Enkle metoder til undersøgelse af vand.

Transkript

1 Enkle metoder til undersøgelse af vand. Erik Hennesø 1953 (Scannet på computer år 2000, uændret bortset fra småændringer i nomenklaturen.) Fil: Vand.001.doc, Vand.001.pdf

2 Indledning. Metoderne, der er udarbejdede, så de bliver så simple som muligt og kræver mindst muligt apparatur, er tænkt som begyndelsesgrundlag for biologisk og kemisk interesserede, der kunne ønske faget som hobby; også til lejrskolebrug og lignende vil metoderne kunne anvendes. Titreringen foregår med de i handelen værende normal-dråbetællere, der er dimensionerede som almindelige øjepipetter og forsynede med gummihætte. I spidsen er fastsmeltet et ca. 15 mm langt glasrør med en ydre diameter på 3,0 mm, hvorved der går nøjagtigt 20 dråber på 1 ml destilleret vand. Da man for fortyndede opløsninger af AgNO 3, HCl, NaOH, komplexon-3 m.m. med tilnærmelse ligeledes kan regne med 20 dråber pr. ml, har man altså i dråbetallet et mål for titreropløsningens rumfang. (Ved alkoholiske opløsninger og sæbeopløsninger får man dog et betydeligt større antal dråber/ml, jfr. nedenfor). Det er dog tilrådeligt én gang for alle at undersøge dråbe tallet for hver enkelt pipette med de pågældende titrervæsker. Analysen kræver ikke store stofmængder; specielt behøver man ikke at transportere så store prøvemængder med hjem. (Flere af analyserne, f.eks. sæbemetoden kan også udføres direkte på stedet). Samtidigt bliver prøverne lettere at udføre; f.eks. kan de fleste endog udføres i reagensglas. Nøjagtigheden bliver naturligvis ikke så stor som ved de standardiserede metoder, men man får dog et værdifuldt skøn over vandprøvernes sammensætning. Afhængigt af prøvemængden og omhuen ved analysens udførelse kan man regne med en nøjagtighed på 5-10 %. Vægtangivelserne er i nedenstående angivet med 4-5 cifre, men til de anførte prøver er det tilstrækkeligt at afveje med ca. 1 % nøjagtighed. Haves ikke en egnet vægt, kan titrervæskerne også købes færdiglavet. Til reagensopløsninger og ved skylninger anvendes overalt destilleret vand; også hvor det ikke er direkte nævnt. Alle reagenser skal være analysevarer (mærket p.a. ). Prøvetagningen. Prøvetagningen skal udføres meget omhyggeligt; flaskerne skal skylles et par gange i prøvevandet, før den egentlige prøve udtages. Bedst er flasker med glasprop, men også glas med ren korkprop eller sodavandsflasker med patentlåg kan anvendes. For at undgå forureninger tager man ikke vandet helt oppe i overfladen. Samtidigt med prøvetagningen måles event. vandets temperatur. Subjektive prøver. Prøvens farve, smag, lugt og klarhed beskrives. Smagsprøve foretages naturligvis kun, hvis man har garanti for, at prøven ikke er forurenet (Smagen er stærkest ved ca. 30 grader C). Klarheden angives meget uklar, uklar, klar', meget klar. Om lugten skyldes svovlbrinte, kan man undersøge ved at koge prøven, idet man holder et filtrerpapir dyppet i blynitratopløsning for mundingen og undersøger, om det farves.

3 Surhedsprøve. Den letteste metode er at benytte det såkaldte ph-papir, der er præpareret med forskellige indikatorer, og hvis farve sammenlignes med en standard-farveskala. Der prøves først med universal-ph-papir (ph 1-10) og dernæst med ph-papir beregnet på et interval af 1,5 ph. Nøjagtigheden er ± ph 0,3. Hårdhedsbestemmelse. 1 dansk hårdhedsgrad = 1 tysk H = 1,79 franske H og svarer til 10 mg CaO pr. liter = 7,14 mg/l Ca eller 4,34 mg/l Mg. Der skal her omtales 2 metoder til hårdhedsbestemmelse. Sæbemetoden er let at udføre, men man kan ikke regne med større nøjagtighed end ± 1 H. Komplexonmetoden, der er af nyere dato, er både let at udføre og mere nøjagtig end metoder med anvendelse af sæbeopløsninger. Totalhårdhed efter sæbemetoden. Reagenser: Sæbeopløsningen, der fås i handelen, er fremstillet, så 1 ml svarer til 3,67 mg CaO. Med de nævnte pipetter går der omkring 44 dråber pr. ml (bør kontrolleres). I en flaske med ren prop hældes y ml prøve (f.eks. 25 ml), og der titreres med sæbeopøsningen under omrystning, til der netop opstår skum, der kan holde sig flere minutter. Har prøven over hårdhedsgrader, er det hensigtsmæssigt at fortynde prøven 1:1 medest. vand og anvende mindre prøvemængder. Forbruges der x dråber til y ml prøve, er hårdheden (x 3,67 100) / (y 44) = (x / y) 8,35 H Anvendes 25 ml prøve, svarer 3 dråber netop til 1 H. Forbigående hårdhed. Reagenser: 0,1 n HCl, l % phenolphthalin, 0,1 % methylorange. Til y ml prøve (f. eks. 50 ml) tilsættes 1 dråbe phenolphthalin, og der titreres med 0,1 n HCl, til eventuel rødfarvning forsvinder. Er der forbrugt x dråber, kaldes størrelsen 5x/y for phenolphthalintallet (P). Derefter tilsættes 2 dråber methylorange, og der titreres med 0,1 n HCl til rødfarvning. Forbrugt antal dråber multipliceret med 5/y kaldes bicarbonattallet (B). Man haver nu B 2,8 = den forbigående hårdhed. Er P = 0, indeholder prøven Er B > P, indeholder prøven Er B = P, indeholder prøven Er P > B, indeholder prøven - B 61 mg HCO 3 pr. liter. - (B-P) 61 mg HCO 3 pr. liter. - - P 60 mg CO 3 pr. liter. - - P 60 mg CO 3 pr. liter. - - B 60 mg CO 3 pr. liter. (P-B) 17 mg OH - pr. liter.

4 Ca-Mg-hårdhed efter komplexonmetoden. Reagenser: Komplexon-3 (Ethylendiamintetraeddikesyrens dinatriumsalt, mol.vægt 372,1). Indeholder opløsningen 3,3176 g pr. liter, svarer 1 ml til 1 H, når der anvendes 50 ml prøve. Indikator: 1 g eriochromschwarz-t opløses i 250 ml alkohol. Bufferopløsning: 1 liter indeholder 350 ml 25 % ammoniakvand og 54 g NH 4 Cl. Magnesiumchlorid: Der opløses 1,813 g MgCl 2,6H 2 0 pr. liter. Der afmåles y ml prøve og tilsættes 0,5 ml bufferopløsning samt 3-5 dråber indikator for hver 10 ml prøve. Derpå titreres med Komplexon-3, til farven slår om fra rød til blå, idet man hen mod slutningen titrerer langsomt af hensyn til den relativt ringe reaktionshastighed. Hvis prøven er fattig på Mg ++, er omslaget utydeligt, og man kan da tilsætte lidt MgCl 2 -opløsning (f.eks. 5 dråber for hver 10 ml prøve). Er differensen mellem forbruget af Komplexon-3 og MgCl 2 = x dråber, er hårdheden (x 50) / (y 20) hårdhedsgrader. For H > B 2,8 haves: H = totalhårdhedsgraden B 2,8 = forbigående hårdhed. H B 2,8 = blivende hårdhed. For B 2,8 >= H findes kun forbigående hårdhed. Er desuden P = 0, findes (B - (H / 2,8)) 84 mg/l NaHCO 3. Calcium, kvalitativt. Til ca. 5 ml prøve tilsættes lidt eddikesyre og 1 dråbe ammoniumoxalat. Calcium giver bundfald. Magnesium, kvalitativt. Til 5 ml prøve sættes 1 ml 0,02 % alkoholisk chinalizarin og 2-3 ml 10% NaOH. Ved opvarmning og eventuel henstand dannes en kornblomstblå farvelak. Calcium og magnesium, kvantitativt. Til 50 ml prøve sættes en opløsning af ammoniumoxalat. Efter filtrering tilsættes bufferopløsning og indikator, og der titreres med Komplexon-3 som beskrevet ovenfor. Den fundne værdi angiver magnesiumhårdheden (1 Mg-grad svarer til 4,34 mg Mg ++ pr. liter.). Differensen mellem totalhårdheden og magnesiumhårdheden er lig med calciumhårdheden (l Ca-grad svarer til 7,14 mg Ca ++ pr. liter). Sulfat. Reagenser: Bariumchlorid-opløsning indeholdende 2,178 g BaC1 2,2H 2 0 pr. liter. Øvrige reagenser som under bestemmelse af Ca-Mg-hårdhed efter Komplexonmetoden. Analysen forudsætter, at hårdhedsbestemmelse efter Komplexonmetoden er udført. Til samme rumfang (y ml) prøve sættes overskud af bariumchlorid (v dråber); almindeligvis er 20 dråber for hver 10 ml prøve tilstrækkeligt. Efter udfældning tilsættes 0,5 ml buffer og 3-5 dråber indikator

5 for hver 10 ml prøve. Overskuddet af Ba ++ titreres med Komplexon-3; for at få godt omslag tilsættes eventuelt 5 dråber MgCl 2 -opløsning for hver 10 ml prøve. Er differensen mellem rumfanget af Komplexon-3 og MgCl 2 = z dråber, haves, idet x er det ved hårdhedsbestemmelsen fundne dråbetal Komplexon-3: ((v + x z) 50 17,14) / (20 y) = ((v + x z) 42,85) / y mg/l SO Saltindhold (chlorid). Reagenser: Sølvnitratopløsning indeholdende 2,907 g AgNO 3 pr. liter. Kaliumchromat, %. Der tages ml prøve i anvendelse; af havvand er det mest hensigtsmæssigt at anvende 0,1 1 ml prøve fortyndet op til ml. Der tilsættes et par dråber K 2 CrO 4 og titreres med sølvnitrat, til prøven farves rød. Er der til y ml prøve forbrugt x dråber AgNO 3, indeholder prøven x / (20 y) promille NaCl. 1 promille NaCl svarer til 606,6 mg Cl - pr. liter. Nitrat. Reagenser: Saltsyre, ren, fortyndet. Diphenylamin-svovlsyre (Tillmanns): 0,085 g diphenylamin opløses i 200 ml fortyndet svovlsyre, og der fyldes op til 500 ml med kemisk ren konc. svovlsyre. Til 1 ml prøve sættes 4 ml reagens (forsigtigt) og 1 dråbe HCl. Omrystning. Indeholder prøven nitrat, farves væsken blå straks eller indtil efter en halv times for1øb, alt efter koncentrationen. Følsomhed indtil ± 0,1 mg NO 3 - pr. liter. Phosphat. Reagenser: NaCl, kem. rent. Tinfolie. Molybdænsvovlsyre. Sidstnævnte fremstilles ved at sammenblande lige dele svovlsyre og 10 % ammoniummolybdatopløsning. Til 5 ml prøve sættes en ubetydelighed NaCl, hvorpå der tilsættes 1-5 dråber molybdænsvovlsyre og et lille stykke tinfolie. Indeholder prøven phosphat, farves prøven blå efter et par minutters forløb. Jern. Reagenser: 20% HCl. Bromvand. 10% kaliumrhodanid. Æter. Jernopløsning med kendt styrke: 0,1000 g klavertråd opløses i fortyndet HCl (event. under opvarmning), og der tilsættes dest. vand til 100 ml. Indeholder 1 mg Fe pr. ml. Til 10 ml prøve sættes 1 ml HCl og et par dråber bromvand. Derefter tilsættes 1 ml KSCN og 4-5 ml æter, og prøven rystes grundigt. Farvning af æterlaget angiver indhold af jern. Ønskes jernindholdet kvantitativt bestemt, tilsættes de samme kemikaliemængder til 10 ml dest. vand i et andet glas, og prøven rystes grundigt. (Skal være farveløst). Der titreres nu under omrystning med

6 1 del jernopløsning i 99 dele dest. vand, til de 2 æterlag har samme farve. x dråber svarer da til x 0,05 mg Fe pr. liter. Tages prøven fra en vandhane, skal vandet først løbe jævnt ca. 10 min. for at undgå, at der rives rustpartikler med fra rørene. Kan analysen ikke udføres på stedet, skal der tilsættes syre til vandet for at hindre udskillelse af jernforbindelser. Jern, kobber og bly. Til denne metode kan der ikke sættes syre til prøven, og ana1ysen må derfor ikke udføres alt for længe efter prøvetagningen. I et farveløst cylinderglas med plan bund (ca. 30 cm højt) sættes 3 dråber Na 2 S-opløsning til prøven, og det henstår 2-3 minutter. Glasset sættes i et lille metalrør (for at undgå reflekslys fra bunden) og betragtes ovenfra ned mod en lys hvid flade. Er prøven farvet svagt mørkt, betyder det indhold af Fe ++, Pb ++ eller Cu ++. Tilsættes et par ml syre, forsvinder det bundfald, der stammer fra jern; et blivende bundfald angiver bly eller kobber. Organiske stoffer. Rystes prøven, opstår der skum, hvis prøven indeholder større mængder organiske stoffer. Mængden af organiske stoffer angives som det antal mg/l KMnO 4 (eller ilt), der skal til for at ilte dem. Reagenser: 0,1 n kaliumpermanganat (3,1605 g pr. liter). 0,1 n oxalsyre (6,302 g (COOH) 2,2H 2 O pr. liter). For at forøge oxalsyrens holdbarhed tilsættes ca. 50 ml svovlsyre pr. liter, inden der fyldes op til målestregen med vand. Begge opløsninger skal opbevares i mørke flasker. 0,01 n opløsninger fremstilles umiddelbart inden brugen ved fortynding. Svovlsyre ca. 20 %. Til 10 ml prøve sættes 15 dråber H 2 SO 4, og væsken koges. Der tilsættes nu 1 ml 0,01 n KMnO 4 og koges videre nøjagtigt 10 minutter. Hvis prøven derefter ikke er tydeligt farvet, tilsættes yderligere 1 ml og koges. Efter evt. gentagelser tilsættes 1 ml 0,01 n oxalsyre og titreres med 0,01 n KMnO 4 til svagt rosa farve. Forbruges der x dråber, indeholder prøven organiske stoffer svarende til (x / 20 + (n - l)) 31,6 mg/l KMnO 4, hvor n er det tilsatte antal ml KMnO 4 inden sidste kogning. Ønskes indholdet af organiske stoffer udtrykt i mg/l ilt, divideres KMnO 4 -tallet med 4,00. Opløst ilt og kuldioxid (prøvetagning). De to følgende analyser lader sig dårligt udføre med mindre mængder end de her foreskrevne. Samtidigt anbefales det at anvende burette (specielt til CO 2 -analysen). Til iltanalysen anvendes flasker på ml (med nøje kendt rumfang) med glas- eller gummiprop. Ved prøvetagningen må man sørge for, at prøven ikke kommer i berøring med luft; tages prøven fra en vandhane, kan det gøres ved at lede vandet ned på bunden af flasken ved hjælp

7 af en slange og lade vandet løbe en tid, så vandmængden bliver udskiftet nogle gange. Fra en sø eller lignende kan man tage en prøve ved at sænke prøveflasken og en større flaske ned, der er således forbundne, at vandet ledes gennem prøveflasken over i den store flaske, hvorfra der fører en luftslange op mod overfladen. Når den store flaske er fyldt, er vandet i den lille udskiftet nogle gange. Til CO 2 -analysen behøver prøvetagningen ikke at udføres lige så omhyggeligt; dog skal man passe på, at vandet ikke ligefrem blandes med luft, så der undviger CO 2. Opløst ilt. Reagenser: Manganchlorid 80 %. Natriumhydroxid 33%. Konc. saltsyre. Fast kaliumjodid. Stivelseopløsning. 0,01 n natriumthiosulfat fremstilles før brugen ved fortynding af 0,l n opløsning, der indeholder 24,82 g Na 2 S 2 0 3,5H 2 O pr. liter. For at forøge holdbarheden tilsættes ca. 0,2 g soda pr. liter opløsning. Straks efter prøvetagningen tilsættes 0,2 ml MnCl 2 og 0,2 ml NaOH et stykke nede i den helt fyldte flaske. Proppen sættes på, så der ikke er luftblærer i flasken, og indholdet blandes. Der dannes herved et hvidt bundfald, der af prøvens ilt iltes til det mørke manganihydroxid. Med lidt øvelse kan man på bundfaldets farve skønne, hvor stort iltindholdet er. Når bundfaldet har sat sig, tilsættes 0,5 ml HCl og nogle korn KJ; proppen sættes på igen (uden luftblærer), og indholdet blandes. Der dannes herved en med ilten ækvivalent mængde jod, og væsken bliver ufølsom overfor ilt. Når bundfaldet er helt opløst, overføres prøven til et større glas og titreres med 0,01 n thiosulfat med stivelse som indikator. Er flaskens rumfang y ml, og forbruges der x ml thiosulfat, indeholder prøven (x 80) / (y - 0,4) mg ilt pr. liter. Tallet 0,4 skyldes, at der ved kemikalietilsætningen er fortrængt 0,4 ml prøve. Multipliceres med 55,8 i stedet for med 80, fås iltindholdet som antal ml O 2 pr. liter ved 0, 760 mm. Opløst kuldioxid. Til y ml (50-100) prøve sættes 3 dråber phenolphthalin (1%), og der titreres med 0,05 n NaOH, til der endnu er en synlig rosafarvning efter 5 min. henstand. Ved omrøringen må man søge at undgå tab af CO 2 ; eventuelt foretages endnu en titrering, hvor man straks tilsætter næsten hele basemængden. Hvis prøven indeholder mineralsyre eller humussyre, laver man en blindprøve ved at titrere samme rumfang prøve, der er udkogt ca. 10 minutter. Er der forbrugt x ml NaOH til selve prøven og z ml til blindprøven, indeholder prøven (x - z) 2200 / y mg/l CO 2. Bakteriologiske prøver. Simple bakteriologiske undersøgelser kan udføres med forholdsvis enkle midler. Af apparatur kræves 5-10 stk. petriskåle (flade glasskåle på 10 cm diameter med glaslåg), samme antal pipetter med inddeling for hver 1 ml samt reagensglas og en pakke vandskyende vat.

8 Som næringssubstrat benyttes kødvands-pepton-agar, der kan købes i ampuller eller flasker. I sidstnævnte tilfælde fordeler man substratet i reagensglas á 10 ml, idet man smelter flaskens indhold ved at holde den i kogende vand. Desuden fylder man 9 ml destilleret vand på et antal reagensglas. Alle glassene og pipetterne forsynes med en fast vatprop (der når ca. 5 mm ned i pipetterne og godt 1 cm ned i reagensglassene), og væskerne steriliseres ved kogning i vandbad ca. 20 minutter 2-3 gange med en halv til en dags mellemrum. Glasapparaturet indpakkes i silkepapir og steriliseres f.eks. i en køkkenovn ved ca. 160 C i 2 timer og afkøles langsomt igen. Man fremstiller nu følgende fortyndinger af prøven: a. 1 ml prøve + 9 ml kimfrit vand, b. 1 ml opløsning a + 9 ml kimfrit vand, c. 1 ml opløsning b + 9 ml kimfrit vand, eventuelt flere, idet man blander ved grundig rystning. Tilsvarende glas med kødvands-pepton-agar opvarmes i vandbad til kogepunktet, indtil al agaren er smeltet, og afkøles derefter i vandbad til C. Agaren hældes ned i sterile petriskåle, hvori der i forvejen er hældt 1 ml af henholdsvis prøven og fortyndingerne, og indholdet blandes grundigt og fordeles. Prøverne stilles i termostat (37 ) eller et andet varmt sted i 2 døgn. Til tællingen (med lup) udvælges en plade, der har mellem 30 og 300 kolonier. Hver koloni stammer fra én bakterie, og optællingen kan derfor omregnes til antal bakterier pr. ml ufortyndet prøve. Under hele arbejdet må man være omhyggelig for at undgå forureninger fra luften. Inden man tager en vatprop ud, flamberer man glassets munding ved hurtigt at føre det gennem en gas- eller en spritflamme. Vatproppen holdes bedst med højre hånds lillefinger, således at tommel- og pegefinger er fri til pipette o.lign. Når glasset er uden prop, holdes det så vidt muligt vandret, så der ikke kan falde støv ned gennem mundingen. Så snart det er muligt, sættes vatproppen atter på. Forrådnelsesbakterier. Gelatinesmeltende bakterier (forrådnelsesbakterier) kan tælles, hvis man som næringssubstrat benytter kødvands-pepton-gelatine. Teknikken er den samme som ovenfor beskrevet, blot afkøles substratet til 35 grader, inden det hældes i petriskålene. Glassene henstilles 3 døgn ved stuetemperatur (21 grader C). De gelatinesmeltende kolonier og skimmelsvampe tælles for sig.

9 Litteraturhenvisninger. (UB = Universitetsbiblioteket 2 afd., DTB = Danmarks Tekniske bibliotek). Analysemetoder: Dansk Standard, blad (UB, DTB). H. Klut: Untersuchung des Wassers an Ort und Stelle. 7. Aufl. Berlin 1938 (DTB). J. Tillmanns: Die chemiche Untersuchung von Wasser und Abwasser. 2. Auf (UB). Einheitsverfahren der physikalischen und chemischen Wasseruntersuchung. Berlin 1940 (DTB). J.Mrugowsky: Untersuchung und Beurteilung von Wasser und Bruhnen an Ort und Stelle (UB). Normer vedrørende undersøgelse og rensning af spildevand. Udg. af Dansk Ingeniørforening. Kbh (UB). E. Jerslev: Om Komplexoner. Dansk tidsskr. f. pharmaci, bd. 24, side 167, 1950 (UB). G. Schwarzenbach: Komplexon-Methoden. (Brochure fra A/S B. Siegfred, Zofingen (Schweiz).) S. C. Prescott, C. E. Winslow: Water Bacteriology (UB). Vandets teknologi og biologi: J. Holluta: Die Chemie und chemiche Technologie des Wassers. Stuttgart 1937 (UB). C. Wesenberg-Lund: Furesøstudier. Kbh (UB). C. Wesenberg-Lund: Fra Sø og Å. Kbh J. N. Brønsted, C. Wesenberg-Lund: Chemish physiche Untersuchungen der dänischen Gewässe (UB). H. Ødum, W. Christensen: Danske Grundvandstyper og deres geologiske optræden. Kbh (UB). G. Nygaard: Om biologiske Søtyper og deres Ernæringsforhold. Naturens Verden bd. 22, s (UB). G. Nygaard: Dansk Plante-plankton. Kbh V. Ahrend-Larsen: Kemisk- teknisk håndbog A. Riis: Lidt om vandundersøgelser. Stads- og Havneingeniøren, 18 årg. Kbh (DTB).