DETERMINAREA GAZELOR DIN AER (CO₂, SO₂, Cl₂, NH₃)

Aerul atmosferic contine, pe langa componentii naturali, o serie de substante poluante. Acestea provin din diferite surse (industrie, locuinte, transport etc.) sau ca rezultat al reactiilor chimice care au loc in atmosfera intre diferiti compusi.

Substantele care impurifica cel mai frecvent aerul sunt: compusii carbonului, sulfului, azotului si cei ai halogenilor.

O importanta deosebita o au impurificarea cu monoxid de carbon, dioxid de sulf, oxizii de azot, hidrocarburile etc.

Gazele se clasifica in functie de actiunea lor asupra organismului in:

• Gaze iritante (oxizii de azot, dioxidul de sulf, amoniacul, clorul)
• Gaze asfixiante (monoxidul de carbon, dioxidul de carbon)
• Gaze toxice specifice, sistemice
• Gaze cancerigene (benzipiren, beta naftilamina)

Sursele de poluare pot fi

• Naturale – eruptii vulcanice, erodarea solului, furtunile de praf
• Artificiale – procesele de combustie a carbunilor, petrolului, gazelor, procesele industriale, transporturile, fumatul

Substantele poluante din aer pot actiona asupra organismului direct (prin respiratie) sau indirect (prin actiunea lor asupra aerului).

Cele mai intalnite gaze poluante sunt SO₂, CO si NO_x. Acestea sunt produse in principal de surse industriale.

Poluarea poate fi atat in mediul exterior (ex. ploaia acida, care  este frecvent rezultatul poluarii cu SO₂ si NO₃ si poate determina aparitia patologiei in sfera respiratorie, acut sau tardiv cat si in spatii inchise, aglomerate, ineficient ventilate.

Proprietatile gazelor conditioneaza:

• Dispersia

Neutralizarea

• Acumularea
• Concentrarea
• Actiunea toxica asupra organismului.

Efectele gazelor sunt influentate si de temperatura, umiditate, miscarea aerului, radiatiile calorice.

1. Recoltarea probelor pentru analize

Volumul de aer ce se va recolta va fi de zeci sau sute de litri deoarece concentratia substantelor ce trebuie dozate este in general < 1 mg/m³

Uneori se recolteaza continuu, timp de 24 ore pentru determinarea concentratiei medii zilnice

Se executa si in anumite momente ale zilei pentru determinarea concentratiilor maxime, minime si medii

Norme sanitare

• CMA medie de scurta durata - / 30 minute
• CMA medie de lunga durata - /24 ore

Fixarea punctelor de recoltare

In cazul recoltarii in aer liber, punctele de recoltare vor fi situate pe directia vantului dominant fata de sursa, pana la o distanta de 2-5 km de aceasta.

In cazul recoltarii din incaperi punctele de recoltare se amplaseaza in mijlocul camerei , la 1,60 m de sol, la nivelul zonei de respiratie

Recoltarea probelor de aer prin absorbtie

• Metoda consta din expunerea in atmosfera respectiva a unor substante reactive, pe un suport de granule poroase sau hartie de filtru
• Se expun un interval de timp determinat apoi se aspira
• Pentru determinarea cantitativa se cunoaste volumul de aer ocupat si suprafata filtrului

Recoltarea probelor in recipiente

• Procedeul indicat pentru gaze, cu o concentratie suficient de mare
• Recoltarea in recipiente de sticla: pipeta de gaz
• Pipeta de gaz este un cilindru masurat (1-2 litri) filat la capete, cu un robinet
• Pentru recoltare se realizeaza vidul, la punctul de recoltare se deschide robinetul pentru aspirare apoi se inchide si se transporta la laborator
• Se masoara temperatura la locul de recoltare si se adauga reactivul care fixeaza gazul

Recoltarea probelor prin aspiratie

• Este metoda cel mai frecvent utilizata
• Se bazeaza pe trecerea unui volum de aer printr-un mediu absorbant care retine gazele ce urmeaza a fi determinate
• Aparatura
• Dispozitiv de retinere a gazului de analizat: barbotor
• Dispozitiv de masurare a debitului de aer- debitmetru sau gazometru
• Dispozitiv de aspiratie propriu-zis -pompa de aspiratie
• Barbotorul este variabil in functie de metoda folosita
• In dispozitiv se pune un lichid absorbant ce fixeaza gazul sau il dizolva fie contine o substanta dizolvata cu care gazul intra in reactie formand un compus care poate fi dozat
• Frecvent se folosesc doua dispozitive consecutive pentru a controla gazul ce nu a fost absorbit complet in primul absorbitor
• In al doilea dispozitiv nu trebuie sa fie cantitate egala sau mai mare de gaz retinut ca in primul
• Retinerea este dependenta si de viteza de aspiratie; rezulta ca debitul ti viteza de recoltare precum si absorbantul folosit sunt indicate precis pentru fiecare metoda de analiza
• Gazometrul uscat sau cu apa trebuie sa fie sensibile le volume mici
• Pompa de aspiratie electrica cu supapa
• Se mai foloseste dispozitivul hidrostatic ce consta din doua vase legate in serie dispuse la inaltimi diferite cu ajutorul carora se creeaza un vid prin scurgerea apei din unul in altul; din vasul superior apa se scurge in cel inferior creandu-se un vid ce induce aspiratia de aer care se transmite printr-un tub de cauciuc in absorbitoarele de sticla dispuse in serie

Metode de determinare

• Absorbitoarele sunt transportate in laborator unde se face analiza lor fizico-chimica
• Metodele de analiza sunt diferite in functie de gazul de cercetat

Se folosesc metodele:

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

• Colorimetrica
• Nefelometrica
• Turbidimetrica
• Cromatografica
• Polarografica
• Spectrofotometrica

2. Determinarea CO2

• CO2 este un constituent normal al atmosferei in proportie de 0,03-0,04 %
• Este un gaz incolor, inodor, solubil in apa
• Densitatea e de 1,5-1,97 g/cm³ ceea ce permite acumularea in locurile declive (grote, puturi, mine) ajungand pana la 2,5-3,5 % in mediul industrial acumulari importante sunt posibile in sectiile de fermentatie ale fabricilor de bere, spirt etc. pana la valori de 5-10%
• Constituie un indicator al gradului de poluare al aerului
• In spatiile aglomerate, concentratia din aer poate ajunge la 1%

Sunt doua metode de determinare

1.Metoda gravimetrica

2.Metoda titrimetrica (Pettenkofer)

2.1. Metoda gravimetrica de determinare a CO2

principiu

• un volum de aer se trece printr-un vas absorbant ce contine NaOH sau KOH care va retine CO₂ sub forma de carbonat de K sau Na
• CO₂+KOH=K₂CO₃+H₂O
• Prin cantarirea vasului de absorbtie inainte si dupa aspirarea aerului se va afla cantitatea de co2 din aer

2.2. Metoda titrimetrica Pettenkofer a determinarii CO₂

Principiu

• un volum cunoscut de aer este aspirat printr-o solutie de BaOH2 cu titru cunoscut
• Co₂ din aer este fixat de BaOH₂ formand BaCO₃ insolubil
• Co₂ +BaOH₂ = BaCO₃ +H₂O
• Prin fixarea co₂ scade titrul solutiei de BaOH
• Din diferenta dintre titrul initial si final ala solutiei de BaOH se poate calcula cantitatea de co₂ din volumul de aer cercetat
• Co₂ este fixat sub forma de BaCO₃ insolubil iar excesul de BaOH₂ se titreaza cu acid oxalic in prezenta fenolftaleinei ca indicator

Aparatura

Mod de lucru

• Se introduc 100 cm3 BaoH2 intr-un vas de absorbtie legat de dispozitivul de aspiratie
• Se regleaza viteza de aspiratie la 2-3 l/min
• Se aspira 10 l aer (noi 1,5-2 l)
• Co₂ eset retinut de solutia de BaOH₂ care devine opalescenta prin formarea BaCO₃ insolubil
• Pentru determinarea titrului initial al solutiei de BaOH₂ se titreaza o cantitate de 25 cm³ in vas Erlenmeyer cu acid oxalic in prezenta fenolftaleinei

Culoarea rosie a solutiei vireaza la incolor

• Se noteaza in cm³ solutia consumata la titrare (T_i)
• Se lasa solutia de BaOH₂ folosita pentru absorbtie sa sedimenteze sau se fixeaza apoi se titreaza 25 cm³ cu acid oxalic in prezenta fenolftaleinei
• Se noteaza numarul de cm³ de solutie de acid oxalic consumat (T_s)

Calcul

1 cm³ acid oxalic =1 mg CO₂=0,5 cm³ CO2

cm³ CO₂ / 10 l aer

• se face corectia volumului de aer recoltat prin aducerea la conditii normale de temperatura (0⁰C) si presiune (760 mmHg)
• stiind ca recoltarea probelor de aer este influentata de temperatura, presiune, umiditate, viteza de miscare a aerului de la locul recoltarii

rezulta :

V₀=

V₀=volumul corectata ala aerului

V₁=volumul de aer masurat initial

b = presiune atmosferica din momentul recoltarii

t = temperatura aerului din momentul recoltarii

α= coeficientul de dilatare al gazelor=0,00367

B=760 mmHg

• Rezultatul se exprima procentual

In V₀ (cm3)…………………corespunde  y cm3 co2

In 100……………………….x

3. Determinarea so₂

• so₂ este un gaz incolor cu miros caracteristic patrunzator
• Are densitatea de 2,264 g/cm³, se lichefiaza, se dizolva in apa si alcool
• Este iritant pentru mucoasele cailor respiratorii si conjunctivale
• Este sufocant in concentratii mari

Nivele ridicate de so₂ pot afecta plamanii si dau probleme de respiratie

• Constituie un indicator sanitar de poluare aerului
• Se evidentiaza prin doua metode

• Metoda nefelometrica
• Metoda iodometrica (Iacovenco)

3.1. Metoda so₂ prin metoda Iacovenco

Principiu

so₂ reduce iodul liber in acid iodhidric

• Iodul ramas in exces se titreaza in Na₂S₂O₃ solutie 1/200 N, in prezenta amidonului
• H₂SO₃ + I₂+H₂O=H₂SO₄+2HI
• Metoda de lucru

Se leaga doua vase tip impinger cu dispozitivul de aspirare a aerului

• Intr-un vas se toarna 5 cm³ solutie I2 + o picatura amidon
• In celalalt vas se toarna 5 cm³ solutie Na₂S₂O₃ + o picatura de amidon
• Se barboteaza pana cand culoarea albastra a solutiei de I2 se decoloreaza
• Dupa aspirarea aerului cele doua solutii din vase vor fi turnate intr-un balon Erlenmeyer
• Se spala vasele cu apa distilata si se toarna iar
• Se titreaza solutia obtinuta cu solutie de I₂ 1/200 n pana la aparitia culorii albastre

Calcul

1 ml solutie I₂ 1/200 n…………..0,16 mg so₂

cantitatea de solutie I₂ folosita la titrare este egala cu solutia de I₂ redusa de so₂

CMA mg SO₂ / m³ aer = 0,75

C_{medie / 24 ore} = 0,25 mg SO₂ / m³ aer

4. Determinarea clorului gazos

• Clorul este un gaz toxic de culoare galben-verzui cu miros sufocant specific
• Cu densitatea de 2,449 g/cm³ fata de aer, solubil in apa, absorbit de carbunele activ

4.1. Metoda iodometrica (cantitativa)

Principiu

• clorul oxideaza KCl eliberand I₂ care se titreaza cu o solutie de tiosulfat de sodiu in prezenta amidonului
• Cl₂+2KI=I₂+2KCl
• I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₄+2NaI
• Mod de lucru:
• Doua vase de absorbtie legate in serie
• In fiecare cate 10 cm³ solutie KI si 2-3 picaturi solutie amidon

Se leaga un gazometru la un aspirator

• Se aspira 30-150 dm³ aer la viteza de 30 dm³/ora
• Se amesteca solutiile din ambele vase
• Se titreaza iodul pus in libertate cu solutie de Na₂S₂O₃ 1/100 n in prezenta amidonului pana la incolor

Calcul:

1 cm³ Na₂S₂O₃ 1/100 n…….0,355 mg Cl₂…..0,112 cm³ Cl₂

se face corectia de volum la temperatura si presiunea atmosferica corespunzatoare

n = solutia de Na₂S₂O₃ 1/100 n in cm³ titrata

V = volumul de aer aspirat in dm³

CMA = 0,3 mg/m³ aer

C_{medie / 24 ore}= 0,1 mg/dm³ aer

Determinarea amoniacului din aer

• Amoniacul este un gaz incolor cu miros caracteristic patrunzator si gust amar
• Este foarte solubil  in apa

Principiu:

• Amoniacul se absoarbe intr-o solutie slaba de H₂SO₄ 0,01 N
• Solutia neutralizata se dozeaza prin titrare cu solutie NaOH 0,01 N

1. Determinarea calitativa

2. Determinarea cantitativa

• Barbotor: 50 ml H₂SO₄ 0,01 N
• Aspirare 10 l aer de cercetat

Apoi se toarna H2SO4 intr-un vas Erlenmeyer si se titreaza cu solutie NaOH 0,01 N

• Rezulta culoarea roz in prezenta fenolftaleinei (2-3 picaturi)

Calcul:

• 1 ml solutie H₂SO₄ 0,01 N neutralizeaza 0,17 g NH3
• din 50 ml H2SO4 se scoate cantitatea in ml de NaOH 0,01 N consumat la titrare si se inmulteste cu 0,17 g

n = cantitatea de NaOH 0,01 N folosita la titrare in ml

CMA = 0,3 mg/m3

C_{medie / 24 ore} = 0,1 mg/m³