تعيين مقدار اكسيژن محلول (do)
مقدمه:
تمام موجودات زنده براي انجام متابوليسم و تهيه انرژي جهت رشد و توليد مثل نياز به اكسيژن به فرمهاي مختلف دارند. واكنشهاي هوازي داراي اهميت خاصي بوده زيرا به اكسيژن آزاد نياز دارند. تمام گازخاي موجود در هوا به مقدارهاي مختلف در آب محلولند. نيتروژن و اكسيژن بعلت حلاليت كم در آب مورد توجه مي‌باشند. زيرا با آب فعل و انفعال شيميائي انجام نداده و حلاليت آنها مستقيماً به فشار جزئي آنها بستگي دارد. حلاليت اكسيژن دردرجه حرارتهاي مختلف آب متفاوت است. مقدار حلاليت اكسيژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از 6/14 ميليگرم در ليتر در صفر درجه سانتيگراد تا 7 ميليگرم در ليتر در 35 درجه سانتيگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اكسيژن به مقدار كم در آب محلول بوده و حلاليت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغير است. كمبود حلاليت اكسيژن در آب يكي از فاكتورهاي اصلي است كه ظرفيت تصفيه طبيعي آب را كاهش مي‌دهد. لذا تصفيه فاضلابها قبل از ورود به رودخانه‌ها ضروري مي‌گردد. اكسيژن محلول رودخانه‌ها نيز مي‌توان آلودگي آنها را كنترل نمود. اكسيژن فاكتور مهمي در ايجاد خورندگي آهن و فولاد بخصوص در سيستمهاي توزيع آب و بويلرها مي‌باشد. لذا تعيين مقدار اكسيژن محلول براي كنترل خورندگي آب به كار مي‌رود.
اساس روش اندازه‌گيري:
معمولي‌ترين روش تعيين اكسيژن محلول بر اساس آزاد كردن يد توسط اكسيژن محلول مي‌باشد. يد آزاد شده عموماً توسط يك محلول احياءكننده مانند تيوسولفات سديم اندازه‌گيري مي‌شود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان مي‌دهد. نشاسته يد آزاد شده را جذب نموده و رنگ آبي ايجاد مي‌كند و هنگاميكه تمامي يد احياء گرديد محلول بيرنگ مي‌شود.
روش و نيكلر يا يد و متري روش استانداردي براي تعيين اكسيژن محلول مي‌باشد. اين روش بر اساس اكسيداسيون Mn2+ به ظرفيت بالاتر (Mn4+) در محيط قليائي توسط اكسيژن مي‌باشد. منگنز با ظرفيت چهار يون يد را در محيط اسيدي به يد آزاد اكسيده مي‌كند و مقدار يد آزاد شده كه برابر با اكسيژن محلول مي‌باشد توسط تيتزاسيون با تيوسولفات استاندارد اندازه‌‌گيري مي‌شود.
در اين روش وجود بعضي از مواد مانند نيتويتها و آهن سه ظرفيتي قابليت اكسيدكنندگي I- را به I2 دارند. و نتيجه آزمايش را زياد نشان مي‌دهد. و بر عكس مواد احياء كننده مانند S2-, So32-, Fe2+ يد را احياء كرده و به I- تبديل مي‌كنند و نتيجه آزمايش را كمتر از حد واقعي نشان مي‌دهد. بنابراين روش تصحيح نشده چنانكه اكسيژن در محيط وجود نداشته باشد با افزايش سولفات منگنز و معرف يدور قليائي (NaOH, KI) رسوب سفيد رنگ 2Mn(OH) تشكيل مي‌گردد.
Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2
رسوب سفيد رنگ
اگر در محيط اكسيژن موجود باشد مقداري از Mn2+ به ظرفيت بالاتر اكسيده شده و رسوب قهوه‌اي رنگ Mno2 ظاهر مي‌گردد.
Mn(OH)2 + ½ O2 Mno2 + H2O
رسوب قهوه‌اي رنگ
اكسيداسيون Mn2+ به Mno2 به آهستگي انجام مي‌گيرد بدين منظور محلول تكان داده مي‌شود تا تمام اكسيژن محلول به صورت تركيب درآيد. حركت دادن محلول براي مدت حداقل 20 ثانيه لازم است در صورتيكه آب مورد آزمايش شور باشد. زمان تماس بايستي به مراتب طولاني‌تر باشد. پس از حركت دادن، نمونه را براي تركيب كامل اكسيژن در جائي ساكن گذاشته و پس از مدتي به آن اسيد سولفوريك اضافه مي‌كنند. در محيط اسيدي Mno2 يون I- را اكسيد كرده و يد آزاد مي‌كند. براي انجام واكنش بطور كامل بايستي درب بطري را بست و براي حداقل 10 ثانيه آن را حركت داد تا يد به طور يكسان در تمام محلول پخش گردد. يد حاصله را با تيوسولفات سديم استاندارد تيتر مي‌كنند.
Mno2 + 2 I- + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O
I2 + 2 Na2S2o3 Na2S4O6 + 2 NaI
همانطور كه اشاره شد يون نيتريت يكي از مواد مزاحم در تعيين اكسيژن محلول مب‌باشد. يون نيتريت Mn2+ را اكسيده نمي‌كند ولي ‌I- را در محيط اسيدي به I2 اكسيد مي‌نمايد. لذا اگر نيتريت در محيط وجود داشته باشد تشخيص نقطه پاياني مشكل خواهد بود. زيرا به محض اينكه رنگ آبي معرف نشاسته و يد محو مي‌گردد نيتريتها مقداري از I- را به I2 اكسيد كرده و رنگ آبي دوباره ظاهر مي‌گردد. براي حذف دخالت نيتريتها از آز يد سديم (Nan3) استفاده مي‌شود.
NaN3 + 9H+ 3NH3 + Na+ + NH3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
HN3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
بدين طريق دخالت نيتريتها مي‌گردد.
معرفهاي لازم:
محلول سولفات منگنز: مقدار 480 گرمMnSO4.4H20 يا 400 گرم MnSO4. 2H2O و يا 364 گرم MnSO4.H2O را در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد.
معرف يدور و آز يد قليائي: مقدار 500 گرم از NaOH را با 150 گرم يدور پتاسيم در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد. به آن مقدار 10 گرم آز يد سديم كه در 40 سي سي آب مقطر حل شده اضافه كنيد.
- اسيد سولفوريك غليظ
- نشاسته: 2 گرم نشاسته و 2/0 گرم اسيد ساليسيليك را در 100 سي سي آب مقطر گرم حل كنيد.
- سديم تيوسولفات استاندارد M 025/0: 205/6 گرم از Na2S2O3. 5H2O را در آب مقطر جوشيده سرد شده حل كرده به آن 4/0 گرم سود افزوده و در بالن ژوژه يك ليتري به حجم برسانيد. اين محلول را در مقابل محلول استاندارد 025/0 نرمال بيكرمات پتاسيم و يا بي يدات پتاسيم استاندارد كنيد.
روش كار:
به نمونه مورد آزمايش كه در بطريهاي 250 سي‌سي يا 300 سي‌ سي جمع‌آوري شده مقدار 1 سي سي محلول سولفات منگنز و 1 سي سي معرف يدور و آزيد قليائي اضافه كنيد. سپس درب بطري را با دقت بسته چندين بار آن را تكان داده تا رسوب هيدروكسيد منگنز ظاهر گردد. بعد از ته‌نشين شدن رسوب مقدار 1 سي سي اسيد سولفوريك غليظ به آن افزوده و آن را مخلوط كنيد تا رسوب بطور كامل حل شود، 200 سي سي از محلول فوق را در يك ارلن ريخته و با تيوسولفات N 025/0 تا رنگ زرد كم رنگ تيتر كنيد. سپس چند قطره چسب نشاسته به آن افزوده و تيتراسيون را تا بي رنگ شدن محلول ادامه دهيد. حجم تيوسولفات مصرفي را يادداشت كنيد. با استفاده از معادله‌هاي واكنش مقدار اكسيژن محلول نمونه را بر حسب ميليگرم در ليتر محاسبه كنيد.