OZNACZANIE INDEKSU FENOLOWEGO W WODZIE WPROWADZENIE Fenole lotne są to wodorotlenowe pochodne benzenu i inne aromatyczne hydroksyzwiązki, które destylują z parą wodną z roztworu kwaśnego i w określonych w normie warunkach dają reakcję barwną z -aminoantypiryną. Duże ilości fenoli występują w ściekach przemysłowych pochodzących głównie z hut i przemysłu chemicznego, np. tworzyw sztucznych. Zatrucie fenolami jest zazwyczaj skutkiem bezpośredniego kontaktu z substancją poprzez kontakt skóry (wysoka wchłanialność drogą dermalną) bądź poprzez wdychanie par. Oprócz powodowania wysokiej śmiertelności organizmów wodnych, obecność fenoli oraz produktów ich chlorowania (podczas uzdatniania wody) nadaje wodzie przykry zapach, np.,-dichlorofenol jest wyczuwalny już przy stężeniu 0,00 mg/dm 3, co czyni wodę niezdatną do zasilania wodociągów. Stąd dopuszczalna zawartość fenoli jest określona aktami prawa i wynosi < 0,005 mg/dm 3 dla wód o I klasie czystości, < 0,0 mg/dm 3 dla wód o II klasie czystości i < 0,05 mg/dm 3 dla wód o III klasie czystości. Oznaczanie indeksu fenolowego w wodzie lub ściekach polega na wydzieleniu ich przez destylację z roztworu kwaśnego i następnie reakcji z -aminoantypiryną (1- fenylo-,3-dimetylo--aminopirazolonem) w środowisku alkalicznym przy ph 9,8 ± 0, i w obecności heksacyjanożelazianu(iii) potasu jako utleniacza. W wyniku tej reakcji powstaje barwnik indofenolowy mający zabarwienie, w zależności od stężenia fenoli, od zielonkawożółtego do czerwono wiśniowego. 1
Według normy, zawartość fenoli lotnych określa się za pomocą spektrofotometru bądź kolorymetru fotoelektrycznego lub wizualnie przez porównanie intensywności zabarwienia badanej próbki ze skalą wzorców. Indeks fenolowy definiuje się jako liczbę określającą stężenie różnych związków fenolowych wyrażone w mg fenolu/dm 3. Określenie indeks fenolowy wprowadzono, gdyż w uprzednio wymienionych warunkach z -aminoantypiryną reagują fenol i jego orto- i meta pochodne oraz te ortopochodne, których podstawnikiem jest grupa karboksylowa, metoksylowi lub sulfonowa. Natomiast nie reagują z -aminoantypiryną te pochodne fenolu, które w położeniu para mają grupę alkilową, aldehydową, arylową, benzoilową, nitrową lub nitrozową. Metodę tę stosuje się do oznaczania indeksu fenolowego w zakresie powyżej 0,5 do 10,0 mg/dm 3. Próbkę wody lub ścieku pobiera się do naczynia wykonanego ze szkła borokrzemianowego. Oznaczenie należy przeprowadzić przed upływem godzin od pobrania. Jeżeli nie jest to możliwe należy próbkę utrwalić przez zakwaszenie kwasem ortofosforowym(v) do ph ok.,0 (wobec oranżu metylowego lub mierząc pehametrem) i dodać 1 g pięciowodnego siarczanu(vi) miedzi(ii) na 1 dm 3 próbki. Próbkę utrwaloną można przechowywać do godzin w temperaturze 5-10 o C. W oznaczaniu fenoli tą metodą przeszkadzają substancje utleniające i redukujące, wysokie ph, związki siarki oraz oleje i smoły. Te ostatnie należy usunąć poprzez ekstrakcję tetrachlorometanem w środowisku alkalicznym (ph 1,0 1,5). Nadmiar tetrachlorometanu pozostający w warstwie wodnej należy odpędzić, ogrzewając próbę na łaźni wodnej. Aby uniknąć utlenienia fenoli (a tym samym zaniżenia wyniku), obecne w próbie substancje utleniające należy usunąć przez dodanie siarczanu(vi) żelaza(ii) lub arsenianu(iii) sodu.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodyką oznaczania fenoli lotnych w wodzie i ściekach poprzez ich wyizolowanie metodą destylacji i oznaczenie metodą spektrofotometryczną. Odczynniki: -aminoantypiryna cz.d.a., roztwór %; kwas ortofosforowy(v) (85 %) cz.d.a., roztwór 1+9; oranż metylowy, roztwór 0,1 %; bufor amonowy; 10 % roztwór siarczanu(vi) miedzi cz.d.a.; woda amoniakalna cz.d.a.; heksacyjanożelazian(iii) potasu [K3Fe(CN)6] cz.d.a., roztwór 0,08 g/cm 3 ; fenol cz.d.a., roztwór wzorcowy podstawowy o stężeniu 1 mg/cm 3. Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa: spektrofotometr SPECOL, zestaw szklany do destylacji z połączeniami na szlify i kolbą kulistą o pojemności 500 cm 3, zlewki o pojemności 00 cm 3 (3 szt.), pehametr, bagietka. SPOSÓB WYKONANIA 1. Przygotowanie skali wzorców i sporządzanie krzywej wzorcowej 1) W kolbie miarowej o objętości 1 dm 3 sporządzić roztwór podstawowy fenolu przez rozpuszczenie 1,0 g fenolu w wodzie destylowanej. Jeżeli roztwór jest zabarwiony, należy go wcześniej przedestylować. Roztwór jest trwały około miesiąca. 1 cm 3 roztworu zawiera 1 mg fenolu. ) Przygotować roboczy roztwór fenolu przez rozcieńczenie w kolbie miarowej o objętości 1 dm 3 10 cm 3 roztworu wzorcowego podstawowego. Roztwór ten zawiera 0,01 mg fenolu w 1 cm 3. 3) Do zlewek odmierzyć kolejno: 0,0; 5,0; 10,0; 0,0; 30,0; 0,0; 50,0 cm 3 roztworu roboczego fenolu i dopełnić wodą destylowaną do objętości 100 cm 3, tak sporządzone roztwory zawierają odpowiednio: 0,0; 0,05; 0,1; 0,; 0,3; 0,; 0,5 mg fenolu. Do każdego wzorca dodać 1,0 cm 3 roztworu buforowego, wymieszać i zmierzyć ph za pomocą pehametru. Ewentualną korektę do ph = 9,8 ± 0, przeprowadzić dodając kroplami wodę amoniakalną. Następnie dodać kolejno po,0 cm 3 roztworu -aminoantypiryny oraz roztworu heksacyjanożelazianu(iii) potasu, mieszając natychmiast zawartość każdej zlewki po dodaniu poszczególnych 3
3 7 8 9 3 7 8 9 Uwaga substancja oznaczona w instrukcji jest niebezpieczna odczynników. Roztwory są nietrwałe, dlatego też należy je przygotowywać równocześnie z badaną próbką. ) Pomiar absorbancji poszczególnych roztworów wzorcowych należy wykonać po 15 min., nie później jednak niż przed upływem 5 min. od chwili dodania odczynników, na spektrofotometrze przy długości fali = 510 nm względem roztworu odniesienia (pierwszy z serii roztworów wzorcowych nie zawierający fenolu). Dla każdego roztworu wzorcowego należy wykonać trzy pomiary absorbancji, a za wynik przyjąć średnią arytmetyczną z tych pomiarów.. Wykonanie oznaczenia Do kolby kulistej zestawu do destylacji odmierzyć 50 cm 3 badanej próby. W przypadku gdy próba nie była uprzednio utrwalona dodać 5 kropli oranżu metylowego i roztworu kwasu ortofosforowego(v) do ph poniżej,0. Po wymieszaniu dodać 5 cm 3 roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii). Wrzucić kamyki wrzenne. 5 6 1 11 10 5 6 1 10 Destylację prowadzić aż do oddestylowania ok. 5 cm 3 cieczy, zbierając destylat w kalibrowanej kolbie. Następnie przerwać destylację i gdy ciecz przestanie wrzeć, dodać do kolby 5 cm 3 wody destylowanej i prowadzić destylację dalej aż do uzyskania 50 cm 3 destylatu. Jeżeli destylat jest mętny lub na jego powierzchni znajduje się warstewka olejowa, należy do przedestylowanej próby dodać ponownie 5 kropli oranżu metylowego, roztworu kwasu ortofosforowego(v) do ph poniżej,0, a po wymieszaniu 5 cm 3 roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii). Destylację prowadzić w sposób uprzednio
podany. Do trzech zlewek odmierzyć odpowiednio 0,0 (próba kontrolna), 5,0 i 10,0 cm 3 destylatu i uzupełnić do 100 cm 3 wodą destylowaną. Do każdej zlewki dodać 1 cm 3 roztworu buforowego, wymieszać i zmierzyć ph za pomocą pehametru. Ewentualną korektę do ph = 9,8 ± 0, przeprowadzić przez dodawanie kroplami wody amoniakalnej. Następnie dodać po,0 cm 3 roztworu -aminoantypiryny oraz roztworu heksażelazianu(iii) potasu i wymieszać. Po 15 min. (nie później niż przed upływem 5 min.) zmierzyć absorbancję przy długości fali = 510 nm względem próby kontrolnej. Dla każdego stężenia należy wykonać trzy pomiary absorbancji, a za wynik przyjąć średnią arytmetyczną z tych pomiarów. OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Zawartość indeksu fenolowego w badanej próbie (X) obliczyć według wzoru: [mg/dm 3 ], gdzie: m zawartość fenoli lotnych w badanej próbie określona przez porównanie ze skalą wzorców lub odczytana z krzywej wzorcowej, mg Vpr objętość próby pobranej do badania, dm 3. Zaklasyfikować badaną wodę do odpowiedniej klasy jakości wód powierzchniowych zgodnie z rozporządzeniem MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 11 lutego 00 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód (Dz. U. z dnia 1 marca 00 r.) według ZAŁĄCZNIKA NR 1 Wartości graniczne wskaźników jakości wody w klasach jakości wód powierzchniowych. Instrukcja opracowana na podstawie: Fizykochemiczne metody analizy w chemii środowiska cz. I, red. R. Gadzała- Kopciuch, B. Buszewski, Wyd. UMK, Toruń, 003. 5