RoHS_cwiczenie_01.pdf

Oznaczanie substancji zabronionych w materiałach dla potrzeb normy RoHS

metodą fluorescencji rentgenowskiej

miejsce akcji – W. Chemii, Ingardena 3, pracownia 048

Norma RoHS

W celu zmniejszenia ilości szkodliwych substancji przenikających do środowiska w krajach Unii

Europejskiej wprowadzono w 2006 roku dyrektywę 1 , ograniczającą zawartość szeregu substancji w

sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Rozporządzenie o ograniczeniu użycia substancji

niebezpiecznych, określane skrótem RoHS (ang. Restrictions on Hazardous Substances), wyznacza

maksymalne dopuszczalne zawartości materiałów szkodliwych: ołowiu, rtęci, kadmu,

sześciowartościowego chromu, polibromowego difenylu (PBB) i polibromowego eteru fenylowego (PBDE).

Dyrektywa RoHS dotyczy urządzeń nowych, wprowadzanym na rynek, odrębne ustawa reguluje zasady

zbiórki i utylizacji zużytych produktów elektrycznych i elektronicznych (dyrektywa WEEE – ang. Waste of

Electrical and Electronic Equipment).

W ogólności ograniczeniom RoHS podlegają wszystkie produkty, dla których normalnego działania

niezbędny jest przepływ prądu elektrycznego, i które należą do jednej z poniższych grup:

1. wielkogabarytoweurządzenia gospodarstwa domowego,

2. małogabarytowe urządzenia gospodarstwa domowego,

3. urządzenia IT i telekomunikacyjne,

4. urządzenia konsumenckie,

5. urządzenia oświetleniowe,

6. narzędzia elektryczne i elektroniczne, z wyjątkiem wielkogabarytowych, stacjonarnych

urządzeń przemysłowych,

7. zabawki,sprzęt rekreacyjny i sportowy,

8. automaty.

Od ograniczeń zawartych w dyrektywie RoHS zwolnione mogą być te produkty, w których nie ma

możliwości zastąpienia lub zmniejszenia stężenia regulowanego pierwiastka (substancji) bez utraty jego

pożądanych cech użytkowych. Długa lista wyjątków jest stale aktualizowana i obejmuje przykładowo takie

artykuły i elementy jak lampy fluorescencyjne, sodowe i halogenowe (Hg), złącza stykowe i stopy

lutownicze (Pb), szkło monitorów kineskopowych (Pb), szkło optyczne (Pb i Cd), powłoki antykorozyjne na

niektórych specjalistycznych produktach (Cr). Z dyrektywy RoHS wyłączonych jest w całości kilka grup

produktów, np. wymienne części urządzeń wprowadzonych do obrotu przed 2006 rokiem, maszyny

służące do produkcji, sprzęt wojskowy, medyczny, kontrolno-pomiarowy, baterie. Stwierdzenie czy dany

sprzęt podlega ograniczeniom RoHS nie zawsze jest łatwe – kryterium decydującym jest czy elementy

elektryczne lub elektroniczne stanowią o użyteczności danego produktu. Pluszowa zabawka z

wbudowaną elektroniczną pozytywką nie podlega dyrektywie RoHS – jeśli pozytywka przestanie działać

produkt zachowuje swoje podstawowe funkcje, sterowany pilotem model samochodu podlega RoHS – bez

działających układów elektrycznych i elektronicznych zabawka taka traci swoje podstawowe funkcje.

Produkty spełniające dyrektywę RoHS mogą być oznaczane przez producenta odpowiednim znakiem

(tekst RoHS Compliant lub podobnie), choć nie ma takiego wymogu ustawowego.

1 Dyrektywa nr 2002/95/EC z 27 stycznia 2003 roku, wprowadzona w życie w większości krajów UE 1.07.

2006 roku, jej zapisy obowiązują w Polsce od 27.03.2007 roku (Dz.U. nr 69, poz. 457). Szczegółowe

informacje dotyczące uregulowań prawnych w tej kwestii znaleźć można na stronie internetowej

Ministerstwa Gospodarki - www.mg.gov.pl.

Substancje regulowane dyrektywą RoHS

Maksymalne stężenia regulowanych substancji dotyczą wszystkich jednorodnych części produktu. Przez

termin jednorodny rozumie się taki materiał, którego nie można mechanicznie rozdzielić. Obudowa

odkurzacza wykonana z tworzywa sztucznego to materiał jednorodny, kabel elektryczny da się rozdzielić

na składniki (drut, izolacja) i ograniczenie RoHS stosują się do każdego składnika oddzielnie. W tabeli 1

umieszczono wartości dopuszczalnych stężeń.

Tabela 1.

Wartości dopuszczalnych stężeń dla substancji regulowanych dyrektywą RoHS.

substancja

dopuszczalne stężenie

Hg, Pb, Cr(VI), PBB, PBDE

1000 ppm

0,1% wag.

100 ppm

0,01% wag.

PBB i PBDE stosowane są jako przeciwpalne dodatki do tworzyw sztucznych. Przy zawartości od 10

do 30% skutecznie ograniczają palność tworzyw, nie wpływając w istotny sposób na ich cechy użytkowe.

W stosowanych dodatkach uniepalniających pierścienie fenylowe mogę mieć stopień podstawienia od 4

do 10 atomów bromu na cząsteczkę difenylu. Limit 0.1% stosuje się do wszystkich związków tej grupy

liczonych razem. Ponieważ PBBi PBDE są stosowane zawsze z dodatkiem Sb 2 O 3 (często w stosunku

wagowym 3:1), który poprawia ich działanie supresyjne, to w toku analizy techniką XRF na obecność tych

związków można posłużyć się następującym schematem:

brak bromu w badanej próbce materiału – nie ma niedozwolonych związków należących do grupy

PBB i PBDE,

brom jest obecny ale nie wykryto antymonu – wniosek j.w.,

stwierdzonoobecność bromu i antymonu – materiał może zawierać substancje niedozwolone, ale

ponieważ dodatek Sb 2 O 3 stosuje się również w przypadku innych bromowanych związków

uniepalniających, to wymaga to potwierdzenia innymi technikami analitycznymi (GC/MS,

HPLC/UV).

eter bis(pentabromofenylowy)

Chrom(VI) w urządzeniach objętych normą RoHS występuje najczęściej w powłokach

antykorozyjnych, może również wchodzić w skład pigmentów (np. żółty PbCrO 4 ) oraz zielonym szkle.

Pasywacja metali chromem(VI) nosi nazwę chromianowania (nie mylić z chromowaniem) i jest stosowana

dla zabezpieczania powierzchni cynku, aluminium, miedzi, stali nierdzewnej oraz dla poprawy

przyczepności lakierów do metalu. W zależności od grubości warstwy wyroby metalowe pasywowane

chromem(VI) przybierają połysk niebieski (~0.025 µm), żółty opalizujący, oliwkowy lub czarny (>1.5 µm).

Charakterystyczny wygląd chromianowanych śrub, podkładek, wkrętów, metalowych elementów

konstrukcyjnych, anten czy wtyczek ułatwia ich selekcję do badań z tak złożonych produktów jak

telewizory czy komputery.

W badaniach na zgodność z normą RoHS prowadzonych z użyciem spektrometru XRF nie można

odróżnić Cr(VI) od Cr(III), który również stosuje się w zabezpieczeniach antykorozyjnych, a także Cr(0),

który jest składnikiem wielu stopów, np. stali nierdzewnej (12-18% Cr) oraz jest stosowany do tworzenia

powłok dekoracyjnych. Potwierdzenie obecności oraz pomiar stężenia Cr(VI) w badanym elemencie może

być wykonane w toku dalszych analiz z użyciem spektrometrii UV/VIS, po przeprowadzeniu jonów Cr(VI)

w barwny kompleks (np. w reakcji z difenylokarbazydem).

Wymagane wiadomości

Znajomość podstaw techniki fluorescencji rentgenowskiej - źródła promieniowania, rozkład widmowy

lampy rentgenowskiej, procesy zachodzące pod wpływem oddziaływania promieniowania X z materią,

linie K i L, stosowane detektory, budowa spektrometru fluorescencji rentgenowskiej z rozpraszaniem

energii (ED-XRF) i spektrometru dyspersji długości fali (WD-XRF).

Wykonanie ćwiczenia

1. Oznaczeniejakościowe i ilościowe pierwiastków w roztworze.

Otrzymany roztwór o nieznanym składzie poddać analizie z użyciem spektrometru ED-XRF stosując

warunki wzbudzenia dla pierwiastków o niskich, średnich i dużych masach. Na podstawie

zarejestrowanych widm określić skład soli. Korzystając z dostarczonych preparatów przygotować

serię trzech roztworów wzorcowych. Po przygotowaniu pierwszego roztworu należy wykonać pomiar

XRF i porównać intensywność wybranego maksimum dla metalu obecnego w roztworze badanym z

intensywnością tego piku w przygotowanym roztworze wzorcowym. Kolejne roztwory służące do

wykonania krzywej kalibracyjnej powinny mieć takie stężenia, aby stężenie próbki badanej mieściło

się pomiędzy stężeniami przygotowywanych roztworów wzorcowych. Wyniki analiz należy wpisać do

arkusza kalkulacyjnego programu Microsoft Excel i wyliczyć z jego pomocą stężenie badanego

roztworu. Uwaga, obliczenia wykonujemy i dyskutujemy w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych.

2. Identyfikacja pierwiastków objętych normą RoHS w próbkach pobranych z elementów

urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

W podzespołach dostarczonych przez prowadzącego ćwiczenie (obwody drukowane - karty grafiki,

płyty główne, obudowy urządzeń – klawiatura komputerowa, telefon) lub próbkach przyniesionych

przez studentów zidentyfikować komponenty do analizy. Za pomocą narzędzi oddzielić je od

podzespołu, oczyścić od wtrętów innych materiałów i przygotować do umieszczenia w komorze

pomiarowej aparatu. Wykonać pomiar dobierając warunki wzbudzenia dla pierwiastków regulowanych

normą RoHS.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: