Oznaczenie zawartości tlenu rozpuszczonego - metoda z czujnikiem elektrochemicznym

Cel: Zbadanie zawartości tlenu rozpuszczonego w wodach naturalnych.

Wprowadzenie: Metoda jest stosowana do oznaczenia zawartości rozpuszczonego tlenu w wodzie słodkiej, słonej i ściekach w zakresie 0 - 100% nasycenia (PN-EN 25814). Metoda może dawać błędne wyniki, jeżeli w użytej do oznaczenia próbce będą występować gazy i pary: chloru, siarkowodoru, dwutlenku siarki, amin, amoniaku, dwutlenku węgla, bromu i jodu. Oznaczeniu nie przeszkadzają barwa, mętność i zawartość żelaza. W wodzie poddawanej analizie zanurza się czujnik składający się z naczyńka elektrolitycznego oddzielonego od wody selektywną membraną, zawierającego elektrolit i dwie metaliczne elektrody. Metoda oparta jest o pomiar różnicy potencjałów między elektrodami, spowodowanej reakcją ogniwa lub przyłożonym napięciem zewnętrznym. Przechodzący przez membranę tlen jest redukowany na katodzie, podczas gdy na anodzie jony metalu przechodzą do roztworu. Powstający w ten sposób prąd jest wprost proporcjonalny do szybkości transferu tlenu przez membranę i warstwę elektrolitu, a w związku z tym do ciśnienie cząsteczkowego tlenu w próbce w danej temperaturze. Przepuszczalność membrany dla gazów zmienia się znacznie wraz ze zmianą temperatury. Większość nowoczesnych przyrządów kompensuje automatycznie wpływ zmian temperatur, przez włączenie w obwód czujnika temperaturowego.

Rozpuszczalność tlenu w wodzie przy danym ciśnieniu zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Również rozpuszczalność w danej temperaturze zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia. Ponadto rozpuszczalność zmniejsza się ze wzrostem zasolenia.

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Wykonanie oznaczenia

NIGDY NIE NALEŻY DOTYKAĆ PALCAMI CZYNNEJ POWIERZCHNI MEMBRANY.

Przygotować przyrząd do pracy zgodnie z instrukcją (stabilizacja - 10 min. i kalibracja).

Do próbki wody z zlewce poddanej procesowi mieszania z prędkością około 0,5 m ^. s. włożyć sondę tlenową. Należy upewnić się, czy na czujniku nie zostały zatrzymane pęcherzyki powietrza w czasie jego zanurzania w próbce. Po ustabilizowaniu się temperatury dokonaj odczytu w % nasycenia. Pomiary wykonać dla dwóch badanych wód w dziesięciu powtórzeniach. W sprawozdaniu podać wartości średnie i przedział ufności dla oznaczanej zawartości tlenu rozpuszczonego.

2. Stężenie tlenu rozpuszczonego

Rozpuszczalność tlenu w wodzie przy danym ciśnieniu zmienia się wraz ze zmianą temperatury.

W przypadku, gdy pomiar przeprowadzono w próbce o temperaturze różniącej się od tej, w której przyrząd skalibrowano, należy skorygować wartość wskazaną przez przyrząd.

Obliczyć prawdziwą wartość mnożąc wartość odczytaną w temperaturze, w której dokonano pomiar, przez iloraz:

ρ(O)_m / ρ(O)_c

ρ(O)_m - rozpuszczalność w temperaturze pomiaru

ρ(O)_c -- rozpuszczalność w temperaturze kalibracji

Np.: temp. kalibracji - 25⁰C, rozpuszczalność w temp. 25⁰C - 8,3 mg ^. dm³, temp. pomiaru - 10⁰C, odczyt przyrządu 7,0 mg ^. dm³, rozpuszczalność w temp. 10⁰C - 11,3 mg ^. dm³.

Wartość prawdziwa: 7,0 ^. (11,3 / 8,3) = 9,5 mg ^. dm³.

3. Korekcja wyników oznaczenia stężenia tlenu rozpuszczonego (zmiana ciśnienia atmosferycznego lub wysokości nad poziom morza).

Również rozpuszczalność w danej temperaturze zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia (*) czy wysokości nad poziom morza(**):

( ρ^'(O)_s = ρ(O)_s ^. p / 101,325

ρ^”(O)_s - rozpuszczalność tlenu w wodzie, w mg ^. dm³, przy ciśnieniu p, w kilopaskalach, i temperaturze t, w ⁰C

ρ(O)_s - teoretyczna rozpuszczalność tlenu w wodzie, w mg ^. dm³, przy ciśnieniu 101,325 kPa, i temperaturze t, w ⁰C

(**) log₁₀p_h = log₁₀ 101,3 - (h / 18480)

p_h - średnie ciśnienie atmosferyczne, w kPa, dla wysokości h nad poziom morza, w metrach

Wykrywanie jonów chlorkowych Cl ^-

Cel: Wykrywanie jonów chlorkowych w wodach naturalnych

Szkło laboratoryjne: 3 kolby miarowe o pojemności 50 cm³

4 pipety, 6 probówek

wkraplacz,

2 kolby stożkowe o pojemności 500 cm³,

2 lejki,

2 sączki

Odczynniki: roztwór NaCl o stężeniu 0,05 mol^.dm³,

roztwór AgNO₃ o stężeniu 0,05 mol^.dm³,

woda ze śródpolnych oczek, woda wodociągowej i woda z Morza Bałtyckiego.

WYKONANIE ĆWICZENIA

1.Wykonanie oznaczenia

Do kolby miarowej o pojemności 100 cm³ wlewamy 5 cm³ wody destylowanej i dodajemy 0,47g NaCl. Dolewamy wody destylowanej do kreski i zawartość mieszamy. Otrzymany roztwór 0,05 M jest roztworem standardowym (Roztwór przygotowany). Studenci po wykonaniu stosownych obliczeń sporządzają pozostałe roztwory NaCl z roztworu standardowego tj.: 0,01; 0,005 i 0,002 M.

Do czterech probówek wlewamy po 1 cm³ każdego z roztworów NaCl, a do dwóch następnych wlewamy po 1 cm³ badanych wód. Do każdej probówki dodajemy kilka kropel AgNO₃.

Ag⁺ + Cl^- = ↓AgCl

W probówce I powstanie obfity osad, w II - mniej osadu, w III - zmętnienie, a w IV brak osadu.

Porównać ilość osadu wytrąconego w probówkach 5,6 i 7 z przygotowanymi wzorcami i „określić” stężenie jonów chlorkowych w badanych wodach.

Wykrywanie jonów żelaza (III) Fe³⁺

Cel: Wykrywanie jonów żelaza (III) w wodach naturalnych

Szkło laboratoryjne: 4 kolby miarowe o pojemności 50 cm³

4 pipety, 8 probówek

wkraplacz,

2 kolby stożkowe o pojemności 500 cm³,

2 lejki,

2 sączki

Odczynniki: roztwór FeCl₃ o stężeniu 0,05 mol^.dm³,

10 % roztwór NH₄SCN,

wody naturalne

WYKONANIE ĆWICZENIA

1.Wykonanie oznaczenia

Do kolby miarowej o pojemności 100 cm³ wlewamy 5 cm³ wody destylowanej i dodajemy 0,8g FeCl₃ . Dolewamy wody destylowanej do kreski i zawartość mieszamy. Otrzymany roztwór 0,05 M jest roztworem standardowym (Roztwór przygotowany). Studenci po wykonaniu stosownych obliczeń sporządzają pozostałe roztwory FeCl₃ z roztworu standardowego tj.: 0,01; 0,005, 0,001 i 0,0002 M.

Do pięciu probówek wlewamy po 1 cm³ każdego z roztworów FeCl₃, a do dwóch następnych wlewamy po 1 cm³ badanych wód. Do każdej probówki dodajemy po jednej kropli roztworu tiocyjanianu amonu.

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 6SCN^- = [Fe(SCN)₆]^3- + 6H₂O

Dodajemy do probówek jeszcze 5 cm³ wody destylowanej w celu zróżnicowania intensywności powstałych barw.

W probówkach od I do III następuje zmiana barwy z żółtej na czerwoną, w IV probówce - barwa różowa, a w V brak zabarwienia.

Porównać zabarwienia badanych wód w probówkach 6 i 7 z przygotowanymi wzorcami i „określić” stężenie jonów żelaza (III) w badanych wodach.

---