Winkler-Titration - Winkler titration

Der Winkler-Test dient zur Bestimmung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff in Wasserproben. Gelöster Sauerstoff (DO) wird häufig in Wasserqualitätsstudien und im Routinebetrieb von Wasseraufbereitungsanlagen verwendet, um den Sauerstoffsättigungsgrad zu analysieren .

Im Test wird einer Wasserprobe ein Überschuss an Mangan(II)-Salz, Jodid- (I – ) und Hydroxid-(OH – )-Ionen zugesetzt, wodurch sich ein weißer Niederschlag von Mn(OH) 2 bildet. Dieser Niederschlag wird dann von dem oxidierten Sauerstoff , der in der Wasserprobe in einen braunen vorliegt Mangan -haltigen Niederschlag mit Mangan in einem hochoxidierten Zustand (entweder Mn (III) oder Mn (IV)).

Im nächsten Schritt wird eine starke Säure (entweder Salzsäure oder Schwefelsäure ) zugegeben, um die Lösung anzusäuern. Der braune Niederschlag wandelt dann das Jodid-Ion (I – ) in Jod um . Die Menge an gelöstem Sauerstoff ist direkt proportional zur Titration von Jod mit einer Thiosulfatlösung . Heute wird das Verfahren effektiv als seine kolorimetrische Modifikation verwendet, bei der das dreiwertige Mangan, das beim Ansäuern der braunen Suspension entsteht, direkt mit EDTA zu einer rosa Farbe umgesetzt wird. Da Mangan das einzige gewöhnliche Metall ist, das mit EDTA eine Farbreaktion eingeht, hat es den zusätzlichen Effekt, andere Metalle als farblose Komplexe zu maskieren.

Geschichte

Der Test wurde ursprünglich von Ludwig Wilhelm Winkler, in der späteren Literatur als Lajos Winkler bezeichnet , während seiner Doktorarbeit 1888 an der Universität Budapest entwickelt. Die Menge an gelöstem Sauerstoff ist ein Maß für die biologische Aktivität der Wassermassen. Phytoplankton und Makroalgen im Wasser produzieren durch Photosynthese massenhaft Sauerstoff . Bakterien und eukaryotische Organismen (Zooplankton, Fische) verbrauchen diesen Sauerstoff durch die Zellatmung . Das Ergebnis dieser beiden Mechanismen bestimmt die Konzentration des gelösten Sauerstoffs, der wiederum auf die Produktion von Biomasse hinweist. Die Differenz zwischen der physikalischen Sauerstoffkonzentration im Wasser (oder der theoretischen Konzentration, wenn es keine lebenden Organismen gäbe) und der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration wird als biochemischer Sauerstoffbedarf bezeichnet. Der Winkler-Test ist oft umstritten, da er nicht 100% genau ist und der Sauerstoffgehalt von Test zu Test schwanken kann, obwohl dieselbe konstante Probe verwendet wird.

Chemische Prozesse

Im ersten Schritt wird einer Umweltwasserprobe Mangan(II)-sulfat (48 % des Gesamtvolumens) zugesetzt. Als nächstes wird Kaliumjodid (15% in Kaliumhydroxid 70%) zugegeben, um einen rosa-braunen Niederschlag zu erzeugen. In der alkalischen Lösung oxidiert gelöster Sauerstoff Mangan(II)-Ionen in den vierwertigen Zustand.

2 Mn 2+ (wässrig) + O 2 (wässrig) + 2 H 2 O (l) → 2 MnO(OH) 2(s)

Mn wurde zu 4+ oxidiert und MnO(OH) 2 erscheint als brauner Niederschlag. Es besteht eine gewisse Unsicherheit darüber, ob das oxidierte Mangan vierwertig oder dreiwertig ist . Einige Quellen behaupten, dass Mn(OH) 3 der braune Niederschlag ist, aber hydratisiertes MnO 2 kann auch die braune Farbe ergeben.

4 Mn(OH) 2 (s) + O 2 (wässrig) + 2 H 2 O → 4 Mn(OH) 3 (s)

Der zweite Teil des Winkler-Tests reduziert (säuert) die Lösung. Der Niederschlag löst sich wieder in Lösung auf, wenn H + mit O 2− und OH − reagiert , um Wasser zu bilden.

MnO(OH) 2(s) + 4 H + (wässrig) → Mn 4+ (wässrig) + 3 H 2 O (l)

Die Säure erleichtert durch den braunen, manganhaltigen Niederschlag die Umwandlung des Jodidions in elementares Jod.

Das von der Säure gebildete Mn(SO 4 ) 2 wandelt die Jodid-Ionen in Jod um, das im sauren Milieu selbst wieder zu Mangan(II)-Ionen reduziert wird.

Mn(SO 4 ) 2 + 2 I − (wässrig) → Mn 2+ (wässrig) + I 2 (wässrig) + 2 SO 4 2− (wässrig)

Thiosulfat wird zusammen mit einem Stärkeindikator verwendet, um das Jod zu titrieren .

2 S 2 O 3 2− (wässrig) + I 2 → S 4 O 6 2− (wässrig) + 2 I − (wässrig)

Analyse

Aus den obigen stöchiometrischen Gleichungen können wir Folgendes finden:

1 Mol O 2 → 2 Mol MnO(OH) 2 → 2 Mol I 2 → 4 Mol S 2 O 3 2−

Daher können wir, nachdem wir die Molzahl des produzierten Jods bestimmt haben, die Molzahl der Sauerstoffmoleküle berechnen, die in der ursprünglichen Wasserprobe vorhanden sind. Der Sauerstoffgehalt wird normalerweise in Milligramm pro Liter (mg/L) angegeben.

Einschränkungen

Der Erfolg dieses Verfahrens hängt entscheidend von der Art und Weise ab, in der die Probe manipuliert wird. In allen Phasen müssen Schritte unternommen werden, um sicherzustellen, dass weder Sauerstoff in die Probe eingeführt wird noch aus ihr verloren geht. Darüber hinaus muss die Wasserprobe frei von gelösten Stoffen sein , die Jod oxidieren oder reduzieren .

Instrumentelle Methoden zur Messung von gelöstem Sauerstoff haben die Routineanwendung des Winkler-Tests weitgehend verdrängt, obwohl der Test immer noch zur Überprüfung der Gerätekalibrierung verwendet wird.

BSB 5

Zur Bestimmung des fünftägigen biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB 5 ) werden mehrere Verdünnungen einer Probe vor und nach einer fünftägigen Inkubationszeit bei 20 °C im Dunkeln auf gelösten Sauerstoff analysiert. In einigen Fällen werden Bakterien verwendet, um eine standardisierte Gemeinschaft bereitzustellen, um Sauerstoff aufzunehmen, während sie das organische Material in der Probe verbrauchen; diese Bakterien werden als "Samen" bezeichnet. Die Differenz des Sauerstoffgehalts und der Verdünnungsfaktor werden zur Berechnung des BSB 5 verwendet . Die resultierende Zahl (normalerweise in Teilen pro Million oder Milligramm pro Liter angegeben) ist nützlich, um die relative organische Konzentration von Abwasser oder anderen verschmutzten Wässern zu bestimmen.

Der BSB 5- Test ist ein Beispiel für eine Analyse, die Materialklassen in einer Probe bestimmt.

Winkler-Flasche

Eine Winkler-Flasche ist ein speziell für die Durchführung des Winkler-Tests hergestelltes Laborglas . Diese Flaschen haben einen konischen Deckel und einen eng anliegenden Stopfen, um beim Verschließen des Deckels Luftblasen auszuschließen. Dies ist wichtig, da Sauerstoff in eingeschlossener Luft in die Messung eingeschlossen würde und die Genauigkeit des Tests beeinträchtigen würde.

Verweise

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