يُعدّ قياس الطيف الضوئي بتقنية DPD الطريقة القياسية للكشف عن الكلور المتبقي الحر والكلور المتبقي الكلي في المعيار الوطني الصيني "مصطلحات جودة المياه وطرق التحليل" GB11898-89، الذي طُوّر بالاشتراك بين الجمعية الأمريكية للصحة العامة، والجمعية الأمريكية لأعمال المياه، واتحاد مكافحة تلوث المياه. وفي كتاب "طرق الاختبار القياسية للمياه ومياه الصرف الصحي" المُحرّر، طُوّرت طريقة DPD منذ الطبعة الخامسة عشرة، وهي مُوصى بها كطريقة قياسية لاختبار ثاني أكسيد الكلور.
مزايا طريقة DPD
يمكن لهذه الطريقة فصل ثاني أكسيد الكلور عن أشكال الكلور الأخرى (بما في ذلك الكلور المتبقي الحر، والكلور المتبقي الكلي، والكلوريت، وغيرها)، مما يُسهّل إجراء الاختبارات اللونية. مع أن هذه الطريقة ليست دقيقة كالمعايرة الأمبيرومترية، إلا أن نتائجها كافية لمعظم الأغراض العامة.
مبدأ
في ظل ظروف الرقم الهيدروجيني 6.2-6.5، يتفاعل ثاني أكسيد الكلور (ClO2) أولًا مع ثنائي فينيل بيريدين (DPD) لتكوين مركب أحمر، لكن الكمية الظاهرة لا تتجاوز خُمس إجمالي محتوى الكلور المتاح فيه (أي ما يعادل اختزال ClO2 إلى أيونات الكلوريت). عند تحميض عينة ماء بوجود اليوديد، يتفاعل الكلوريت والكلورات أيضًا، وعند معادلة الحموضة بإضافة البيكربونات، يتوافق اللون الناتج مع إجمالي محتوى الكلور المتاح في ClO2. يمكن تثبيط تأثير الكلور الحر بإضافة الجليسين، حيث أن الجليسين قادر على تحويل الكلور الحر مباشرةً إلى حمض أميني أسيتيك مكلور، دون أن يؤثر على ClO2.
محلول قياسي من يودات البوتاسيوم، 1.006 جم/لتر: وزن 1.003 جم من يودات البوتاسيوم (KIO3، مجففة عند 120~140 درجة مئوية لمدة ساعتين)، وتذويبها في ماء عالي النقاء، ونقلها إلى حجم 1000 مل.
قم بتخفيف المحلول في دورق القياس حتى العلامة واخلطه.
محلول قياسي من يودات البوتاسيوم، 10.06 ملغم/لتر: خذ 10.0 مل من المحلول الأصلي (4.1) في دورق حجمي سعة 1000 مل، أضف حوالي 1 غرام من يوديد البوتاسيوم (4.5)، أضف الماء حتى العلامة، ثم اخلط. حضّر المحلول في يوم الاستخدام في زجاجة بنية اللون. يحتوي 1.00 مل من هذا المحلول القياسي على 10.06 ميكروغرام من KIO3، وهو ما يعادل 1.00 ملغم/لتر من الكلور المتاح.
محلول الفوسفات المنظم: يُذاب 24 غ من فوسفات ثنائي الصوديوم الهيدروجيني اللامائي و46 غ من فوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيوم اللامائي في ماء مقطر، ثم يُخلط المزيج مع 100 مل من الماء المقطر المحتوي على 800 ملغ من ملح ثنائي الصوديوم EDTA. يُخفف المحلول بالماء المقطر حتى يصل حجمه إلى لتر واحد، ويمكن إضافة 20 ملغ من كلوريد الزئبق أو قطرتين من التولوين لمنع نمو العفن. إضافة 20 ملغ من كلوريد الزئبق تُزيل تداخل آثار اليود التي قد تبقى عند قياس الكلور الحر. (ملاحظة: كلوريد الزئبق مادة سامة، لذا يُرجى التعامل معها بحذر وتجنب ابتلاعها).
مؤشر N,N-ثنائي إيثيل-بارا-فينيلين ديامين (DPD): يُذاب 1.5 غرام من كبريتات DPD الخماسية المائية أو 1.1 غرام من كبريتات DPD اللامائية في ماء مقطر خالٍ من الكلور يحتوي على 8 مل من حمض الكبريتيك و200 ملغ من ملح ثنائي الصوديوم EDTA، ويُخفف إلى لتر واحد، ويُحفظ في زجاجة بنية اللون، ويُخزن في مكان مظلم. عند تلاشي المؤشر، يجب إعادة تكوينه. يُفحص امتصاص العينات المرجعية بانتظام.
إذا تجاوزت قيمة الامتصاص للعينة المرجعية عند 515 نانومتر 0.002/سم، فيجب التخلي عن عملية إعادة التركيب.
يوديد البوتاسيوم (بلورات KI)
محلول زرنيخيت الصوديوم: يُذاب 5.0 غرام من NaAsO2 في الماء المقطر ويُخفف إلى لتر واحد. ملاحظة: NaAsO2 مادة سامة، تجنب ابتلاعها!
محلول ثيوأسيتاميد: قم بإذابة 125 ملغ من ثيوأسيتاميد في 100 مل من الماء المقطر.
محلول الجليسين: يُذاب 20 غرامًا من الجليسين في ماء خالٍ من الكلور ويُخفف إلى 100 مل. يُحفظ مجمدًا. يجب إعادة تكوينه عند حدوث تعكر.
محلول حمض الكبريتيك (حوالي 1 مول/لتر): قم بإذابة 5.4 مل من حمض الكبريتيك المركز في 100 مل من الماء المقطر.
محلول هيدروكسيد الصوديوم (حوالي 2 مول/لتر): قم بوزن 8 غرام من هيدروكسيد الصوديوم وقم بإذابته في 100 مل من الماء النقي.
منحنى المعايرة (العمل)
أضف إلى سلسلة من 50 أنبوبًا لونيًا 0.0، 0.25، 0.50، 1.50، 2.50، 3.75، 5.00، 10.00 مل من محلول يودات البوتاسيوم القياسي، على التوالي. أضف حوالي 1 غرام من يوديد البوتاسيوم و0.5 مل من محلول حمض الكبريتيك، واخلط المكونات واتركها لمدة دقيقتين. ثم أضف 0.5 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم وخفف المحلول إلى العلامة. تُعادل التراكيز في كل أنبوب، على التوالي، 0.00، 0.05، 0.10، 0.30، 0.50، 0.75، 1.00، و2.00 ملغم/لتر من الكلور المتاح. أضف 2.5 مل من محلول الفوسفات المنظم و2.5 مل من محلول مؤشر DPD، واخلط جيداً، ثم قم بقياس الامتصاصية فوراً (خلال دقيقتين) عند 515 نانومتر باستخدام خلية قياس بطول بوصة واحدة. ارسم منحنى قياسياً، ثم أوجد معادلة الانحدار.
خطوات التحديد
ثاني أكسيد الكلور: أضف 1 مل من محلول الجليسين إلى 50 مل من عينة الماء واخلطها، ثم أضف 2.5 مل من محلول الفوسفات المنظم و2.5 مل من محلول مؤشر DPD، واخلط جيدًا، وقم بقياس الامتصاص على الفور (في غضون دقيقتين) (القراءة هي G).
ثاني أكسيد الكلور والكلور الحر المتاح: خذ عينة أخرى من الماء بحجم 50 مل، وأضف 2.5 مل من محلول الفوسفات المنظم و2.5 مل من محلول مؤشر DPD، واخلط جيدًا، وقم بقياس الامتصاص على الفور (في غضون دقيقتين) (القراءة هي A).
7.3 ثاني أكسيد الكلور، والكلور الحر المتاح، والكلور المرتبط المتاح: خذ 50 مل أخرى من عينة الماء، وأضف حوالي 1 غرام من يوديد البوتاسيوم، وأضف 2.5 مل من محلول الفوسفات المنظم و2.5 مل من محلول مؤشر DPD، واخلط جيدًا، وقم بقياس الامتصاص على الفور (في غضون دقيقتين) (القراءة هي C).
إجمالي الكلور المتاح بما في ذلك ثاني أكسيد الكلور الحر، والكلوريت، والكلور المتبقي الحر، والكلور المتبقي المركب: بعد الحصول على القراءة C، أضف 0.5 مل من محلول حمض الكبريتيك إلى عينة الماء في نفس الزجاجة اللونية، واخلط. بعد تركها لمدة دقيقتين، أضف 0.5 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم، واخلط وقم بقياس الامتصاص على الفور (القراءة هي D).
ClO2=1.9G (محسوبة على أنها ClO2)
الكلور الحر المتاح = AG
الكلور المتاح المركب = CA
إجمالي الكلور المتاح = د
الكلوريت = D-(C+4G)
تأثيرات المنجنيز: يُعد أكسيد المنجنيز أهم المواد المتداخلة في مياه الشرب. بعد إضافة محلول الفوسفات المنظم (4.3)، أضف 0.5-1.0 مل من محلول أرسنيت الصوديوم (4.6)، ثم أضف مؤشر DPD لقياس الامتصاص. اطرح هذه القراءة من القراءة A للتخلص من المنجنيز.
إزالة التداخل الناتج عن أكسيد المنغنيز.
تأثير درجة الحرارة: من بين جميع الطرق التحليلية الحالية التي يمكنها التمييز بين ثاني أكسيد الكلور (ClO2) والكلور الحر والكلور المرتبط، بما في ذلك المعايرة الأمبيرومترية والطريقة اليودية المستمرة، تؤثر درجة الحرارة على دقة التمييز. فعند ارتفاع درجة الحرارة، يُحفز الكلور المرتبط (الكلورامين) على المشاركة في التفاعل مبكرًا، مما يؤدي إلى نتائج أعلى لثاني أكسيد الكلور، وخاصة الكلور الحر. تتمثل الطريقة الأولى للتحكم في درجة الحرارة في ضبطها. عند حوالي 20 درجة مئوية، يمكن إضافة ثنائي فينيل بارابين (DPD) إلى عينة الماء وخلطها، ثم إضافة 0.5 مل من محلول ثيوأسيتاميد (4.7) مباشرةً لإيقاف تفاعل الكلور المرتبط المتبقي (الكلورامين) الناتج عن ثنائي فينيل بارابين.
تأثير زمن قياس الألوان: من جهة، يكون اللون الأحمر الناتج عن مؤشر ClO2 وDPD غير مستقر. فكلما كان اللون أغمق، تلاشى أسرع. ومن جهة أخرى، مع مرور الوقت، يتلاشى كل من محلول الفوسفات المنظم ومؤشر DPD نتيجةً لاختلاطهما، مما ينتج عنه لون أحمر زائف. وقد أظهرت التجارب أن عدم استقرار اللون هذا، المرتبط بالزمن، يُعد سببًا رئيسيًا لانخفاض دقة البيانات. لذا، يُعد تسريع كل خطوة من خطوات التشغيل مع التحكم في توحيد الوقت المستخدم في كل خطوة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الدقة. ووفقًا للتجارب: يكون تطور اللون مستقرًا لمدة تتراوح بين 10 و20 دقيقة عند تركيز أقل من 0.5 ملغم/لتر، ولمدة تتراوح بين 3 و5 دقائق عند تركيز 2.0 ملغم/لتر، ولمدة تقل عن دقيقة واحدة عند تركيز أعلى من 5.0 ملغم/لتر.
الLH-P3CLOيتم توفيرها حاليًا من قبل شركة ليان هوا وهي عبارة عن جهاز محمولمقياس الكلور المتبقيالتي تتوافق مع طريقة قياس الضوء DPD.
لقد قام جهاز التحليل بضبط الطول الموجي والمنحنى مسبقًا. ما عليك سوى إضافة الكواشف وإجراء قياس الألوان للحصول بسرعة على نتائج الكلور المتبقي، والكلور المتبقي الكلي، وثاني أكسيد الكلور في الماء. كما يدعم الجهاز التشغيل بالبطارية أو بالكهرباء الداخلية، مما يجعله سهل الاستخدام سواء في الهواء الطلق أو في المختبر.
تاريخ النشر: 24 مايو 2024
