Filterpapier erhaltenen Eluats nach dem Atomabsorptionsverfahren ermittelt.