⚗️ Phenolindex im Wasser — Fließanalyse (FIA/CFA) mit 4-Aminoantipyrin und Kaliumperoxodisulfat, In-line-Extraktion in Chloroform (470–475 nm)

Physikochemie PN-EN ISO 14402

Übersicht

ISO 14402:1999 legt zwei Verfahren zur Bestimmung des Phenolindexes in Wässern verschiedener Herkunft (Grundwasser, Oberflächenwasser, Sickerwasser, Abwasser) bei Konzentrationen von 0,01–1 mg/l in der unverdünnten Probe fest (der Bereich lässt sich über die Arbeitsbedingungen anpassen): Abschnitt 3 — der Phenolindex ohne Destillation, nach Extraktion; Abschnitt 4 — der Phenolindex ohne Extraktion, nach Destillation. Die Verordnung von 2019 (Dz.U. 2019 Pos. 1311 — poln. Gesetzblatt) nennt PN-EN ISO 14402 (Fließanalyse, CFA und FIA) neben PN-ISO 6439 (Spektrophotometrie) als Referenzverfahren für den Phenolindex im Abwasser, für das der Grenzwert für flüchtige Phenole 0,1 mg/l beträgt. In Polen gilt sie als PN-EN ISO 14402:2004 (polnische Fassung; sie ersetzte PN-EN ISO 14402:2002).

Störungen: aromatische Amine bilden mit 4-Aminoantipyrin Kondensationsprodukte (zu hohe Ergebnisse); die Probe muss nach der Zugabe der Reagenzien einen pH-Wert von 10,0–10,5 erreichen — stark saure, stark alkalische und gepufferte Proben werden zuvor auf pH 5–7 gebracht; eine Trübung stört nicht; bei gefärbten Proben wird geprüft, ob sich die Farbe mit Chloroform extrahieren lässt, und es wird ein Blindwert ohne die Reagenzien R1 und R2 gemessen; Detergenzien im Abwasser stören stark (Schaum stört die Destillation der flüchtigen Phenole und die Segmentierung/Trennung der Phasen) — bei erheblichem Detergenziengehalt ist die Norm nur oberhalb von 0,1 mg/l Phenol anwendbar. Das klassische manuelle Verfahren (PWr-Lehrbuch „Chemia wody" [Wasserchemie], PN-ISO 6439) beruht auf derselben Reaktion: nach der Wasserdampfdestillation reagieren die flüchtigen Phenole bei pH 10,0 ± 0,2 in Gegenwart von Kaliumhexacyanoferrat(III) mit 4-Aminoantipyrin, das Produkt wird mit Chloroform extrahiert und bei 510 nm gemessen (0,002–5,0 mg/dm³).

Prinzip der Methode

Die Probe wird in einen kontinuierlich fließenden Trägerstrom eingebracht und mit den ebenfalls kontinuierlich fließenden Lösungen von 4-Aminoantipyrin und Kaliumperoxodisulfat gemischt. Die phenolischen Verbindungen werden vom Peroxodisulfat oxidiert, und die entstandenen Chinone reagieren mit dem 4-Aminoantipyrin zu farbigen Kondensationsprodukten, die in einer Extraktionseinheit im Durchfluss aus der wässrigen Phase in Chloroform übergehen; die Chloroformphase trennt ein Phasenseparator ab (z. B. eine hydrophobe halbdurchlässige PTFE-Membran, Dicke 150–200 µm, Poren 0,5–2 µm, Porosität 75 %), und die Extinktion der organischen Phase misst ein Durchflussspektrometer bei 470–475 nm. Reagenzien (analysenrein, die Lösungen entgast, am besten unter vermindertem Druck): Wasser der Klasse 1, KOH, NaHCO₃, 4-Aminoantipyrin, K₂S₂O₈, Phenol (farblose Kristalle), Borsäure, Ethanol 96 %, 2-Propanol, H₂SO₄ 1,84 g/ml, HCl 50 %, KOH 1,0 mol/l; Puffer (23 g NaHCO₃ + 27 g H₃BO₃ + 35 g KOH auf 1000 ml; etwa pH 10,3; 1 Monat); Träger C — entgastes Wasser; R1 — 0,5 g 4-Aminoantipyrin in 100 ml des Puffers (täglich frisch, entgast); R2 — 5 g K₂S₂O₈ in etwa 90 ml Wasser, pH 11 (KOH 1 mol/l), auf 100 ml aufgefüllt (täglich); Org — entgastes Chloroform (Membran oder 3 min Ultraschall); Phenol-Stammlösung 1000 mg/l (1,000 g/l; 1 Monat bei 2–5 °C), Standards von 10 mg/l (eine Woche) und 1 mg/l; Kalibrierlösungen (mindestens 5 je Bereich, täglich frisch): Bereich I 0,1–1 mg/l (1, 3, 5, 6, 8, 10 ml des Standards von 10 mg/l auf 100 ml), Bereich II 0,01–0,1 mg/l (dieselben Volumina des Standards von 1 mg/l). FIA-Apparatur: Reagenzienbehälter, eine pulsationsarme Pumpe, eine Verdrängerflasche für das Chloroform, ein Dosierventil (600 µl für den Bereich 0,01–0,1 mg/l, 200 µl für 0,1–1,0 mg/l), eine Extraktionszelle mit Segmentierer und Phasenseparator, Leitungen und Wendeln von 0,5–0,8 mm (Reaktionswendeln von 60 und 80 cm, Extraktionswendel 160 cm × 0,7 mm), ein Detektor mit einer 10-mm-Küvette bei 470–475 nm, ein Schreiber (Peakhöhen), ein Autosampler; CFA: ein Autosampler, eine Pumpe mit inerten Schläuchen, ein Manifold mit Luftsegmentierung (z. B. Innendurchmesser 2 mm; Wendeln von 40, 40 und 150 cm), ein Phasenseparator, ein Detektor mit einer Küvette von 0,5–5 cm bei 470–475 nm. Zusätzlich: Kolben von 100 und 1000 ml, Pipetten von 1–10 ml, Membranfilter 0,45 µm, ein pH-Meter. Proben: Gefäße aus Glas oder PTFE, vor der Verwendung mit Schwefelsäure von etwa pH 2 gespült; Analyse unmittelbar nach der Probenahme oder Ansäuern auf etwa pH 2 (H₂SO₄ oder HCl), Lagerung im Dunkeln bei 2–5 °C und Analyse innerhalb von 24 h (ausnahmsweise nach Ansäuern und Druckfiltration bis zu 2 Wochen nach einer Überprüfung); Filtration, wenn die Gefahr einer Verstopfung besteht. Vorbereitung der Messung: C, R1, R2 und Org bis zu einer stabilen Basislinie durchleiten und dann nullstellen; ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis rührt gewöhnlich von einer beschädigten Separatormembran oder von Wasserspuren an den Wänden der Küvette her (mit Ethanol oder 2-Propanol spülen). Prüfung des Systems: im Bereich II muss ein Standard von 0,05 mg/l eine Extinktion von mindestens 0,01 cm⁻¹ ergeben; Reagenzienblindwert: Wasser statt R1 und R2 — ein Abfall der Extinktion über 0,05 cm⁻¹ bedeutet Selbstkondensationsprodukte (die Herstellung der Lösungen wiederholen). Kalibrierung gesondert für jeden Bereich (FIA: 200 µl für I, 600 µl für II; CFA: Wahl der Küvettenlänge und des Flusses für die höchste Anzeige).

Anwendungen

• Industrieabwasser (Kokereien, Raffinerien, chemische Industrie, Gerbereien) und kommunales Abwasser — der Phenolindex als begrenzter Parameter (0,1 mg/l flüchtige Phenole)
• Oberflächenwasser und Grundwasser, Sickerwasser von Deponien — Überwachung der Phenole ab 0,01 mg/l
• Laboratorien mit hohem Durchsatz — automatische FIA/CFA-Analyse mit In-line-Extraktion in Chloroform (ohne Destillation)
• Trübe Proben (die nicht stören) und gefärbte Proben (mit einem Blindwert ohne Reagenzien)
• Die Variante mit Destillation (Abschnitt 4 der Norm) für Proben mit nicht extrahierbaren Stoffen oder wenn flüchtige Phenole gefordert sind

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

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

Titel (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)

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probe

   Spüle die Gefäße aus Glas oder PTFE mit Schwefelsäure von etwa pH 2. Analysiere sofort oder säuere auf etwa pH 2 an (H₂SO₄ oder HCl), bewahre im Dunkeln bei 2–5 °C auf und untersuche innerhalb von 24 h (ausnahmsweise nach Ansäuern und Druckfiltration bis zu 2 Wochen, sofern überprüft); filtriere, wenn die Gefahr einer Verstopfung der Leitungen besteht; bringe stark saure, stark alkalische oder gepufferte Proben auf pH 5–7.

2. Reagenzien

   Setze täglich frisches R1 (0,5 g 4-Aminoantipyrin in 100 ml des Puffers) und R2 (5 g K₂S₂O₈ in 100 ml, pH 11) an, entgase sie (Membran), entgase das Chloroform (Membran oder 3 min Ultraschall) und das Trägerwasser (unter vermindertem Druck); setze mindestens 5 Kalibrierlösungen des gewählten Bereichs an (I: 0,1–1,0 mg/l; II: 0,01–0,1 mg/l).

3. Inbetriebnahme des Systems

   Leite C, R1, R2 und Org durch das System, bis die Basislinie stabil ist, und stelle sie auf null; prüfe das Signal-Rausch-Verhältnis (eine beschädigte Separatormembran oder Wasser an den Wänden der Küvette — mit Ethanol/2-Propanol spülen).

4. Prüfung des Systems und des Blindwerts

   Im Bereich II muss ein Standard von 0,05 mg/l eine Extinktion von mindestens 0,01 cm⁻¹ ergeben (andernfalls ist das System ungeeignet). Leite statt R1 und R2 Wasser durch, bis das Signal konstant ist — ein Abfall der Extinktion über 0,05 cm⁻¹ bedeutet Selbstkondensationsprodukte: setze die Lösungen erneut an und wiederhole die Prüfungen; stelle danach R1 und R2 wieder her.

5. Kalibrierung

   Kalibriere gesondert für jeden Bereich: FIA — eine Aufgabe von 200 µl (Bereich I) oder 600 µl (Bereich II); CFA — wähle die Küvettenlänge und den Fluss für das höchste Signal des höchsten Standards; zeichne die Peakhöhen auf.

6. Messung und Ergebnis

   Miss die Proben unter denselben Bedingungen; prüfe bei gefärbten Proben, ob sich die Farbe mit Chloroform extrahieren lässt, und miss einen Blindwert ohne R1 und R2, wobei die Differenz in den Berechnungen zu berücksichtigen ist; lies den Phenolindex (mg/l als Phenol) aus der Kalibrierung ab; gib bei Detergenzien nur Ergebnisse über 0,1 mg/l an; vermerke die Variante (Extraktion/Destillation), die Konservierung und die Abweichungen.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Phenol ist giftig und wird leicht über die Haut aufgenommen — Handschuhe, Schutzbrille; Chloroform ist giftig und krebserzeugend — Arbeit im Abzug, Chloroform- und Phenolabfälle zur Entsorgung
• Kaliumperoxodisulfat — ein Oxidationsmittel; Kaliumhydroxid und konzentrierte Schwefelsäure — ätzend
• Ethanol und 2-Propanol — leicht entzündlich

Häufige Fragen