L'analisi dell'acqua può essere effettuata su diverse fonti di acqua, come acqua potabile, acqua di mare, acqua di falda o acqua di superficie. Vengono spesso effettuate per verificare che soddisfino i parametri di qualità stabiliti dalle norme di sicurezza e per individuare eventuali contaminazioni o problemi di qualità.
Le analisi dell'acqua possono essere effettuate utilizzando diverse tecniche, come:
Analisi chimiche: queste analisi determinano la presenza di sostanze chimiche come metalli, nutrienti, pesticidi e altre sostanze chimiche presenti nell'acqua.
Analisi fisiche: queste analisi determinano le caratteristiche fisiche dell'acqua, come il pH, la durezza, la conducibilità elettrica e la temperatura.
Analisi microbiologiche: queste analisi determinano la presenza di microbi, come batteri, virus e parassiti, che possono contaminare l'acqua e causare problemi di salute.
OBIETTIVI: analisi quantitativa per verificare limiti emissione di metalli pesanti delle acque reflue tramite AAS - Spettrofotometria assorbimento atomico
Alessio Turchetti
Campione n°4
Inizio prova: 18/12/2020
Fine prova: 08/01/2020
APPARECCHIATURA E REAGENTI:
§ Spettrofotometro contrAA 300
§ Matracci tarati da 100 (+/- 0.06) mL e 50 (+/- 0.06) mL
§ Pipetta tarata da 10 (+/- 0.02) mL
§ Micropipette da 0.01mL, 0.5mL, 0.1mL e 1mL
§ Std Cu da 1000ppm
§ Std Pb da 1000ppm
§ Std Zn da 1000ppm
§ Std Co da 1000ppm
§ Acido nitrico al 65% puro
PROCEDURA:
QUALITATIVA:
Come prima operazione ho eseguito un’analisi qualitativa per identificare i metalli presenti nel campione ad una concentrazione superiore al limite di rilevabilità dello strumento. Lo spettrofotometro AAS ha indicato la presenza di livelli elevati di Cu, Pb e Co.
Anche lo zinco aveva dato un’assorbanza pari a 0,02891, che comunque è molto inferiore agli altri metalli e probabilmente è dovuta al rumore di fondo. Comunque per controllo nel primo std ho aggiunto 0.1 ppm di Zn per rilevare l’assorbanza la quale è risultata di 0.04824, quindi circa il doppio del campione. Il valore di assorbanza di Zn nel bianco di riferimento è 0.01025.
QUANTITATIVA:
Per costruire la retta di taratura dei tre metalli rilevati con la qualitativa ho calcolato il limite inferiore di rilevabilità dello strumento per i vari metalli e poi preso tre matracci da 100.00 +/- 0.06 mL e per ognuno ho aggiunto concentrazioni crescenti degli standard dei tre metalli. Per ogni metallo ho selezionato la riga analitica più sensibile.
RETTA DI TARATURA Cu:
Std=1000ppm - LIR=0.034*3= 0.1mg/L - Linea misura spettrofotometro=324.7540nm
I tre standard hanno concertazioni di 0.099, 0.495 e 0.99ppm.
y=0.1535174x+0.0005837 R2=0.998980664
RETTA DI TARATURA Pb:
Std=1000ppm - LIR=0.153*3= 0.46mg/L - Linea misura spettrofotometro=217.0005nm
I tre standard hanno concertazioni di 0.495, 0.693 e 0.99ppm.
y=0.0310352x+0.0002594 R2=0.995549980
RETTA DI TARATURA Co:
Std=1000ppm - LIR=0.06*3= 0.2mg/L - Linea misura spettrofotometro=240.7254nm
I tre standard hanno concertazioni di 0.198, 0.495 e 0.99ppm.
y=0.0615687x+0.0018920 R2=0.972119103
I matracci sono stati portati a volume dopo aver aggiunto tutti gli std con H2O distillata e poi in seguito ho aggiunto 1mL di HNO3 (con una micropippetta da 1 mL) che serve a preservare gli std e permette di svolgere l’analisi i giorni seguenti. Dopo aver misurato con l’AAS i valori delle varie soluzioni standard ho analizzato il campione, il quale aveva i valori di tutti e tre i metalli oltre la retta di taratura. Allora ho svolto una diluizione 1:5, 1:10 e infine 1:20.
In questo caso ho usato la fiamma aria-acetilene e la sorgente luminosa era data da una lampada a spettro continuo ad arco corto allo xeno, che permette analisi di una grande serie di elementi senza dover cambiare la lampada.
TABELLA:
Metalli misurati - Metodica - Unità di misura - Valore trovato - Limite inferiore rilevabilità
Cu CNR IRSA 3250 A - mg/L 20.203 - 0.100
Pb CNR IRSA 3230 A - mg/L 9.295 - 0.500
Co CNR IRSA 3140 A - mg/L 11.456 - 0.200
Metalli misurati - Unità di misura- Valore limite TAB.4 - Valore vero - Errore percentuale
Cu mg/L
0.1
20
1.015%
Pb mg/L
0.1
10
7.050%
Co mg/L
Non tabellato
10
14.56%
Livello di confidenza: 95.4%
CONCLUSIONI:
Il rame e il piombo presenti in questo determinato campione presentano concentrazioni molto maggiori rispetto i limiti di legge presenti nella tabella 4.
Conoscendo il valore vero, i dati riscontrati rientrano abbondantemente sotto il 30% di errore. Comunque i risultati si discostano leggermente rispetto al valore vero e questo è dovuto ad una serie di errori, che possono essere strumentali o possono essere avvenuti durante la preparazione degli standard o durante le diluizioni del campione originale.
Un’altra fonte di errore potrebbe essere la ionizzazione del campione, che comunque dovrebbe essere abbastanza bassa visto le temperature non elevate e che gli elementi analizzati non sono metalli alcalino e alcalino terrosi.
Per quanto riguarda il cobalto, il software dello spettrofotometro indica come la presenza di elevate concentrazioni di metalli di transizione e metalli pesanti diminuisce la sensibilità dell’analisi, aumentando l’errore.
Infine guardando gli errori e confrontandoli con la qualità delle rette di taratura (attraverso R2, o coefficiente di determinazione, cioè un valore che tende verso 1 all’aumentare della correlazione tra i vari punti della retta) ho notato che al diminuire di R2, e quindi della qualità degli standard, l’errore relativo aumentava. Questo può essere dovuto, in piccola parte al portare a volume i vari matracci, ma probabilmente nel prelevamento delle soluzioni standard attraverso l’uso delle micropippette.
Infatti, un piccolo errore nel prelevare 0.01mL da una soluzione concentrata di 1000ppm può portare ad un grande errore, basta che solo una piccola parte della soluzione non si trasferisca correttamente e la concentrazione dello std diminuisce notevolmente.
Per ridurre questa interferenza sarebbe da ripetere l’analisi preparando una soluzione madre più diluita per poi preparare i vari standard oppure pesare la soluzione prelevata con la bilancia analitica per poi ricavare il volume dividendo la massa per la densità.
OBIETTIVI:
Determinare la concentrazione di COD presente in un campione attraverso una titolazione.
Verificare la precisione e l'accuratezza della titolazione utilizzata per la determinazione del COD.
Confrontare i risultati ottenuti con i limiti di legge per il rilascio del campione nel sistema di scarico.
Identificare eventuali fonti di errore nella procedura di titolazione e proporre soluzioni per migliorare la precisione dei risultati.
Valutare l'efficacia di eventuali trattamenti di pretrattamento del campione sulla riduzione della concentrazione di COD.
INTRODUZIONE:
La domanda chimica di ossigeno (COD) è un parametro che permette di valutare in modo indiretto la concentrazione delle sostanze organiche e inorganiche chimicamente ossidabili presenti in una soluzione acquosa. Il COD rappresenta, quindi, la misura dell’ossigeno necessario ad ossidare chimicamente le sostanze presenti in un campione, per mezzo di un ossidante forte in ambiente acido a caldo. Il valore di COD è ampiamente utilizzato per valutare la qualità delle acque superficiali naturali e di scarico, nonché per controllare l'efficacia degli impianti di trattamento delle acque. La legge italiana consente lo scarico nei sistemi fognari di acqua il cui COD non sia superiore a 500 mg/L. Acque aventi valori superiori devono essere previamente trattate in modo da rimuoverne gli inquinanti. Per lo scarico in acque superficiali (fiumi, ecc.) il limite ammesso è pari a 160 mg/L (D.Lgs.152/06 - Allegato 5 alla parte terza, tabella 3).
Il campione in un ambiente fortemente ossidante viene lasciato reagire per 120 minuti ad una temperatura tale da mantenerla in ebollizione, in modo tale da far avvenire l’ossidazione. La determinazione del COD viene effettuata mediante retro titolazione in presenza di ferroina, l’indicatore, dell'eccesso di bicromato, posto precedentemente a reagire in condizioni controllate con la soluzione in esame. La quantità di sostanze ossidabili è proporzionale alla quantità di bicromato consumato nel corso della reazione.
APPARECCHIATURE E REATTIVI
- Termoreattore per COD: E’ formato da un blocco di alluminio di forma cilindrica che ho sei fori di diametro e profondità tali da permettere l’introduzione delle provette cilindriche per circa metà della loro altezza. La temperatura durante la prova viene mantenuta costante a 150 °C per 120 minuti.
- Provette cilindriche e condensatore a ricadere in vetro
- Buretta in vetro da 50 mL con sensibilità 0,05 mL
- Agitatore magnetico
- Beuta da 500 mL a collo largo
- Acqua distillata
- Acido solforico 96%
- Mercurio solfato e argento solfato
- Bicromato di potassio - K2Cr2O7 – 12,231g - 0,2496 N
- Idrogeno ftalato di potassio C8H5KO4
- Soluzione di sale di Mohr (ferro(II) ammonio solfato esaidrato) - 0,125 N
49,02g di (NH4)2Fe(SO4)2 · 6 H2O in 500,0 mL - Il titolo esatto viene verificato con una soluzione di bicromato di potassio a titolo noto. La soluzione non è stabile nel tempo e deve essere impiegata nell’arco della giornata o si deve eseguire un’ulteriore verifica il giorno della prova.
- Indicatore Ferroina: 1.485g ± 0,01 g di orto fenantrolina monoidrata e 694mg di solfato di ferro eptaidrato in 100mL di acqua distillata.
Introdurre nella provetta il campione:
20,00 mL di H2O
10,00 mL di soluzione di bicromato 0,250N
30,00 mL di soluzione solforica di H2SO4
AgSO4 che funge da catalizzatore
Una punta di spatola di HgSO4 che reagisce con i cloruri per formare un composto insolubile, per bloccare la loro interferenza nella titolazione.
Inserire il condensatore a ricadere nella provetta e posizionare la provetta nel termoreattore per COD. Riscaldare il campione a 150°C per 120 minuti, in modo da far avvenire l'ossidazione delle sostanze organiche e inorganiche presenti nel campione. Dopo la reazione, rimuovere la provetta dal termoreattore e lasciarla raffreddare a temperatura ambiente.
Determinazione del COD mediante titolazione
Si trasferisce il contenuto della provetta in una beuta da 50 mL lavando la provetta più volte con acqua distillata. Poi si titola con soluzione di sale di Mohr in presenza di 4/5 gocce di indicatore Ferroina fino a viraggio, da giallo/verde, a rosso mattone. I mL di titolante usati sono chiamati Vc. Parallelamente si effettua una seconda determinazione del COD usando acqua distillata al posto del campione. Si chiamerà Vb il volume di titolante usato per il bianco e per esso il COD è uguale a zero e quindi si determinerà la quantità di ferro ammonio solfato che occorre per titolare l’acqua distillata. Inoltre un campione sarà costituito da uno standard preparato con C8H5KO4 (0,13409g in 20,00mL).
Il valore del COD si calcola nel seguente modo:
COD mg/L = 8000 x N x (Vb – Vc) x Fc /Vcampione
Dove N è la normalità della soluzione titolante pari a 0,125N, Vb è il volume usato per la titolazione di un campione di acqua distillata, Vc è il volume usato per titolare il campione, Vcampione è il volume inserito nella beuta di campione ed è 20,00mL e Fc è il fattore correttivo (20/n=0,966 per questa prova, dove n è uguale a 20.8mL cioè il volume di titolante della soluzione di bicromato). 8000 è il fattore di conversione per la concentrazione di COD in mg/L.
CAMPIONE
VOLUME TITOLANTE
COD
BIANCO
16,4mL
0
STD
/
>LSR
FOSSO 3F
15,6mL
38,64
FOSSO 4F
15,6mL
38,64
RIFIUTO 5R-diluito 1:4
/
>LSR
RIFUTO 4R-diluito 1:2
/
>LSR
CONCLUSIONI:
L'esperimento condotto per determinare la concentrazione di COD presente nei campioni ha evidenziato alcune criticità. I due campioni provenienti dai rifiuti, nonostante le diluizioni effettuate, hanno mostrato valori di COD oltre il limite di rivelabilità, insieme alla soluzione standard. Pertanto, la prova è da ripetere utilizzando ulteriori diluizioni dei campioni provenienti dai rifiuti e una soluzione standard più diluita, con un valore di COD impostato a 150/180, anziché 800 come nella soluzione precedente.
I campioni provenienti dal fosso hanno invece mostrato un valore di COD pari a 38,64. Sebbene siano state effettuate altre analisi il risultato è sempre stato compreso tra i valori di 30 e 40. Il dato è da ritenersi positivo in quanto il corso d'acqua scorre in una zona altamente antropizzata.