OZNACZANIE WSKAŹNIKÓW FIZYCZNYCH W WODZIE I ŚCIEKACH- PRZEWODNOŚĆ WŁAŚCIWA, PH (KONDUKTOMETRIA I POTENCJOMETRIA)

Konduktometria polega na pomiarze przewodnictwa elektrycznego roztworu elektrolitu między dwiema elektrodami obojętnymi.

Przewodnictwo właściwe [K]- konduktywność, jest to przewodność 1 dm³ roztworu miedzy elektrodami o powierzchni (s)=1 m² w odległości (l)=1m.

K=l/R*s [s/m] [s*m/m²]

[K]=[ms/cm, us/cm]

Warunki pomiaru:

-prąd zmienny o częstotliwości ok. 1000Hz

-s=const

-l=const l/s-stała naczynka elektrolit.

Przewodność właściwa wyraża zdolność elektrolitu do przewodzenia prądu elektrycznego i zależy od:

-stężenia roztworu elektrolitu (c)

-stopnia dysocjacji (d)

-ruchliwości jonów (u)

K=c*α*F*(u⁺+u^-)

Na podstawie wartości K określamy:

-zasolenie, suchą pozostałość, zawartość substancji rozpuszczonych

przewodność molowa elektrolitu-Λ, stosunek przewodnictwa właściwego (κ) do stężenia molowego elektrolitu (c): Λ=κ/c.

Jest to przewodnictwo roztworu (konduktancja elektrolityczna) jaką wykazuje elektrolit o grubości warstwy 1 metra i takiej powierzchni elektrod aby między nimi mieściła się objętość roztworu zawierająca 1 mol substancji.

Zalezy od:

-temperatury,

-stężenia,

-ruchliwości zawartych w nim jonów.

Ruchliwość jonów (u)- jest to szybkość jonów w polu elektrycznym o jednostkowym natężeniu

[u]=[m²/s*v]

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA

z dnia 20 sierpnia 2008 r.

w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych

ZAŁĄCZNIK Nr 1

WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WÓD ODNOSZĄCE SIĘ DO

JEDNOLITYCH CZĘŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH W CIEKACH NATURALNYCH TAKICH JAK STRUGA, STRUMIEŃ, POTOK, RZEKA

Jednostka klasa

I II

Fosfor ogólny mg P/l ≤0,2 0,4

Przewodniość

W 20^oC uS/cm ≤1000 1500

Odczyn pH 6-8,5 6-9

ZAŁĄCZNIK Nr 2

WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WÓD ODNOSZĄCE SIĘ DO JEDNOLITYCH CZĘŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH TAKICH JAK JEZIORO I INNY NATURALNY ZBIORNIK WODNY

Wartości jednostka I

Graniczne

uS/cm ≤600 Wartości granicznych

nie ustala się

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA

z dnia 23 lipca 2008 r.

w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych

ZAŁĄCZNIK

WARTOŚCI GRANICZNE ELEMENTÓW FIZYKOCHEMICZNYCH STANU WÓD PODZIEMNYCH W KLASACH JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH

Wskaźnik Jednostka I II III IV V

Odczyn pH 6,5-9,5 <6,5 lub >9,5

Przewodność

W 20^oC uS/cm 700 2500 2500 3000 >3000

Fosforany mg/l 0,5 0,5 1 5 >5

ROZPORZADZENIE MINISTRA ZDROWIA

Z dnia 29.03.2007

W sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

Wskaźnik Jednostka Wartość

PH 6,5-9,5

Przewodność us/cm do 2500

Potencjometria- w metodach tych wykorzystuje się zależność miedzy stężeniem (aktywnością) oznaczonego jonu w roztworze a potencjałem elektrycznym elektrody.

Elektroda (półogniwo)- w znaczeniu fizykochemicznym jest to układ złożony z metalu zanurzonego w roztworze soli tego metalu:

Me^o/Meⁿ⁺

Me^oMeⁿ⁺ + ne^-

Ag^oAg⁺ + e^-

Zn^o --> Zn²⁺ + 2e^-

Można wyróżnić

-elektroda redukcji: K⁽⁺⁾ 2Ag⁺+2e^-2Ag^o

-elektroda utlenianiania A^(-) Cu^o-2e^-Cu²⁺

Ogniwo- jest to układ dwóch elektrod (półogniw)

Np.: Cu^o/Cu²⁺//Ag⁺/Ag^o

Ogniwo składa się z elektrody wskaźnikowej, której potencjał zależy od stężenia oznaczonego jonu i elektrody porównawczej o stałej wartości potencjału. Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa (SEM) prowadzi do określenia stężenia jonów wodorowych, a tym samym pH.

SEM=f(pH)

Pomiar pH oraz SEM pozwala na oznaczenie stężeń różnych jonów za pomocą tzw. jonoselektywnych elektrod wskaźnikowych.

Potencjał elektrody (E)

Potencjał standardowy elektrody (Eo)- względem 1 molowego roztworu soli

Normalna elektroda wodorowa (NEW)

E^o=^o

H2g 2H2H++2e-

1013 hPa aHx=1mol/dm3

a=c*f

potencjał elektrody wodorowej w temperaturze 25^oC można wyrazić wzorem:

E=E_o=0,059/2 lg a² _H+/pH₂

Wstawiając wartość Eo=0 otrzymujemy:

E=0,059 lg a_h+ stąd pH=-E/0,059

Szereg napięciowy elektrod metalicznych

wzrost szlachetności

Mg, Zn, Cd, Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Ti, Au, Pt.

SEM-siła elektromotoryczna ogniwa- różnica potencjałów dwóch elektrod

Potencjał oksydacyjno-redukcyjny- elektrody nie ulegają zmianom, służą do pobierania lub oddawania elektronów

Wzór Nernsta:

E=Eo + 0,059/n log a_utl/a_red

A _red =1 dla a _Me i H2 w stanie podstawowym

E=E_o + 0,059/n log a_utl

Gdy a_ult=1 mol/dm³

E=E_o

Elektrody redoks- obojętnie chemiczny metal szlachetny (Pt, Au, Ag) zanużony jest w roztworze zawierającym ogniwo redoks : np. Pt/Ce⁴⁺, Ce³⁺//PtH⁺, H₂

Podział metod spektroskopowych

Rodzaj włókna	Sposób powstawania	Metody analityczne
Widma atomowe	Przejście elektronów powłok zewnętrznych	Fotometria płomieniowa Spektrografia i spektrometria emisyjna Fluorescencyjna spektrometria atomowa Absorpcyjna spektrometria atomowa
Widma molekularne (cząsteczkowe)	Przejście elektronów powłok zewnętrznych	Spektrofotometria absorpcyjna cząsteczkowa Spektrometria ramanowska spektrofluorymetria
Widma atomowe promieniowania rentgenowskiego	Przejście elektronów powłok wewnętrznych	spektrografia rentgenowska absorpcja promieni X dyfrakcja promieni X fluorescencja rentgenowska
Widma rezonansu magnetycznego	Zmiana kierunku spinu jądra lub elektronu w stosunku do kierunku pola magnetycznego	magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR)

Zakresy widma promieniowania elektromagnetycznego λ [cm]

• Promieniowanie rentgenowskie X: 1·10^-10 - 1·10^-7

• Nadfiolet UV: 1·10^-7 - 4·10^-5

• Światło widzialne VIS: 4·10^-5 - 8·10^-5

• Podczerwień IR: 8·10^-5 - 3·10^-2

• Mikrofale: 3·10^-3 - 100

• Fale radiowe: 100 - 10⁵

Widma atomowe - emisyjne

Powstają w wyniku przejść elektronów powłok zewnętrznych (elektronów walencyjnych).

• emisja promieniowania rezonansowego

np. Na [1s²2s²2p⁶3s¹3p]

wzbudzenie atomu: ē zp. 3s→3p

emisja promieniowania: ē zp. 3p→3s

• spektralna analiza emisyjna

Po wzbudzeniu ē na wyższy energetycznie poziom, następuje jego powrót i emisja kilku długości promieniowania

• emisja promieniowania X

Gdy z atomu zostanie wybity ē powłok wewnętrznych zachodzi emisja fotonów o wysokiej częstotliwości.

W spektralnej analizie emisyjnej wyróżnia się procesy:

• wzbudzenie atomów i emisja promieniowania,

• rozszczepienie emitowanego promieniowania,

• rejestracja widma,

• interpretacja widma, tj. w analizie jakościowej identyfikacja linii widmowych, a w analizie ilościowej pomiar natężenia.

Widma cząsteczkowe (molekularne) - absorpcyjne

Powstają w wyniku zmiany stanów energetycznych cząsteczki oddziałującej z promieniowaniem elektromagnetycznym. Widma absorpcyjne to zależność natężenia promieniowania rejestrowanego po przejściu przez substancję absorbującą od długości fali.

W cząsteczce wieloatomowej wyróżniamy:

• energia elektronowa E_e - związana z ruchem elektronów

• energia oscylacyjna E_osc - związana z drganiami atomów w cząsteczce

• energia rotacyjna E_rot - związana z obrotem cząsteczki wokół osi

Całkowita energia cząsteczki E_cz jest sumą wyżej/w energii:

E_cz= E_ē + E_osc + E_rot

1000 : 10 : 1

Spektroskopia absorpcyjna:

1) Barwa a barwa dopełniająca

fioletowa 400-430nm

niebieska 430-490nm

zielona 490-565nm

zółta 565-580nm

pomaranczowa 580-620nm

czerwona 620-800nm

2) Prawa absorpcji:

a) Prawo Lamberta: Absorbancja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorbującej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.

A= log l₀/l₁ = a · L

A - absobancja

l₀ - natężenie promieniowania padającego

l₁ - natężenie promieniowania wychodzącego

a - współczynnik absorpcji

L - grubość warstwy ośrodka absorbującego

Prawo Beera: Absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia roztworu.

A= f(c)

b) Prawo Lamberta - Beera: Absorbancja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącego przez jednorodny roztwór jest wprost proporcjonalna do stężenia roztworu (c) i do grubości warstwy absorbującej (l).

A= a · c · l

c = [g/cm³]

gdy c = [mol/dm³] i l = [cm] to a = E [dm³/mol ·cm]

E - molowy współczynnik absorpcji

c) Prawo addytywności absorpcji: absorpcja roztworu wieloskładnikowego równa się sumie absorpcji poszczególnych składników.

A = A₁ + A₂ + ….A_n

l =const.

nr	Nazwa próby	K przewodność [uS/cm]	pH	norma	interpretacja
1	Kran Śródmieście	785	7,84	pH 6,5-9,5 K do 2500 uS/cm	pH oraz K prawidłowe, woda zdatna do spożycia
2	Staw Strzelce Dolne	512	7,64	K≤600	K- klasa I Woda zaliczana do klasy I
3	Kran Łochowo	709	7,28	pH 6,5-9,5 K do 2500 uS/cm	pH oraz K prawidłowe, woda zdatna do spożycia
4	Studnia Kruszyn Krajeński	275	6,60	pH kl I,II,III 6,5-9,5 kl IV,V<6,5 lub >9,5 K klI 700 kl II 2500 kl III 2500 kl IV 3000 klV>3000 [uS/cm]	pH- klasa I K- kl I Woda zaliczana do klasy I
5	Studnia Strzelce Dolne	351	7,81	pH kl I 6,5-9,5 kl II<6,5 lub >9,5 K klI 700 kl II 2500 kl III 2500 kl IV 3000 klV>3000 [uS/cm]	pH- klasa I K- kl I Woda zaliczana do klasy I
6	Rzeka Brda	473	8,16	pH kl I 6-8,5 kl II 6-9 K ≤1000 1500 [uS/cm]	pH- klasa I K- klasa I Woda zaliczana do klasy I
7	Kran Osowa Góra	397	7,93	pH 6,5-9,5 K do 2500 uS/cm	pH oraz K prawidłowe, woda zdatna do spożycia
8	Kran Fordon	981	7,88	pH 6,5-9,5 K do 2500 uS/cm	pH oraz K prawidłowe, woda zdatna do spożycia

nr	Nazwa próby	A PO^3-4 [mg/l]	norma	interpretacja
1	Staw Strzelce Dolne	0,023	Brak norm	Brak
2	Kran Łochowo	0,087	Brak norm	W wodzie do picia nie limituje się, choć obecność fosforanów jest niepożądana (rozwój mikroorganizmów)
3	Studnia Kruszyn Krajeński	0,074	mgPO4/l kl I 0,5 kl II 0,5 kl III 1 kl IV 5 klV>5 [mg/l]	mgPO4/l - kl I Woda zaliczana do klasy I
4	Studnia Strzelce Dolne	0,075	mgPO4/l kl I 0,5 kl II 0,5 kl III 1 kl IV 5 klV>5 [mg/l]	mgPO4/l - kl I Woda zaliczana do klasy I
5	Rzeka Brda	0,051	mgP/l kl I ≤0,2 kl II 0,4 [mg/l]	mgP/l - klasa I Woda zaliczana do klasy I
6	Kran Osowa Góra	0,013	Brak norm	W wodzie do picia nie limituje się, choć obecność fosforanów jest niepożądana (rozwój mikroorganizmów)
7	Kran Fordon	0,032	Brak norm	W wodzie do picia nie limituje się, choć obecność fosforanów jest niepożądana (rozwój mikroorganizmów)

Krzywa wzorcowa
Stężenie (c) [mg/l]	A
0,0	-
0,05	0,029
0,1	0,037
0,2	0,072
0,3	0,099
0,5	0,162
0,7	0,236
1,0	0,324

---