Greiti ir pakankamai tikslūs geležies koncentracijos nustatymo būdai

Spektrometrinis ir vizualus kolorimetrinis geležies koncentracijos nustatymas 

Atestuotos ir akredituotos vandens tyrimo laboratorijos geležies koncentraciją vandenyje nustato spektrometriniu metodu su 1,10-fenantrolinu (ISO 6332). Gana ilgai šį metodą naudojau ir aš. Tai yra gana patikimas ir tikslus metodas. Tačiau šis metodas reikalauja daug laiko ir iš esmės gali būti taikomas tiktai laboratorijoje.

Prieš 17 metų  susipažinau su kitu spektrometriniu geležies nustatymo metodu, kuris man pasirodė gerokai patrauklesnis už anksčiau minėtą. Šio metodo esmė yra tokia: Fe²⁺ jonai rūgščioje terpėje reaguoja su 3-(2-piridil)-5,6-bis(4-fenilsulfo rūgšties)-1,2,4-triazino dinatrio druska, sudarydami violetinės spalvos kompleksinį junginį, kuris fotometruojamas esant 565 nm šviesos bangos ilgiui. Metodas yra labai selektyvus ir jautrus; molinis ekstinkcijos koeficientas ε = 27 570. Palyginimui priminsiu, kad geležies spalvoto junginio su 1,10-fenantrolinu molinis ekstinkcijos koeficientas ε = 8000 (kuo didesnė ε reikšmė, tuo jautresnė reakcija ir tuo mažesnes geležies koncentracijas galima nustatyti be papildomo koncentravimo). Šiuo metodu nustatoma bendroji geležies koncentracija. Visi reikalingi reagentai (organinis dažas, koloidinių ir stambiadispersių geležies formų tirpiklis, reduktorius, buferinė sistema ir kt.) yra sukomponuoti viename buteliuke. Susidaręs spalvotas kompleksinis junginys išlieka patvarus pakankamai ilgai (apie 20 val.), reakciją galima atlikti gana plačiame temperatūrų intervale (5–40 ^°C). Belieka priminti, kad visi analizei atlikti reikalingi reagentai yra sukomponuoti viename buteliuke ir kad šio reagento gamintojas yra Vokietijos firma „Merck“ (katalogo Nr. 14761). Šio reagento naudojimo instrukcija pateikiama testo pakuotėje įvairiomis kalbomis. Štai šios instrukcijos vertimas į lietuvių kalbą:

1. Į stiklinėlę įpilti 5–10 mL tiriamojo tirpalo (vandens).

2. Į stiklinėlę įlašinti 3–4 lašus reagento Fe-AN ir išmaišyti.

3. Palaukti 3–5 min (reakcijos laikas).

4. Supilti spalvotą tirpalą į tinkamo ilgio kiuvetę ir išmatuoti absorbciją esant 565 nm šviesos bangos ilgio. Palyginamasis tirpalas – distiliuotas vanduo arba tiriamasis vanduo (jeigu jis nėra drumstas).

Rezultato skaičiavimas: išmatuotą tirpalo absorbcijos (A) reikšmę reikia padauginti iš tinkamo faktoriaus (F):

1 cm ilgio kiuvetei F = 2,08;

2 cm ilgio kiuvetei F = 1,08;

5 cm ilgio kiuvetei F = 0,416.

Pavyzdžiui, su 1 cm kiuvete išmatuota A = 0,150, tada geležies koncentracija bus:

C  = A · F  = 0,150 · 2,08 = 0,312 mg/L.

Trumpas metodo komentaras

Šis metodas turi nemažai privalumų lyginant su kitais spektrofotometriniais geležies nustatymo metodais. Anksčiau teko nemažai dirbti su sulfosalicilo rūgštimi, rodanidu ir o-fenantrolinu. Rodanido metodas yra neblogas, tačiau labai nejautrus ir jį taikant be koncentravimo galima analizuoti tik gana didelius geležies kiekius turinčius tirpalus. Sulfosalicilo rūgšties ir o-fenantrolino metodai yra gerokai jautresni, tačiau jie vis viena yra apie 3 kartus mažiau jautrūs negu šis metodas. Dėl šios priežasties šis metodas yra labai patogus, kai reikia analizuoti labai mažai geležies turinčius tirpalus, pavyzdžiui, geriamąjį vandenį po procesų geležies šalinimo įrenginiuose arba garo katilų maitinimo vandenį. Šiuo atveju be jokio papildomo koncentravimo naudojant 5 cm ilgio kiuvetę galima pakankamai tiksliai nustatyti geležį, kai jos koncentracija vandenyje siekia tik tūkstantąsias mg dalis litre.

Antras privalumas – labai trumpas analizės laikas; rezultatą galima turėti jau po 5–6 minučių.

Trečias privalumas – nereikia tiriamųjų tirpalų (gamtinių vandenų) virinti su HCl. Naudojamas reagentų mišinys perveda į joninį būvį ne tik koloidines, bet ir stambiadisperses geležies formas. Šiuo atveju reakcijos laikas šiek tiek pailgėja, todėl pravartu absorbciją išmatuoti po 5–6 min ir, sakykime, po 30 min, o rezultatą skaičiuoti tik tada, kai absorbcija jau nedidėja. Beje, naudojant šiuolaikinius mikroprocesorinius spektrometrus su skystųjų kristalu ekranu, tiesiog ekrane matyti, ar absorbcija (koncentracija) jau stabili, ar dar didėja.

Atlikus palyginamuosius nustatymus šiuo metodu ir o-fenantrolino metodu, gautas labai geras rezultatų glaustumas.

Turi šis metodas ir vieną trūkumą. Skirtingai nuo o-fenantrolino metodo, kai šiek tiek keičiant darbo eigą galima nustatyti tiek dvivalentę, tiek ir bendrąją geležį, šiuo metodu nustatoma tiktai bendroji geležies koncentracija.

Geležies koncentracijos nustatymas vizualios kolorimetrijos pagalba 

Tie patys viename buteliuke sukomponuoti reagentai gali būti sėkmingai naudojami ne tik spektrometriniam, bet ir vizualiam kolorimetriniam geležies koncentracijos nustatymui.

Vokietijos firmos „Merck“  Microquant^® Fe testas (0 – 0,1 – 0,2 – 0,3 – 0,5 – 0,8 – 1,2 – 2 – 3 – 5 mg/L Fe), katalogo Nr. 14759 (1 pav.).

1 pav. Vizualus kolorimetrinis geležies koncentracijos nustatymas Microquant^® testo pagalba.

Šį testą patogu naudoto geležiai nustatyti tiek požeminiuose vandenyse tiek ir po vandens ruošimo įrenginių.. Ant sukamo spalvoto disko (komparatoriaus) yra spalvotos dėmės, atitinkančios tokias geležies koncentracijas: 0 – 0,1 – 0,2 – 0,3 – 0,5 – 0,8 – 1,2 – 2 – 3 – 5 mg/L. Šio testo tikslumas nėra labai didelis, tačiau pakankamas jeigu geležies koncentracija tiriamajame vandenyje neviršija 0,5 mg/L.

Labai tikslus yra tos pačios Vokietijos firmos „Merck“ Aquaquant^® testas (2 pav.). Katalogo Nr. 14403. Ant spalvinės paletės yra tokios Fe koncentracijų vertės:  0,00-0,01-0,02-0,03-0,04-0,06-0,08-0,1-0,15-0,2 mg/L. Šis testas yra labai tikslus. Jį pravartu būtų įsigyti toms geriamojo vandens tiekimo įmonėms, kurios neturi žinybinių vandens tyrimo laboratorijų ir ypač toms, kurioms priklauso nedidelių gyvenviečių vandenvietės. Ir vieno ir kito testo pagalba jau po 3-5 min. galima nustatyti Fe koncentraciją po vandens ruošimo įrenginių arba pas vartotoją ir operatyviai reaguoti tais atvejais, kai Fe koncentracijos po vandens ruošimo įrenginių arba įvade pas vartotoją netenkina geriamojo vandens higienos normos HN 24:2003 reikalavimų.

2 pav. Vizualus kolorimetrinis geležies koncentracijos nustatymas Aquaquant^®testo pagalba.

Ta pati Vokietijos firma „Merck“ gamina labai platų spektrą pačių įvairiausių testų. Man pačiam teko daugelį jų išbandyti. Tame tarpe ir Microquant^® bei Aquaquant^® mangano, nitritų ir amonio testus. Pastarieji testai, vėlgi, labai praverstų nedidelėms vandens tiekimo įmonėms. Šių testų pagalba jos pačios galėtų operatyviai kontroliuoti geriamojo vandens kokybę nedidelėse gyvenvietėse, kuriose pastaraisiais metais buvo pastatyti vandens kokybės gerinimo įrenginiai.

Belieka priminti, kad minėtų testų oficialus platintojas Lietuvoje yra UAB „Bioeksma“.

P.S. viename buteliuke sukomponuotas geležies koncentracijos nustatymo reagentas Fe-An puikiai tinka ir rūdžių dėmėms pašalinti iš baltų ir spalvotų audinių. Pats tai esu išbandęs. Efektas fantastiškas. Procedūra labai paprasta: į 1-2 mL vandens iš čiaupo reikia įlašinti kelis lašus reagento Fe-An ir gautą tirpalą užpilti ant rūdžių dėmės. Šis reagentas rūdžių daleles paverčia violetinės spalvos vandenyje tirpiu geležies kompleksiniu junginiu. Po 5-10 min (laikas priklauso nuo rūdžių kiekio) apdorotą vietą išplauti čiaupo vandeniu. Belieka audinį išdžiovinti. Dėmės nei ženklo.