วิธีมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ (Standard Operating Procedure)
Chemical Oxygen Demand (COD)
โดยวิธี Closed Reflux และ Titration
การวิเคราะห์หาค่า COD (Chemical Oxygen Demand) เป็นการวัดความสกปรกในรูปของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสีย โดยคิดเปรียบเทียบในรูปของปริมาณออกชิเจนที่เทียบเท่ากับปริมาณของสารอินทรีย์ที่ถูกย่อยสลายด้วยสารเคมีภายใต้สภาวะที่เป็นกรด การวิเคราะห์หาค่า COD สามารถทำได้หลายวิธี แต่ในที่นี้จะใช้วิธี Closed Reflux และ Titration
วิธีการทดสอบนี้ใช้กับตัวอย่างน้ำเสียจากชุมชนและอุตสาหกรรมที่มีค่าของ COD มากกว่า 50 mg/ส แต่ไม่เกิน 450 mg/ส
2. ระดับของการวิเคราะห์(method detection limit)
14 mg / l
3 รายละเอียดการประกันคุณภาพ(quality assurance criteria)
3.1 QA limit สำหรับ spike recovery เท่ากับ 20%
3.2 QA limit สำหรับการวิเคราะห์ซ้ำ เท่ากับ 15%
4. หลักการ
สารอินทรีย์ส่วนใหญ่สามารถย่อยสลายได้ด้วยสารผสมของ Chromium และกรด Sulfuric ภายใต้สภาวะที่มีความร้อน สำหรับการทดสอบนั้นในขั้นต้นสารอินทรีย์ในตัวอย่างที่มีสภาพเป็นกรดเข้มข้นจะถูกย่อยสลายโดยการให้ความร้อนในระบบปิด และมีปริมาณของ Potassium dichromate (K2Cr2O7) ที่รู้ค่าแน่นอนและมากเพียงพอที่จะย่อยสลายสารอินทรีย์จนหมดหลังจากการย่อยสลายแล้ว นำตัวอย่างไปไตรเตรต(titrate) หาปริมาณของ K2Cr2O7 ที่เหลือ ด้วย Ferrous Ammonium Sulfate (FAS) และคำนวณหาปริมาณของ K2Cr2O7 ที่ใช้ไปในการย่อยสลายสารอินทรีย์ โดยคิดปริมาณเทียบเท่ากับปริมาณออกชิเจน
5. สิ่งที่รบกวน
ในกรณีที่ตัวอย่างมีปริมาณของ Chloride มากกว่า 2,000 mg/l ไม่สามารถใช้วิธีการทดสอบนี้
ปริมาณของ Nitrite (NO2--N) 1 mg จะให้ค่า COD 1.1 mg ของ O2 โดยปกติในน้ำจะมีปริมาณของ Nitrite น้อยมากและมีค่าไม่เกิน 1 หรือ 2 mg/l ซึ่งจะถือว่าผลรบกวนของ Nitrite ในปริมาณนี้ไม่มีนัยสำคัญ ในกรณีที่ผลกระทบของ Nitrite มีนัยสำคัญให้เติมกรด Sulfamic 10 mg ต่อทุก ๆ 1 mg ของปริมาณ Nitrite ที่มีอยู่ในตัวอย่างที่ใช้ทดสอบ และให้เติมกรด Sulfamic จำนวนเท่ากับที่เติมในตัวอย่าง ลงใน Blank ด้วย
ตัวอย่างที่มีปริมาณของ Reduced Inorganic Species เช่น Ferrous Iron, Sulfide, Manganous Manganese เป็นต้น ในปริมาณที่มีนัยสำคัญ มีผลทำให้ค่าของ COD ผิดพลาด
6. เครื่องมือและอุปกรณ์
6.1.ภาชนะที่ใช้ในการย่อยสลาย (digestion vessel) ควรใช้หลอดทดสอบที่เป็น Borosilicate ซึ่งมีขนาด 16 x 150 mm พร้อมฝาจุกเกลียวที่ทำด้วย TFE (tetrafluoroethylene)
6.2.เตาอบที่สามารถให้ความร้อนอยู่ระหว่าง 150 ± 2 ° C
6.3.ไมโครปิเป็ต(micro pipet) ขนาด 1-5 ml
6.4.ถุงมือกันกรด
6.5. แม่เหล็ก(magnetic bar) ขนาด 5x2 mm
6.6. ขวดวัดปริมาตร(volumetric flask) ขนาด 100 และ 1000 ml
6.7. กระบอกตวง(cylinder) ขนาด 200 ml
6.8. ปิเป็ต(pipet)ขนาด 20 ml
หมายเหตุ ฝาจุกของหลอดทดสอบที่อาจเกิดชำรุดในขณะทำการย่อยสลายในเตาอบ จะทำให้เกิดการปนเปื้อน และทำให้มีการสูญหายของสารอินทรีย์ได้ ดังนั้นจึงควรที่จะต้องระมัดระวังสำหรับการย่อยสลายในเตาอบ
7. สารเคมี
7.1. สารละลายมาตรฐาน Potassium Dichromate Digestion 0.0167 M
อบสาร K2Cr2O7 ที่อุณหภูมิ 103° C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง นำสาร K2Cr2O7 ที่อบแล้วมา 4.913 g เติมน้ำกลั่นให้ได้ประมาณ 500 ml เติม กรด H2SO4 เข้มข้น 167 ml และ HgSO4 33.3 g เมื่อสารต่างๆละลายจนหมด และเย็นเท่าอุณหภูมิห้อง เติมน้ำกลั่นให้ได้ 1,000 ml
7.2. สารละลายผสม Sulfuric Acid Silver Sulfate
เตรียมสารละลายผสมระหว่าง Ag2SO4 และ กรด H2SO4 เข้มข้น ในอัตราส่วน 5.5 g ของ Ag2SO4 ต่อ 1 kg ของกรด H2SO4 เข้มข้น ตั้งทิ้งไว้ 1-2 วันให้ Ag2SO4 ละลาย
7.3. สารละลาย Ferroin Indicator
ละลายสาร 1,10-phenanthroline monohydrate จำนวน 1.485 g และสาร FeSO4 .7H2O จำนวน 695 mg ในน้ำกลั่น และปรับปริมาตรให้ได้ 100 ml
7.4. สารละลายมาตรฐาน Ferrous Ammonium Sulfate (FAS) 0.10 M
นำสาร Fe(NH4)2(SO4)26H2O มา 39.2 g ละลายในน้ำกลั่น เติมกรด H2SO4 เข้มข้น 20 ml ทำให้เย็น แล้วเติมน้ำกลั่นให้ได้ 1,000 ml
หาความเข้มข้นที่แน่นอน (Standardize) ของ สารละลายมาตรฐาน FAS ทุกครั้งที่ใช้ ดังนี้
7.4.1. นำหลอดทดสอบมา 3 หลอด เติมสารต่าง ๆ ตามลำดับในแต่ละหลอดดังนี้
1)น้ำกลั่น 2.5 ml
2)สารละลายมาตรฐาน Potassium Dichromate Digestion 0.0167 M 1.5 ml
3)สารละลายผสม Sulfuric Acid - Silver Sulfate 3.5 ml
7.4.2. ปิดฝาให้สนิท กลับหลอดไปมาหลายๆ ครั้งเพื่อให้สารผสมเข้ากัน
7.4.3. ทำให้เย็นเท่าอุณหภูมิห้อง แล้วเติมสารละลาย Ferroin Indicator 1-2 หยด
7.4.4. นำไป ไตรเตรท(titrate) ด้วย สารละลายมาตรฐาน FAS
Molarity ของสารละลายมาตรฐาน FAS = ปริมาตรของ 0.0167 M K2Cr2O7 ที่ใช้ (ml) ´ 0.1
ปริมาตรของFAS ที่ใช้ในการ titrate (ml)
7.5. สารละลายมาตรฐาน Potassium Hydrogen Phthalate (KHP)
บดสาร Potassium Hydrogen Phthalate (HOOCC6H4COOK) ให้ละเอียดแล้วนำไปอบที่อุณหภูมิ 120° C จนได้น้ำหนักคงที่ นำสารที่อบแล้วมา 4,250 mg เติมน้ำกลั่นให้ได้ 1,000 ml จะได้สารมาตรฐานที่มีค่า COD เท่ากับ 5,000 mg O2 /l เก็บไว้ในตู้เย็นได้ 3 เดือน
7.6. Sulfamic Acid
8. การเก็บและรักษาตัวอย่าง
เก็บตัวอย่างในขวดแก้วหรือขวด Polyethylene หรือเทียบเท่า ถ้าไม่สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างได้ทันที ให้เติมกรด Sulfuric เข้มข้น ในปริมาณที่จะให้ค่า pH ของตัวอย่างน้อยกว่า 2 (สำหรับตัวอย่างที่มีค่า pH เป็นกลางให้เติมกรด Sulfuric เข้มข้น 2 ml ต่อน้ำตัวอย่าง 1 l) แล้วนำตัวอย่างแช่เย็นไว้โดยให้วิเคราะห์ตัวอย่างภายใน 28 วัน
9. ขั้นตอนการวิเคราะห์
9.1 ข้อควรระวัง
9.1.1 ควรใส่ถุงมือกันกรดขณะเขย่าหลอดทดสอบ
9.1.2ในกรณีตัวอย่างมีตะกอนขนาดใหญ่ ให้ปั่นตัวอย่างเพื่อให้ตะกอนมีขนาดเล็กลงเป็นเนื้อเดียวกันก่อน
9.1.3ในการทดสอบให้ใช้ micro pipet ขนาด 1-5 ml
9.1.4 เลือกตัวอย่างอย่างน้อย 10% ของจำนวนตัวอย่างทั้งหมดมาทำ Spiked Duplicate Recovery
9.2.เขียนชื่อตัวอย่างน้ำ หรือเขียนหมายเลขแทนตัวอย่างน้ำก็ได้ ติดไว้ข้างหลอดทดสอบ จดหมายเลขและชื่อตัวอย่างลงในสมุดบันทึกให้ตรงกับหมายเลขในหลอดทดสอบ
9.3. การเตรียมตัวอย่าง
9.3.1. หลอดทดสอบ 3 หลอดสำหรับ Blank ให้ใส่น้ำกลั่นหลอดละ 2.5 ml
9.3.2. ทำตัวอย่างให้เย็นเท่าอุณหภูมิห้อง เขย่าให้ตัวอย่างผสมกันดี แล้วนำมา 2.5 ml ใส่ในหลอดทดสอบ 1 หลอดต่อ 1 ตัวอย่าง
9.3.3. สำหรับตัวอย่างที่ทำ Spike Duplicate Recovery ให้ใส่ตัวอย่างที่เลือกไว้สำหรับทำ Spike Duplicate Recovery ใน 3 หลอด ๆ ละ 2.5ml แล้วนำ 2 หลอดมาเติมสารละลาย Standard KHP หลอดละ 0.050 ml
9.4 เติมสารละลายมาตรฐาน Potassium Dichromate Digestion 0.0167 M จำนวน 1.5 ml ทุก ๆ หลอดทดสอบ
9.5 เติมสารละลายผสม Sulfuric Acid - Silver Sulfate จำนวน 3.5 ml ลงในทุก ๆ หลอดทดสอบโดยค่อย ๆ ใส่ให้กรดไหลลงตามข้างหลอดไปอยู่ด้านล่างน้ำตัวอย่างและสาร Digestion
9.6. ปิดฝาหลอดให้สนิท แล้วกลับหลอดไปมาหลายๆ ครั้ง เพื่อให้สารผสมเข้ากันดี
9.7. นำหลอดทดสอบที่เตรียมได้ใส่ในเตาอบที่มีอุณหภูมิคงที่เท่ากับ 150 ± 2 ° C
9.8. เมื่อครบ 2 ชั่วโมง ให้นำหลอดทดสอบออกจากเตาอบ ทำให้เย็นเท่ากับอุณหภูมิห้อง
9.9. ใส่ Magnetic bar ลงในหลอดทดสอบ เติมสารละลาย Ferroin Indicator 1-2 หยดในหลอด
ทดสอบ แล้วนำไป ไตรเตรต(titrate )ด้วย สารละลายมาตรฐาน FAS
9.10. เมื่อถึงจุดสิ้นสุด สารละลายเปลี่ยนจากสีเขียวแกมน้ำเงินไปเป็นสีน้ำตาลปนแดง
9.11.บันทึกปริมาตรของ Standard FAS ที่ใช้ในการไตรเตรต(titrate )
9.12. นำค่าที่ได้ไปคำนวณ ตามสูตร
11. การคำนวณ
COD (mg O2 /l) = (A - B) ´ M ´ 8,000
ปริมาตรของตัวอย่าง, ml
A = ปริมาตรของสารละลายมาตรฐาน FAS ที่ใช้สำหรับ Blank, ml
B = ปริมาตรของสารละลายมาตรฐาน FAS ที่ใช้สำหรับ ตัวอย่าง, ml
M = molarity ของสารละลายมาตรฐาน FAS ที่คำนวณได้จากการ Standardize
12. การรายงานผล
ให้รายงานผลของ COD ที่คำนวณได้เป็นเลขจำนวนเต็ม และมีหน่วยเป็น mg O2/l
13. การจัดการของเสีย
น้ำเสียจากการวิเคราะห์หา COD มี Chromium และปรอท อยู่ในปริมาณสูง ฉะนั้นต้องแยกเก็บน้ำเสียจากการวิเคราะห์ไว้ในถัง Waste ต่างหาก เพื่อนำไปบำบัดภายหลัง ห้ามเทลงอ่างล้างเครื่องแก้ว หลังจากเทน้ำเสียในหลอดทดสอบลงในถัง Waste แล้วให้ Rinse หลอดทดสอบด้วยน้ำ 2 ครั้ง เทน้ำที่ Rinse แล้วใส่ในถัง Waste ด้วย