منگنز یک فلز کمیاب طبیعی است که معمولاً در سنگها و خاک یافت میشود و میتواند از طریق فرآیندهای هوازدگی و فرسایش در منابع آبهای زیرزمینی و سطحی حل شود. اگرچه منگنز در مقادیر کم یک ماده مغذی ضروری برای سلامت انسان و رشد گیاهان است، اما غلظت بالای آن در آب آشامیدنی میتواند باعث تغییر رنگ، طعم فلزی، لکه دار شدن لوله کشی و تداخل با فرآیندهای تصفیه آب شود. در موارد شدیدتر، قرار گرفتن بیش از حد در معرض منگنز با اثرات عصبی، به ویژه در نوزادان و جمعیتهای آسیب پذیر، مرتبط بوده است. در این بررسی از وبسایت «رسوب آب» در مورد اهمیت و نحوه اندازه گیری منگنز در آب صحبت میکنیم.
منگنز در آب چیست؟
منگنز در آب به وجود یونهای منگنز محلول اشاره دارد، عنصری طبیعی که از سنگ ها، خاکها و رسوبات اطراف به منابع آبهای زیرزمینی و سطحی نشت میکند. منگنز که معمولاً در دو حالت اکسیداسیون وجود دارد، منگنز (Mn²⁺) که محلول است و منگنز (Mn⁴⁺) که ذرات نامحلول تشکیل میدهد، میتواند بر خواص زیبایی شناختی و شیمیایی آب تأثیر بگذارد.
در سطوح پایین، عموماً بی ضرر و حتی به عنوان یک ریزمغذی مفید است. با این حال، هنگامی که غلظت آن از دستورالعملهای توصیه شده فراتر رود، منگنز میتواند باعث ایجاد لکههای قهوه ای-سیاه روی وسایل و لباسهای شسته شده، ایجاد طعم فلزی ناخوشایند و تشکیل رسوباتی شود که لولههای آب و تجهیزات تصفیه را آلوده میکنند. در نتیجه، نظارت بر سطح منگنز برای حفظ کیفیت آب و عملکرد سیستم ضروری است.
هدف از اندازه گیری منگنز در آب
هدف از اندازه گیری منگنز در آب، ارزیابی این است که آیا غلظت آن در محدوده قابل قبول برای مصرف ایمن و عملکرد سیستم قرار دارد یا خیر، زیرا سطوح بیش از حد میتواند بر سلامت و زیرساختها تأثیر منفی بگذارد. پایش منظم به شناسایی تجمع منگنز که ممکن است باعث تغییر رنگ، طعم فلزی و لکه دار شدن وسایل لوله کشی شود، و همچنین مشکلات عملیاتی در سیستمهای تصفیه و توزیع آب به دلیل تشکیل رسوب و رسوب زیستی کمک میکند.
علاوه بر این، از آنجایی که قرار گرفتن طولانی مدت در معرض سطوح بالای منگنز با اثرات عصبی بالقوه، به ویژه در نوزادان و جمعیتهای حساس مرتبط بوده است، اندازه گیری دقیق برای رعایت استانداردهای آب آشامیدنی، تشخیص زودهنگام آلودگی و اجرای روشهای مناسب تصفیه برای حفظ کیفیت آب و محافظت از سلامت عمومی بسیار مهم است.
روشهای اندازه گیری منگنز در آب
در ادامه به روشهای اندازه گیری منگنز در آب اشاره میکنیم:
روش رنگ سنجی (اسپکتروفتومتری)
روش رنگ سنجی یکی از رایج ترین و مقرون به صرفه ترین تکنیکهای آزمایشگاهی برای اندازه گیری منگنز در آب است. در این روش، یک معرف شیمیایی (اغلب PAN یا فرمالدوکسیم) به نمونه آب اضافه میشود، که در آن به طور خاص با یونهای منگنز واکنش میدهد تا یک کمپلکس رنگی تولید کند.
شدت این رنگ متناسب با غلظت منگنز است و با استفاده از یک اسپکتروفتومتر در طول موج خاصی اندازه گیری میشود. این روش به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد زیرا نسبتاً ساده است، به تجهیزات بسیار پیشرفته نیاز ندارد و حساسیت خوبی برای سطوح منگنز کم تا متوسط ارائه میدهد. با این حال، ممکن است تحت تأثیر حضور یونهای فلزی دیگر یا کدورت قرار گیرد.
طیف سنجی جذب اتمی (AAS)
طیف سنجی جذب اتمی یک تکنیک تحلیلی بسیار دقیق است که برای اندازه گیری سطوح ناچیز منگنز در آب استفاده میشود. در این روش، نمونه آب به داخل یک کوره شعله یا گرافیتی کشیده میشود که در آن اتمهای منگنز تبخیر میشوند.
یک پرتو نور با طول موج مخصوص منگنز از بخار عبور داده میشود و کاهش شدت نور (به دلیل جذب توسط اتمهای منگنز) اندازه گیری میشود. این جذب مستقیماً با غلظت منگنز در نمونه مرتبط است. AAS دقت بالا و محدودیتهای تشخیص پایینی را ارائه میدهد که آن را برای آزمایشهای انطباق با مقررات مناسب میکند، اگرچه نیاز به اپراتور ماهر و دسترسی به ابزار دقیق آزمایشگاهی دارد.
طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS)
ICP-MS یکی از پیشرفته ترین تکنیکها برای اندازه گیری منگنز و سایر فلزات کمیاب در آب با حساسیت بسیار بالا است. در این روش، نمونه آب با استفاده از یک مشعل پلاسمای آرگون با دمای بالا یونیزه میشود و سپس یونهای حاصل بر اساس نسبت جرم به بار آنها در یک طیف سنج جرمی جدا و شناسایی میشوند.
ICP-MS میتواند غلظت منگنز را در سطوح بخش در تریلیون تشخیص دهد و آن را برای تحقیقات یا موقعیت هایی که تشخیص مقادیر بسیار کم ضروری است، ایده آل میکند. این تکنیک در حالی که دقت عالی و توانایی تجزیه و تحلیل چندین عنصر به طور همزمان را ارائه میدهد، گران، پیچیده و عموماً محدود به آزمایشگاههای تحلیلی مجهز است.
روشهای الکتروشیمیایی (ولتامتری/الکترودهای یون گزین)
روشهای الکتروشیمیایی، مانند ولتامتری عاری سازی آندی یا استفاده از الکترودهای یون گزین، جایگزین عملی برای تعیین منگنز در هر دو محیط میدانی و آزمایشگاهی ارائه میدهند. این تکنیکها بر اندازه گیری سیگنالهای الکتریکی تولید شده توسط اکسیداسیون یا کاهش یونهای منگنز در سطح یک الکترود حساس متکی هستند.
مقدار جریان یا پتانسیل اندازه گیری شده متناسب با غلظت منگنز در نمونه است. روشهای الکتروشیمیایی به دلیل قابلیت حمل، زمان پاسخ سریع و توانایی انجام آزمایش در محل بدون آماده سازی گسترده نمونه، ارزشمند هستند. با این حال، ممکن است نیاز به کالیبراسیون مکرر داشته باشند و میتوانند تحت تأثیر مواد مزاحم موجود در آبهای طبیعی قرار گیرند.