風車の看板。大学生「蒼蕪(そうぶ)」の雑記。乱文駄文が溢れかえる。数学好きの教え好き。よって数学の教師を目指してみる。
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水質調査の説明(全硬度・総硬度)
とりあえず、一つ訂正を。
昨日書いた記事には全硬度と書きましたが、私達の部活での呼び方は総硬度です。
調べればすぐにわかることですが、全硬度と総硬度は同じ物であるので支障はあまりありませんが・・・。
色々と調べてたのが仇となったようですorz

ここでは総硬度と呼ばせていただきます。
(もし調べる際には全硬度・総硬度の両方をそれぞれ調べておくと情報量が増えると思います。)

まず総硬度とは何なのか。

試水中に含まれるCa 2+、Mg 2+の総和をCaCO3に換算して、mg/ℓ、つまりppmで表した物となります。
冊子には1l中に0.02mg含まれるとき硬度1とするとありますが、そのような基準は簡単に調べた所見つかりませんでしたし、計算式上では0.02で割らずに0.02を乗算していました。この基準はとりあえず無視しておいてください。


今回使う薬品の反応は全て、酸化還元反応とは変わってきます。
まず、塩化アンモニウム-アンモニア緩衝液(以下緩衝液)。
緩衝液とは、成分濃度の変化を緩衝する働き・・・つまり成分濃度の変化を抑える働きが大きい物を指します。
この場合はpH10緩衝液。つまり、pHを10で固定し、変動を起こし難くする薬品となります。
勿論、アンモニアを使うので刺激臭がします。
硬度測定の嫌われものです。

次に、EDTA.2Na溶液(以下EDTA)とEBT指示薬(以下EBT)。
これらは金属と反応し、キレート化合物と言う物を生成するので、キレート剤と呼ばれます。
キレート剤は複数の配位部位(簡単に言えば金属と結合する事が出来る部分)を持つので、金属と比較的安定した結合をする事が出来ます。
EDTAのEBT両者ともCa 2+とMg 2+に結合する事が出来、EDTAはその金属の価数に関わらず1:1で反応。EBTはpH10の溶液下では、キレート化合物となったときに赤色、遊離しているときには青色となります。


(1)(2)試水に緩衝液を加える。
上記の通り、pHを固定させるためです。
pHの値によってEBTの色も変わってしまうので、pHは10のままにする必要があります。
ここで注意するのは2つ。
あまり嗅がない事。
そして、入れた後に長時間放置しない事。
前者は、アンモニアが刺激臭であるからです。
鼻や目を傷めますし、そもそも一応有毒だったはず。
後者は、アンモニアが空気中に逃げてしまうからです。
アンモニアが飛んでしまえば、必然的に緩衝液の濃度も変わってきます。
pH10緩衝液としての意味を成さなくなってしまうのです。
…無色(試水中に含まれるもの:Ca 2+、Mg 2+、緩衝液)

(3)EBTを3,4滴加える。
EBTは指示薬であり、Ca 2+とMg 2+が有るかどうかを見るためだけの物です。
Ca 2+とMg 2+を全て反応させることが出来る量があれば、量が多くても、濃度が少しおかしくてもあまり問題は有りません。
ただ、入れすぎると色が濃すぎて見づらくなってしまうので、そこは適度に。
このEBTがCa 2+とMg 2+に反応してキレート化合物(EBTキレート)を作り、赤色に変わります。
…赤色[EBTキレート](赤紫色[EBT+EBTキレート])(試水中に含まれるもの:EBT、EBTキレート、緩衝液)

(4)0.01mol/ℓのEDTAで滴定する。
EDTAはEBTよりCa 2+とMg 2+に反応しやすい薬品です。
なので、EDTAを加える事により、EBTキレートからCa 2+やMg 2+を奪い、EDTAキレートを生成する事が出来ます。
そして、EDTAキレートを作るためにEBTキレートからCa 2+やMg 2+を奪ったことにより、EBTはキレート結合していた状態から、再び遊離した状態になります。
結果、EBTはキレート状態の赤色から、元の色である青色へと変わっていきます。

赤色が抜けきり、青色として変化しなくなった状態になったら滴定終了です。
…青色[遊離したEBT](試水中に含まれるもの:EBT、EDTAキレート、EDTA、緩衝液)



では、総硬度の計算式。
まず、EDTAの滴下量をAmlとし、試水量をImlとします。

EDTAは0.01mol/ℓ・・・つまり(1/100)mol/ℓなので、これをAml滴下した場合のEDTAの物質量は、
(A/1000)ℓ*(1/100)mol/ℓ
(A/100000)mol
となります。
そして、EDTAとCa 2+、Mg 2+は1:1で反応する事が出来るので、EDTAをAml滴下したときの試水中に含まれるCa 2+とMg 2+の総物質量は、(A/100000)molと言えます。

次に、これをCaCO3に換算してmg/ℓにします。
CaCO3は100g/mol=100000mg/mol。
従って、EDTAをAml滴下したときの試水中に含まれるCaCO3の量(換算)は、
(A/100000)mol*100000mg/mol
Amg
となります。

では、これらは1ℓ中にどれだけ含まれているのか。
試水量は(I/1000)ℓなので、
Amg/(I/1000)ℓ
(A*1000/I)mg/ℓ
(A*1000/I)ppm

そして、私達が行う実験では普段は試水を50ml使うので、
(A*1000/50)ppm
20A ppm

最後に式をまとめます。
総硬度(ppm)=A*1000/I=20A
A・・・EDTA滴下量(ml)
I・・・試水量(ml)(普段は50ml使用。)

以上で説明を終わります。
質問、訂正、感想(?)何でもどうぞ。
調べてでも出来るだけ答えられるようにします。

では、失礼しました。
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by kajawecel | 2007-03-25 14:40
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