💧 Twardość ogólna wody
Kompleksometryczne oznaczanie twardości ogólnej wody (sumy Ca²⁺ i Mg²⁺) metodą miareczkowania z EDTA wobec czerni eriochromowej T przy pH 10.
Przegląd
Twardość ogólna wody to suma stężeń jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) wyrażona zwykle w mmol/l lub mg CaCO₃/l (°dH — stopnie niemieckie). Jest jednym z najczęściej oznaczanych parametrów jakości wody — wpływa na jej smak, tendencję do tworzenia kamienia kotłowego i osadów w instalacjach, a także na skuteczność mycia i prania.
Norma PN-ISO 6059 opisuje kompleksometryczną metodę miareczkowania z kwasem wersenowym (EDTA) w środowisku buforowym pH 10 wobec wskaźnika czerń eriochromowa T. Metoda stosowana jest do wód podziemnych, powierzchniowych i pitnych. Najniższe oznaczalne stężenie wynosi 0,05 mmol/l.
Klasyfikacja wody: bardzo miękka <1,8 mmol/l (<100 mg CaCO₃/l), miękka 1,8–3,6 mmol/l, umiarkowanie twarda 3,6–5,4 mmol/l, twarda 5,4–7,0 mmol/l, bardzo twarda >7,0 mmol/l (>400 mg CaCO₃/l). Wartość zalecana dla wody pitnej: 60–500 mg CaCO₃/l.
Zasada metody
EDTA (kwas etylenodiaaminotetraoctowy, sól disodowa — wersenian dwusodowy) tworzy trwałe, bezbarwne kompleksy chelatowe z jonami Ca²⁺ i Mg²⁺ w stosunku molowym 1:1. W pH ~10 (bufor amonowy NH₃/NH₄Cl) wskaźnik czerń eriochromowa T (EBT) tworzy z jonami Mg²⁺ i Ca²⁺ czerwonofiołkowy kompleks. Podczas miareczkowania EDTA wiąże najpierw wolne jony Ca²⁺ i Mg²⁺, a następnie "zabiera" jony ze wskaźnika — powodując zmianę barwy z czerwonofiołkowej na niebieską (punkt końcowy).
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (zalecane 60–500 mg CaCO₃/l)
- Monitoring wód podziemnych i powierzchniowych
- Kontrola procesów zmiękczania wody
- Badanie wody w kotłowniach i instalacjach grzewczych
- Przemysł spożywczy — woda procesowa
- Kontrola wody w basenach i SPA
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 0,05 mmol/l i wyżej |
| Dokładność | ±1–2% (przy stężeniu >1 mmol/l) |
| pH miareczkowania | 10,0 ±0,1 (bufor amonowy) |
| Wskaźnik | Czerń eriochromowa T (EBT) |
| Zmiana barwy | Czerwonofiołkowa → niebieska |
| Czas analizy | 5–10 minut na próbkę |
Norma
- Numer normy
- PN-ISO 6059:1999
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie sumarycznej zawartości wapnia i magnezu — Metoda miareczkowa z EDTA
- Title (EN)
- Water quality — Determination of the sum of calcium and magnesium — EDTA titrimetric method
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie stanowiska
Wypłukać biuretę 3× roztworem EDTA. Napełnić biuretę i usunąć pęcherzyki powietrza. Ustawić menisk na 0,00 ml.
2. Odmierzenie próbki
Pipetą odmierzyć 50 ml próbki wody do kolby Erlenmeyera 250 ml. Dla wody twardej zmniejszyć objętość (np. 25 ml + 25 ml H₂O).
3. Dodanie buforu amonowego
Dodać 1 ml buforu amonowego pH 10. Wymieszać obrotowo.
4. Dodanie wskaźnika
Dodać 3–5 kropli roztworu EBT (lub szpatułkę mieszaniny suchej z NaCl). Roztwór zabarwi się na kolor czerwonofiołkowy.
5. Miareczkowanie
Miareczkować roztworem EDTA, mieszając ciągle, do trwałej zmiany barwy z czerwonofiołkowej na czystą niebieską (bez odcienia różowego). Punkt końcowy powinien być ostry.
6. Odczyt i obliczenia
Odczytać objętość EDTA na biurecie z dokładnością 0,05 ml. Obliczyć twardość: T [mmol/l] = (V_EDTA × c_EDTA × 1000) / V_próbki. Przeliczyć na mg CaCO₃/l mnożąc przez 100,09.
7. Oznaczenie powtórzone
Powtórzyć miareczkowanie dla drugiej porcji próbki. Różnica wyników nie powinna przekraczać 0,1 ml EDTA.
8. Kontrola jakości
Co serię miareczkować próbkę kontrolną (CRM lub wzorzec twardości). Wykonać ślepą próbę z wodą dejonizowaną — zużycie EDTA powinno wynosić <0,05 ml.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Biureta 25 ml (klasa A) | Brand, Hirschmann, z kranem PTFE | 200–600 PLN |
| Kolby stożkowe Erlenmeyera 250 ml | Borokrzem DURAN / Simax | 10–30 PLN/szt. |
| Pipety miarowe 50 ml (klasa A) | Brand, Hirschmann | 30–80 PLN/szt. |
| Cylinder miarowy 100 ml | Klasa A, borokrzem | 30–60 PLN |
| Mieszadło magnetyczne (opcjonalnie) | IKA C-MAG MS 4 | 1 500–4 000 PLN |
| pH-metr (do kontroli pH buforu) | Dowolny pH-metr laboratoryjny | 1 000–5 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Roztwór EDTA-Na₂ 0,01 lub 0,02 mol/l | 6381-92-6 | Mianowany roztwór soli disodowej EDTA. Przygotować z substancji p.a. lub z gotowego fiksanalu. Mianować wobec CaCO₃. |
| Bufor amonowy pH 10 | 12125-02-9 | Rozpuścić 67,5 g NH₄Cl w 570 ml NH₃ 25% i uzupełnić wodą do 1 l. pH = 10,0 ±0,1. Przechowywać szczelnie zamknięty (lotny NH₃). |
| Czerń eriochromowa T (EBT) | 1787-61-7 | Wskaźnik metalochromowy — roztwór 0,5% w trietanoloaminie lub mieszanina suchego wskaźnika z NaCl (1:100). Zmiana barwy: czerwonofiołkowa → niebieska. |
| Roztwór wzorcowy CaCO₃ | 471-34-1 | Do mianowania EDTA. Rozpuścić 1,000 g CaCO₃ (wysuszony 150°C, 2h) w min. ilości HCl, zagotować, ostudzić, uzupełnić do 1 l. |
| Woda dejonizowana | — | Wolna od Ca i Mg, przewodność <0,1 mS/m. |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Bufor amonowy (NH₃ 25%) — żrący, drażniący drogi oddechowe (H314, H335). Przygotowywać pod dygestorium.
- EDTA-Na₂ — drażniący dla oczu (H319). Stosować okulary ochronne.
- Czerń eriochromowa T — może barwić skórę. Stosować rękawice.
- HCl (do przygotowania wzorca CaCO₃) — żrący (H314). Pracować pod dygestorium.
- Okulary ochronne i fartuch laboratoryjny wymagane.