Methylenblåt-metoden til sulfid: Princip og begrænsninger

Methylenblåt-metoden til sulfid måler sulfid ved at omdanne det til et blåt farvestof og måle den resulterende absorbans. Methylenblåt er det reaktionsprodukt, der bærer det analytiske signal. At tilsætte en flaske methylenblåt til vand er ikke denne analyse.

Det vanskelige er ofte at holde prøven repræsentativ, indtil reaktionen finder sted. En præcis absorbansmåling kan ikke genfinde sulfid, der er undveget eller oxideret under prøvetagningen. Den kan heller ikke skelne frit hydrogensulfid fra andre svovlpuljer, der frigives under prøveforberedelsen.

Hvad frembringer den blå farve?

I EPA-metode 376.2 reagerer sulfid med dimethyl-p-phenylendiamin i nærvær af jern(III)chlorid og danner methylenblåt. De sure reagenser skaber betingelserne for farvestofdannelsen. Instrumentet måler derefter lysabsorptionen i den resulterende opløsning.

Reaktionen kan skematisk beskrives sådan:

Sulfid + N,N-dimethyl-p-phenylendiamin + Fe(III), under sure betingelser → methylenblåt → absorbansmåling.

Dette er en analytisk principskitse, ikke en afstemt reaktionsligning. Reagensernes sammensætning og koncentration, farveudviklingstid, bølgelængde og optisk lysvej skal følge den valgte metode.

Disse detaljer kan ikke uden videre udskiftes. EPA 376.2 foreskriver måling ved 625 nm. Hach 8131-proceduren, som er dokumenteret for virksomhedens DR/5000-instrument, bruger 665 nm. En litteraturværdi for methylenblåts absorbans erstatter ikke de indstillinger og den kalibrering, der hører til en bestemt analyse.

Definér sulfidfraktionen før prøvetagning

»Hydrogensulfidkoncentration« kan dække over forskellige mål for målingen. I vand er opløst H₂S og HS⁻ forbundet gennem syre-base-kemi. Deres indbyrdes forhold afhænger af betingelserne, herunder pH. Forsuring af en prøve ændrer denne fordeling; den bevarer ikke den oprindelige fordeling til senere observation.

EPA 376.2 omfatter totale og opløste sulfider i bestemte vand- og affaldsprøver, men udelukker syreuopløselige sulfider. Derfor må »total« i en rapport, der bruger denne metode, ikke forstås som alle svovlholdige forbindelser i flasken. Sulfat er en anden analyt, og et syreuopløseligt metalsulfid kan undgå at blive målt.

Før du sammenligner resultater fra to laboratorier, bør du spørge, hvilken fraktion hver procedure genfandt. Kontrollér også rapporteringsgrundlaget: mg/L som svovl og mg/L som H₂S er forskellige måder at angive masse på. Ens tal uden ens enheder, prøveforberedelse og analytdefinition er ikke udtryk for overensstemmelse.

En arbejdsgang, der beskytter målingen

Brug følgende rækkefølge, når du vurderer en foreslået arbejdsgang i laboratoriet. Forsideillustrationen viser reaktionen og den optiske aflæsning; denne tabel angiver de beslutninger, der går forud.

Trin	Dokumentér før næste trin	Hvad dokumentationen forebygger
Definér	Vand-, affalds- eller biologisk matrix; opløst eller metodedefineret totalfraktion	Sammenligning af forskellige analytter under samme »H₂S«-betegnelse
Udtag	Prøvetagningstidspunkt, temperatur, filtrering, beholder og eksponering for luft	At en ændret prøve behandles som det oprindelige vand
Stabilisér	Præcis konserveringsprocedure og tilladt ventetid	Antagelsen om, at køling alene bevarer enhver prøve
Lad reagere	Metodeversion, reagensbatch, volumener og farveudviklingstid	Kombination af uforenelige dele fra forskellige protokoller
Mål	Bølgelængde, kuvettens lysvej, blindprøve, standarder og fortynding	Omregning af farve til koncentration uden den rette kalibrering
Gennemgå	Kontrol af genfinding, overensstemmelse mellem dobbeltbestemmelser, rapporteringsgrænse og enheder	Rapportering af en instrumentværdi uden dens analytiske begrænsninger

NEMI's sammenfatning af Standard Methods 4500-S²⁻ D kræver minimal beluftning og enten øjeblikkelig analyse eller den angivne konservering med zinkacetat. Konserveringsproceduren for totalsulfid anvender også alkaliske betingelser og en helt fyldt flaske. Disse krav hører til prøvemetoden og er ikke blot almindelige rutiner i laboratoriet.

Interferenser kan få en prøve til at fremstå med en falsk lav værdi

Den samme sammenfatning af Standard Methods nævner reduktionsmidler, som hæmmer dannelsen af blå farve, metaller, som danner uopløselige sulfider med dårlig genfinding, og ferrocyanid, som selv frembringer blå farve. Meget høje sulfidkoncentrationer kan også hæmme reaktionen.

Et svagt farvet reagensglas kan derfor have flere forklaringer: lidt sulfid, tab før analysen, ufuldstændig genfinding eller hæmmet farveudvikling. Et mørkt reagensglas kan indeholde interfererende farve. Farve og turbiditet kræver den baggrundskorrektion, som metoden foreskriver; det er ikke nødvendigvis tilstrækkeligt at fratrække en vilkårlig vandblindprøve.

En nyttig kontrol er at tilsætte en kendt mængde sulfid til en repræsentativ prøve og lade den gennemgå den relevante prøveforberedelse. Hvis den forventede stigning ikke genfindes, skal matricen eller arbejdsgangen undersøges. Bestemmelserne om kvalitetskontrol i EPA 9030B illustrerer, hvorfor en matrixprøve med kendt tilsætning behandles gennem hele metoden sammen med blindprøver og kontrolstandarder. En tilsætning, der først foretages umiddelbart før aflæsningen, kan ikke bruges til at vurdere tidligere tab.

Et eksempel fra felten: Varmt vand udfordrer en ellers velordnet protokol

USGS-undersøgelsen fra Yellowstone, offentliggjort i Open-File Report 2010-1192, sammenlignede to methylenblåt-procedurer med en metode baseret på en ionselektiv elektrode på konserverede geotermiske prøver.

Elektroderesultaterne var konsekvent højere. Forskerne identificerede oxidation og afgasning af H₂S som problemer med varme prøver. Forblanding af farvereagenserne før tilsætning af prøven gav lidt højere kolorimetriske resultater, men indførte et andet problem: Det blandede reagens blev hurtigt nedbrudt, så tidsstyringen blev en kilde til manglende præcision. Syv prøver indeholdt også thiosulfat i koncentrationer, som forfatterne forbandt med sandsynlig kolorimetrisk underestimering.

Til deres geotermiske vandprøver foretrak forfatterne øjeblikkelig alkalisk stabilisering med antioxidant efterfulgt af elektrodemåling. Dette er et konkret resultat om metodevalg til varmt vand, ikke dokumentation for, at enhver elektrodemåling er bedre end enhver kolorimetrisk analyse.

Vælg metoden ud fra spørgsmålet

Analytisk spørgsmål	Metode, der bør vurderes	Vigtigste forbehold
Genfindeligt sulfid i en egnet vandmatrix	Dokumenteret methylenblåt-kolorimetri	Bevar den specificerede fraktion, og dokumentér genfinding i matricen
Sulfid i varmt geotermisk vand	Øjeblikkelig stabilisering med en valideret elektrodebaseret arbejdsgang	Validér prøvetagning og konservering til temperaturen og matricen
Sulfider i heterogent affald eller faste stoffer	Fraktionsspecifik prøveforberedelse såsom EPA 9030B med den angivne bestemmelsesmetode	Genfinding af syreuopløseligt sulfid kan fortsat være ufuldstændig; antag ikke fuldstændig ekstraktion
Frit sulfid i forhold til syrelabile puljer i biologiske prøver	Selektiv indfangning eller derivatisering med separation	Fastslå, hvilken svovlpulje der danner det målte signal

Den biologiske skelnen er væsentlig. I Shen og kollegers laboratorie- og museplasmaundersøgelse fra 2011 var methylenblåt-målinger begrænset af baggrundsfarve, følsomhed og syrelabilt svovl, som blev frigivet under prøveforberedelsen. Deres monobrombiman/HPLC-metode separerede et sulfidderivat og påviste lavere koncentrationer under de afprøvede betingelser. Dette var analytisk valideringsarbejde, ikke en klinisk diagnostisk grænseværdi eller dokumentation for en behandlingseffekt.

Kalibrering og analyser med lignende navne

Kalibrér med de sulfidstandarder, som proceduren definerer, under samme reaktionsbetingelser og optiske betingelser som prøverne. Gennemgå resultaterne for blindprøven og kontrolstandarderne, før prøvens absorbans omregnes. En kalibreringskurve uden forstyrrelser fastlægger en sammenhæng for disse standarder; genfinding i prøven viser, om denne sammenhæng også gælder i matricen.

Endelig bruger MBAS-analyse af anioniske overfladeaktive stoffer methylenblåt på en anden måde. I EPA 425.1 associerer det allerede tilstedeværende farvestof med overfladeaktive stoffer og ekstraheres til en organisk fase. Sulfidkolorimetri danner farvestoffet. Ingen af de to analyseprocedurer er en vejledning i vandbehandling. Identificér analytten og reaktionen, før du vælger reagens eller fortolker den blå farve.