Ćwiczenie nr 4
Oznaczanie zawartości tlenków o charakterze kwasowym w powietrzu atmosferycznym metodą aspiracyjną
Część teoretyczna:
Źródłem zanieczyszczeń powietrza są procesy naturalne polegające na erozji kontynentu przez wiatr i rozpylanie wody morskiej. Prowadzi to do produkcji olbrzymich ilości zawieszonego pyłu i aerozoli soli. Niektóre gazy są masowo produkowane w procesach mikrobiologicznych. Rozkład beztlenowy roślin prowadzi do produkcji metanu, siarkowodoru i amoniaku. Pożary lasów powodują powstawanie pyłów i popiołu, a erupcja wulkanów jest źródłem ditlenku siarki, amoniaku i pyłu.
Głównym antropogenicznym źródłem zanieczyszczeń powietrza są procesy spalania paliw zarówno stałych, jak i gazowych. Drugim źródłem są procesy przemysłowe. Większość procesów przemysłowych używa paliw naturalnych do ogrzewania i produkcji energii i wówczas emituje tzw. klasyczne zanieczyszczenia. Emitorami specyficznych zanieczyszczeń jest przemysł metali żelaznych i nieżelaznych, przemysł materiałów budowlanych, nawozów sztucznych, papierniczy.
Zanieczyszczenia powietrza powodują: zmiany widzialności parametrów meteorologicznych (efekt cieplarniany, promieniowanie UV, redukcja warstwy ozonowej); uszczerbek zdrowia ludzi i zwierząt (uczulenia, dolegliwości chroniczne, ostre stany chorobowe); degradację roślin (redukcja plonów, zamieranie lasów); niszczenie materiałów budowlanych (erozja fizyczna i korozja chemiczna).
Metodę aspiracyjną pobierania próbek zanieczyszczeń powietrza stosuje się przy małych stężeniach zanieczyszczeń w miejscach pobierania. Polega ona na przepuszczaniu znanej objętości badanego powietrza przez odpowiednie stałe lub ciekłe substancje pochłaniające – sorbenty umieszczone w rurkach sorpcyjnych lub płuczkach. Zanieczyszczenia łączą się z sorbentem na drodze fizycznej (rozpuszczanie, absorpcja, adsorpcja) lub chemicznej (reakcje chemiczne, chemisorpcja). Na dokładność pobierania próbek zanieczyszczeń wpływ ma zjawisko aeracji – gdy pochłanianie opiera się na fizycznym rozpuszczaniu w roztworze pochłaniającym, czynnikiem zmniejszającym wydajność pochłaniania jest ich wtórne wymywanie z roztworu strumieniem powietrza.
Najczęściej stosowanymi sorbentami są: wata szklana, wełna mineralna, węgiel aktywny, węglowe sita molekularne, syntetyczne polimery porowate, filtry bibułowe.
Celem ćwiczenia jest określenie zawartości tlenków kwasowych w powietrzu atmosferycznym metodą aspiracyjną.
Przebieg ćwiczenia:
Do płuczki aspiratora odmierzono 10ml 0,01m NaOH, 10ml wody destylowanej i kroplę fenoloftaleiny. Podłączono płuczkę do aspiratora i przepuszczano powietrze przez 30 min (powietrze było pobierane zza okna pracowni). Następnie przygotowano druga próbkę następująco: do kolby stożkowej odmierzono 10ml NaOH, 10ml wody destylowanej i kroplę fenoloftaleiny. Miareczkowano 0,01m HCl do odbarwienia (ślepa próba).
Po półgodzinnym przepuszczaniu powietrzem pierwszej próbki, przelano ją do kolby stożkowej i miareczkowano HCl.
Obliczenia i wyniki:
ślepa próba 11ml
próbka z aspiratora 7,3ml
Zawartość dwutlenku węgla w próbce:
X = 22∙(V1-V2)∙c
X = 22∙(11-7,3)∙0,01 = 0,81 [mg CO2]
Zawartość dwutlenku węgla w przeliczeniu na mg/m3 CO2
Y = $\frac{x \bullet 100}{8}$
Y = $\frac{0,81 \bullet 100}{8}$ = 10,13 [mg CO2/m3]
Wynik przeliczony na procent objętościowy w ppm:
C% = $\frac{Y \bullet 0,001 \bullet 22,4}{M}$
C% = $\frac{10,13 \bullet 0,001 \bullet 22,4}{44}$ = 0,00516 [ppm]
Wnioski:
Tlenek węgla jest substancją niebezpieczną i silnie trującą. Podczas prawidłowego spalania węgla z około jednego procenta powstaje tlenek węgla, a reszta to dwutlenek węgla. Normalny poziom tlenku węgla w powietrzu atmosferycznym wynosi 0,01–0,2 ppm, a w dużych miastach może osiągnąć kilka ppm. W badanej próbce zawartość tlenku węgla wynosi 0,00516 ppm i jest zgodny z normą oraz nie zagraża zdrowiu człowieka.