OKTATÁSI SEGÉDLET. a Környezetgazdálkodás c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához. Városenergetikai szakmérnök szakos hallgatóknak

Átírás

1 OKTATÁSI SEGÉDLET a Környezetgazdálkodás c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához Városenergetikai szakmérnök szakos hallgatóknak Készítette: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár DE-MK, Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék 2012.

2 Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK... 2 JEGYZŐKÖNYV MINTA... 4 A GYAKORLATOK RÉSZLETES LEÍRÁSA GYAKORLAT:... 6 I KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK BIOLÓGIAI OXIGÉNIGÉNYÉNEK (BOI 5 ) MEGHATÁROZÁSA MANOMETRIKUS BOI-MÉRŐ KÉSZÜLÉKKEL II VÍZMINTÁK VIZSGÁLATA MULTILINE P4 UNIVERZÁLIS KÉZI-MÉRŐMŰSZERREL III KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK KÉMIAI KOMPONENSEINEK MEGHATÁROZÁSA NANOCOLOR LINUS SPEKTROFOTOMÉTERREL MELLÉKLETEK

3 Általános tudnivalók: Összesen: 2 alkalom ( és ). Környezetgazdálkodás Gyakorlat (Vízanalitikai vizsgálatok) A gyakorlathoz a hallgatónak gondoskodnia kell az alábbi eszközökről: Köpeny, vegyszeres kanál, alkoholos filctoll, törlőruha, gumikesztyű!! Vízvizsgálathoz: 1,5 l műanyag flakonban 4ºC-on tárolt felszíni vagy felszín alatti, szennyvíz, csapadékvíz vagy egyéb vízminta. (Ezt a hallgató saját maga biztosítja). A gyakorlat tematikája: 1. gyakorlat (11.23.): 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI 5 ) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés elindítása!) 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. 2. gyakorlat ( ): 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI 5 ) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés leállítása!) 2. Különböző eredetű vízminták kémiai komponenseinek meghatározása NANOCOLOR Linus spektrofotométerrel. A gyakorlatokra a jegyzőkönyvet kézzel kell előre elkészíteni!!!! Gyakorlathoz kapcsolódó irodalom: Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi Kiadó, Budapest, (2000). Dr. Benedek Pál- Valló Sándor: Víztisztítás-szennyvíztisztítás zsebkönyv, Műszaki könyvkiadó, Budapest, Dr. Öllös Géza- Dr. Borsos József: Vízellátás és csatornázás I., Műegyetemi kiadó, Budapest, Dr. Öllös Géza: Szennyvíztisztító telepek üzemeltetése I. II., Akadémiai kiadó, Budapest, A Gyakorlat helye: Környezetmérnöki és Vegyipari Művelettani Laboratórium, MK, I. emelet K8 labor (kollégium átjáró). Aláírás megszerzésének feltétele: 1. gyakorlaton rövid zárthelyi dolgozat eredményes megírása. A laboratóriumi gyakorlatok elvégzése. A jegyzőkönyvek beadása és azok elfogadása. A gyakorlati jegy: a zárthelyi dolgozatra és a jegyzőkönyvekre kapott jegyek átlagának számtani közepe. A gyakorlati jegy a kollokvium jegyének 1/3-a és az aláírás feltétele. 3

4 Jegyzőkönyv minta Dátum A gyakorlat címe A hallgató neve, évfolyam, szak Javasolt tartalom, egyéni kifejtés mellett: 1. Elméleti alapok: (akár több oldalon, de legalább 1 A4-es oldal terjedelemben!) 2. Feladat: 3. Kivitelezés, mérés menete: 4. Mérési eredmények, számítások: 5. Diszkusszió: (Az eredmény megadása legalább fél-egy A/4 oldal terjedelemben) 4

5 A gyakorlatok részletes leírása 5

6 1. gyakorlat: Feladatok: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI 5 ) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. (A mérés elindítása!) 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. I. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI 5 ) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. 1. Feladat: Ívóvíz és hozott víz minták vizsgálata OxiTop típusú manometrikus BOI-mérő készülékkel. 2. Elméleti alapok: 2.1. Biológiai oxigénigény: A biológiai (biokémiai) oxigénigény (BOI) fontos paraméter a vízgazdálkodásban, a víz minőségének és a szennyvíztisztító fokozatok tisztítóképességének megadására. Lényeges továbbá a szennyvíztisztító telepek tervezésében és méretezésében is. Fogalma: A biológiai oxigénigény az az oldott oxigénmennyiség, amely a vízben levő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. A biokémiai oxigénigény értéke alapján a vizsgált minta szervesanyag-tartalmának mértékére (és így a biológiai tisztítóberendezések hatásosságára is) következtethetünk. A ma legáltalánosabban használt BOI érték megadási mód: a BOI 5 (mg/l), amely egy liter vizsgált minta öt nap alatti vizsgálat során felhasznált biológiai oxigén igényét adja meg, mg O 2 -ben kifejezve. A teljes biológiai lebontáshoz elméletileg végtelen időtartam szükséges, gyakorlatilag a lebontás 20 nap alatt teljesnek tekinthető. A tapasztalatok szerint a házi szennyvíz és sok ipari szennyvíz esetében a BOI 5 érték a BOI 20 érték %-a. Ily módon tehát az 5 napi meghatározás alapján a BOI 20 érték kiszámítható: BOI 20 = 1,25 x BOI 5 Számszerű értéke nagyon sok tényezőtől függ. Ezek a következők: Inkubációs idő: A szabványos BOI meghatározási módszerek ötnapos inkubációs időt írnak elő (BOI 5 ). 6

7 Nitrifikáció: A BOI vizsgálatokat általában a szerves anyagok lebontására végzik, azonban az inkubációs időtől függően az oxigénigényt a nitrifikáció (az ammónia nitráttá oxidálása) is befolyásolja. A nitrifikáció sebessége lényegesen kisebb, mint a szerves anyag oxidációjáé, s bár a két reakció hasonlóképpen megy végbe, a nitrifikáció csak akkor indul meg, amikor a szerves anyagok már nagyobb részben lebomlottak. Környezeti tényezők: A BOI értékét a környezeti tényezők közül elsősorban a ph és a hőmérséklet határozza meg. Akklimatizáció: A BOI vizsgálatok hibás eredményei általában a nem akklimatizálódott biológiai kultúra következményei. Különösen az ipari szennyvizek esetében van meg ez a veszély. Toxicitás: A szennyvízben lévő mérgező anyagok a mikroorganizmusok szempontjából biotoxikus vagy biostatikus hatásúak lehetnek. Ez a hatás a BOI érték csökkenésében jelentkezik, a mintát hígítva a mért BOI érték növelése észlelhető. Ez a jelenség tehát a mérgező anyagok jelenlétére utal és ilyenkor előre meg kell határozni, hogy a biológiai kultúra fenntartásához milyen mértékű hígításra van szükség A biológiai oxigénigény meghatározása: A BOI-mérést rutinszerűen használják a szennyvíztelepek befolyó és kibocsátott szennyvizeinek ellenőrzésére. A mérési helytől és a szennyvíz fajtájától függően a BOI érték néhány mg/l és több ezer mg/l között változhat (kommunális szennyvíz esetén: mg/l, ipari szennyvíz esetén: 400- több ezer mg/l, tisztított víz esetén mg/l). A BOI-mérés során biológiai bontási folyamatot hajtunk végre és a biológiai bontási folyamat során a mikroorganizmusok által elhasznált oxigén mennyiséget mérjük. Ez azt jelenti, hogy a mérés végrehajtása során a szokásos analitikai szabályokon túlmenően arra is ügyelni kell, hogy a mikroorganizmusok életfunkcióit semmivel ne zavarjuk meg és számukra minden tekintetben reprodukálható módon biztosítsuk a bontási tevékenységükhöz szükséges körülményeket. Mi kell a megbízható BOI-méréshez? Vízminta: reprezentatív vízminta, sérülésmentes biológiai összetétellel, lehetőleg friss mintavételből. Bontást végző mikroorganizmusok: a bontó baktériumok jelenlétét biztosítani kell. Standardizált, reprodukálható körülmények: állandó hőmérséklet (201 C), standardizált vizsgálati idő (5 nap), tápanyagok és nyomelemek, a mérés szempontjából korlátlan mennyiségű oxigénforrás. Zavaró hatások kizárása: nitrifikációs folyamatok kizárása (NTH 600 oldat adagolása (c =5 g/l), mely hatóanyaga az N-allil-tiokarbamid, amely gátolja a fenti folyamatot), biológiai bontást gátló- és toxikus hatások kizárása. 7

8 Mitől függ a méréskor kapott BOI érték? A vizsgált minta összetételétől és kémiai- ill. biológiai jellemzőitől. Az alkalmazott mérési módszertől. A bontást végző mikroorganizmusok fajtájától, a keverék összetételétől. A vizsgálat kimenetelét befolyásoló mérési körülményektől (mikroorganizmus-minta arány, a mintában lévő gátló- ill. toxikus komponensek koncentrációja). A BOI-mérés kivitelezésére számos módszer áll rendelkezésre: A hígításos BOI-mérési módszernél az 5 napos inkubációs idő előtt és után végzett kételektródás oldott oxigén mérés különbsége adja meg a BOI 5 értéket. Ezt a mérési módszert döntő módszerként is elismerik a hatósági eljárások során. A manometrikus módszernél a mérés során az oxigénfogyás bizonyos nyomásváltozáshoz vezet, ez utóbbit nyomásérzékelővel mérik. Ez a meghatározási módszer igen egyszerűen kivitelezhető és napi gyakorlati célokra alkalmas. A mintákat mindkét módszernél 5 napig 20 C-on kell temperálni megfelelő termosztátszekrény segítségével. Egyéb tényezők: Avégből, hogy a minta oldott oxigéntartalma fenntartható legyen a mintát hígitani szükséges (különösen ipari szennyvizek, illetve szerves anyaggal erősen terhelt szennyvizek esetében). A meghatározáshoz vett mintát sötétben kell tartani. Ily módon a mért oldott oxigénnek az algák általi befolyásolása megakadályozható. Ha ezt nem tesszük a mért BOI érték lényegesen csökkenhet, hiszen az algák O 2 -t termelnek A biológiai oxigénigény meghatározás manometrikus módszerrel: A manometrikus BOI-mérést OxiTop IS 12 típusú berendezéssel (1. ábra) határozhatjuk meg. A berendezés kezelése egyszerű (Előnyei: 5 napos memória, higanymentes nyomásmérés, mérési értékek gombnyomásra, bővíthető, mobil, pontos), melynek részegységei az alábbiak: OxiTop mérőfej (Zöld vagy Sárga) PF 600 mérőüveg, barna GK 600 gumikosár RST 600 keverőpálca Keverőegység hálózati adapterrel REF 600 keverőpálca-kiemelő NHP 600 NaOH tabletta NTH 600 nitrifikáció gátló reagens MK 164/600 ill. MK 432/600 túlfolyós mérőlombik 8

9 1. ábra OxiTop IS 12 manometrikus BOI-mérő készülék 1. OxiTop mérőfej: A szabadalmaztatott mérőfej (2. ábra) a következő elemeket tartalmazza: 1 piezoelektromos nyomásérzékelő 2 kezelőgomb: M = a pillanatnyi érték kijelzésére, S = a tárolt értékek kijelzésére. 2-számjegyű LED skálaosztás 0-50-ig, 1 skálaosztás megfelel 3,55 hpa értéknek. Kellő pontosságú mérést csak 40-es kijelzésig lehet végezni, ennél nagyobb értéknél célszerű másik méréstartományba átlépni, ezért a kijelzést csak tájékoztató értéknek tekintjük. Adattároló 5 mérési értékre. Napi leolvasásra nincs szükség, mert a mérés és a leolvasás automatikusan történik. Ezért felügyelet nélkül hétvégén is lehet méréseket végezni. A mérési értékeket ezen túlmenően még 7 nap múlva is leolvashatjuk. AutoTemp funkció: a mérés késleltetett indítása olyan mintáknál, amelyek túl hidegek. Az OxiTop műszer legfeljebb 3 és fél óráig, de legalább fél óráig kivár a hőmérséklet állandóság eléréséig. 2. ábra OxiTop mérőfej 9

10 2. Keverőegység: Az IS12 típusú keverőt (3. ábra) kifejezetten OxiTop rendszerrel végzendő BOI-méréshez fejlesztették ki. A szoftvervezérelt változó fordulatszám révén a keverő a mágnespálcát mindig újra és újra nagy biztonsággal kezeli, így a keverőpálcák megakadása vagy leperdülése nem fordulhat elő. A mintát egyszerűen a keverőhelyre tesszük, a mágneses keverő elindul és szinte azonnal központosan forog. A fordulatszám olyan mértékű, hogy a mintában optimális gázcserét biztosít. A keverő karbantartást nem igényel, nem kopik, mert mozgó alkatrészeket nem tartalmaz. 3. ábra Keverőegység OxiTop készülékhez 3. Termosztátszekrény: A BOI 5 -értéket állandó, 20 C hőmérsékleten kell meghatározni. Ha azt az előfeltételt a munkahelyen nem sikerül biztosítani, akkor temperáló szekrényre (4. ábra) van szükség, amelybe a mintákat a biológiai vizsgálat időtartamára behelyezzük. A mintákat ezen kívül keverni is kell, a temperáló szekrények belső csatlakozó ajzaton keresztül szolgáltatnak áramot a keverőegységnek. A temperáló szekrénybe egyszerre max. 48 mintát lehet temperálni. 4. ábra Termosztáló szekrény OxiTop készülékhez 10

11 3. Mérés OxiTop mérőműszerrel: A kommunális szennyvízben rendszerint nincsenek toxikus vagy gátló anyagok. Tartalmaznak viszont elegendő tápsót és megfelelő mikroorganizmusokat. Ilyen körülmények között a hígítás nélküli mintában a BIO 5 -mérés Oxitop mérőrendszerben megvalósítható. Ettől eltérő tulajdonságú mintáknál csak megfelelő mértékű hígítás után érhetünk el pontos eredményt Mintakészítés: Egészségvédelem: A mintakészítés szennyvízminták esetén csak kesztyűben végezhető el!!! A minta: csapvíz és hozott vízminta vizsgálata. Termosztát szekrény üzembe helyezése: A termosztát szekrényt bekapcsoljuk és megvárjuk, amíg a belső kijelzőn állandósul a 20 C-os hőmérsékleti érték. Előkészület: a vízminták hőmérséklete C legyen, ha ettől eltérő helyezzük egy órára a termosztát szekrénybe. Méréstartományok, mintatérfogatok és faktorok a méréshez: Méréstartomány (mg/l) Bemérendő mintatérfogat (ml) Digit szorzófaktor , , , , , , , NTH-600 cseppek száma Mintakészítés: 1. A várható értéknek megfelelően válassza ki a szükséges bemérendő mintatérfogatot, a digit szorzófaktort és a szükséges NTH-oldat cseppek számát! Ha a KOI érték nem ismert és így ez alapján nem tudja a várható értéket megállapítani, akkor több tartományban végezzen párhuzamos méréseket! Konkrét mérés (csoportonként): 1. minta: csapvíz (egy bemérés = 0-40 mg/l, 3 párhuzamos mérés: 1/1., 1/2., 1/3.) 2. minta: hozott víz (egy bemérés = mg/l, 3 párhuzamos mérés: 2/1., 2/2., 2/3.) Tehát csoportonként összesen 6 db mérőedényt használunk, ezeket megfelelően feliratozni kell! 2. Jegyezze fel a jegyzőkönyvébe az egyes bemérési térfogatokat, illetve foglalja táblázatba a bemérési térfogatokat és a legfontosabb paramétereket! 11

12 Csoportszám: Mintaszám Méréstartomány (mg/l) Bemérendő mintatérfogat (ml) Digit szorzófaktor NTH-600 cseppek száma 1/ * 1 9 1/ * 1 9 1/ * 1 9 2/ * / * / * 10 3 A vizsgálat hőmérséklete: A mérés indításának időpontja: *Túlfolyós mérőlombikkal mérje be. BOI 5 - érték (mg/l) 3. Az OxiTop mérőfejről a mérési eredményt digit-ekben lehet leolvasni, amely értéket be kell szorozni az előbbi táblázatban megadott, beméréstől függő digit szorzófaktorral, így kapjuk meg a mérőüvegbe ténylegesen bemért minta BOI 5 értékét mg/l-ben 3.2. A mérés indítása: A vízmintát felrázzuk, azaz homogenizáljuk. A túlfolyós mérőlombikot egy kevés vízmintával kiöblítjük. A túlfolyós mérőlombikot (illetve a mérőhengert) megtöltjük a mintával, tálca felett, kissé túltöltve. A szükséges cseppszámú NTH 600 oldatot a barna mérőedénybe mérjük. Ezt követően áttöltjük a vízmintát a mérőlombikból (mérőhengerből) a barna mérőedénybe. Az üvegben jól elkeverjük az NTH 600 oldatot a vízmintával, majd belehelyezünk egy mágneses keverőelemet. A palack nyakára gumikosarat illesztünk, melybe csipesszel 2 pasztilla NaOH-t helyezünk. Az OxiTop mérőfejet a mérőedényre csavarjuk. Az S és az M gombok egyszerre történő megnyomásával elindítjuk a mérést. Addig tartjuk a gombokat egyszerre lenyomva, amíg a kijelzőn a - - jelzés után a 00 kijelzés megjelenik (Ez jelzi, hogy a memória az előző mérés után törlésre került). A temperáló szekrénybe behelyezzük a keverő egységeket, csatlakoztatjuk őket a hálózatba. A mérőedényeket a temperáló szekrényben elhelyezett keverő egységre helyezzük. A mintákat 5 napig 20 C-on kevertetjük. A mérési hőmérséklet elérése után (leghamarabb 1 óra, legkésőbb kb. 3 óra) az OxiTop elkezdi az oxigénfogyasztás megfigyelését. Az OxiTop minden 24 óra elteltével automatikusan tárol a memóriájában egy értéket, max. 5 napig. Mérés közben az aktuális mérési értéket az M gomb lenyomásával lehet lekérdezni A mérés leállítása, kiértékelés: Az 5 napos mérési idő letelte után a keverőegységeket leállítjuk, a termosztát szekrényt kikapcsoljuk. A mérőedényeket kivesszük a szekrényből, majd a keverőegységeket is eltávolítjuk. 12

13 Az egyes mérőfejekről a mérési eredményeket az S gomb egymás utáni megnyomásával (ötször: S gomb megnyomása, aktuális érték leolvasása) olvassuk le (napi eredmények, azaz 5 mért érték mérőedényenként). S megnyomása - Ha a memóriában értékek vannak S 1 1 sec múlva 14 1F S 2 1 sec múlva 23 2F S 3 1 sec múlva 28 3F S 4 1 sec múlva 29 4F S 5 1 sec múlva 29 5F Egyéb üzenetek a kijelzőn: IF: A memória üres, nincs adat. LO: Elemet kell cserélni! -- - : Alsó méréshatár túllépése : Felső méréshatár túllépése Ha a memória üres A mérési eredményeket rávezetjük az adatlapra. Az 5. napi leolvasott adat beszorozva a digit szorzófaktorral adja meg az adott minta BOI 5 -értékét mg/l egységben. EREDMÉNY = BOI 5 = Leolvasott skálaérték x Digit szorzófaktor (a bemérésnek megfelelő) = mg/l A napi mért értékeket a kiadott diagrampapíron ábrázoljuk (5. ábra). 5. ábra Diagrampapír a kiértékeléshez Az eredményt diszkusszióban fogalmazzuk meg. 13

14 Tisztítás: Csavarjuk le a mérőfejet, majd távolítsuk el a gumikosarat. A gumikosarat mossuk el, ha maradt benne NaOH tabletta, azt vízzel öblítsük ki a lefolyóba. Ezt követően a keverőpálca kiemelővel (mágneses) vegyük ki a keverőelemet a mérőüvegből, majd mossuk el. VIGYÁZZUNK, HOGY NE KERÜLJÖN A LEFOLYÓBA!!!!!!! A vízmintát öntsük ki a lefolyóba, majd mossuk el az üveget! Az OxiTop puha ruhával és csakis vizes, szappanos oldattal tisztítható! (Aceton és alkohol használata tilos!) Száradás után helyezzük vissza az edénybe a gumikosarat, ebbe pedig a keverőelemet, majd csavarjuk rá a mérőfejet. A mérőrendszert tegyük vissza a helyére! 14

15 II. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézimérőműszerrel. 1. Feladat: Ívóvíz és hozott víz minták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. 2. Elméleti alapok: A mért paraméterek szakirodalmi háttere: A ph és mérése A ph-érték megmutatja, mennyire savas vagy lúgos egy adott minta. A 7-es ph-érték azt jelenti, hogy a minta semleges - sem savas, sem lúgos reakció nincs. Megközelítően semleges például a friss, vezetékes ivóvíz. 7 ph-érték alatt savas a minta, mint a limonádé, a citromlé, vagy a sósav. A lúgos minták ph-értéke 7 fölötti, mint például az állott vezetékes víz, a mosószertartalmú víz, vagy a nátronlúg. A ph értéke minél inkább eltér 7-től, annál agresszívabb a minta. A savas vagy lúgos hatás ph-egységenként 10-szeresére növekszik. A ph-értékek elektrokémiai ph-mérő rendszerekkel, indikátorpapírokkal, vagy kolorimetriásan mérhetők. Ezek közül az elektrokémiai mérések vezetnek a legpontosabb eredményekhez. A mérés elektróda segítségével történik. Az elektróda olyan elektrokémiai érzékelő, amely egy mérő- és egy referencia elektródából áll. A mérendő oldat ph-értékének függvényében változik egy membránon a feszültség. A ma használatos elektródák úgy alakultak ki, hogy 7-es ph-értéknél a membránon levő feszültség 0 mv. Minél jobban eltér a mérendő oldat ph-értéke a ph=7-től, annál nagyobb a feszültségjel. A ph-mérő műszer ezt a jelet használja fel a ph-érték kiszámítására. A könnyen kezelhető kézi ph-mérők durva terepi alkalmazásra készülnek. A csupán 300 g- os készülékeknek különlegesen ütésálló tokozatuk van, a vízsugárnak ellenállnak, és vízbe meríthetők (IP 67). 15

16 A legmodernebb energiatakarékos mikroprocesszor-technika az elemes üzemmódban lehetővé teszi a néhány ezer órás működést egy elem garnitúrával. A nagyméretű, áttekinthető multifunkciós kijelző egyidejűleg mutatja a mért értéket, a hőmérsékletet és a speciális funkciókat is. A nehéz terepi feltételek mellett is nagyfokú kezelési kényelmet nyújtanak a műszerek a dokumentált, GLP konform kalibrálás és mérés során. A komplett szetek a különféle felhasználási célokra optimalizálva készülnek, és a széles választékú tartozékprogram lehetővé teszi a mindenkori optimális készülék kiválasztást bármely igényelt alkalmazási területre, és a különféle feladatokhoz történő problémamentes illesztésre. A redoxpotenciál és mérése A redox-potenciál értéke jellemzi a vizsgált oldat redukáló, ill. oxidáló képességét. A negatív érték a normál hidrogén-elektród potenciáljára vonatkoztatott redukáló, a pozitív érték pedig az oxidáló hatást jelzi. A gyakorlatban a redox-potenciál mérést a szennyvizek denitrifikációjánál ( redox-töréspont meghatározás), a vizek és uszoda- vizek fertőtlenítési folyamatának ellenőrzésénél, vagy a galván-üzemi szennyvizek méregtelenítésekor használják. A redox-feszültség mérésére elektrokémiai mérőrendszereket használnak. A mérés redoxelektródával történik, amely a ph-elektródához hasonlóan, egy mérő- és egy referencia elektródából áll. Az üvegmembrán helyett a fém platina veszi át a mérési funkciót. Az elektron felvétel, vagy leadás határozza meg a platina-potenciálját, vagyis az elektróda feszültségét. A manapság használatos elektródák a normál hidrogén elektróda helyett ezüst/ezüst-klorid referencia elektródával készülnek (U B ), vagyis a kijelzett feszültség erre a rendszerre vonatkoztatott. A két rendszer közötti átszámítás egyszerűen elvégezhető: U G = U H + U B (U G = az összes feszültség) Az oldott oxigén és mérése A gyakorlatban minden folyadék tartalmaz valamennyi oldott oxigént. Például telített víz 20 C hőmérsékleten és 1013 mbar légnyomás mellett mintegy 9 mg/l oxigént tartalmaz. Az etanolban 40 mg/l, a glicerinben pedig csak 2 mg/l a telítési érték. Minden folyadék annyi oxigént vesz fel, ameddig a folyadékban lévő oxigén parciális nyomása egyensúlyba kerül a vele érintkező levegő illetve gázfázissal. A tényleges oxigénkoncentráció tehát számos tényezőtől függ, pl. a hőmérséklettől, a légnyomástól, a mikrobiológiai lebontási folyamatok oxigén-felhasználásától illetve az algák oxigéntermelésétől stb. Az oxigén koncentrációnak döntő jelentősége van a következőkre: A vízben élő halak és mikroorganizmusok életfeltételeire. A szennyvíztisztítás lebontási folyamataira. 16

17 A csővezetékek korróziós folyamataira. Az italok eltarthatóságára stb. Az oxigén koncentrációt korábban titrálásos Winkler-módszerrel végezték. Ma világszerte a különböző szabványos elektrokémiai mérések az elfogadott eljárások. Egy oxigén-érzékelő a legegyszerűbb esetben egy munkaelektródát és egy ellenelektródát tartalmaz. Mindkét elektróda elektrolízis-rendszerben helyezkedik el, amelyet gázáteresztő membrán választ el a mintától. A munkaelektróda az oxigén-molekulákat hidroxid-ionokká redukálja. Ennél az elektrokémiai reakciónál áram folyik az érzékelőben az ellenelektródától a munkaelektródához. Minél több oxigén van a mintában, annál nagyobb az áramjel. Az oxigénmérő műszer oldhatósági függvény figyelembevételével számítja ki ebből a jelből a minta oxigén-koncentrációját. A vezetőképesség és mérése A vezetőképesség érték a vizsgálandó oldat ion-koncentrációjára jellemző gyűjtőparaméter. Minél több sót, savat, vagy lúgot tartalmaz a vizsgálandó oldat, annál nagyobb a vezetőképessége. A vezetőképesség egysége: Siemens/méter. A vizes oldatokra vonatkozó skálabeosztás a legtisztább víznél 0,05 S/cm -nél indul (25 C-on). Természetes vizek, mint az ivóvíz, vagy felszíni vizek vezetőképességi értéke kb. a S/cm érték tartományon belül van. A skálabeosztás legmagasabb értékeit néhány lúgoldat eléri, mint a kálium-hidroxid oldatok, melyek vezetőképesség értéke kevéssel az 1000 ms/cm fölé emelkedik. A gyakorlatban a vezetőképesség mérés többek között a legtisztább vízminőséget előállító létesítmények technológiai ellenőrzésére, vagy a tengervíz sótartalmának meghatározására szolgál. A vezetőképesség mérése elektrokémiai ellenállásméréssel történik. Az alkalmazott mérőcella a legegyszerűbb esetben két egyforma elektródából áll. Egy, az elektródákra adott váltakozó feszültség idézi elő a vizsgálandó oldatban jelen levő ionok elektródák felé történő mozgását. Minél több ion van jelen a vizsgálandó oldatban, annál nagyobb az elektródák között folyó áram. 17

18 A mérőműszer ezután az Ohm-törvény alapján kiszámítja a mért áramból a vizsgálandó oldat vezetési értékét, és figyelembe véve a cellaadatokat a vezetőképességet A MultiLine P4 készülék jellemzése: A gyakorlaton használt MultiLine P4 típusú (6. ábra) műszer egyszerre több paraméter meghatározást teszi lehetővé adott vízminta vizsgálatakor: ph Oldott oxigén tartalom Vezetőképesség, oldott só-tartalom Hőmérséklet Egy ph vagy redoxi-elektróda és egy oldott oxigén vagy vezetőképesség-mérő cella egyidejű csatlakoztatásával (beleértve a hőmérsékletet is) szimultán 3 paraméter mérhető. 6. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer A MultiLine P4 kézi mérőműszer egy könnyű kofferben van elhelyezve. A készlet tartalmát a 7. ábra mutatja be. 18

19 7. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/set kivitel A készlet tartalma a következő: 1: MultiLine P4 műszer, hordszíj 2 hordkapoccsal, védőtok. 2: LF/Oxi elektródatartó tartó-kapoccsal. 3: ph-elektróda tok. 4: Állvány. 5: Műanyag főzőpohár, 50 ml. 6: Tárolóoldat a ph elektródákhoz. 7: ph pufferoldat, STP 4, 50 ml. 8: ph pufferoldat, STP 7, 50 ml. 9: Hitelesítő és ellenőrző oldat vezetőképesség-mérő cellához, 50 ml. 10: Elektrolit töltő-oldat ELY/G, oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 11: Tisztítóoldat RL/G oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 12: Tartalék membránfejek: WP 90/3 oldott oxigén-érzékelőhöz, 3 db. 13: Csiszolófólia SF 300 oldott oxigén-érzékelőhöz. 14: Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). 15: ph kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41). 16: Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). 17: Kezelési utasítás és rövid útmutató. 18: Profitáska. 19: Hálózati adapter. 19

20 1. MultiLine P4 kijelző: Az alkalmazott mérőműszer kijelzőjét és a mérések jellemzőit a 8. ábra mutatja be. 8. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/kijelző A 8. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mért paraméterek: ph = ph-érték + redoxipotenciál (mv-ban) O 2 = oldott oxigén koncentráció (mg/l) vagy telítettség (%) = vezetőképesség (S/cm vagy ms/cm) Sal = sótartalom (idegen szóval: szalinitás) 2: Kalibrálási adatok: oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 3: Felhasználói útmutatás és mérési értékek: ph, potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség, sótartalom, ph-elektróda meredeksége, asszimetria, oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 4: Mértékegységek: mv: potenciál, asszimetria mv/ph: az elektród meredeksége %: oldott oxigén telítetség mg/l: oldott oxigén koncentrációja S/cm, ms/cm: vezetőképesség 5: Kalibrálási adatok: Érzékelő-értékelés. 6: Státusz, állapot: Sal: sótartalom korrekció aktív TP: hőmérsékletmérés aktív 1/cm: cellaállandó C: hőmérséklet 20

21 7: Mért értékek és beállított paraméterek: hőmérséklet, sótartalom, cellaállandó, idő, dátum, numerátor, a mérési értéket azonosító szám, jelátviteli sebesség. 8: Állapot: RCL: Tároló olvasása funkció aktív 9: Állapot: AR: drift ellenőrzés aktív AR statikus: stabil értékek kijelzése AR villog: stabil értékek keresése 10: Állapot: Arng: automatikus mérési tartomány-választás aktív. 11: Kalibrálási eljárások: AutoCal TEC: ph mérésekhez OxiCal: oldott oxigén mérésekhez Cal: vezetőképesség-méréshez 12: Állapot: STORE: Kézi tárolás funkció aktív 13: Állapot: 14: Állapot: LoBat: akkumulátor kimerülése Tref 25: 25 C referenciahőmérséklet a vezetőképességméréshez Time: idő Day, month: nap és hónap Year: év Baud: adatátviteli sebesség No.: tárolóhely száma Ident: mérési érték azonosítószáma 2. MultiLine P4 billentyűzet: Az alkalmazott mérőműszer billentyűzetét és ezek funkcióit a 9. ábra mutatja be. 9. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/billentyűzet 21

22 A 9. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mérési mód: ph-érték/potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség/sótartalom (görgető mód). 2: Az éppen beállított mérési paraméter kalibrálása 3: Be/Ki főkapcsoló 4: Be/Ki kapcsoló driftellenőrzéshez (AR) 5: ENTER: Nyugtaázás az alábbiakra: mérések indítása drift-ellenőrzéssel, adatbeadás, mért értékek kiolvasása. 6: Numerikus értékek beállítása, lista görgetése, beállítások kiválasztása. 7: Tárolt értékek megjelenítése vagy átvitele. 8: A mért értékek tárolása. 3. MultiLine P4 hátlap: Az alkalmazott mérőműszer hátlapját és a csatlakozóhelyek funkcióit a 10. ábra mutatja be. 10. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/hátlap A 10. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Vezetőképesség-mérő cella (TetraCon 325) vagy oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325). 2: ph kombinált elektróda. 3: Vonali adapter. 4: Soros illesztő. 5: Hőmérséklet-érzékelő (ph-elektródába integrált) 22

23 4. A MultiLine P4 készülékhez tartozó elektródok: Az alkalmazott mérőműszerhez tartozó elektródok: ph kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41). Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). Az elektródok ismertetése: I. ph kombinált elektróda (SenTix 41). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 11. ábra mutatja be. 11. ábra SenTix 41 kombinált ph-elektróda integrált hőmérséklet-érzékelővel A 11. ábrán feltüntetett jelölések: 1: A kombinált ph-elektróda vízálló dugója. 2: 1-tűs banándugó hőmérséklet-érzékelőhöz. 3: A ph-elektróda membránja. 4: A ph-elektróda diafragmája. 5: Hőmérséklet-érzékelő. 6: Nedvesítő kupak kálium-klorid oldattal (c = 3 mol/l) Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, káliumklorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! 23

24 II. Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 12. ábra mutatja be. 12. ábra CellOx 325 oldott oxigén elektróda felépítése A 12. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Membránfej. 2: Hőmérséklet-érzékelő. 3: Elektróda-szár. 4: Zárófej. 5: Munkaelektród (aranykatód). 6: Ellenelektród (ólomkatód). 7: Szigetelő Tárolás! Tároljuk az érzékelőt a kalibráló edényben! Nedvesség: Tartsuk nedvesen a kalibráló hüvelyben lévő levegőt (a szivacs legyen nedves)! Tárolási helyzet: tetszőleges. Az alkalmazott oldott oxigén érzékelőhöz tartozó levegőn kalibráló hüvelyt a 13. ábra mutatja be. 24

25 13. ábra OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely Kalibrálás az OxiCal-SL-lel (13/a. ábra): A kalibrálás lépései: 1. Lazítsuk meg a rögzítőt! 2. Szárítsuk meg az érzékelőt! 3. Illesszük be ütközésig az érzékelőt! 4. Kézzel zárjuk le a bajonettzárat! 5. Indítsuk el a kalibrálást a műszernél (Nyomjuk meg a Cal gombot!). 25

26 13/a. ábra Kalibrálás az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely segítségével Az OxiCal-SL karbantartása (13/b. ábra): 26

27 13/b. ábra Az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely karbantartása 27

28 III. Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 14. ábra mutatja be. 14. ábra A TetraCon 325 vezetőképesség-mérő elektróda felépítése 3. Gyakorlati feladat: A BOI-méréshez használt mintákat vizsgáljuk MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. A következő paraméterek vizsgálatát végezzük el: 1. ph-mérés/redoxfeszültség mérés 2. oldott oxigén koncentráció 3. oldott oxigén telítettség 4. vezetőképesség 5. sótartalom 6. hőmérsékletmérés (ez a többi méréssel párhuzamosan történik) 28

29 3.1. A mérések lépéseinek leírása Dátum és idő beállítása (ha szükséges!): Állítsuk be egymás után: Idő (óra) 0 24 Idő (perc) 0 60 Dátum (nap) 1 31 Dátum (hónap) 1 12 Dátum (év) ph- és redoxfeszültség mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a ph-elektródát (lásd 10. ábra/2. hely)! A mérés/kalibrálás megkezdése előtt az elektróda védősapkáját (ha van!) el kell távolítani, a folyadék elektrolitos típusok elektrolit utántöltő nyílását ki kell nyitni! Az elektrolit utántöltő nyílásnál, illetve a védősapkánál a referencia elektrolit (KCl) szivárgása miatt fehér sókristályok válhatnak ki, ezeket vízzel történő lemosással el kell távolítani! Kapcsoljuk be a készüléket és ha szükséges állítsuk be az időt és a dátumot. A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot (és nyomjuk meg az Entert)! A le/fel gombokkal válasszuk a ph értéket! Kalibrálja az elektródot (kétpontos kalibrációval) a kofferben található szabványos WTW műszaki puffer-oldatokkal (ph = 4,01 és 7,00). A legnagyobb pontosság a szabványos oldatok és a mintaoldat azonos hőmérséklete mellett érhető el! Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Merítsük a ph-elektródát az első WTW műszaki pufferbe (ph = 4,01). Öntsünk egy kevés pufferoldatot egy főzőpohárba és ebbe merítsük bele az elektródot! Ügyelni kell arra, hogy a diafragma mindig a mérendő oldat szintje alatt legyen! A használt pufferoldatot ne öntsük vissza az eredeti tárolóedénybe! Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésig! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért ph-érték, mely 4,01 körüli! Az elektróda alakú jel a kijelzőn a töltöttségi fokának megfelelően jelzi a kalibráció helyességét (A CAL 2 megjelenéséig)! A kalibrációs adatok. Elektród meredeksége: S, és asszimetria-potenciál: UASY! Ezek megengedhető értéke: -62,0 mv/ph S -50,0 mv/ph és -30,0 mv UASY +30,0 mv Ha valamelyik érték a megengedett tartományon kívül esik a műszer E3 hibaüzenetet jelez és nem engedélyezi a ph-mérést! Öblítsük le a ph-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. Merítsük az elektródát a második pufferbe (ph = 7,00) (A lépéseket lsd. fent!). 29

30 Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk amíg az AR kialszik! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért ph-érték, mely 7,00 körüli! (meredekség pl.: - 59,2 mv/ph) Öblítsük le a ph-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot (és nyomjuk meg az Entert)! (A le/fel gombokkal válasszuk a ph értéket!) Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a mv értéket! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, kálium-klorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! Az elektródát helyezzük vissza a kofferbe. 2. Oldott oxigén koncentráció/telítettség mérése: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a CellOx 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! (Fontos, hogy a mérésnél a Sal kijelzés ne jelenjen meg! Ezt a le/fel gombokkal állíthatja!) Kalibrálja az elektródot a kofferben található kalibráló hüvely segítségével, mely az elektród szoros tartozéka. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló hüvelybe. A hüvelyben lévő szivacsnak nedvesnek kell lennie (nem vizesnek!) Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! Az érzékelő relatív meredeksége megjelenik a kijelzőn! A megengedett tartomány: 0,6-1,25!!! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén koncentrációt! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! 30

31 A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén telítettséget! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe. 3. Vezetőképesség és sótartalom-mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a TetraCon 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert (A műszer automatikusan felismeri az elektródát)! Kalibrálja az elektródot a kofferben található 0,01 mol/l koncentrációjú KCl ellenőrző oldat segítségével. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló oldatba. Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! A MultiLine P4 automatikusan figyelembe veszi az ellenőrző oldat vezetőképességének hőmérsékletfüggését! A készülék automatikusan tárolja a meghatározott cellaállandót (Optimális: 0,45-0,50 cm -1 )! Ezt a cellaállandót jegyezze fel a jegyzőkönyvében található mérési táblázatba! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a vezetőképességet! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Jegyezzük fel a hőmérsékletet is! (A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert!) A le/fel gombokkal válasszuk a szalinitást! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe. 31

32 Hozott víz Csapvíz 3.2. Eredmények megadása A mérés eredményeit foglalja táblázatba, az alábbi séma szerint: Mért paraméter Minták száma/egyéb mért paraméter ph (-) (mv) Oldott oxigén koncentráció (mg/l) Oldott oxigén telítettség (%) Hőmérséklet: Hőmérséklet: Hőmérséklet: Hőmérséklet: Redoxifeszültség Vezetőképesség (S/cm v. ms/cm) Hőmérséklet: Cellaállandó: Sótartalom (mg/l) Hőmérséklet: 1/1. 1/2. 1/3. 1. átlag 2/1. 2/2. 2/3. 2. átlag Meredekségek mv/ph cm -1 A paraméterek mérése után a táblázat alapján vonjon le következtetéseket és ezeket foglalja össze a diszkusszióban! 32

33 III. Különböző eredetű vízminták kémiai komponenseinek meghatározása NANOCOLOR Linus spektrofotométerrel 1. Feladat: Ívóvíz és hozott víz minták vizsgálata Nanocolor Linus spektrofotométerrel. 2. Elméleti alapok: 2.1. A víz kémiai komponensei: A vízben oldott szerves és szervetlen anyagok minősége és mennyisége a vízminősítés szempontjából döntő szerepet játszik. Ezek az oldott anyagok: a levegőből, a talajból, a mederfenékről, a vízgyűjtő terület felszínéről, továbbá a vízben élő mikroorganizmusok anyagcsere folyamatai és pusztulásuk révén jutnak a vízbe. A kémiai analízis adatait összevetve a vízhasználat által jelentkező vízminőségi igényekre tekintettel a követendő víztisztítási technológia meghatározható. A vízminőséget jelentő fontosabb kémiai komponensek, a következők: Oxigénháztartás mutatói: Összes oldott só Klorid-ion Szulfid-, szulfát-ion oldott oxigén oxigéntelítettség Kálcium-, magnézium-ion Keménység Ammónia-, nitrit-, nitrát-ion Vas-, mangán-ion Szénsav ph oxigénfogyasztás (kémiai oxigénigény= KOI) biokémiai oxigénigény (BOI) 33

34 Foszfor és foszfát-ion Mérgező anyagok, stb. 1. Oldott oxigén (O 2 ): Nagyon fontos a szerepe az aerob biokémiai folyamatok (folyók öntisztulása, aerob biológiai szennyvíztisztítás) lejátszódásánál, hiszen ezeknél a lebontást végző mikroorganizmusok számára nélkülözhetetlen. A légkörben lévő oxigén a vízben csak gyengén oldódik, mivel a vízzel kémiailag nem lép reakcióba. Oldhatósága a parciális nyomásával arányos (p i V=n i RT). A vízben lévő oldott oxigén mennyisége az oxigénháztartás révén vizsgálható. 2. Oxigéntelítettség: A természetes vizek oldott oxigéntartalma: 0-14 mg/l között jelentkezik. Az oxigéntartalom adott hőmérséklethez tartozó lehetséges maximális értéke az oxigéntelítettség (mg/l). A vizek általában az oxigén telitettségnél kevesebb oxigént tartalmaznak: az oxigénhiány valamely hőmérsékleten a telítettségi értékhez képest jelentkező hiány (mg/l). Minthogy az O 2 mennyiség a hőmérséklettől is függ, ezért az oxigéntelítettség (mg/l) érték mellett az oxigéntelítettség százalék értékét (%) is fel kell tüntetni, amely a vízben valamely hőmérsékleten éppen jelenlévő - mért - oldott oxigén mennyiségének a szóban forgó hőmérséklethez tartozó maximális oxigéntelítettségi értékhez való arányát jelenti. Az oxigénfelvételi képesség az 1 óra alatt, 1 liter, 10 C-os, oldott oxigént még nem tartalmazó vízbe, 760 Hg mm nyomás mellett bevihető O 2 mennyiséget jelenti [OC, mg O 2 /l]. 3. Oxigénfogyasztás: Kémiai oxigénigény (KOI): A vízben levő szerves szennyezőanyag mennyisége közelítően az oxigénfogyasztás (mg/l) alapján is meghatározható. Fogalma: Ez a meghatározás tehát azt az oxigénmennyiséget adja meg, amely a vízben levő szervesanyag kémiai oxidálásához szükséges. 4. Biokémiai oxigénigény (BOI): Fogalma: A biokémiai oxigénigény az az oldott oxigénmennyiség, amely a vízben levő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. 5. Klorid-ion (Cl - ): Minden természetes vízben jelen van, koncentrációja igen tág határok közé eshet. A kloridion tartalom magasabb fekvésű (hegyes) területek vizeiben kisebb, a folyók és a felszín alatti vizekben tetemes lehet. Legtöbb a tengerekben. A kloridokat a víz oldja fel. Klorid-ion rendszerint a nátrium kísérője (NaC1, konyhasó). Nagymennyiségű klorid-ion kerülhet a felszíni és a felszínalatti vizekbe a házi- és ipari szennyvizek bevezetése révén is. Ez utóbbi esetben rendszerint ammónia és nitrit-ion is kimutatható a vízben. A tiszta, felszín közeli talajvizekben koncentrációja jóval 100 mg/l alatti. A klorid-ionok bizonyos koncentrációig nem ártalmasak az emberi szervezetre. 250 mg/ koncentráció felett a víz sós ízt kap, ami az ivóvíz használhatóságot kezdi korlátozni. Közüzemi ivóvízműveknél a tűrhetőségi határ 80 mg/l. A nagyobb sótartalom a vízelosztó hálózatban korróziót okozhat. 34

35 6. Szulfid-ion (S 2- ), szulfát-ion (SO 4 2- ): A kén-körfolyamatában a szulfid-ion (S 2- ) és a szulfát-ion (SO 4 2- ) játssza szempontunkból a fontos szerepet. A természetes vizekben előforduló szulfid-ion eredete kétféle lehet: a) szerves: Amikor oldott oxigén és nitrátok hiánya esetében a szulfátok szolgáltatják az oxigént, s a lebontási folyamatot anaerob baktériumok végzik: SO szerves anyag anaerob bakt. S 2- + H 2 O + CO 2 S H + H 2 S A szerves eredetű szulfid-ion, illetőleg a kellemetlen szagot és ízt kölcsönző hidrogén-szulfid (H 2 S) friss szennyeződésre utal, ezért az ilyen víz egészségügyi szempontból kifogás alá esik. b) szervetlen: A szervetlen eredetű szulfid-ion kén-hidrogén tartalmú ásványi sók: gipsz (CaSO 4 x2h 2 O), pirit (FeS 2 ) redukciója révén keletkezik. Szaghatása miatt a víz nem használható ívóvíz céljaira, a kén-hidrogént előzetesen el kell belőle távolítani. A szulfát-ion többnyire jól oldódó szulfátok: Na 2 SO 4, MgSO 4 formájában van jelen a természetes vizekben. A közüzemi ivóvízműveknél 10 mg/l szulfát-ion koncentráció még megengedhető. Amennyiben a víz keménysége nem túl nagy, úgy 200 mg/l még tűrhető lehet. A szulfát-ion a beton- és azbesztcement csövekre jelenthet veszélyt. 7. Kalcium-ion (Ca 2+ ): A legelterjedtebb kation. Leginkább hidrogén-karbonáthoz kötve fordul elő. A felszínalatti vizekben inkább a kalcium-, mint a magnézium-ionok vannak túlsúlyban. Általában a pangó vizek sajátossága, hogy a víz CO 2 -tartalmának csökkenésekor a bennük oldott sók közül inkább a kevésbé oldható Ca 2+ -sók válnak ki, mint a jobban oldódó Mg-sók. 8. Magnézium-ion (Mg 2+ ): A vizekben a kalcium-ionnál kisebb mértékben fordul elő. Általában klorid és szulfát alakjában kerül a vízbe. Dolomiton keresztül haladó vízben a Ca 2+ és Mg 2+ egymáshoz való aránya megváltozik, sok esetben a Mg-ion javára. 9. Keménység: A természetes vizek keménységét a bennük levő kalcium- és magnézium-ionok okozzák. Attól függően, hogy ezek a kationok milyen anionokhoz csatlakoznak, beszélhetünk: karbonát- és nemkarbonát keménységről, valamint az általánosan használt és jellemző összes keménységről, amely az előbbi kettő összege, kationok szerint csoportosítva pedig kálcium- és magnézium -keménységről. 35

36 A víz karbonát-keménységét: azok a kálcium- és magnézium-ionok okozzák, amelyek hidrogénkarbonát-ionokhoz vannak kötve. A víz keménysége leginkább a szemcsés talajjal és tömött kőzetekkel való érintkezésből származik. A víz oldóképességét zömmel akkor nyeri, amikor a talajban az ott élő baktériumok lebontó tevékenységéből származó CO 2 végterméket felveszi és a kálcium kőzetet könnyebben oldja: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3 ) Ammónia, nitrit- (NO 2 - ) és nitrát-ion (NO 3 - ): A következő nitrogén-vegyületek játszanak szerepet: NH 3, N 2, N 2 O 3, N 2 O 5 A N 2 O 3 és N 2 O 5 a salétromsav anhidridjei. Az ammóniából és a nitrátokból szerves kötött nitrogén képződhet: NH 3 + CO 2 + zöld növény + napfény = fehérje NO CO 2 + zöld növény + napfény = fehérje* A szerves kötött nitrogént a szaprofita baktériumok bontják le aerob folyamatok révén a szervetlen anyaggá: fehérje + baktérium = NH 3 Ezt a nitrifikáló baktériumok nitrit-ionná oxidálják: 2 NH O 2 2 NO H H 2 O A nitrit-iont a nitrifikáló baktériumok további csoportja nitrát-ionná oxidálja: 2 NO O H + 2 NO H + A nitrátnak az a mennyisége, amelyet a * egyenlet szerint a növények nem hasznosítanak, a beszivárgó vízzel a talajvízbe kerül. Ezért jelentős gyakran a talajvíz nitrát-tartalma. Végső soron a nitrogénháztartás a lebontódási folyamatok állásáról nyújt a víz minősítésénél felvilágosítást. 11. Vas- (Fe 2+ ) és mangán-ion (Mn 2+ ): Elsősorban a talajvizekben és a mélységi vizekben fordulnak elő, de az évszaktól függően a felszíni vízfolyások és víztározók vizében is jelentkezhetnek. Az oldott állapotú vas- és mangán legtöbbször vas- és mangán-tartalmú kőzetekből kerül a vízbe. Az ivóvíz megengedhető vas-tartalma: 0,3 mg/l, mangán-tartalma pedig: 0,05 mg/l. 12. Szénsav, CO 2 : A természetes vizek normális komponense a szén-dioxid. A vízbe a következő úton kerülhet: Abszorpció révén a légkörből. Biokémiai oxidáció egyik végtermékeként. Különböző szerves anyagok végtermékeként. A vízben lévő szervetlen anyagok, elsősorban hidrogén-karbonátok disszociációja révén, amikor is szabad CO 2 jut a vízbe. A víz szabad szénsav-tartalma a vizet agresszívvé teszi. Beszélhetünk: 36

37 13. ph: mésszel betonnal fémmel szembeni agresszivitásról. A ph az oldatok savas vagy lúgos állapotának a kimutatására szolgál, pontosabban a hidrogénion-koncentráció fejezhető ki segítségével. A ph ismerete a vízellátás és a csatornázás szinte minden területén nagyon fontos. A felszíni vizek általában lúgos kémhatásúak, így lehetséges olyan vízfolyásszakasz, amelybe savas ipari szennyvizek semlegesítés nélkül bevezethetők. De az ilyen módszer egyedi vizsgálatot igényel. 14. Foszfor és foszfát-ion (PO 4 3- ): Itt a foszfor szervetlen vegyületei pl. a foszfátok játsszák a főszerepet. A felszíni vizekben található algák szaporodása döntően a vízben lévő nitrogén- és foszfor-komponensektől függ. Ahol ezek a tápanyagok bőségesen fordulnak elő vízvirágzás jelentkezhet. Ez a biokémiai folyamat a víz minőségért rontja. A szennyvizek is rendszerint bőségesen tartalmaznak foszfort. 15. Mérgező anyagok: Főként az ipari szennyvizeknél kerülhetnek a befogadókba. Ilyen anyagok: arzén. Ólom, cink, stb. Különösen veszélyesek lehetnek a különböző toxikus anyagok. 16. Toxikus anyagok: Azokat a szennyvizeket tekintjük toxikusnak, amelyek a szennyvíztisztító berendezésekben a tisztításban fontos szerepet játszó szervezeteket elpusztítják. A toxikus anyagoknak azt a mennyiségét, amely már egyáltalán nem pusztítja el az élő szervezeteket toxikussági küszöbértéknek nevezzük. Szervetlen eredetű toxikus anyagok: Oxidálószerek (klór, bróm, klóramin, kálium-permanganát, hidrogén-peroxid). Ózon Mérgező gázok (NH 3, H 2 S) Savak, lúgok. Alkáli- és alkáliföldfémek, nehézfémek. Szerves eredetű toxikus anyagok: Alifás vegyületek (metán-származékok, acetilén, ásványi olajok, stb.). Aromás vegyületek (benzol, fenolok, klórfenolok, stb.) Növényvédőszerek Detergensek 17. Radioaktív szennyeződések: Alaptulajdonságuk a rádioaktivitás, amely sem fizikai, sem kémiai folyamatokkal nem szüntethető meg. Az ilyen szennyvizek ott keletkeznek, ahol atomenergiát termelnek, radioaktív izotópokat állítanak elő vagy használnak fel. A radioaktív szennyeződés bejuthat a vízbe a légszennyezés, atomerőművek, uránbányák révén, az iparban és a gyógyászatban alkalmazott izotópok használata során is. Bizonyos szennyezőanyagok a radioaktív anyagok 37

38 felvételével radioaktív tulajdonságúvá válhatnak. A sugárártalom a sugárzás fajtájától, energiájától és felezési idejétől függ A fotometria alapjai: A mérés elve: a molekulák és az ultraibolya, illetve a látható elektromágneses sugárzás kölcsönhatásán alapuló analitikai eljárás. A különböző anyagok molekulái a fény egy részét elnyelik: abszorbeálják. Az abszorpció mértékének hullámhossz szerinti megoszlása (abszorpciós spektrum) az anyag minőségére (molekulaszerkezetére), adott hullámhosszúságú fény abszorpciójának mértéke az illető anyag mennyiségére ad felvilágosítást. A kérdéses komponenst megfelelő reagens segítségével színes vegyületté alakítjuk át, majd a színes vegyület abszorpciós spektrumából fotométerrel egy fajlagos hullámhosszúságot kiszűrünk, s ezt kijelzésre és tárolásra alkalmas mérési adattá számítjuk át. Az UV-VIS spektrofotometriával tehát minőségi és mennyiségi elemzéseket is végezhetünk: A minőségi elemzés azon alapszik, hogy egy adott molekula csak bizonyos jellemző hullámhossztartományokban mutat elnyelést ezért abszorpciós spektrummal jellemezhetjük a vizsgált anyagot. Az anyag valamelyik jellemző elnyelési sávját kiválasztva az adott hullámhosszon az abszorbancia egyenesen arányos a koncentrációval. A mennyiségi analitikai alkalmazás a Lambert-Beer törvényen alapszik. A spektrofotométerek általános felépítése: Fényforrás és hozzá kapcsolódó tápegység Mintatartó (küvetta) Monokromátor Érzékelő (detektor: pl: fotocella vagy fotoelektron-sokszorozó) Jelfeldolgozó egység vagy számítógép Az egysugaras fotométerek: A tiszta oldószert a küvettába helyezzük, majd az azon áthaladó monokromatikus fény hatására jelentkező detektorjelet ellentétesen kapcsolt potenciométer feszültségével kompenzáljuk. Majd a fény útjába a vizsgálandó oldatot helyezzük, és az újabb jelet a potenciométerrel újra kompenzáljuk. Ennél a módszernél fontos, hogy a fényforrásból jövő fény intenzitása a mérések közben állandó legyen. Kétsugaras fotométerek: Az egyik fényútba az összehasonlító oldószert, a másikba a vizsgálandó oldatot helyezzük. A két küvettára felváltva azonos hullámhosszúságú, azonos intenzitású fény jut. Az áthaladó két fény intenzitásának hatására a detektorban két fogazott jel jelentkezik. A két amplitúdó különbségét mérjük. Az alkalmazott NANOCOLOR Linus spektrofotométer: Alkalmazási területei a vízanalitikában: univerzális alkalmazás a vízvizsgálatok és szennyvízvizsgálatok valamennyi területére. A készüléket a 15. ábra szemlélteti. 38

39 15. ábra Nanocolor Linus spektrofotométer Jellemzése: Nagyméretű módszer memória tároló, melyben fixen rögzítve találhatók a Nanocolor henger- és négyszögküvettás módszerek. Szabadon programozható módszertároló a saját receptek számára. Nincs szükség a nullás oldatokra a hengerküvettás teszteknél (vonalkódban van a sarzs vakértéke). Automatikus küvetta felismerés lézeres vonalkód felismerővel. Monokromátor biztosítja a tetszőleges hullámhosszúságú ( nm) fényforrást. koncentráció mérés közvetlenül mg/l ben. A NANOCOLOR Linus spektrofotométer felépítése és használata: A készülék külső kialakítását a 16. ábra mutatja: 39

40 16. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer külső felépítése 1: A módszer számának kijelzése 2: Kétsoros kijelző 3: Vonalkód olvasó 4: Küvetta nyílás, automatikus küvetta azonosítóval 5: 20 tagú billentyűzet 6: RS 232 C interfész 7: Centronics párhuzamos interfész 8: Lámpa egység 9: Hálózati adapter csatlakozó Digitális kijelző: Az alfanumerikus kijelző a felhasználói utasítások és az eredmények megjelenítésére szolgál. Az LCD kijelző két soros, minden sorban 16 karakter megjelenítése lehetséges. A karakter magasság: 8 mm. 17. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer digitális kijelzője Optikai felépítés: A készülék optikai kialakítását a 18. ábra mutatja: 40

41 18. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométer optikai felépítése Fényforrás: Lámpa, amely nm közötti hullámhosszú fényt bocsát ki. Monokromátor: A beeső teljes sávszélességű fényből a méréshez szükséges hullámhosszú fényt szűri ki és csak azt ereszti át. Küvetta: Mérőedény, amely a vizsgálandó mintát tartalmazza. Fotocella: A mintán áthaladt fényt elektromos árammá/jellé konvertálja. IC: Az elektromos jelet, az alkalmazott tesztkészlet jellemző értékeinek felhasználásával digitális értékké konvertálja. Kijelző: A felhasználói utasítások és az eredmények megjelenítésére. A NANOCOLOR Linus spektrofotométer halogénlámpája (1) a teljes fényspektrumban világít (fehér fény). Ebből a monokromátor egy szűk frekvencia-tartományú fénytartományt választ ki ez a monokromatikus (szó szerint: egyszínű) fény. A monokromátorból kijutó fénysugár a küvetta nyíláson (5) /küvettán/ és a szűrőtárcsán (6) áthaladva az érzékelőre (fotocella, 7) van fókuszálva. A szűrőtárcsa (6) négy szűrőt tartalmaz: 1 UV szűrőt ( nm), ami az UV tartományú szórt fénymennyiséget csökkenti. 1 VIS szűrőt ( nm), ami a vörös fény energiáját csökkenti. 1 IR szűrőt ( nm), ami a másodrendű UV-fényt nyeli el. 1 Didymium szűrőt, a pontos hullámhossz állításhoz. A hullámhossz kalibrálása és a szűrők pozicionálása automatikus. A NANOCOLORLinus speciális, nagyon kis méretű, szabadalmaztatott monokromátort tartalmaz. A megfelelő mérési módszerekhez szükséges minden hullámhosszt be lehet állítani (három számjegy). Az érték beírása után a hullámhossz automatikusan beállítódik. A mérésekhez szabványos, 10 és 50 mm közötti fényúttal rendelkező négyszögletes üvegküvettát, vagy 14 mm (ID) fényúttal rendelkező hengeres üvegküvettákat (kémcsöveket) lehet használni. A küvetta helyes pozícionálását (19. ábra) a küvettanyílás melletti vonal-jel mutatja. A küvetta méretét a küvetta nyílásban elhelyezett mikrokapcsolók tudatják a fotométerrel. Ha a küvetta nyílásban a kijelölt mérési programnak nem megfelelő küvetta van, akkor a készülék hibajelzést ad. 41

42 19. ábra A Nanocolor Linus spektrofotométerbe történő helyes küvetta behelyezés A küvettákat mindig a matt, nem fényezett felületen fogjuk meg (hengeres küvetta esetén csak a kupaknál fogva). Az üvegküvettákat a szokásos háztartási üvegtisztító szerekkel lehet tisztítani, ill. behelyezés előtt puha, száraz papírral/ruhával megtörölni. A vonalkód: A NANOCOLORLinus fotométer valamennyi NANOCOLORtesztkészlet (mérési módszer) jellemző adatát tárolja. A módszer kódszámának beírásával a mérési módszert mindig elő lehet hívni. Ezen felül, a NANOCOLORLinus fotométer a NANOCOLORhengerküvettákon lévő vonalkód alapján automatikusan is képes ugyanerre, ami tovább egyszerűsíti a mérést és a lehető legkisebbre csökkenti a mérés során előforduló esetleges hibákat. A vonalkód előhívja és aktiválja a megfelelő mérési programot, és a kijelzőn megjelenik a mérési eredmény. A vonalkód-olvasó a küvetta behelyezésekor kapcsolódik be. Az automatikus mérést bármikor meg lehet szakítani, és a nyíl-billentyűkkel meg lehet változtatni. A vonalkóddal ellátott küvettákat a felirattal előre kell behelyezni a NANOCOLORLinus készülékbe. A NANOCOLORLinus készülékben természetesen a vonalkód nélküli küvetták is használhatók, ilyen esetben az aktuális mérési módszert a módszer kódjával lehet előhívni. A vonalkód használatával a mérési módszer kódszámán kívül más paramétereket is közölni lehet a készülékkel ha szükséges. Így kerül beolvasásra pl. a gyártási sarzsra jellemző pontos nullás érték is. Figyelem! A vonalkód-olvasó Class 1 készülék, ennek megfelelően üzemelés közben ne nézzünk közvetlenül a leolvasóba! Az üzemeltetés előkészületei: A hálózati adapter felhasználásával csatlakoztassa a készüléket a hálózati feszültségre. Kikapcsolt állapotban a kijelzőn a dátum és az óraidő jelenik meg (ezt ellenőrizni kell). Az ON/OFF gomb megnyomásával kapcsolja be a készüléket. A kijelzőn a fotométer neve és a verziószám jelenik meg, a dátummal és a program állapotával együtt. Az összes fotométerfunkció automatikus ellenőrzése kb. 2 percig tart. Ha a kijelzőn a >> KOD KUVETTA >> kijelzés látható, a készülék mérésre kész. 42