Ryhmä 1 Labaratoriossa

Kemiallisen hapen kulutuksen (COD) määritys 

Kemiallista hapen kulutusta käytetään orgaanisen aineen määrän arviointiin tietyn tyyppisistä vesistä, kuten purkuvesistöistä tai puhtaista vesistä mutta ei merivedestä(Opetushallitus, 2019).

Kuva1 Koeastiat

Määrityksen teimme standardin SFS-EN ISO 3036 mukaisesti hapettamalla käsitellyt näytteet permanganaatilla. Näytteisiin liuennut ja sitoutunut orgaaninen aine kuluttaa tietyissä reaktio-olosuhteissa saman määrän happea kuin hapetin on näytteisiin tuonut. 

Määritimme kemiallisen hapen kulutuksen kaikkien ryhmien näytteistä sekä myös ympäristömonitoroinnin suunnittelu – kurssin näytteistä. Näytteitä oli yhteensä 14, joista jokaisesta tehtiin kaksi määritystä eli yhteensä käsiteltäviä koeastioita oli 28 (Kuva 1). Ensimmäiset kaksi astiaa toimi nollanäytteinä, joita käsiteltiin kuin muitakin näytteitä. Aloitimme lisäämällä koeastioihin (100 ml Erlenmeyer- pulloja) tislattua vettä 5 ml, paitsi nollanäytteisiin 10 ml. Tämän jälkeen koeastioihin lisättiin 5 ml näytteitä. 

Jokaiseen koeastiaan lisättiin seuraavaksi rikkihappoa (???) 0,5 ml sekä kaliumpermanganaattiliuosta (0,002 mol/l) 2 ml (Kuva 2), jolloin näytteet värjääntyivät violeteiksi (Kuva 3). Kaliumpermanganaatti liuos valmistettiin ennen lisäystä. 

Kuva 3 Kaliumpermanganaatin lisäys

Kuva 2 Kaliumpermanganaatti liuos

Tämän jälkeen näyteastia tiivistettiin foliolla ja kiehutettiin tasan 20 minuuttia vesihauteessa (Kuva 4), jonka jälkeen näytteet jäähdytettiin kylmässä vesihauteessa huoneenlämpöisiksi. 

Kuva 4 Näytteiden kiehutus

Näytteiden väri oli muuttunut kiehutuksen jälkeen hieman ruskeaksi (Kuva 5). 

Kuva 5 Jäähtyneet näytteet

Seuraavaksi näytteisiin lisättiin kaliumjodidiliuosta (0,1 mol/l), jolloin näytteiden väri muuttui keltaiseksi. Samassa lisättiin näytteisiin 5 tippaa tärkkelysliuosta, joka aiheutti tummansinisen värimuutoksen näytteisiin (Kuva 6). 

Kuva 6 Kaliumjodidin ja tärkkelyksen lisäyksen aiheuttamat värimuutokset

Tämän jälkeen aloitimme näytteiden titraamisen natriumtiosulfaattiliuoksella (0,01 mol/l) samalla sekoittaen niitä magneettisekoittimella. Titrausta jatkettiin niin pitkään kunnes sininen väri oli hävinnyt kokonaan näytteestä. Tässä pisteessä kirjattiin kuluneen natriumtiosulfaatin määrä tuloksiin, jotka vietiin Exceliin ja kaavan avulla laskettiin hapen kulutus näytteessä (Kuva 7 ja 8). 

Kuva 7 Sinisen värin häviäminen näytteestä

Kuva 8 Sininen väri hävinnyt kokonaan - titraus loppunut

Saadut tulokset eivät olleet kovin yhdenmukaiset, johon syynä voi olla titrauksen tarkkuus, likaiset astiat, koeastioiden sekaantuminen aineiden lisäyksen aikana tai jokin inhimillinen muu virhe. Toistamalla kokeen voisivat tulokset olla tarkempia. 

Kuva 9 "Tälläista pienenä kuvittelin kemistin työn olevan"

Koejärjestelyt olivat mielenkiintoiset ja kokeen suorittaminen oli erittäin mielekästä. Kuten eräs ryhmässä olleista totesi ”Tälläista pienenä kuvittelin kemistin työn olevan!”. Tämä lausahdus pitää erittäin hyvin paikkaansa – lisäämällä jotain ainetta saa reaktion aikaan, vaikkakin tässä kokeessa ei mikään astia räjähtänytkään. Kiinnostukseni kemiaa kohtaan olisin toivonut enemmän selitystä mitä tapahtuu missäkin kokeen vaiheessa, mutta lisätietoa löytyi helposti internetistä ja sain tiedonjanoni tyydytettyä. Tällaisia laboratoriokertoja toivoisi enemmänkin! 

-Janne

Ammoniumtypen määritys Hach 2800 -spektofotometrillä

Ammonium on ammoniakin suola. Luonnonvesistöihin on ammoniumia liuennut vain vähän, joten kohonneet pitoisuudet ovat peräisin orgaanisten aineiden hajoamistuotteista, maatalouden lannoitteista sekä teollisuuden ja asutuksen jätevesistä. Luonnossa ammonium hajoaa happea kuluttaen nitraatiksi, jolloin veden happamuudentaso samalla alenee eli se happamoituu(Ammonium-,nitraatti- ja nitriittitypen pikamenetelmien testaus ja validointi jätevesile, Silvonen Hanna, 2011).

Kuva 10 Valmiit liuokset

Määritimme oman ryhmämme sekä samalla laboratorio käynnillä olleiden muun kahden ryhmän pinta- ja pohjavesi näytteet. Ensin pipetoimme näytteet 25ml kyvetteihin. Iionisoitua vettä käytimme "nollanäytteen" määritykseen. Näytteisiin lisäsimme kolme tippaa Mineral Stabilizeria, kolme tippaa Alcohol Dispersing Agenttia ja 1ml Nessler Reagenttia. Näytteet sekoitettiin jokaisen reagenssin lisäämisen jälkeen.

Ammoniumtypen mittasimme näytteistä Hach 2800 -spektofotometrillä, joka ilmaisi tuloksen mg/l NH3-N. Saadut tulokset olivat väliltä 0,03-0,33 mg/l NH3-N. Mikä on ihan tavanomainen arvo luonnon vesillä. Yli 1mg/l NH3-N kertoisi jätevesipäästöistä vesistöihin (Ammonium-,nitraatti- ja nitriittitypen pikamenetelmien testaus ja validointi jätevesile, Silvonen Hanna, 2011).


-Tuomas

Kuva 11 Hach 2800 -spektofotometri

Väri-, nitraattityppi- ja sameusmääritykset

Värinmääritys

Värimääritykseen käytettiin spektofotometri HACH 2800:aa. Spektofotometriin valittiin ohjelma numero 120. Ohjelman valitsemisen jälkeen pipetoimme 10 ml ionivaihdettua vettä yhteen kyvettiin, joka toimi ns. nollanäytteenä ja nollasimme sillä spektofotometrin. Pipetoimme kaikista 14:stä näytteestä 10 ml kyvetteihin, joista kaikista teimme värimäärityksen. Värimäärityksen tekeminen oli hyvin yksinkertaista ja sujui nopeasti.  

Nitraattityppimääritys

Kuva 12 Kyvettejä

Värimääritysten jälkeen teimme samoista näytteistä myös nitraattityppimäärityksen. Pystyimme käyttämään aiemmin pipetoituja näytteitä ja kyvettejä, sillä emme lisänneet värimäärityksen aikana näytteisiin reagensseja. Valitsimme spektofotometriin ohjelman numero 353, jossa on aallonpituus 400 nm. Nitraattityppimäärityksessä spektofotometri täytyy nollata ennen jokaista mittausta. Nollaus tehtiin tutkittavalla näytevedellä.

Nollauksen jälkeen kyvettiin lisättiin NitraVer 5 Nitrate Reagent Powder Pillow- reagenssia, jota sekoitettiin näyteveteen yhden minuutin ajan. Käytetty reagenssi on myrkyllistä, joten kyvetin suuaukolle laitettiin Parafilm-suoja estämään läikkymisen. Sekoituksen jälkeen näytteen ja reagenssin annettiin reagoida keskenään viiden minuutin ajan. Odotusajan jälkeen näytteestä pystyttiin lukemaan nitraattitypen määrä. Nitraattityppimääritys oli mittauksista työläin ja vei eniten aikaa, mutta onneksi käytössämme oli kaksi spektofotometriä, joten mittaus nopeutui huomattavasti. Määrityksen jälkeen näyte kaadettiin keräysastiaan, koska reagenssi oli myrkyllistä.  

Sameusmittaus

Kolmas ja viimeinen määritys oli sameusmittaus. Tähän emme käyttäneet spektofotometriä, vaan sameusmittaria eli turbidimetriä. Laitteen mallinimi on HACH 2100N IS. Myös tämä määritys tehtiin kaikista 14:stä näytteestä. Kaadoimme näytevettä sameuskyvetteihin, jonka jälkeen mittasimme sameuden. Osassa näytteistä oli kiintoainetta mukana, joten mittaustuloksen tasoittumisessa meni muutamia minuutteja. Tulos piti kirjata ylös vain yhden desimaalin tarkkuudella, joka nopeutti hiukan mittausta.  

Suoritettuamme kaikki määritykset ja mittaukset, puhdistimme kaikki näytekyvetit 10% suolaliuoksella ja ionivaihdetulla vedellä. 

Suurin osa tuloksista joita saimme määrityksistä, olivat johdonmukaisia. Suurimmat erot olivat näytteessä numero 13, joka oli ilmeisesti hankittu Citymarketin pihalla sijaitsevasta hulevesikaivosta. Suoritetut mittaukset olivat mielenkiintoisia, mutta itseäni ainakin hieman harmitti, ettemme jokainen päässeet tekemään kaikkia laboratoriokokeita. Se ei kuitenkaan ollut mahdollista ajanpuutteen vuoksi.  

-Ossi

Kokonaisfosforipitoisuuden määritys

Fosforipitoisuuden määrittämiseen käytettiin valmiita kyvettejä, LCK 349 (kuva 13). 

Kuva 13 Fosforipitoisuuden määritykseen käytetyt kyvetit

Kuva 14 Fosforinäytteiden valmistelu

Työ aloitettiin valmistelemalla näytteet. Kyvetteihin pipetoitiin 2 ml vesinäytettä, korkin päältä poistettiin folio ja korkki suljettiin (kuva 14). Näytettä sekoitettiin reippaasti, jotta korkissa ollut reagenssi liukeni näytteeseen.  

Sekoituksen jälkeen näytteet siirrettiin hauteeseen (kuva 15). Lämmityksen jälkeen kyvettien annettiin jäähtyä huoneenlämpöön ja niihin lisättiin kahta reagenssia (kuva 16). 

Kuva 15 Fosforinäytteiden lämmitys hauteessa

Kuva 16 Fosforipitoisuuden määrityksessa käytetyt reagenssit

Kuva 17 Spektofotometri

Reagenssia B pipetoitiin kyvettiin 0,2 ml ja kyvetin päälle vaihdettiin uusi korkki, jonka sisässä oli reagenssi C. Kyvettejä sekoitettiin jälleen reippaasti, jotta reagenssi C liukeni näytteeseen. Näytteiden annettiin tasoittua 10 minuuttia. 10 minuutin kuluttua näytteitä ravisteltiin vielä kerran ennen fosforipitoisuuden määrittämistä spektofotometrillä (kuva 17). Kyvetti asetetaan spektofotometriin, kone lukee kyvetin kyljessä olevan viivakoodin ja antaa tuloksen mg/l. 

Kurssilla otetut vesinäytteet sisälsivät sen verran vähän fosforia, että määrityksen tulokset olivat kaikki alle määritysrajan 0,05 mg/l, joten spektofotometrin antamat tulokset ovat vain laitteen antamia arvioita fosforipitoisuudesta.  

Kiintoainepitoisuuden määritys

Kiintoainepitoisuuden määritys aloitettiin punnitsemalla esikäsitellyt ja yön yli eksikaattorissa säilytetyt suodattimet analyysivaa’alla (kuva 18). Suodattimien painot kirjattiin ylös.  

Kuva 18 Analyysivaaka

Vesinäytteiden sisältämä kiintoaine suodatettiin suodattimille alipaineen avulla (kuva 19). Osa vesinäytteistä sisälsi paljon kiintoainesta, joka oli ehtinyt saostua näytepullojen pohjalle. Näitä näytteitä sekoitettiin ennen suodatusta. Osa näytteistä taas sisälsi paljon hiekkaa. Näitä näytteitä pyrittiin käsittelemään siten, että hiekkaa sekoittuisi suodatettavaan näytteeseen mahdollisimman vähän. Jokaista näytettä suodatettiin 350 ml.  

Kuva 19 Näytteiden suodatus alipaineen avulla

Valmiit kiintoainetta sisältävät suodattimet siirrettiin uuniin 105 asteeseen yhdeksi tunniksi (kuva 20). Kuivatuksen jälkeen suodattimien annettiin jäähtyä eksikaattorissa ja ne punnittiin uudelleen. Tulokset laskettiin punnitustulosten erotuksen ja suodatetun näytemäärän avulla [mg/l].

Kuva 20 Suodatetut näytteet

-Anniina

Loppusanat

Laboratorio työt menivät ryhmältä hyvin. Ryhmille annetut työhjeet olivat selkeät. Eri ryhmien näytteistä saadut tulokset olivat pääosin hyvin samanlaisia keskenään. Suurimmat erot tulivat kiintoaineen osalta. Tämä luultavammin selittyy näytteissä olleella hiekalla, jota ei lyhyellä laboratoriajalla saatu poistetuksi. 
Kurssi oli opettavainen ja oli mielenkintoista päästä kentälle tekemään harjoituksia. Teorian liittäminen käytäntöön auttoi sisäistämään eri asioita, joita ympäristöinsinööri arjessaan kohtaa.

Ryhmä 1 kiittää