Univerzitet u Nišu – Prirodno-matematički fakultet

Транскрипт

1 Radna sveska iz predmeta HEMODINAMIKA ZAGAĐUJUĆIH SUPSTANCI Prof. dr Tatjana Anđelković dipl. hem. Danica Bogdanović

2 Vežba br. 1 Oprema za uzorkovanje na terenu za uzorke iz životnog okruženja

3

4

5

6

7

8

9

10

11 Vežba br. 2 Teški metali u biljnom materijalu Jedan od parametara koji se veoma često određuje u biljnom materijalu je sadržaj metala. Neophodno je pratiti njihovo prisustvo u namirnicama jer pored toga što su neki metali esencijalni, kao gvožđe, cink, bakar, hrom (III), kobalt i mangan, neki su veoma toksični (olovo i živa). Međutim, kako nedostatak, tako i povišene koncentracije esencijalnih elemenata, mogu imati negativan uticaj na zdravlje ljudi. Sadržaj metala u namirnicama je definisan maksimalno dozvoljenim koncentracijama, koje predstavljaju onu količinu toksične supstance koja kod odrasle osobe od 70 kg, konzumiranjem tokom celog života, neće izazvati neželjene, toksične efekte. Koji metal/metali su prisutni u čajevima obično zavisi od tipa (zeleni ili crni) i geološkog porekla. Do kontaminacije čaja teškim metalima može doći kako tokom perioda gajenja biljnih vrsta, odnosno preko uticaja sastava zemljišta, prisutnih hranljivih materija i veštačkih đubriva, tako i tokom procesa proizvodnje i pakovanja. Određivanje sadržaja metala u čajevima je veoma važno da bi se odredilo da li se njihova koncentracija nalazi u okviru propisanih vrednosti, odnosno da li je kvalitet čaja zadovoljavajući, tako da ne utiče negativno na zdravlje ljudi koji ga konzumiraju. Metali mogu biti prisutni u koncentracijama na nivou mg/g (Ca, Na, K, Mg i Mn) ili na nivou μg/g (Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn i Cd). U jednom istraživanju nađeno je da su nenutritivni teški metali obično prisutni u čajevima u sledećim opsezima koncentracija: Ni (2,46 8,90 μg/g), Pb (0,03 14,8 μg/g), Co (ispod granice detekcije od 2,35 μg/g) i Cd (ispod granice detekcije od 0,37 μg/g) Princip Priprema uzoraka čajeva za analizu metala se obično vrši mikrotalasnom digestijom, mokrom digestijom mineralnim kiselinama i suvom digestijom, spaljivanjem i rastvaranjem pepela u pogodnoj kiselini. Nakon uradjene pripreme uzoraka mokrom digestijom određivanje metala se vrši atomskom apsorpcionom spektrofotometrijom (AAS). Mokra digestija: na analitičkoj vagi odmeriti tačnu masu uzorka (oko 0,5 g). Uzorak zatim preliti sa 15 ml smeše koncentrovane HNO3 i koncentrovane HCl, u odnosu 3:1 (v/v), i zagrevati 30 minuta na temperaturi koja između 110 i 130 C. Zatim čvrstu fazu filtriranjem odvojiti od rastvora, a rastvor prebaciti u normalni sud od 50 ml i dopuniti do crte dejonizovanom vodom. Na isti način pripremiti i slepu probu. Suva digestija: na analitičkoj vagi izmeriti oko 1,5 g uzorka, a zatim žariti postepenim podizanjem temperature od sobne do 450 C i to tako da se na svakih sat vremena temperatura podigne za 50 C. Uzorak zatim žariti još 8 h na temperaturi od 450ºC. Pepeo dobijen žarenjem rastvoriti u 6 M HCl (1:1), a zatim rastvor upariti do suva. Talog koji zaostane nakon uparavanja rastvoriti u 0,1 M HNO3, tako da krajnja zapremina bude 50 ml. Napraviti seriju standardnih rastvora ispitivanih metala tako da opseg koncentracija bude 0,1 1,0 mg/dm 3 za Cu, Pb i Cd, odnosno 1 10 mg/dm 3 za Mn.

12 Teške metale u rastvoru posle mokre, odnosno posle suve digestije, odrediti na atomskom apsorpcionom spektrofotometru (Aanalyst 300, Varian) Pribor 1. Sahatno staklo 2. Čaša 3. Pipeta 5 ml (2 kom.) 4. Azbestna mrežica 5. Filter papir 6. Levak 7. Normalni sud od 50 ml 1.3. Reagensi 1. Koncentrovana HNO3 2. Koncentrovana HCl 3. Dejonizovana voda

13 Vežba br. 2 Teški metali u biljnom materijalu Overa Datum uzorkovanja: Vrsta analiziranog uzorka: Sadržaj bakra u čaju iznosi Sadržaj olova u čaju iznosi Sadržaj cinka u čaju iznosi

14 Vežba br. 3 Hrom u otpadnoj vodi Hrom se koristi u industriji u različite svrhe: za proizvodnju legiranih čelika sa nerđajućim osobinama, za proizvodnju legura sa izrazitom termootpornošću, za galvansko prevlačenje korozivno manje otpornih metala, kao katalizator, kao neorganski pigment u mnogim bojama, u hemijskoj industriji, itd. S obzirom na njegovu široku upotrebu u industriji, hrom lako može dospeti u životnu sredinu (vodu, zemljište, vazduh). Jedinjenja hroma(iii) i metalni hrom se ne smatraju previše opasnim po zdravlje ljudi, dok je toksičnost šestovalentnog hroma mnogo više izražena. Metoda određivanja hroma u vodi je primenljiva za merenje hroma u pijaćim, površinskim i slanim vodama. Takođe je primenljiva za određivanje hroma u nekim domaćim i industrijskim otpadnim vodama, pod uslovom da nema ometajućih supstanci. Pokriva opseg od 0,05 do 1,0 mg Cr dm Princip Hromati i dihromati reaguju u kiseloj sredini sa difenilkarbazidom obrazujući rastvorno jedinjenje crveno-ljubičaste boje (na talasnoj dužini 540 nm). Šestovalentni hrom se određuje direktno. Ukupan sadržaj hroma se određuje posle oksidacije persulfatom u kiseloj sredini. Sadržaj trovalentnog hroma se određuje iz razlike rezultata po postupcima za ukupan i šestovalentni hrom Pribor 1. Spektrofotometar, sa upotrebom talasne dužine od 540 nm i kivetama od 10 i 50 mm 2. Normalni sud od 50 cm 3 (7 kom.) 3. Čaša od 100 cm 3 (2 kom.) 4. Pipeta od 10 cm 3 (3 kom.) 5. Propipeta 6. Normalni sud od 250 cm 3 (1 kom.) 1.3. Reagensi 1. Natrijum hidroksid: 1M rastvor NaOH (rastvoriti 40 g NaOH u destilovanoj vodi i razblažiti do 1000 cm 3 ). 2. Sumporna kiselina, razblažena 1:1 3. Sumporna kiselina, 1 N rastvor. Za pripremu 1 N H2SO4, razblažiti 28 cm 3 koncentrovane sumporne kiseline do 500 cm 3 i dopuniti destilovanom vodom do 1 dm Fosforna kiselina, koncentrovana 85%

15 5. Difenilkarbazid (0,5% rastvor u acetonu): rastvoriti 0,25 g difenilkarbazida u 50 cm 3 acetona koji je prethodno ključao sa KMnO4 preko povratnog kondenzatora tokom 3 sata, a onda predestilovan. Ukoliko se rastvor oboji tokom stajanja, odbaciti ga. 6. Amonijum persulfat: 0,1%, sveže spravljen 7. Kalijum dihromat, standardni rastvor: a) Osnovni rastvor: rastvoriti 2,8285 g K2Cr2O7 p.a., prethodno osušenog na 105 C u destilovanoj vodi i dopuniti do 1 dm 3 na sobnoj temperaturi; 1 cm 3 sadrži 1 mg Cr b) Radni rastvor I: razblažiti 25,0 cm 3 osnovnog rastvora do 500 cm 3 destilovanom vodom; 1 cm 3 sadrži 0,050 mg Cr c) Radni rastvor II: razblažiti 10,0 cm 3 radnog rastvora I do 250 cm 3 destilovanom vodom. Pripremati uvek svež; 1 cm 3 sadrži 0,002 mg Cr. d) Za pripremu rastvora koristiti svežu destilovanu vodu dobijenu u staklenim sudovima Postupak Kvalitativno određivanje hroma - u 10 cm 3 neutralizovane probe dodati 1 cm 3 razblažene sumporne kiseline (1:9), nekoliko kapi fosforne kiseline, 0.5 cm 3 0,5% rastvora difenilkarbazida u acetonu i promešati. Pojavljivanje crveno-ljubičaste boje u toku 10 minuta ukazuje na prisustvo hroma (VI). Ako se pretpostavlja i prisustvo trovalentnog hroma, radi se prethodna oksidacija persulfatom, kako je opisano u postupku. Osetljivost je 0.05 mg/dm 3. Kalibraciona kriva U normalne sudove od 50 cm 3 otpipetirati redom 0 (slepa proba); 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 i 7,5 cm 3 radnog rastvora II, malo razblažiti destilovanom vodom, dodati reagense za razvijanje boje (varijanta A: 0,5 cm 3 sumporne kiseline (1:1), 0,2 cm 3 fosforne kiseline, 2 cm 3 rastvora difenil karbazida) i dopuniti destilovanom vodom do crte. Serija odgovara standardima 0; 0,02; 0,04; 0,1; 0,2 i 0,3 mg Cr/dm 3. Nacrtati grafik zavisnosi apsorbancije ili transparencije od koncentracije hroma. Kolorimetrijsko određivanje Varijanta A: određivanje šestovalentnog hroma: 25 cm 3 uzorka koji sadrži od 0,005 do 0,1 mg hroma ili alikvotni deo razblažen do 25 cm 3 neutralisati 1 M rastvorom natrijum hidroksida ili 0,5 M rastvorom sumporne kiseline (ukoliko je neutralizacija potrebna, odnosno ako se radi sa zagađenim otpadnim vodama). Potrebnu količinu kiseline ili baze odrediti titracijom posebnih 25 cm 3 uzorka. Zatim dodati 0,5 cm 3 sumporne kiseline (1:1), 0,2 cm 3 fosforne kiseline, 2 cm 3 rastvora difenil karbazida dopuniti do 50 cm 3 i promešati. Posle 5-10 minuta očitati apsorbancu. Koncentraciju očitati sa kalibracione krive. Varijanta B: određivanje ukupnog sadržaja hroma: 100 cm 3 uzorka koji sadrži od 0,005 do 0,1 mg Cr ili alikvotni deo razblažen do 100 cm 3 neutralisati 1 M rastvorom natrijum hidroksida ili 0,5 M rastvorom sumporne kiseline. Potrebnu količinu kiseline ili baze odrediti titracijom posebnih 100 cm 3 uzorka. Dodati 0,3 cm 3 0,5 M rastvora sumporne kiseline i 5-10 cm 3 rastvora

16 amonijum persulfata i kuvati minuta uz ključanje. Rastvor treba da upari do 50 cm 3. Kad se ohladi, dopuniti destilovanom vodom do 100 cm 3 i dalje raditi po varijanti A Izračunavanje Nacrtati kalibracionu krivu zavisnosti apsorbance od koncentracije i očitati koncentraciju hroma na osnovu dobijene apsorbance za uzorak.

17 Vežba br. 3 Hrom u otpadnoj vodi Overa Datum uzorkovanja: Vrsta analiziranog uzorka: Koncentracija hroma u ispitivanom uzorku vode iznosi (mg/l):

18 Vežba br. 4 Ortofosfati u površinskim vodama Ciklus fosfora: Fosfora nema u atmosferi. U biosferu, kao slobodan ulazi ispiranjem/izluživanjem iz raspadnutih stena i minerala. Dalje biva usvojen od strane biljnog sveta i time započinje njegovo kretanje kroz lanac ishrane. Raspadom mrtvih životinja fosfor postaje dostupan dekompozerima (gljive i sl.) koje ga kroz metabolizam usvajaju pa oslobađaju čime je ciklus fosfora zaokružen. Oblici i drugi izvori fosfora: Glavni oblik fosfora u prirodi je fosfat. On može biti klasifikovan kao ortofosfat, kondenzovani fosfat (piro, meta i drugi polifosfati) i organski vezani fosfat. Izvori složenih formi fosfata su antropogene prirode. Ove forme fosfata potiču iz različitih izvora. Male količine izvesnih kondenzovanih fosfata dodaju se vodi tokom obrade. Veće količine mogu se naći u vodi ako je korišćena za pranje, jer su oni glavni sastojci mnogih komercijalnih sredstava za pranje. Površinske vode, za razliku od podzemnih voda, sadrže veće količine fosfata, koji u njih dospavaju ispiranjem sa okolnih obradivih površina (usled primene veštačkih đubriva). Pored toga, vode iz domaćinstva kao i industrijske vode koje sadrže povećanu količinu fosfata, dodatno zagađuju površinske vode. Posledice povećane količine fosfora: Usled povećane količine fosfora u vodi dolazi do cvetanja algi, tj njihovog ekstremnog rasta, jer fosfor stimuliše njihov rast kao što stimuliše rast biljaka. Cvetanje algi značajno menja ph jezera i reka, ali i pokreće lančanu reakciju, čiji je ishod eutrofikacija (izumiranje vodenog sveta). Faze su sledeće: usled nabujalosti i prekrivenosti celokupne površine vode Sunčevi znaci ne dopiru do vodenih biljaka, što vodi njihovom izumiranju; izumiru i same alge zbog premnoženosti, a bakterije iz vode počinju da se hrane njihovim ostacima i troše sav dostupni kiseonik; nedostatak kiseonika vodi izumiranju preostalih vodenih organizama Na taj način remeti se ekološka ravnoteža u vodi, tj. na račun bujanja akvatičnog bilja izumiru neke druge biljne, pa i životinjske vrste. Zbog toga, neke zemlje zabranjuju dodavanje polifosfata deterdžentima Princip Amonijum molibdat, u kiseloj sredini, reaguje sa ortofosfatima i stvara se amonijum fosfomolibdat: PO (NH4)2MoO4 + 24H + (NH4)3PO4. 12MoO3 + 21NH H2O Dobijena heteropoli kiselina se redukuje kalaj(ii) hloridom, uz stvaranje intenzivno plave boje. Intenzitet boje je proporcionalan koncentraciji određivanog fosfata Pribor 1. Spektrofotometar sa mogućnošću merenja na 690 nm ili kolorimetar sa crvenim filtrom.

19 2. Normalni sudovi, 100 ml (8 komada) 3. Normalni sud od 500 cm 3 4. Bireta od 25 ml 5. Menzura od 50 cm 3 6. Pipeta od 5 cm 3 NAPOMENA: Izbegavati upotrebu komercijalnih deterdženata (kontaminacija fosforom je česta zbog njegove adsorpcije na površini stakla). Pribor prati toplom razblaženom HCl (1:3) i isprati destilovanom vodom Reagensi 1. Rastvor amonijum molibdata. Rastvoriti 25 g (NH4)6Mo7O24 4H2O u oko 200 ml destilovane vode. 280 ml conc H2SO4 rastvoriti u 400 ml destilovane vode. Ohladiti i dodati rastvor molibdata, razblažiti do 1000 ml. Čuvati u polietilenskoj boci. 2. Rastvor kalijum fosfata. Rastvoriti 1,4330 g KH2PO4, sušenog 1h na 105 C, u 1000 ml destilovane vode (1 ml = 1 mg P). Rastvor se čuva u polietilenskoj boci. Radni rastvor kalijum fosfata razblažiti 5 ml gornjeg rastvora do 500 ml destilovane vode (1 ml = 10 g P). 3. Rastvor kalaj hlorida. Rastvoriti 2,5 g SnCl2. 2H2O u 100 ml glicerola. Rastvaranje se ubrzava zagrevanjem na vodenom kupatilu i mešanjem staklenim štapićem Postupak Napraviti radni rastvor KH2PO4 u normalnom sudu od 500 cm 3 tako što se biretom odmeri 5 cm 3 rastvora fosfata (1cm 3 = 1 mg P) i dopuni destilovanom vodom do crte. Na taj način dobija se rastvor koncentracije 1 cm 3 = 10 g P. U osam normalnih sudova od 100 cm 3, sipati uzorak, standardni rastvor fosfata (1cm 3 = 10 g), destilovanu vodu, rastvor amonijum molibdata i rastvor kalaj(ii) hlorida, u zapreminama navedenim u tabeli 1. Merenje apsorbance plavo obojenog rastvora vrši se posle minuta na spektrofotometru. Talasna dužina koja odgovara ortofosfatima iznosi 690 nm. Prvo podesiti, prema slepoj probi, vrednost apsorbance abs = 0,000, a zatim vršiti merenje cele standardne serije kao i uzorka. Dobijene vrednosti apsorbance, unose se u grafik u zavisnosti od količine fosfora izražene u mgp/dm 3. Dobijena kriva je kalibracioni dijagram, sa koga se određuje nepoznata količina fosfata u analiziranom uzorku.

20 Tabela 1. Priprema standardne serije rastvora Uzorak Uzorak vode (cm 3 ) do 50 Slepa proba Kalibracioni rastvori Standardni rastvor PO4 3 (cm 3 ) Destilovana voda (cm 3 ) Rastvor amonijum molibdata (cm 3 ) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Promućkati Rastvor kalaj(ii) hlorida (kapi) Dopuniti destilovanom vodom do 100 cm 3 i promućkati Maksimalno dopuštena vrednost ortofosfata izraženih kao mg P/dm 3 Flaširana prirodna voda Prečišćena voda (redovne prilike) Vanredne prilike 0,03 0,15

21 Vežba broj 4. Rezultati određivanja ortofosfata u vodi Overa Vrsta analizirane vode: Količina fosfata izražena kao mgp/dm 3 : Na osnovu količine određenog fosfata ispitivana voda spada u kategoriju:

22 Vežba br. 5 Dezinfekciona sredstva vode Hlorisanje je hemijski način dezinfekcije vode, pri čemu se koriste različiti oblici hlora ili jedinjenja koja u svom sastavu sadrže hlor. Hlorisanje je efektivno za većinu patogena, obezbeđuje rezidualnu antimikrobnu aktivnost, a time i ispravnost vode kroz distribucioni sistem, uklanja većinu neprijatnih mirisa i ukusa, plesni i alge koje obično rastu u rezervoarima voda, pomaže u uklanjanju gvožđa i mangana, lako se prati i kontroliše i nije ekonomski zahtevno. Naravno postoje i mane, kao što su: sporedni proizvodi reakcije hlorisanja (trihalometani, halosirćetne kiseline, haloketoni, hloralhidrat), oksidacija eventualno prisutnih bromida do broma i građenje bromo-organskih jedinjenja. Sredstva za hlorisanje mogu biti: elementarni hlor, rastvor natrijum-hipohlorita i suvi kalcijum hipohlorit. Količina hlora koju je potrebno dodati radi potpune dezinfekcije zavisi od stepena zagađenosti vode i naziva se potreba hlora, (engl. chlorine demand). Kada se dostigne potreba hlora, dolazi se do prevojne tačke (engl. breakpoint), gde se javlja prvi višak slobodnog hlora. Dalje dodavanje hlora rezultuje postojanjem rezidualnog hlora (razlika u količini dodatog hlora i potrebe za hlorom). Upravo većina tehnika dezinfekcije koristi hlorisanje preko prevojne tačke kao siguran način potpune dezinfekcije. Višak hlora, međutim, ne sme biti veliki, pa je zato potrebno stalno kontrolisati vodu koja se dezinfikuje, i to tako da se odredi višak rezidualnog hlora (višak aktivnog hlora u vodi). Rezidualni hlor se sastoji od slobodnog i vezanog hlora. Antimikrobno dejstvo ima hipohlorasta kiselina, koja nastaje rastvaranjem hlora u vodi (reakcija 1). Od različitih oblika aktivnog hlora, hipohlorasta kiselina je najbaktericidnija. Cl2 + H2O HOCl + H + + Cl - (1) Hipohlorasta kiselina je slaba kiselina i podleže delimičnoj disocijaciji na jone: HOCl H + + ОCl - Suma hipohloraste kiseline i hipohloritnih jona u vodi, predstavlja slobodan hlor. Slobodan hlor ima visok oksidacioni potencijal i najjači je dezinficijens među drugim oblicima hlora. Pod drugim oblicima se podrazumeva tzv. kombinovani hlor, odnosno jedinjenja nastala u reakciji organoazotnih vrsta i hlora, kao i hloramini, nastali u reakciji amonijaka i hlora. Obe vrste hlora mogu biti istovremeno prisutne u vodi Princip Hlor sa dietil-p-fenilendiaminom daje crvenu boju čiji je maskimum apsorpcije na 515 nm. Jačina boje se meri spektrofotometrom. Po ovom postupku mogu se pored slobodnog hlora odrediti NH2Cl, NHCl2 i NCl3. Slobodan hlor reaguje trenutno sa N,N-dietil-p-fenilendiaminom, dodatkom malo jodidnih jona reaguje NH2Cl sa ovim jedinjenjem, a sa viškom jodidnih jona dolazi do reakcije sa NHCl2 i ½ NCl3. Koristeći se ovim reakcijama, može se odrediti prisustvo svakog od pomenutih sastojaka. Reakcije se izvode u prisustvu pufera kojim se održava ph između 6,2 i 6,5. Pri višim ph vrednostima dolazi do reakcije sa rastvorenim kiseonikom.

23 1.2. Pribor 1. Pipeta 5 ml (1 kom.) 2. Pipeta 1 ml (2 kom.) 3. Pipeta 10 ml (3 kom.) 4. Epruveta (3 kom.) 5. Normalni sud od 100 cm 3 (9 kom.) 6. Erlenmajer od 100 (6 kom.) 1.3. Reagensi 1. Rastvor fosfatnog pufera. Rastvoriti 24 g anhidrovanog Na2HPO4 i 46 g anhidrovanog KH2PO4 u destilovanoj vodi. Ovom rastvoru dodati rastvor 0,8 g EDTA u 100 cm 3 destilovane vode. Pošto se razblaži vodom do 1000 cm 3 doda se 20 mg HgCl2 2. Rastvor N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD). Rastvoriti 1,5 g N,N-dietil-p-fenilendiaminsulfata pentahidrata ili 1,1 g anhidrovane soli u destilovanoj vodi, kojoj je dodato 8 cm 3 H2SO4 (1+3) i 0,2 g EDTA. Rastvor razblažiti vodom do 1000 cm 3 i čuvati u mrkoj boci 3. Rastvor kalijum-permanganata (osnovni rastvor). Rastvoriti 891 mg KMnO4 i dopuniti destilovanom vodom do 1000 cm 3 4. KJ, čvrst Postupak Kalibraciona prava: boja koja bi se dobila sa hlorom i DPD-reagensom, imitira se razblaženim standardnim rastvorima KMnO4. Kalibracija spektrofotometra se izvodi sa KMnO4 umesto sa standardnim rastvorom hlora i DPD-a. Rastvor I: Razblaživanjem 10 cm 3 osnovnog rastvora kalijum-permanganata do 100 cm 3 dobija se rastvor I. Ako se 1 cm 3 ovog rastvora razblaži destilovanom vodom do 100 cm 3 dobija se posle razvijanja boje, prema niže navedenom uputstvu, obojenje koje odgovara 1 mg ekvivalenta hlora u 1000 cm 3 vode pri reakciji sa DPD. (100 mg dm -3 ). Rastvor II: Razblaživanjem 10 cm 3 rastvora I do 100 cm 3 dobija se rastvor II. (10 mg dm -3 ). Rastvor III: Razblaživanjem 10 cm 3 rastvora II do 100 cm 3 dobija se rastvor III. (1 mg dm -3 ). Na način prikazan u tabeli datoj niže se pripremaju rastvori kalijum-permanganata u normalnim sudovima od 100 ml, koji obuhvataju oblast koncentracije hlora od 0,05 do 4 mg dm -3. Boja se razvija mešanjem 5 cm 3 fosfatnog pufera, 5 cm 3 rastvora DPD i 100 cm 3 pripremljenog rastvora permanganata u erlenmajeru. Posle mešanja, rastvor se sipa u kivetu i meri apsorbanca na spektrofotometru, uz korekciju za slepu probu (pufer+dpd+destilovana voda). Zapremina rastvora permanganata Rastvor odgovara koncentracijama hlora (mg/l) 100 cm 3 destilovane vode Tabela 2. Priprema standardne serije 5 cm 3 rastvora III 10 cm 3 rastvora III 5 cm 3 rastvora II 10 cm 3 rastvora II 4 cm 3 rastvora I

24 Određivanje slobodnog hlora: smeša od 0,5 cm 3 fosfatnog pufera, 0,5 cm 3 rastvora DPD i 10 cm 3 uzorka se promućka u epruveti, prespe u kivetu i izmeri apsorbanca (čitanje A). Određivanje monohloramina: smeša od 0,5 cm 3 fosfatnog pufera, 0,5 cm 3 rastvora DPD i 10 cm 3 uzorka se promućka u epruveti, dodati 2 kapi sveže pripremljenog rastvora KJ (0,1g/100cm 3 ), promešati i odmah odrediti apsorbancu (čitanje B). Određivanje dihloramina: smeša od 0,5 cm 3 fosfatnog pufera, 0,5 cm 3 rastvora DPD i 10 cm 3 uzorka se promućka u epruveti, dodati u kivetu nekoliko kristala KJ (oko 0,1 g), promešati i posle 2 minuta odrediti apsorbancu (čitanje C) Izračunavanje Nacrtati standardnu krivu zavisnosti apsorbance od koncentracije i na osnovu apsorbance za rastvore A, B i C očitati njihovu vrednost. A = slobodni hlor; B A = monohloramin; C B = dihloramin; C = ukupni hlor; C A =vezani hlor

25 Vežba br. 5 Dezinfekciona sredstva vode Overa Datum uzorkovanja: Vrsta analiziranog uzorka: A = slobodni hlor; B A = monohloramin; C B = dihloramin; C = ukupni hlor; C A =vezani hlor Koncentracija slobodnog hlora je: Koncentracija monohloramina je: Koncentracija dihloramina je: Koncentracija ukupnog hlora je: Koncentracija vezanog hlora je:

26 Vežba br. 6 Priprema uzorka jabuke za analizu prisustva herbicida pendimetalina U današnje vreme se u agrikulturi za kontrolu korova i štetočina koristi više od 800 vrsta pesticida. Iako većina njih, različitim interakcijama, sa biljaka vremenom prelazi u vodu, zemljište ili atmosferu ili podleže različitim oblicima degradacije (fotodegradacija, hidroliza, mikrobiološka degradacija), određeni deo može predstavljati opasnost po zdravlje ljudi ulaskom u lanac ishrane. Analiza ostataka pesticida u hrani sastoji se od pripreme uzorka i instrumentalnog određivanja. Iako se analitički instrumenti brzo razvijaju, osetljivost i krajnja kvantifikacija su pod uticajem interferenata iz matriksa hrane. Iz tog razloga je priprema uzoraka za analizu najosetljiviji, ali i najznačajniji korak u određivanju tragova pesticida. Cilj pripreme uzorka je izolovanje tragova analita iz kompleksnog matriksa i eliminisanje interferenata koliko je to moguće. Uobičajeni koraci u pripremi uzorka za analizu su uzorkovanje i homogenizacija uzorka, ekstrakcija i prečiščavanje ektrakta. Među ovim koracima, za određivanje analita najkritičniji su ekstrakcija i prečišćavanje. Jedan od najčešće primenjivanih oblika prečišćavanja je ekstrakcija na čvrstoj fazi (engl. Solid Phase Extraction, SPE). Adsorbent (čvrsta faza) koja treba da veže analit, može se pripremati na dva načina: pakovanje u kolone ili ne (disperzna ekstrakcija na čvrstoj fazi d-spe). Princip prečišćavanja je kvantitantivno vezivanje analita za adsorbent, dok primese prolaze adsorbent bez interakcija ili se vezuju u maloj meri. Iz tog razloga faze u postupku SPE su sledeće: 1. Nanošenje analita na adsorbent 2. Ispiranje adsorbenta od primesa 3. Skidanje (eluiranje) analita sa adsorbenta Da bi analit mogao da ostvari interakcije sa adsorbentom mora mu biti sličan po polarnosti, tj posedovati slične funkcionalne grupe, što znači da će se nepolarni analiti vezivati za nepolarne, a polarni analiti za polarne adsorbente. Za sorpciju pesticida, koji poseduju dijapazon funkcionalnih grupa u svom sastavu tj. složene su strukture, ali su uglavnom polarni, treba primeniti polarne adsorbente (silika gel, aluminijum-oksid, florisil). Florisil je po sastavu sintetički magnezijum silikat, formule MgO nsio2, gde n označava prosečan molski odnos između SiO2 i MgO, umerene je polarnosti, pa se koristi za sorpciju šireg spektra jedinjenja Pribor 1. Blender 2. Menzura od 50 ml 3. Stakleni levak 4. Normalni sud od 100 ml 5. Staklena pipeta (10 ml) ili automatska pipeta (5 ml) 6. Ependorfi 7. Centrifuga za ependorfe

27 8. Viale od 1,5 ml 1.2. Reagensi 1. Florisil (adsorbent) 2. Heksan 3. Etilacetat 4. Pesticidi: Stock rastvor pendimetalina koncentracije 100 µg/ml 1.3. Postupak 1. Odmeriti na vagi 10 g uzorka. Iseći na sitnije komade i dodati u blender zajedno sa 15 ml vode. Nakon blendiranja (tako da ne ostaju krupni komadi uzorka), smesu preneti uz pomoć levka u normalni sud. 2. Spajkovati uzorak jabuke ( uneti pesticide u uzorak). Dobro homogenizovati. Nakon 3-5 minuta stajanja dodati 5 ml heksana i vršiti ekstrakciju mućkanjem. 3. Naliti vodu u normalni sud tako da se sloj heksana podigne u grlo normalnog suda. Pipetom izvući što je moguće više čistog sloja heksana i preneti u ependorf. Centrifugirati 3000 rpm 5 min. 4. Zabeležiti količinu unetog pesticida i količinu heksanskog ekstrakta uzetog za dalje korake. 5. Prečišćavanje ekstrakta (d-spe): Nanošenje uzorka na adsorbent: Određenu zapreminu ekstrakta (1.0 ml) pomešati sa adsorbentom. Mućkati s vremena na vreme u toku 5 min. Nakon toga centrifugirati 3000 rpm 5 min. Tečnu fazu supernatant iznad florisila odbaciti. Ispiranje nečistoća sa adsorbenta: U čvrstu fazu dodati 0.5 ml heksana i mućkati. Centrifugirati. Tečnu fazu odbaciti. Ponoviti. Eluiranje (ispiranje) analita sa adsorbenta: U čvrstu fazu dodati ml eluenta (etilacetata) i mućkati. Centrifugirati. Objedinjenu tečnu fazu (zabeležiti zapreminu) odvojiti u propisno obeleženu vialu od 1.5 ml. 6. Dobijeni ekstrakt čuvati u frižideru do snimanja na aparatu.

28 Vežba br. 6 Priprema uzorka jabuke za analizu prisustva herbicida pendimetalina Overa Vrsta analiziranog uzorka: Metoda ektrakcije: Metoda prečišćavanja: Rezultati:

29 Vežba br. 7 Analiza herbicida pendimetalina gasnom hromatografijom sa masenom detekcijom (NETCHEM : remote access) Gasna hromatografija sa masenom spektrometrijom (GC-MS) je instrumentalna tehnika kojom se određena jedinjenja iz kompleksnih matriksa mogu međusobno razdvojiti, identifikovati i kvantitativno odrediti. Da bi se neko jedinjenje moglo analizirati ovom tehnikom, mora biti relativno isparljivo (srednje i male molekulske mase) i termostabilno. Instrument se sastoji iz dva dela: gasnog hromatografa, koji služi za međusobno razdvajanje komponenti (analita i drugih prisutnih supstanci) i masenog spektrometra koji omogućava identifikaciju i kvantifikaciju analita. Celokupni sistem se može podeliti u nekoliko segmenata: noseći gas; hromatograf (sistem za uvođenje analita na kolonu hromatografa, kolona hromatografa); maseni spektrometar (jonski izvor, maseni analizator); detektor. Princip rada Slika 1. Šematski prikaz instrumenatalne tehnike Pripremljeni uzorak, najčešće u tečnom stanju, se uz pomoć šprica unosi u injektor aparata, koji je zagrejan na visoku temperaturu, pri čemu dolazi do isparavanja uzorka (analita i rastvarača). Pare uzorka se uz pomoć nosećeg gasa (helijum, azot) odvode do kolone (takođe zagrejana) gde se vrši razdvajanje. Princip razdvajanja analita je njihova različita raspodela između tečne stacionarne faze (kolone) i nosećeg gasa (mobilne faze). Brzina kojom jedinjenje

30 prolazi kolonu zavisi od više faktora, a karakteriše se veličinom koja se naziva retenciono vreme (vreme koje protekne od unošenja analita na kolonu, do njegovog izlaženja sa kolone). Tačka ključanja analita (isparljivost): Što je niža tačka ključanja, viši je napon pare jedinjenja, a time i kraće retenciono vreme, jer je veća verovatnoća da se analit nalazi u parnoj fazi. Afinitet analita prema stacionarnoj fazi: ako je polarnost kolone i analita slična, retenciono vreme je duže, jer analit ostvaruje snažnije interakcije sa stacionarnom fazom. Rezultat toga je da polarna jedinjenja imaju duža retenciona vremena na polarnim kolonama, nego na nepolarnim, na istoj operativnoj temperaturi. Temperatura kolone: Temperatura treba biti optimalna, tj usklađena sa prirodom analita, jer suviše visoke ili niske temperature ne doprinose dobrom razdvajanju analita. Pošto realan uzorak predstavlja dijapazon jedinjenja koja se po prirodi razlikuju, najbolje razdvajanje se obično postiže temperaturnim gradijentom (postepenom promenom temperature). Brzina protoka nosećeg gasa: Takođe treba biti optimalna. Previsok protok gasa skraćuje retenciono vreme, ali vodi lošem razdvajanju, jer analiti nemaju dovoljno vremena za interakciju sa kolonom. Količina unetog analita: Ne treba unositi previše koncetrovane rastvore analita, da ne bi došlo do preopterećivanja/zaprljanja kolone. Slika 2. Agilent-ov gasni hromatograf sa masenom detekcijom Sa kolone analit ulazi u jonski izvor (segment gde se stvaraju joni uzorka, koji se kasnije analiziraju masenim analizatorom). Načini jonizacije uzorka su različiti (elektronska, hemijska jonizacija...).

31 Nastali joni se usmeravaju u maseni analizator, koji razdvaja jone prema odnosu mase i naelektrisanja jona (m/z). Kao i načina jonizacije i analizatora je mnogo: single/triple quadrupole, time of flight analizator, sektorski analizator itd. Nakon razdvajanja joni se usmeravaju na detektor, proizvodeći različit signal u zavisnosti od zastupljenosti, koji se beleži i softverski obrađuje. Tabela 3. Karakteristike Agilent-ovog HP6890/MSD5973 instrumenta Noseći gas Helijum Tip kolone SGE 25QC2/BPX5 * Način jonizacije Jonizacija visoko-energetskim elektronima (EI) Maseni analizator Single quadrupole Detektor Elektronski multiplikator * 5% Phenyl polysilphenylene-siloxane, non-polar

32 Vežba br. 7 Analiza herbicida pendimetalina gasnom hromatografijom sa masenom detekcijom (NETCHEM : remote access) Overa

33 Vežba br. 8 Modelovanje procesa u životnoj sredini. Specijacija metala - korišćenje softverskog paketa MINTEQA2 Oprema: Visual MINTEQA2 je windows baziran hemijski program za specijaciju. Program se može učitati sa adrese URL: Korisnik treba samo da sledi naznačene direkcije za učitavanje. Uvod: Prilikom ispuštanja polutanata u životnu sredinu oni postaju učesnici velikog broja reakcija koje uslovljavaju njihovo ponašanje, distribuciju, tranfsormaciju u životnoj sredini, pa samim tim i njihovu toksičnost. Ove reakcije i/ili procesi uključuju sorpciju, precipitaciju i kompleksiranje. MINTEQA2 je geohemijski ravnotežni model koji daje proračun ravnoteže između rastvorene, adsorbovane, čvrste, tečne i gasovite faze u određenoj prirodnoj sredini. MINTEQA2 zahteva podatke hemijske analize uzorka koji se modeluje, što znači da proračun vrši na osnovu unete ukupne koncentracije rastvorenih komponenti od interesa i drugih podataka, kao što su ph, redoks status (pe), kao i parcijalni pritisak jednog ili više gasova. Pomoću MINTEQA2 ekstenzivne termodinamičke baze podataka moguće je izvršiti geohemijsku specijaciju sistema. MINTEQA2 je odličan alat za istraživanje u oblasti hemije životne sredine, jer daje mogućnost definisanja fizičkih i hemijskih procesa koji kontrolišu ponašanje polutanata u životnoj sredini. Važno je naglasiti, da su za precizan opis prirodnog sistema potrebni i precizni analitički podaci. Takođe, MINTEQA2 se zasniva isključivo na termodinamičkim podacima i ne uključuje kinetički aspekt geohemijskih reakcija. Stoga, prilikom korišćenja MINTEQA2 moraju se uvek imati u vidu hemijski principi, jer program može nekada dati hemijski nelogična i nerazumna rešenja. Cilj vežbe: upoznavanje se primenom kompjuterskog modela u geohemijskoj i hemijskoj specijaciji akvatičnih sistema. Problem 1 Izračunati ph vode u ravnoteži sa atmosferskim CO2(g). Naći koncentraciju svih jonskih vrsta u rastvoru. Objasniti ph na osnovu prirode jonskih vrsta. Problem 2 Izračunati ph vode koja je izložena atmosferskom CO2 i u kontaktu je sa krečnjakom. Problem 3 Prirodna podzemna voda sadrži Ca 2+ i CO3 2- kao glavne komponente i izložena je atmosferskom CO2. Resetovati Problem 1 i započeti novi, izabrati molarne koncentracije za obe vrste Ca 2+ i CO3 2-. Izračunati ph i koncentracije svih jonskih vrsta u rastvoru. Identifikuj i napiši hemijski sastav čvrstih minerala na osnovu vrednosti indeksa zasićenja (SI). Zašto je došlo do precipitacije samo nekih minerala? Problem 4

34 Pustiti problem 2 sa vrednostima ph 2, 3, 4 12 korišćenjem Multi-problem/Sweep opcije programa. Sakupiti selektovane sweep rezultate za H2CO3(aq), HCO3 -, CO3 2-, i Ca 2+, preneti ih u Excel i konstruisati grafik logcjonska vrsta / ph. Takođe, uočiti pritisak CO2(g) u funkciji od ph. Objasni grafik. Zašto se Ca 2+ neznatno promenio? Pronađi Ka1 i Ka2 ugljene kiseline sa grafika. Uoči minerale precipitovane na različitim ph vrednostima. Na kojim ph minerali počinju da se precipituju? Problem 5 Arsen je 20-ti element po rasprostranjenosti u zemljinoj kori i poznat je kao kancerogen. Pod određenim geohemijskim redoks uslovima arsen se mobilizuje rastvaranjem u podzemnim vodama. Prisustvo arsena u koncentracijama kada postaje toksičan (> 50 ppb ili μg/dm 3 ) u podzemnim vodama koje se koriste za piće je glavni zdravstveni problem u vodosnabdevanju. Jedan od načina da se ukloni As iz podzemne vode je tretiranje vode razblaženim FeCl3, pri čemu dolazi do njegove precipitacije. Pretpostavimo da je arsen u podzemnoj vodi prisutan u obliku njegove rastvorne soli u koncentraciji M Na3AsO4, a FeCl3 je dodat tako da mu je koncentracija M. Utvrditi, koristeći MINTEQA model, da li je na ovaj način moguće ukloniti arsen precipitacijom. Uneti sledeće komponente: Komponente AsO4 3- Na + Fe 3+ Cl - Koncentracija (M) (napisati 1e-6) (napisati 3e-6) (napisati 2e-4) (napisati 6e-4) a) Identifikovati sve jonske vrste. Napiši odgovarajuće reakcije za nastanak vrsta koje sadrže Fe. Objasni zašto je opala ph vrednost. b) Da li se koncentracija jonskih vrsta As (ukupan rastvoreni arsen) smanjila na manje od 50 μg/dm 3? Šta je sa koncentracijom slobodnog gvožđa? Proveri SI indekse i utvrdi koji minerali su precipitovani. c) Pusti isti program sa fiksnim ph = 7 i proveri ukupnu koncentraciju slobodnog As. Predloži mehanizam kojim se jonske vrste arsena mogu spustiti na siguran nivo. Da li se ovo može modelovati pomoću MINTEQA? Kratak MINTEQA vodič 1. Otvoriti MINTEQA. 2. Pustiti MINTEQA bez unetih vrednosti (Run MINTEQA). MINTRUN window se pojavljuje. Nakon nekoliko iteracija, kliknuti OK. OUTPUT window se pojavljuje sa koncentracijama jonskih vrsta, ph, ravnotežom naelektrisanja, itd. ph vrednost bi trebalo da bude Ovo je ph vrednost čiste vode. 3. Kliknuti BACK TO INPUT MENU, kliknuti GASES na gornjem meni baru, kliknuti SPECIFY GASES i kliknuti ADD. Prihvatiti predložene vrednosti. CO2 je dotat kada je spoljašnji pritisak 1 atm. Ovo odgovara izlaganju vode vazduhu koji sadrži uobičajenu koncentraciju CO2. Kliknuti BACK TO MAIN MENU, zatim kliknuti VIEW EDIT/LIST. CO3 2- je prikazana kao komponenta. Kliknuti RUN.

35 4. Uporediti ph sa izračunatom vrednošću. 5. Uneti za problem 2 čvrstu fazu. Kliknuti SOLID PHASES AND EXCLUDED SPECIES, a zatim kliknuti SPECIFY INFINITE SOLID PHASES. Uneti CALCITE, kliknuti ADD, BACK TO MAIN MENU i RUN. Uočiti ph i jonske vrste. 6. Resetovati. Uneti sledeće: kliknuti COMPONENT NAME Ca 2+, uneti TOTAL CONCENTRATION M, kliknuti ADD TO LIST. Na ovaj način unosite komponente i koncentracije. Uraditi isto za CO Kliknuti RUN. Pronaći jonske vrste, koncentracije, SI i istaložene minerale. Ovim je problem 3 rešen. 8. Za problem 4, (sa unešenim koncentracijama jona, kao u koraku 6) kliknuti MULTIPROBLEM/ SWEEP na gornjem meni baru. Aktivirati SWEEP - ONLY ONE COMPONENT VARIED. Uneti 10 u STATE THE NUMBER OF PROBLEMS. Kliknuti ph u okviru SWEEP COMPONENT. Izabrati START VALUE 2 i INCREMENT 1. U trećem bloku (donji deo) izabrati ADD COMPONENT/ SPECIES TYPE i izabrati iz opadajućeg menija: kliknuti Ca 2+, kliknuti CONCENTRATION, kliknuti ADD. Uraditi isto za H2CO3, HCO3 -, i CO3 2-, izabrati i CO2(g). Kliknuti SAVE AND BACK. Kliknuti RUN. Kliknuti SELECTED SWEEP RESULTS i kliknuti PRESS TO EXCEL. Kreirati grafik logcjonska vrsta. Primer grafika je prikazan ispod.

36 Vežba br. 8 Modelovanje procesa u životnoj sredini. Specijacija metala - korišćenje softverskog paketa MINTEQA2 Overa

37

38

39

40 Student je završio sve planom i programom predviđene vežbe iz predmeta Hemodinamika zagađujućih supstanci. U Nišu, Predmetni asistent

41 BELEŠKE