ĆWICZENIE 1

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
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 4-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. 2,4-dichlorofenol jest wyczuwalny już przy stężeniu 0,002 mg/dm3,
co czyni wodę niezdatną do zasilania wodociągów. Stąd dopuszczalna zawartość fenoli
jest określona aktami prawa i wynosi < 0,005 mg/dm3 dla wód o I klasie czystości,
< 0,02 mg/dm3 dla wód o II klasie czystości i < 0,05 mg/dm3 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 4-aminoantypiryną (1fenylo-2,3-dimetylo-4-aminopirazolonem) w środowisku alkalicznym przy pH 9,8 ± 0,2 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
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
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/dm3.
Określenie „indeks fenolowy” wprowadzono, gdyż w uprzednio wymienionych
warunkach z 4-aminoantypiryną reagują fenol i jego orto- i meta pochodne oraz te
ortopochodne, których podstawnikiem jest grupa karboksylowa, metoksylowi lub
sulfonowa. Natomiast nie reagują z 4-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/dm3.
Próbkę wody lub ścieku pobiera się do naczynia wykonanego ze szkła
borokrzemianowego. Oznaczenie należy przeprowadzić przed upływem 4 godzin od
pobrania. Jeżeli nie jest to możliwe należy próbkę utrwalić przez zakwaszenie kwasem
ortofosforowym(V) do pH ok. 4,0 (wobec oranżu metylowego lub mierząc pehametrem)
i dodać 1 g pięciowodnego siarczanu(VI) miedzi(II) na 1 dm3 próbki. Próbkę utrwaloną
można przechowywać do 24 godzin w temperaturze 5-10 oC.
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 12,0 – 12,5). 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.
2
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodyką oznaczania fenoli lotnych w wodzie i
ściekach poprzez ich wyizolowanie metodą destylacji i oznaczenie metodą
spektrofotometryczną.
Odczynniki:
4-aminoantypiryna cz.d.a., roztwór 2 %; 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/cm3; fenol cz.d.a., roztwór wzorcowy podstawowy o stężeniu
1 mg/cm3.
Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa:
spektrofotometr SPECOL, zestaw szklany do destylacji z połączeniami na szlify i kolbą
kulistą o pojemności 500 cm3, zlewki o pojemności 200 cm3 (3 szt.), pehametr, bagietka.
SPOSÓB WYKONANIA
1. Przygotowanie skali wzorców i sporządzanie krzywej wzorcowej
1) W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 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 cm3
roztworu zawiera 1 mg fenolu.
2) Przygotować roboczy roztwór fenolu przez rozcieńczenie w kolbie miarowej o
objętości 1 dm3 10 cm3 roztworu wzorcowego podstawowego. Roztwór ten zawiera
0,01 mg fenolu w 1 cm3.
3) Do zlewek odmierzyć kolejno: 0,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 40,0; 50,0 cm3 roztworu
roboczego fenolu i dopełnić wodą destylowaną do objętości 100 cm3, tak
sporządzone roztwory zawierają odpowiednio: 0,0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mg
fenolu. Do każdego wzorca dodać 1,0 cm3 roztworu buforowego, wymieszać i
zmierzyć pH za pomocą pehametru. Ewentualną korektę do pH = 9,8 ± 0,2
przeprowadzić dodając kroplami wodę amoniakalną. Następnie dodać kolejno po
2,0 cm3 roztworu 4-aminoantypiryny oraz roztworu heksacyjanożelazianu(III)
potasu, mieszając natychmiast zawartość każdej zlewki po dodaniu poszczególnych
3
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
odczynników. Roztwory są nietrwałe, dlatego też należy je przygotowywać
równocześnie z badaną próbką.
4) Pomiar absorbancji poszczególnych roztworów wzorcowych należy wykonać po 15
min., nie później jednak niż przed upływem 25 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.
2. Wykonanie oznaczenia
Do kolby kulistej zestawu do destylacji odmierzyć 250 cm3 badanej próby. W
przypadku gdy próba nie była uprzednio utrwalona dodać 5 kropli oranżu metylowego i
roztworu kwasu ortofosforowego(V) do pH poniżej 4,0. Po wymieszaniu dodać 5 cm3
roztworu siarczanu(VI) miedzi(II). Wrzucić kamyki wrzenne.
5
4
6
2
1
5
7
3
10
1
4
8
3
9
2
6
7
8
9
1
10
Destylację prowadzić aż do oddestylowania ok. 225 cm3 cieczy, zbierając destylat
w kalibrowanej kolbie. Następnie przerwać destylację i gdy ciecz przestanie wrzeć,
dodać do kolby 25 cm3 wody destylowanej i prowadzić destylację dalej aż do uzyskania
250 cm3 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 4,0, a po wymieszaniu
5 cm3 roztworu siarczanu(VI) miedzi(II). Destylację prowadzić w sposób uprzednio
4
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
podany. Do trzech zlewek odmierzyć odpowiednio 0,0 (próba kontrolna), 5,0 i 10,0 cm3
destylatu i uzupełnić do 100 cm3 wodą destylowaną. Do każdej zlewki dodać 1 cm3
roztworu buforowego, wymieszać i zmierzyć pH za pomocą pehametru. Ewentualną
korektę do pH = 9,8 ± 0,2 przeprowadzić przez dodawanie kroplami wody amoniakalnej.
Następnie
dodać
po
2,0
cm3
roztworu
4-aminoantypiryny
oraz
roztworu
heksażelazianu(III) potasu i wymieszać. Po 15 min. (nie później niż przed upływem
25 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/dm3],
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, dm3
2. Zaklasyfikować badaną wodę do odpowiedniej klasy jakości wód powierzchniowych
zgodnie z rozporządzeniem MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 11 lutego 2004 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 2004 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. GadzałaKopciuch, B. Buszewski, Wyd. UMK, Toruń, 2003.
5