Miareczkowanie Winklera

Test Winklera służy do określenia stężenia tlenu rozpuszczonego w próbkach wody. Tlen rozpuszczony (DO) jest szeroko stosowany w badaniach jakości wody i rutynowej eksploatacji urządzeń do uzdatniania wody do analizy jej poziomu nasycenia tlenem .

do próbki wody dodaje się nadmiar soli manganu(II), jodek (I − ) i jony wodorotlenkowe (OH − ), powodując wytrącanie się białego osadu Mn(OH) 2 . Ten osad jest następnie utleniany przez tlen obecny w próbce wody do brązowego osadu zawierającego mangan z manganem w stanie bardziej utlenionym (Mn(III) lub Mn(IV)).

W następnym etapie dodaje się mocny kwas ( kwas solny lub kwas siarkowy ) w celu zakwaszenia roztworu. Następnie brązowy osad przekształca jon jodkowy (I- ) w jod . Ilość rozpuszczonego tlenu jest wprost proporcjonalna do miareczkowania jodu roztworem tiosiarczanu . Obecnie metoda ta jest skutecznie stosowana jako jej modyfikacja kolorymetryczna, w której trójwartościowy mangan powstający podczas zakwaszania brunatnej zawiesiny poddaje się bezpośredniej reakcji z kwasem etylenodiaminotetraoctowym nadać różowy kolor. Ponieważ mangan jest jedynym powszechnym metalem, który reaguje barwnie z kwasem etylenodiaminotetraoctowym, ma on dodatkowy efekt maskowania innych metali jako bezbarwne kompleksy.

Historia

Test został pierwotnie opracowany przez Ludwiga Wilhelma Winklera, w późniejszej literaturze określanego jako Lajos Winkler , podczas pracy na Uniwersytecie w Budapeszcie nad jego rozprawą doktorską w 1888 roku. Ilość rozpuszczonego tlenu jest miarą biologicznej aktywności mas wodnych. Obecne w wodzie fitoplankton i makroalgi produkują masowo tlen w procesie fotosyntezy . Bakterie i organizmy eukariotyczne (zooplankton, ryby) zużywają ten tlen poprzez oddychanie komórkowe . Wynik tych dwóch mechanizmów determinuje stężenie rozpuszczonego tlenu, co z kolei wskazuje na produkcję biomasy. Różnica między fizycznym stężeniem tlenu w wodzie (lub teoretycznym stężeniem, gdyby nie było żywych organizmów) a rzeczywistym stężeniem tlenu nazywana jest biochemicznym zapotrzebowaniem na tlen. Test Winklera jest często kontrowersyjny, ponieważ nie jest w 100% dokładny, a poziomy tlenu mogą zmieniać się z testu na test, pomimo stosowania tej samej stałej próbki.

Procesy chemiczne

W pierwszym etapie do próbki wody środowiskowej dodaje się siarczan manganu(II) (w ilości 48% całkowitej objętości). Następnie dodaje się jodek potasu (15% w 70% wodorotlenku potasu ) w celu wytworzenia różowawo-brązowego osadu. W roztworze alkalicznym rozpuszczony tlen utlenia jony manganu (II) do stanu czterowartościowego .

2 Mn 2+ (aq) + O 2 (aq) + 2 H 2 O (l) → 2 MnO(OH) 2 (s)

Mn został utleniony do 4+ i MnO(OH) 2 pojawia się jako brązowy osad. Nie ma pewności, czy utleniony mangan jest czterowartościowy czy trójwartościowy . Niektóre źródła podają, że Mn(OH) 3 jest brązowym osadem, ale uwodniony MnO 2 może również dawać brązowy kolor.

4 Mn(OH) 2 (s) + O 2 (aq) + 2 H 2 O → 4 Mn(OH) 3 (s)

Druga część testu Winklera redukuje (zakwasza) roztwór. Osad rozpuści się z powrotem do roztworu, gdy H + zareaguje z O 2− i OH −, tworząc wodę.

MnO(OH) 2 (s) + 4 H + (aq) → Mn 4+ (aq) + 3 H 2 O (l)

Kwas ułatwia konwersję jonu jodkowego przez brązowy, zawierający mangan osad w elementarny jod.

Mn(SO 4 ) 2 utworzony przez kwas przekształca jony jodkowe w jod, który sam ulega ponownej redukcji do jonów manganu(II) w środowisku kwaśnym.

Mn(SO 4 ) 2 + 2 I − (aq) → Mn 2+ (aq) + I 2 (aq) + 2 SO
2− 4 (aq)

miareczkowania jodu stosuje się tiosiarczan ze wskaźnikiem skrobi .

2 S
2 O
2− 3 (woda) + ja 2 → S
4 O
2− 6 (woda) + 2 ja − (woda)

Analiza

Z powyższych równań stechiometrycznych możemy stwierdzić, że:

1 mol O 2 → 2 mole MnO(OH) 2 → 2 mole I 2 → 4 mole S
2 O
2− 3

Dlatego po określeniu liczby moli wyprodukowanego jodu możemy obliczyć liczbę moli cząsteczek tlenu obecnych w pierwotnej próbce wody. Zawartość tlenu jest zwykle podawana w miligramach na litr (mg/l).

Ograniczenia

Powodzenie tej metody jest w dużym stopniu zależne od sposobu, w jaki manipuluje się próbką. Na wszystkich etapach należy podjąć kroki w celu zapewnienia, że ​​tlen nie jest wprowadzany do próbki ani nie jest z niej tracony. Ponadto próbka wody musi być wolna od wszelkich substancji rozpuszczonych , które utleniają lub redukują jod.

Instrumentalne metody pomiaru rozpuszczonego tlenu szeroko wyparły rutynowe stosowanie testu Winklera, chociaż test ten jest nadal używany do sprawdzania kalibracji przyrządu.

BZT 5

Aby określić pięciodniowe biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT 5 ), kilka rozcieńczeń próbki analizuje się pod kątem rozpuszczonego tlenu przed i po pięciodniowym okresie inkubacji w temperaturze 20 °C w ciemności. W niektórych przypadkach bakterie są wykorzystywane do zapewnienia znormalizowanej społeczności do pobierania tlenu podczas konsumowania materii organicznej w próbce; bakterie te są znane jako „nasiona”. Różnica w DO i współczynniku rozcieńczenia jest wykorzystywana do obliczenia BZT5 . Wynikowa liczba (zwykle podawana w częściach na milion lub miligramach na litr) jest przydatna do określania względnej siły organicznej ścieków lub innych zanieczyszczonych wód.

BZT 5 jest przykładem analizy określającej klasy materiałów w próbce.

Butelka Winklera

Butelka Winklera to szkło laboratoryjne wykonane specjalnie do przeprowadzania testu Winklera. Butelki te mają stożkowe wierzchołki i ściśle dopasowany korek, który pomaga w wykluczeniu pęcherzyków powietrza, gdy wierzch jest zamknięty. Jest to ważne, ponieważ tlen w uwięzionym powietrzu zostałby uwzględniony w pomiarze i wpłynąłby na dokładność testu.

Dalsza lektura

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Winkler_titration&oldid=1121312319 ”