DETERMINAREA CONCENTRAŢIEI DE SO₂ DIN AER

Jos MARTINEZ CALATAYUD, Monica CATALA ICARDO

Introducere

O problema ecologica serioasa este poluarea atmosferica cu dioxid de sulf care se datoreaza combustiei compusilor sulfurati din motoare sau cazanele cu aburi. O lupta lenta împotriva acestei poluari a început recent, legislatia fiind foarte restrictiva privind concentratia sulfului din combustibili.

Metoda de fata pentru determinarea dioxidului de sulf din aer se bazeaza pe absorbtia si oxidarea dioxidului de sulf din probe cu obtinere de acid sulfuric. Captarea analitului din proba de aer se realizeaza cu ajutorul unui barbotor într-o solutie de apa oxigenta la un pH fix pentru un anumit timp (24 h).

Pentru a determina concentratia acidului sulfuric format, solutia obtinuta se trateaza cu o cantitate cunoscuta de sare de bariu si de torin. În ur 626d37g ma acestei reactii se produce un precipitat de sulfat de bariu, iar ionii reziduali de bariu vor forma prin reactia cu torinul un complex colorat a carui absorbanta se masoara la 520 nm.

Diferenta dintre cantitatea initiala si cea finala de ioni de bariu, care corespunde cu concentratia de sulfat din solutie, da cantitatea de dioxid de sulf oxidat din proba.

Reactia din vasul de barbotare:

SO₂  + H₂O₂ D H₂SO₄

Formarea culorii

Ba²⁺  + TORIN D (Ba - torin) _{culoare rosie}

(Ba-TORIN) + H₂SO₄ D BaSO₄ + 2H⁺ + TORIN + (Ba _rezidual-TORIN) _rosu

Scopul lucrarii:

Determinarea zilnica a concentratiei medii de SO₂ din probe de aer atmosferic.

Operarea corecta a unei statii manuale de control pentru calitatea aerului.

Folosirea corecta a materialelor si proceselor cu posibile riscuri chimice.

Statie manuala de  control

O statie manuala de control contine urmatoarele elemente:

Intrarea aerului: pâlnie conica pentru probe de 3-5 cm, confectionata din clorura de polivinil si plasata vertical cu gura înclinata. Ar trebui plasata cât mai departe de pereti si de alte elemente care deranjeaza.

Dispozitiv de masurare a volumului de proba si de control a debitului.

Pompa de aspirare: debitul ar trebui ajustat la 2 m³ zi^-1.

Sistem de filtrare: o trapa cu aria de 5 cm² pentru particulele formate de catre dispozitivul de filtrare ce retine particulele cu dimensiuni cuprinse între 1-5 µm cu o eficienta de aproape 100%. Acest filtru va fi potrivit pentru un debit de 2 m³-zi^-1.

Dispozitiv de barbotare cu o capacitate pentru volume de 100 mL.

Conectori: tuburi de clorura de polivinil cu diametru intern de 8 mm. Se evita arcuirile si daca nu este posibil, este necesara o raza mai mare de 5 cm.

Partea experimentala

Prepararea solutiilor

Toate solutiile au fost preparate cu apa de calitate Milli-Q.

Precautii: Urmatorii reactivi trebuie manevrati cu atentie: acidul percloric, perclorat de bariu, dioxanul si torinul.

H₂O₂ de concentratie 27-30 % (w/w) ;

Acid percloric de concentratie 0,1 mol L^-1; se iau 4,3 mL de acid percloric de concentratie 72% si se aduce la semn pâna la 500 mL cu apa pura.

Acid percloric de concentratie 0,01 mol L^-1: 25 mL de acid percloric de concentratie 0,1 mol L^-1 se aduc la semn la 250 mL.

Solutia de captare. Se dilueaza 10 mL de solutie 1, de H₂O₂ 27-30 % pâna la 1000 mL cu apa pura mili-Q. Se regleaza pH-ul (cu un pH-metru) în domeniul 4,0 - 4,5 prin adaugarea unei solutii de acid percloric de concentratie 0,1 mol L^-1. Solutia poate fi conservata timp de o luna la frigider.

Solutia de Ba(ClO₄)₂. Se dizolva 0,525 g perclorat de bariu anhidru într-un volum mic de solutie 3 (acid percloric 0,01 mol L^-1). Aceasta solutie se transfera într-un balon cotat de 250 mL si se aduce la semn cu acelasi acid.

Solutia de Ba(ClO₄)₂ /dioxan. Se dilueaza 1 mL solutie 5 (Ba(ClO₄)₂) cu 40 mL de apa milli-Q si se transfera într-un balon cotat de 1000 mL; apoi se completeaza cu dioxan.

Solutia standard de sulfat de concentratie 0,500 mol L^-1. Se dilueaza 28 mL de H₂SO₄ de concentratie 98% pâna la 1000 mL si se titreaza cu o solutie de NaOH (hidroxidul a fost titrat vs ftalat acid de potasiu). 1 mL din aceasta solutie de sulfat corespunde la 32 mg de SO₂.

Solutia standard de sulfat de concentratie 0,125 mol L^-1. 25 mL din solutia 7 (0,5 mol L^-1) se dilueaza cu apa milli-Q într-un balon cotat de 1000 mL. 1 mL din aceasta solutie corespunde la 800 mg de SO₂.

Solutia standard de sulfat de concentratie 0,00125 mol L^-1. Se dilueaza 10 mL din solutia standard (0,125 mol L^-1) într-un balon cotat de 100 mL, cu apa (1mL din aceasta solutie corespunde la 80 mg of SO₂).

Solutia de torin de concentratie 2,5 g L^-1. Se dizolva 0,125 g de torin în 20 mL de solutie 9 (standard sulfat 0,00125 mol L^-1), se transvazeaza într-un balon cotat de 50 mL si se completeaza pâna la semn cu apa milli-Q

Nota: Aceasta solutie ar trebui preparata zilnic.

Mod de lucru

Prelevarea si pre-tratarea probelor. Se pun 100 mL de solutie de captare (solutia 4) într-un balon de barbotare si se porneste echipamentul de prelevare, un volum de aer masurat exact este fortat sa intre în dispozitivul de barbotare, astfel încât concentratia de dioxid de sulf sa se înscrie în domeniul liniar al curbei de calibrare. Daca se impune se efectueza dilutia necesara. Se descriu mai jos conditiile de prelevare a probelor.

Graficul de calibrare

2.1) Solutiile standard de sulfat. O serie de solutii standard de sulfat sunt preparate prin diluarea unor volume de 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0 si 10,0 mL din solutia standard (solutia 9) de concentratie 0,00125 mol L^-1 într-un balon cotat de 100 mL si se aduce la semn cu apa. Concentratiile rezultate sunt: 0,8; 1,6; 2,4; 3,2; 4,0; 4,8; 5,6; 6,4; 7,2 respectiv 8,0 mg mL^-1.

2.2) Solutia martor. Se prepara o solutie prin amestecarea a 4,0 mL solutie de captare (solutia 4) cu 10 mL solutie de perclorat de bariu/dioxan (solutia 6) si cu 0,25 mL solutie de torin (solutia 10). Aceasta solutie martor prezinta absorbanta maxima. Solutia de torin trebuie adaugata imediat înainte de înregistrarea absorbantei. Aceasta solutie ramâne neschimbata timp de 30 de minute daca este protejata împotriva luminii camerei.

Obtinerea solutiilor standard colorate cu ajutorul solutiilor standard de sulfat. Se folosesc 4,0 mL din fiecare solutie standard de sulfat (punctul 2.2) si se aplica procedura descrisa pentru analiza martorului (punctul 2.2). Absorbanta rezultata trebuie înregistrata înainte de 10 minute.

Realizarea reactiei de culoare cu solutia de captare a aerului de analizat. Se introduce un volum de aer într-un balon de barbotare de 100 mL. Se ia o proba alicota de 4,0 mL pentru a fi amestecata cu 10 mL solutie de perclorat de bariu/dioxan (solutia 6) si cu 0,25 mL solutie de torin (solutia 10) asa cum s-a descris la punctul 2.2.

Masurarea absorbantei. Se regleaza lungimea de unda la 520 nm si se testeaza aparatul cu o solutie martor, reglând absorbanta la 0,800; se înlocuieste apoi solutia martor cu solutiile standard si se înregistreaza valorile absorbantelor corespunzatoare. În final, se citesc solutiile de proba înainte de 10 minute.

Calcularea concentratiei de SO₂. Se traseaza drepta de calibrare, reprezentând grafic absorbanta vs diferite concentratii de SO₂. Datorita reactiei obtinute, martorul prezinta absorbanta maxima, iar panta este negativa.

Pentru a calcula concentratia de SO₂ din solutia din dispozitivul de barbotare cât mai exact posibil, domeniul de concentratii folosit (de pe graficul de calibrare) trebuie sa fie între 0 si 6 mg mL^-1. Daca concentratia depaseste domeniul respectiv, trebuie facuta dilutia corespunzatoare.

Rezultate

1) Expuneti conditiile procesului de prelevare a probelor:

Masurarea debitului de gaz înainte de a începe prelevarea probelor (m³):

Data si ora prelevarii (la început):

Masurarea debitului de gaz la sfârsitul prelevarii (m³):

Data si ora prelevarii (la sfârsit):

2) Notati valorile absorbantelor si prezentati grafic valorile obtinute în functie de concentratia de dioxid de sulf, trasati curba de regresie. Calculati concentratia poluantului din aer a în mg m^-3.

Intrebari

Justificati valoarea negativa a pantei dreptei de calibrare reprezentata în acest exercitiu de laborator.

Care tehnica ar putea fi potrivita pentru a obtine informatia în timp real; si anume concentratia de SO₂ din aer?

Mecanismele de oxidare pe care le sufera SO₂ din atmosfera.

Descrieti efectele SO₂ pe diferiti receptori.

Explicati problemele provenite de la poluarea datorata ploilor acide" sursele acestora, efectele si solutiile posibile pentru rezolvarea acestora

Comentati concentratia" particulelor n suspensie si concentratia SO₂, în comparatie cu regulile legislatiei europene.