Związki biogenne
W ekologii wód, nazwą związków biogennych przyjęło się określać się te związki, które są kluczowe dla rozwoju organizmów samożywnych (glony, rośliny wodne) i które zarazem mogą występować w niedoborze. Ponieważ w naturalnych zbiornikach wodnych większość makroelementów występuje w nadmiarze i jest powszechnie dostępna (np. węgiel i tlen z gazów rozpuszczonych i z samej wody, pozostałe wymywane ze skał i gleb zlewni) mianem związków biogennych określa się zazwyczaj związki azotu i fosforu
Azot ogólny
Stanowi sumę azotu organicznego oraz azotu amonowego, azotanowego i azotanowego.
Nog = NNH4 + NNO2 + NNO3 + Norg
Azot Kjeldahla jest sumą azotu organicznego i amonowego.
Azot amonowy
Amoniak (azot amonowy) występujący w wodach powierzchniowych pochodzi zwykle z biochemicznego rozkładu organicznych związków azotowych roślinnych lub zwierzęcych, jak białko i produkty jego rozpadu, mocznik. Źródłem amoniaku są także ścieki przemysłowe, miejskie lub z procesu redukcji azotanów. W wodach podziemnych amoniak może występować w wyniku redukcji azotynów i azotanów przez siarkowodór lub inne zw redukujące. Wielka ilość amoniaku w wodach podziemnych świadczy o obecności zw żelaza lub zw humusowych. W wodach użytkowych amoniak jest szkodliwy dla instalacji wodociągowej i utrudnia chlorowanie.
Metody oznaczania azotu amonowego:
- bezpośrednia nessleryzacja
- destylacja
- z salicylanem sodu i podchlorynem
- potencjometryczna
Oznaczanie azotu amonowego metodą bezpośredniej nessleryzacji.
Amoniak reaguje z odczynnikiem Nesslera tworząc związek o żółtym zabarwieniu, którego intensywność jest proporcjonalna do stężenia amoniaku.
W oznaczeniu przeszkadzają sole wapnia, magnezu i żelaza (winian sodu i potasu), mętność i barwa (odsączenie), siarkowodór i inne związki ulegające zabarwieniu pod wpływem odczynnika Nesslera.
Oznaczanie azotu amonowego po wstępnej destylacji.
Metoda polega na oddestylowaniu amoniaku z próbki wody o odczynie słabo alkalicznym i oznaczeniu w destylacie amoniaku kolorymetrycznie z odczynnikiem Nesslera lub miareczkując.
Oznaczanie azotu amonowego metodą kolorymetryczną z salicylanem i podchlorynem.
Metoda oparta jest na reakcji zachodzącej między jonami amonowymi, salicylowymi i podchlorynowymi w wyniku której powstaje barwny związek kompleksowy. Przeszkadzają kationy wapnia i magnezu (cytrynian sodu).
Oznaczanie azotu amonowego metodą potencjometryczną.
Oznaczenie polega na zalkalizowaniu próbki do pH 12 w celu przeprowadzenia jonów amonowych w gazowy amoniak. Z badanej próbki amoniak dyfunduje przez membranę do roztworu wypełniającego, gdzie w wyniku dysocjacji powstają jony amonowe i wodorotlenowe. Powstałe jony wodorotlenowe powodują zmianę potencjału elektrody szklanej względem elektrody odniesienia, zależną od zawartości azotu amonowego w próbce. Przeszkadzają aminy, jony rtęci (jodek sodu).
Azot organiczny.
Azot organiczny to związki organiczne zwierające azot zarówno pochodzenia naturalnego jak też zanieczyszczeń, które występują w środowisku wodnym. Są to np. mocznik, pirydyna, aminy i inne. Związki org azotowe, w porównaniu z węglowodanami, ulegają wolniej biochemicznemu rozkładowi i w pierwszym okresie nie wywołują wzrostu BZT. Związki org zawierające azot są mineralizowane metodą Kjeldahla w stężonym Kwiasie siarkowym, wobec katalizatora siarczanu rtęci. W celu podwyższenia temp spalania dodaje się siarczanu potasu. Wtedy azot w zw org przechodzi w siarczan amonu. Po zalkalizowaniu oznacza się amoniak metodą destylacji.
Azot azotanowy
Azotany są najwyższym stopniem utleniania azotowych związków org i nieorg. Azotany w dużych ilościach występują w ściekach po biologicznym oczyszczaniu. Do wód dostają się ze ściekami miejskimi, przemysłowymi, wody kopalniane oraz z pól z nawozami azotowymi. W wodzie pitnej szkodliwe dla niemowląt a w jeziorach przyspieszają eutrofizację.
Metody do oznaczania azotanów.
- z salicylanem sodu
- z p-fluorofenolem
- z redukcją w kolumnie kadmowej
Oznaczanie azotu azotanowego metodą kolorymetryczną z salicylanem sodu.
W środowisku stężonego kwasu siarkowego jony azotanowe reagują z salicylanem sodu. Produkty tej reakcji mają żółte zabarwienie. Przeszkadzają mętność, barwa, żelazo, azotyny, chlorki.
Oznaczanie azotu azotanowego metodą kolorymetryczną z p-fluorofenolem.
W środowisku stężonego kwasu siarkowego jony azotanowe reagują z p-fluorofenolem. Produkt 2-nitro-4-fluorofenol oddziela się z próbki destylując z parą wodną do alkalicznego roztworu. W roztworze powstaje żółty nitrofenolan. Stężenie określa się spektrofotometrycznie.
Oznaczanie azotu azotanowego kolorymetryczną metodą redukcyjną.
Zasadą metody jest przeprowadzenie azotu azotanowego w azot azotynowy i oznaczenie łącznie obu postaci azotu. Próbkę badanej wody przepuszcza się przez kolumnę napełnioną granulowanym, amalgamowanym kadmem. Stężenie azotu azotanowego oblicza się jako różnicę stężeń sumarycznego azotu azotanowego i azotanowego oraz pierwotnego stężenia azotu azotanowego. Przeszkadzają mętność, barwa, odczyn po za granicą pH6-8.
Azot azotynowy
Azotyny są produktem przejściowym w cyklu azotowym, zachodzącym w wodach naturalnych. ogr zw azotowe, ulegające biochemicznemu rozkładowe, przechodzą początkowo w amoniak poźniej w azotyny które łatwo ulegają utlenieniu do azotanów. Obecność w wodzie świadczy o zachodzących procesach utleniania i redukcji. Łatwo przekształcają się w azotany lub amoniak. W wodzie jest ich b.mało jedynie na terenach bagnistych i leśnych w większej ilości. Mogą również powstać podczas uzdatniania wody lub pod wpływem działania bakterii nitryfikacyjnych, przemysł, rozkład odpadków zwierzęcych. Azotyny z kwasem sulfanilowym i z α-naftyloaminą barwi się na czerwonofioletowy, a ta barwa jest proporcjonalna do stężenia azotynów w wodzie. Przeszkadzają zw utleniające i redukujące, mętność, barwa, jony żelaza(II) i(III), chlor.
BZT
Ilość tlenu potrzebna do utleniania zw org w wodzie na drodze biochemicznej w warunkach aerobowych w temp pokojowej (20OC). Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5 lub 20 dni (Oznaczając to odpowiedni BZT5 lub BZT20). Pośrednio określa się w ten sposób stężenie substancji organicznej podatnej na biodegradację.
Oznaczanie BZT5 metodą bezpośrednią i rozcieńczeń.
Oznaczenie polega na określeniu zużycia tlenu na procesy mineralizacji zw org w 20OC w ciągu 5dobach inkubacji. BZT5 stanowi różnicę zawartości tlenu rozpuszczonego na początku badania i po 5 dobach inkubacji.
ChZT
Ten wskaźnik określa ilość tlenu potrzebną do utlenienia materii organicznej jednak w tym przypadku bez udziału organizmów żywych. W zależności od stopnia zanieczyszczenia każda woda zawiera substancje ulegające utlenianiu pod wpływem silnych utleniaczy takich jak nadmanganiany czy chromiany. Ilość tlenu równoważną ilości zużytego utleniacza określa się jako ChZT. Oznaczanie ChZT jest konieczne gdy woda zawiera zw org nierozkładalne przez mikroorganizmy lub zawiera zw toksyczne.
Jeżeli badana próbka zawiera zw org łatwo rozkład przez mikroorganizmy to BZT=ChZT lub BZT5=0,7ChZT lub jeśli woda zawiera zw org trudno rozkładane na drodze chem to BZT>ChZT.
ChZTCr - zapotrzebowanie tlenu dwuchromianowe. Jest to metoda dokładniejsza od utl ze wzgl na zastosowanie mocniejszego utleniacza (dichromian (VI) potasu). Określa zdolność wody do redukowania w śr kwaśnym potasu z jonu Cr2O72- do Cr3+ na skutek utl zw org i nieorg zawartych w badanej próbce. Reakcje przebiegają w śr stężonego kw siarkowego.
ChZTMn - zapotrzebowanie tlenu nadmanganianowe inaczej „utlenialność”. Ilość tlenu pobrana z silnego utleniacza aby utlenić zw org. Polega na redukowaniu nadmanganianu potasu wskutek utleniania się obecnych w wodzie zw org.
Największy stopień utleniania osiąga się przy zastosowaniu dwuchromianu a najniższy nadmanganianu.
Oznaczanie ChZTMn metodą nadmanganianową.
Polega na redukowaniu nadmanganianu potasu wskutek utleniania się obecnych w wodzie zw org. Niektóre związki org takie jak sole żelaza (II), azotyny i inne też ulegają utlenianiu w tych warunkach. Ilość zużytego nadmanganianu musi być ściśle określona. Przez utlenialność w tej metodzie rozumie się ilość mgO2 zużytego przez próbkę z roztworem nadmanganianu w sr kwaśnym.
Fosforany.
Fosfor w wodach naturalnych może pochodzić z rozkładu związków organicznych roślinnych lub zwierzęcych, z pól nawożonych nawozami fosforowymi oraz z zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi. Z tych względów w wodach powierzchniowych obserwuje się okresowość występowania fosforanów na jesieni, zimą i wiosną, a zanik w lecie. Wody naturalne zawierają fosfor, zarówno w postaci związków organicznych, jak i mineralnych — rozpuszczonych i nierozpuszczonych. Fosforany w wodach podziemnych pochodzą najczęściej z nawożonej gleby. Eutrofizacja zbiorników wodnych. W wodociągach sprzyjają w rozwoju miktroorg.
Oznaczanie fosforanów metodą kolorymetryczną z molibdenianem amonu i chlorkiem cyny (II).
Zasada oznaczania polega na tworzeniu się w roztworze kwaśnym kwasu fosforomolibdenowego H7(P)MoO2(O4)6 o żółtym zabarwieniu, który ulega redukcji pod wpływem chlorku cyny (II), tworząc związek kompleksowy błękit molibdenowy — o intensywnym niebieskim zabarwieniu. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości fosforanów. Oznacza się ją wizualnie lub spektrofotometrycznie.
Sucha pozostałość
Pozostałość po odparowaniu wody, wysuszona w temperaturze 105°C i przeliczona na 1 dm³ wody. Składają się na nią wszystkie substancje stałe, rozpuszczone i zawieszone w wodzie.
Sucha pozostałość ogólna to substancje pozostałe po odparowaniu i wysuszeniu próbki w temp 103-105OC do stałej masy. Stanowi sumę zawartych w wodzie nielotnych subst org i nieorg.
Pozostałość po prażeniu to ilość subst otrzymanych po wyprażeniu suchej pozostałości w temp 550OC.
Strata przy prażeniu stanowi różnicę między wartością suchej pozostałości a pozostałością po prażeniu.
Substancje rozpuszczone to ilość subst otrzymanych po odparowaniu przesączonej próbki wody i wysuszeniu jej do stałej masy w 103-105OC.
Substancje rozpuszczone nielotne mineralne to subst otrzymane po wyprażeniu w 550OC subst rozpuszczonych.
Lotne substancje rozpuszczone stanowią różnicę między wartością subst rozpuszczonych a mineralnych subst rozpuszczonych pozostawionych po prażeniu.
Oznaczanie suchej pozostałości
Polega na odparowaniu określonej ilości wody próbki do stałej masy w 103-105OC i zważeniu.
Oznaczanie pozostałości po prażeniu.
Polega na wyprażeniu suchej pozostałości w 550OC polaniu jej po wystudzeniu CO2, wysuszeniu i zważeniu. Zw org spalają się a węglany, azotyny i azotany rozkładają się.
Oznaczanie straty przy prażeniu.
Oblicza się ją z różnicy między suchą pozostałością a pozostałością po prażeniu.
Oznaczanie subst rozpuszczonych (przesączalnych).
Polega na odparowaniu przesączonej próbki, wysuszeniu i zważeniu. W skład subst rozpuszczonych wchodzą subst rozpuszczone oraz koloidalne które przeszły przez sączek.
Oznaczanie substancji rozpuszczonych nielotnych (mineralnych).
Polega na spaleniu subst rozpuszczonych (przesączalnych) w 550OC, po ostudzeniu polaniu CO2, wysuszeniu i zważeniu.
Oznaczanie substancji rozpuszczonych lotnych.
Oblicza się je z różnicy między substancjami rozpuszczonych a nielotnymi substancjami rozpuszczonymi - mineralnymi.
Twardość
Ze względu na występowanie w wodach przeważającej ilości jonów wapniowych i magnezowych w stosunku do pozostałych jonów za twardość wody uważa się cechę wody, która określa ogólną zawartość jonów wapniowych i magnezowych. Ich stężenie wyraża się w mval/dm3, w stopniach twardości lub mg/dm3 CaCO3. Twardość ogólną wody wyraża się zwykle w stopniach niemieckich.
Twardość węglanowa to rodzaj twardości wody, która jest wywoływana głównie przez wodorowęglany: wapniowy Ca(HCO3)2 oraz magnezowy Mg(HCO3)2. Związki te przy ogrzewaniu wody rozkładają się do nierozpuszczalnych węglanów tworzących kamień kotłowniczy. Łatwo usunąć tego typu twardości (wystarczy tylko przegotowanie wody).
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O
Twardość niewęglanowa, zwana też trwałą to rodzaj twardości wody, która jest wywoływana głównie przez sole wapnia i magnezu. Najczęściej są to siarczany dające trudny do usunięcia kamień gipsowy (np. CaSO4) oraz chlorki.
Oznaczenie twardości metodą wersenianową ogólnej twardości wody większej od 0,357 mval/dm3.
Do próbki wody badanej wprowadza się roztwór wersenianu dwusodowego, który ma
właściwości kompleksometrycznego wiązania różnych jonów metali (kationów). Między
innymi wersenian tworzy związki kompleksowe z kationami wapniowymi i magnezowymi.
Miareczkowanie kompleksometryczne próbki wody przeprowadza się w obecności
wskaźnika, jakim jest barwnik czerń eriochromowa T. Barwnik ten ma takie właściwości, że
tworzy z kationami wapnia i magnezu również związek kompleksowy o zabarwieniu
czerwonym w warunkach pH ok. 10,0. Jednak związki kompleksowe wapnia i magnezu z
czernią eriochromową T są mniej trwałe niż z wersenianem i w trakcie miareczkowania wody
badanej, kationy wapnia i magnezu łączą się w związki kompleksowe z wersenianem. W
punkcie końcowym miareczkowania czerń eriochromowa T zostaje całkowicie uwolniona z
uprzednio powstałych jej związków kompleksowych, co prowadzi do zmiany barwy
roztworu z czerwonej na niebieską. Zmiana zabarwienia roztworu miareczkowanego jest
wyraźna, gdy znajduje się w nim wystarczająca ilość jonów magnezowych. Na ostrość
końcowego punktu miareczkowania ma wpływ odczyn próbki, wyrazistość zjawiska wzrasta
wraz ze wzrostem jej pH. W oznaczaniu przeszkadzają, wysoka mętność wody, znaczne ilości substancji organicznych, wodorowęglany i węglany w ilości powyżej 6 mval/dm3 oraz jony baru, cynku, glinu, kadmu, kobaltu, manganu, miedzi, niklu, ołowiu, strontu i żelaza. Silnie mętne próbki wody należy przesączyć przed wykonaniem oznaczania.
Oznaczenie twardości metodą wersenianową ogólnej twardości wody większej od 0,357 mval/dm3.
Wody naturalne o takiej twardości trudno spotkać. Różnicę między oznaczaniem powyższym stanowi zastosowanie bardziej rozcieńczonego roztworu wersanianu sodu oraz nieuwzględnianie subst przeszkadzających.
Twardość wapniowa - właściwość chemiczna wody wywołana obecnością rozpuszczonych soli wapnia. Analogicznie rozumiana i wyróżniana jest twardość magnezowa.
Zawiesiny.
To substancje nierozpuszczalne, pływające i zawieszone, wydzielone z wody lub ścieków przez przesączenie lub odwirowanie i wysuszenie w temperaturze 1050C do stałej masy. Zawiesiny składają się z substancji organicznych i mineralnych. Mogą być pochodzenia naturalnego (np. cząstki drobnego piasku, gliny, wytrącone związki żelaza lub manganu, organizmy wodne) lub mogą pochodzić z zanieczyszczeń znajdujących się w ściekach miejskich lub przemysłowych. Zawiesiny można podzielić na łatwo opadające oraz trudno opadające. Wody podziemne są wolne od zawiesin.
Oznaczenie zawiesin ogólnych metodą wagową bezpośrednią.
Polega na odsączeniu ich za pomocą sączka lub filtra(twardy lub bezpopiołowy, tygle Gocha czy filtry membranowe), wysuszeniu w 103-105OC i zważeniu.
Oznaczanie zawiesin nielotnych (mineralnych) metodą bezpośrednią.
Polega na wyprażeniu zawiesin ogólnych w 550OC i zważeniu pozostałości po prażeniu.
Oznaczanie zawiesin lotnych metodą pośrednią.
Obliczyć różnicę zawartości zawiesin ogólnych a zawartością zawiesin nielotnych (mineralnych)
Oznaczanie zawiesin ogólnych metodą pośrednią.
Obliczyć z różnicy między suchą pozostałością a substancjami rozpuszczonymi.
Oznaczanie zawiesin nielotnych (mineralnych) metodą pośrednią.
Obliczyć z różnicy między pozostałością po prażeniu a nielotnymi substancjami rozpuszczonymi.
Oznaczanie zawiesin lotnych metodą pośrednią.
Obliczyć z różnicy między stratą przy prażeniu a lotnymi substancjami rozpuszczonymi.