Przechowywanie i utrwalanie próbek

Próbki wody i ścieków należy przechowywać w temperaturze niższej od temperatury jaka miały w chwili pobierania, w większości przypadków wystarcza schłodzenie do temperatury 2-5⁰C i przetrzymywanie w ciemności podczas transportu i do stosunkowo krótkiego czasu przechowywania poprzedzającego analizę.

Niektóre próbki można zamrażać do -20⁰C. Niektóre składniki fizyczne i chemiczne można stabilizować przez dodanie związków chemicznych do próbki po jej pobraniu. Najczęściej próbkę zakwasza się, alkalizuje, zadaje biocydami lub specyficznymi odczynnikami wiążącymi wybrane składniki.

Spektroskopia absorpcji atomowej (AAS)

Proces będący podstawą spektroskopii atomowo - emisyjnej można przedstawić:

M_ek
M_ep + hv (pod strzałką emisja)

W przypadku, gdy promieniowanie elektromagnetyczne o odpowiedniej energii przechodzi przez ośrodek zawierający wolne atomy jakiegoś pierwiastka, to w wyniku absorpcji promieniowania następuje wzrost energii atomu:

M_ek + hv
M_ep (pod strzałką absorpcja)

To podobieństwo pozwala stwierdzić, iż atom może absorbować tylko promieniowanie przez wolne atomy - jest wielkością charakterystyczna dla danego pierwiastka.

W metodzie absorpcji atomowej wykorzystuje się zjawisko absorpcji przez metale charakterystyczne dla nich linii rezonansowych, emitowanych przez źródło promieniowania.

Przyrząd składa się z:

- źródła promieniowania liniowego emitujące wąską linię rezonansową oznaczanego metalu (lampa z katodą wnękową)

- atomizera przeprowadzającego pierwiastek w stanie atomowym

- monochromatora

- detektora

- rejestratora

Metoda AAS charakteryzuje się dużą czułością i powtarzalnością oznaczeń. Jest ona stosowana do oznaczeń śladowych zawartości metali. Ujemną cechą tej metody jest konieczność posiadania tylu komputerów, ile pierwiastków chcemy oznaczyć.

Metoda chromatograficzna

Związki chemiczne w przyrodzie w postaci mieszanin są najczęściej otrzymywane na drodze syntezy. Rozdzielenie mieszanin związków chemicznych jest podstawowym problemem nauk chemicznych.

Chromatografia - pojęcie to obejmuje metody rozdziału mieszanin jednorodnych różnych substancji w oparciu o podział składników mieszaniny między fazą nieruchomą i ruchomą układu chromatograficznego. Dzieli się na:

- absorpcyjna (cieczowa, gazowa)

- podziałowa - ekstrakcja (cieczowa, gazowa)

- jonowymierna (cieczowa)

- osadowa

- sitowa - sączenie molekularne, różne wartości masy cząsteczkowej rozdzielonych związków - cieczowa

• Chromatografia gazowa

Szybka i skuteczna metoda rozdziały mieszanin związków lotnych. Substancja rozdzielona przenoszona jest za pomocą gazu nośnego (faza ruchoma) przez kolumnę wypełnioną fazą nieruchomą.

Chromatografia znalazła również zastosowanie do identyfikacji i oznaczeń ilości mieszanin gazowych

Efekt rozdziału - wykreślany jest w postaci chromatografu i krzywej elucji - wymywania.

Rozdział polega na różnej temp. wrzenia substancji w mieszaninie.

Chromatograf składa się z:

- zbiornika gazu nośnego

- układu regulującego przepływ gazu nośnego

- układu dozowania próbki

- kolumny

- termostatu

- detektora

- rejestratora

Stosowane są w laboratoriach przemysłowych związanych z kontrolą żywności lub zanieczyszczeń środowiska. Do osiągnięć tej dziedziny zaliczamy analizę pozostałości pestycydów w wodach, żywności, glebie, analizę polichlorobifenyli i innych toksycznych substancji.

• Wysokociśnieniowa chromatografia cieczowa

To nowoczesna chromatografia cieczowa o dużej zdolności rozdzielczej służące do rozdzielenia zarówno związków lotnych o małej masie cząsteczkowej jak i polimerów, a więc stanowi doskonałe uzupełnienie chromatografii gazowej. Jest to sprawna i szybka metoda rozdziału. Podstawą tego rozdziału jest fakt, że składniki próbki w niejednorodnym stopniu ulegają podziałowi między dwie niemieszające się fazy - ruchoma i stacjonarną. Rozdzielenie jest wynikiem różnych szybkości migracji spowodowanych różnymi wartościami współczynnika podziału.

Chromatograf cieczowy - fazą ruchomą jest ciecz, którą wprowadza się na kolumnę w sposób nierównomierny. Składa się z:

- zbiornika cieczy

- pompy do napełnienia

- urządzenia do wprowadzania

- kolumny

- detektora

- rejestratora

Do najczęściej analizowanych tą metodą związków zaliczamy związki biologicznie czynne, białka, polipeptydy, aminokwasy, witaminy, sterydy, środki farmaceutyczne, alkaloidy, antybiotyki, środki przeciwbólowe, środki ochrony roślin, pestycydy, środki chwastobójcze, węglowodory o łańcuchach skondensowanych, związki metaloorganiczne, związki kompleksowe, kwasy organiczne, skompleksowane mieszaniny kationów.

Tlen rozpuszczony w wodzie: tlen rozpuszczony, a podstawowe znaczenie dla wszystkich procesów chemicznych i biochemicznych w wodach naturalnych.

Wszystkie procesy zachodzące w obecności tlenu nazywają się procesami aerobowymi. Prowadzą do zanieczyszczeń wody. W braku tlenu powstają w wodzie warunki beztlenowe. Powstają substancje o nieprzyjemnym zapachu, gnilne.

• Rozpuszczalność czystego tlenu w wodzie 20˚C i przy ćiśnieniu 1 at = 43,8 mg/dm³

Ponieważ powietrze atmosferyczne zawiera 21% objętości tlenu, ciśnienie cząsteczkowe zgodne z prawem Daltona, wynosi 0,21 atm., gdy całkowite ciśnienie powietrza wynosi 1 atm.

Rozpuszczalność tlenu w wodzie zależy od temp., ze wzrostem rozpuszczalności maleje wartość rozpuszczalności tlenu, zależnie od tabel.

Zasolenie - rozpuszczalnośc tlenu w wodzie zmniejsza się zasolenie. Zależność ta jest praktycznie liniowa do stężenia soli 35 g/dm³

- poprawki są służące do obliczania rozpuszczalności tlenu w wodzie zasolonej, są również ujęte w tabeli:

X = Cs - n * ∆Cs

n- zawartość soli w wodzie g/dm³

Cs - rozpuszczalność tlenu w wodzie, w zależności od temp.

Rozpuszczalność tlenu w wodzie maleje ze spadkiem ćiśnienia 1 atm (1013 Pa) obliczamy:

Cs'= Cs =

p- ciśnienie atmosferyczne, hPa

pw- ciśnienie pary wodnej w kontakcie z powietrzem atmosferycznym.

• Tlen rozpuszczony zużywalny jest w sposób ciągły, w procesach biochemicznych rozkładu substancji. Stąd w przypadku zużywanego dopływu zanieczyszczeń organicznych, łatwo dojść do nadmiernego nadużycia tlenu.

Również jest uzupełniany tlen z atmosfery. Im deficyt tlenu rozpuszczonego jest większy, tym szybkość przenikania jest uzależniona od warunków. Od stosunków powierzchni zbiornika do całej masy, a także do turbulencji powierzchniowych warstw.

• Zjawisko niedotlenienia może wystąpić przy pokrywie lodowej lub dejów. Źródłem tlenu w wodzie poza natlenianiem z atm., może być proces fotosyntezy w zbiorniku. Zawartość tlenu w wodzie jest wynikiem równowagi między zużywaniem a dostarczaniem.

- Stężenie tlenu w rzekach jest równomierne na całym przekroju. Natomiast wody stojące możemy obserwować zmiany stężenia w zależności od zbiornika, zależy od stratyfikacji jezior, stężenie tlenu w powierzchniowych wodach zwykle mniejsze jest latem, większe zimą.

W większości wypadków zawartość tlenu w wodzie powierzchniowej mieści się powyżej 100% nasycenia.

• Duży deficyt tlenowy jest szkodliwy dla środowiska poniżej 30% nasycenia, poniżej 2-3 mg/l, powoduje śnięcie ryb i wywołuje zaburzenia rozwoju organizmów.

• Zawartość tlenu rozpuszczonego wpływa na wzrost agresywnego CO₂, duża zawartość tlenu przyspiesza proces korozji.

• Minimalne dopuszczalne stęż. Tlenu w Polsce Klasa I - 7, klasa II - 5.

Jeżeli wody przeznaczone do spożycia , zaleca się aby zawartość tlenu była bliska nasycenia 9 mg/l. Znajomość tlenu a istotne znaczenie dla jakości ścieków oczyszczanych metodami biologicznymi. Większe ilości tlenu mają ścieki po oczyszczaniu osadem czynnym i złożach biologicznych.

Odtlenione ścieki nie mogą być wprowadzone do odbiornika. Zawartość tlenu w ściekach może być pomocna przy ocenie rodzaju i charakteru. I wyznacza przebieg procesów.

Do onaczenia tlenu rozpuszczonego służy

• A). metoda Winklera

(jej modyfikacje: azydkowi, nadmanganianowa, podflorynowa, koagulacji, solami glinu, siarczanem miedziowym, …. Sultoamidowym.

- Metoda Winklera jest rodzajem odwróconym miareczkowaniem jodometrycznym

- siarczanu manganianu (II) zasadowego jodku potasu - powstaje biały osad wodorotlenku manganu (II), który utlenia się pod wpływem tlenu - barwa brunatna. Osad rozpuszcza się w kwasie siarkowym i redukuje do jonów manganu (II). Temu procesowi towarzyszy wydzielanie jodu w równowadze do tlenu, w próbce jod oznacza się metodą miareczkową - roztworem tiosiarczanu wobec skrobi jako wskaźnika:

Mn²⁺ + 2OH -> Mn(OH)₂ Biały osad

2Mn (OH)₂ + O₂ -> 2MnO (OH₂) brunatny osad

MnO (OH₂) + 4H⁺-> Mn⁴⁺ + 3H₂O

Mn⁴⁺ + 2J -> Mn²⁺ + J₂

J₂ + 2S₂O₃² -> 2J + S₄O₄²⁻

Przeszkadzają substancje utleniające jodku, wolny chlor, chloraminy, żelazo, substancje powodujące utlenienie jodku do jodu, substancje nie utleniające w środowisku kwaśnym (m.in. żelazo… )

B).Metoda elektrochemiczna:

Jest użyteczną metodą pozwalającą na pomiar stężenia tlenu bezpośrednio w zbiorniku wody i ścieków. Metoda odpowiednia dla silnie zanieczyszczonych wód, barwnych i toksycznych ścieków, zwłaszcza do oznaczenia tlenu w próbkach . Istotą metody jest sonda tworząca z elektrod i ogniwa galwanicznego. Dyfunduje przez półprzepuszczalną membranę do roztworu elektrolitu podstawowego układu sondy a następnie do katody, gdzie ulega redukcji. Mierzony prąd jest proporcjonalny do stężenia tlenu rozpuszczonego. Układ pomiarowy wymaga kalibracji, to szybki i łatwy pomiar.

W przypadku badań fizyczno-chemicznych wód podziemnych, zależnie od celu tych badań analizy dzielimy na 3 grupy:

1- hydrochemiczne (pełna, ogólna, wskaźnikowa)

2-techniczne

3-balneologiczne

• 1,Analiza hydrochemiczna pełna- celem jest otrzymanie pełnego obrazu chemicznego wody. Obejmuje parametry fizyczne i chemiczne wody z pierwiastkami śladowymi włącznie.

• 1,Analiza hydrochemiczna ogólna- niezbędna przy wstępnej ocenie chemizmu wód, zawiera zarówno oznaczenia parametrów fizycznych (temperatura, smak, zapach, barwa, przewodność elektryczna) oraz oznaczenia parametrów chemicznych ( aniony: chlorki, siarczany, wodorowęglany, kationy: wapnia, magnezu, sodu, potasu). Oznacza się też substancje rozpuszczone, twardość wody, pH. Czasami wykonuje się innego rodzaju oznaczenia (CO₂, siarkowodoru, żelaza, jodków, bromków itp.).

• 1,Analiza hydrochemiczna wskaźnikowa- wykonywana w zależności od celu, ale obejmuje jeden lub kilka składników szczególnie charakterystycznych dla danego rodzaju wód (np. wykonuje się oznaczenie chlorku w przypadku ustalenia zasięgu i stopnia zasolenia wód).

2.Analiza techniczna- wykonywana wtedy, gdy celem badań hydrogeologicznych jest określenie zasobów i jakości wody pod kątem ich gospodarczego wykorzystania.

3.Analiza balneologiczna- istotna przy badaniu wód mineralnych w celu ich wykorzystania dla potrzeb leczniczych. W tego typu analizie zwraca się uwagę na parametry, które maja znaczenie w balneoterapii (leczenie wodami), np. temperatura, odczyn, CO_2, H₂S, radon, chlorki, wodorowęglany, siarczany, jodki czy żelazo.

---