水中溶氧檢測方法─碘定量法

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  • 時間:2009/7/29 下午 04:25:00
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水中溶氧檢測方法─碘定量法 

一、方法概要

  水樣採集於具有玻璃瓶塞的瓶子內,加入硫酸亞錳溶液及鹼性碘化物後生成氫氧化亞錳,此時水中溶氧快速地將等價量且散佈於水中的氫氧化亞錳,氧化成更高價的錳氧化物而產生沈澱。當水樣加入濃硫酸,進一步變為酸性且有碘離子存在時,氧化的錳離子會回復為二價的狀態,同時釋放出與溶氧等價量的碘分子。此時可以用硫代硫酸鈉標準溶液滴定碘分子,求得溶氧量。

二、適用範圍

  本方法適用於放流水、廢污水及地面水中溶氧的測定。

三、干擾

  當樣品中有氧化或還原物質存在時。特定的氧化試劑會將碘離子氧化為碘分子(正干擾),而部分還原試劑則會將碘分子還原為碘離子(負干擾)。當氧化的錳離子沈澱物被酸化時,大部分的有機物質會同時產生部分氧化,而引起負誤差。

四、設備

(一)凱末爾型( Kemmeret )或同等級採樣器或如附圖之採樣器。

(二)BOD瓶:容量 250 或 300 mL,具有磨砂口玻璃瓶蓋者。

(三)量瓶:100 mL,1L。

(四)移液管:1.0 mL。

(五)燒杯、三角瓶。

(六)滴定裝置:滴定管刻度至 0.05 mL。

(七)溫度計。

(八)磁石、磁攪拌器。

(九)天平:可精秤至 0.1 mg。

五、試劑

(一)試劑水:一般蒸餾水。

(二)濃硫酸:分析級。

(三)疊氮化鈉溶液:溶解 2g 疊氮化鈉於 100mL 試劑水。

(四)硫酸亞錳溶液:溶解 480g 硫酸亞錳(MnSO4.4H2O)或 400g MnSO4.2H2O 或 364g MnSO4.H2O 於試劑水,過濾後定容至 1L。此硫酸亞錳溶液若加入已酸化之碘化鉀之溶液及澱粉指示劑,不應產生顏色。

(五)鹼性碘化物溶液:溶解 500g 氫氧化鈉(或 700g 氫氧化鉀)與135g 碘化鈉(或 150g 碘化鉀)於試劑水中,並定容至 1L。鈉鹽與鉀鹽可以互相替換使用。此溶液在稀釋並酸化後若加入澱粉指示劑,不應產生顏色。

(六)澱粉指示劑:取 2g 試藥級可溶性澱粉於燒杯,加入少量試劑水攪拌成乳狀液後倒入於 100mL 沸騰之試劑水中,煮沸數分鐘後靜置一夜,加入 0.2g 水楊酸(salicylic acid)保存之。

(七)硫代硫酸鈉滴定溶液,約 0.025M:溶解 6.205g 硫代硫酸鈉(Na2S2O3.5H2O)於試劑水中,加入 1.5mL 6N 氫氧化鈉溶液(或 0.4 g 固體氫氧化鈉),並以試劑水定容至 1000mL,貯存於棕色瓶。使用前用碘酸氫鉀溶液標定。

硫代硫酸鈉溶液之標定:

  在三角瓶內溶解約 2g 不含碘酸鹽之碘化鉀於 100 至 150mL 試劑水,加入 1mL 6N 硫酸或數滴濃硫酸及 20.00mL 碘酸氫鉀標準溶液,以試劑水稀釋至約 200mL,隨即以硫代硫酸鈉滴定溶液滴定所釋出的碘,在接近滴定終點(即呈淡黃色)時,加入澱粉指示劑,繼續滴定至藍色消失(註一)。

(八)碘酸氫鉀標準溶液,0.0021M:溶解 812.4mg 分析級碘酸氫鉀(KH(IO32)於試劑水中,定容至 1000mL。

六、採樣與保存

(一)要非常小心地採集樣品,採樣的方法應依據樣品來源決定。勿使樣品一直接觸空氣或是被攪動,兩者都會使它的氣體含量改變。在採集任何深度的溪水、湖水、蓄池水和採集鍋爐水時,均需要使用適當的採樣方法以避免壓力和溫度的改變。

(二)在採集表面水時,可以使用附有玻璃磨砂口尖頭瓶塞的 300mL窄口 BOD 瓶收集水樣,並避免帶入或溶解大氣中的氧。

(三)採集具有壓力的管線水樣,可以使用玻璃管或橡皮管連接水龍頭,另一端延伸至瓶底,讓水樣溢流瓶子體積的二或三倍,然後蓋上瓶塞,如此可以避免氣泡留在瓶內。

(四)圖一為適合採集溪水、池水或適當深度的蓄池水之採樣器。當採集水深超過兩公尺之水樣時,可以使用凱末爾型(Kemmerer type)或同等級採樣器。水樣經由連接採樣器底端的管子流到BOD瓶的瓶底,使水樣溢流(大約十秒),同時應防止攪動和形成氣泡。

(五)記錄採樣時的水溫至 0.1℃ 或更精確。

(六)所有樣品應於採樣後立即依七、步驟(一)至步驟(三)測定溶氧。若樣品無法立即測定時,於採樣後應添加 0.7mL 濃硫酸和 1mL 疊氮化鈉溶液(溶解 2g 疊氮化鈉於 100mL 試劑水)於 BOD 瓶內,BOD 瓶在溫度為 10℃ 至 20℃,以水封方式保存,可以保存四至八小時。

七、步驟

(一)在 BOD 瓶中加入 2mL 硫酸亞錳溶液後,加入 3mL 鹼性碘化物溶液。小心加蓋勿遺留氣泡,上下倒置 BOD 瓶數次,使混合均勻。靜待沉澱物下沉(約半瓶的體積)。

(二)打開瓶蓋,加入 2mL 濃硫酸,加蓋後上下倒置 BOD 瓶數次直到沉澱物完全溶解。

(三)由 BOD 瓶中取適量水樣(全量或 205mL)置於三角瓶內,以標定過之硫代硫酸鈉滴定溶液滴定至淡黃色,加入幾滴澱粉指示劑,繼續滴定至第一次藍色消失時,即為滴定終點。若超過滴定終點時,可用 0.0021M 碘酸氫鉀溶液反滴定,或再加入一定體積水樣繼續滴定。

八、計算

(一)計算溶氧量之公式。

溶氧量溶氧量計算公式(註二)

A =水樣消耗之硫代硫酸鈉滴定溶液體積 ( mL )

N =硫代硫酸鈉滴定溶液當量濃度(N)=莫耳濃度(M)

1=滴定用的水樣體積(mL)

V=BOD瓶之量 ( mL )

2=在六、採樣與保存(六)與七、步驟(一)所加入試劑的總體積( mL )

(二)依據上述公式,若 Na2S2O3 的標定濃度為 0.025M,取用 205mL滴定時,1mL Na2S2O3=1mg 溶氧/L。

(三)若所得的結果欲以相對飽和程度之百分比表示時,可參考附表之資料。若採樣時的大氣壓力不是在海平面或水中含氯離子不同時,可依附表所列方程式校正之。

九、品質管制

  每批樣品至少作一次重複分析。

十、精密度及準確度

十一、參考資料

(一)American Public Health Association, American Water Work Association & Water Pollution Control Federation. 1995 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th Ed. pp4-97~4-98.

(二)Potter, E.C. & G.E. Everitt. 1957. Advances in dissolved oxygen microanalysis. J. Appl. Chem. 9:642.

(三)Mancy, K.H. & T. Jaffe. 1966. Analysis of Dissolved Oxygen in Natural and Waste Waters., Publ. No. 99-WP-37, U.S. Public Health Serv., Washington. D.C.

(四)Oulman, C.S. & E.R. Baumann. 1956. A colorimetric method for determining dissolved oxygen. Sewage Ind. Wastes 28:1461.

(五)Alsterberg, G. 1925. Methods for the determination of elementary oxygen dissolved in water in the presence of nitrite. Biochem. Z. 159:36.

(六)Rideal, S. & G.G. Stewart. 1901. The determination of dissolved oxygen in wastes in the presence of nitrites and of organic matter. Analyst 26:141.

(七)Ruchhoft, C.C. & W.A. Moore. 1940. The determination of biochemical oxygen demand and dissolved oxygen of river mud suspensions. Ind. Eng. Chem., Anal. Ed. 12:711.

(八)Placak, O.R. & C.C. Ruchhoft.1941. Comparative study of the azide and Rideal-Stewart modifications of the Winkler method in the determination of biochemical oxygen demand. Ind. Eng. Chem., Anal. Ed. 13:12.

(九)Ruchhoft, C.C. & O.R. Placak. 1942. Determination of dissolved oxygen in activated-sludge sewage mixtures. Sewage Works J. 14:638.

 

註一:2IO3-+10I-+12H+&rarr6I2+6H2O

6I2+12S2O32-&rarr 12I-+6S4O62-

1 mmole(IO3-)2=12 mmole S2O32-

硫代硫酸鈉莫耳濃度(M)=硫代硫酸鈉莫耳濃度計算公式

M4=碘酸氫鉀標準溶液濃度(M)

V4=加入碘酸氫鉀標準溶液之體積(mL)

V3=消耗硫代硫酸鈉滴定溶液之總體積(mL)

註二:2Mn(OH)2+O2&rarr2MnO2+2H2O

MnO2+2I-+4H+&rarrMn++I2+2H2O

2S2O32-+I2&rarrS4O62-+2I-

一莫耳氧分子消耗四莫耳硫代硫酸鈉

 

 

附表:在101.3 kPa(即760mm Hg)大氣壓,暴露在含飽和水分之空氣中,不同溫度(℃)及氯度時水中飽和溶氧度(mg/L)

水中飽和溶氧度(mg/L)

水中氯度

Chlorinity

0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

溫度

(℃)

           

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

14.621

14.216

13.829

13.460

13.107

12.770

12.447

12.139

11.843

11.559

11.288

13.728

13.356

13.000

12.660

12.335

12.024

11.727

11.442

11.169

10.907

10.656

12.888

12.545

12.218

11.906

11.607

11.320

11.046

10.783

10.531

10.290

10.058

12.097

11.783

11.483

11.195

10.920

10.656

10.404

10.162

9.930

9.707

9.493

11.355

11.066

10.790

10.526

10.273

10.031

9.799

9.576

9.362

9.156

8.959

10.657

10.392

10.139

9.897

9.664

9.441

9.228

9.023

8.826

8.636

8.454

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

17.0

18.0

19.0

20.0

11.027

10.777

10.537

10.306

10.084

9.870

9.665

9.467

9.276

9.092

10.415

10.183

9.961

9.747

9.541

9.344

8.153

8.969

8.792

8.621

9.835

9.621

9.416

9.218

9.027

8.844

8.667

8.497

8.333

8.174

9.287

9.089

8.899

8.716

8.540

8.370

8.207

8.049

7.896

7.749

8.769

8.586

8.411

8.242

8.079

7.922

7.770

7.624

7.483

7.346

8.279

8.111

7.949

7.792

7.642

7.496

7.356

7.221

7.090

6.964

水中氯度

Chlorinity

0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

溫度

(℃)

           

21.0

22.0

23.0

24.0

25.0

26.0

27.0

28.0

29.0

30.0

31.0

32.0

33.0

34.0

35.0

36.0

37.0

38.0

39.0

40.0

8.915

8.743

8.578

8.418

8.263

8.113

7.968

7.827

7.691

7.559

7.430

7.305

7.183

7.065

6.950

6.837

6.727

6.620

6.515

6.412

8.456

8.297

8.143

7.994

7.850

7.711

7.575

7.444

7.317

7.194

7.073

6.957

6.843

6.732

6.624

6.519

6.416

6.316

6.217

6.121

8.021

7.873

7.730

7.591

7.457

7.327

7.201

7.079

6.961

6.845

6.733

6.624

6.518

6.415

6.314

6.215

6.119

6.025

5.932

5.842

7.607

7.470

7.337

7.208

7.083

6.962

6.845

6.731

6.621

6.513

6.409

6.307

6.208

6.111

6.017

5.925

5.835

5.747

5.660

5.576

7.214

7.087

6.963

6.844

6.728

6.615

6.506

6.400

6.297

6.197

6.100

6.005

5.912

5.822

5.734

5.648

5.564

5.481

5.400

5.321

6.842

6.723

6.609

6.498

6.390

6.285

6.184

6.085

5.990

5.896

5.806

5.717

5.631

5.546

5.464

5.384

5.305

5.228

5.152

5.078

41.0

42.0

43.0

44.0

45.0

46.0

47.0

48.0

49.0

50.0

 

6.312

6.213

6.116

6.021

5.927

5.835

5.744

5.654

5.565

5.477

6.026

5.934

5.843

5.753

5.665

5.578

5.493

5.408

5.324

5.242

5.753

5.667

5.581

5.497

5.414

5.333

5.252

5.172

5.094

5.016

5.493

5.411

5.331

5.252

5.174

5.097

5.021

4.947

4.872

4.799

5.243

5.167

5.091

5.017

4.944

4.872

4.801

4.730

4.660

4.591

5.005

4.933

4.862

4.793

4.724

4.656

4.589

4.523

4.457

4.392

(一)

此表以三位小數點表示,有助於內插法之使用。

(二)

當大氣壓力不是標準狀態時,可依方程式計算溶氧

溶氧計算方程式

Cp =當非標準狀態時的溶氧量( mg/L )
C =在標準1大氣壓( atm )時的溶氧量( mg/L )
P =不是1大氣壓時的氣壓( atm )
Pwv =水蒸氣壓( atm ),可由方程式求得
1nPwv = 11.8571 - (3840.70/T) - (216961/T2)
T =凱氏溫度(K)
&theta=0.000975-(1.425×10-5t)+(6.436×10-8t2
t=攝氏溫度(℃)
例如:在20℃,0.700 atm且氯度為0時之溶氧量
Cp = C×P(0.990092) = 6.30 mg/L

(三)

氯度( chlorinity )定義

氯度=鹽度/1.80655
海水中,氯度約等於氯離子濃度( g/Kg 溶液)。在廢水中,須先測定導電度離子量以校正其溶氧效果,才能利用此表。

 

DO及BOD採樣器

本文取自行政院環保署檢測方法公告事項
中華民國88年4月28日(88)環署檢字第25627號公告
自中華民國88年7月28日起實施
NIEA W422.51C

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