Univerzitet u Nišu – Prirodno-matematički fakultetnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2709/2019-20 Radna sve… · Web viewUvod: Prilikom ispuštanja polutanata u životnu sredinu

Univerzitet u Nišu – Prirodno-matematički fakultet 2019/2020

Radna sveska iz predmeta

HEMODINAMIKA ZAGAĐUJUĆIH SUPSTANCI

Prof. dr Tatjana Anđelković dipl. hem. Danica Bogdanović


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

okruženja











Vežba br. 2Teški 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).

1.1. 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/dm3 za Cu, Pb i Cd, odnosno 1–10 mg/dm3 za Mn.Teške metale u rastvoru posle mokre, odnosno posle suve digestije, odrediti na atomskom apsorpcionom spektrofotometru (Aanalyst 300, Varian).

1.2. Pribor

1. Sahatno staklo2. Čaša3. Pipeta 5 ml (2 kom.)4. Azbestna mrežica5. Filter papir6. Levak7. Normalni sud od 50 ml

1.3. Reagensi

1. Koncentrovana HNO3

2. Koncentrovana HCl3. Dejonizovana voda


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 _________________


Vežba br. 3Hrom 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-3. 1.1. 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.

1.2. Pribor

1. Spektrofotometar, sa upotrebom talasne dužine od 540 nm i kivetama od 10 i 50 mm2. Normalni sud od 50 cm3 (7 kom.)3. Čaša od 100 cm3 (2 kom.)4. Pipeta od 10 cm3 (3 kom.)5. Propipeta6. Normalni sud od 250 cm3 (1 kom.)

1.3. Reagensi

1. Natrijum hidroksid: 1M rastvor NaOH (rastvoriti 40 g NaOH u destilovanoj vodi i razblažiti do 1000 cm3).

2. Sumporna kiselina, razblažena 1:13. Sumporna kiselina, 1 N rastvor. Za pripremu 1 N H2SO4, razblažiti 28 cm3 koncentrovane

sumporne kiseline do 500 cm3 i dopuniti destilovanom vodom do 1 dm3. 4. Fosforna kiselina, koncentrovana 85%


5. Difenilkarbazid (0,5% rastvor u acetonu): rastvoriti 0,25 g difenilkarbazida u 50 cm3

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 spravljen7. Kalijum dihromat, standardni rastvor:a) Osnovni rastvor: rastvoriti 2,8285 g K2Cr2O7 p.a., prethodno osušenog na 105C u

destilovanoj vodi i dopuniti do 1 dm3 na sobnoj temperaturi; 1 cm3 sadrži 1 mg Crb) Radni rastvor I: razblažiti 25,0 cm3 osnovnog rastvora do 500 cm3 destilovanom vodom;

1 cm3 sadrži 0,050 mg Crc) Radni rastvor II: razblažiti 10,0 cm3 radnog rastvora I do 250 cm3 destilovanom vodom.

Pripremati uvek svež; 1 cm3 sadrži 0,002 mg Cr. d) Za pripremu rastvora koristiti svežu destilovanu vodu dobijenu u staklenim sudovima.

1.4. Postupak

Kvalitativno određivanje hroma - u 10 cm3 neutralizovane probe dodati 1 cm3 razblažene sumporne kiseline (1:9), nekoliko kapi fosforne kiseline, 0.5 cm3 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/dm3.

Kalibraciona kriva

U normalne sudove od 50 cm3 otpipetirati redom 0 (slepa proba); 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 i 7,5 cm3

radnog rastvora II, malo razblažiti destilovanom vodom, dodati reagense za razvijanje boje (varijanta A: 0,5 cm3 sumporne kiseline (1:1), 0,2 cm3 fosforne kiseline, 2 cm3 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/dm3. Nacrtati grafik zavisnosi apsorbancije ili transparencije od koncentracije hroma.

Kolorimetrijsko određivanje

Varijanta A: određivanje šestovalentnog hroma: 25 cm3 uzorka koji sadrži od 0,005 do 0,1 mg hroma ili alikvotni deo razblažen do 25 cm3 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 cm3 uzorka. Zatim dodati 0,5 cm3 sumporne kiseline (1:1), 0,2 cm3 fosforne kiseline, 2 cm3

rastvora difenil karbazida dopuniti do 50 cm3 i promešati. Posle 5-10 minuta očitati apsorbancu. Koncentraciju očitati sa kalibracione krive.

Varijanta B: određivanje ukupnog sadržaja hroma: 100 cm3 uzorka koji sadrži od 0,005 do 0,1 mg Cr ili alikvotni deo razblažen do 100 cm3 neutralisati 1 M rastvorom natrijum hidroksida ili


0,5 M rastvorom sumporne kiseline. Potrebnu količinu kiseline ili baze odrediti titracijom posebnih 100 cm3 uzorka. Dodati 0,3 cm3 0,5 M rastvora sumporne kiseline i 5-10 cm3 rastvora amonijum persulfata i kuvati 20-25 minuta uz ključanje. Rastvor treba da upari do 50 cm3. Kad se ohladi, dopuniti destilovanom vodom do 100 cm3 i dalje raditi po varijanti A.

1.5. Izračunavanje

Nacrtati kalibracionu krivu zavisnosti apsorbance od koncentracije i očitati koncentraciju hroma na osnovu dobijene apsorbance za uzorak.


Vežba br. 3

Hrom u otpadnoj vodi

Overa

____________________



Koncentracija hroma u ispitivanom uzorku vode iznosi (mg/L): ____________________


Vežba br. 4Ortofosfati 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 sred-stava 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 organizamaNa 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 polifos-fata deterdžentima.

1.1. Princip

Amonijummolibdat, u kiseloj sredini, reaguje sa ortofosfatima i stvara se amonijum–fosfomolibdat:

PO43 + 12(NH4)2MoO4 + 24H+ (NH4)3PO4

.12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O

Dobijena heteropoli kiselina se redukuje kalaj(II)hloridom, uz stvaranje intenzivno plave boje. Intenzitet boje je proporcionalan koncentraciji određivanog fosfata.


1.2. Pribor

1. Spektrofotometar sa mogućnošću merenja na 690 nm ili kolorimetar sa crvenim filtrom.2. Normalni sudovi, 100 ml (8 komada)3. Normalni sud od 500 cm3

4. Bireta od 25 ml5. Menzura od 50 cm3

6. Pipeta od 5 cm3

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.

1.3. Reagensi

1. Rastvor amonijummolibdata. 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 kalijumfosfata. 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 kalijumfosfata – razblažiti 5 ml gornjeg rastvora do 500 ml destilovane vode (1 ml = 10 g P).

3. Rastvor kalajhlorida. Rastvoriti 2,5 g SnCl2 . 2H2O u 100 ml glicerola. Rastvaranje se ubrzava zagrevanjem na vodenom kupatilu i mešanjem staklenim štapićem.

1.4. Postupak

Napraviti radni rastvor KH2PO4 u normalnom sudu od 500 cm3 tako što se biretom odmeri 5 cm3

rastvora fosfata (1cm3 = 1 mg P) i dopuni destilovanom vodom do crte. Na taj način dobija se rastvor koncentracije 1 cm3 = 10 g P. U osam normalnih sudova od 100 cm3, sipati uzorak, standardni rastvor fosfata (1cm3 = 10g), destilovanu vodu, rastvor amonijummolibdata i rastvor kalaj(II)hlorida, u zapreminama navedenim u tabeli 1.Merenje apsorbance plavo obojenog rastvora vrši se posle 10 12 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/dm3. Dobijena kriva je kalibracioni dijagram, sa koga se određuje nepoznata količina fosfata u analiziranom uzorku.


Tabela 1. Priprema standardne serije rastvora

Uzorak Slepa proba Kalibracioni rastvori

1 2 3 4 5 6Uzorak vode (cm3) do 50Standardni rastvor PO4

3– (cm3) 0 1 2 4 6 8 10Destilovana voda (cm3) 50 50 50 50 50 50 50Rastvor amonijummolibdata (cm3) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

PromućkatiRastvor kalaj(II)hlorida (kapi) 4 4 4 4 4 4 4 4

Dopuniti destilovanom vodom do 100 cm3 i promućkati

Maksimalno dopuštena vrednost ortofosfata izraženih kao mg P/dm3

Flaširana prirodna

voda

Prečišćena voda

(redovne prilike)

Vanredne prilike

0,03 0,15 –


Vežba broj 4.

Rezultati određivanja ortofosfata u vodi

Overa

_____________________

Vrsta analizirane vode: _____________________________________

Količina fosfata izražena kao mgP/dm3: __________________________

Na osnovu količine određenog fosfata ispitivana voda spada u kategoriju: ________________


Vežba br. 5Dezinfekciona 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.

1.1. 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.

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 cm3 (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 cm3

destilovane vode. Pošto se razblaži vodom do 1000 cm3 doda se 20 mg HgCl2

2. Rastvor N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD). Rastvoriti 1,5 g N,N-dietil-p-fenilendiamin-sulfata pentahidrata ili 1,1 g anhidrovane soli u destilovanoj vodi, kojoj je dodato 8 cm3

H2SO4 (1+3) i 0,2 g EDTA. Rastvor razblažiti vodom do 1000 cm3 i čuvati u mrkoj boci3. Rastvor kalijum-permanganata (osnovni rastvor). Rastvoriti 891 mg KMnO4 i dopuniti

destilovanom vodom do 1000 cm3

4. KJ, čvrst.

1.4. 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 cm3 osnovnog rastvora kalijum-permanganata do 100 cm3 dobija se rastvor I. Ako se 1 cm3 ovog rastvora razblaži destilovanom vodom do 100 cm3 dobija se posle razvijanja boje, prema niže navedenom uputstvu, obojenje koje odgovara 1 mg ekvivalenta hlora u 1000 cm3 vode pri reakciji sa DPD. (100 mg dm-3).Rastvor II: Razblaživanjem 10 cm3 rastvora I do 100 cm3 dobija se rastvor II. (10 mg dm-3).Rastvor III: Razblaživanjem 10 cm3 rastvora II do 100 cm3 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 cm3 fosfatnog pufera, 5 cm3 rastvora DPD i 100 cm3 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).

Tabela 2. Priprema standardne serije


Zapremina rastvora

permanganata

100 cm3

destilovane vode

5 cm3

rastvora III10 cm3

rastvora III5 cm3

rastvora II10 cm3

rastvora II4 cm3

rastvora I

Rastvor odgovara

koncentracijama hlora (mg/L)

0 0.05 0.1 0.5 1 4

Određivanje slobodnog hlora: smeša od 0,5 cm3 fosfatnog pufera, 0,5 cm3 rastvora DPD i 10 cm3 uzorka se promućka u epruveti, prespe u kivetu i izmeri apsorbanca (čitanje A).Određivanje monohloramina: smeša od 0,5 cm3 fosfatnog pufera, 0,5 cm3 rastvora DPD i 10 cm3 uzorka se promućka u epruveti, dodati 2 kapi sveže pripremljenog rastvora KJ (0,1g/100cm3), promešati i odmah odrediti apsorbancu (čitanje B).Određivanje dihloramina: smeša od 0,5 cm3 fosfatnog pufera, 0,5 cm3 rastvora DPD i 10 cm3

uzorka se promućka u epruveti, dodati u kivetu nekoliko kristala KJ (oko 0,1 g), promešati i posle 2 minuta odrediti apsorbancu (čitanje C).

1.5. 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


Vežba br. 5

Dezinfekciona sredstva vode

Overa

____________________



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:______________


Vežba br. 6Priprema uzorka jabuke za analizu prisustva herbicida

pendimetalinaU 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 adsorbent2. Ispiranje adsorbenta od primesa3. 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.

1.1. Pribor

1. Blender2. Menzura od 50 mL3. Stakleni levak4. Normalni sud od 100 mL5. Staklena pipeta (10 mL) ili automatska pipeta (5 mL)


6. Ependorfi7. Centrifuga za ependorfe8. Viale od 1,5 mL

1.2. Reagensi

1. Florisil (adsorbent)2. Heksan3. Etilacetat4. 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 2×0.5 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.


Vežba br. 6

Priprema uzorka jabuke za analizu prisustva herbicida pendimetalina

Overa

_____________________


Metoda ektrakcije: ______________________________

Metoda prečišćavanja: ______________________________

Rezultati: ______________________________


Vežba br. 7Analiza 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.

Slika 1. Šematski prikaz instrumenatalne tehnike

Princip rada

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 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...).

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 HelijumTip kolone SGE 25QC2/BPX5*

Način jonizacije Jonizacija visoko-energetskim elektronima (EI)

Maseni analizator Single quadrupoleDetektor Elektronski multiplikator

* 5% Phenyl polysilphenylene-siloxane, non-polar


Vežba br. 7Analiza herbicida pendimetalina gasnom hromatografijom sa masenom detekcijom

(NETCHEM : remote access)

Overa

_____________________


Vežba br. 8Modelovanje 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: http://www.lwr.kth.se/english/OurSoftware/Vminteq/index.htm. 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 1Izračunati pH vode u ravnoteži sa atmosferskim CO2(g). Naći koncentraciju svih jonskih vrsta u rastvoru. Objasniti pH na osnovu prirode jonskih vrsta. Problem 2Izračunati pH vode koja je izložena atmosferskom CO2 i u kontaktu je sa krečnjakom.Problem 3Prirodna podzemna voda sadrži Ca2+ i CO3

2- kao glavne komponente i izložena je atmosferskom CO2. Resetovati Problem 1 i započeti novi, izabrati molarne koncentracije 0.005 za obe vrste Ca2+ 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?

http://www.lwr.kth.se/english/OurSoftware/Vminteq/index.htm


Problem 4Pustiti problem 2 sa vrednostima pH 2, 3, 4…12 korišćenjem ‘Multi-problem/Sweep’ opcije programa. Sakupiti selektovane sweep rezultate za H2CO3(aq), HCO3

-, CO32-, i Ca2+, preneti ih u

Excel i konstruisati grafik logCjonska vrsta / pH. Takođe, uočiti pritisak CO2(g) u funkciji od pH. Objasni grafik. Zašto se Ca2+ 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 5Arsen 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 1.0·10-6 M Na3AsO4, a FeCl3 je dodat tako da mu je koncentracija 2.0·10-4M. Utvrditi, koristeći MINTEQA model, da li je na ovaj način moguće ukloniti arsen precipitacijom. Uneti sledeće komponente:

Komponente Koncentracija (M)AsO4

3- 1.0 · 10-6 (napisati 1e-6)Na+ 3.0 · 10-6 (napisati 3e-6)Fe3+ 2.0 · 10-4 (napisati 2e-4)Cl- 6.0 · 10-4 (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/dm3? 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 vodič1. 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 6.998. 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.

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 Ca2+, uneti TOTAL CONCENTRATION 0.005 M, kliknuti ADD TO LIST. Na ovaj način unosite komponente i koncentracije. Uraditi isto za CO3

2-.7. 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 Ca2+, kliknuti CONCENTRATION, kliknuti ADD. Uraditi isto za H2CO3, HCO3

-, i CO32-,

izabrati i CO2(g). Kliknuti SAVE AND BACK. Kliknuti RUN. Kliknuti SELECTED SWEEP RESULTS i kliknuti PRESS TO EXCEL. Kreirati grafik logC jonska vrsta. Primer grafika je prikazan ispod.


Vežba br. 8

Modelovanje procesa u životnoj sredini. Specijacija metala - korišćenje softverskog paketa MINTEQA2

Overa

_____________________





Student _______________________________________ je

završio sve planom i programom predviđene vežbe iz predmeta

Hemodinamika zagađujućih supstanci.

U Nišu, Predmetni asistent

__________ ____________________


BELEŠKE

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

Documents

Univerzitet u Nišu – Prirodno-matematički fakultetnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2709/2019-20 Radna sve… · Web viewUvod: Prilikom ispuštanja polutanata u životnu sredinu