Platinaryhmän alkuaineiden uudet analyysimenetelmät ja niiden hyödyntäminen katalyyttimateriaalien, kierrätysmahdollisuuksien ja ympäristönäytteiden tutkimuksessa

Tässä väitöstutkimuksessa kehitettiin analyysimenetelmiä katalyyttimateriaalien ja ympäristönäytteiden palladium-, platina-, rodium- ja ruteniumpitoisuuksien määrityksiin. Tämän työn keskeisimmät havainnot liittyivät kahteen tulosten luotettavuuden kannalta merkittävään vaiheeseen: näytteiden tehokkaaseen liuotukseen sekä mittauksiin liittyvien häiriöiden poistoon. Lisäksi tutkittiin kyseisten menetelmien soveltuvuutta laajempaan käyttöön platinaryhmän alkuaineiden kierrätyksen parissa.

Platinaryhmän alkuaineita, erityisesti palladiumia, platinaa, rodiumia ja ruteniumia hyödynnetään monissa teknisissä sovelluksissa. Yksi tunnetuimmista on autoliikenteen haitallisten päästöjen vähentäminen platinaryhmän alkuaineita sisältävien pakokaasukatalysaattorien avulla. Muita sovelluskohteita ovat esimerkiksi teollisuuskatalyytit, elektroniikkakomponentit ja syöpälääkkeet. Luotettavat analyysimenetelmät ovat tarpeen koko tuotantoketjun ajan, aina raaka-aineiden käyttökelpoisuuden selvittämisestä tuotteiden laadunvalvontaan. Lisäksi analyysimenetelmiä tarvitaan arvioitaessa ympäristöön päätyvien platinaryhmän alkuaineiden määrää.

Liuotusolosuhteiden optimointi on tärkeää, sillä platinaryhmän alkuaineita sisältävät materiaalit ovat usein hyvin kestäviä. Tässä tutkimuksessa näytteiden liuotuksessa hyödynnettiin pääasiassa mikroaaltoavusteisia menetelmiä niiden nopeuden ja tehokkuuden vuoksi. Kaikki mittaukset suoritettiin liuotetuista näytteistä plasmatekniikoita käyttäen. Tällöin vain liuoksen mukana kuumaan plasmaan päätyvät alkuaineet voitiin havaita niiden lähettäessä sähkömagneettista säteilyä (ICP-OES) tai ionisoituessa (ICP-MS).

Näytteet sisältävät lähes aina myös useita muita alkuaineita, jotka voivat liuetessaan ja plasmaan päätyessään aiheuttaa häiriöitä. Nämä, niin kutsutut spektraaliset häiriöt, aiheutuvat, kun vähintään kaksi eri alkuainetta lähettää sähkömagneettista säteilyä samalla aallonpituudella tai vaihtoehtoisesti plasmassa muodostuu vähintään kaksi erilaista ionia, joilla on sama massa/varaus-suhde. Tällöin saadaan liian suuri mittaustulos. Spektraaliset häiriöt aiheuttivat ongelmia erityisesti määritettäessä hyvin alhaisia palladium-, platina- ja rodiumpitoisuuksia ympäristönäytteistä. Häiriöt voitiin poistaa käyttämällä samepisteuuttoa, jolla erotettiin platinaryhmän alkuaineet ja häiriöitä muodostavat alkuaineet eri liuoksiin ennen mittausta. Toisaalta tutkimuksessa hyödynnettiin myös uusinta saatavilla olevaa mittausteknologiaa (ICP-MS/MS), jossa häiritsevät ionit ja tutkittavat ionit erotettiin toisistaan niiden reagoidessa mittalaitteessa sopivan kaasun, tässä tapauksessa ammoniakin kanssa.

Edelleen, platinaryhmän alkuaineiden kierrätyksen merkitys on korostumassa. Esimerkiksi Euroopan Unioni on luokitellut platinaryhmän alkuaineet kriittisiksi raaka-aineiksi. Tärkeimmät tähän luokitukseen johtaneet syyt olivat tuotannon sijoittuminen pääasiassa EU-maiden ulkopuolelle, kierrätyksen puutteellisuus sekä platinaryhmän alkuaineiden heikko korvattavuus muilla materiaaleilla. Tämän vuoksi tutkimuksessa selvitettiin kehitettyjen menetelmien soveltuvuutta myös suuremmassa mittakaavassa, platinaryhmän alkuaineiden kierrätyksen parissa.