Kalsiyum Analizi

Kalsiyum Analizi Nasıl Yapılır? konusuna geçmeden önce Kalsiyum Kaynakları Nedir? açıklamaya çalışalım. İçme suyu temini amacı ile kullanılan sularda kalsiyumun bulunması, kireçtaşı, dolomit ve jips içeren arazilerden suyun geçmesi sırasında suya karışması sebebiyledir. Suyun kaynağına ve uygulanan arıtma seviyesine göre sularda sıfır ile yüzlerce mg/L mertebesinde kalsiyum konsantrasyonlarına rastlanabilir. İçme sularındaki düşük kalsiyum karbonat içeriği metal boruların korozyonuna neden olur. Büyük konsantrasyonlardaki kalsiyum tuzları, kazanların, su borularının ve ısıtma borularının kalsiyum karbonat tabakası ile kaplanması sebebiyle, ısıtma sırasında tahrip olmasına neden olur. Kalsiyum sudaki toplam sertliğe katkıda bulunan bir elementtir. Sulardaki kalsiyum sertliğini gidermek üzere kimyasal yumuşatma, ters ozmoz, elektrodiyaliz veya iyon değişim yöntemlerinden birisi kullanılabilir.

 

Kalsiyum Tayini için atomik absorbsiyon metodu hassas bir metottur. Ayrıca Permanganat Titrimetrik Metodu ile EDTA Titrimetrik Metodu kontrol ve rutin uygulamalar için sularda Kalsiyum Tayini amacı ile oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Basitliği ve hızlılığı sebebi ile EDTA Titrasyon işlemi, bu metodu genel kullanım için tercih edilen bir metot haline getirmiştir.

 

Kalsiyum Analizi Metodunun Prensibi

EDTA (Etilendiamintetraasetik asit veya onun tuzları) kalsiyum ve magnezyumun her ikisini de içeren suya ilave edildiğinde önce kalsiyum ile birleşir. pH yeterince yüksek olduğunda kalsiyum (Ca⁺²) doğrudan doğruya EDTA ile tayin edilebilir. Çünkü yüksek pH’ta magnezyum, magnezyum hidroksit halinde çökelir.

 

Kalsiyum; yüksek pH’ta ve sadece kalsiyum ile birleşen bir indikatör yardımı ile EDTA vasıtasıyla titrasyon suretiyle tayin edilir.

 

Deney koşullarında aşağıdaki iyon konsantrasyonları kalsiyum sertliği tayinine girişim yapmazlar: Bakır iyonu 2 mg/L, Ferro iyonu 20 mg/L, ferri iyonu 20 mg/L, manganez iyonu 10 mg/L, çinko iyonu 5 mg/L, kurşun iyonu 5 mg/L, alüminyum 5 mg/L ve kalay iyonu 5 mg/L.

 

Deneyin pH koşulu uygun ise Ca⁺² ile birlikte ortofosfat çökelecektir. Alkalinite 300 mg/L’den fazla ise titrasyon dönüm noktasının belirlenmesinde girişime neden olur. Stronsiyum ve baryum iyonları Kalsiyum Tayinine girişim yapabilen diğer iyonlardır.

 

Kalsiyum Analizi İçin Gerekli Reaktifler

• Sodyum hidroksit (NaOH), 1 N: 40 gram sodyum hidroksit bir miktar destile suda çözülür ve 1 litreye tamamlanır,
• İndikatörler: Kalsiyum titrasyonu için çeşitli indikatörler bulunmaktadır. Müreksit (Amonyum purpurat) kalsiyumun son dönüm noktasını belirlemek üzere uygulanan ilk indikatördür. Bu kısımda verilecek indikatör de müreksittir. Müreksit ile son dönüm noktasını iyi göremeyenler için geliştirilen diğer indikatörler ise Eriochrome Blue Black R(Renk indeks No: 202) veya Solochrome Dark Blue’dur. Eriochrome Blue Black R Sodyum-1-(2-hidroksi-1-nartilazo)-2-naftol-4-sülfonik asit kimyasal formülünde olan bir indikatördür.

1. Müreksit (Amonyum Purpurat) indikatörü: Bu indikatör son dönüm noktasında pembeden mora doğru renk değiştirir. İndikatör 150 mg boyayı 100 g saf etilen glikol’de çözerek hazırlanır. Bu boyanın su ile hazırlanmış çözeltileri 1 günden daha fazla dayanmaz. Boya tozu ve sodyum klorürün öğütülmüş karışımı, dayanıklı bir indikatör sağlar. Bu nedenle 200 mg müreksit, 100 g katı NaCl ile karıştırılır ve 40-50 mesh iriliğe kadar öğütülür. Titrasyon sırasında indikatör ilave edildikten hemen sonra titrasyon yapılmalıdır, çünkü indikatör alkali koşullarda dayanıklı değildir.

 

2. Eriochrome Blue Black R indikatörü: 200 mg toz boya ile 100 g katı NaCl havanda 40-50 mesh iriliğe kadar öğütülür ve ağzı sıkıca kapalı bir kapta saklanır. Titrasyon sırasında 0.2 g indikatör karışımı ilave edilir. Titrasyonda renk kırmızıdan eflatun (mora) dönüşür. Bazı durumlarda suların pH’ı 8 N NaOH ilavesi ile 14 yükseltilmelidir. Böylece güzel bir renk değişimi elde edilir.

• Standart EDTA Titrasyon Maddesi, 0.01 M: Standart EDTA titrasyon maddesi 0.01M olup, 400.8 µg Ca/ml’ye eşdeğerdir. 3.723 g analitik saflıkta EDTA reaktifi (disodyum etilendiamin tetra asetat dihidrat) veya etilen dinitrilotetra asetik asit disodyum tuzu tartılır, destile suda çözülür ve 1000 ml’ye seyreltilir. Bu reaktif standart Ca çözeltisine karşı standardize edilir.

 

Kalsiyum Tayini Deneyinin Yapılışı

Kirli Su ve Atıksu Numunelerinin Ön Arıtım işlemi: Nitrik asit parçalaması metodu ile numunelerde ön arıtma işlemi uygulanır. Numuneyi iyice karıştırdıktan sonra 50 veya 100 ml numune alınıp, behere konur. 5 ml derişik HN0₃ katılır. Kaynatmaya alınır ve daha sonra ısıtıcıda en düşük hacme kadar buharlaştırılır. Bu miktar yaklaşık 10-15 ml’dir. 5 ml derişik HN0₃ ilave edilerek cam kapak ile kapatılıp, geri soğutucu altında ısıtılır. Isıtmaya devam edilerek zaman zaman derişik HNO₃ katılır. Açık renkli berrak çözelti elde edilene kadar parçalama işlemi devam eder. Kalan artıkları çözmek için 1-2 ml derişik HN0₃ ilave edilerek behere boşaltılır. Beher çeperleri yıkanır ve diğer kaba aktarılır. Daha sonra, bu çözelti filtrelenir. Filtrat 100 ml’lik balon jojeye alınır, soğutularak işaretine kadar saf su ile tamamlanır.

 

Numune Hazırlama: Numuneye alkali ve indikatör ilave edildikten hemen sonra titrasyon yapılmalıdır. 50 ml veya 50 ml’ye seyreltilmiş daha az miktarda numune hacmi kullanılır. Alkalinitesi 300 mg CaC0₃/l’den daha fazla olan sert sular analiz edilirken daha az numune hacimleri alınır ve 50 ml’ye seyreltilir. Numunenin alkalinitesi asit ile nötralize edilir, 1 dakika kaynatıldıktan sonra soğutulur ve daha sonra EDTA titrasyonu yapılır.

 

Titrasyon: pH’ı 12-13’e ayarlamak üzere yeteri kadar NaOH çözeltisi ilave edilir. Seçilen indikatör karışımından 0.2 g eklenir ve 0.01 M EDTA titrasyon maddesi yavaşça ilave edilerek titrasyon yapılır. Müreksit, indikatör olarak ilave edildiğinde, renk değişiminin tam olup olmadığından emin olmak için 1-2 damla fazlası katılır.

 

Sonucun Hesabı

mg Ca⁺²/l = (A * B * 400.8)/(ml numune)

Kalsiyum sertliği, mg CaCO₃/l = (A * B * 1000)/(ml numune)

 

Burada,

A : ml, titrasyon maddesi sarfiyatı
B : 1.0 ml EDTA titrasyon maddelerinin mg CaCO₃ eşdeğeridir.

 

Doğruluk ve Hassasiyet

Bu metot uygulanarak sentetik su numunesiyle 44 laboratuvarda yapılan Kalsiyum Analizi sonuçlarının relatif standart sapması %9.2, verelatif hatası %1.9 olarak belirlenmiştir.