การวิเคราะห์ความกระด้างของน้ำด้วยวิธีไตเตรทด้วยอีดีทีเอ
หลักการ
อีดีทีเอสามารถสร้างไอออนเชิงซ้อนที่เสถียรกับ Ca2+ , Mg2+ และไอออนประจุบวกสองอื่นๆที่เป็นสาเหตุของความกระด้างของน้ำ เมื่อเติมสารอีรีโครมแบลกทีอินดิเคเตอร์ที่น้ำตัวอย่างที่มีบัฟเฟอร์ที่พีเอช 10.0+0.1 สารอีบีทีจะรวมกับ Ca2+ และ Mg2+ เกิดเป็นสารเชิงซ้อนสีม่วง (ถ้าไม่มีไอออนของโลหะละลายอยู่จะได้สารละลายสีน้ำเงิน) เมื่อไตเตรทด้วยอีดีทีเอ Ca2+ , Mg2+ และไอออนประจุบวกอื่นๆที่เป็นสาเหตุของความกระด้างของน้ำจะรวมตัวกับอีดีทีเอเป็นสารเชิงซ้อน ซึ่งไม่มีสีและคงตัวกว่าสารเชิงซ้อนแรก โดยจะรวมตัวกับ Ca2+ ก่อน แล้วจึงมารวมตัวกับ Mg2+ เมื่ออีดีทีเอรวมตัวกับไอออนดังกล่าวหมดแล้วจึงไปดึงไอออนโลหะ (Mg2+ ) มาจากสารเชิงซ้อนแรกจนหมดและปล่อยอีดีทีเป็นอิสระ สีของสารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินอีบีทีแสดงว่าถึงจุดยุติตามสมการ
pH = 10
M2++EBT
[M-EBT] complex 1
pH = 10
[M-EBT] complex + EDTA[M3EBT] complex + EBT 2
สีม่วงแดง สีน้ำเงิน
เครื่องมือและอุปกรณ์
1. บิวเรตต์ ขนาด 50 มล.
2. ขวดรูปชมพู่ ขนาด 250 มล.
3. เครื่องกวนแม่เหล็ก
สารเคมี
1. สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer Solution) เลือกชนิดใดชนิดหนึ่ง
1.1 ละลายแอมโมเนียคลอไรด์ (Ammonium Chloride, NH4Cl) 16.9 กรัม ในแอมโมเนียไฮดรอกไซด์เข้มข้น (NH4OH, Conc) 143 มล. เติมเกลือแมกนีเซียมของอีดีทีเอ 1.25 กรัมแล้วเจือจางให้เป็น 250 มล. ด้วยน้ำกลั่น
1.2 ละลายเกลือไดโซเดีมของอีดีทีเอ (Disodium Salt of Ethylendiaminetetraacetic Acid Dihydrate) 1.179 กรัมและแมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO47H2O) 780 มก.หรือแมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl26H2O) 644 มก.ในน้ำกลั่น 50 มล. เติมสารละลายนี้ลงไปในสารละลายของแอมโมเนียมคลอไรด์ 16.9 กรัม กับอแมโมเนียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 143 มล. ผสมให้เข้ากันแล้วเติมน้ำกลั่นให้เป็น 250 มล. เก็บสารละลายบัฟเฟอร์ในขวดพลาสติก หรือขวดแก้วบอโรซิลิเคต ควรปิดจุกให้แน่น เพื่อป้องกันการสูญเสียแอมโมเนีย (NH3) หรือการดูดซึมของคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศถ้าเติมสารละลายบัฟเฟอร์ลงในตัวอย่าง 1-2 มล. แล้วไม่ทำให้พีเอชของตัวอย่างเมื่อถึงจุดยุติเท่ากับ 10.0 + 0.1 ต้องทิ้งไปไม่ควรนำมาใช้
1.3 สารละลายบัฟเฟอร์ที่ไม่มีกลิ่นและอยู่ตัวกว่า 2 ชนิดแรก โดยผสมกรดไฮโดรคลอริก 55 มล. กับน้ำกลั่น 400 มล. คนให้เข้ากันช้าๆ เติม 2-อะมิโนเอทธานอล (2-Aminoethanol) 300 มล. (ไม่มีอะลูมิเนียมและโลหะหนักเจือปน) แล้วเติมเกลือแมกนีเซียมของอีดีทีเอ 5.0 กรัม เจือจางให้เป็น 1 ล. ด้วยน้ำลั่น
2. Complexing Agents
-ส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องใช้ Complexing Agents แต่ถ้าน้ำนั่นมีสิ่งรบกวนการวิเคราะห์จำเป็นต้องใช้ Complexing Agents เพื่อทำให้เห็นการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ที่จุดยุติได้อย่างชัดเจน Complexing Agents ที่ใช้มีดังนี้
2.1 อินฮิบิเตอร์ l (Inhibitor l)
ถ้าตัวอย่างน้ำเป็นกรดควรปรับพีเอชให้เป็น 6 หรือสูงกว่าสารละลายบัฟเฟอร์หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.1 นอร์มัล ก่อนเติมโซเดียมไซยาไนด์ (NaCN) 250 มก. ลงไปให้สารละลายตัวอย่าง แล้วเติมสารละลายบัฟเฟอร์ให้เพียงพอที่จะปรับพีเอชให้เป็น 10.0 + 0.1
(ข้อควรระวัง : NaCN มีพิษร้ายแรงมาก จึงควรใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ)
2.2 อินฮิบิเตอร์ ll (Inhibitor ll)
ละลายโซเดียมซัลไฟด์โมโนไฮเดตร (Sodium Sulfide Monohydrate, Na2S.9H2O) 5 กรัม หรือ Na2S.5H2O 3.7 กรัม ในน้ำกลั่น 100 มล. ปิดขวดให้แน่นด้วยจุกยางเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการออกซิเดชั่นเนื่องจากออกซิเจนในอากาศ อินฮิบิเตอร์ ll จะทำให้โลหะหนักซึ่งขัดขวางการวิเคราะห์ตกเป็นตะกอนซัลไฟด์ ปริมาณของอินฮิบิเตอร์ ll ที่ควรใช้คือ 1 มล.
2.3 Mg CDTA (Magnesium Salt of 1, 2-Cyclohexanediaminetetraacetic acid)
เติม Mg CDTA 250 มก. ต่อตัวอย่างน้ำ 100 มล. ให้ละลายหมดอย่างดีก่อนจึงค่อยเติมสารละลานบัฟเฟอร์ การใช้ Complexing Agents ชนิดนี้เพื่อต้องการหลีกเลี่ยงการใช้สารพิษหรือสารที่มีกลิ่นจากอินฮิบิเตอร์ l และ ll
3. อิริโอโครม แบลค ที อินดิเคเตอร์ (Eriochrome Black t Indicator)
เตรียมได้ทั้งชนิดที่เป็นสารละลายแล้วผงแห้ง ดังนี้
3.1 ชนิดเป็นสารละลาย
ละลายอิริโอโครม แบลค ที 0.5 กรัม ใน 2,2, 2-ไนโตรโลไตรเอทธานอล (2,2, 2-nitrilotriethanol) หรือเรียกอีกอย่างว่า ไตรเอทธาโนลามีน หรือสารละลานใน 2-เมธอกซีเมทธานอล (2-Methoxymethanol) หรือเรียกอีกชื่อว่า เอทธิลีนไกลคอล โมโนเมทธิล อีเธอร์ เติม 2 หยด ต่อตัวอย่างน้ำ 50 มล.
3.2 ชนิดเป็นผงแห้ง
ผสมอิริโอโครม แบลค ที 0.5 กรัม และโซเดียมคลอไรด์ 100 กรัม ให้เข้ากัน (ชนิดเป็นผงแห้งจะเก็บไว้ใช้ได้นาน)
4. สารละลายมาตรฐานแคลเซียมคาร์บอเนต
ชั่งแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งได้อบแห้งแล้วจำนวน 1 กรัม ใส่ในขวดรูปชมพู่ขนาด 500 มล. วางกรวยไว้ที่คอขวดค่อยๆ เติมกรดไฮโรคลอริก (1+1) ทีละน้อยจนกระทั่งแคลเซียมคาร์บอเนตละลายหมด เติมน้ำกลั่น 200 มล. ต้มให้เดือดประมาณ 2-3 นาทีเพื่อใส่คาร์บอนไดออกไซด์ ทิ้งให้เย็น เติมเมทธิลเรดอินดิเคเตอร์ 2-3 หยด ปรับให้เป็นสีส้มกลาง ด้วยแอมโมเนียไฮดรอกไซด์ 3 นอร์มัลหรือกรอไฮโรคลอริก (1+1) ถ่ายลงในขวดวัดปริมาตรขนาด 1ลิตร เติมน้ำกลั่นจนได้ปริมาตร 1 ลิตร
*สารละลายมาตรฐานนี้ 1 มล. สมมูลกับ 1 มก. แคลเซียมคาร์บอเนต
5. สารละลายมาตรฐานอีดีทีเอ 0.01 โมลาร์
ละลายผงอีดีทีเอไดโซเดียมซอลท์ (EDTA Disodium Salt) 3.723 กรัม ในน้ำกลั่นแล้วเจือจางให้เป็น 1 ลิตร แล้วเมียบความเข้มข้นที่แน่นอน (Standardize) กับสารละลายมาตรฐานแคลเซียมที่ทราบความเข้มข้น (จากข้อ 4) ปรับความเข้มข้นของสารละลายอีดีทีเอให้ได้ 1 มล. = 1 มก. แคลเซียมคาร์บอเนต วิธีเทียบความเข้มข้นที่แน่นอนกระทำโดยปิเปตสารละลายแคลเซียมคาร์บอเนต 25 มล. เติมน้ำกลั่นให้เป็น 50 มล. แล้วทำเหมือนวิเคราะห์ตัวอย่างน้ำ ถ้าสารละลายอีดีทีเอ 1 มล. = 1 มก. แคลเซียมคาร์บอเนตจะใช้อีดีทีเอ 25 มล. พอดี ควรเก็บสารละลายมาตรฐานอีดีทีเอที่เตรียมในขวดโพลีเอทธิลีนหรือขวดแก้วบอโรซีลิเคต
6. โซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.1 นอร์มัล
การวิเคราะห์ความกระด้างของน้ำด้วยวิธีไตเตรทด้วยอีดีทีเอ
ขั้นตอนที่ 1 ปิเปตตัวอย่างน้ำ 25 มล. ด้วยปิเปตขนาด 25 มล.
ขั้นตอนที่ 2 ปรับปริมาตรของน้ำตัวอย่างให้เป็น 50 มล. ด้วยน้ำกลั่นปริมาตร 25 มล. ในขวดรูปชมพู่ขนาด 250 มล.
ขั้นตอนที่ 3 เติมสารละลายบัฟเฟอร์ 0.2 มล.โดยใช้ปิเปตขนาด 1.0 มล.ดูดขึ้นมา โดยจะต้องเติมสารละลายนี้ในฮูด เนื่องจากมีกลิ่นที่แรงมาก
ขั้นตอนที่ 4 เติมอีรีโอโครม แบลค ที อินดิเคเตอร์ แบบแห้งลงไป 0.2 มก.จะเกิดเป็นสีม่วงแดง
ขั้นตอนที่ 5 ไตเตรทด้วยอีดีทีเอ 0.01 โมลาร์ จนเปลี่ยนจากสีม่วงแดงเป็นสีฟ้าสดและไตเตรทต่ออย่างช้าๆ จนถึงจุดยุติคือเปลี่ยนเป็นสีฟ้า บันทึกผล
การคำนวณ
ความกระด้างของน้ำ, มก./ล. ของ CaCO3 = (A - B) x M x 100 x 1,000
ปริมาตรตัวอย่างน้ำ, มล.
หรือ = (A - B) x 20
เมื่อ A = ปริมาตรอีดีทีเอที่ใช้ไตเตรทตัวอย่าง, มล.
B = ปริมาตรอีดีทีเอที่ใช้ไตเตรทแบลงค์, มล.
M = ความเข้มข้นของอีดีทีเอ (0.01 โมลาร์)