OKTATÁSI SEGÉDLET
a
Vízgazdálkodás- és vízminőség védelem II. c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához
nappali és levelező tagozatos környezetmérnök szakos hallgatók számára Készítette: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár
DE-MK, Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék 2015.
Tartalomjegyzék
TARTALOMJEGYZÉK ...................................................................................................................................... 2 GYAKORLAT-NAPPALI TAGOZAT ............................................................................................................... 3 JEGYZŐKÖNYV MINTA ................................................................................................................................... 4 A GYAKORLATOK RÉSZLETES LEÍRÁSA.................................................................................................. 5 1. GYAKORLAT: ................................................................................................................................................. 6 I. ........................................................................................................................................................................ 6 KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK BIOLÓGIAI OXIGÉNIGÉNYÉNEK (BOI5) MEGHATÁROZÁSA MANOMETRIKUS BOI-MÉRŐ KÉSZÜLÉKKEL. .................................................................................................. 6 II. .................................................................................................................................................................... 15 VÍZMINTÁK VIZSGÁLATA MULTILINE P4 UNIVERZÁLIS KÉZI-MÉRŐMŰSZERREL. ................................. 15 2. GYAKORLAT: ............................................................................................................................................... 33 I. ...................................................................................................................................................................... 33 KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK BIOLÓGIAI OXIGÉNIGÉNYÉNEK (BOI5) MEGHATÁROZÁSA MANOMETRIKUS BOI-MÉRŐ KÉSZÜLÉKKEL. ................................................................................................ 33 II A. ................................................................................................................................................................ 33 KÉMIAI OXIGÉNIGÉNY MEGHATÁROZÁSA MŰSZERES MÓDSZERREL (FOTOMETRIÁSAN) ........................ 33 II B. ................................................................................................................................................................ 52 KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK KÉMIAI KOMPONENSEINEK MEGHATÁROZÁSA NANOCOLOR LINUS SPEKTROFOTOMÉTERREL..................................................................................................................... 52 III. ................................................................................................................................................................. 58 FELSZÍNI VIZEK ZAVAROSSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA TURB 555 (-IR) ZAVAROSSÁGMÉRŐ MŰSZERREL ...................................................................................................................................................... 58 (NEFELOMETRIÁS ELVEN) ............................................................................................................................... 58 MELLÉKLETEK ............................................................................................................................................... 72
2
Vízgazdálkodás- és vízminőség védelem II. Gyakorlat-nappali tagozat Általános tudnivalók: Heti óraszám: 1 óra, 14 hét x 1 óra, összesen: 14 óra: tömbösítve 2 x 5 órás mérési gyakorlatban és 4 óra szakmai látogatás a Debreceni Vízmű Zrt. Szennyvíztisztító Telepén. A gyakorlathoz a hallgatónak gondoskodnia kell az alábbi eszközökről: Köpeny, vegyszeres kanál, csipesz, alkoholos filctoll, számológép, törlőruha, gumikesztyű!! A gyakorlat tematikája: 1. gyakorlat: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés elindítása!) 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. 2. gyakorlat: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés leállítása!) 2. Kémiai oxigénigény meghatározása és különböző eredetű vízminták kémiai komponenseinek meghatározása NANOCOLOR Linus spektrofotométerrel. 3. Felszíni vizek zavarosságának meghatározása TURB 555 (-IR) zavarosságmérő műszerrel (nefelometriás elven). 3. gyakorlat: Szakmai látogatás a Debreceni Vízmű Zrt. Szennyvíztisztító Telepén.
Az egyes gyakorlatokhoz a jegyzőkönyvet kézzel kell előre elkészíteni!!!! Gyakorlathoz kapcsolódó irodalom: Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi Kiadó, Budapest, (2000). Vízgazdálkodás és vízminőségvédelem II. oktatási segédlet (2015). Vízgazdálkodás és vízminőségvédelem II., laboratóriumi oktatási segédlet (2015). A gyakorlat időpontja, oktatója: 1: csoport: 5-7. hét, 2: csoport: 9-11. hét, szerda 10-15 h. Gyakorlatvezetők: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár, Kocsis Dénes tanársegéd
Helye: Vízminőségvédelmi laboratórium, E218. Aláírás megszerzésének feltétele: Minden gyakorlat előtt rövid zárthely dolgozat sikeres megírása. A laboratóriumi gyakorlatok elvégzése. A jegyzőkönyvek beadása és azok elfogadása. A gyakorlati jegy: a zárthelyi dolgozatokra és a jegyzőkönyvekre kapott jegyek átlagának számtani közepe. A gyakorlati jegy a kollokvium (szóbeli vizsga) jegyének 1/3-a és az aláírás feltétele. 3
Jegyzőkönyv minta
Dátum
A gyakorlati hét sorszáma A gyakorlat címe
A hallgató neve, évfolyam, szak
Javasolt tartalom, egyéni kifejtés mellett: 1. Elméleti alapok: (akár több oldalon, de legalább 1 A4-es oldal terjedelemben!)
2. Feladat:
3. Kivitelezés, mérés menete:
4. Mérési eredmények, számítások:
5. Diszkusszió: (Az eredmény megadása legalább fél-egy A/4 oldal terjedelemben)
4
A gyakorlatok részletes leírása (A nappali tagozatos tematika szerint, melyben a levelező tagozatos hallgatók is megtalálják az adott típusú feladat tudnivalóit!)
5
1. gyakorlat: Feladatok: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés elindítása!) 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel.
I. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata OxiTop típusú manometrikus BOI-mérő készülékkel. 2. Elméleti alapok: 2.1. Biológiai oxigénigény: A biológiai (biokémiai) oxigénigény (BOI) fontos paraméter a vízgazdálkodásban, a víz minőségének és a szennyvíztisztító fokozatok tisztítóképességének megadására. Lényeges továbbá a szennyvíztisztító telepek tervezésében és méretezésében is. Fogalma: A biológiai oxigénigény az az oldott oxigénmennyiség, amely a vízben levő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. A biokémiai oxigénigény értéke alapján a vizsgált minta szervesanyag-tartalmának mértékére (és így a biológiai tisztítóberendezések hatásosságára is) következtethetünk. A ma legáltalánosabban használt BOI érték megadási mód: a BOI5(mg/l), amely egy liter vizsgált minta öt nap alatti vizsgálat során felhasznált biológiai oxigén igényét adja meg, mg O2-ben kifejezve. A teljes biológiai lebontáshoz elméletileg végtelen időtartam szükséges, gyakorlatilag a lebontás 20 nap alatt teljesnek tekinthető. A tapasztalatok szerint a házi szennyvíz és sok ipari szennyvíz esetében a BOI5 érték a BOI20 érték 70-80 %-a. Ily módon tehát az 5 napi meghatározás alapján a BOI20 érték kiszámítható: BOI20= 1,25 x BOI5 Számszerű értéke nagyon sok tényezőtől függ. Ezek a következők: Inkubációs idő: A szabványos BOI meghatározási módszerek ötnapos inkubációs időt írnak elő (BOI5).
6
Nitrifikáció: A BOI vizsgálatokat általában a szerves anyagok lebontására végzik, azonban az inkubációs időtől függően az oxigénigényt a nitrifikáció (az ammónia nitráttá oxidálása) is befolyásolja. A nitrifikáció sebessége lényegesen kisebb, mint a szerves anyag oxidációjáé, s bár a két reakció hasonlóképpen megy végbe, a nitrifikáció csak akkor indul meg, amikor a szerves anyagok már nagyobb részben lebomlottak. Környezeti tényezők: A BOI értékét a környezeti tényezők közül elsősorban a pH és a hőmérséklet határozza meg. Akklimatizáció: A BOI vizsgálatok hibás eredményei általában a nem akklimatizálódott biológiai kultúra következményei. Különösen az ipari szennyvizek esetében van meg ez a veszély. Toxicitás: A szennyvízben lévő mérgező anyagok a mikroorganizmusok szempontjából biotoxikus vagy biostatikus hatásúak lehetnek. Ez a hatás a BOI érték csökkenésében jelentkezik, a mintát hígítva a mért BOI érték növelése észlelhető. Ez a jelenség tehát a mérgező anyagok jelenlétére utal és ilyenkor előre meg kell határozni, hogy a biológiai kultúra fenntartásához milyen mértékű hígításra van szükség. 2.2. A biológiai oxigénigény meghatározása: A BOI-mérést rutinszerűen használják a szennyvíztelepek befolyó és kibocsátott szennyvizeinek ellenőrzésére. A mérési helytől és a szennyvíz fajtájától függően a BOI érték néhány mg/l és több ezer mg/l között változhat (kommunális szennyvíz esetén: 100-200 mg/l, ipari szennyvíz esetén: 400több ezer mg/l, tisztított víz esetén. 5-15 mg/l). A BOI-mérés során biológiai bontási folyamatot hajtunk végre és a biológiai bontási folyamat során a mikroorganizmusok által elhasznált oxigén mennyiséget mérjük. Ez azt jelenti, hogy a mérés végrehajtása során a szokásos analitikai szabályokon túlmenően arra is ügyelni kell, hogy a mikroorganizmusok életfunkcióit semmivel ne zavarjuk meg és számukra minden tekintetben reprodukálható módon biztosítsuk a bontási tevékenységükhöz szükséges körülményeket. Mi kell a megbízható BOI-méréshez? Vízminta: reprezentatív vízminta, sérülésmentes biológiai összetétellel, lehetőleg friss mintavételből. Bontást végző mikroorganizmusok: a bontó baktériumok jelenlétét biztosítani kell. Standardizált, reprodukálható körülmények: állandó hőmérséklet (201°C), standardizált vizsgálati idő (5 nap), tápanyagok és nyomelemek, a mérés szempontjából korlátlan mennyiségű oxigénforrás. Zavaró hatások kizárása: nitrifikációs folyamatok kizárása (NTH 600 oldat adagolása (c =5 g/l), mely hatóanyaga az N-allil-tiokarbamid, amely gátolja a fenti folyamatot), biológiai bontást gátló- és toxikus hatások kizárása.
7
Mitől függ a méréskor kapott BOI érték? A vizsgált minta összetételétől és kémiai- ill. biológiai jellemzőitől. Az alkalmazott mérési módszertől. A bontást végző mikroorganizmusok fajtájától, a keverék összetételétől. A vizsgálat kimenetelét befolyásoló mérési körülményektől (mikroorganizmus-minta arány, a mintában lévő gátló- ill. toxikus komponensek koncentrációja). A BOI-mérés kivitelezésére számos módszer áll rendelkezésre:
A hígításos BOI-mérési módszernél az 5 napos inkubációs idő előtt és után végzett kételektródás oldott oxigén mérés különbsége adja meg a BOI5 értéket. Ezt a mérési módszert döntő módszerként is elismerik a hatósági eljárások során.
A manometrikus módszernél a mérés során az oxigénfogyás bizonyos nyomásváltozáshoz vezet, ez utóbbit nyomásérzékelővel mérik. Ez a meghatározási módszer igen egyszerűen kivitelezhető és napi gyakorlati célokra alkalmas.
A mintákat mindkét módszernél 5 napig 20°C-on kell temperálni megfelelő termosztátszekrény segítségével. Egyéb tényezők: Avégből, hogy a minta oldott oxigéntartalma fenntartható legyen a mintát hígitani szükséges (különösen ipari szennyvizek, illetve szerves anyaggal erősen terhelt szennyvizek esetében). A meghatározáshoz vett mintát sötétben kell tartani. Ily módon a mért oldott oxigénnek az algák általi befolyásolása megakadályozható. Ha ezt nem tesszük a mért BOI érték lényegesen csökkenhet, hiszen az algák O2-t termelnek. 2.3. A biológiai oxigénigény meghatározás manometrikus módszerrel: A manometrikus BOI-mérést OxiTop IS 12 típusú berendezéssel (1. ábra) határozhatjuk meg. A berendezés kezelése egyszerű (Előnyei: 5 napos memória, higanymentes nyomásmérés, mérési értékek gombnyomásra, bővíthető, mobil, pontos), melynek részegységei az alábbiak: OxiTop mérőfej (Zöld vagy Sárga) PF 600 mérőüveg, barna GK 600 gumikosár RST 600 keverőpálca Keverőegység hálózati adapterrel REF 600 keverőpálca-kiemelő NHP 600 NaOH tabletta NTH 600 nitrifikáció gátló reagens MK 164/600 ill. MK 432/600 túlfolyós mérőlombik
8
1. ábra OxiTop IS 12 manometrikus BOI-mérő készülék 1. OxiTop mérőfej: A szabadalmaztatott mérőfej (2. ábra) a következő elemeket tartalmazza:
1 piezoelektromos nyomásérzékelő
2 kezelőgomb: M = a pillanatnyi érték kijelzésére, S = a tárolt értékek kijelzésére.
2-számjegyű LED skálaosztás 0-50-ig, 1 skálaosztás megfelel 3,55 hPa értéknek. Kellő pontosságú mérést csak 40-es kijelzésig lehet végezni, ennél nagyobb értéknél célszerű másik méréstartományba átlépni, ezért a kijelzést csak tájékoztató értéknek tekintjük.
Adattároló 5 mérési értékre. Napi leolvasásra nincs szükség, mert a mérés és a leolvasás automatikusan történik. Ezért felügyelet nélkül hétvégén is lehet méréseket végezni. A mérési értékeket ezen túlmenően még 7 nap múlva is leolvashatjuk.
AutoTemp funkció: a mérés késleltetett indítása olyan mintáknál, amelyek túl hidegek. Az OxiTop műszer legfeljebb 3 és fél óráig, de legalább fél óráig kivár a hőmérséklet állandóság eléréséig.
2. ábra OxiTop mérőfej
9
2. Keverőegység: Az IS12 típusú keverőt (3. ábra) kifejezetten OxiTop rendszerrel végzendő BOI-méréshez fejlesztették ki. A szoftvervezérelt változó fordulatszám révén a keverő a mágnespálcát mindig újra és újra nagy biztonsággal kezeli, így a keverőpálcák megakadása vagy leperdülése nem fordulhat elő. A mintát egyszerűen a keverőhelyre tesszük, a mágneses keverő elindul és szinte azonnal központosan forog. A fordulatszám olyan mértékű, hogy a mintában optimális gázcserét biztosít. A keverő karbantartást nem igényel, nem kopik, mert mozgó alkatrészeket nem tartalmaz.
3. ábra Keverőegység OxiTop készülékhez 3. Termosztátszekrény: A BOI5-értéket állandó, 20°C hőmérsékleten kell meghatározni. Ha azt az előfeltételt a munkahelyen nem sikerül biztosítani, akkor temperáló szekrényre (4. ábra) van szükség, amelybe a mintákat a biológiai vizsgálat időtartamára behelyezzük. A mintákat ezen kívül keverni is kell, a temperáló szekrények belső csatlakozó ajzaton keresztül szolgáltatnak áramot a keverőegységnek. A temperáló szekrénybe egyszerre max. 48 mintát lehet temperálni.
4. ábra Termosztáló szekrény OxiTop készülékhez
10
3. Mérés OxiTop mérőműszerrel: A kommunális szennyvízben rendszerint nincsenek toxikus vagy gátló anyagok. Tartalmaznak viszont elegendő tápsót és megfelelő mikroorganizmusokat. Ilyen körülmények között a hígítás nélküli mintában a BIO5-mérés Oxitop mérőrendszerben megvalósítható. Ettől eltérő tulajdonságú mintáknál csak megfelelő mértékű hígítás után érhetünk el pontos eredményt. 3.1. Mintakészítés: Egészségvédelem: A mintakészítés szennyvízminták esetén csak kesztyűben végezhető el!!! A minta: csapvíz és kommunális szennyvíz vizsgálata. Termosztát szekrény üzembe helyezése: A termosztát szekrényt bekapcsoljuk és megvárjuk, amíg a belső kijelzőn állandósul a 20°C-os hőmérsékleti érték. Előkészület: a vízminták hőmérséklete 19-20°C legyen, ha ettől eltérő helyezzük egy órára a termosztát szekrénybe. Méréstartományok, mintatérfogatok és faktorok a méréshez: Méréstartomány (mg/l) 0-40 0-80 0-200 0-400 0-800 0-2000 0-4000
Bemérendő mintatérfogat (ml) 432,0 365,0 250,0 164,0 97,0 43,5 22,7
Digit szorzófaktor 1 2 5 10 20 20 100
NTH-600 cseppek száma 9 7 5 3 2 1 1
Mintakészítés: 1.
A várható értéknek megfelelően válassza ki a szükséges bemérendő mintatérfogatot, a digit szorzófaktort és a szükséges NTH-oldat cseppek számát! Ha a KOI érték nem ismert és így ez alapján nem tudja a várható értéket megállapítani, akkor több tartományban végezzen párhuzamos méréseket! Konkrét mérés (csoportonként): 1. minta: csapvíz 2. minta: szennyvíz
(egy bemérés = 0-40 mg/l, 3 párhuzamos mérés: 1/1., 1/2., 1/3.) (1. bemérés = 0-400 mg/l, 3 párhuzamos mérés: 2/1., 2/2., 2/3.) (2. bemérés = 0-800 mg/l, 3 párhuzamos mérés: 3/1., 3/2., 3/3.)
Tehát csoportonként összesen 9 db mérőedényt használunk, ezeket megfelelően feliratozni kell!
11
2.
Jegyezze fel a jegyzőkönyvébe az egyes bemérési térfogatokat, illetve foglalja táblázatba a bemérési térfogatokat és a legfontosabb paramétereket! Csoportszám: Mintaszám
Méréstartomány (mg/l)
0-40 1/1. 0-40 1/2. 0-40 1/3. 0-400 2/1. 0-400 2/2. 0-400 2/3. 0-800 3/1. 0-800 3/2. 0-800 3/3. A vizsgálat hőmérséklete: A mérés indításának időpontja:
Bemérendő mintatérfogat (ml) 432* 432* 432* 164* 164* 164* 97** 97** 97**
Digit szorzófaktor 1 1 1 10 10 10 20 20 20
NTH-600 cseppek száma 9 9 9 3 3 3 2 2 2
BOI5érték (mg/l)
*Túlfolyós mérőlombikkal mérje be. **Mérőhengerrel mérje be! 3.
Az OxiTop mérőfejről a mérési eredményt digit-ekben lehet leolvasni, amely értéket be kell szorozni az előbbi táblázatban megadott, beméréstől függő digit szorzófaktorral, így kapjuk meg a mérőüvegbe ténylegesen bemért minta BOI5 értékét mg/l-ben
3.2. A mérés indítása: A vízmintát felrázzuk, azaz homogenizáljuk. A túlfolyós mérőlombikot egy kevés vízmintával kiöblítjük. A túlfolyós mérőlombikot (illetve a mérőhengert) megtöltjük a mintával, tálca felett, kissé túltöltve. A szükséges cseppszámú NTH 600 oldatot a barna mérőedénybe mérjük. Ezt követően áttöltjük a vízmintát a mérőlombikból (mérőhengerből) a barna mérőedénybe. Az üvegben jól elkeverjük az NTH 600 oldatot a vízmintával, majd belehelyezünk egy mágneses keverőelemet. A palack nyakára gumikosarat illesztünk, melybe csipesszel 2 pasztilla NaOH-t helyezünk. Az OxiTop mérőfejet a mérőedényre csavarjuk. Az „S” és az „M” gombok egyszerre történő megnyomásával elindítjuk a mérést. Addig tartjuk a gombokat egyszerre lenyomva, amíg a kijelzőn a „- -„ jelzés után a „00” kijelzés megjelenik (Ez jelzi, hogy a memória az előző mérés után törlésre került). A temperáló szekrénybe behelyezzük a keverő egységeket, csatlakoztatjuk őket a hálózatba. A mérőedényeket a temperáló szekrényben elhelyezett keverő egységre helyezzük. A mintákat 5 napig 20°C-on kevertetjük. A mérési hőmérséklet elérése után (leghamarabb 1 óra, legkésőbb kb. 3 óra) az OxiTop elkezdi az oxigénfogyasztás megfigyelését. Az OxiTop minden 24 óra elteltével automatikusan tárol a memóriájában egy értéket, max. 5 napig. Mérés közben az aktuális mérési értéket az „M” gomb lenyomásával lehet lekérdezni.
12
3.3. A mérés leállítása, kiértékelés: Az 5 napos mérési idő letelte után a keverőegységeket leállítjuk, a termosztát szekrényt kikapcsoljuk. A mérőedényeket kivesszük a szekrényből, majd a keverőegységeket is eltávolítjuk. Az egyes mérőfejekről a mérési eredményeket az „S” gomb egymás utáni megnyomásával (ötször: „S” gomb megnyomása, aktuális érték leolvasása) olvassuk le (napi eredmények, azaz 5 mért érték mérőedényenként). „S” megnyomása S S S S S
Ha a memóriában értékek vannak 14 23 28 29 29
1 2 3 4 5
1 sec múlva 1 sec múlva 1 sec múlva 1 sec múlva 1 sec múlva
Ha a memória üres 1F 2F 3F 4F 5F
Egyéb üzenetek a kijelzőn: IF: A memória üres, nincs adat. LO: Elemet kell cserélni! --: Alsó méréshatár túllépése. --: Felső méréshatár túllépése A mérési eredményeket rávezetjük az adatlapra. Az 5. napi leolvasott adat beszorozva a digit szorzófaktorral adja meg az adott minta BOI5-értékét mg/l egységben. EREDMÉNY = BOI5 = Leolvasott skálaérték x Digit szorzófaktor (a bemérésnek megfelelő) = …………… mg/l A napi mért értékeket a kiadott diagrampapíron ábrázoljuk (5. ábra).
5. ábra Diagrampapír a kiértékeléshez 13
Az eredményt diszkusszióban fogalmazzuk meg. Tisztítás: Csavarjuk le a mérőfejet, majd távolítsuk el a gumikosarat. A gumikosarat mossuk el, ha maradt benne NaOH tabletta, azt vízzel öblítsük ki a lefolyóba. Ezt követően a keverőpálca kiemelővel (mágneses) vegyük ki a keverőelemet a mérőüvegből, majd mossuk el. VIGYÁZZUNK, HOGY NE KERÜLJÖN A LEFOLYÓBA!!!!!!! A vízmintát öntsük ki a lefolyóba, majd mossuk el az üveget! Az OxiTop puha ruhával és csakis vizes, szappanos oldattal tisztítható! (Aceton és alkohol használata tilos!) Száradás után helyezzük vissza az edénybe a gumikosarat, ebbe pedig a keverőelemet, majd csavarjuk rá a mérőfejet. A mérőrendszert tegyük vissza a helyére!
14
II. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézimérőműszerrel. 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. 2. Elméleti alapok: A mért paraméterek szakirodalmi háttere:
A pH és mérése A pH-érték megmutatja, mennyire savas vagy lúgos egy adott minta. A 7-es pH-érték azt jelenti, hogy a minta semleges - sem savas, sem lúgos reakció nincs. Megközelítően semleges például a friss, vezetékes ivóvíz. 7 pH-érték alatt savas a minta, mint a limonádé, a citromlé, vagy a sósav. A lúgos minták pH-értéke 7 fölötti, mint például az állott vezetékes víz, a mosószertartalmú víz, vagy a nátronlúg.
A pH értéke minél inkább eltér 7-től, annál agresszívabb a minta. A savas vagy lúgos hatás pH-egységenként 10-szeresére növekszik. A pH-értékek elektrokémiai pH-mérő rendszerekkel, indikátorpapírokkal, vagy kolorimetriásan mérhetők. Ezek közül az elektrokémiai mérések vezetnek a legpontosabb eredményekhez. A mérés elektróda segítségével történik. Az elektróda olyan elektrokémiai érzékelő, amely egy mérő- és egy referencia elektródából áll. A mérendő oldat pH-értékének függvényében változik egy membránon a feszültség. A ma használatos elektródák úgy alakultak ki, hogy 7-es pH-értéknél a membránon levő feszültség 0 mV. Minél jobban eltér a mérendő oldat pH-értéke a pH=7-től, annál nagyobb a feszültségjel. A pH-mérő műszer ezt a jelet használja fel a pH-érték kiszámítására. A könnyen kezelhető kézi pH-mérők durva terepi alkalmazásra készülnek. A csupán 300 gos készülékeknek különlegesen ütésálló tokozatuk van, a vízsugárnak ellenállnak, és vízbe meríthetők (IP 67). 15
A legmodernebb energiatakarékos mikroprocesszor-technika az elemes üzemmódban lehetővé teszi a néhány ezer órás működést egy elem garnitúrával. A nagyméretű, áttekinthető multifunkciós kijelző egyidejűleg mutatja a mért értéket, a hőmérsékletet és a speciális funkciókat is. A nehéz terepi feltételek mellett is nagyfokú kezelési kényelmet nyújtanak a műszerek a dokumentált, GLP konform kalibrálás és mérés során. A komplett szetek a különféle felhasználási célokra optimalizálva készülnek, és a széles választékú tartozékprogram lehetővé teszi a mindenkori optimális készülék kiválasztást bármely igényelt alkalmazási területre, és a különféle feladatokhoz történő problémamentes illesztésre.
A redoxpotenciál és mérése A redox-potenciál értéke jellemzi a vizsgált oldat redukáló, ill. oxidáló képességét. A negatív érték a normál hidrogén-elektród potenciáljára vonatkoztatott redukáló, a pozitív érték pedig az oxidáló hatást jelzi. A gyakorlatban a redox-potenciál mérést a szennyvizek denitrifikációjánál („redox-töréspont” meghatározás), a vizek és uszoda- vizek fertőtlenítési folyamatának ellenőrzésénél, vagy a galván-üzemi szennyvizek méregtelenítésekor használják. A redox-feszültség mérésére elektrokémiai mérőrendszereket használnak. A mérés redoxelektródával történik, amely a pH-elektródához hasonlóan, egy mérő- és egy referencia elektródából áll. Az üvegmembrán helyett a fém platina veszi át a mérési funkciót. Az elektron felvétel, vagy leadás határozza meg a platina-potenciálját, vagyis az elektróda feszültségét. A manapság használatos elektródák a normál hidrogén elektróda helyett ezüst/ezüst-klorid referencia elektródával készülnek (UB), vagyis a kijelzett feszültség erre a rendszerre vonatkoztatott. A két rendszer közötti átszámítás egyszerűen elvégezhető: UG = UH + UB (UG = az összes feszültség)
Az oldott oxigén és mérése A gyakorlatban minden folyadék tartalmaz valamennyi oldott oxigént. Például telített víz 20° C hőmérsékleten és 1013 mbar légnyomás mellett mintegy 9 mg/l oxigént tartalmaz. Az etanolban 40 mg/l, a glicerinben pedig csak 2 mg/l a telítési érték. Minden folyadék annyi oxigént vesz fel, ameddig a folyadékban lévő oxigén parciális nyomása egyensúlyba kerül a vele érintkező levegő illetve gázfázissal. A tényleges oxigénkoncentráció tehát számos tényezőtől függ, pl. a hőmérséklettől, a légnyomástól, a mikrobiológiai lebontási folyamatok oxigén-felhasználásától illetve az algák oxigéntermelésétől stb. Az oxigén koncentrációnak döntő jelentősége van a következőkre: • A vízben élő halak és mikroorganizmusok életfeltételeire. • A szennyvíztisztítás lebontási folyamataira. 16
• A csővezetékek korróziós folyamataira. • Az italok eltarthatóságára stb. Az oxigén koncentrációt korábban titrálásos Winkler-módszerrel végezték. Ma világszerte a különböző szabványos elektrokémiai mérések az elfogadott eljárások. Egy oxigén-érzékelő a legegyszerűbb esetben egy munkaelektródát és egy ellenelektródát tartalmaz. Mindkét elektróda elektrolízis-rendszerben helyezkedik el, amelyet gázáteresztő membrán választ el a mintától. A munkaelektróda az oxigén-molekulákat hidroxid-ionokká redukálja. Ennél az elektrokémiai reakciónál áram folyik az érzékelőben az ellenelektródától a munkaelektródához. Minél több oxigén van a mintában, annál nagyobb az áramjel. Az oxigénmérő műszer oldhatósági függvény figyelembevételével számítja ki ebből a jelből a minta oxigén-koncentrációját.
A vezetőképesség és mérése A vezetőképesség érték a vizsgálandó oldat ion-koncentrációjára jellemző gyűjtőparaméter. Minél több sót, savat, vagy lúgot tartalmaz a vizsgálandó oldat, annál nagyobb a vezetőképessége. A vezetőképesség egysége: Siemens/méter. A vizes oldatokra vonatkozó skálabeosztás a legtisztább víznél 0,05 S/cm -nél indul (25 °C-on). Természetes vizek, mint az ivóvíz, vagy felszíni vizek vezetőképességi értéke kb. a 100-1000 S/cm érték tartományon belül van. A skálabeosztás legmagasabb értékeit néhány lúgoldat eléri, mint a kálium-hidroxid oldatok, melyek vezetőképesség értéke kevéssel az 1000 mS/cm fölé emelkedik.
A gyakorlatban a vezetőképesség mérés többek között a legtisztább vízminőséget előállító létesítmények technológiai ellenőrzésére, vagy a tengervíz sótartalmának meghatározására szolgál. A vezetőképesség mérése elektrokémiai ellenállásméréssel történik. Az alkalmazott mérőcella a legegyszerűbb esetben két egyforma elektródából áll. Egy, az elektródákra adott váltakozó feszültség idézi elő a vizsgálandó oldatban jelen levő ionok elektródák felé történő mozgását. Minél több ion van jelen a vizsgálandó oldatban, annál nagyobb az elektródák között folyó áram.
17
A mérőműszer ezután az Ohm-törvény alapján kiszámítja a mért áramból a vizsgálandó oldat vezetési értékét, és — figyelembe véve a cellaadatokat — a vezetőképességet. 2.2. A MultiLine P4 készülék jellemzése: A gyakorlaton használt MultiLine P4 típusú (6. ábra) műszer egyszerre több paraméter meghatározást teszi lehetővé adott vízminta vizsgálatakor: pH Oldott oxigén tartalom Vezetőképesség, oldott só-tartalom
Hőmérséklet
Egy pH vagy redoxi-elektróda és egy oldott oxigén vagy vezetőképesség-mérő cella egyidejű csatlakoztatásával (beleértve a hőmérsékletet is) szimultán 3 paraméter mérhető.
6. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer A MultiLine P4 kézi mérőműszer egy könnyű kofferben van elhelyezve. A készlet tartalmát a 7. ábra mutatja be.
18
7. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/SET kivitel A készlet tartalma a következő: 1: MultiLine P4 műszer, hordszíj 2 hordkapoccsal, védőtok. 2: LF/Oxi elektródatartó tartó-kapoccsal. 3: pH-elektróda tok. 4: Állvány. 5: Műanyag főzőpohár, 50 ml. 6: Tárolóoldat a pH elektródákhoz. 7: pH pufferoldat, STP 4, 50 ml. 8: pH pufferoldat, STP 7, 50 ml. 9: Hitelesítő és ellenőrző oldat vezetőképesség-mérő cellához, 50 ml. 10: Elektrolit töltő-oldat ELY/G, oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 11: Tisztítóoldat RL/G oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 12: Tartalék membránfejek: WP 90/3 oldott oxigén-érzékelőhöz, 3 db. 13: Csiszolófólia SF 300 oldott oxigén-érzékelőhöz. 14: Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). 15: pH kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41). 16: Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). 17: Kezelési utasítás és rövid útmutató. 18: Profitáska. 19: Hálózati adapter.
19
1. MultiLine P4 kijelző: Az alkalmazott mérőműszer kijelzőjét és a mérések jellemzőit a 8. ábra mutatja be.
8. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/Kijelző A 8. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mért paraméterek: pH = pH-érték + redoxipotenciál (mV-ban) O2 = oldott oxigén koncentráció (mg/l) vagy telítettség (%) = vezetőképesség (S/cm vagy mS/cm) Sal = sótartalom (idegen szóval: szalinitás) 2: Kalibrálási adatok: oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 3: Felhasználói útmutatás és mérési értékek: pH, potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség, sótartalom, pH-elektróda meredeksége, asszimetria, oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 4: Mértékegységek: mV: potenciál, asszimetria mV/pH: az elektród meredeksége %: oldott oxigén telítetség mg/l: oldott oxigén koncentrációja S/cm, mS/cm: vezetőképesség 5: Kalibrálási adatok: Érzékelő-értékelés. 6: Státusz, állapot: Sal: sótartalom korrekció aktív TP: hőmérsékletmérés aktív 1/cm: cellaállandó °C: hőmérséklet
20
7: Mért értékek és beállított paraméterek: hőmérséklet, sótartalom, cellaállandó, idő, dátum, numerátor, a mérési értéket azonosító szám, jelátviteli sebesség. 8: Állapot:
RCL: „Tároló olvasása” funkció aktív
9: Állapot: AR: drift ellenőrzés aktív AR statikus: stabil értékek kijelzése AR villog: stabil értékek keresése 10: Állapot: Arng: automatikus mérési tartomány-választás aktív. 11: Kalibrálási eljárások: AutoCal TEC: pH mérésekhez OxiCal: oldott oxigén mérésekhez Cal: vezetőképesség-méréshez 12: Állapot: STORE: „Kézi tárolás” funkció aktív 13: Állapot: LoBat: akkumulátor kimerülése Tref 25: 25°C referenciahőmérséklet a vezetőképességméréshez 14: Állapot: Time: idő Day, month: nap és hónap Year: év Baud: adatátviteli sebesség No.: tárolóhely száma Ident: mérési érték azonosítószáma 2. MultiLine P4 billentyűzet: Az alkalmazott mérőműszer billentyűzetét és ezek funkcióit a 9. ábra mutatja be.
9. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/Billentyűzet
21
A 9. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mérési mód: pH-érték/potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség/sótartalom (görgető mód). 2: Az éppen beállított mérési paraméter kalibrálása 3: Be/Ki főkapcsoló 4: Be/Ki kapcsoló driftellenőrzéshez (AR) 5: ENTER: Nyugtaázás az alábbiakra: mérések indítása drift-ellenőrzéssel, adatbeadás, mért értékek kiolvasása. 6: Numerikus értékek beállítása, lista görgetése, beállítások kiválasztása. 7: Tárolt értékek megjelenítése vagy átvitele. 8: A mért értékek tárolása. 3. MultiLine P4 hátlap: Az alkalmazott mérőműszer hátlapját és a csatlakozóhelyek funkcióit a 10. ábra mutatja be.
10. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/Hátlap A 10. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Vezetőképesség-mérő cella (TetraCon 325) vagy oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325). 2: pH kombinált elektróda. 3: Vonali adapter. 4: Soros illesztő. 5: Hőmérséklet-érzékelő (pH-elektródába integrált)
22
4. A MultiLine P4 készülékhez tartozó elektródok: Az alkalmazott mérőműszerhez tartozó elektródok:
pH kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41).
Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325).
Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325).
Az elektródok ismertetése: I. pH kombinált elektróda (SenTix 41). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 11. ábra mutatja be.
11. ábra SenTix 41 kombinált pH-elektróda integrált hőmérséklet-érzékelővel A 11. ábrán feltüntetett jelölések: 1: A kombinált pH-elektróda vízálló dugója. 2: 1-tűs banándugó hőmérséklet-érzékelőhöz. 3: A pH-elektróda membránja. 4: A pH-elektróda diafragmája. 5: Hőmérséklet-érzékelő. 6: Nedvesítő kupak kálium-klorid oldattal (c = 3 mol/l) Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, káliumklorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! 23
II. Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 12. ábra mutatja be.
12. ábra CellOx 325 oldott oxigén elektróda felépítése A 12. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Membránfej. 2: Hőmérséklet-érzékelő. 3: Elektróda-szár. 4: Zárófej. 5: Munkaelektród (aranykatód). 6: Ellenelektród (ólomkatód). 7: Szigetelő Tárolás! Tároljuk az érzékelőt a kalibráló edényben! Nedvesség: Tartsuk nedvesen a kalibráló hüvelyben lévő levegőt (a szivacs legyen nedves)! Tárolási helyzet: tetszőleges. Az alkalmazott oldott oxigén érzékelőhöz tartozó levegőn kalibráló hüvelyt a 13. ábra mutatja be.
24
13. ábra OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely
Kalibrálás az OxiCal-SL-lel (13/a. ábra): A kalibrálás lépései: 1. Lazítsuk meg a rögzítőt! 2. Szárítsuk meg az érzékelőt! 3. Illesszük be ütközésig az érzékelőt! 4. Kézzel zárjuk le a bajonettzárat! 5. Indítsuk el a kalibrálást a műszernél (Nyomjuk meg a „Cal” gombot!).
25
13/a. ábra Kalibrálás az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely segítségével
Az OxiCal-SL karbantartása (13/b. ábra):
26
13/b. ábra Az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely karbantartása
27
III. Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 14. ábra mutatja be.
14. ábra A TetraCon 325 vezetőképesség-mérő elektróda felépítése 3. Gyakorlati feladat: A BOI-méréshez használt mintákat vizsgáljuk MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. A következő paraméterek vizsgálatát végezzük el: 1. pH-mérés/redoxfeszültség mérés 2. oldott oxigén koncentráció 3. oldott oxigén telítettség 4. vezetőképesség 5. sótartalom 6. hőmérsékletmérés (ez a többi méréssel párhuzamosan történik)
28
3.1. A mérések lépéseinek leírása Dátum és idő beállítása (ha szükséges!): Állítsuk be egymás után: Idő (óra)
0……24
Idő (perc)
0……60
Dátum (nap)
1……31
Dátum (hónap)
1……12
Dátum (év)
2005……2100
1. pH- és redoxfeszültség mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a pH-elektródát (lásd 10. ábra/2. hely)! A mérés/kalibrálás megkezdése előtt az elektróda védősapkáját (ha van!) el kell távolítani, a folyadék elektrolitos típusok elektrolit utántöltő nyílását ki kell nyitni! Az elektrolit utántöltő nyílásnál, illetve a védősapkánál a referencia elektrolit (KCl) szivárgása miatt fehér sókristályok válhatnak ki, ezeket vízzel történő lemosással el kell távolítani! Kapcsoljuk be a készüléket és ha szükséges állítsuk be az időt és a dátumot. A mérési módok közül válasszuk ki a pH/mV módot (és nyomjuk meg az Entert)! A le/fel gombokkal válasszuk a pH értéket! Kalibrálja az elektródot (kétpontos kalibrációval) a kofferben található szabványos WTW műszaki puffer-oldatokkal (pH = 4,01 és 7,00). A legnagyobb pontosság a szabványos oldatok és a mintaoldat azonos hőmérséklete mellett érhető el! Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Merítsük a pH-elektródát az első WTW műszaki pufferbe (pH = 4,01). Öntsünk egy kevés pufferoldatot egy főzőpohárba és ebbe merítsük bele az elektródot! Ügyelni kell arra, hogy a diafragma mindig a mérendő oldat szintje alatt legyen! A használt pufferoldatot ne öntsük vissza az eredeti tárolóedénybe! Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésig! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért pH-érték, mely 4,01 körüli! Az elektróda alakú jel a kijelzőn a töltöttségi fokának megfelelően jelzi a kalibráció helyességét (A CAL 2 megjelenéséig)! A kalibrációs adatok. Elektród meredeksége: S, és asszimetria-potenciál: UASY! Ezek megengedhető értéke:
-62,0 mV/pH S -50,0 mV/pH és -30,0 mV UASY +30,0 mV
Ha valamelyik érték a megengedett tartományon kívül esik a műszer „E3” hibaüzenetet jelez és nem engedélyezi a pH-mérést! Öblítsük le a pH-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. Merítsük az elektródát a második pufferbe (pH = 7,00) (A lépéseket lsd. fent!).
29
Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk amíg az AR kialszik! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért pH-érték, mely 7,00 körüli! (meredekség pl.: - 59,2 mV/pH) Öblítsük le a pH-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. A mérési módok közül válasszuk ki a pH/mV módot (és nyomjuk meg az Entert)! (A le/fel gombokkal válasszuk a pH értéket!) Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! A mérési módok közül válasszuk ki a pH/mV módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a mV értéket! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, kálium-klorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! Az elektródát helyezzük vissza a kofferbe. 2. Oldott oxigén koncentráció/telítettség mérése: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a CellOx 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! (Fontos, hogy a mérésnél a Sal kijelzés ne jelenjen meg! Ezt a le/fel gombokkal állíthatja!) Kalibrálja az elektródot a kofferben található kalibráló hüvely segítségével, mely az elektród szoros tartozéka. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló hüvelybe. A hüvelyben lévő szivacsnak nedvesnek kell lennie (nem vizesnek!) Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! Az érzékelő relatív meredeksége megjelenik a kijelzőn! A megengedett tartomány: 0,6-1,25!!! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén koncentrációt! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe!
30
A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén telítettséget! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe.
3. Vezetőképesség és sótartalom-mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a TetraCon 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert (A műszer automatikusan felismeri az elektródát)! Kalibrálja az elektródot a kofferben található 0,01 mol/l koncentrációjú KCl ellenőrző oldat segítségével. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló oldatba. Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! A MultiLine P4 automatikusan figyelembe veszi az ellenőrző oldat vezetőképességének hőmérsékletfüggését! A készülék automatikusan tárolja a meghatározott cellaállandót (Optimális: 0,45-0,50 cm-1)! Ezt a cellaállandót jegyezze fel a jegyzőkönyvében található mérési táblázatba! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a vezetőképességet! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Jegyezzük fel a hőmérsékletet is! (A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert!) A le/fel gombokkal válasszuk a szalinitást! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe.
31
3.2. Eredmények megadása A mérés eredményeit foglalja táblázatba, az alábbi séma szerint: Mért paraméter
pH (-)
Redoxifeszültség
Oldott oxigén
Oldott oxigén
Vezetőképesség
Sótartalom
koncentráció
telítettség
(S/cm v.
(mg/l)
(mg/l)
(%)
mS/cm)
(mV)
Hőmérséklet: Minták száma/egyéb mért paraméter
Hőmérséklet:
Hőmérséklet:
Hőmérséklet:
Hőmérséklet:
Hőmérséklet: Cellaállandó:
Csapvíz
1/1. 1/2. 1/3. 1. átlag
Szennyvíz
2/1. 2/2. 2/3. 2. átlag Meredekségek
cm-1
mV/pH
A paraméterek mérése után a táblázat alapján vonjon le következtetéseket és ezeket foglalja össze a diszkusszióban!
32
2. gyakorlat: Feladatok: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés leállítása!) 2. Kémiai oxigénigény meghatározása és különböző eredetű vízminták kémiai komponenseinek meghatározása NANOCOLOR Linus spektrofotométerrel. 3. Felszíni vizek zavarosságának meghatározása TURB 555 (-IR) zavarosságmérő műszerrel (nefelometriás elven). Figyelem! A gyakorlati rész elvégzése során a KOI mérés indításával kezdjen, mert az ehhez szükséges feltárás hosszabb időt vesz igénybe!
I. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. Ebben a gyakorlati részben az előző héten elindított BOI-mérés leállítása és kiértékelése a feladat. A gyakorlathoz használja a segédlet előző hétre vonatkozó részében megfogalmazott utasításokat! A gyakorlat befejezése után tisztítsa ki az alkalmazott mérőeszközöket és fejezze be az előző héten elkezdett jegyzőkönyvet!
II a. Kémiai oxigénigény meghatározása műszeres módszerrel (fotometriásan) 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata KOI-mérő készülékkel. 2. Elméleti alapok: 2.1. Kémiai oxigénigény: A vízben levő szerves szennyezőanyag mennyisége közelítően a kémiai oxigénigény (KOI, mg/l) alapján is meghatározható. Fogalma: Ez a meghatározás tehát azt az oxigénmennyiséget adja meg, amely a vízben levő szervesanyag kémiai oxidálásához szükséges. Azon a tényen alapszik, hogy minden szerves vegyület, kevés kivétellel, a széndioxiddá és vízzé oxidálható erős oxidáló szerrel (pl. savas vagy lúgos közegben kálium-permanganáttal; újabban kálium-dikromáttal). 33
A KOI meghatározása során valamennyi szerves anyag oxidálódik széndioxiddá és vízzé, tekintet nélkül arra, hogy a szerves anyag biológiailag lebontható vagy nem. Ezért a KOI érték a biokémiai oxigénigény értéknél mindig nagyobb. Közelítő vonásai mellett az eljárás előnye az, hogy a KOI érték meghatározásához rövid időtartam szükséges. Érthetők tehát azok a törekvések, hogy a KOI és a BOI között egyesek korrelációt kívánnak meghatározni. Ha ez sikerülne gyakorlatilag, akkor a viszonylag hosszadalmas BOI meghatározás kiküszöbölhetővé válhatna. 2.2. A kémiai oxigénigény mérése: 1. Mérés klasszikus analitikai módszerekkel: A kémiai oxigénigény különböző módon adható meg aszerint, hogy milyen oxidálószert használunk. A szerves anyaggal reagáló oxidálószer mennyiségét mérjük és abból a vele egyenértékű oxigén mennyiségét számoljuk. A. Kálium-permanganátos oxigénfogyasztás: A meghatározás az alábbi reakcióegyenletnek megfelelően leadott oxigén oxidáló hatásán alapszik: 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 H2O + 5 O A mérés során ismert mennyiségű kálium-permanganátot adunk a megsavanyított mintához, majd 10 percen keresztül forrásban tartjuk. Ezután a KMnO4 feleslegét oxálsavval reagáltatjuk, majd az így feleslegbe került oxálsav mennyiségét kálium-permanganáttal, titrálással határozzuk meg. A titrálás végpontját a KMnO4 színe jelzi az oldatban. A tapasztalat azt mutatta, hogy a legtöbb szerves vegyület nem oxidálódik 10 perc alatt, ezért a kálium-permanganátos oxigénfogyasztás helyett egyre inkább a kálium-dikromáttal mért kémiai oxigénigény meghatározást írják elő a szabványok és a vízminősítési előírások. B. A kálium-dikromáttal végzett oxigénigény meghatározás: K2Cr2O7 + 4 H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3 O A módszer a fenti reakcióegyenlet szerint keletkező oxigén oxidáló hatásán alapszik. A kálium-dikromát erősen savas közegben, ezüst-szulfát katalizátor jelenlétében lényegesen erélyesebb oxidációt biztosít, mint a KMnO4. A kétórás forralás során (visszacsepegő hűtővel ellátott lombikban) általában 90-95 %-os oxidációs hatásfok érhető el, a kloridionok zavaró hatása higany-szulfát hozzáadásával küszöbölhető ki. A mintához adagolt ismert mennyiségű kálium-dikromát feleslegét vas(lI)-ammóniumszulfát oldattal térfogatosan határozzuk meg a következő reakcióegyenlet alapján: Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ = 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O A titrálás végpontját ferroin redox-indikátorral jelezzük, amely Fe2+ jelenlétében vörös, Fe3+ jelenlétében pedig kék színű.
34
35
2. Mérés műszeres analitikai módszerekkel: A KOI meghatározása nem csak a hagyományos klasszikus analitikai módszerek segítségével, hanem egyszerűbben, gyorsabban és biztonságosabban műszeres analitikai módszerek alkalmazásával is történhet. Ezek közül az egyik legelterjedtebb módszer a fotometriás vizsgálat, amit termikus kezelés (roncsolás) előz meg. Ehhez előre elkészített reagenskészletek használatosak, melyek esetén a lejátszódó kémiai reakció (illetve a reagensek) megegyezik a klasszikus módszereknél tárgyaltakkal. 3. Mérési feladat: 3.1. Az alkalmazott készülékrendszer: A kémiai oxigénigény az egyik legfontosabb paraméter az ipari és kommunális szennyvizek jellemzésére. A NANOCOLOR módszer végrehajtása gyakorlatilag megegyezik a DIN (Német Ipari Szabvány) szabvánnyal, mivel ugyanazokat a reagenseket és ugyanazt a roncsolási hőmérsékletet alkalmazza. A kénsav már előzőleg be lett mérve a hengerküvettába és a vizsgálandó vízminta mennyisége 2 ml-re lett csökkentve. A vízminta hozzáadását követően a kénsavval 2 órán keresztül kell forralni az elegyet és lehűlés után el kell végezni a fotometriás kiértékelést. A KOI érték közvetlenül mg/l-ben olvasható le a kijelzőn. Bizonyos biztonsági előírások betartása szükséges, amikor tesztcsövekkel dolgozunk: védőszemüveg használata, kesztyű, megfelelő labor köpeny. Ezen előírások betartása azért fontos, mivel a nyomás alatti csövek törése nem zárható ki teljesen. Továbbá a mérést végző személynek pontosan be kell tartani a használati utasításban leírtakat. A NANOCOLOR KOI rendszer a következő előnyöket kínálja a felhasználóknak: felhasználásra kész tesztcsövek, melyek pontosan bemért kénsavat, bikromátot, higany és ezüst sót tartalmaznak, a vízminta hozzáadása után már nincs többé érintkezés a veszélyes kénsavval, a tesztcső összerázásához biztonsági edény áll rendelkezésre (használata ajánlott)! szorosan lezárt csövek és állandó nyomás, a kis térfogatnak köszönhetően gyors lehűlés, közvetlen fotometriás mérés és kijelzés, a minimális vegyszer felhasználás miatt alacsony költség, NANOCOLOR Linus KOI mérőegység A KOI mérőegység a kémiai oxigénigény méréshez szükséges minden eszközt és tartozékot tartalmaz. Összetétele a következő: NANOCOLORLinus fotométer, használati utasítással NANOCOLORVARIO 1 termoblokk két külön szabályozható egységgel, 18 db tesztcső és 4 db 22 mm átmérőjű roncsolócső befogadására, fűtőprogram kiválasztás 40 – 155 °C és 0:01-tol 9:59 h, alumínium blokk teflon védőtetővel a termoblokk használható ezenkívül iszapvizsgálatokhoz, összes-nitrogén és összes-foszfor meghatározáshoz, összes-króm és más feltárási reakciókhoz egy automata pipetta eldobható heggyel, a minta pontos beméréséhez akril állvány, 15 tesztcsőnek és 2 db 22 mm-es feltárócsőnek biztonsági edény a KOI csövek összerázásához.
36
3.1.1. Roncsoló: A gyakorlaton használt termoblokk (roncsoló) Nanocolor Vario 2 típus, mely készüléket a 15. ábra szemlélteti.
15. ábra Vario 2 termoblokk A termoblokk használata: Csatlakoztassa a fűtő blokkot a hálózatba (230 V). Kapcsolja be a készüléket hátoldalán levő gombbal. Bekapcsolás után a készülék egy önteszttel indul hangjelzés után egy rövid időre megjelenik a kijelzőn a szoftver verzió és végül képernyőn mutatja az aláhúzás karaktereket, ami azt jelenti, hogy a készülék üzemmódban van.
a műszer majd két az összes Stand-by
Programválasztás és elindítás
Az előre beállított gyári hőmérséklet előhívása. A korábban használt hőmérséklet jelenik meg a képernyőn. Ezek a gombok léptető üzemmódban használhatók. Csak a gyárilag beállított hőmérsékleteket jelzi ki.
Az előre beállított gyári idő előhívása. A korábban használt idő jelenik meg a képernyőn. Ezek a gombok léptető üzemmódban használhatók. Csak a gyárilag beállított időket jelzi ki.
37
Indítsa a felfűtést a gombbal. Amíg a készülék felmelegszik addig a "WAIT-led" villog. Amikor elérte a beállított hőmérsékletet, "RUN-led" világít és megkezdődik a visszaszámlálás. A művelet végén egy hang jelzi, hogy kész, a kijelzőn "END" felirat jelenik meg. Miután kiválasztott egy programot nyomja meg 5 másodpercen belül az OK gombot, különben a program visszalép STAND-BY üzemmódba. Ha az aktuális hőmérséklet magasabb, mint a választott hőmérséklet, akkor a kijelzőn a "HIGH" felirat jelenik meg és a program nem indul el. A felfűtés közben az aktuális hőmérséklet a
gomb megnyomásával megjeleníthető a kijelzőn.
Fontos: olyan hőmérsékleti programokat nem szabad választani, amelynél az "A" és "B"blokk között 70°C -nál nagyobb hőmérsékletkülönbség lenne. A program leállítása: Az aktuális programot bármikor le lehet állítani az OK gomb megnyomásával. A kijelzőn megjelenik a STOP felirat. 5 másodpercen belül újra le kell nyomni az OK gombot ahhoz, hogy a program leálljon különben fut tovább. 3.1.2. Fotométer: A mérés elve: a molekulák és az ultraibolya, illetve a látható elektromágneses sugárzás kölcsönhatásán alapuló analitikai eljárás. A különböző anyagok molekulái a fény egy részét elnyelik: abszorbeálják. Az abszorpció mértékének hullámhossz szerinti megoszlása (abszorpciós spektrum) az anyag minőségére (molekulaszerkezetére), adott hullámhosszúságú fény abszorpciójának mértéke az illető anyag mennyiségére ad felvilágosítást. A kérdéses komponenst megfelelő reagens segítségével színes vegyületté alakítjuk át, majd a színes vegyület abszorpciós spektrumából fotométerrel egy fajlagos hullámhosszúságot kiszűrünk, s ezt kijelzésre és tárolásra alkalmas mérési adattá számítjuk át. Az UV-VIS spektrofotometriával tehát minőségi és mennyiségi elemzéseket is végezhetünk:
A minőségi elemzés azon alapszik, hogy egy adott molekula csak bizonyos jellemző hullámhossztartományokban mutat elnyelést ezért abszorpciós spektrummal jellemezhetjük a vizsgált anyagot.
Az anyag valamelyik jellemző elnyelési sávját kiválasztva az adott hullámhosszon az abszorbancia egyenesen arányos a koncentrációval. A mennyiségi analitikai alkalmazás a Lambert-Beer törvényen alapszik.
A spektrofotométerek általános felépítése:
Fényforrás és hozzá kapcsolódó tápegység Mintatartó (küvetta) Monokromátor Érzékelő (detektor: pl: fotocella vagy fotoelektron-sokszorozó) Jelfeldolgozó egység vagy számítógép
38
Az egysugaras fotométerek: A tiszta oldószert a küvettába helyezzük, majd az azon áthaladó monokromatikus fény hatására jelentkező detektorjelet ellentétesen kapcsolt potenciométer feszültségével kompenzáljuk. Majd a fény útjába a vizsgálandó oldatot helyezzük, és az újabb jelet a potenciométerrel újra kompenzáljuk. Ennél a módszernél fontos, hogy a fényforrásból jövő fény intenzitása a mérések közben állandó legyen. Kétsugaras fotométerek: Az egyik fényútba az összehasonlító oldószert, a másikba a vizsgálandó oldatot helyezzük. A két küvettára felváltva azonos hullámhosszúságú, azonos intenzitású fény jut. Az áthaladó két fény intenzitásának hatására a detektorban két fogazott jel jelentkezik. A két amplitúdó különbségét mérjük. Az alkalmazott NANOCOLOR Linus spektrofotométer: Alkalmazási területei a vízanalitikában: univerzális alkalmazás a vízvizsgálatok és szennyvízvizsgálatok valamennyi területére. A készüléket a 16. ábra szemlélteti.
16. ábra Nanocolor Linus spektrofotométer Jellemzése: • Nagyméretű módszer memória tároló, melyben fixen rögzítve találhatók a Nanocolor henger- és négyszögküvettás módszerek. • Szabadon programozható módszertároló a saját receptek számára. • Nincs szükség a nullás oldatokra a hengerküvettás teszteknél (vonalkódban van a sarzs vakértéke). • Automatikus küvetta felismerés lézeres vonalkód felismerővel. • Monokromátor biztosítja a tetszőleges hullámhosszúságú (330-900 nm) fényforrást.
39
Mérési programok: • koncentráció mérés közvetlenül mg/l -ben • extinkció mérés • koncentració mérés (faktorral) • koncentrációmérés egy adott standarddal összehasonlítva • kinetikai mérés (folyamatos mérés beállítható automata leolvasási időközzel) • üzemeltetés külső hálózati adapterrel vagy 12 V-os saját akkumulátorról • kiemelkedően felhasználóbarát és üzembiztos kezelhetőség • egyértelmű, kezelőt segítő üzenetek az áttekinthető 2-soros LCD kijelzőn • nyolc nyelv választható (köztük a magyar), beépített órajeladó segíti az előírt reakcióidők betartását • kényelmes módszerbehívás a vonalkódos küvetták, vagy a tasztatúra segítségével • a szükséges hullámhossz automatikus beállítása • a választott módszer előreprogramozott paramétereinek automatikus előhívása • a küvetta típus automatikus felismerése • praktikus használhatóság sorozatméréseknél • adott módszer kiválasztásakor a készülék az utoljára alkalmazott mértékegységben ébred • a mértékegység ugyanakkor egy tasztúra lenyomásával könnyedén megváltoztatható • különféle küvetta típusok alkalmazhatók a precíziós méréstől a legalacsonyabb méréstartományokig • felhasználóbarát végeredmény kijelzés- nincs szükség utólagos számítás elvégzésére • a kijelzőnél és az adattárolóban mindig a komplett mértékegység jelenik meg (pl. mg/l NH4-N) • a méréstartomány alsó- vagy felső túllépésének egyértelmű jelzése • külön tasztatúra nyomásra lehetőség van a méréstartományon kívül eső mérési eredmény megjelenítésére is a szükséges hígítás megbecsülése céljából • a mintahígítás beadásának lehetősége (1:2—től egészen 1: 999 -ig) • a mérési eredmények kijelzése a mintahígítás figyelembevételével • automatikus korrektúra színes és zavaros minták esetében • a Nanocolor programba felvett új mérési módszerek aktualizálása és egyéb más programváltozások aktualizálása interneten keresztül • a mérési eredmények megbízhatóságának növelése az automatikus funkcióvizsgálat segítségével minden egyes bekapcsolás alkalmával. • mérési eredmény feldolgozás PC-re Winc 3.11, Windows® 95, Windows® 98, Windows® 2000 és Windows® NT operációs rendszer esetében további szoftver szükségessége nélkül. • problémamentes adatátvitel PC-re • nagykapacitású mérési adattároló 999 adatsor befogadással
40
• eredményrögzítés az adattárolóba méréskor automatikusan vagy manuálisan • az adattárolás blokkolásának lehetősége (ismétlő mérésnél) • a mérési eredmény pontos identifikálása • beépített dátum és óra jeladó • a dátum és a pontos idő automatikus hozzárendelése minden mérési eredményhez • minden mérési eredményhez kiegészítőleg mintavételi hely, azonosító szám és egy mintasorszám rendelhető • alsó- és felső méréstartomány túllépések az adattárolóban markáns módon megjelenítődnek • minden mérés után lehetőség van az extinkció érték lekérdezésére is • a legmodernebb adattároló kezelési rendszer az egyes mérési eredmények szelektív hozzáférésének biztosításával az egyes mérési eredményekhez vagy adatsorokhoz, kiválaszthatóan mérési módszer, mintavételi hely, mintasorszám, mérési dátum és időpont szerint • Centronics interfész csatlakozó nyomtató közvetlen rácsatlakoztatásához • a mérési eredmények az egyes mérések után azonnal nyomtathatók automatikus üzemben vagy a mérési adattárolóból szabványos PC nyomtató segítségével • bidirekcionális RS 232 C interfész az adatok PC-re történő továbbításához • a mérési eredmények minden mérés után azonnal automatikus üzemben továbbíthatók a számítógépre vagy a fotométer adattárolójából alkalomszerűen • az adatátvitel valamennyi Windows® verzióval kompatibilis A NANOCOLOR Linus spektrofotométer felépítése és használata: A készülék külső kialakítását a 17. ábra mutatja:
41
17. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer külső felépítése 1: A módszer számának kijelzése 2: Kétsoros kijelző 3: Vonalkód olvasó 4: Küvetta nyílás, automatikus küvetta azonosítóval 5: 20 tagú billentyűzet 6: RS 232 C interfész 7: Centronics párhuzamos interfész 8: Lámpa egység 9: Hálózati adapter csatlakozó
42
Digitális kijelző: Az alfanumerikus kijelző a felhasználói utasítások és az eredmények megjelenítésére szolgál. Az LCD kijelző két soros, minden sorban 16 karakter megjelenítése lehetséges. A karakter magasság: 8 mm.
18. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer digitális kijelzője Optikai felépítés: A készülék optikai kialakítását a 19. ábra mutatja:
19. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer optikai felépítése
Fényforrás: Lámpa, amely 330 - 900 nm közötti hullámhosszú fényt bocsát ki. Monokromátor: A beeső teljes sávszélességű fényből a méréshez szükséges hullámhosszú fényt szűri ki és csak azt ereszti át. Küvetta: Mérőedény, amely a vizsgálandó mintát tartalmazza. Fotocella: A mintán áthaladt fényt elektromos árammá/jellé konvertálja. IC: Az elektromos jelet, az alkalmazott tesztkészlet jellemző értékeinek felhasználásával digitális értékké konvertálja. Kijelző: A felhasználói utasítások és az eredmények megjelenítésére.
A NANOCOLORLinus spektrofotométer halogénlámpája (1) a teljes fényspektrumban világít (fehér fény). Ebből a monokromátor egy szűk frekvencia-tartományú fénytartományt választ ki – ez a monokromatikus (szó szerint: egyszínű) fény. A monokromátorból kijutó fénysugár a küvetta nyíláson (5) /küvettán/ és a szűrőtárcsán (6) áthaladva az érzékelőre (fotocella, 7) van fókuszálva.
43
A szűrőtárcsa (6) négy szűrőt tartalmaz: 1 UV szűrőt (330 - 380 nm), ami az UV tartományú szórt fénymennyiséget csökkenti. 1 VIS szűrőt (380 - 640 nm), ami a vörös fény energiáját csökkenti. 1 IR szűrőt (640 - 900 nm), ami a másodrendű UV-fényt nyeli el. 1 Didymium szűrőt, a pontos hullámhossz állításhoz. A hullámhossz kalibrálása és a szűrők pozicionálása automatikus. A NANOCOLORLinus speciális, nagyon kis méretű, szabadalmaztatott monokromátort tartalmaz. A megfelelő mérési módszerekhez szükséges minden hullámhosszt be lehet állítani (három számjegy). Az érték beírása után a hullámhossz automatikusan beállítódik. A mérésekhez szabványos, 10 és 50 mm közötti fényúttal rendelkező négyszögletes üvegküvettát, vagy 14 mm (ID) fényúttal rendelkező hengeres üvegküvettákat (kémcsöveket) lehet használni. A küvetta helyes pozícionálását (20. ábra) a küvettanyílás melletti vonal-jel mutatja. A küvetta méretét a küvetta nyílásban elhelyezett mikrokapcsolók tudatják a fotométerrel. Ha a küvetta nyílásban a kijelölt mérési programnak nem megfelelő küvetta van, akkor a készülék hibajelzést ad.
20. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométerbe történő helyes küvetta behelyezés A küvettákat mindig a matt, nem fényezett felületen fogjuk meg (hengeres küvetta esetén csak a kupaknál fogva). Az üvegküvettákat a szokásos háztartási üvegtisztító szerekkel lehet tisztítani, ill. behelyezés előtt puha, száraz papírral/ruhával megtörölni. A vonalkód: A NANOCOLORLinus fotométer valamennyi NANOCOLORtesztkészlet (mérési módszer) jellemző adatát tárolja. A módszer kódszámának beírásával a mérési módszert mindig elő lehet hívni. Ezen felül, a NANOCOLORLinus fotométer a NANOCOLORhengerküvettákon lévő vonalkód alapján automatikusan is képes ugyanerre, ami tovább egyszerűsíti a mérést és a lehető legkisebbre csökkenti a mérés során előforduló esetleges hibákat. A vonalkód előhívja és aktiválja a megfelelő mérési programot, és a kijelzőn megjelenik a mérési eredmény. A vonalkód-olvasó a küvetta behelyezésekor kapcsolódik be.
44
Az automatikus mérést bármikor meg lehet szakítani, és a nyíl-billentyűkkel meg lehet változtatni. A vonalkóddal ellátott küvettákat a felirattal előre kell behelyezni a NANOCOLORLinus készülékbe. A NANOCOLORLinus készülékben természetesen a vonalkód nélküli küvetták is használhatók, ilyen esetben az aktuális mérési módszert a módszer kódjával lehet előhívni. A vonalkód használatával a mérési módszer kódszámán kívül más paramétereket is közölni lehet a készülékkel – ha szükséges. Így kerül beolvasásra pl. a gyártási sarzsra jellemző pontos nullás érték is. Figyelem! A vonalkód-olvasó Class 1 készülék, ennek megfelelően üzemelés közben ne nézzünk közvetlenül a leolvasóba! Az üzemeltetés előkészületei: A hálózati adapter felhasználásával csatlakoztassa a készüléket a hálózati feszültségre. Kikapcsolt állapotban a kijelzőn a dátum és az óraidő jelenik meg (ezt ellenőrizni kell). Az ON/OFF gomb megnyomásával kapcsolja be a készüléket. A kijelzőn a fotométer neve és a verziószám jelenik meg, a dátummal és a program állapotával együtt. Az összes fotométerfunkció automatikus ellenőrzése kb. 2 percig tart. Ha a kijelzőn a >> KOD KUVETTA >> kijelzés látható, a készülék mérésre kész. A NANOCOLORLinus fotométer 20 nyomógombja közül 10 numerikus gomb, míg 10 speciális funkciójú nyomógomb. A teljes felület műanyaggal borított, folyadék cseppek és nedvesség ellen védett (pl. küvetta repedés). A teszt készletek jellemző adatai: Minden NANOCOLOR tesztkészlet – a mérésekhez szükséges –, jellemzo adata tárolva van a NANOCOLOR Linus fotométerben. Amikor a fotométert bekapcsoljuk a méréshez szükséges adatok aktiválhatók ill. előhívhatók a tesztekhez mellékelt mágneskártya behelyezésével vagy a módszer számának beadásával. A NANOCOLOR Linus fotométer folyamatos fejlesztésével párhuzamosan a végrehajtható új módszerek minden adata be van programozva a készülék memóriájába: analitikai paraméterek: faktor, vak érték vagy alapvonal érték, dimenzió, küvetta függő méréstartomány, a mérés hullámhossza, reakció idő, a kalibrációs görbe linearitása, memóriai szükséglet a sarzs jellemző adatainak. Módszer előhívás: Számos paraméter mérhető különböző méretű küvettával, eltérő méréstartományban, koncentráció egységben ill. hullámhosszon. Egy adott módszer előhívásának három különböző módja van: 1. A vonalkódos hengerküvettát behelyezzük és a nyilakkal kiválasztjuk az adott mérés jellemző adatait. A kívánt opciót az OK megnyomásával erősítjük meg. 2. Előhívjuk a kívánt mérést a kétjegyű szám beadásával. A nyilakkal kiválasztjuk az adott mérés jellemző adatait. A kívánt opciót az OK megnyomásával erősítjük meg. (NANOCOLOR Linus magyar nyelvű kezelési utasítás) 3. Előhívjuk a kívánt mérés egy adott opcióját ill. jellemzőit a háromjegyű szám beadásával. A nyilakkal tovább nem tudunk változtatni. A kiválasztott módszer ezután fő módszerré lép elő (elsődleges prioritás) pl. minden új módszer előhíváskor ez a módszer jelenik meg és háromszor villog a kijelzőn, és ezután automatikusan folytatódik a mérési sorrend. A villogás közben az automatikus program sorrend megszakítható a nyilak megnyomásával, vagy egy másik almódszer válaszható ki az adott mérés harmadik számjegyének beadásával. 45
Amikor az automatikus mérési sorrendet megszakítottuk, a mérést kiválaszthatjuk a harmadik számjegy megadásával vagy a nyilakkal történő mérési módok görgetésével. A kiválasztott mérést az OK megnyomásával kell megerősíteni. Méréstartomány: Mindegyik reagens készlet használati utasításában megadott méréstartomány tárolva van a NANOCOLOR Linus fotométer memóriájában. Amikor a mért érték meghaladja vagy nem éri el a méréstartomány felső ill. alsó határát, a vonatkozó határérték és a „>” vagy „<” jel a display-n kijelzésre kerül. Az esetlegesen beadott hígítást a fotométer mindig figyelembe veszi, vagyis számol vele! Mintavételi hely/hígítás: A minta mérése előtt lehetőség van az adott minta mintavételi helyének és/vagy előzetes hígításának beadására, mely funkciók a nyilak megnyomásával hívható elő. Mintasorszám: A gomb lenyomásával lehet a mérés előtt a mintasorszámot tetszőleges kétjegyű számmal megadni. Ennek hiányában a fotométer 01-el kezdődően módszerenként külön-külön 01-el kezdődően automatikusan emelkedő mintasorszámot ad. Küvetta csere: Amikor egy másik, eltérő méréstartomány használata szükséges: a küvetta méret megváltoztatásával más méréstartományt érhetünk el. Az új küvettával előzetesen vak értéket kell mérni. Ameddig nem lépünk ki az adott mérésből szabadon változtathatjuk a küvettákat minden további null érték állítás ill. mérés nélkül. Mérés hengerküvettás tesztkészletekkel vonalkód alkalmazásával: Az alábbi leírás egy általános mintára vonatkozik:
46
Vízanalitikai REAGENS-készletek a NANOCOLOR Linus® fotométerhez: Számos komponens mérésére felhasználásra kész reagens készletek rendelhetők, melyek a fotométerben előre programozottak, így azok használata az alábbi előnyökkel jár: • a precíziós gyári reagens komponens bemérés garantált, az ISO és GLP előírások figyelembevételével • a tesztkészletek használatával az egyes mérések munka-ráfordítási igénye radikálisan csökken • a mérési eredmény a fotométerről közvetlenül mg/l-ben olvasható le, és amennyiben a minta hígítással lett mérve, akkor a fotométer a hígítással is számol • a reagens készletek eltarthatósága jól definiált, általában 2-3 év. • a NANOCOLOR® fotometriás tesztkészletekhez ellenőrző standard oldat készletek rendelhetőek, melyek kétféle standardot tartalmaznak. Az egyik standardot vízminta helyett bemérve, a méréstartományba eső koncentrációt lehet mérni alkalmazási pontosság ellenőrzésként. A másik oldat az „addíciós” standard, melynek használatával ellenőrizhető, hogy az adott vízmintában van-e alul ill. felülmérést eredményező zavaró komponens. • A hagyományosan fotometriás mérési módszereken túlmenően ma már olyan paraméterek gyors és kényelmes meghatározására is használható, mint KOl, BOI5, összes-N, összes-P, TOC, AOX. A NANOCOLOR® hengerküvettás reaqens készletek: Használata esetén a hengerküvetta reakcióscsőbe gyárilag nagy pontossággal előre bemért reagens-keverékhez csak a vízmintát kell bemérni majd a fotométerbe helyezve leolvasni a végeredményt mg/l-ben. (egyes méréseknél előtte a termoblokkba is behelyezni, pl. KOI) A hengerküvettás készletek fotometriás gyors reagens készletek: rutin analízishez, önellenőrzéshez, határérték-ellenőrzéshez - nagyon kényelmes és nagy alkalmazási biztonsággal. A módszer előnyei: • A hengerküvettás reagens készletek az előre elkészített reagensekkel lehetővé teszik az agresszív és toxikus vegyületek biztonságos kezelését. • Nagy pontossággal adagolt reagensek, ezáltal nagy mérési pontosság • Az instabil reagensek alkalmazhatóságát liofilizált reagensek alkalmazásával biztosítja. • Nagy analitikai biztonság a nagy rétegvastagságú küvettákban (14 mm ID). • Könnyű működtetés - a reakciós edény egyben mérőküvetta is, nincs szükség átmosásra. • Időtakarékos módszer a rutinanalízisekre és üzemviteli ellenőrzésekre.
47
3.2. KOI meghatározás kivitelezése:
KÉMIAI OXIGÉNIGÉNY MEGHATÁROZÁSA 1. Roncsolás a termoblokkban: 148 °C, 2 óra 2. Mérés: 027-es, 026-os és 029-es módszerek A mérési adatokat foglaljuk az alábbi táblázatba: Csoportszám: 1. Ivóvíz
Kémiai oxigénigény értéke (mg/l) 2. 3.
Átlag
27 KOI: 2-40 mg/l
Szennyvíz
26 KOI: 15-160 mg/l
Szennyvíz
29 KOI: 100-1500 mg/l
BALESETVÉDELEM!!! AZ ALÁBBI UTASÍTÁSOKAT MINDENKI SZIGORÚAN TARTSA BE! A vízminta tesztcsőbe történő adagolását nagyon óvatosan végezze el, úgy, hogy két egymástól elváló réteg alakuljon ki. Ezt követően helyezze a tesztcsövet a biztonsági edénybe és ott rázza össze, majd a kupaknál fogva helyezze az előre felmelegített termoblokkba!
48
Mérési leírások egyes komponensekre:
49
50
51
II b. Különböző eredetű vízminták kémiai komponenseinek meghatározása NANOCOLOR Linus spektrofotométerrel 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata Nanocolor Linus spektrofotométerrel. 2. Elméleti alapok: 2.1. A víz kémiai komponensei: A vízben oldott szerves és szervetlen anyagok minősége és mennyisége a vízminősítés szempontjából döntő szerepet játszik. Ezek az oldott anyagok:
a levegőből,
a talajból,
a mederfenékről,
a vízgyűjtő terület felszínéről,
továbbá a vízben élő mikroorganizmusok anyagcsere folyamatai és pusztulásuk révén jutnak a vízbe.
A kémiai analízis adatait összevetve a vízhasználat által jelentkező vízminőségi igényekre tekintettel a követendő víztisztítási technológia meghatározható. A vízminőséget jelentő fontosabb kémiai komponensek, a következők: Oxigénháztartás mutatói:
oldott oxigén
oxigéntelítettség
oxigénfogyasztás (kémiai oxigénigény= KOI)
biokémiai oxigénigény (BOI)
Összes oldott só Klorid-ion Szulfid-, szulfát-ion Kálcium-, magnézium-ion Keménység Ammónia-, nitrit-, nitrát-ion Vas-, mangán-ion Szénsav
52
pH Foszfor és foszfát-ion Mérgező anyagok, stb. 1. Oldott oxigén (O2): Nagyon fontos a szerepe az aerob biokémiai folyamatok (folyók öntisztulása, aerob biológiai szennyvíztisztítás) lejátszódásánál, hiszen ezeknél a lebontást végző mikroorganizmusok számára nélkülözhetetlen. A légkörben lévő oxigén a vízben csak gyengén oldódik, mivel a vízzel kémiailag nem lép reakcióba. Oldhatósága a parciális nyomásával arányos (piV=niRT). A vízben lévő oldott oxigén mennyisége az oxigénháztartás révén vizsgálható. 2. Oxigéntelítettség: A természetes vizek oldott oxigéntartalma: 0-14 mg/l között jelentkezik. Az oxigéntartalom adott hőmérséklethez tartozó lehetséges maximális értéke az oxigéntelítettség (mg/l). A vizek általában az oxigén telitettségnél kevesebb oxigént tartalmaznak: az oxigénhiány valamely hőmérsékleten a telítettségi értékhez képest jelentkező hiány (mg/l). Minthogy az O2 mennyiség a hőmérséklettől is függ, ezért az oxigéntelítettség (mg/l) érték mellett az oxigéntelítettség százalék értékét (%) is fel kell tüntetni, amely a vízben valamely hőmérsékleten éppen jelenlévő - mért - oldott oxigén mennyiségének a szóban forgó hőmérséklethez tartozó maximális oxigéntelítettségi értékhez való arányát jelenti. Az oxigénfelvételi képesség az 1 óra alatt, 1 liter, 10°C-os, oldott oxigént még nem tartalmazó vízbe, 760 Hg mm nyomás mellett bevihető O2 mennyiséget jelenti [OC, mg O2/l]. 3. Oxigénfogyasztás: Kémiai oxigénigény (KOI): A vízben levő szerves szennyezőanyag mennyisége közelítően az oxigénfogyasztás (mg/l) alapján is meghatározható. Fogalma: Ez a meghatározás tehát azt az oxigénmennyiséget adja meg, amely a vízben levő szervesanyag kémiai oxidálásához szükséges. Lásd. korábban (II a. gyakorlat anyaga)
53
4. Biokémiai oxigénigény (BOI): Fogalma: A biokémiai oxigénigény az az oldott oxigénmennyiség, amely a vízben levő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. Lásd. korábban (1. gyakorlat anyaga) 5. Klorid-ion (Cl-): Minden természetes vízben jelen van, koncentrációja igen tág határok közé eshet. A kloridion tartalom magasabb fekvésű (hegyes) területek vizeiben kisebb, a folyók és a felszín alatti vizekben tetemes lehet. Legtöbb a tengerekben. A kloridokat a víz oldja fel. Klorid-ion rendszerint a nátrium kísérője (NaC1, konyhasó). Nagymennyiségű klorid-ion kerülhet a felszíni és a felszínalatti vizekbe a házi- és ipari szennyvizek bevezetése révén is. Ez utóbbi esetben rendszerint ammónia és nitrit-ion is kimutatható a vízben. A tiszta, felszín közeli talajvizekben koncentrációja jóval 100 mg/l alatti. A klorid-ionok bizonyos koncentrációig nem ártalmasak az emberi szervezetre. 250 mg/ koncentráció felett a víz sós ízt kap, ami az ivóvíz használhatóságot kezdi korlátozni. Közüzemi ivóvízműveknél a tűrhetőségi határ 80 mg/l. A nagyobb sótartalom a vízelosztó hálózatban korróziót okozhat. 6. Szulfid-ion (S2-), szulfát-ion (SO42-): A kén-körfolyamatában a szulfid-ion (S2-) és a szulfát-ion (SO42-) játssza szempontunkból a fontos szerepet. A természetes vizekben előforduló szulfid-ion eredete kétféle lehet: a) szerves: Amikor oldott oxigén és nitrátok hiánya esetében a szulfátok szolgáltatják az oxigént, s a lebontási folyamatot anaerob baktériumok végzik: SO42- + szerves anyag anaerob bakt. S2- + H2O + CO2
S2- + 2 H+
H2 S
A szerves eredetű szulfid-ion, illetőleg a kellemetlen szagot és ízt kölcsönző hidrogén-szulfid (H2S) friss szennyeződésre utal, ezért az ilyen víz egészségügyi szempontból kifogás alá esik. b) szervetlen: A szervetlen eredetű szulfid-ion kén-hidrogén tartalmú ásványi sók: gipsz (CaSO4x2H2O), pirit (FeS2) redukciója révén keletkezik. Szaghatása miatt a víz nem használható ívóvíz céljaira, a kén-hidrogént előzetesen el kell belőle távolítani. A szulfát-ion többnyire jól oldódó szulfátok: Na2SO4, MgSO4 formájában van jelen a természetes vizekben. A közüzemi ivóvízműveknél 10 mg/l szulfát-ion koncentráció még megengedhető. Amennyiben a víz keménysége nem túl nagy, úgy 200 mg/l még tűrhető lehet. A szulfát-ion a beton- és azbesztcement csövekre jelenthet veszélyt. 7. Kalcium-ion (Ca2+): A legelterjedtebb kation. Leginkább hidrogén-karbonáthoz kötve fordul elő. A felszínalatti vizekben inkább a kalcium-, mint a magnézium-ionok vannak túlsúlyban. Általában a pangó vizek sajátossága, hogy a víz CO2-tartalmának csökkenésekor a bennük oldott sók közül inkább a kevésbé oldható Ca2+-sók válnak ki, mint a jobban oldódó Mg-sók.
54
8. Magnézium-ion (Mg2+): A vizekben a kalcium-ionnál kisebb mértékben fordul elő. Általában klorid és szulfát alakjában kerül a vízbe. Dolomiton keresztül haladó vízben a Ca2+ és Mg2+ egymáshoz való aránya megváltozik, sok esetben a Mg-ion javára. 9. Keménység: A természetes vizek keménységét a bennük levő kalcium- és magnézium-ionok okozzák. Attól függően, hogy ezek a kationok milyen anionokhoz csatlakoznak, beszélhetünk: karbonát- és nemkarbonát keménységről, valamint az általánosan használt és jellemző összes keménységről, amely az előbbi kettő összege, kationok szerint csoportosítva pedig kálcium- és magnézium -keménységről. A víz karbonát-keménységét: azok a kálcium- és magnézium-ionok okozzák, amelyek hidrogénkarbonát-ionokhoz vannak kötve. A víz keménysége leginkább a szemcsés talajjal és tömött kőzetekkel való érintkezésből származik. A víz oldóképességét zömmel akkor nyeri, amikor a talajban az ott élő baktériumok lebontó tevékenységéből származó CO2 végterméket felveszi és a kálcium kőzetet könnyebben oldja: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 10. Ammónia, nitrit- (NO2-) és nitrát-ion (NO3-): A következő nitrogén-vegyületek játszanak szerepet: NH3, N2, N2O3, N2O5 A N2O3 és N2O5 a salétromsav anhidridjei. Az ammóniából és a nitrátokból szerves kötött nitrogén képződhet: NH3 + CO2 + zöld növény + napfény = fehérje NO3- + CO2 + zöld növény + napfény = fehérje* A szerves kötött nitrogént a szaprofita baktériumok bontják le aerob folyamatok révén a szervetlen anyaggá: fehérje + baktérium = NH3 Ezt a nitrifikáló baktériumok nitrit-ionná oxidálják: 2 NH3 + 3 O2 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O A nitrit-iont a nitrifikáló baktériumok további csoportja nitrát-ionná oxidálja: 2 NO2- + O2 + 2 H+ 2 NO3- + 2 H+ A nitrátnak az a mennyisége, amelyet a * egyenlet szerint a növények nem hasznosítanak, a beszivárgó vízzel a talajvízbe kerül. Ezért jelentős gyakran a talajvíz nitrát-tartalma. Végső soron a nitrogénháztartás a lebontódási folyamatok állásáról nyújt a víz minősítésénél felvilágosítást.
55
11. Vas- (Fe2+) és mangán-ion (Mn2+): Elsősorban a talajvizekben és a mélységi vizekben fordulnak elő, de az évszaktól függően a felszíni vízfolyások és víztározók vizében is jelentkezhetnek. Az oldott állapotú vas- és mangán legtöbbször vas- és mangán-tartalmú kőzetekből kerül a vízbe. Az ivóvíz megengedhető vas-tartalma: 0,3 mg/l, mangán-tartalma pedig: 0,05 mg/l. 12. Szénsav, CO2: A természetes vizek normális komponense a szén-dioxid. A vízbe a következő úton kerülhet: Abszorpció révén a légkörből. Biokémiai oxidáció egyik végtermékeként. Különböző szerves anyagok végtermékeként. A vízben lévő szervetlen anyagok, elsősorban hidrogén-karbonátok disszociációja révén, amikor is szabad CO2 jut a vízbe. A víz szabad szénsav-tartalma a vizet agresszívvé teszi. Beszélhetünk: mésszel betonnal fémmel szembeni agresszivitásról. 13. pH: A pH az oldatok savas vagy lúgos állapotának a kimutatására szolgál, pontosabban a hidrogénion-koncentráció fejezhető ki segítségével. A pH ismerete a vízellátás és a csatornázás szinte minden területén nagyon fontos. A felszíni vizek általában lúgos kémhatásúak, így lehetséges olyan vízfolyásszakasz, amelybe savas ipari szennyvizek semlegesítés nélkül bevezethetők. De az ilyen módszer egyedi vizsgálatot igényel. 14. Foszfor és foszfát-ion (PO43-): Itt a foszfor szervetlen vegyületei pl. a foszfátok játsszák a főszerepet. A felszíni vizekben található algák szaporodása döntően a vízben lévő nitrogén- és foszfor-komponensektől függ. Ahol ezek a tápanyagok bőségesen fordulnak elő vízvirágzás jelentkezhet. Ez a biokémiai folyamat a víz minőségért rontja. A szennyvizek is rendszerint bőségesen tartalmaznak foszfort. 15. Mérgező anyagok: Főként az ipari szennyvizeknél kerülhetnek a befogadókba. Ilyen anyagok: arzén. Ólom, cink, stb. Különösen veszélyesek lehetnek a különböző toxikus anyagok. 16. Toxikus anyagok: Azokat a szennyvizeket tekintjük toxikusnak, amelyek a szennyvíztisztító berendezésekben a tisztításban fontos szerepet játszó szervezeteket elpusztítják. A toxikus anyagoknak azt a mennyiségét, amely már egyáltalán nem pusztítja el az élő szervezeteket toxikussági küszöbértéknek nevezzük. Szervetlen eredetű toxikus anyagok: Oxidálószerek (klór, bróm, klóramin, kálium-permanganát, hidrogén-peroxid). Ózon
56
Mérgező gázok (NH3, H2S) Savak, lúgok. Alkáli- és alkáliföldfémek, nehézfémek. Szerves eredetű toxikus anyagok: Alifás vegyületek (metán-származékok, acetilén, ásványi olajok, stb.). Aromás vegyületek (benzol, fenolok, klórfenolok, stb.) Növényvédőszerek Detergensek 17. Radioaktív szennyeződések: Alaptulajdonságuk a rádioaktivitás, amely sem fizikai, sem kémiai folyamatokkal nem szüntethető meg. Az ilyen szennyvizek ott keletkeznek, ahol atomenergiát termelnek, radioaktív izotópokat állítanak elő vagy használnak fel. A radioaktív szennyeződés bejuthat a vízbe a légszennyezés, atomerőművek, uránbányák révén, az iparban és a gyógyászatban alkalmazott izotópok használata során is. Bizonyos szennyezőanyagok a radioaktív anyagok felvételével radioaktív tulajdonságúvá válhatnak. A sugárártalom a sugárzás fajtájától, energiájától és felezési idejétől függ. 2.2. A fotometria alapjai: Lásd. előző gyakorlat anyaga (KOI meghatározás fotometriásan) 3. Mérési feladat: 3.1. Az alkalmazott készülékrendszer: Lásd. előző gyakorlat anyaga (KOI meghatározás fotometriásan)! A gyakorlaton az alábbi kémiai komponensek meghatározását végezzük el, a KOImeghatározáshoz hasonlóan (a roncsolás itt nem szükséges). A gyakorlatvezető által kijelöltek alapján csoportonként adott számú komponens vizsgálata szükséges: Ammónium-ion Cink-ion orto-Foszfát-ion (15 és 50) Összes keménység Karbonát-keménység Klorid-ion Nitrát-ion Nitrit-ion Réz-ion Szulfit-ion Szulfát-ion Vas-ion Mangán-ion
A gyakorlati munkához szükséges leírásokat és eredmények megadásához szükséges mintatáblázatot a gyakorlat napján a laboratóriumban kapja kézhez. 57
III. Felszíni vizek zavarosságának meghatározása TURB 555 (-IR) zavarosságmérő műszerrel (nefelometriás elven) 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták zavarosságának vizsgálata Turb 555 (-IR) zavarosságmérő műszerrel. 2. Elméleti alapok: 2.1. A víz zavarossága: Amennyiben egy folyadék oldatlan részeket tartalmaz, a rajta áthaladó fény elnyelődik és szétszóródik. Ez a jelenséget nevezzük zavarosságnak (amennyiben a fény csak elnyelődik, a minta színes). A zavarosságot okozó rész lehet iszap, alga, mikroorganizmus vagy más vízben oldhatatlan rész. A zavarosság mértéke elsősorban az oldatlan részek mennyiségétől függ, befolyásolja azonban az ilyen részek alakja, mérete és összetétele is. Ennek következtében a zavarosság mérésekor a szuszpendált részek mennyiségére utaló kvantitatív megállapítás csak jól specifikált mintáknál lehetséges. Különböző folyadékok tipikus zavarosság értékei Folyadék
Zavarosság (NTU)
Ioncserélt víz
0,02
Ivóvíz
0,02 – 0,5
Forrásvíz
0,05 – 10
Kezeletlen szennyvíz
70 - 2000
Papíripari „szitavíz”
60 - 800
2.2. A zavarosságmérés alapjai: Napjaink akkreditálási követelményei, a törvényi szabályozások és a minőségbiztosítás egyre fokozottabb szerepe (p1.: ivó-, és szennyvíz-kezelés, élelmiszeripar, vegyipar területein) szükségszerűvé teszik a mind jobban dokumentált és megbízható méréseket. A zavarosság mértékét korábban egyszerűen egy a folyadékon átbocsátott fénysugár segítségével mérték. A másik mérési mód a 90°-ban szórt fény mérése ugyanakkor sok esetben - különösen alacsony méréstartományokban – bizonyította alkalmazhatóságát és mára nemzetközileg elismert mérési módszerré vált. Az említett módszeren alapuló készülékek a nefelométerek és maga a mérési mód a nefelometria.
58
A nefelometria elvi alapjai: A nefelometria a fluorometriás módszerrel analóg és a kolloid részecskéken szóródó fény intenzitásának mérésén alapul. A fényszóródásra Rayleigh-törvénye érvényes, mely szerint ha egy kolloid oldatot I0 intenzitású, hullámhosszúságú fénnyel világítunk meg és az oldat d=/10-nél nem nagyobb átmérőjű, polarizálhatóságú részecskéket tartalmaz, akkor az elektromágneses sugárzás a részecskében oszcilláló dipólust indukál. Ezután a részecske másodlagos fényforrásként a beeső fénnyel azonos hullámhosszúságú szórt sugárzást bocsát ki. A szórt fény Isz intenzitása a beeső fénysugárhoz viszonyított szögben és a részecskétől r távolságba mérve: Isz = I0 (84 2)/(r2 4) (1 + cos2 ) A kis koncentrációk tartományában a szórt fény intenzitása a koncentráció lineáris függvénye. Nagyobb koncentrációk mérését az interferencia zavarja. A mérésekhez rendszerint kalibráló anyagot (SiO2) alkalmaznak, és a kiértékelés hitelesítő görbe felvételével történik. Akkreditálási szempontból igen fontos, hogy mérőeszköz lehetőleg valamely szabvány szerint legyen kialakítva, így megtakaríthatók a módszer-validálás emberi és pénzügyi ráfordításai. Az alkalmazott fényforrás fajtája szerint különböztetik meg egymástól az alkalmazott mérőműszereket. Amíg az amerikai szabvány széles sávú wolfram lámpát (fehér fény) ír elő, addig az MSZ-ISO 7027 /DIN 27027 IR-LED (infravörös) fényforrás alkalmazását követel meg 860 nm mellett. A két különböző mérési módszer alkalmazásával nyert mérési eredmény egymással nem összevethető. Az értékek megadása FNU (Formazine Nephelometric Units), ill. a régebbi, de még ma is igen elterjedt NTU (Nephelometric Turbidity Unit) mértékegységben történik. 3. Mérési feladat: 3.1. Az alkalmazott készülékrendszer (Turb 555-IR) és használata: A nagyteljesítményű Turb 555-IR (21. ábra) számos speciális lehetőséget kínál. Egyedülálló az igen széles, 9 nagyságrendet (1) átfogó méréstartomány (0,0001 ... 10 000 NTU), az aránymérési módszer, ill. a menürendszer jelszavas védelme. Az arány-mérés (Ratio) nagy mértékben növeli pontosságot és reprodukálhatóságot színes minták ill. extrém zavarosság-értékek esetén. A módszer lényege, hogy a 90°-ban szórt fény mellett méri az egyenesen áthaladó fény mennyiségét is. A műszer belső komplexitása ellenére (5 fény-detektor, fejlett mikroprocesszoros vezérlés, menürendszer...) kezelése rendkívül egyszerű, néhány óra alatt elsajátítható.
59
21. ábra TURB 550 IR zavarosságmérő műszer
60
A küvetták jelölése és beállítása: A teljesen tiszta, jó minőségű küvetták fényáteresztő képessége között is van egy nagyon kis, irányfüggő különbség. Ezért a mérőküvettákat és a standardokat tartalmazó küvettákat is meg kell jelölni. Így minden küvettát mindig a megfelelő helyen lehet alkalmazni, valamint a reprodukálhatóság és a mérési pontosság is nagyobb lesz. A küvetta tisztítása: A küvettának abszolút tisztának kell lennie! A küvetta jelölése: A küvettát (üres vagy tele) a következők szerint kell megjelölni:
61
A TURB 555-IR készülék belső felépítése
62
3.2. A minták zavarosságának mérése: a) Kalibrálás: Ha szükséges, a gyakorlatvezető utasításai mellett végezze el a kalibrálás az alábbi általános séma alapján: A kalibrálás alapjai: Miért szükséges a kalibrálás? Mint minden mérőberendezés esetében, a Turb 555/Turb 555 IR mérési pontosságát is rendszeres időközönként ellenőrizni kell és be kell állítani. Mikor szükséges a kalibrálás? Normál körülmények között azt javasoljuk, hogy a zavarosság-mérő készülék kalibrálását legalább háromhavonta végezze el. A két kalibrálás közötti időt a készülék konfigurációjában meg lehet adni. Ha a megadott időtartam letelt, a készülék villogó CAL szimbólummal figyelmeztet a kalibrálás esedékességére. Ezen felül a készüléket minden lámpacsere után kalibrálni kell. Kalibrálási eljárások: A Turb 555 / Turb 555 IR kalibrálásához alapvetően az alábbi lehetőségek vannak: Ötpontos kalibrálás a megadott kalibráló programmal: Ahhoz, hogy a műszaki adatokban megadott pontosság a teljes mérési tartományban érvényes legyen, erre a kalibrálásra van szükség. Felhasználó által definiált kalibrálás egy korlátozott intervallumban. Egypontos kalibrálás: Ez a felhasználó által definiált kalibrálás speciális esete, és csak kisegítő megoldásként javasolható. Ennek során a kalibrálási időzítő nem nullázódik. Egypontos kalibrálás után a mérés csak a kalibrálási pont közvetlen közelében és csökkentett pontossággal lehetséges.
63
Kalibrálási pontok és méréstartományok A készülék teljes méréstartományra érvényes optimális kalibrálásához a következő öt kalibráló standard szükséges: 0,02 NTU 10 NTU 100 NTU 1750 NTU 10000 NTU A kalibrálást ötnél kevesebb kalibráló standarddal is el lehet végezni, ha a várt mért értékek egy korlátozott tartományba esnek. A kalibrálási pontok megválasztásához az alábbiakat kell figyelembe venni: A várt mért értéknek két kalibrálási pont közé kell esnie. Ha a kalibrálási intervallum kezdő és végpontja között további lehetséges kalibrálási pontok vannak, akkor ezeket használni kell. A kalibrálást mindig a legnagyobb értéktől a legkisebb érték felé kell végezni. A mérés menete kalibrálás esetén: A kalibráló standard mérése több menetben (mérési ciklusban) történik. A készülék minden mérési ciklusban sorban lekérdezi a rendszer mind a négy érzékelőjét. A precíz kalibráláshoz kalibrálási standardonként meghatározott számú mérési ciklusra van szükség. A hátralévő mérési ciklusok száma a kijelző alsó sorában látható. Az utolsó mérési ciklus végén a kalibrálási lépés véget ér. A 10 NTU és 100 NTU kalibráló standardok esetén a teljes kalibrálási lépés automatikusan másodszor is lefut. A kalibrálás előkészítése A kalibrálás megkezdése előtt az alábbiakat kell végrehajtani: Figyelem! A kalibráló standardokat tartalmazó küvettákat soha ne nyissuk ki! 1. Kapcsolja be a mérőkészüléket. 2. Várjon legalább 30 percet a bemelegedésre. 3. Készítse elő a kalibrálási standardokat. 4. Győződjön meg arról, hogy a küvetták külseje száraz, tiszta és ujjnyom-mentes. Ötpontos kalibrálás:
64
Kalibrálás:
65
66
67
68
b) Mérés: Végezze el a gyakorlatvezető által kiadott feladatokat a saját vízmintákon, melyekhez használja az alábbi általános kezelési utasításokat!
69
Mérés:
70
FELSZÍNI VIZEK ZAVAROSSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA TURB 555-IR ZAVAROSSÁGMÉRŐ MŰSZERREL 1. Kapcsolja be a készüléket és várja meg a bemelegedési időt (30 perc)! 2. KALIBRÁLÁS: Kalibrálja a műszert a kiadott standard oldatok segítségével (4 oldat-5 pontra)! Használja a segédletben megadott leírást! 3. MÉRÉS:
A vizsgálandó mintával öblítse ki 3-szor a mérőküvettát, majd öntsön bele 20 ml vízmintát! A küvettát zárja le a fényvédő kupakkal és törölje a külsejét teljesen szárazra és foltmentesre!!! Majd ezt követően helyezze a készülékbe! Ha nincs a küvetta megjelölve végezze el a jelölést (lásd segédlet!), majd mérje meg a zavarosság értékét és írja be a jegyzőkönyvébe!
FIGYELEM! A küvettákat és a tetejüket ne cserélgessük össze, mert különben a jelölésnek nincs értelme!
A mérési adatokat foglaljuk az alábbi táblázatba: Csoportszám:
ZAVAROSSÁG (NTU) 2. 3.
1.
Átlag
Ivóvíz minta Szennyvíz minta
A mérési eredményeket hasonlítsa össze a segédletben megadott különböző eredetű vizekre vonatkozó értékekkel és a tapasztalatait fogalmazza meg diszkusszióban!
71
Mellékletek FELSZÍNI VIZEKRE ÉS IVÓVIZRE VONATKOZÓ KÉMIAI KOMPONENS HATÁRÉRTÉKEK FELSZÍNI VÍZ (mg/l) 0,5 mg/l 200 mg/l 0 mg/l 10 mg/l 0 mg/l 0,2 mg/l 100 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,05 mg/l -
Egyéb
Fémek
Szervetlen vegyületek
KOMPONENS AmmóniumSzulfátSzulfitNitrátNitritFoszfátKloridVas Mangán Réz Cink Összes keménység Karbonát-keménység -sugárzás Vezetőképesség
Biológiai paraméterek
pH
IVÓVÍZ (mg/l) 0,1-1 mg/l 200 mg/l 0-0,05 mg/l 20 mg/l 0,1-0,5 mg/l 0 mg/l 80-250 mg/l 0,2 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 1 mg/l 50-250 mg CaO/l 200 mg CaO/l 0,111 Bq/ml 2500 S/cm 6,5-8,5
Algaszám
-
104 db/m3
Kóliszám
-
4 db/m3
Baktériumszám
-
5x104 g/m3
BOI5
-
3,5-10 mg/l
KOI
-
3,5 mg/l
Néhány kémiai jellemző és szerepük:
Nátrium Testnedvekben található. Fontos szerepe az ozmózisnyomás szabályozása, töltés szállítása. Vas Életfontosságú elem, a hemoglobin és az enzimek alkotórésze. Klorid Fémekkel alkotott sói, például a nátrium-klorid a gyomorsav sósavának képződéséhez és a különböző enzimek aktiválásához nélkülözhetetlenek.
Nitrit, Nitrát Szennyezésjelző vízminőségi paraméterek: túlzott műtrágya-felhasználás során a talajból beoldódik a vízbe. Káros hatása a vér oxigénfelvevő képességét csökkenti, valamint a vizek átalakulnak a baktériumok számára tápanyagban gazdag vizekké (eutrofizáció).
Ammónium Szennyezésjelző vízminőségi paraméter: a szerves anyagok, a mikroorganizmusok élettevékenysége során felbomlanak, és ennek termékeként keletkezik. Települési és ipari szennyvizek bemosódásából eredhet, ezért a vizek elfertőződésére utal.
72
73
74
Kémiai komponensek fotometriás mérésének kivitelezésére használt minta recept:
75
