اندازه گیری دی اکسید کربن در آب

دی اکسید کربن (CO₂)، در دما و فشار استاندارد، به صورت گاز بدون بو است. دی اکسید کربن جزء گازهای کم مقدار جوّ محسوب می شود و به طور متوسط 0.0385 درصد حجم هوا را تشکیل می دهد (معادل ppm₇ 385 یا ppm 582). دی اکسیدکربن، گاز گلخانه ای است و نور مرئی از آن عبور می کند، ولی نور فروسرخ جذب آن می شود. در نتیجۀ فعالیت های انسانی، همچون احتراق سوخت های فسیلی و جنگل زدایی، غلظت CO₂ جوّ رو به رشد است؛ این پدیده به گرم شدن کره زمین و بروز دیگر مشکلات اکولوژیکی منجر می شود. گاز CO₂، در فشار بیش از atm 5.1 به مایع تبدیل می شود، لیکن در فشار atm 1 و در دمای کمتر از ℃ 78- به صورت جامد است. دی اکسید کربن جامد را یخ خشک می نامند. دی اکسید کربن در تولید نوشیدنی های گازدار و بسیاری از صنایع غذایی، پلیمر و نفت کاربرد دارد.

دی اکسید کربن به مقدار نسبتاً کم، در آب حل پذیر است. غلظت اشباع دی اکسید کربن در آب، به دما و میزان ناخالصی آب بستگی دارد و معمولاً کمتر از mg/L 1 است (جدول زیر). غلظت CO₂ در قطرات بارانِ در حال سقوط، قبل از رسیدن به سطح زمین، معمولاً به حد اشباع می رسد.

جدول 1: غلظت اشباع کربن دی اکسید در آب (mg/L)، در دماها و شوری های مختلف و در فشار جوّ mmHg 760

بین گاز دی کسید کربن جوّ و دی اکسید کربن محلول در آب رابطۀ تعادلی زیر برقرار است:

در اثر انحلال دی اکسید کربن در آب، کربنیک اسید تشکیل می شود.

رابطۀ ثابت واکنش آب کافت بالا به صورت زیر است:

در دمای ℃ 25، K_h=1.58×10^-3 که نشانگر تبدیل مقدار اندکی (کمتر از یک درصد) از دی اکسید کربن محلول به کربنیک اسید است. از نظر شیمی تجزیه، تمایز بین CO₂ محلول و H₂CO₃ کار مشکلی است؛ بنابراین مجموع آنها، به عنوان کربنیک اسید مؤثر یا CO₂ آزاد، اندازه گیری و به صورت H₂CO₃ گزارش می شود.

آب های سطحی، CO₂ را از جوّ یا فرایند تنفس موجودات دگرپرورد به دست می آورند. به دلیل مصرف CO₂ محلول در فرایند فوتوسنتز، غلظت CO₂ در آب های طبیعی سطحی در طول شبانه روز تغییر می کند و در ساعات مختلف، ممکن است CO₂ به آب وارد یا از آن خارج شود. در دریاچه های بیش پرورد با قلیائیت کم، غلظت CO₂ آزاد آب در بعد از ظهر صفر و در طلوع آفتاب ممکن است به 5 تا mg/L 10 برسد. این چنین تغییرات روزانه غلظت CO₂، اثر چندان مخربی روی آبزیان به جای نمی گذارد.

غلظت CO₂ در بعضی از آب های زیرزمینی ممکن است به بیش از آن در آب های سطحی برسد. آب های سطحی معمولاً کمتر از 10 میلی گرم در لیتر دی اکسید کربن (CO₂) دارند. در حالی که بعضی از آب های زیرزمینی دارای غلظت بیشتری می باشد. معمولاً غلظت CO₂ وقتی در آب های زیرزمینی زیاد است که خاک و سازندهای زمین شناختی، به مقدار کافی دارای کانی های کلسیم، مانند کلسیت و منیزیم، مانند دولومیت، نباشد؛ زیرا این کانی ها می توانند با CO₂ آبِ در حال درون نشت و پرانشت در زمین واکنش داده و باعث افزایش غلظت بی کربنات های کلسیم و منیزیم محلول در آب زیرزمینی شوند.

غلظت CO₂ موجود در آب های طبیعی، معمولاً از نظر بهداشتی نگران کننده نیست؛ زیرا غلظت CO₂ در نوشیدنی های گازدار به مراتب بیشتر از آن در آب های طبیعی است. غلظت خیلی زیاد CO₂ در اکوسیستم های آبی ممکن است باعث مرگ ماهیان شود. ماهیان معمولاً از مناطقی که غلظت CO₂ آب زیاد است، به مناطق کم غلطت مهاجرت می کنند. اکثر گونه های ماهیان قادر به زندگی در آب هایی هستند که غلظت CO₂ آزاد در آنها کمتر از mg/L 60 باشد؛ لیکن آب مطلوب برای آبزی پروری، آبی است که غلظت CO₂ آن کمتر از mg/L 5 باشد

در غلظت های زیاد دی اکسید کربن آزاد، آب برای فلزات و بتن خورنده است. CO₂ آزاد را به این دلیل تأثیر آن روی انحلال کلسیم کربنات بتن در آب، دی اکسید کربن مهاجم نیز می نامند. کربن دی اکسید کربن روی اسیدیته و قلیائیت آب تأثیر می گذارد.

اندازه گیری دی اکسید کربن در آب:

اندازه گیری دی اکسید کربن در آب به روش تیترمتری می باشد. آبهاي سطحي معمولا کمتر از ١٠ميليگرم در ليتر دي اکسيد کربن (CO2آزاد) دارند. در حاليكه بعضي از آبهاي زير زميني داراي غلظت بيشتري مي باشند . CO2در آب سبب خوردگي ميشود . دآربونيزاسيون آب در آخرين مرحله نرم آردن آب يكي از مراحل شناخته شده تصفيه آب مي باشد . برا ي اندازه گيري CO2دو روش تيتريمتري و نموگرافيك وجود دارد که در آب آشاميدني معمولا روش تيتراسييون بهتر مي باشد.
در اندازه گيري نموگرافيك بايد pHوقليائيت را با دقت و فورا بلافاصله بعد از نمونه برداري با استفاده از يك pH متر کاليبره در محدوده ٧-٨با دقت اندازه گيري کرد زيرا ميزان خطا به مقدار ٠/١در pHسبب ايجاد اشتباه به ميزان mg CO2/lit ٢-۴در رنج ٧-٧/٣
با قليائيت ١٠٠ودر همان رنج pHبا قليائيت کل ۴٠٠ميليگرم در ليتر برحسب CO3Ca ميزان خطا mgCO2/lit ١٠-١۵خواهد بود.

تيتريمتري اندازه گیری دی اکسید کربن در آب :

CO2 با کربنات سديم يا هيدروکسيد سديم با تشكيل بيكربنات سديم وارد واکنش مي شود که به طريق پتانسيومتري يا توسعه رنگ صورتی با استفاده از معرف فنل فتالئين در ٨/ ٣ = pH اندازه گيري مي شود. بعضي از کاتيونها و آنيون ها وبعضي از يونهاي فلزي که در محلول هاي قليايي رسوب مي کنند مانند آلومينيم ، آهن(بيشتر از ١ميليگرم در ليتر) ،کرم ومس تداخل مي کنند ودر تعيين مقدارسبب افزايش نتايج مي شوند. نتايج مثبت معمولا بوسيله بازهاي ضعيف نظير آمونيم ، آمين ونمكهاي اسيدهاي ضعيف وبازهاي قوي مانند براتها ، نيتريتها ، فسفات ، سيليكات وسولفيد ايجاد مي شود چنين عناصري نبايد بيشتر از %۵غلظت CO2باشند .روش تيتريمتري براي نمونه هاي شامل اسيدهاي معدني وخروجي تبادل آننده هاي آاتيوني بكار مي رود. اشتباهات منفي بوسيله جامدات محلول ، آبهايي که بطور تصادفي با آب دريا مخلوط مي شوند يا افزايش زياد انديكاتور ايجاد مي شود.

تجهيزات مورد نياز اندازه گیری دی اکسید کربن در آب

• ترازوي حساس الكتريكي ، وسايل شيشه اي مورد نياز
• آب عاري از ، co2آب مقطر يا آب ديونيزه آه به مدت ١۵دقيقه جوشانده وتا حرارت اتاق سرد نموده pHنهايي > ۶  و     هدايت ميكروزيمنس <٢
• پتاسيم هيدروژن فتالات ٠/٠ ۵ نرمال : ١۵تا ٢٠گرم پتاسيم هيدروژن فتالات KHC8H4O4را خرد آرده وبه مدت ٢ساعت در ١٢٠درجه سانتيگراد قرار مي دهيم در دسيكاتور قرار داده گرم١٠±٠/۵گرم وزن نموده ودر يك بالن ژوژه يك ليتري منتقل و به حجم مي رسانيم.

محلول استاندارد هيدروکسيد سديم ٠/١نرمال که با ۴٠ميلي ليتر پتاسيم هيدروژن فتالات استاندارد مي کنيم وتا pHبرابر ٨/٧تيتر مي آنيم واز روي فرمول زير نرماليته هيدروکسيد را تعيين مي کنيم.

A : وزن پتاسيم هيدروژن فتالات در يك ليتر (گرم)

B: ميلي ليتر محلول هيدروژن فتالات برداشته شده براي تيتراسيون

C:ميلي ليتر NaOHمصرف شده براي تيتراسيون

• هيدروکسيد سديم استاندارد ٠/٠٢نرمال : ٢٠٠ميلی ليتر هيدروکسيد سديم ٠/١نرمال را تا ١٠٠٠ميلی ليتربا آب مقطر رقيق وبه منظور جلوگيري ازجذب اتمسفر CO2درب آنرا محكم بسته ودر بطري پلي اتيلني نگهداري نماييد وآنرا با پتاسيم هيدروژن فتالات استاندارد کنيد براي استاندارد آردن از ١۵ميليليتر پتاسيم هيد روژن فتالات استفاده نموده ونرماليته آن طبق ١mil=1mgCaCO3 محاسبه شود.
• محلول آبي ياالکلی فنل فتالئين معرف (pH= 8)

روش کار اندازه گیری دی اکسید کربن در آب:

مقدار مشخصي از نمونه را برداشته به آن چند قطره معرف فنل فتالئين افزوده وبا هيدروکسيد سديم ٠/ ٠ ٢نرمال تا pHبربر ٨/٣تيتر مي کنيم .

A : ميلي ليتر هيدروکسيد سديم

N : نرماليته هيدروکسيد سديم