Vízminőség, vízvédelem

5. előadás

Vízanalitikai elméleti alapok

Az előadás vázlata

A laboratóriumi munka szabályai

TömegmérésTérfogatmérés

Mennyiségi kémiai analízistérfogatos (titrimetriás) analitikafotometriás analitikaelektroanalitika

A laboratóriumi munka szabályai„Rend, tisztaság, fegyelem”

Elméleti felkészültség

Minden vegyszert méregnek tekintünk!nem kóstoljuk, nem nyaljuk mega tároló edényéből kikerült anyagot nem rakjuk visszakihullott, kiömlött vegyszert azonnal feltakarítjuk

Savak, lúgok, maró anyagokszembe kerülve kimossuk a szemmosó-palackkalbőrre csöppenve letöröljük, lemossuk, semlegesítjük

A gyakorlatvezető utasításait mindig be kell tartani!

Eszközöknem eszünk,nem iszunk belőlüksérült eszközökkel nem dolgozunkcsak tiszta eszközt használunkfelesleges eszköz ne legyen a munkaasztalona közösen használt eszközt mindig visszatesszük a

helyérehasználat után azonnal elmosogatunk, desztillált

vizes öblítéssel befejezve

Műszereka használati utasítást pontosan betartjukesetleges hibát azonnal jelezzük

Balesetelsősegély felszerelés helye, alkalmazásavészjelző használatavészzuhany használata

A legkisebb balesetet is jelezzük a gyakorlatvezetőnek!

Mértékegységek

SI alapegységek (1960-tól 7 alapvető fizikai mennyiség)

mól (mol)Anyagmennyiség (n)kandela (cd)Fényerősség (Iv)amper (A)Elektromos áram (I)másodperc(s)Idő (t)

K=273+..oCCelsius fok(oC)kelvin(K)Hőmérséklet (T)1kg=103ggramm(g)kilogramm (kg)Tömeg (m)

méter (m)méter(m)Hosszúság (l)Átváltás

MetrikusegységSI egységFizikai mennyiség

Származtatott mennyiségek

ÁtváltásMetrikus

egységSI egységFizikai

mennyiség

kg/m3Sűrűség (ρ)1cal=4,184 JKalória(cal)

1J=1 kgm2/s2joule(J)Energia (E)1bar=105PaBar1torr=133,3 PaTorr(Hgmm)1atm=101325PaAtmoszféra(atm)1Pa=1N/m2pascal(Pa)Nyomás (P)1l=10-3m3=1dm3liter (l)köbméter (m3)Térfogat (V)

A leggyakrabban használt prefixumok.

1018EExa1015PPeta1012TTera109GGiga106MMega103kKilo102hHekto101daDeka

10-18aAtto10-15fFemto10-12pPiko10-9nNano10-6µMikro10-3mMilli10-2cCenti10-1dDeci

Tömegmérés

Tömeg: az anyag tehetetlenségejele: mmértékegysége: kilogramm (kg)tömegetalon: Pt-Ir ötvözet (Párizs melletti Sévres-ben őrzik)

Súly = erő (súlyerő)a tömeg és a nehézségi gyorsulás szorzata(a földrajzi hely és a magasság függvénye)jele: G

Mértékegysége: newton (N)

G = m g

g: nehézségi gyorsulás (9,806 m/s2)

Tömegmérés

Ismert tömegű testekkel, súlyokkal (mérősúly) való összehasonlítás (a mérendő testre ható súlyerő ↔ ismert tömegű testre ható súlyerő)

Eszköze: mérleg

0,1 mg100-200 ganalitikai mérleg10-100 mg500-5000 gtáramérlegÉrzékenységeMéréshatáraNeve

Táramérleg

Digitális táramérleg

Analitikai mérleg

Digitálisanalitikai mérleg

Térfogatmérés

meniszkusz

Parallaktikus hiba

Betöltésre kalibrált eszközök

Mérőlombik (normállombik)

Winkler-palack

Kifolyásra kalibrált eszközökHasas pipetta

Adagoló pipetta

Automata pipetta

Kifolyásra kalibrált eszközök

Mérőhenger

Büretta

Nem kalibrált, hőálló eszközök

Erlenmeyer-lombik

Főzőpohár

Mennyiségi analízis

Térfogatos (titrimetriás) kémiai analízis

Irányított (specifikus) kémiai reakció segítségével a mérendő anyag mennyiségi meghatározása

A reakció legyen gyors és menjen végbe teljesen

Ismert töménységű mérőoldatA vizsgálandó minta pontos térfogataIndikátor (jelző)

Titrálás:

A mérőoldat adagolás bürettából addig, míg az indikátor színváltozása jelzi a folyamat, reakció végét – „elfogy” a mintából a mért ion

A bürettáról leolvasott érték: fogyás

Mérőoldat

Ismert töménységű (normálos vagy mólos oldat)

Az adott meghatározásnál csak a vizsgálandó anyaggal lép reakcióba

Hatóértékét (oldottanyag-tartalmát) nem változtatja

Mólos oldat

mól-tömegű anyag oldása 1000 cm3 végtérfogatú oldószerben

(pl. NaCl móltömege: 20+37,3 = 57,3 g → 1 M oldat: 57,3 g / 1000 cm3

H2SO4 mól-tömeg: 98 g → 1 M oldat: 98 g / 1000 cm3)

Normál oldat

Egyenérték-tömegű anyag oldása 1000cm3 végtérfogatú oldószerben

Egyenérték-tömeg: mól-tömeg és a vegyérték hányadosa

(pl. NaCl móltömege: 57,3 g, egyenérték-tömeg 57,3 / 1 = 57,3 g → 1 n oldat: 57,3 g / 1000 cm3

H2SO4 mól-tömeg: 98 g, egyenérték-tömeg: 98/2 = 49 g → 1 n oldat: 49 g / 1000 cm3)

A mérőoldat faktora (f)

A mérőoldathoz felhasznált anyagot nem minden esetben lehet pontosan bemérni (a vegyszer tisztasága, hatóanyagtartalma változhat), ezért az elkészült oldatot faktorozni szükséges.

A faktor az a szám, amely megmondja, hogy a mérőoldat 1 cm3-e pontosan hány cm3 hatóanyagnak felel meg

F = 1, pontosF < 1, kisebbF > 1, nagyobb a koncentráció

pl. f=0,988

12,5 cm3 észlelt fogyás a faktorral korrigálva 12,5 x 0,988 = 12,35 cm3 lesz a valós fogyás értéke

(hígabb oldatból több kellett, mert 1cm3 oldatnak csak 0,988 cm3-nek megfelelő anyagtartalma van)

Indikátor (jelző):A kémiai reakció során színváltozással jelzi a folyamat befejeződését

A mérőoldat titere

Az adott reakcióbana mérőoldat 1cm3-e hány mg anyagot mér

Meghatározása a reakció-egyenlet alapján történik

Pl: kénsav-tartalom meghatározásaMérőoldat: 1 n NaOH

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O98,08 g 2x40,01g

40 g NaOHegyenérték-tömegű 98,08/2=49,04 g kénsavat közömbösít

1000 cm3 1 n NaOH (40 g/l) mér 49,04 g kénsavat

1 cm3 1 n NaOH tehát: 49,04 mg kénsavat mér

Büretta fogyása: 3,8 cm3

Számolás:

H2SO4 tartalom: 3,8 cm3 x 49,04 mg = 187,84 mgfogyás x titer

DE!

1 n NaOH f = 0,997

3,8 cm3 x 0,997 x 49,04 mg = 187,26 mg H2SO4fogyás x faktor x titer

A vizsgált minta térfogata (bemérés): 100 cm3

100 cm3 mintában 187,26 mg kénsavat mutattunk ki,akkor 1000 cm3 mintában 1872,6 mg van

H2SO4 = 1872,6 mg/l

H2SO4 mg/l = fogyás (cm3) x faktor x titer (mg)bemérés (cm3)

x 1000 cm3

Acidi-alkalimetriaSav-bázis titrálás

CO2

H2CO3

CO2

H2CO3

HCO3-

HCO3-

CO3-

pH ≤ 4,5 4,5 ≤ pH ≤ 8,3 pH ≥ 8,3

+ huminsavak + hidroxidok

Szabad savasság (m,) Szabad lúgosság(p)

Összes savasság (p,) AlkalimetriaAcidimetriaÖsszes lúgosság (m)

Összes lúgosság meghatározása(L°, HCO3-ion,

karbonát-, változó-, kiforralható-keménység)

Mérőoldat: 0,1 n HCl (erős sav)

Indikátor: metilnarancs, vagy keverék-indikátor

L° = 100 cm3-re fogyott 0,1 n HCl mennyisége = mgeé/l HCO3(1000 cm3-re fogyott 1 n HCl)

HCO3- mg/l = mgeé/l HCO3

- (L°) x 61 (HCO3- iontömege)

Komplexometriás titrálásÖsszes keménység meghatározása

Mérőoldat: 0,05 M (0,1 n) EDTA (etilén-diamin-tetraecetsavdinátrium sója – Komplexon III) pH 10-nél stabil komplexet képez

Puffer: pH 10-es bórax-oldat

Indikátor: Eriokrómfekete TMagnézium jelenléte nélkül nem ad pontos eredményt!

Ök mgeé/l = 100 cm3-re fogyott 0,05 M (0,1 n) EDTA mennyisége(1000 cm3-re fogyott 1 n EDTA)

Ök nk° = mgeé/l x 2,8

Kalcium, magnézium meghatározás

Mérőoldat: 0,05 M (0,1 n) EDTA (erősen lúgos közegben kalciummal stabil komplexet alkot, míg a magnézium-komplex bomlik)

Puffer: pH 12-es NaOH-oldat (4%)

Indikátor: murexid

Ca2+ mgeé/l = 100 cm3-re fogyott 0,05 M (0,1 n) EDTA mennyisége

Ca2+ mg/l = mgeé/l x 20,04 (Ca2+ atom-tömege 40,08)

Mg2+ mgeé/l = (Ök mgeé/l – Ca2+ mgeé/l)Mg2+ mg/l = mgeé/l x 12,16 (Mg2+ atom-tömege 24,32)

Csapadékos titrálásKlorid-ion meghatározása

AgNO3 + Cl- = AgCl +NO3-

Mérőoldat: 0,1 n AgNO3

Indikátor: 5 % kálium-kromát

Cl- mgeé/l = 100 cm3re fogyott 0,1 n AgNO3

Cl- mg/l = fogyás x 34,45 (Cl- atom-tömege 34,45 g)

Oxidációs – redukciós titrálás

Kémiai oxigénigény meghatározása

Erős oxidálószerrel oxidálható anyagok →az elhasznált oxigén mennyisége egyenértékű az oxidáló

szer mennyiségével → oxigénfogyasztás =kémiai oxigénigény (KOI)

Oxidálószer alapján:

Permanganometria (100 mg/l-ig, kevésbé szennyezett vizek)Kromatometria (100-2000 mg/l, szennyezett vizek)

KOIp meghatározása

2KMnO4 +3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O + 5O2-

A reakciót az oxigénre vonatkoztatjuk!

1 mól KMnO4 5 egyenérték-tömegnyi oxigént fordít oxidációra

KMnO4 egyenérték-tömeg: 158,025 / 5 = 31,605 g

1 n KMnO4 31,605 g / l

Meghatározás: visszatitrálással

Mérőoldat: 0,01 n KMnO4A visszatitráláshoz használt redukálószer: 0,01 n oxálsavIndikátor: nincs, a mérőoldat szinváltozása jelez

100 cm3 mintakénsavas közeg 10 cm3 0,01 n KMnO410 perces forralás

10 cm3 0,01 n oxálsav(az oxidáció után megmaradt KMnO4 semlegesítése)

A redukció után megmaradt oxálsav visszamérése a 0,01 n KMnO4 mérőoldattal (fogyás „a”)

Vakpróba: oxidálható anyagtól mentes desztillált víz (fogyás „b”)

Számolás:

Titer:

1000 cm3 1 n KMnO4 80 g egyenértéknyi oxigént,1 cm3 0,01 n KMnO4 0,08 mg egyenértéknyi oxigént mér

(a - b) x f x 0,08bemérés

KOIp, mg/l = x 1000

Oldott oxigén meghatározásajodometria

A levegővel érintkező víz egyensúlyi koncentrációbantartalmaz oxigént

Mennyisége függ: légnyomás, hőmérséklet, oldott sótartalom

Tényleges oxigén-tartalom eltérhet ettől:

fizikai jelenségek (légnyomás, hőmérséklet gyors változása, zubogók, duzzasztó művek levegőztetése stb)

kémiai jelenségek (bekerülő anyagok oxidációja)

biokémiai jelenségek (szerves anyagok lebontása, mikroorganizmusok oxigén-termelése)

1. Oldott oxigén megkötése:

MnSO4 + 2 KOH = Mn(OH)2 + K2SO44 Mn(OH)2 + 2 H2O + O2 = 4 Mn(OH)3

2. Mn(OH)3 csapadék kénsavas oldása kálium-jodid jelenlétében

2 Mn(OH)3 + 3H2SO4 + 2KI = 2MnSO4 + 6 H2O + I2

3. A felszabaduló jód nátrium-tioszulfát mérőoldattal való titrálása

I2 + 2 Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6

A meghatározással az oldott oxigén mg/l-ben kifejezett értékét kapjuk, az oxigéntelítettség %-os értékét a hőmérséklet, a légnyomás és az

oldott sótartalom értékeiből számítjuk ki, illetve korrigáljuk.

Fotometriás analitikai módszerek

A mérendő anyaggal jellegzetes színreakció előállítása

A szín intenzitása a mérendő anyag mennyiséggel arányos, fotoelektromos műszer segítségével mérhető

A minta fényelnyelését (abszorbanciáját)ismert koncentrációjú oldatokkal készített

kalibráló-egyenes segítségével számoljuk át mg/l-re

Lángfotometria

Egyes fémek a lángot jellemző színűre festik,

a színintenzitás a mérendő anyag mennyiségével arányos

Elektrokémiai mérésekpH mérés

Vezetőképesség-mérés