☣️ Chrom VI w wodzie
Oznaczanie chromu sześciowartościowego Cr(VI) metodą spektrofotometryczną z 1,5-difenylokarbazydem. Kluczowe oznaczenie toksykologiczne — Cr(VI) jest rakotwórczy.
Przegląd
Chrom sześciowartościowy Cr(VI) jest jednym z najgroźniejszych zanieczyszczeń wody — jest silnym utleniaczem, wykazuje działanie rakotwórcze (grupa 1 wg IARC), mutagenne i teratogenne. Źródłami Cr(VI) w wodach są zakłady galwaniczne, garbarnie, zakłady chemiczne, elektrownie oraz naturalne wymywanie z minerałów chromonośnych. Dopuszczalne stężenie chromu ogólnego w wodzie pitnej wynosi 50 µg/L (wg Dyrektywy UE 2020/2184 i Rozporządzenia MZ).
Metoda z 1,5-difenylokarbazydem (DPC) jest selektywna wobec Cr(VI) — w środowisku kwaśnym (pH 1–2) jony chromianowe reagują z DPC tworząc czerwonofioletowy kompleks Cr(III)-difenylokarbazon, którego absorbancję mierzy się przy 540 nm. Reakcja jest wysoce czuła — granica wykrywalności wynosi ok. 2 µg/L, a zakres liniowy 2–50 µg/L.
Norma PN-EN ISO 18412 jest dedykowana wodom słabo zanieczyszczonym (woda pitna, wody podziemne, wody powierzchniowe). Dla wód silnie zanieczyszczonych (ścieki przemysłowe) stosuje się dodatkowe rozcieńczanie lub alternatywne metody (IC, ICP-MS). Istotne jest, że metoda oznacza wyłącznie Cr(VI) — nie reaguje z Cr(III), co pozwala na speciację chromu.
Próbki do oznaczania Cr(VI) wymagają specjalnych warunków przechowywania — muszą być analizowane jak najszybciej (najlepiej w ciągu 24 h), przechowywane w temperaturze 4°C, a pojemnik nie może zawierać substancji redukujących, które mogłyby zredukować Cr(VI) do Cr(III).
Zasada metody
W środowisku kwaśnym (pH 1–2, po dodaniu kwasu siarkowego) jony chromianowe CrO₄²⁻ reagują z 1,5-difenylokarbazydem (DPC) tworząc czerwonofioletowy kompleks Cr(III)-difenylokarbazon. Reakcja przebiega dwuetapowo: najpierw Cr(VI) utlenia DPC do difenylokarbazonu, jednocześnie redukując się do Cr(III), a następnie Cr(III) tworzy barwny chelat z difenylokarbazonem. Absorbancję kompleksu mierzy się spektrofotometrycznie przy długości fali 540 nm. Intensywność barwy jest proporcjonalna do stężenia Cr(VI) zgodnie z prawem Lamberta-Beera.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (Cr ogólny ≤50 µg/L)
- Monitoring ścieków z zakładów galwanicznych i garbarni
- Badanie wód podziemnych w rejonach składowisk odpadów
- Kontrola jakości ścieków przemysłowych
- Monitoring wód powierzchniowych (Ramowa Dyrektywa Wodna)
- Speciacja chromu — oddzielne oznaczanie Cr(VI) i Cr(III)
- Kontrola procesów oczyszczania ścieków chromowych
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 2–50 µg/L Cr(VI) |
| Granica wykrywalności (LOD) | ~2 µg/L |
| Długość fali | 540 nm |
| Droga optyczna kuwety | 10–50 mm |
| Powtarzalność | CV <5% przy 20 µg/L |
| Czas reakcji barwnej | 5–10 minut |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 18412:2007
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie chromu(VI) — Metoda fotometryczna dla wód słabo zanieczyszczonych
- Title (EN)
- Water quality — Determination of chromium(VI) — Photometric method for weakly contaminated water
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie roztworu wzorcowego Cr(VI)
Rozpuść 2,829 g K₂Cr₂O₇ (suszonego w 102°C, 2h) w wodzie i uzupełnij do 1 L. Roztwór 1000 mg/L Cr(VI). Z niego przygotuj rozcieńczenia robocze.
2. Przygotowanie roztworu DPC
Rozpuść 250 mg 1,5-difenylokarbazyd w 50 mL acetonu. Przechowuj w ciemnej butelce w lodówce (4°C). Roztwór traci ważność po zmianie barwy.
3. Seria kalibracyjna
Przygotuj wzorce: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 µg/L Cr(VI) w kolbach miarowych 50 mL z roztworu roboczego.
4. Zakwaszenie próbek i wzorców
Do każdej próbki (i wzorca) dodaj 1 mL H₂SO₄ 0,2 mol/L na 50 mL roztworu. Wymieszaj. pH powinno wynosić 1–2.
5. Dodanie odczynnika DPC
Dodaj 1 mL roztworu DPC do każdej próbki. Wymieszaj i pozostaw na 5 minut do pełnego rozwoju barwy czerwonofioletowej.
6. Pomiar absorbancji
Zmierz absorbancję przy 540 nm w kuwecie 10 mm (lub 50 mm dla niskich stężeń) względem próby ślepej (woda + odczynniki).
7. Wykreślenie krzywej kalibracyjnej
Sporządź wykres absorbancja vs stężenie Cr(VI). Współczynnik korelacji R² ≥0,999. Odczytaj stężenie próbek z krzywej.
8. Pomiar próbek badanych
Zmierz absorbancję zakwaszonych próbek z DPC. Odczytaj stężenia z krzywej kalibracyjnej. Dla stężeń >50 µg/L — rozcieńcz próbkę.
9. Kontrola jakości
Zmierz próbkę kontrolną (wzorzec o znanym stężeniu), duplikat i próbę ślepą. Odzysk próbki kontrolnej: 90–110%.
10. Obliczenie i raportowanie
Oblicz stężenie Cr(VI) z krzywej kalibracyjnej. Uwzględnij ewentualne rozcieńczenie. Wynik podaj w µg/L z dokładnością do 1 µg/L.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Spektrofotometr UV-Vis | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900i, JASCO V-770 | 15 000–60 000 PLN |
| Kuwety szklane/kwarcowe | Hellma 100-QS 10 mm i 50 mm | 150–600 PLN/szt. |
| Pipety automatyczne | Eppendorf Research Plus 0,5–5 mL, 100–1000 µL | 800–1 800 PLN |
| Kolby miarowe klasy A | DURAN / Brand 50, 100, 250 mL | 40–100 PLN/szt. |
| Łaźnia wodna (opcjonalnie) | Do przyspieszenia reakcji barwnej | 3 000–8 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| 1,5-Difenylokarbazyd (DPC) | 140-22-7 | Roztwór 0,5% (w/v) w acetonie; 250 mg w 50 mL acetonu. Przechowywać w butelce z ciemnego szkła, ważny 1–2 tygodnie. |
| Kwas siarkowy 0,2 mol/L | 7664-93-9 | H₂SO₄ do zakwaszenia próbki — zapewnia pH 1–2 niezbędne dla reakcji |
| Aceton cz.d.a. | 67-64-1 | Rozpuszczalnik dla DPC — jakość analytyczna |
| Dichromian potasu (wzorzec) | 7778-50-9 | K₂Cr₂O₇ — do przygotowania roztworu wzorcowego Cr(VI) 1000 mg/L; suszony w 102°C |
| Woda destylowana wolna od chromu | — | Jakość co najmniej 2. stopnia wg PN-EN ISO 3696, zweryfikowana na obecność Cr |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Dichromian potasu K₂Cr₂O₇ — rakotwórczy (H350), mutagenny, toksyczny — bezwzględne stosowanie rękawic, okularów i wyciągu
- Roztwory Cr(VI) — zbierać jako odpad niebezpieczny, nie wylewać do kanalizacji
- 1,5-Difenylokarbazyd — drażniący, unikać kontaktu ze skórą
- Aceton — łatwopalny, praca z dala od źródeł ognia, pod wyciągiem
- Kwas siarkowy — żrący, stosować rękawice i okulary ochronne