Chemische Verbindungen in Form von Salzen und deren Lösungen finden in der Industrie einen weiten Einsatzbereich. Sei es in Form eines galvanischen Bades innerhalb eines Beschichtungsprozesses oder in Form von Elektrolyten in Batterien. Dieser Artikel beschreibt die voltammetrische Spurenanalytik als eine einfache und kostengünstige Analysenmethode für Metalle und Moleküle mit elektrochemisch aktiven Gruppen in Salzen oder salzhaltigen Proben. Eine Probenverdünnung, Extraktion oder Aufschluss sind dabei nur selten notwendig.

Einleitung
Im Bereich der instrumentellen Analytik sind in den letzten Jahrzehnten unzählige Analysenmethoden entstanden und weiterentwickelt worden. Dennoch ist eine Analysentechnik nicht auf jede Probenmatrix problemlos anwendbar. Teilweise kann eine Analysentechnik gar nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand eingesetzt werden. In der Regel sind entsprechend aufwändige Probenvorbereitungsschritte notwendig, um die Analyse durchführen zu können. Dabei können Blindwerte entstehen oder die geforderten Nachweis- und Bestimmungsgrenzen nicht mehr eingehalten werden. Im Folgenden wird die Voltammetrie als Analysenmethode im Bereich der Spurenanalytik erläutert. Sie basiert auf elektrochemischen Vorgängen, die gerade für die Analyse von Salzen und salzhaltigen Proben hervorragend geeignet ist. Einzelne Anwendungsgebiete werden an Beispielen vorgestellt.

Die Analysenmethode Voltammetrie
Die Voltammetrie ist ein analytisches Verfahren, dem Strom-Spannungs-Messungen an elektrochemischen Zellen zugrunde liegen. Dabei wird an einer Elektrode in Bezug auf eine Referenzelektrode eine Spannungsrampe appliziert. Als analytisches Signal wird der Faradaysche Strom ausgewertet, der bei der Reduktion bzw. Oxidation des Analyten fließt. Der Analyt kann ein Anion, ein Kation oder eine elektrochemisch aktive Gruppe eines Moleküls sein. Bei den heute verwendeten Methoden (z. B. Differential Puls Voltammetrie - DP) sind die Stromsignale peakförmig und zur Analytkonzentration proportional. Die Lage des Peakmaximums auf der Spannungsachse ist für jedes Element bzw. Verbindung und deren Oxidationsstufe charakteristisch und ermöglicht so die Identifikation des Analyten.

Die Konzentrationsermittlung erfolgt über Standardaddition oder über eine zuvor ermittelte Kalibrierkurve.
Zur Steigerung der Selektivität wird die zu untersuchende Probe mit einem der Applikation angepassten Elektrolyten versetzt, der entsprechende Komplexbildner, Puffer und weitere Leitsalze enthält.

Cadmium in mineralischem Phosphatdünger
Über mineralische Phosphor-Düngung wird Cadmium in landwirtschaftliche Böden eingetragen. Dadurch gelangt dieses über das Trinkwasser und Lebensmittel wie Gemüse und Getreide in den menschlichen Körper [1]. Die Analyse der entsprechenden Phosphatdünger auf Cadmium und die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte ist daher zwingend notwendig.

Methode
Cadmium wird mittels Anodischer Stripping Voltammetrie (ASV) an der hängenden Quecksilbertropfelektrode (HMDE) vermessen. Dabei wird die Düngerprobe in Wasser gelöst, mit Elektrolyt (1ml Essigsäure/ Natriumacetat Puffer) versetzt und das Cadmium in einem Anreicherungsschritt als Amalgam bei einer Spannung von -800 mV (vers. Ag/AgCl 3 mol/L KCl) in der Elektrode abgeschieden. In einem anschließenden anodischen Ablöseschritt (ASV) wird das Cadmiumamalgam oxidiert. Dabei bildet sich ein Peak aus, dessen Peakmaximum bei -600 mV liegt. Die Anreicherungszeit wird dem Konzentrationsbereich des Cadmiums angepasst. Die Nachweisgrenze von Cadmium liegt bei 50 ng/L in der Messlösung.

Herstellung von Grundchemikalien
Bestimmung von Iodid in Sole für die Chloralkalielektrolyse
Chlor ist einer der wichtigsten Ausgangstoffe der Industrie. Bei der Chloralkalielektrolyse werden drei Verfahren eingesetzt, wobei das Membranverfahren das am häufigsten eingesetzte Verfahren ist. Eine Besonderheit des Membranverfahrens ist die extrem hohe Anforderung an die Solereinheit. Ein wichtiger Parameter der überwacht wird, ist die Iodid-Konzentration, da Iodid im Prozess oxidiert wird. Die gebildeten Reaktionsprodukte (u.a. Paraperiodate) bilden schwer lösliche Niederschläge auf und innerhalb der Membran. Diese verringern die Lebensdauer der Membran deutlich.

Methode
Iodid ist voltammetrisch inaktiv, deshalb wird es mittels Natriumhypochlorit zu voltammetrisch aktivem Iodat oxidiert. Der Überschuss des Oxidationsmittels Natriumhypochlorit wird anschließend mit Natriumsulfit vernichtet. Eventuell vorhandene störende Schwermetalle werden mit Hilfe von EDTA komplexiert. Das gebildete Iodat wird mittels differentieller Pulstechnik an der hängenden Quecksilbertropfelektrode (HMDE) bestimmt. Dabei werden 10 ml der vorbereiteten Lösung in das Messgefäß gegeben und die Spannung von -0,7 V bis -1,3 V abgefahren. Die Konzentrationsermittlung erfolgt über Standardaddition, wobei die Nachweisgrenze bei 2,5 µg/L und die Bestimmungsgrenze bei ­­10 µg/L in der Sole liegt [2].