Determinarea duritatii apei  (ISO 6059 si metode standard pentru apa editia a 18-a 2.36 2340C)

Introducere

Duritatea apei este data de suma ionilor de calciu si magneziu prezenti in apa. Standardul mentionat anterior consta intr-o titrare cu EDTA la pH 10.00, folosind un tampon NH₄Cl/NH₄OH si o determinare a punctului de echivalenta printr-o metoda colorimetrica.

Aceasta aplicatie foloseste, deasemenea, o titrare cu EDTA cu o determinare potentiometrica a punctului de echivalenta prin intermediul unui electrod ion-selectiv de Calciu. In locul tamponului NH₄Cl/NH₄OH s-a folosit un amestec de TRIS si acetilacetona. Aceasta solutie tampon permite separarea Calciului si Magneziului atunci cand se foloseste un electrod ion selectiv de Calciu, ca electrod de lucru.

Principiu

Titrantul EDTA reactioneaza cu Ca²⁺ si Mg²⁺ conform reactiei:

Me²⁺ + H₂Y^2- ® MeY + 2H⁺

Unde Me²⁺ reprezinta Ca²⁺ sau Mg²⁺, iar H₂Y^2- este sarea disodica a EDTA.

1 mol de EDTA corespunde la 1 mol de Ca²⁺ sau Mg²⁺.

Concentratia de EDTA este 0.02 mol/L.

Rezultatele sunt, in general, exprimate in mg/L de CaCO₃ sau mmol/L, dar pot fi folosite si alte unitati (a se vedea observatiile).

Electrozi si reactivi

Electrod ion selectiv de Ca ISE25Ca (cod de catalog E41M002) cu cablu CL114 (cod de catalog A94L114)

Electrod de referinta REF201 (cod de catalog E21M009)

Titrant EDTA 0.02 mol/L (sau 20 mmol/L)

Masa moleculara a Na₂EDTA este 372.24 g/mol.

Se dizolva 7.445 g Na₂EDTA in 1000 ml apa, folosind un balon cotat.

Acest titrant este, deasemenea, disponibil in comert.

Solutia tampon si de complexare

Solutie TRIS 0.035 mol/L si solutie acetilacetona 0.055 mol/L

Se dizolva 3.50 g acetilacetona si 6.65 g de TRIS (trihidroxi-aminometan) in 1000 ml apa folosind un balon cotat.

Nu se utilizeaza acest tampon mai mult de o luna.

Solutiile de Ca²⁺ 0.01 mol/L si 0.1 mol/L.

Se prepara solutia cu concentratia 0.01 mol/L prin diluarea solutiei cu concentratia 0.1 mol/L, disponibila in comert ca solutie standard.

Setarea detectiei punctului de inflexiune

MODUL CONTINUU DE ADAUGARE DE REACTIV

Viteza de amestecare: 450 rpm

Intarzierea amestecarii: 20 s

Volumul biuretei: 25 mL

Volumul maxim: 25 mL

Punct de oprire: -80 mV

Parametrul de netezire: 6

Numarul punctelor de inflexiune: 2

Viteza minima: 0.3 mL/min

Viteza maxima: 4 mL/min

Directia: Descresterea potentialului

Punctul de inflexiune 1

Ordonata minima: -40 mV ( a se vedea observatiile)

Ordonata maxima: 120 mV

Punctul de inflexiune 2

Ordonata minima: -40 mV

Ordonata maxima: 120 mV

Unitatea probei: mL

Cantitatea de proba: 50 sau 100

Rezultate: ( a se vedea observatiile)

Rezultate prin: cumulare

Numar de rezultate: 2

Rezultatul 1

Unitatea rezultatului: mmol/L

Reactie: 1 proba + 1 titrant

Calculat cu punctul de inflexiune: 1

Rezultatul 2

Unitatea rezultatului: mmol/L

Reactie: 1 proba + 1 titrant

Calculat cu punctul de inflexiune: 2

Procedura

Aceasta procedura este recomandata pentru analiza apelor de suprafata, apelor potabile si apei menajere.

Se pregateste si umple electrodul ion selectiv ISE25Ca ca in indicatiile din manualul de operare si se tine in CaCl₂ timp de o ora inainte de prima utilizare.

Se instaleaza electrozii si titrantul.

Se pipeteaza cantitatea necesara de apa. (in general 50 sau 100 mL).

Se adauga 20 mL solutie tampon.

Se introduc electrozii si varful biuretei in pahar.

Se ruleaza titrarea.

Rezultate

Curba de titrare poate prezenta unul sau doua puncte de inflexiune, in functie de raportul dintre concentratiile ionilor de Ca²⁺ si Mg²⁺.

Pentru un punct de inflexiune

Corespunde cantitatii cumulate (Ca²⁺ + Mg²⁺) sau cantitatii de Ca²⁺, daca in apa nu exista Mg²⁺, sau daca raportul dintre concentratiile relative ale acestor doua elemente, Ca²⁺/Mg²⁺, este prea mare.

Pentru doua puncte de inflexiune

Primul corespunde lui Ca²⁺

Diferenta dintre primul si al doilea corespunde lui Mg²⁺.

Volumul total furnizat de cel de-al doilea punct de echivalenta corespunde cantitatii cumulate (Ca²⁺ + Mg²⁺).

Rezultatele sunt, in general, exprimate in mmol/L sau mg/L de CaCO₃ pentru cantitatea cumulata (Ca²⁺ + Mg²⁺).

R(mmol/L) = V(titr) * C(titr)/V(proba)

R(mg/L CaCO₃) = V(titr) * C(titr)*100/V(proba)

• V(titr) = volumul total de titrant utilizat in mL

• C(titr) = concentratia de titrant in mmol/L

• V(proba) = volumul de proba in mL

• 100 = masa moleculara a CaCO₃.

Pentru 5 determinari de ape minerale

Valoarea medie: 3.25 mmol/L sau 325 mg/L CaCO₃

Deviatia standard: 0.03 mmol/L

Deviatia standard relativa: 0.9 %

Domeniul de lucru

Pentru un volum de proba de 100 mL si pentru o biureta cu volumul de 20 mL, un volum de titrant cuprins intre 1 si 18 mL corespunde la un domeniu de lucru intre 0.2 si 3.6 mmol/L sau 20 si 360 mg/L de CaCO₃ (a se vedea fomula anterioara).

Observatii

Observatii privind ordonatele punctelor de inflexiune

Valorile mentionate anterior corespund ordonatelor curbelor care, in general, sunt inregistrate pentru apa menajera.

Primul punct de inflexiune (determinarea calciului) are valori de obicei apropiate de 80/90 mV, iar cel de-al doilea (determinarea magneziului) este apropiat de 15/30 mV.

Observatii legate de rezultat

Rezultatul exprimat in mg/L de CaCO₃

In cazul in care curba de titrare prezinta unul sau doua puncte de inflexiune setarile mentionate anterior permit obtinerea unor rezultate in conformitate cu standardul (duritatea totala exprimata in mmol/L).

Daca este necesar ca rezultatul sa fie exprimat in mg/L CaCO₃, se folosesc urmatoarele setari:

Unitate rezultatului: mg/L

Masa moleculara: 100

Reactia: 1 proba + 1 titrant

Rezultate exprimate separat in mg/L Ca²⁺ si Mg²⁺ si duritatea totala

In cazul in care curba prezinta doua puncte de inflexiune, primul corespunde Calciului si cel de-al doilea Magneziului.

Rezultatele pot fi modificate dupa cum urmeaza:

Rezultate prin: diferenta

Rezultatul 1

Unitatea rezultatului: mg/L

Masa moleculara: 40.1 (masa moleculara a Ca)

Reactia: 1 proba + 1 titrant

Calculat cu punctul de inflexiune: 1

Rezultatul 2

Unitatea rezultatului: mmol/L

Masa moleculara: 24.31 (masa moleculara a Mg)

Reactie: 1 proba + 1 titrant

Calculat cu punctul de inflexiune: 2

Ecuatia 1

Titlu: Duritate mmol/L

Ecuatie: (R1/40.1) + (R2/24.31)

Sau/si

Ecuatia 1 (sau 2)

Titlu: Duritate mg/L

Ecuatie: (R1*100/40.1) + (R2*100/24.31)

Observatii privind calibrarea titrantului

Daca este necesar ca solutia de EDTA sa fie calibrata, se foloseste o solutie 0.01 mol/L Ca²⁺. Pentru a calcula concentratia titrantului, se introduce concentratia solutiei standard de Ca²⁺ in mol/L si se cere rezultatul in mol/L, conform unei reactii 1 proba + 1 titrant.

Observatii privind mentenanta electrodului ion selectiv de Calciu

Se pregatestei si se utilizeaza electrodul ion selectiv de Ca conform manualului de utilizare. In timpul experimentelor se pastreaza electrodul intr-o solutie 0.01 mol/L Ca²⁺. Pentru o depozitare pe termen lung, se goleste electrodul si se pastreaza in cutia lui.