การวิเคราะห์หาซีโอดี (Chemical Oxygen Demand, COD)

ให้เรตสมาชิก

ไม่ดีดี 

การวิเคราะห์หาค่าซีโอดี ี (Chemical Oxygen Demand, COD) (APHA, AWWA and WEF, 1992) เป็นการวัดสมดุลย์ออกซิเจนของสารอินทรีย์ในน้ำตัวอย่างที่ทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับตัวออกซิไดส์ที่มีอำนาจในการออกซิไดส์สูง ค่าซีโอดีสามารถใช้ประเมินค่าบีโอดีและปริมาณสารอินทรีย์ได้ การวิเคราะห์ซีโอดีมีหลายวิธี แต่การวิเคราะห์ด้วยวิธี dichromate reflux เป็นวิธีที่นิยมมากกว่าวิธีอื่นๆ เนื่องจาก dichromate มีความสามารถในการออกซิไดส์สูง สามารถใช้กับตัวอย่างน้ำที่มาจากแหล่งต่างๆกันได้ ตามทฤษฏีแล้ว dichromate สามารถออกซิไดส์สารประกอบอินทรีย์ได้ 95-100 % ยกเว้นสารประกอบอินทรีย์ที่กลายเป็นไอ ไพริดีนและสารประกอบของไพริดีน ส่วนแอมโมเนียทั้งที่มีอยู่ในน้ำเสียและที่ออกมาจากสารอินทรีย์ไนโตรเจนจะถูกออกซิไดส์ได้เฉพาะในกรณีที่ไม่มีคลอไรด์อิสระ การวิเคราะห์หาซีโอดีด้วยสามารถประยุกต์ใช้กับน้ำผิวดิน (surface water) น้ำเสียจากชุมชนและโรงงานอุตสาหกรรม และน้ำจากชะวากทะเล (estuarine water) วิธีนี้จะย่อยสารอินทรีย์ได้ประมาณ 80-100% ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในตัวอย่างน้ำ แต่วิธีนี้จะมีประสิทธิต่ำเมื่อใช้หาค่าซีโอดีในตัวอย่างน้ำที่มีไฮโดรคาร์บอนประเภท diphatic และ aromatic เช่น โทลูอีน (toluene) ลูกเหม็น (naphthalene) และสารประกอบไนโตรเจนที่เป็นวงแหวน (cyclic) เช่น ไพริดีน เป็นองค์ประกอบ

 

หลักการวิเคราะห์

สารอินทรีย์และออกไซด์ของสารอินทรีย์ต่างๆ ที่มีอยู่ในน้ำตัวอย่างจะถูกออกซิไดส์ด้วยการให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของกรดโครมิคและกรดซัลฟูริก น้ำตัวอย่างจะถูก reflux ในสารละลายกรดแก่กับโปแทสเซียมไดโครเมตที่มีปริมาณเกินพอ หลังจากย่อยเสร็จแล้วไตเตรตโปแทสเซียมไดโครเมตที่เหลืออยู่ด้วย ferrous ammonium sulfate เพื่อหาปริมาณของโปแทสเซียมไดโครเมตที่ใช้ไปคำนวณปริมาณสารอินทรีย์ที่ถูกออกซิไดส์ในแง่ของสมดุลย์ออกซิเจน โดยใช้อัตราส่วนของน้ำหนักของสาร, ปริมาตรของน้ำตัวอย่างและค่าความแรงของ ferrous ammonium sulfate (Normalrity, N) ในการ reflux อาจใช้เวลาน้อยกว่า 2 ชั่วโมงก็ได้ ถ้าหากได้ทำการทดสอบแล้วว่าเวลาที่สั้นกว่าให้ผลการวิเคราะห์ที่เหมือนกัน

	Heat + Catalyst
CaHbOc + Cr2O72- + H+	-------------------->	Cr3+ + CO2 + H2O
สารอินทรีย์ ไดโครเมต

สิ่งรบกวนการวิเคราะห์

สารประกอบ diphatic ที่กลายเป็นไอได้จะไม่ถูกออกซิไดส์ด้วยวิธีนี้ เนื่องจากสารอินทรีย์ที่กลายเป็นไอได้ที่มีอยู่ในช่องว่างของไอน้ำ (vapor space) จะไม่สัมผัสกับตัวออกซิไดส์ที่เป็นของเหลว สารประกอบ diphatic จะถูกออกซิไดส์ได้มากเมื่อเติมซิลเวอร์ซัลเฟต (Ag₂SO₄) ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ลงไป อย่างไรก็ตามซิลเวอร์ซัลเฟต (Ag₂SO₄) จะทำปฏิกิริยากับคลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์เกิดตะกอนซึ่งจะถูกออกซิไดส์เพียงบางส่วน แต่อุปสรรคส่วนใหญ่เกิดจากการที่มี halide อยู่ในน้ำตัวอย่าง ได้แก่ คลอไรด์ ดังนั้นเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ก่อนทำการ reflux ควรเติม HgSO₄ ลงไปในน้ำตัวอย่าง และไม่ควรหาซีโอดีในน้ำตัวอย่างที่มีคลอไรด์มากกว่า 2,000 mg/L (ความเค็ม ประมาณ 3.6 psu)

 

การเก็บตัวอย่างและการเก็บรักษาสภาพตัวอย่าง

เก็บน้ำตัวอย่างใส่ในขวดแก้ว ในกรณีที่ไม่มีการปนเปื้อนจากสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในขวดเก็บตัวอย่างอาจใช้ขวดพลาสติกก็ได้ ตัวอย่างน้ำที่ไวต่อทางชีววิทยา (Biologically active) ควรทำการวิเคราะห์ทันที ตัวอย่างน้ำที่มีตะกอนควรปั่นให้ผสมกันดีเสียก่อน (well mixed) ถ้าไม่สามารถวิเคราะห์ได้ทันทีควรเติมกรดซัลฟูริกให้มีพีเอชประมาณ 2 แล้วเก็บตัวอย่างไว้ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส

 

เครื่องมือ

1. ชุด reflux ประกอบด้วย ขวดก้นแบนขนาด 500 มิลลิลิตร แบบมี joint (ขวด reflux) ซึ่งมีคอที่ทำด้วย ground glass 24/40 และ jocket liebig ซึ่งมีข้อต่อที่ทำด้วย ground glass 24/40 (เครื่องควบแน่น, Condensers)

2. เตาให้ความร้อน

3. ระบบหล่อเย็น (cooling system)

 

น้ำยาเคมี และวิธีเตรียม

1. สารละลายมาตรฐานโปแทสเซียมไดโครเมต 0.05 นอร์มอล

ละลายโปแทสเซียมไดโครเมต (K₂Cr₂O₇) ที่อบแห้งที่อุณหภูมิ 103-105 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง 2.4516 กรัม ในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้เป็น 1 ลิตร

2. กรดซัลฟูริกเข้มข้น (H₂SO₄)

เติมสารละลายซิลเวอร์ซัลเฟต (Ag₂SO₄) (reagent grade หรือ technical grade เป็น powder หรือ crystals) ลงในกรดซัลฟูริกเข้มข้น ด้วยอัตราส่วนของซิลเวอร์ซัลเฟต 9.91 กรัม ต่อกรดซัลฟูริกเข้มข้น 1 ลิตร ทิ้งไว้ 2 วัน เพื่อให้ซิลเวอร์ซัลเฟตละลาย

3. สารละลาย Ferroin indicator

ละลายฟีแนนโธลีนโมโนไฮเดรต 1.485 กรัม และเฟอรัสซัลเฟตโมโนไฮเดรต (FeSO₄.H₂O) 0.695 กรัม ในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรเป็น 100 มิลลิลิตร สารละลายนี้อาจซื้อจากที่เตรียมไว้เรียบร้อยแล้ว

4. สารละลายมาตรฐานเฟอรัสแอมโมเนียมซัลเฟต

ละลายไดแอมโมเนียมเฟอรัสไดซัลเฟตเฮกซะไฮเดรต (Fe(NH₄)₂(SO₄)₂.6H₂O) 39.00 กรัม ในน้ำกลั่น แล้วเติมกรดซัลฟูริกเข้มข้น 20 มิลลิลิตร ทิ้งไว้ให้เย็น เติมน้ำกลั่นให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร หาความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานนี้กับสารละลายมาตรฐานโปแทสเซียมไดโครเมตทุกวันดังนี้

ดูดสารละลายมาตรฐานโปแทสเซียมไดโครเมตมา 10 มิลลิลิตร เติมน้ำกลั่นให้ได้ปริมาตร 100 มิลลิลิตร จากนั้นเติมกรดซัลฟูริกเข้มข้น 30 มิลลิลิตร ทิ้งไว้ให้เย็น แล้วไตเตรตกับสารละลายมาตรฐานเฟอรัสแอมโมเนียมซัลเฟตโดยใช้สารละลาย Ferroin เป็น indicator

Normality (N)= mL ของ K₂Cr₂O₇ / mL ของ Fe(NH₄)₂ (SO₄)₂.6H₂O

5. เมอคิวริกซัลเฟต (HgSO₄) เป็น crystals หรือ powder

6. สารละลายมาตรฐานโปแทสเซียมไฮโดรเจนพธาเลท (KHP)

นำโปแทสเซียมไฮโดรเจนพธาเลท (KHP, HOOCC6H₄COOK) มาบี้และทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส เพื่อให้มีน้ำหนักคงที่ แล้วชั่งโปแทสเซียมไฮโดรเจนพธาเลท มา 425 มิลลิกรัม ละลายในน้ำกลั่น ปรับปริมาตรเป็น 1 ลิตร ตามทฤษฎี KHP มีค่าซีโอดี 1.176 mg-O2/L และสารละลายนี้มีค่าซีโอดี 500 ไมโครกรัม-O₂/ml (500 mg/L) สารละลายนี้สามารถเก็บไว้ในตู้เย็นนาน 3 เดือน

7. น้ำกลั่น : ควรใช้น้ำกลั่นที่มีสารอินทรีย์ต่ำ

 

ขั้นตอนวิเคราะห์ (Open dicromate reflux )

1. คำนวณหาความเข้มข้นของคลอไรด์อิออนในน้ำตัวอย่าง โดยใช้สูตร

CL^- = (ความเค็ม)x1000/1.805 mg/L

2. ดูดน้ำตัวอย่าง 20 มิลลิลิตร ใส่ลงในขวดก้นแบนแบบมี joint (ขวด reflux)ขนาด 150 มิลลิลิตร เติมสารละลายมาตรฐานโปแทสเซียมไดโครเมต 0.05 N 10 มิลลิลิตร

3. เติมเมอคิวริกซัลเฟตในอัตราส่วน HgSO₄: Cl^- = 10:1 ใช้ HgSO₄ 200 มิลลิกรัม ทุกๆ ความเข้มข้นของคลอไรด์อิออนที่เพิ่มขึ้น 1000 mg/L

4. เติมกรดซัลฟูริกเข้มข้น 30 มิลลิลิตร เขย่าให้สารละลายผสมกันอย่างทั่วถึง ใส่ลูกแก้ว (Glass Beed) ประมาณ 4-5 ลูก

5. นำไปต่อเข้ากับชุด reflux ที่มีระบบหล่อเย็น ใช้บีกเกอร์เล็กปิดเครื่องควบแน่นไว้ เพื่อไม่ให้สิ่งแปลกปลอมเข้าไปผสม การ reflux ให้ความร้อนประมาณ 2 ชั่วโมง ทิ้งไว้ให้เย็นที่อุณหภูมิห้อง ล้างชุด reflux ด้วยน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้ได้ 140 มิลลิลิตร นำไปไตเตรทโปแทสเซียมไดโครเมตที่เกินพอด้วยเฟอรัสแอมโมเนียมซัลเฟต (FAS) โดยใช้สารละลาย ferroin เป็น indicator เมื่อไตเตรทถึงจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยา สีของน้ำตัวอย่างจะเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเขียวเป็นสีน้ำตาลแดง (เมื่อทิ้งไว้สีน้ำเงินเขียวของน้ำตัวอย่างอาจกลับคืนมาอีก) ดังสมการ

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H+ -------------> 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + H₂O

6. แบลงค์ใช้น้ำกลั่นแทนตัวอย่าง และทำทุกขั้นตอนเหมือนกับน้ำตัวอย่าง

7. การคำนวณ

COD (mg-O2/L) =	(A-B)x8x1000
	mL ของน้ำตัวอย่าง

A = mL ของ Ferrous ammonium sulfate (FAS) ที่ใช้ไตเตรท Blank
B = mL ของ Ferrous ammonium sulfate (FAS) ที่ใช้ไตเตรทน้ำตัวอย่าง
N = Normality (N) ของ Ferrous ammonium sulfate (FAS)
8 = 32/4, เมื่อ 4 โมเลกุลของ FAS ทำปฏิกิยาพอดีกับ 1 โมเลกุล O₂ และ 32 = MW ของ O₂
1000 = mg/g

หมายเหตุ เราสามารถประเมินเทคนิคและคุณภาพของสารเคมี FAS ที่ใช้ได้ โดยทำการวิเคราะห์กับสารละลายมาตรฐานซึ่งทราบความเข้มข้น 500 mg/L โดยใช้สารละลายมาตรฐาน 20 มิลลิลิตร และใช้น้ำกลั่นเป็นแบลงค์