⚗️ Utlenialność (indeks nadmanganianowy)
Oznaczanie indeksu nadmanganianowego (utlenialności) wody przez utlenienie KMnO₄ w środowisku kwaśnym, z odwrotnym miareczkowaniem szczawianem sodu. Wynik w mg O₂/l.
Przegląd
Utlenialność (indeks nadmanganianowy, ChZT-Mn) jest parametrem sumarycznym określającym w sposób umowny zawartość substancji organicznych i łatwo utlenianych substancji nieorganicznych w wodzie. Wyraża się ją w mg O₂/l — jest to ilość tlenu równoważna ilości KMnO₄ zużytej na utlenienie substancji redukujących w próbce w określonych warunkach.
Norma PN-EN ISO 8467 opisuje metodę oznaczania indeksu nadmanganianowego dla wody przeznaczonej do spożycia, wody mineralnej, studnianej i basenowej. Metoda polega na gotowaniu próbki z nadmiarem KMnO₄ w środowisku kwasu siarkowego przez 10 minut, a następnie oznaczeniu pozostałego KMnO₄ metodą miareczkową (odwrotnie — nadmiar szczawianu odmiareczkowuje się KMnO₄).
Dopuszczalna wartość indeksu nadmanganianowego w wodzie pitnej: 5 mg O₂/l (Dz.U. 2017 poz. 2294). Wody nieobciążone mają wartość 1–3 mg O₂/l. Jest to prosty, tani i powszechnie stosowany test w analizie wody pitnej — wykonywany w praktycznie każdym laboratorium wodnym w Polsce.
Zasada metody
Próbkę wody gotuje się w łaźni wodnej (100°C) przez 10 minut z odmierzoną ilością roztworu nadmanganianu potasu (KMnO₄) w środowisku kwasu siarkowego (H₂SO₄). Część KMnO₄ ulega redukcji (MnO₄⁻ → Mn²⁺) przez substancje utlenialne zawarte w próbce. Po 10 minutach dodaje się nadmiar roztworu szczawianu sodu (Na₂C₂O₄), który redukuje pozostały KMnO₄ (roztwór odbarwia się). Następnie nadmiar szczawianu odmiareczkowuje się gorącym roztworem KMnO₄ do trwałego lekko różowego zabarwienia. Z bilansu ilości KMnO₄ oblicza się indeks nadmanganianowy w mg O₂/l.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (Dz.U. 2017 poz. 2294 — limit 5 mg O₂/l)
- Badanie wody mineralnej, źródlanej i stołowej
- Monitoring ujęć wody podziemnej i powierzchniowej
- Kontrola efektywności procesów uzdatniania wody (filtracja, sorpcja na węglu aktywnym)
- Badanie wody basenowej
- Szybka ocena zanieczyszczenia organicznego wody
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 0,5–10 mg O₂/l (wyższe po rozcieńczeniu) |
| Limit woda pitna | 5 mg O₂/l |
| Temperatura reakcji | 100°C (łaźnia wodna wrzącą) |
| Czas reakcji | 10 minut (ściśle) |
| Dokładność | ±0,5 mg O₂/l |
| Stężenie chlorków max | <300 mg/l Cl⁻ (brak interferencji) |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 8467:2001
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie indeksu nadmanganianowego
- Title (EN)
- Water quality — Determination of permanganate index
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie łaźni wodnej
Napełnić łaźnię wodną i zagotować do 100°C. Utrzymywać intensywne wrzenie przez cały czas analizy.
2. Odmierzenie próbki
Odmierzyć cylindrem 100 ml próbki wody do kolby stożkowej 250 ml. Dla wody o utlenialności >10 mg O₂/l — rozcieńczyć.
3. Dodanie kwasu siarkowego
Dodać 5 ml H₂SO₄ (~4 mol/l) do próbki. Wymieszać.
4. Dodanie nadmanganianu potasu
Dodać pipetą dokładnie 5,0 ml roztworu KMnO₄ 0,01 mol/l. Wymieszać. Roztwór zabarwi się na różowo/fioletowo.
5. Gotowanie w łaźni wodnej
Umieścić kolbę w łaźni wodnej (100°C). Włączyć stoper. Gotować DOKŁADNIE 10 minut. Kolba musi być zanurzona do poziomu cieczy w środku.
6. Dodanie szczawianu sodu
Po 10 minutach wyjąć kolbę. Natychmiast dodać 5,0 ml roztworu Na₂C₂O₄ 0,01 mol/l. Roztwór odbarwi się (szczawian redukuje KMnO₄).
7. Miareczkowanie nadmiaru szczawianu
Gorący roztwór (~60–80°C) miareczkować z biurety roztworem KMnO₄ 0,01 mol/l do pojawienia się trwałego (min. 30 s), lekko różowego zabarwienia. Zapisać V (ml KMnO₄).
8. Ślepa próba
Powtórzyć całą procedurę ze 100 ml wody dejonizowanej (blank). Zużycie KMnO₄ w ślepej próbie: V₀.
9. Obliczenia
Indeks nadmanganianowy [mg O₂/l] = ((V - V₀) × c_KMnO₄ × 8000) / V_próbki, gdzie V = objętość KMnO₄ zużyta w miareczkowaniu, V₀ = blank, 8 = masa molowa O₂/2.
10. Kontrola jakości
Oznaczenia powtórzone — różnica max ±0,5 mg O₂/l. Sprawdzić, że próbka zachowała różowe zabarwienie po gotowaniu (jeśli się odbarwiła — powtórzyć z mniejszą objętością próbki).
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Łaźnia wodna (wrzącą, 100°C) | Memmert WNE 10, Julabo TW 20, GFL 1003 | 3 000–10 000 PLN |
| Biureta 25 ml (klasa A) | Brand, Hirschmann, z kranem PTFE | 200–600 PLN |
| Kolby stożkowe Erlenmeyera 250–300 ml | Borokrzem DURAN / Simax, z szlifem (do łaźni) | 15–40 PLN/szt. |
| Pipety miarowe (5, 10, 25 ml) | Klasa A, Brand, Hirschmann | 20–60 PLN/szt. |
| Cylinder miarowy 100 ml | Klasa A, borokrzem | 30–60 PLN |
| Stoper / zegar | Dowolny stoper laboratoryjny — czas 10 min musi być ściśle kontrolowany | 30–100 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Nadmanganian potasu (KMnO₄) 0,01 mol/l (1/5 KMnO₄) | 7722-64-7 | Roztwór miareczkowy: 0,316 g KMnO₄ w 1 l wody. Mianować wobec Na₂C₂O₄. Przechowywać w ciemnej butelce. Ważność: 1 miesiąc. |
| Szczawian sodu (Na₂C₂O₄) 0,01 mol/l (1/2 Na₂C₂O₄) | 62-76-0 | Roztwór wzorcowy: 0,6700 g Na₂C₂O₄ (suszony 105°C, 2h) w 1 l wody. Substancja podstawowa do mianowania KMnO₄. |
| Kwas siarkowy (H₂SO₄) rozcieńczony (~4 mol/l) | 7664-93-9 | Rozcieńczyć 1:4 (v/v) stężony H₂SO₄ z wodą (OSTROŻNIE — dodawać kwas do wody!). Do zakwaszenia środowiska reakcji. |
| Woda dejonizowana (wolna od substancji organicznych) | — | Świeżo przegotowana lub z systemu oczyszczania. Blank <0,5 mg O₂/l. |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Nadmanganian potasu (KMnO₄) — utleniacz, niebezpieczny dla środowiska (H272, H302, H410). Brunatne plamy na skórze i odzieży. Stosować rękawice.
- Kwas siarkowy (H₂SO₄) stężony — silnie żrący (H314). Egzotermiczna reakcja z wodą! Dodawać kwas do wody, nie odwrotnie.
- Szczawian sodu (Na₂C₂O₄) — szkodliwy przy połknięciu (H302). Stosować rękawice.
- Łaźnia wodna (100°C) — ryzyko oparzenia gorącą wodą i parą. Stosować rękawice termoizolacyjne.
- Gorące kolby i roztwory — manipulować kleszczami lub chwytakami do kolb.
- Okulary ochronne, rękawice i fartuch laboratoryjny wymagane.