شیمی و دیگر هیچ

برخی آدم ها برخلاف اتم های عناصر شیمیایی با تشکیل پیوند به پایداری نمی رسند

 

 

موضوع:

 

BOD اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی

DOواکسیژن محلول

● مقدمه:


تمام موجودات زنده برای انجام متابولیسم و تهیه انرژی جهت رشد و تولید مثل نیاز به

 

اکسیژن به فرمهای مختلف دارند. واکنشهای هوازی دارای اهمیت خاصی بوده زیرا به

 

اکسیژن آزاد نیاز دارند. تمام گازخای موجود در هوا به مقدارهای مختلف در آب محلولند.

 

نیتروژن و اکسیژن بعلت حلالیت کم در آب مورد توجه می‌باشند. زیرا با آب فعل و انفعال

 

شیمیائی انجام نداده و حلالیت آنها مستقیماً به فشار جزئی آنها بستگی دارد. حلالیت

 

اکسیژن دردرجه حرارتهای مختلف آب متفاوت است. مقدار حلالیت اکسیژن اتمفسر در

 

آب نسبتاً خالص از ۶/۱۴ میلیگرم در لیتر در صفر درجه سانتیگراد تا ۷ میلیگرم در لیتر در ۳۵

 درجه سانتیگراد تحت فشار ۱ اتمسفر متفاوت است. اکسیژن به مقدار کم در آب

 

محلول بوده و حلالیت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغیر است. کمبود حلالیت

 

اکسیژن در آب یکی از فاکتورهای اصلی است که ظرفیت تصفیه طبیعی آب را کاهش

 

می‌دهد. لذا تصفیه فاضلابها قبل از ورود به رودخانه‌ها ضروری می‌گردد. اکسیژن

 

محلول رودخانه‌ها نیز می‌توان آلودگی آنها را کنترل نمود. اکسیژن فاکتور مهمی در

 

ایجاد خورندگی آهن و فولاد بخصوص در سیستمهای توزیع آب و بویلرها می‌باشد. لذا

 

تعیین مقدار اکسیژن محلول برای کنترل خورندگی آب به کار می‌رود.


● اساس روش اندازه‌گیری:



معمولی‌ترین روش تعیین اکسیژن محلول بر اساس آزاد کردن ید توسط اکسیژن

 

محلول می‌باشد. ید آزاد شده عموماً توسط یک محلول احیاءکننده مانند تیوسولفات

 

سدیم اندازه‌گیری می‌شود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان می‌دهد. نشاسته ید

 

آزاد شده را جذب نموده و رنگ آبی ایجاد می‌کند و هنگامیکه تمامی ید احیاء گردید

 

محلول بیرنگ می‌شود.

روش و نیکلر یا یدومتری روش استانداردی برای تعیین اکسیژن محلول می‌باشد. این

 

روش بر اساس اکسیداسیون Mn۲+ به ظرفیت بالاتر (Mn۴+) در محیط قلیائی توسط

 

اکسیژن می‌باشد. منگنز با ظرفیت چهار یون ید را در محیط اسیدی به ید آزاد اکسیده

 

می‌کند و مقدار ید آزاد شده که برابر با اکسیژن محلول می‌باشد توسط تیتزاسیون با

 

تیوسولفات استاندارد اندازه‌‌گیری می‌شود.

در این روش وجود بعضی از مواد مانند نیتویتها و آهن سه ظرفیتی قابلیت

 

اکسیدکنندگی I- را به I۲ دارند. و نتیجه آزمایش را زیاد نشان می‌دهد. و بر عکس مواد

 

احیاء کننده مانند S۲-, So۳۲-, Fe۲+ ید را احیاء کرده و به I- تبدیل می‌کنند و نتیجه

 

آزمایش را کمتر از حد واقعی نشان می‌دهد. بنابراین روش تصحیح نشده چنانکه

 

اکسیژن در محیط وجود نداشته باشد با افزایش سولفات منگنز و معرف یدور قلیائی (NaOH, KI) رسوب سفید رنگ ۲Mn(OH) تشکیل می‌گردد.

Mn۲+ + ۲OH- Mn(OH)۲




● رسوب سفید رنگ



اگر در محیط اکسیژن موجود باشد مقداری از
Mn۲+ به ظرفیت بالاتر اکسیده شده و رسوب قهوه‌ای رنگ Mno۲ ظاهر می‌گردد.

Mn(OH)۲ + ½ O۲ Mno۲ + H۲O


● رسوب قهوه‌ای رنگ



اکسیداسیون
Mn۲+ به Mno۲ به آهستگی انجام می‌گیرد بدین منظور محلول تکان

 

داده می‌شود تا تمام اکسیژن محلول به صورت ترکیب درآید. حرکت دادن محلول برای

 

مدت حداقل ۲۰ ثانیه لازم است در صورتیکه آب مورد آزمایش شور باشد. زمان تماس

 

بایستی به مراتب طولانی‌تر باشد. پس از حرکت دادن، نمونه را برای ترکیب کامل

 

اکسیژن در جائی ساکن گذاشته و پس از مدتی به آن اسید سولفوریک اضافه

 

می‌کنند. در محیط اسیدی Mno۲ یون I- را اکسید کرده و ید آزاد می‌کند. برای انجام

 

واکنش بطور کامل بایستی درب بطری را بست و برای حداقل ۱۰ ثانیه آن را حرکت داد

 

تا ید به طور یکسان در تمام محلول پخش گردد. ید حاصله را با تیوسولفات سدیم

 

استاندارد تیتر می‌کنند.

Mno۲ + ۲ I- + ۴H+ Mn۲+ + I۲ + ۲H۲O
I۲ + ۲ Na۲S۲o۳ Na۲S۴O۶ + ۲ NaI

همانطور که اشاره شد یون نیتریت یکی از مواد مزاحم در تعیین اکسیژن محلول

 

مب‌باشد. یون نیتریت Mn۲+ را اکسیده نمی‌کند ولی ‌I- را در محیط اسیدی به I۲

 

اکسید می‌نماید. لذا اگر نیتریت در محیط وجود داشته باشد تشخیص نقطه پایانی

 

مشکل خواهد بود. زیرا به محض اینکه رنگ آبی معرف نشاسته و ید محو می‌گردد

 

نیتریتها مقداری از I- را به I۲ اکسید کرده و رنگ آبی دوباره ظاهر می‌گردد. برای حذف

 

دخالت نیتریتها از آز ید سدیم (Nan۳) استفاده می‌شود.

NaN۳ + ۹H+ ۳NH۳ + Na+ + NH۳ + NO۲- + H+ N۲ + N۲O + H۲O
HN۳ + NO۲- + H+ N۲ + N۲O + H۲O

بدین طریق دخالت نیتریتها می‌گردد.


● معرفهای لازم:



محلول سولفات منگنز: مقدار ۴۸۰ گرم
MnSO۴.۴H۲۰ یا ۴۰۰ گرم MnSO۴. ۲H۲O و یا ۳۶۴

 گرم MnSO۴.H۲O را در آب مقطر حل کرده و حجم آن را به یک لیتر برسانید.

معرف یدور و آز ید قلیائی: مقدار ۵۰۰ گرم از NaOH را با ۱۵۰ گرم یدور پتاسیم در آب

 

مقطر حل کرده و حجم آن را به یک لیتر برسانید. به آن مقدار ۱۰ گرم آز ید سدیم که در ۴۰

 سی سی آب مقطر حل شده اضافه کنید.

-         اسید سولفوریک غلیظ
- نشاسته: ۲ گرم نشاسته و ۲/۰ گرم اسید سالیسیلیک را در ۱۰۰ سی سی آب مقطر گرم حل کنید.
- سدیم تیوسولفات استاندارد
M ۰۲۵/۰: ۲۰۵/۶ گرم از Na۲S۲O۳. ۵H۲O را در آب

-         مقطر جوشیده سرد شده حل کرده به آن ۴/۰ گرم سود افزوده و در بالن ژوژه یک

-         لیتری به حجم برسانید. این محلول را در مقابل محلول استاندارد ۰۲۵/۰ نرمال بیکرمات پتاسیم و یا بی یدات پتاسیم استاندارد کنید.

 

 

DO سنجش میزان

 

 

اکسیژن محلول در آب مورد نیاز موجوداتی است که در آب زندگی می کنند.میزان انحلال اکسیژن در آب تابعی از دما،میزان کلرور در آب و فشار جزئی است.

 

میزان انحلال اکسیژن در آب تابع قوانین گازهاست.اکسیژن از گازهایی است که با آب واکنش نمی دهد،بنابراین

میزان انحلال آن تابعی از قانون هنری است.پس انحلال آن در آب تابع فشار جزئی آن است.بیشترین میزان

 

انحلال آن در کنار دریا و کمترین آن در ارتفاعات است.همچنین انحلال آن در آب تابعی از دما است و با افزایش دما میزان انحلال اکسیژن در آب کاهش می یابد.

 

اهمیت DO در بحث های مهندسی زیستی به سه دلیل است:

 

در بحث تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی برای فعالیت میکرواورگانیزم های هوازی نیاز به اکسیژن وجود دارد.

2.     اندازه گیری DO پایه آزمایش BOD

 است.

3.                                                                                          میزان خورندگی آب بستگی به میزان DO موجود در آب دارد.

4.                                                                                           

از این رو اندازه گیری و تعیین میزان DO در آب ها برای ما بسیار اهمیت دارد.

 

برای سنجش میزان DO دو روش کلی وجود دارد:

1.     روش وینکلر

2.     روش استفاده از الکترود غشایی

 

عوامل مداخله کننده:

در اندازه گیری میزان DO عواملی وجود دارند که می توانند در نتیجه ی کلی واکنش تاثیر منفی بگذارند.این

 

عوامل شامل املاح آهن،مواد آلی،مواد معلق،دی اکسید سولفور،کلر باقی مانده،کروم،سیاناید می باشد.در

 

صورتی که مقادیر بالایی از این مواد در نمونه وجود داشته باشد باید قبل از آزمایش از نمونه حذف شوند تا در نتیجه مشکلی به وجود نیاورند

.

روش الکترود غشائی:

 

 

انواع مختلفی از الکترودهای غشائی در دسترس می باشد.در کلیه این وسائل جریان نفوذی به طور خطی با غلظت اکسیژن مولکولی در نمونه ی آزمایش مناسب است.

 

این روش بیشتر برای تعیین اکسیژن محلول نمونه هایی توصیه می شود که دارای مواد مزاحمی هستند که در

 

روش تیتر کردن مشکل به وجود می آورند.مثلا برای نمونه های که سولفیت،تیوسولفات،کلر آزاد،رنگ،کدورت

 

و لخته ی بیولوژیکی دارند،کاربرد دارد.البته بسته به نوع شرکت سازنده روش تنظیم و قرائت الکترودهای غشایی مختلف متفاوت می باشد.

 

DO  متر محلول شامل یک الکترود است که نمونه ی محلول در آن توسط غشائی که نسبت به اکسیژن خاصیت

 

تراوائی دارد نگهداری می شود.زمانی که اکسیژن از میان غشاء می گذرد و به الکترود می رسد عمل انتقال الکترون و اکسیژن مولکولی اتفاق می افتد.

 

 انتقال الکترون باعث عبور جریان از دستگاه اندازه گیری جریان الکتریکی می شود. دستگاه اندازه گیری

 

جریان دارای یک آمپر سنج و یک الکترود مرجع است که در اینجا مقدار جریان با مقدار اکسیژن محلول در نمونه متناسب است.

 

کالیبره کردن دستگاه DO متر:

1.     دستگاه را روشن می کنیم و 10 تا 15 دقیقه صبر می کنیم تا به حالت پایدار در آید.

2.     دستگاه را برای خواندن صفر می کنیم.

3.     درجه حرارت محیط را اندازه گرفته،مقدار اکسیژن موجود در هوا را در درجه حرارت مورد نظر تعیین می کنیم.

4.     الکترود را برای حالت اشباع اکسیژن کالیبره می کنیم و آن را در داخل یک بطری کوچک قرار می دهیم و ته الکترود را با یک حوله ی مرطوب کاغذی می پوشانیم.

5.     دستگاه ( متر)  را برای شرایط خواندن روشن می کنیم.می گذاریم تا دستگاه به حالت سکون قرار گیرد و عمل قرائت را برای مقدار اکسیژن اشباع در حالت تصحیح شده تنظیم می نمائیم.

 

تجزیه و تحلیل:

 

از بین دو روش ذکر شده در بالا روش تیتراسیون وینکلر در مقایسه با روش الکترود غشائی به تجهیزات

 

آزمایشگاهی و زمان بیشتری نیاز دارد. اما روش الکترود غشایی روشی نوین است که با آموزش مسئول آزمایشگاه می توان از این روش جدید برای تعیین DO در آب استفاده کرد.

 

همان طور که می دانیم روش تیتراسیون مشکلات مربوط به خود را دارد که در بخش تیتراسیون به آن اشاره شده است.

 

 

 

 

 

 

 

+نوشته شده در شنبه دوم اردیبهشت 1391ساعت13:49توسط آرزو @ | |