تعيين مقدار اكسيژن محلول در آب (DO)

مقدمه:
تمامموجودات زنده براي انجام متابوليسم و تهيه انرژي جهت رشد و توليد مثل نيازبه اكسيژن به فرمهاي مختلف دارند. واكنشهاي هوازي داراي اهميت خاصي بودهزيرا به اكسيژن آزاد نياز دارند. تمام گازخاي موجود در هوا به مقدارهايمختلف در آب محلولند. نيتروژن و اكسيژن بعلت حلاليت كم در آب مورد توجهميباشند. زيرا با آب فعل و انفعال شيميائي انجام نداده و حلاليت آنهامستقيماً به فشار جزئي آنها بستگي دارد. حلاليت اكسيژن دردرجه حرارتهايمختلف آب متفاوت است. مقدار حلاليت اكسيژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از6/14 ميليگرم در ليتر در صفر درجه سانتيگراد تا 7 ميليگرم در ليتر در 35درجه سانتيگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اكسيژن به مقدار كم در آبمحلول بوده و حلاليت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغير است. كمبودحلاليت اكسيژن در آب يكي از فاكتورهاي اصلي است كه ظرفيت تصفيه طبيعي آبرا كاهش ميدهد. لذا تصفيه فاضلابها قبل از ورود به رودخانهها ضروريميگردد. اكسيژن محلول رودخانهها نيز ميتوان آلودگي آنها را كنترل نمود.اكسيژن فاكتور مهمي در ايجاد خورندگي آهن و فولاد بخصوص در سيستمهاي توزيعآب و بويلرها ميباشد. لذا تعيين مقدار اكسيژن محلول براي كنترل خورندگيآب به كار ميرود.
اساس روش اندازهگيري:
معموليترين روش تعييناكسيژن محلول بر اساس آزاد كردن يد توسط اكسيژن محلول ميباشد. يد آزادشده عموماً توسط يك محلول احياءكننده مانند تيوسولفات سديم اندازهگيريميشود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان ميدهد. نشاسته يد آزاد شده را جذبنموده و رنگ آبي ايجاد ميكند و هنگاميكه تمامي يد احياء گرديد محلولبيرنگ ميشود.
روش و نيكلر يا يد و متري روش استانداردي براي تعييناكسيژن محلول ميباشد. اين روش بر اساس اكسيداسيون Mn2+ به ظرفيت بالاتر(Mn4+) در محيط قليائي توسط اكسيژن ميباشد. منگنز با ظرفيت چهار يون يدرا در محيط اسيدي به يد آزاد اكسيده ميكند و مقدار يد آزاد شده كه برابربا اكسيژن محلول ميباشد توسط تيتزاسيون با تيوسولفات استاندارداندازهگيري ميشود.
در اين روش وجود بعضي از مواد مانند نيتويتها وآهن سه ظرفيتي قابليت اكسيدكنندگي I- را به I2 دارند. و نتيجه آزمايش رازياد نشان ميدهد. و بر عكس مواد احياء كننده مانند S2-, So32-, Fe2+ يدرا احياء كرده و به I- تبديل ميكنند و نتيجه آزمايش را كمتر از حد واقعينشان ميدهد. بنابراين روش تصحيح نشده چنانكه اكسيژن در محيط وجود نداشتهباشد با افزايش سولفات منگنز و معرف يدور قليائي (NaOH, KI) رسوب سفيد رنگ2Mn(OH) تشكيل ميگردد.
Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2

رسوب سفيد رنگ
اگر در محيط اكسيژن موجود باشد مقداري از Mn2+ به ظرفيت بالاتر اكسيده شده و رسوب قهوهاي رنگ Mno2 ظاهر ميگردد.
Mn(OH)2 + ½ O2 Mno2 + H2O

رسوب قهوهاي رنگ
اكسيداسيون Mn2+ به Mno2 بهآهستگي انجام ميگيرد بدين منظور محلول تكان داده ميشود تا تمام اكسيژنمحلول به صورت تركيب درآيد. حركت دادن محلول براي مدت حداقل 20 ثانيه لازماست در صورتيكه آب مورد آزمايش شور باشد. زمان تماس بايستي به مراتبطولانيتر باشد. پس از حركت دادن، نمونه را براي تركيب كامل اكسيژن درجائي ساكن گذاشته و پس از مدتي به آن اسيد سولفوريك اضافه ميكنند. درمحيط اسيدي Mno2 يون I- را اكسيد كرده و يد آزاد ميكند. براي انجام واكنشبطور كامل بايستي درب بطري را بست و براي حداقل 10 ثانيه آن را حركت دادتا يد به طور يكسان در تمام محلول پخش گردد. يد حاصله را با تيوسولفاتسديم استاندارد تيتر ميكنند.
Mno2 + 2 I- + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O
I2 + 2 Na2S2o3 Na2S4O6 + 2 NaI
همانطوركه اشاره شد يون نيتريت يكي از مواد مزاحم در تعيين اكسيژن محلول مبباشد.يون نيتريت Mn2+ را اكسيده نميكند ولي I- را در محيط اسيدي به I2 اكسيدمينمايد. لذا اگر نيتريت در محيط وجود داشته باشد تشخيص نقطه پاياني مشكلخواهد بود. زيرا به محض اينكه رنگ آبي معرف نشاسته و يد محو ميگرددنيتريتها مقداري از I- را به I2 اكسيد كرده و رنگ آبي دوباره ظاهرميگردد. براي حذف دخالت نيتريتها از آز يد سديم (Nan3) استفاده ميشود.
NaN3 + 9H+ 3NH3 + Na+ + NH3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
HN3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
بدين طريق دخالت نيتريتها ميگردد.

معرفهاي لازم:
محلول سولفات منگنز: مقدار 480گرمMnSO4.4H20 يا 400 گرم MnSO4. 2H2O و يا 364 گرم MnSO4.H2O را در آبمقطر حل كرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد.
معرف يدور و آز يدقليائي: مقدار 500 گرم از NaOH را با 150 گرم يدور پتاسيم در آب مقطر حلكرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد. به آن مقدار 10 گرم آز يد سديم كهدر 40 سي سي آب مقطر حل شده اضافه كنيد.
- اسيد سولفوريك غليظ
- نشاسته: 2 گرم نشاسته و 2/0 گرم اسيد ساليسيليك را در 100 سي سي آب مقطر گرم حل كنيد.
-سديم تيوسولفات استاندارد M 025/0: 205/6 گرم از Na2S2O3. 5H2O را در آبمقطر جوشيده سرد شده حل كرده به آن 4/0 گرم سود افزوده و در بالن ژوژه يكليتري به حجم برسانيد. اين محلول را در مقابل محلول استاندارد 025/0 نرمالبيكرمات پتاسيم و يا بي يدات پتاسيم استاندارد كنيد.
روش كار:
بهنمونه مورد آزمايش كه در بطريهاي 250 سيسي يا 300 سي سي جمعآوري شدهمقدار 1 سي سي محلول سولفات منگنز و 1 سي سي معرف يدور و آزيد قليائياضافه كنيد. سپس درب بطري را با دقت بسته چندين بار آن را تكان داده تارسوب هيدروكسيد منگنز ظاهر گردد. بعد از تهنشين شدن رسوب مقدار 1 سي سياسيد سولفوريك غليظ به آن افزوده و آن را مخلوط كنيد تا رسوب بطور كامل حلشود، 200 سي سي از محلول فوق را در يك ارلن ريخته و با تيوسولفات N 025/0تا رنگ زرد كم رنگ تيتر كنيد. سپس چند قطره چسب نشاسته به آن افزوده وتيتراسيون را تا بي رنگ شدن محلول ادامه دهيد. حجم تيوسولفات مصرفي رايادداشت كنيد. با استفاده از معادلههاي واكنش مقدار اكسيژن محلول نمونهرا بر حسب ميليگرم در ليتر محاسبه كنيد.