Ryhmä 7: Laboratoriotyöt 16.11.2021

Ryhmä 7. Suoritti laboratoriotyöt 16.12.2021. Piela määritti veden kemiallisen hapen kulutuksen, Anna määritti sameuden ja nitraattitypen, Kaisa kokonaisfosforin ja värin ja Venla kiintoainepitoisuuden sekä ammoniumtypen.

Veden kemiallisen hapen kulutuksen (COD_Mn) määrittäminen

Purkuvesistöjen ja puhtaiden vesien orgaanisen aineksen määrä arvioidaan testaamalla veden kemiallista hapen kulutusta (mg/l) ja käyttämällä näytteen hapettamiseen permanganaattia, joka on vahva hapete. Likaantuneista vesistä määritys tehdään dikromaatilla, joka on huomattavasti vahvempi hapete.

COD_Mn-arvon määritys alkoi näytepullojen täyttämisellä. Erlapullot oli numeroitu 0–8 ja kaikille tehtiin myös rinnakkaisnäytteet. Näytteet käsiteltiin kahdessa osassa, sillä kaikki eivät olisi mahtuneet kerralla kattilaan kiehumaan. Nollanäytteissä oli ionivaihdettua vettä ja varsinaisissa näytteissä (Pieni-Valkeisen tulouoma, lähtöuoma ja Iso-Valkeisen tulouoma) 5 ml näytettä ja 5 ml ionivaihdettua vettä. Viimeisessä kahdessa rinnakkaisnäyteessä oli pohjavesinäytteet eikä niitä laimennettu ionivaihdetulla vedellä. Tämän jälkeen pulloihin lisättiin kaliumpermanganaattiliuosta ja rikkihappoa, minkä myötä vesi erlapulloissa muuttui violetiksi. Erlapullojen suut suojattiin foliolla ja pullot siirrettiin kiehuvaan veteen 20 minuutiksi.

Kun puolet näytteistä oli kiehumassa, valmisteltiin toiset kahdeksan näytepulloa samalla tavoin kuin ensimmäiset. Kun pullot olivat kiehuneet 20 minuuttia, oli osassa niistä nesteen väri taittunut punaisempaan alkuperäisestä aniliininpunaisesta.  

Pullot jäähdytettiin kylmässä vedessä ja niihin lisättiin kaliumjodidiliuosta sekä tärkkelysliuosta. Tämän myötä pullojen sisältämän nesteen väri muuttui sinimustaksi.

Seuravaksi näytteet titrattiin natriumtiosulfaattiliuoksella ja samaan aikaan sekoitettiin magneettisekoittimella, kunnes näytteistä hävisi väri ja ne kirkastuivat.

Värin kirkastumiseen tarvittu natriumtiosulfaattiliuoksen määrä kirjattiin ylös ja kirjattiin Exceliin, missä varsinainen laskukaava oli valmiina. Tulokset vaikuttivat kuitenkin kovin merkillisiltä ja laboratoriotöitä ohjanneessa opettajassa heräsi epäilys käytetyn ionivaihdetun veden laadusta ja puhtaudesta.

 

 

Sameuden määritys

  

Sameuden määritykseen ei tarvittu muuta välineistöä, kuin dekka, kyvetti, pehmeää paperia, turbidimetri sekä ionivaihdettua vettä kyvetin huuhtomiseen. Kaikessa yksinkertaisuudessaan näytevesi kaadettiin kyvettiin siten, että se oli täynnä, minkä jälkeen kyvetti asetettiin turbidimetriin, joka määritti veden sameuden yksikössä FNU. 

Näytteiden annettiin olla mitattavana n. 5 minuuttia, jotta näyte tasaantui turbidimetrin sisällä. Kun tulos oli kirjattu ylös, kaadettiin edellinen näyte dekkaan ja kyvetti huuhdottiin ionivaihdetulla vedellä. Kun uusi näyte oltiin kaadettu ja korkki pistetty kiinni, kyvetti kuivattiin huolellisesti pehmeällä paperilla ennen turbidimetriin asettamista. 

 

 

Taulukko 1. Sameuden tulokset

Tulokset vaihtelivat sijainnista riippuen melko vähäisesti Pieni-Valkeisen tulo-, poisto- sekä Iso-Valkeisen tulouoman välillä. Sameus oli näissä pisteissä 2-3 FNU välillä ja näytteet olivat silmämääräisestikin kirkkaita. Pohjavesinäytteessä oli ongelmana, että näytteeseen käytettävää vettä oli enää pullon pohjalla, minne oli laskeutunut paljon sakkaa (Ks Kuva 1.). Tämän näytteen sameuden arvo oli yli 350 FNU, jolloin päätimme Antikaisen kanssa käyttää pohjavesinäytteen sameuden määrittämiseen aikaisemmin tunnilla talteen otettua vettä näytteen pinnalta, vaikka sitä ei riittänyt täyttämään kyvettiä pintaan asti. Tällöin tulokseksi tuli 12,9 FNU. 

 

Kuva 1. Samea pohjavesinäyte (Kivimäki, 2021-11-16)

 

Nitraattitypen määrittäminen

Kuva 2. Nitraattitypen määrittämisen ohjeistus (Kivimäki, 2021-11-16)

Nitraattitypen määrittämiseen käytettiin pipettiä, LCK 339 analyysikittiä sekä HACH dr6000 spektofotometriä. Määritys oli helppo toteuttaa LCK 339 paketin ohjeita seuraten (Ks. Kuva 2.). Ensin kitin näytepullot (kyvetit) asetettiin alustalle pystyasentoon ja ne numeroitiin näytteiden mukaisesti (Ks. Kuva 3.). Tämän jälkeen pulloihin mitattiin pipetillä 1 millilitra näytevettä sekä 0,2 millilitraa pakkauksen reagenssia, korkit suljettiin ja näytteitä ravisteltiin huolellisesti. Tässä vaiheessa näytepullot kuumenivat huomattavasti.

Kuva 3. Nitraattitypen määrittämisessä käytettävät näytepullot (Kivimäki, 2021-11-16)

 

Kun näytteet oli ravisteltu, ne laitettiin odottamaan 15 minuutin ajaksi ennen spektofotometriin asettamista. Alun perin mittauksessa olisi käytetty pienempää spektofotometriä, mutta isompi laite oli tässä vaiheessa vapaana käyttöä varten. Kun näytteet olivat odottaneet määrätyn ajan, ne asetettiin yksi kerrallaan mittalaitteen sisään. Laite antoi tulokset erittäin nopeasti vain muutaman sekunnin odotuksen jälkeen (Ks. Taulukko 2.). 

Taulukko 2. Nitraattitypen mittaustulokset

Kokonaisfosforin määritys

Kokonaisfosforin määrä ilmaisee fosforin eri muotojen kokonaismäärän vedessä. Sen perusteella voidaan arvioida veden rehevyystasoa. Fosforia pääsee vesistöön luonnonhuuhtoutumana sekä esimerkiksi maa- ja metsätaloudesta ja jätevesistä.

Kokonaisfosfori määritettiin kahdeksasta vesinäytteestä. Näytteet oli otettu Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomalta sekä Iso-Valkeisen tulouomalta, minkä lisäksi näytteistä kaksi oli pohjavesinäytteitä.

Määrityksessä käytettiin LCK 349 -analyysikittiä. Ensimmäiseksi jokaista vesinäytettä pipetoitiin 2 ml omaan numeroituun kyvettiinsä. Jokaisen kyvetin korkissa oli kemikaali, joka sekoitettiin näytteeseen huolellisesti kääntelemällä kyvettiä useita kertoja. 

                                       

                                    LCK 349 -analyysikitti.

Tämän jälkeen näytteet lämmitettiin HT200S -polttohauteella 170 asteeseen 15 minuutin ajaksi. Lämmitys ja näytteiden jäähdytys laitteella kesti kokonaisuudessaan noin 40 minuuttia. 

                                    

                                     Näytteiden lämmitys polttohauteella.

Lämmityksen ja jäähdytyksen jälkeen näytteitä sekoitettiin jälleen, minkä jälkeen kyvettien korkit poistettiin ja jokaiseen kyvettiin pipetoitiin 0,2 ml reagenssi B:tä. Kyvetteihin asetettiin analyysikitin harmaat korkit, joissa oleva aine sekoitettiin näytteeseen kääntelemällä kyvettiä. Tämän jälkeen näytteiden annettiin seistä 10 minuuttia.

                                         

                                    Näytteet odottamassa ennen spektrofotometriä.

Varsinainen kokonaisfosforin määritys tapahtui spektrofotometriä käyttäen. Ennen laitteeseen asettamista kyvettin pinnat puhdistettiin paperilla mahdollisista sormenjäljistä ja muista epäpuhtauksia, jotka haittaisivat näytteiden analysointia. Kyvetit asetettiin spektrofotometriin yksitellen, ja laite osasi määrittää kokonaisfosforin kyvetin kyljessä olevan viivakoodin perusteella.

                                      

                                    Kokonaisfosforin määritystä spektrofotometrillä.

Näytteiden kokonaisfosforipitoisuudet on esitetty oheisessa taulukossa. LCK 349 -analyysikitin mukainen kokonaisfosforin määritysraja on 0,05 - 1,5 mg/l. Yhtä lukuunottamatta kaikkien analysoimiemme näytteiden pitoisuudet alittivat tämän rajan.

                                    Taulukko 2. Kokonaisfosforipitoisuudet.

                                      

Värin määritys

Värin perusteella voidaan arvioida veden humuspitoisuutta. Värittömän veden väriluku on alle 15 mg/l, lievästi humuspitoisen veden 20 - 40 mg/l ja humuspitoisen 50 - 100 mg/l.

Värin määrittäminen tapahtui niin ikään spektrofotometriä käyttäen, ja määritys tehtiin kahdeksalle vesinäytteelle, kuten edellä. Määritystä varten spektrofotometristä valittiin ohjelma 120 Color 455nm. Laite tuli ensiksi nollata ionivaihdetulla vedellä, jota kaadettiin kyvettiin noin 10 ml merkkiviivaan asti. Myös jokaista vesinäytettä kaadettiin kyvettiin noin 10 ml, ja jokainen näyte analysoitiin yksitellen. Analysoinnissa käytettiin samaa kyvettiä, joka huuhdeltiin sekä ionivaihdetulla vedellä että analysoitavalla näytevedellä ennen jokaista määritystä. Myös väriä määritettäessä oli tärkeää varmistaa, että kyvetin pinta oli puhdas ennen spektrofotometriin asettamista.

                                     

                                    Värin määritys spektrofotometrillä. Analysoitava näyte on laitteen kannen alla.

Värimäärityksen tulokset on esitetty oheisessa taulukossa. Tulokset vastaavat humuspitoisen veden värilukuja. Toisen pohjavesinäytteen osalta lukema on vielä korkeampi, mutta on otettava huomioon pohjavesinäytteissä olevan sakan vaikutus tuloksiin.

                                     Taulukko 3. Värimäärityksen tulokset.

                                   

                                

                        

 

Kiintoainepitoisuuden määrittäminen 

Kiintoainepitoisuus määritettiin ryhmien 7 ja 8 näytteistä samalla kertaa. Näytteet 1-3 olivat ryhmän 7 Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoma sekä Iso-Valkeisen tulouoma, vastaavasti näyteet 4-6 olivat ryhmän 8. Näytteet 7 ja 8 olivat molempien ryhmien pohjavesinäytteet. 

Kiintoainepitoisuuden määrittäminen aloitettiin erottelemalla ja numeroimalla foliomaljat 1-8 sekä kirjaamalla suodattimien painot. Tämän jälkeen koottiin suodatuslaitteisto ja asetettiin suodatinpaperi suodattimeen. Suodatinpaperi kasteltiin ionivaihdetulla vedellä, jotta se pysyisi tiiviisti suodattimessa. 

 

Numeroitavat foliomaljat

Suodatuslaitteisto

 

                                                        

Näytettä mitattiin noin 500-600 ml  mittalasiin, josta se kaadettiin suodattimeen. Suodatuksen jälkeen huuhdeltiin vielä mittalasi ionivaihdetulla vedellä ja kaadettiin sekin suodattimeen. Kun kaikki näyte oli suodattunut, irroitettiin suodatinpaperi, johon kiintoaines oli jäänyt ja asetettiin se takaisin foliomaljalle. Tämä toistettiin kaikille 8:lle näytteelle. 

Kiintoaineen suodatus

                                                  

Kun kaikki näytteet oli saatu suodatettua, laitettiin ne uuniin (100 °C) kuivumaan 40 minuutiksi. Tämän jälkeen, kun näytteet olivat jäähtyneet, ne vielä punnittiin.

Näytteet uuniin

Alla on taulukko, johon on koottu kiintoaineen määrityksestä saadut tulokset.

Tulokset

Ammoniumtypen määritys

Sillä aikaa, kun kiintoaineen määrityksessä saadut näytteet olivat uunissa, määritettiin näytteistä ammonium- typpi. Ammoniumtypen määritys suoritettiin ohjeen mukaan, ensin pipetoimalla 5 ml jokaista näytettä eri näyteputkiin, jonka jälkeen putkien korkeista poistettiin foliot ja ne käännettiin toisin päin kiinni putkeen. Näin reagenssi pääsi reagoimaan näytteen kanssa ja sekoituksen jälkeen neste värjäytyi hieman kellertäväksi. Sitten odotettiin 15 minuuttia. 

Numeroidut näytepullot

 

Kun 15 minuuttia oli kulunut, laitettiin näyteputket yksi kerrallaan spektofotometriin. Laite luki viivakoodin avulla ammoniumtypen määrän näytteestä. Joissakin näytteissä spektofotometrin antama tulos oli alle määritysrajan (0,015-2,00), jolloin tuloksen epävarmuus lisääntyy. 

Spektofotometri

Alla olevassa taulukossa on koottu ammoniumtypen määrä näytteittäin.

Ammoniumtypen määrä