اندازه گیری یون آهن در آب یک فرآیند تحلیلی حیاتی در پایش محیط زیست، کاربردهای صنعتی و مدیریت بهداشت عمومی است.غلظت بیش از حد آهن میتواند منجر به طعم نامطلوب، لکه دار شدن لوله کشی و لباسشویی شود و میتواند رشد باکتریهای آهن را تقویت کند که ممکن است باعث مشکلات بیشتر در کیفیت آب شود. بنابراین، روشهای دقیق و قابل اعتماد برای تعیین سطح آهن در آب برای اطمینان از رعایت استانداردهای نظارتی و حفظ کیفیت آب ضروری است. در این بررسی از وبسایت «رسوب آب» در مورد اهمیت و انواع روش اندازه گیری یون آهن در آب صحبت میکنیم.
یون آهن در آب چیست؟
یون آهن در آب به اتمهای آهن محلولی اشاره دارد که یک یا چند الکترون از دست داده اند و یونهای با بار مثبت – معمولاً یونهای فرو (Fe²⁺) یا فریک (Fe³⁺) – را تشکیل میدهند. این یونها میتوانند به طور طبیعی از طریق هوازدگی سنگها و خاکهای حاوی آهن یا از طریق فعالیتهای انسانی مانند معدن کاری و تخلیه صنعتی وارد منابع آب شوند. در آبهای زیرزمینی، آهن معمولاً به عنوان یون فرو محلول (Fe²⁺) در شرایط کم اکسیژن (بی هوازی) ظاهر میشود. هنگامی که در معرض هوا یا محیطهای غنی از اکسیژن قرار میگیرد، Fe²⁺ اکسید میشود و یونهای فریک (Fe³⁺) را تشکیل میدهد که اغلب به صورت اکسیدها یا هیدروکسیدهای آهن به رنگ زنگ رسوب میکنند. در حالی که غلظتهای پایین آهن عموماً بی ضرر و حتی برای سلامت انسان ضروری هستند، سطوح بالاتر میتواند باعث تغییر رنگ، طعم فلزی و لکه دار شدن وسایل لوله کشی و لباسشویی شود.
اهمیت اندازه گیری یون آهن در آب
اندازه گیری یونهای آهن در آب برای اطمینان از کیفیت آب، سلامت انسان و طول عمر سیستمهای صنعتی ضروری است. آهن بیش از حد، که اغلب به صورت یونهای فرو (Fe²⁺) یا فریک (Fe³⁺) وجود دارد، میتواند منجر به طعم ناخوشایند، لکه دار شدن لباسهای شسته شده و وسایل لوله کشی و رشد باکتریهای آهن شود که باعث ایجاد لجن و گرفتگی لولهها میشوند. در آب آشامیدنی، سطح بالای آهن ممکن است خطر مستقیمی برای سلامتی نداشته باشد، اما میتواند نشان دهنده آلودگی زمینهای یا تصفیه ضعیف آب باشد. در محیطهای صنعتی و کشاورزی، سطح آهن کنترل نشده میتواند به تجهیزات آسیب برساند، کارایی را کاهش دهد و در فرآیندهای شیمیایی اختلال ایجاد کند. بنابراین، نظارت منظم بر یونهای آهن به حفظ ایمنی، جلوگیری از خسارات پرهزینه و رعایت مقررات زیست محیطی کمک میکند.
روشهای اندازه گیری یون آهن در آب
در ادامه به روشهای اندازه گیری یون آهن در آب اشاره میکنیم:
۱. روش رنگ سنجی با استفاده از فنانترولین
روش رنگ سنجی با ۱،۱۰-فنانترولین، تکنیکی پرکاربرد برای اندازه گیری آهن دو ظرفیتی (Fe²⁺) در آب است. در این روش، آهن دو ظرفیتی با فنانترولین واکنش میدهد و یک کمپلکس نارنجی-قرمز تشکیل میدهد که نور را در طول موج ۵۱۰ نانومتر جذب میکند. شدت رنگ مستقیماً با غلظت آهن متناسب است و با استفاده از اسپکتروفتومتر اندازه گیری میشود. برای اندازه گیری آهن کل، آهن سه ظرفیتی (Fe³⁺) ابتدا قبل از واکنش به شکل دو ظرفیتی احیا میشود. این روش حساس، نسبتاً ساده و مناسب برای کاربردهای میدانی و آزمایشگاهی است. با این حال، ممکن است با تداخل سایر یونهای فلزی یا مواد رنگی موجود در نمونه مواجه شود.
۲. طیف سنجی جذب اتمی (AAS)
طیف سنجی جذب اتمی (AAS) یک تکنیک دقیق و قابل اعتماد برای تعیین مقدار Fe²⁺ و Fe³⁺ در آب است. در AAS، نمونههای آب به داخل یک کوره شعلهای یا گرافیتی کشیده میشوند که در آن اتمهای آهن نور با طول موج خاصی را که توسط یک لامپ آهن ساطع میشود، جذب میکنند. نور جذب شده با غلظت آهن همبستگی دارد. این روش حتی در سطوح ناچیز، دقت، حساسیت و ویژگی بالایی را ارائه میدهد. با این حال، برای تبدیل آهن به یک شکل قابل تشخیص، به ابزارهای گران قیمت، اپراتورهای آموزش دیده و هضم مناسب نمونه نیاز دارد. این روش برای آزمایشهای آزمایشگاهی و رعایت استانداردهای نظارتی ایده آل است.
۳. طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS)
ICP-MS یک تکنیک تحلیلی پیشرفته است که برای تشخیص آهن و سایر فلزات در غلظتهای بسیار کم در آب استفاده میشود. نمونه وارد یک پلاسمای جفت شده القایی میشود، جایی که یونیزه میشود. سپس یونها بر اساس نسبت جرم به بار آنها با استفاده از یک طیف سنج جرمی جدا و تعیین مقدار میشوند. ICP-MS بسیار حساس است، قادر به تشخیص آهن در مقیاس جزء در تریلیون است و میتواند همزمان چندین عنصر را تجزیه و تحلیل کند. این روش معمولاً در نظارت بر محیط زیست، کنترل کیفیت صنعتی و تحقیقات استفاده میشود. با وجود دقت بالا، این روش پرهزینه، پیچیده و برای محیطهای آزمایشگاهی حرفهای مناسب است.
۴. طیف سنجی فرابنفش-مرئی
طیف سنجی فرابنفش-مرئی یک روش رایج برای تجزیه و تحلیل غلظت آهن، به ویژه پس از تشکیل یک کمپلکس رنگی است. به عنوان مثال، Fe³⁺ میتواند با تیوسیانات (SCN⁻) واکنش دهد تا یک کمپلکس قرمز یا Fe²⁺ با فنانترولین همانطور که قبلاً ذکر شد، تشکیل دهد. جذب کمپلکس در طول موجهای خاص اندازه گیری میشود و غلظت با استفاده از منحنیهای کالیبراسیون محاسبه میشود. این روش ساده، نسبتاً ارزان و به طور گسترده در آزمایشگاههای آموزشی و میدانی قابل استفاده است. با این حال، نیاز به آماده سازی دقیق نمونه دارد و ممکن است تحت تأثیر کدورت، تداخل رنگ یا وجود سایر فلزات یا اکسیدانها در نمونه قرار گیرد.
۵. کروماتوگرافی یونی
کروماتوگرافی یونی، گونههای یونی موجود در آب، از جمله یونهای آهن را در صورت آماده سازی مناسب، جداسازی و تعیین مقدار میکند. نمونه از ستونی حاوی رزینی که با یونها واکنش میدهد عبور میکند و آنها را بر اساس بار و اندازه جدا میکند. تشخیص معمولاً شامل رسانایی یا جذب UV است. در حالی که تجزیه و تحلیل مستقیم یونهای آهن به دلیل تشکیل کمپلکس یا رسوب آنها کمتر رایج است، پیش تیمار با عوامل کیلیت ساز یا مراحل اکسیداسیون/کاهش، تشخیص قابل اعتمادی را امکان پذیر میکند. کروماتوگرافی یونی وضوح بالا و اندازه گیری همزمان آنیونها و کاتیونهای مختلف را ارائه میدهد. این روش برای تجزیه و تحلیل جامع آب بهترین گزینه است، اما به تجهیزات پیشرفته و پرسنل ماهر نیاز دارد.