ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Χημική Τεχνολογία Εργαστηριακό Μέρος Ενότητα 8.2: Χημικώς Απαιτούμενο Οξυγόνο (Chemical Oxygen Demand, COD) Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί Ενότητας Στην 8.2 Εργαστηριακή Άσκηση η εκτέλεση του πειραματικού μέρους περιλαμβάνει την παρασκευή του δείγματος, τη θέρμανσή του στους 160 ο C για 30 λεπτά και τη μέτρηση του COD με τη χρήση φωτομέτρου. 4
Περιεχόμενα Ενότητας Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Ελέγχου (Τυφλό) Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (sample) Διαδικασία Μέτρησης του COD 5
Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD - 1 Η εκτέλεση του πειραματικού μέρους περιλαμβάνει την παρασκευή του δείγματος, τη θέρμανσή του στους 160 ο C για 30 λεπτά και τη μέτρηση του COD με τη χρήση φωτομέτρου. Όργανα - Σκεύη Γυάλινα ποτήρια, σιφώνια, ογκομετρικές φιάλες. Ειδικό γυάλινο δοχείο στο οποίο τοποθετούνται οι δοκιμαστικοί σωλήνες προκειμένου να γίνει η ανάδευση του περιεχομένου τους. Συσκευή για την ελεγχόμενη και ομοιόμορφη θέρμανση των δοκιμαστικών σωλήνων. Εύρος θερμοκρασιών από 20 έως 160 ο C και δυνατότητα αύξησης της θερμοκρασίας ανά 1 ο C. Ειδικό φωτόμετρο με ενσωματωμένη μέθοδο για τον αυτόματο υπολογισμό του COD. 6
Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD - 2 Αντιδραστήρια Απιονισμένο νερό Δοκιμαστικοί σωλήνες (Nanocolor, COD 160) οι οποίοι περιέχουν τις ακόλουθες ενώσεις: Διχρωμικό κάλιο (K 2 Cr 2 O 7 ) Θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) Θειικό υδράργυρο (HgSO 4 ) Θειικό άργυρο (Ag 2 SO 4 ) Όξινο φθαλικό κάλιο (Μ.Β. 204.23 g/mol) 7
Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD - 3 Παρατηρήσεις Ο θειικός άργυρος (Ag 2 SO 4 ) λειτουργεί καταλυτικά στην αντίδραση οξείδωσης των οργανικών ενώσεων του δείγματος και επιταχύνει ιδιαίτερα την οξείδωση αλειφατικών ενώσεων. Η παρουσία ιόντων χλωρίου στο δείγμα μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά σφάλματα κατά τον προσδιορισμό του COD. Τα ιόντα χλωρίου (όπως και τα ιόντα βρωμίου και ιωδίου) αντιδρούν με το διχρωμικό κάλιο σχηματίζοντας στοιχειακό χλώριο (ή βρώμιο, ιώδιο) οδηγώντας έτσι στον προσδιορισμό υψηλότερων συγκεντρώσεων COD σε σχέση με τις πραγματικές. 8
Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD - 4 Παρατηρήσεις Αντίδραση των ιόντων χλωρίου με ιόντα αργύρου (Ag + ) οδηγεί σε σχηματισμό ιζήματος χλωριούχου αργύρου (AgCl) με συνέπεια την μείωση της καταλυτικής δράσης του Ag 2 SO 4 και τον προσδιορισμό μικρότερων τιμών COD. Τα φαινόμενα αυτά μπορούν να ελαχιστοποιηθούν με την χρήση του θειικού υδραργύρου (HgSO 4 ) σε περίσσια (λόγος μαζών HgSO 4 /Cl -1 ίσος με 10:1) ο οποίος δεσμεύει τα ιόντα χλωρίου σχηματίζοντας σύμπλοκα του τύπου HgCl 4 2-. 9
Πειραματικό Μέρος / Φωτομετρικής Μεθόδου Προσδιορισμού COD - 5 Παρατηρήσεις Ο θειικός υδράργυρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δείγματα στα οποία η συγκέντρωση των ιόντων χλωρίου δεν υπερβαίνει τα 2000 mg/l. Η αμμωνία και το οργανικό άζωτο δεν οξειδώνονται από το διχρωμικό κάλιο απουσία σημαντικής συγκέντρωσης στοιχειακού χλωρίου. 10
Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Ελέγχου (Τυφλό) - 1 Σε κάθε σετ αντιδραστηρίων υπάρχει ένας δοκιμαστικός σωλήνας ο οποίος είναι επισημασμένος ως δείγμα ελέγχου (τυφλό), περιέχει όλα τα αντιδραστήρια και χρησιμοποιείται ως έχει. Εναλλακτικά, σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα προσθέτουμε 2 ml απιονισμένου νερού και στη συνέχεια ακολουθούμε τα ίδια βήματα όπως φαίνεται παρακάτω για το δείγμα πρότυπης ουσίας. 11
Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Ελέγχου (Τυφλό) - 2 Δείγμα πρότυπων ουσιών (sample) Για την παρασκευή του δείγματος χρησιμοποιούμε το όξινο φθαλικό κάλιο του οποίου η θεωρητική τιμή COD είναι 1,176 mg O 2 /mg όξινου φθαλικού καλίου. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η πορεία που ακολουθείται: 12
Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (sample) - 1 1. Ζυγίζουμε 70 mg όξινο φθαλικό κάλιο και τα διαλύουμε, υπό ανάδευση, σε 1000 ml απιονισμένο νερό. 2. Ανοίγουμε ένα δοκιμαστικό σωλήνα ο οποίος περιέχει τα αντιδραστήρια, διχρωμικό κάλιο (K 2 Cr 2 O 7 ), θειικό οξύ (H 2 SO 4 ), θειικό υδράργυρο (HgSO 4 ) και θειικό άργυρο (Ag 2 SO 4 ). 13
Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (sample) - 2 3. Με σιφώνιο μεταφέρουμε 2 ml του διαλύματος όξινου φθαλικού καλίου στον δοκιμαστικό σωλήνα. Η προσθήκη του διαλύματος θα πρέπει να γίνει αργά και κρατώντας τον δοκιμαστικό σωλήνα σε διαγώνια θέση ώστε να σχηματιστούν δύο φάσεις. Κλείνουμε τον σωλήνα με το καπάκι και κρατώντας τον από αυτό τον τοποθετούμε στο δοχείο ασφαλείας αναδεύοντας τον έντονα. Να σημειωθεί ότι στο σημείο αυτό απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή καθώς το περιεχόμενο του δοκιμαστικού σωλήνα θερμαίνεται έντονα λόγω της εξώθερμης αντίδρασης ανάμιξης του θεϊκού οξέος με το νερό. Επίσης, το υγρό μίγμα θολώνει έντονα. 14
Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (sample) - 3 4. Μετά την ανάδευση, ο δοκιμαστικός σωλήνας τοποθετείται σε ειδική συσκευή όπου θερμαίνεται στους 160 ο C για 30 λεπτά. 5. Μετά την πάροδο των 30 λεπτών απομακρύνουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα από την θερμαντική συσκευή και τον αφήνουμε να ψυχθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. 15
Διαδικασία Μέτρησης του COD - 1 O φωτομετρικός προσδιορισμός του COD γίνεται με χρήση του φωτομέτρου PF-11. Το φωτόμετρο διαθέτει ενσωματωμένη μέθοδο η χρήση της οποίας παρέχει την δυνατότητα της απευθείας μέτρησης του COD σε mg O 2 /l δείγματος. Ο υπολογισμός της τιμής του COD γίνεται αυτόματα λαμβάνοντας υπόψη τον όγκο του δείγματος (2 ml), την οπτική διαδρομή (l=1 cm), τον συντελεστή μοριακής απορρόφησης των ιόντων Cr(VI) (ε 444 nm = 380 l mole -1 cm -1 ) καθώς και την αντιστοιχία ενός gr-eq K 2 Cr 2 O 7 με 8 g Ο 2. Τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν περιγράφονται στη συνέχεια: 16
Διαδικασία Μέτρησης του COD - 2 1. Ανοίγουμε το όργανο πιέζοντας το πλήκτρο 1. 2. Ο επιλογέας οπτικού φίλτρου (2) θα πρέπει να είναι στη θέση 2. 3. Τοποθετούμε τον δοκιμαστικό σωλήνα του δείγματος ελέγχου (τυφλό) στην θέση 3. 4. Πατώντας το πλήκτρο 4 εναλλάσσουμε τις αποθηκευμένες μεθόδους στο όργανο μέχρι να εμφανισθεί στην οθόνη η μέθοδος 26 COD 15-160. 17
Διαδικασία Μέτρησης του COD - 3 5. Πατώντας το πλήκτρο 5 (Null zero) την επιλέγουμε. 6. Πιέζοντας ξανά το πλήκτρο 5 μετράμε το δείγμα ελέγχου. 7. Τοποθετούμε στη θέση 3 τον δοκιμαστικό σωλήνα του δείγματος το οποίο μετράμε πιέζοντας το πλήκτρο 6 (Μ). 8. Στην οθόνη του οργάνου διαβάζουμε την τιμή του COD σε mg O 2 /l δείγματος. 18
Τέλος Ενότητας 19