مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آزمایش سختی کل (Ca²⁺ + Mg²⁺) در آب و فاضلاب

۱. روش‌های انجام آزمون

• تیترومتری EDTA (Complexometric Titration)

  • نمونه را با بافر آمونیاکی تا pH≈10 تنظیم می‌کنند (برای حذف تداخل فلزات دیگر).

  • افزودن معرف اِرِیترو‌برموتیمول (EBT) → رنگ بنفش (Ca²⁺) یا قرمز (Mg²⁺).

  • تیتر با محلول استاندارد EDTA (معمولاً 0.01 N) تا تغییر رنگ به آبی.

  • محاسبه سختی کل بر حسب mg CaCO₃/L از حجم مصرفی EDTA.

• فلزسنجی اتمی (Atomic Absorption Spectroscopy, AAS)

  • هضم اسیدی نمونه و اندازه‌گیری جذب Ca و Mg در طول موج‌های مخصوص (422.7 nm برای Ca, 285.2 nm برای Mg).

  • تبدیل غلظت فلزات به سختی معادل CaCO₃.

• ICP‑OES / ICP‑MS

  • نمونه با اسید هضم می‌شود یا مستقیماً اسپری می‌گردد.

  • آنالیز عناصر Ca و Mg و محاسبه سختی کل.

• کروماتوگرافی یونی (Ion Chromatography)

  • تزریق نمونه صاف‌شده به ستون کاتیونی.

  • تفکیک Ca²⁺ و Mg²⁺ و آشکارسازی با هدایت‌سنج.

• روش رنگ‌سنجی تجاری (Colorimetric Test Kits)

  • کیت‌های آماده با معرف EBT یا لونتروسین برای سختی کل.

  • خوانش مستقیم با فتومتر در λ≈610–655 nm.

۲. دستگاه‌ها و تجهیزات

• بورت و پیپت حجمی برای تیترومتری EDTA

• پی‌اچ‌متر و محلول بافر آمونیاکی (pH 10)

• EDTA استاندارد (0.01 N) و معرف EBT

• AAS با کوره گرافیتی یا شعله اترنیتی

• ICP‑OES / ICP‑MS برای غلظت عناصر کم

• Ion Chromatograph با ستون آنیونی/کاتیونی و آشکارساز conductivity

• فتومتر یا اسپکتروفوتومتر برای کیت‌های رنگ‌سنجی

• فیلتراسیون نمونه (0.45 µm) برای حذف ماتریس معلق

۳. استانداردها و روش‌های مرجع

• APHA 2340 C: EDTA Titrimetric Method for Hardness

• ISO 6059: Determination of Calcium and Magnesium (EDTA)

• EPA Method 200.7: AAS for Ca & Mg

• Standard Methods 3111 B: Flame AAS for Hardness Ions

• ASTM D 1126: Titrimetric Hardness Method

• ISO 11885: ICP‑OES determination of elements

۴. نکات اجرایی و مراقبتی

• بافر pH و تداخل‌ها

  • pH باید دقیق در 10 نگه داشته شود تا Mg²⁺ کاملاً توسط EDTA پیچیده شود و فلزات Fe²⁺/Al³⁺ مسدود شوند.

• کالیبراسیون EDTA

  • تیتراسیون محلول EDTA با استاندارد CaCO₃ برای تعیین دقیق نرمالیته قبل از آزمایش.

• انتخاب شاخص رنگی

  • EBT برای سختی کل و calmagite (لونتروسین) در کیت‌های تجاری برای دامنه حساس‌تر.

• پیش‌ساده‌سازی نمونه برای AAS/ICP

  • اسیدی‌سازی با HNO₃ به pH<2 برای جلوگیری از رسوب Ca/Mg.

  • برای فاضلاب غلیظ یا مات، رقیق‌سازی یا فیلتراسیون لازم است.

• پایش روش گرافیتی در AAS

  • تنظیم طول موج و دمای کوره مناسب برای Ca و Mg

  • استفاده از استانداردهای چند نقطه‌ای (0.1–10 mg/L)

• کنترل کیفیت

  • اجرای blank (آب مقطر اسیدی شده)، نمونه spike recovery (90–110 %) و duplicate (%RSD < 5).

• واحد گزارش

  • mg CaCO₃/L یا °dH (آلمان)، ppm Knoop (آمریکا)؛ تبدیل برحسب معادله:

    Hardness (mg CaCO₃/L)=[Ca (mg/L)×2.497]+[Mg (mg/L)×4.115].\{Hardness (mg CaCO₃/L)} = \bigl[\{Ca (mg/L)}\times 2.497\bigr] + \bigl[\{Mg (mg/L)}\times 4.115\bigr].

خلاصه:
سختی کل را اغلب با تیترومتری EDTA (APHA 2340 C، ISO 6059) و معرف EBT تعیین می‌کنند و برای دقت بالاتر از AAS یا ICP بهره می‌برند. رعایت pH=10 دقیق، کالیبراسیون EDTA، پیش‌تصفیه نمونه و کنترل کیفیت برای نتایج معتبر ضروری است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب