informacje



piątek, 6 stycznia 2012

Analiza wody źródlanej "Cisowianka"

Czas chyba aby wrócić tu coś z tego, co wykonywałem na praktykach studenckich w sierpniu tego roku. Jak to już opisywałem, odbyłem je w Laboratorium Ochrony Środowiska Pracy w Siedlcach, a więc w mieście mojej uczelni. Nie miałem tam może jakiś specjalnie efektownych rzeczy do zrobienia, ale zebrałem co nieco materiałów, wartych do przedstawienia.

Podczas jednego z dni, gdy mój prowadzący był nieobecny, aby mieć jakieś zajęcie wykonałem analizę wody mineralnej. Była to akurat Cisowianka.

Cisowianka to, formalnie rzecz biorąc, woda źródlana, nisko zmineralizowana, pobierana z głębokości 100 metrów z pokładów w Drzewcach, koło Nałęczowa. Wprawdzie producent sprzedaje ją jako wodę mineralną, ale zawartość składników mineralnych to tylko 742 mg/l, tymczasem formalnie za mineralną uważa się taką, która zawiera przynajmniej 1g/l . Nazwa ujęcia nawiązuje do uzdrowiska "Cisy" opisanego przez Żeromskiego. Jest to zresztą zabawne, bo opis z Ludzi bezdomnych jest raczej nieprzychylny - Cisy to uzdrowisko wsteczne, prowadzone nieprzemyślane, z którego można było wyjechać bardziej chorym, niż się przyjechało. No cóż, widać nieznajomość literatury nie przeszkadza.

Niestety nie mogłem zrobić pełnej analizy jakościowej i ilościowej, dlatego poprzestałem na badaniu zawartości jonów wodorowęglanowych, wapniowych i magnezowych, a pozostałe składniki oznaczałem jakościowo.

Wodorowęglany:
Zawartość anionów wodorowęglanowych oznaczałem alkacymetrycznie, miareczkując próbkę wody mianowanym kwasem solnym, wobec oranżu metylowego jako wskaźnika.
Dla reakcji:

HCO-3 + H+ CO2 + H2O

jeden mol kwasu reaguje z jednym molem anionów.

Napełniłem więc biuretę mianowanym roztworem HCl o stężeniu 1,02 mol/l, wlałem do kolbki jedną pipetę wody i dwie krople oranżu, po czym bardzo ostrożnie, mając na uwadze nieduże stężenie, po kropli dodawałem kwas aż do momentu, gdy żółty roztwór przybrał kolor pomarańczowy. W tym przypadku wystarczyło 0,85 ml. Dla tak małych ilości błąd oznaczenia może być duży, nie miałem jednak bardziej rozcieńczonego kwasu na podorędziu.
Po przeliczeniu uzyskałem zawartość wodorowęglanów 0,5289 mg/l, co wobec etykietowej 0,5426 mg/l nie było tak dużym błędem.

Wapń:
Oznaczanie wapnia przeprowadziłem kompleksometrycznie, przy pomocy mianowanego roztworu EDTA.

EDTA czyli kwas etylenodiaminotetraoctowy, jest znanym związkiem chelatującym, tworzącym kompleksy z szeregiem metali ciężkich, a nawet z takimi lekkimi jak magnez, wapń czy lit. Posiada aż sześć atomów zawierających wolne pary elektronowe i mogących w związku z tym tworzyć kompleks. Cząsteczka kwasu zwija się, niczym zaciskana pięść, "łapiąc" atom w klatkę. Jeden jon metalu jest kompleksowany przez jedną cząsteczkę EDTA.
Ale po czym wobec tego poznać, że wszystkie jony metalu zostały związane?
W analizie kompleksometrycznej używa się specjalnych wskaźników, które same mogą tworzyć związki kompleksowe, jednak ich trwałość jest mniejsza, niż trwałość kompleksu, jaki metal tworzy z EDTA. Gdy więc wolne jony zostaną związane, titrant zaczyna reagować z kompleksem wskaźnika - zachodzi zatem zjawisko wypierania:

WSK(M) + EDTA WSK + EDTA(M)

Forma związana kompleksu powinna mieć inne zabarwienie niż forma uwolniona, jak zatem łatwo się domyśleć, po związaniu wszystkich jonów metalu, a więc w punkcie końcowym miareczkowania, barwa roztworu ulegnie zmianie.

W przypadku oznaczania wapnia obok magnezu należy silnie zalkalizować środowisko, dodając odpowiednią ilość wodorotlenku sodu, magnez będzie wówczas wiązany w formie wodorotlenku, zaś jego kompleks z EDTA będzie bardzo nietrwały, w związku z czym podczas miareczkowania zmianom stężenia będzie ulegał tylko wapń.

Wskaźnikiem użytym do tego oznaczania będzie Kalces, czyli sól sodowa kwasu kalkonokarboksylowego, który w punkcie końcowym zmienia kolor z różowo-fioletowego na niebieski. Filmu z miareczkowania kalcesem nie mam, ale są zdjęcia:


Kalces przed miareczkowaniem




Kalces po





Tak więc pobrałem dwie pipety badanej wody (podwójna ilość aby zeszło więcej titranta co zmniejsza błąd związany z niedokładnościami biurety), dodałem odpowiednią ilość NaOH, wlałem kilka kropel roztworu wskaźnika i jak się rzekło, miareczkowałem mianowanym roztworem EDTA dopóki nie nastąpiła zmiana zabarwienia.

Po przeliczeniu otrzymałem wynik 0,1242 g/l, co wobec
etykietowej 0,1313 g/l nie jest dużym błędem



Magnez:
Oznaczanie zawartości magnezu wykonuje się pośrednio. Zamiast tak dobierać warunki, aby wyeliminować wpływ wapnia, miareczkuje się po prostu sumę zawartości wapnia i magnezu. Ponieważ zawartość wapnia już poznaliśmy, przez odjęcie jednej wartości od drugiej uzyskamy zawartość samego magnezu.

Użytym przy tym wskaźnikiem jest Czerń eriochromowa T, związek organiczny o ciemnofioletowej barwie, tworzący z metalami kompleks koloru różowo-fioletowego, choć o bardziej soczystym odcieni niż kalces. W pobliżu punktu końcowego roztwór zabarwia się na fioletowo a za punkt końcowy uważa się zabarwienie niebieskie. I tu pomocny będzie film:


Nieco wcześniej napełniając biuretę zalałem fartuch roztworem EDTA, dlatego miareczkuję bez niego, nie zbyt może poprawnie.
Oznaczanie przeprowadza się w środowisku lekko zasadowego buforu amonowego. Po obliczeniach i odjęciu od otrzymanego wyniku oznaczonej wcześniej zawartości samego wapnia, otrzymałem zawartość magnezu 0,02433 g/l, wobec etykietowej 0,0225 g/l. Może gdybym używał bardziej rozcieńczonych titrantów udałoby się błąd zmniejszyć

A pozostałe jony? Chlorkowy oznaczyłem tylko jakościowo - do zakwaszonej kwasem azotowym V próbki dodałem azotanu srebra. Biały osad, rozpuszczający się w roztworze amoniaku i wytrącający się po ponownym lekkim zakwaszeniu, był oznaką jonów chlorkowych. W zasadzie mógłbym oznaczyć chlorki argentometrycznie metodą Mohra, ale brakło mi czasu. Sodu i potasu nie oznaczyłem, bo nie miałem drucika platynowego.

8 komentarzy:

  1. Witam,
    jakoś nie mogę w Twoim przebogatym blogu doszukać się czegoś takiego:http://www.nettax.pl/dzienniki/du/2003/126/poz.1173/zal16.htm
    Mam zamiar pobawić się z preparatem Neoanticid .Aby to poprawnie przeprowadzić niezbędne jest oznaczenie kwasu winowego.
    Pytanie jest też tu: http://www.winogrona.org/forum/wytwarzanie-wina/odkwaszanie-metod-soli-podwojnych-t10076.html#p171298

    i tu: http://wino.org.pl/forum/showthread.php?tid=15817&pid=323731#pid323731

    Czy mógłby to być kolejny wpis w Twoim blogu?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Nie miałem akurat takiej rzeczy na studiach, ale chyba kojarzę w jaki sposób dałoby się to wykonać. Przeanalizuję przepisy i może coś na ten temat napiszę.

      Usuń
  2. Fantastyczna dla wielu winiarzy amatorów w Polsce byłaby możliwość przeprowadzenia takiego oznaczenia w nieskomplikowany sposób (nie musi być super dokładna)
    Możemy dostarczyć próbki wina .
    Pozdrawiam

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Generalnie widzę kilka możliwości, jedne możliwe do zrealizowania w prostych warunkach, inne z pomocą odpowiedniego laboratorium.

      Przepis który był linkowany to w zasadzie najprostsza metoda - wytrącamy cały kwas winowy w formie winianu wapnia, ważymy i wyliczamy ile było kwasu winowego w próbce. Zachowanie odpowiedniego składu i pH roztworu strącającego ma zapewnić że po pierwsze wytrąci się nam cały winian a po drugie nie wytrącą się nam inne sole. Dokładność oznaczenia zależy tylko od dokładności wykonania i dokładności wagi. Jeśli mamy wino zawierające kwas winowy w ilości 10g/l, weźmiemy do badania 50 ml i wytrącimy winian wapnia, to powstanie nam 0,59 g osadu. Ważąc wagą techniczną ważącą do 0,1 g błąd oznaczenia będzie rzędu 10-20%, z dokładniejszą wagą analityczną otrzymamy dokładniejszy wynik. W zasadzie ten etap można by przeprowadzić samemu na kupczych odczynnikach lub z pomocą kogoś mającego dostęp do wagi analitycznej.

      Druga wersja to oznaczanie pośrednie: wytrącamy winian wapnia, odsączamy go i rozpuszczamy w kwasie, w powstałym roztworze oznaczamy wapń. Tutaj sytuacja jest o tyle prosta że wiele laboratoriów wykonuje oznaczania zawartości wapnia, w ten sposób bada się na przykład twardość wody czy jakość soków, więc na tym etapie znalezienie laboratorium które dość dokładnie oznaczy wapń w roztworze powstałym z rozpuszczenia winianu nie powinno być trudne.

      Trzecia możliwość to znalezienie laboratorium które byłyby skłonne wykonać bezpośrednie oznaczenie przy pomocy przepisu z Polskiej Normy PN-EN 12137:2001. Skoro istnieje norma to istnieje gotowy przepis. Laboratorium badające próbki środowiskowe metodą HPLC może wykonać oznaczenie wedle istniejącego przepisu. Problemem jest tylko aby laboratorium zgodziło się wykonać badanie którego zazwyczaj nie robi (z tego co widziałem zwykle laboratoria oznaczają kwasowość całkowitą i kwasy jabłkowy i cytrynowy)oraz aby wykonało badania dla podmiotu prywatnego. Jeśli będą mieli obiekcje badać próbki prywatne, można spróbować dogadać się z jakąś firmą winiarską, aby przez nich, fakturowo zlecać.
      Wtedy po amator win musiałby jedynie pobrać i wysłać próbkę, oraz wielkość próbki byłaby nieduża (rzędu kilku mililitrów).

      Alternatywnie można znaleźć laboratorium badające właściwości soków i zlecić badania: kwasowości ogólnej, zawartości kwasu cytrynowego i zawartości kwasu jabłkowego, bo widziałem że takie oznaczenia są dostępne, a potem odjąć zawartość tych kwasów od kwasowości ogólnej. W soku winogronowym praktycznie cała reszta to będzie kwas winowy.

      Usuń
  3. To co naprędce zauważyłem:
    Ten urzędowy dokument http://www.nettax.pl/dzienniki/du/2003/126/poz.1173/zal16.htm ( przepis) jest chyba fatalnie przetłumaczony (np. zamiast mg jest podane ml)
    Nie wiem dlaczego należy wg. tego przepisu sporządzić samemu winian wapnia krystaliczny ( nie można go po prostu kupić?)

    OdpowiedzUsuń
  4. np. taki:
    http://www.pol-aura.pl/wapnia-winian-cz-10-p-53811.html

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Wydaje mi się że zarówno octan wapnia jak i +- winian wapnia można kupić. Cała idea polega na tym, że wino zalewa się roztworem zawierającym jony wapnia i równocześnie będącym nasyconym roztworem winianu wapnia. Wtedy kwas winowy z próbki utworzy nadmiar winianu wapnia i wytrąci się całkowicie, a winian z roztworu strącającego w nim pozostanie.

      Usuń
  5. Witam,
    znalazłem jeszcze jeden przepis na oznaczenie kwasu winowego zawarty jest w trzecim linku tego postu:
    http://www.winogrona.org/forum/post174928.html#p174928
    Zważywszy na możliwość łatwego zestawienia spektrofotometru potrzebnego w tym przepisie z multimetru i zwyczajnych diod LED (cała praca w jednym z linków), wszystko wydaje się możliwe do amatorskiego wykonania.

    Nie mogłem się tylko doszukać jak sporządzić roztwór wskaźnika jakim jest w tym przypadku wanadan amonu.
    Chyba mowa jest o rozpuszczeniu go w roztworze wodorotlenku sodu i octanu sodu.
    Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń