⚗️ Indeks fenolowy w wodzie — analiza przepływowa (FIA/CFA) z 4-aminoantypiryną i nadtlenodisiarczanem potasu, ekstrakcja do chloroformu w linii (470–475 nm)

Fizykochemia PN-EN ISO 14402

Przegląd

ISO 14402:1999 określa dwie metody oznaczania indeksu fenolowego w wodach różnego pochodzenia (podziemne, powierzchniowe, odcieki, ścieki) w stężeniach 0,01–1 mg/l w próbce nierozcieńczonej (zakres można dostosować warunkami pracy): rozdział 3 — indeks fenolowy bez destylacji, po ekstrakcji; rozdział 4 — indeks fenolowy bez ekstrakcji, po destylacji. Rozporządzenie z 2019 r. (Dz.U. 2019 poz. 1311) wskazuje PN-EN ISO 14402 (analiza przepływowa CFA i FIA) obok PN-ISO 6439 (spektrofotometria) jako metodyki referencyjne indeksu fenolowego w ściekach, dla których limit fenoli lotnych wynosi 0,1 mg/l. W Polsce obowiązuje jako PN-EN ISO 14402:2004 (wersja polska; zastąpiła PN-EN ISO 14402:2002).

Zakłócenia: aminy aromatyczne tworzą z 4-aminoantypiryną produkty kondensacji (zawyżenie); próbka po dodaniu odczynników musi osiągnąć pH 10,0–10,5 — silnie kwaśne, silnie zasadowe i buforowane próbki doprowadza się wcześniej do pH 5–7; mętność nie przeszkadza; przy próbkach barwnych sprawdza się, czy barwa ekstrahuje się chloroformem, i mierzy ślepą próbkę bez odczynników R1 i R2; detergenty w ściekach mocno zakłócają (piana zaburza destylację fenoli lotnych i segmentację/separację faz) — przy znacznej zawartości detergentów norma ma zastosowanie tylko powyżej 0,1 mg/l fenolu. Klasyczna metoda manualna (podręcznik PWr, PN-ISO 6439) opiera się na tej samej reakcji: fenole lotne po destylacji z parą wodną reagują przy pH 10,0 ± 0,2 w obecności żelazicyjanku potasu z 4-aminoantypiryną, produkt ekstrahuje się chloroformem i mierzy przy 510 nm (0,002–5,0 mg/dm³).

Zasada metody

Próbka jest wprowadzana do ciągle płynącego strumienia nośnego i mieszana z również ciągle płynącymi roztworami 4-aminoantypiryny i nadtlenodisiarczanu potasu. Związki fenolowe są utleniane przez nadtlenodisiarczan, a powstałe chinony reagują z 4-aminoantypiryną, tworząc barwne produkty kondensacji, które w jednostce ekstrakcyjnej w przepływie przechodzą z fazy wodnej do chloroformu; fazę chloroformową oddziela separator faz (np. hydrofobowa membrana półprzepuszczalna z PTFE, grubość 150–200 µm, pory 0,5–2 µm, porowatość 75 %), a absorbancję fazy organicznej mierzy spektrometr przepływowy przy 470–475 nm. Odczynniki (cz.d.a., roztwory degazowane, najlepiej pod zmniejszonym ciśnieniem): woda klasy 1, KOH, NaHCO₃, 4-aminoantypiryna, K₂S₂O₈, fenol (bezbarwne kryształy), kwas borowy, etanol 96 %, 2-propanol, H₂SO₄ 1,84 g/ml, HCl 50 %, KOH 1,0 mol/l; bufor (23 g NaHCO₃ + 27 g H₃BO₃ + 35 g KOH na 1000 ml; pH ok. 10,3; 1 miesiąc); nośnik C — woda degazowana; R1 — 0,5 g 4-aminoantypiryny w 100 ml buforu (codziennie świeży, degazowany); R2 — 5 g K₂S₂O₈ w ok. 90 ml wody, pH 11 (KOH 1 mol/l), do 100 ml (codziennie); Org — chloroform degazowany (membrana lub 3 min ultradźwięki); fenol podstawowy 1000 mg/l (1,000 g/l; 1 miesiąc w 2–5 °C), wzorce 10 mg/l (tydzień) i 1 mg/l; roztwory kalibracyjne (≥ 5 na zakres, świeże codziennie): zakres I 0,1–1 mg/l (1, 3, 5, 6, 8, 10 ml wzorca 10 mg/l do 100 ml), zakres II 0,01–0,1 mg/l (te same objętości wzorca 1 mg/l). Aparatura FIA: zbiorniki odczynników, pompa niskopulsacyjna, butelka wypierająca do chloroformu, dozownik (600 µl dla zakresu 0,01–0,1 mg/l, 200 µl dla 0,1–1,0 mg/l), cela ekstrakcyjna z segmentatorem i separatorem faz, przewody i wężownice 0,5–0,8 mm (reakcyjne 60 i 80 cm, ekstrakcyjna 160 cm × 0,7 mm), detektor z celą 10 mm przy 470–475 nm, rejestrator (wysokość pików), autosampler; CFA: autosampler, pompa z wężykami obojętnymi, manifold z segmentacją powietrzem (np. śr. wewn. 2 mm; wężownice 40, 40 i 150 cm), separator faz, detektor z celą 0,5–5 cm przy 470–475 nm. Dodatkowo: kolby 100 i 1000 ml, pipety 1–10 ml, sączki membranowe 0,45 µm, pH-metr. Próbki: naczynia szklane lub PTFE, płukane przed użyciem kwasem siarkowym o pH ok. 2; analiza natychmiast po poborze albo zakwaszenie do pH ok. 2 (H₂SO₄ lub HCl), przechowywanie w ciemności w 2–5 °C i analiza w 24 h (wyjątkowo po zakwaszeniu i sączeniu ciśnieniowym do 2 tygodni po sprawdzeniu); sączenie przy ryzyku zatykania. Przygotowanie do pomiaru: przepuszczać C, R1, R2 i Org do stabilnej linii bazowej, wyzerować; zły stosunek sygnału do szumu wynika zwykle z uszkodzonej membrany separatora lub śladów wody na ściankach celi (płukanie etanolem lub 2-propanolem). Sprawdzenie układu: w zakresie II wzorzec 0,05 mg/l ma dać absorbancję ≥ 0,01 cm⁻¹; ślepa odczynników: woda zamiast R1 i R2 — spadek absorbancji > 0,05 cm⁻¹ oznacza produkty samokondensacji (powtórzyć przygotowanie roztworów). Kalibracja osobno dla każdego zakresu (FIA: 200 µl dla I, 600 µl dla II; CFA: dobór długości celi i przepływu dla najwyższej odpowiedzi).

Zastosowania

• Ścieki przemysłowe (koksownie, rafinerie, przemysł chemiczny, garbarnie) i komunalne — indeks fenolowy jako parametr limitowany (0,1 mg/l fenoli lotnych)
• Wody powierzchniowe i podziemne, odcieki ze składowisk — monitoring fenoli od 0,01 mg/l
• Laboratoria o dużej przepustowości — automatyczna analiza FIA/CFA z ekstrakcją chloroformem w linii (bez destylacji)
• Próbki mętne (nie przeszkadzają) i barwne (z pomiarem ślepej bez odczynników)
• Wariant z destylacją (rozdział 4 normy) dla próbek z substancjami nieekstrahowalnymi lub gdy wymagane są fenole lotne

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 14402:2004 (ISO 14402:1999)

Tytuł (PL)

Jakość wody — Oznaczanie indeksu fenolowego za pomocą analizy przepływowej (FIA i CFA)

Title (EN)

Water quality — Determination of phenol index by flow analysis (FIA and CFA)

Procedura krok po kroku

1. Próbka

   Naczynia szklane lub PTFE przepłucz kwasem siarkowym o pH ok. 2. Analizuj natychmiast albo zakwaś do pH ok. 2 (H₂SO₄ lub HCl), przechowuj w ciemności w 2–5 °C i zbadaj w 24 h (wyjątkowo do 2 tygodni po zakwaszeniu i sączeniu ciśnieniowym, po sprawdzeniu); przesącz przy ryzyku zatykania przewodów; próbki silnie kwaśne, zasadowe lub buforowane doprowadź do pH 5–7.

2. Odczynniki

   Codziennie przygotuj świeże R1 (0,5 g 4-aminoantypiryny w 100 ml buforu) i R2 (5 g K₂S₂O₈ w 100 ml, pH 11), degazuj je (membrana), degazuj chloroform (membrana lub 3 min ultradźwięki) i wodę nośną (pod zmniejszonym ciśnieniem); przygotuj ≥ 5 roztworów kalibracyjnych wybranego zakresu (I: 0,1–1,0 mg/l; II: 0,01–0,1 mg/l).

3. Uruchomienie układu

   Przepuszczaj C, R1, R2 i Org przez układ do stabilnej linii bazowej i wyzeruj; sprawdź stosunek sygnału do szumu (uszkodzona membrana separatora lub woda na ściankach celi — płukanie etanolem/2-propanolem).

4. Sprawdzenie układu i ślepej

   W zakresie II wzorzec 0,05 mg/l ma dać absorbancję ≥ 0,01 cm⁻¹ (inaczej układ nie nadaje się). Zamiast R1 i R2 przepuść wodę do stałego sygnału — spadek absorbancji > 0,05 cm⁻¹ oznacza produkty samokondensacji: przygotuj roztwory ponownie i powtórz sprawdzenia; następnie przywróć R1 i R2.

5. Kalibracja

   Skalibruj osobno dla każdego zakresu: FIA — nastrzyk 200 µl (zakres I) lub 600 µl (zakres II); CFA — dobierz długość celi i przepływ dla najwyższej odpowiedzi najwyższego wzorca; rejestruj wysokości pików.

6. Pomiar i wynik

   Zmierz próbki w tych samych warunkach; dla próbek barwnych sprawdź ekstrahowalność barwy chloroformem i zmierz ślepą próbkę bez R1 i R2, uwzględniając różnicę w obliczeniach; odczytaj indeks fenolowy (mg/l jako fenol) z kalibracji; przy detergentach raportuj tylko wyniki > 0,1 mg/l; odnotuj wariant (ekstrakcja/destylacja), utrwalenie i odstępstwa.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Fenol jest toksyczny i łatwo wchłania się przez skórę — rękawice, okulary; chloroform jest toksyczny i rakotwórczy — praca pod wyciągiem, odpady chloroformowe i fenolowe do utylizacji
• Nadtlenodisiarczan potasu — utleniacz; wodorotlenek potasu i stężony kwas siarkowy — żrące
• Etanol, 2-propanol — łatwopalne

Najczęstsze pytania