Transcript Teljes szerves széntartalom (TOC) meghatározása talajban Készítette : Zemplényi Zalán Szerves anyagok és a szerves széntartalom szerepe a talajban • A talaj szerves anyagai magukban.

Teljes szerves
széntartalom (TOC)
meghatározása talajban
Készítette : Zemplényi Zalán
Szerves anyagok és a szerves
széntartalom szerepe a talajban
• A talaj szerves anyagai magukban foglalnak a
talajban élő minden organizmust az elpusztult
organizmusok maradványaival együtt, azok
különböző bomlási fázisában.
• A talaj szerves széntartalmának a két
legfontosabb szerepe:
 A talaj szerves anyagai táplálékforrásként
szolgálnak a talaj állatvilága számára.
Alapvetően befolyásolja a talaj szerkezetét,
fizikai tulajdonságait és vízmegkötő képességét.
Szerves anyagok és a szerves
széntartalom szerepe a talajban
• A talajok szerves széntartalma a
humusztartalommal, azaz a talaj szervesanyagtartalmával arányos, így a szerves anyagok az
egészséges talaj létfontosságú összetevői; azok
csökkenése leromlott talajhoz vezet.
• Az egyik globális probléma a talajok szervesanyag tartalmának folyamatos csökkenése.
• Ezt napjainkban sajnálatos módon szervetlen
műtrágyák alkalmazásával igyekeznek
helyettesíteni.
Szerves anyagok és a szerves
széntartalom szerepe a talajban
• A szerves szén döntően befolyásolja a talaj szerkezetét,
javítja a fizikai közeget, amelyen a gyökerek áthatolnak.
• A szerves anyagok felszívják a vizet – a tömegük
hatszorosának megfelelő mennyiségű vizet képesek
megkötni – jelenlétük ezért elengedhetetlen a
növényzet számára a természetesen száraz és homokos
talajokban.
• A szerves anyagokat tartalmazó talajnak jobb a
szerkezete, ami elősegíti a víz beszivárgását, valamint
csökkenti a talaj tömörödésre, erózióra,
elsivatagosodásra és csuszamlásra való hajlamát.
TOC mérés elve
• A TOC (Total Organic Carbon = Teljes Szerves Széntartalom )
mérésekhez a minta elégetésével teljes oxidációt érnek el és
széntartalmának oxidálása során keletkezett szén-dioxid gáz
mennyiségét mérik.
• A talajban lévő széntartalom két részből áll:
szerves szénből (TOC) és szervetlen szénből (TIC)
• A legtöbb TOC készülék esetében a szerves szántartalmat
2 lépésben határozzuk meg:
• Első lépésben meghatározzuk a teljes széntartalmat (TC),
majd második lépésben a szervetlen széntartalmat.
• Végül képezzük az alábbi különbséget:
TOC=TC-TIC
TOC készülék egyszerűsített elvi vázlata
NDIR
áramlásmérő
számítógép
oxigén
Szárító
adszorbens
halogéncsapda
Sav pumpa
Hulladékvíz
elvezető
TIC
kondenzáló
edény és
spirál
kemence
A TC meghatározása
• A minta bejuttatása a vivőgáz áramba, amely tiszta oxigén
vagy levegő.
• A vivőgáz áram a mintát egy nagyhőmérsékletre (680-900 °Cra) fűtött katalizátorral töltött csőbe juttatja (katalizátor pl.
alumínium-oxid hordozóra felvitt platina).
• A mintában lévő összes szén az égési térben CO2 formájában
jelenik meg.
• A vivőgáz a benne lévő szén-dioxiddal és egyéb
égéstermékekkel együtt az elektromos szárító berendezésbe
kerül, ahol lehül és dehidratálódik.
• Dehidratáció: A minták égetése során keletkező ill. elpárolgó
víz egy Peltier hűtővel ellátott csőkígyóban kondenzálódik, a
maradék vizet a gázáramból ezután adszorbens köti meg.
A TC meghatározása
• Ezután a gázelegy áthalad egy halogén gázmosó
berendezésen.
• Végül a gázáram az nem diszperzív infravörös
analizátorba (NDIR) jut , ahol a CO2 detektálása
történik.
• Infravörös detektálhatóság oka: A CO2 IR aktív
vegyértékrezgése:
O=C=O as 2349 cm-1 ,azaz a C=O kötésnek
asszimetrikus vegyértékrezgése van
2349 cm-1 hullámszámnál.
A NDIR analizátor felépítése
A TIC és a TOC meghatározása
• Második lépésben a minta szervetlen szén
tartalmat határozzuk meg:
• A készülék a bejuttatott mintából a szervetlen
szenet szén-dioxid formájában savval (pl.
foszforsav) felszabadítja, amelyet aztán a NDIR
detektor jelezni tud. Azaz a TIC-t szén-dioxid
formában határoztuk meg.
• A két eredmény alapján megadható a minta
szervetlen, szerves és összes széntartalma:
• TOC=TC-TIC
Egyéb mérési lehetőségek
• Ha széndioxidot a mérés előtt metánná
redukálják a meghatározásra a
gázkromatográfiában elterjedten alkalmazott
lángionizációs detektor (FID) alkalmazható.
• Ha a CO2 nagyobb mennyiségben keletkezik,
elnyeletést és a klasszikus kémiai titrálást is
alkalmazhatjuk.
TOC analizátor
• A TOC mérés előnye, hogy gyors mérés.
• Egy példa a piacról:
A Shimadzu TOC 5000A ára : $7900
~ 1580000 ft
(www.labx.com)
A TOC mérés bizonytalansága
• Bár a TOC ismertetett differenciális meghatározása
sokféle hibát kiküszöböl, mégis befolyásolhatja a mért
TOC értéket, hogy a szén tartalmú komponensek
kémiai formában voltak jelen .
• A mintánkban ugyanis lehetnek olyan egyéb szenet
tartalmazó ionok, amelyek nem CO2 formában
távoznak el a rendszerből,
pl. CN-, OCN-, SCN-.
Savazáskor ezekből HCN, HOCN, HSCN keletkezik.
A TOC mérés bizonytalansága
• A HCN, HOCN, HSCN molekulák nem
abszorbeálnak fényt abban az infravörös
hullámhossz tartományban ahol a CO2 –t mérjük,
így nem lesznek belemérve a szervetlen szén (IC)
értékébe, emiatt nem is kerülnek levonásra.
• Ha ezek az ionok jelen vannak, mennyiségük a
teljes szerves széntartalom (TOC) értékében
jelentkezik. A mért TOC ekkor nagyobb a
ténylegesnél. (pozitív fals)
Irodalomjegyzék
• http://enfo.agt.bme.hu/drupal/node/5935
• http://eki.sze.hu/ejegyzet/ejegyzet/kornymer/3fej
ezet.htm#3.4
• Nagy szerves anyag tartalmú szennyvizek KOI és
TOC értékeinek meghatározás - mérési leirat
https://lists.ch.bme.hu/pipermail/vegyeszkar2005
/.../attachment-0001.doc
• Fenntartható mezőgazdaság és talajmegőrzés :
A szervesanyag-tartalom csökkenése, 2009
• Dr. Bodnár Ildikó: Vízgazdálkodás és Vízvédelem
II.: Szennyvíztisztítás
Irodalomjegyzék
• Lakatos J.: Analitikai Kémiai Gyakorlatok Anyagmérnök
BSc. Hallgatók Számára (2007) :Vízminta kémiailag
oxidálható szerves anyag tartalmának meghatározása
• Környezeti minták vegyület-tartalmára jellemző
összegparaméterek; TOC, TNb meghatározása:
http://www.chem.elte.hu/system/files/TOC_gyakorlat_
2011_0.pdf
• OKTATÁSI SEGÉDLET a Vízgazdálkodás- és
vízminőségvédelem II. c. tantárgy laboratóriumi
gyakorlatához , DE-MK, Környezet- és Vegyészmérnöki
Tanszék 2011.