MBAS.pdf

Oznaczanie zawartości surfaktantów anionowych

metodą pomiaru indeksu błękitu metylenowego

dr inż. Andrzej Wasik, Katedra Chemii Analitycznej, Politechnika Gdańska

Wstęp

Detergenty to wszystkie środki wykazujące właściwości detergencyjne, czyli zdolność

usuwania brudu z powierzchni ciał stałych i utrzymania go w postaci zdyspergowanej w kąpieli

myjącej. Właściwości detergencyjne może wykazywać pojedyncza substancja, ale korzystniej jest

stosować mieszaniny różnych związków chemicznych. Głównym składnikiem kompozycji

detergentowych są związki powierzchniowo czynne, inaczej zwane surfaktantami , które dzięki

temu, że posiadają w swych cząsteczkach grupy hydrofobowe i hydrofilowe, przejawiają tendencję

do gromadzenia się na granicach faz, np. ciało stałe/woda. Dzięki ich właściwościom adsorpcyjnym

możliwe staje się lepsze zwilżanie powierzchni oraz usuwanie i dyspergowanie cząstek brudu.

Składniki mieszanin detergentowych trafiają do ścieków i dalej do środowiska naturalnego,

przede wszystkim wodnego, głównie po procesach prania i mycia, zarówno w gospodarstwach

domowych, jak i w wielu dziedzinach przemysłu, gdzie procesy te są stosowane.

Szkodliwie oddziaływanie surfaktantów na środowisko naturalne, może przejawiać się na

kilka sposobów.

Po pierwsze, surfaktanty są toksyczne w stosunku do zwierząt wodnych. Najwyższą

toksyczność wykazują surfaktanty kationowe, jednakże związki te nie stwarzają większego

zagrożenia ekologicznego, gdyż udział ich w globalnej masie produkowanych surfaktantów nie

przekracza 7-10%, a po drugie, trafiając do ścieków tworzą kompleksy z anionowymi związkami

powierzchniowo czynnymi, występującymi tam w znacznie większym stężeniu. Stwierdzono, że

kompleksy takie wykazują toksyczność kilka do kilkudziesięciu razy mniejszą niż czyste związki

kationowe, a oprócz tego gdy suma atomów węgla w kompleksie przekroczy 22, ulegają one

wytrąceniu. Surfaktanty anionowe są około 3 razy mniej toksyczne od kationowych, jednakże ze

względu na dużą skalę produkcji i wykorzystania, ich obecność w środowisku stanowi poważny

problem.

Biologiczny efekt działania surfaktantów na ryby związany jest z ich właściwościami

adsorpcyjnymi. Stwierdzono, że surfaktanty nie są wchłaniane przez przewód pokarmowy, ale

ulegają silnej adsorpcji na skrzelach. Tworzący się na skrzelach kompleks surfaktantu z białkami

najwyraźniej zakłóca funkcje oddechowe skrzeli, tym samym powodując deficyt tlenowy. Również

badania przeprowadzone na szczurach wykazały związek toksyczności surfaktantów z ich

aktywnością powierzchniową, o czym świadczą zmiany morfologiczne u badanych zwierząt,

polegające głównie na uszkodzeniach ścian naczyń krwionośnych i innych komórek, co w

konsekwencji wywołuje szereg objawów chorobowych. Uszkodzenia błon komórkowych

spowodowane są między innymi wbudowywaniem się w te błony cząsteczek surfaktantów, a przez

to zaburzony zostaje transport różnych składników przez te błony. W przypadku ludzi pracujących

przez dłuższy czas przy produkcji detergentów stwierdzono zmiany w płucach, rozszerzenie naczyń

krwionośnych, a także nasilającą się próchnicę zębów.

Kolejny aspekt szkodliwości surfaktantów wynika z ich właściwości fizykochemicznych, a

mianowicie wskutek adsorpcji na powierzchni wody utrudniają one przenikanie tlenu w głąb wód

naturalnych. Tym samym utrudniony jest rozwój organizmów żywych, a także samooczyszczanie

się zbiorników wodnych w procesach biodegradacji. Poza tym podczas rozkładu biochemicznego

samych surfaktantów zużywa się tlen, co pogłębia deficyt tlenowy wód.

Przy większej ilości surfaktantów występuje pienienie się wody , co zakłóca pracę różnego

typu urządzeń, m.in. turbin i urządzeń napowietrzających w oczyszczalniach ścieków.

Dzięki swym zdolnościom emulgującym związki powierzchniowo czynne ułatwiają

przedostawanie się do środowiska wodnego wielu substancji toksycznych, m.in. pestycydów czy

węglowodorów. Te zazwyczaj bardzo trudno rozpuszczalne w wodzie substancje, w formie

zemulgowanej są znacznie łatwiej wchłanialne przez organizmy żywe, tak więc obecność

surfaktantów wzmaga ich toksyczne działanie.

Oznaczanie zawartości surfaktantów anionowych

Naturalne i syntetyczne anionowe substancje powierzchniowo czynne można oznaczać

metodą wskaźnika ich sumarycznej zawartości, jako substancje aktywne wobec błękitu

metylenowego (MBAS). Zmierzoną w ten sposób wielkość określa się jako indeks MBAS.

Oznaczenie polega na utworzeniu par jonowych pomiędzy kationem błękitu metylenowego i

anionem środka powierzchniowo czynnego (rysunek 1). Takie pary jonowe, można ilościowo

ekstrahować z roztworów wodnych, za pomocą chloroformu.

CH 3

H 3

CH 3

O -

kation błękitu metylenowego

anion dodecylosulfonianowy

CH 3

O -

H 3

CH 3

hydrofobowa para jonowa

Rysunek 1: Schemat powstawania pary jonowej pomiędzy błękitem

metylenowym i anionem dodecylosulfonianowym

Postępując zgodnie z poniższą instrukcją oznacza się przede wszystkim organiczne

siarczany (VI) i sulfoniany, mogą jednak wystąpić pewne dodatnie i ujemne wpływy czynników

przeszkadzających.

Zaniżone wartości MBAS można otrzymać w obecności substancji kationowych, takich jak

czwartorzędowe związki amoniowe i białka, tworzących związki z anionowymi surfaktantami. Np.

kationowe i anionowe surfaktanty obecne w próbce, mogą reagować ze sobą tworząc trwałe

kompleksy nie reagujące z błękitem metylenowym.

Teoretycznie każdy związek zawierający pojedynczą, silną grupę anionową oraz część

N +

hydrofobową, może tworzyć ekstrahowalny związek o wiązaniu jonowym z kationem błękitu

metylenowego. Organiczne siarczany (VI), sulfoniany, karboksylany, fenole i niektóre aniony

nieorganiczne takie jak cyjaniany, azotany (V), tiocyjaniany i siarczki mogą być aktywne wobec

błękitu metylenowego.

Jak jednak wykazano, pospolite składniki ścieków i odpływów nie wpływają istotnie na

wynik oznaczenia. Nie można jednak wyeliminować wszystkich rzeczywistych substancji

przeszkadzających w oznaczeniu dlatego bardziej poprawne (niż określenie surfaktanty anionowe)

jest określenie wszystkiego co jest oznaczane jako indeks błękitu metylenowego MBAS.

Sposób wykonania

Zasada metody

Badaną próbkę wody alkalizuje się za pomocą roztworu buforowego a następnie ekstrahuje

chloroformem w obecności błękitu metylenowego. Ekstrakt chloroformowy oddziela się od próbki i

przemywa zakwaszonym roztworem błękitu metylenowego. Przemyty ekstrakt przenosi się do

kolby miarowej a następnie mierzy jego absorbancję przy 650 nm. Indeks MBAS odczytuje się z

krzywej wzorcowej.

Odczynniki i szkło

–chloroform

–obojętny roztwór błękitu metylenowego

–kwaśny roztwór błękitu metylenowego

–roztwór wzorcowy dodecylobenzenosulfonianu sodu (20 µg/ml)

–cylinder miarowy 250 ml, 2 szt.

–pipeta 5 ml, 2 szt

–pipeta 10 ml, 1 szt.

–pipeta 25 ml, 1 szt.

–rozdzielacz 250 ml, 2 szt.

–pipety Pasteura z długą kapilarą, 8 szt.

–kolby miarowe 50 ml, 8 szt.

–lejek, 1 szt.

–sączki miękkie, 8 szt.

–spektrofotometr z kuwetami pomiarowymi o grubości 10 mm.

Sposób wykonania oznaczenia

W rozdzielaczu umieścić 100 ml próbki, dodać 5 ml obojętnego roztworu błękitu

metylenowego, 10 ml buforu i 15 ml chloroformu. Wytrząsać łagodnie przez 1 minutę, po czym

odstawić do rozdzielenia faz.

Możliwie jak najdokładniej przenieść warstwę chloroformową do drugiego rozdzielacza,

zawierającego 110 ml wody i 5 ml kwaśnego roztworu błękitu metylenowego. Wytrząsać jak

poprzednio.

Warstwę chloroformową przesączyć do kolby miarowej 50 ml przez miękki sączek

celulozowy.

Jeszcze dwukrotnie powtórzyć ekstrakcję próbki z pierwszego i drugiego rozdzielacza,

używając za każdym razem 10 ml chloroformu.

Zebrany w kolbie, połączony ekstrakt, dopełnić do kreski chloroformem i dokładnie

wymieszać.

Zmierzyć absorbancję ekstraktu przy 650 nm, używając kuwety wypełnionej czystym

chloroformem jako próbki odniesienia. Z krzywej wzorcowej odczytać indeks MBAS

odpowiadający stężeniu dodecylobenzenosulfonianu sodu wyrażonemu w µg/l.

Przygotowanie krzywej wzorcowej

Do rozdzielacza dodać 0 (1, 2, 4, 6, 8) ml roztworu wzorcowego

dodecylobenzenosulfonianu sodu (20 µg/ml). Dopełnić wodą do 100 ml, po czym postępować tak

jak z próbką. Na podstawie pomiarów, sporządzić krzywą wzorcową w układzie stężenie wzorca –

absorbancja.

Literatura

1. Norma PN-EN 903:2002, Jakość wody. Oznaczanie surfaktantów anionowych przez pomiar

indeksu błękitu metylenowego MBAS.

2. Krystyna Mędrzycka, Detergenty a środowisko naturalne, Pismo PG, 4/1995.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: