🔬 Żelazo ogólne w wodzie
Spektrofotometryczne oznaczanie żelaza ogólnego w wodzie metodą z 1,10-fenantroliną. Pomiar absorbancji pomarańczowo-czerwonego kompleksu Fe²⁺ przy 510 nm.
Przegląd
Żelazo jest jednym z najczęściej oznaczanych parametrów jakości wody. W wodach naturalnych występuje głównie w formie Fe²⁺ (żelazo dwuwartościowe, rozpuszczone) oraz Fe³⁺ (żelazo trójwartościowe, tworzące osady). Podwyższone stężenie żelaza (>0,2 mg/l) powoduje barwienie wody na rdzawy kolor, metaliczny posmak, osady w instalacjach i sprzyja rozwojowi bakterii żelazistych.
Norma PN-ISO 6332 opisuje spektrometryczną metodę oznaczania żelaza z użyciem 1,10-fenantroliny. Metoda umożliwia oznaczanie żelaza ogólnego (po redukcji Fe³⁺ do Fe²⁺), żelaza rozpuszczonego ogólnego oraz żelaza dwuwartościowego rozpuszczonego. Zakres stosowania: 0,01–5 mg/l Fe.
Dopuszczalne stężenie żelaza w wodzie pitnej w Polsce wynosi 0,200 mg/l (Rozporządzenie MZ). Oznaczenie wymagane w rutynowym monitoringu wody do picia, wód podziemnych, powierzchniowych i ścieków.
Zasada metody
Fe³⁺ obecne w próbce redukuje się do Fe²⁺ za pomocą chlorowodorku hydroksyloaminy (NH₂OH·HCl). Zredukowane jony Fe²⁺ reagują z 1,10-fenantroliną, tworząc stabilny pomarańczowo-czerwony kompleks tris(1,10-fenantrolina)żelazo(II) [Fe(phen)₃]²⁺. Absorbancję kompleksu mierzy się spektrofotometrycznie przy długości fali 510 nm. Intensywność barwy jest proporcjonalna do stężenia żelaza (prawo Lamberta-Beera). Reakcja przebiega optymalnie w pH 2,9–3,5 w obecności nadmiaru fenantroliny.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (Dz.U. 2017 poz. 2294 — limit 200 µg/l)
- Monitoring wód podziemnych (studnie, ujęcia)
- Kontrola procesów odżelaziania wody
- Badanie wód powierzchniowych (rzeki, jeziora)
- Kontrola wody w instalacjach grzewczych i chłodniczych
- Badanie ścieków przemysłowych i komunalnych
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 0,01–5,0 mg/l Fe |
| Długość fali | 510 nm |
| Granica wykrywalności | 0,01 mg/l |
| Dokładność | ±5% w zakresie 0,1–5,0 mg/l |
| pH reakcji | 2,9–3,5 |
| Czas rozwijania barwy | 15 minut |
Norma
- Numer normy
- PN-ISO 6332:2001
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie żelaza — Metoda spektrometryczna z 1,10-fenantroliną
- Title (EN)
- Water quality — Determination of iron — Spectrometric method using 1,10-phenanthroline
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie próbki
Próbkę zakwasić HCl do pH < 2 natychmiast po pobraniu (stabilizacja). Filtrować przez 0,45 µm jeśli oznaczamy Fe rozpuszczone (nie filtrować dla Fe ogólnego).
2. Odmierzenie próbki
Przenieść pipetą odpowiednią objętość próbki (np. 50 ml) do kolby miarowej 100 ml. Dla próbek o wysokim stężeniu — rozcieńczyć.
3. Redukcja Fe³⁺ do Fe²⁺
Dodać 2 ml roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy 10%. Wymieszać. Poczekać 5 min na pełną redukcję.
4. Dodanie buforu
Dodać 5 ml roztworu cytrynianu sodu 10% (lub octanu sodu) w celu utrzymania pH 2,9–3,5. Wymieszać.
5. Dodanie fenantroliny
Dodać 5 ml roztworu 1,10-fenantroliny 0,25%. Uzupełnić wodą dejonizowaną do kreski. Wymieszać i odstawić.
6. Rozwijanie barwy
Odczekać minimum 15 minut na pełne rozwinięcie barwy pomarańczowo-czerwonego kompleksu.
7. Pomiar absorbancji
Zmierzyć absorbancję przy 510 nm w kuwecie 10 mm względem ślepej próby (woda dejonizowana + odczynniki). Odczytać stężenie z krzywej kalibracyjnej.
8. Kalibracja
Sporządzić krzywą kalibracyjną z min. 5 wzorców (0–5 mg/l Fe) przygotowanych analogicznie do próbek. Współczynnik korelacji r² > 0,999.
9. Kontrola jakości
Co 10 próbek zmierzyć próbkę kontrolną (CRM). Wykonywać ślepą próbę i oznaczenie powtórzone. Odchylenie max ±10%.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Spektrofotometr UV-VIS | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900i, Agilent Cary 60 | 15 000–60 000 PLN |
| Kuwety szklane 10 mm | Hellma 100-QS, kuwety optyczne borokrzemowe | 50–300 PLN/szt. |
| Pipety automatyczne (1–10 ml) | Eppendorf Research Plus, HTL Discovery Comfort | 800–2 500 PLN |
| Kolby miarowe (25, 50, 100 ml) | Klasa A, borokrzem DURAN / Brand | 30–80 PLN/szt. |
| Łaźnia wodna lub płyta grzewcza | Memmert WNE 10, IKA C-MAG HP 4 | 3 000–8 000 PLN |
| Waga analityczna (0,1 mg) | Mettler Toledo ME204, Radwag AS 220.R2 | 5 000–15 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| 1,10-fenantrolina (monohydrat chlorowodorku) | 5144-89-8 | Roztwór 0,25%: rozpuścić 0,5 g w 200 ml wody z dodatkiem kilku kropel HCl. Przechowywać w ciemnej butelce. |
| Chlorowodorek hydroksyloaminy (NH₂OH·HCl) | 5470-11-1 | Roztwór 10%: 10 g NH₂OH·HCl w 100 ml wody. Reduktor — konwertuje Fe³⁺ do Fe²⁺. Świeżo przygotowywać co tydzień. |
| Octan sodu lub cytrynian sodu | 6132-04-3 | Roztwór buforowy 10%: do regulacji pH reakcji w zakresie 2,9–3,5. |
| Kwas solny (HCl) stężony | 7647-01-0 | Do zakwaszania próbek i rozpuszczania fenantroliny. Czystość p.a. |
| Roztwór wzorcowy żelaza 1000 mg/l Fe | 7782-63-0 | Certyfikowany CRM (np. Merck Certipur). Do sporządzenia krzywej kalibracyjnej: 0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 mg/l. |
| Woda dejonizowana | — | Wolna od żelaza, przewodność <0,1 mS/m. |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Kwas solny (HCl stężony) — żrący, powoduje poważne oparzenia skóry i uszkodzenie oczu (H314). Pracować pod dygestorium.
- Chlorowodorek hydroksyloaminy — szkodliwy (H302, H312). Stosować rękawice.
- 1,10-fenantrolina — drażniąca dla skóry i oczu (H315, H319). Stosować rękawice i okulary.
- Okulary ochronne, rękawice nitrylowe i fartuch laboratoryjny wymagane.
- Odpady zbierać do pojemników na odpady chemiczne — nie wylewać do kanalizacji.