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L'ossigeno disciolto è fondamentale per gli ecosistemi fluviali e lacustri per sostenere la vita aerobica. Il metodo di titolazione Azide-Winkler consente di quantificare la quantità di ossigeno disciolto nei campioni di acqua superficiale.
L'ossigeno gassoso disciolto nelle acque superficiali è necessario per la sopravvivenza degli organismi che vi vivono; decompositori critici per il riciclaggio di materiali biogeochimici nell'ecosistema, o specie ittiche preferite per il consumo umano. Quando i livelli di ossigeno scendono al di sotto del normale nei sistemi idrici, la qualità dell'acqua viene danneggiata e gli organismi iniziano a morire.
Il metodo di titolazione Azide-Winkler è un test standard per determinare la concentrazione di ossigeno disciolto in un campione. Il tiosolfato di sodio viene utilizzato per titolare lo iodio, che è stochiometricamente correlato alla quantità di ossigeno disciolto nel campione.
Questo video illustra i principi alla base della quantificazione dell'ossigeno disciolto, il processo di esecuzione della titolazione Azide-Winker e l'interpretazione delle misure di ossigeno disciolto.
L'eutrofizzazione è l'introduzione di nutrienti in eccesso in un ecosistema. Ciò fa sì che le popolazioni di alghe crescano rapidamente in fitte stuoie, note come fioriture algali. Questi tappetini possono portare all'ipossia, o bassi livelli di ossigeno, bloccando lo scambio di gas in superficie, e prevenire la fotosintesi bloccando la luce solare. Gli organismi che respirano ossigeno iniziano a morire, causando un aumento della materia organica, che a sua volta provoca un aumento dei decompositori dipendenti dall'ossigeno, esaurendo ulteriormente le risorse di ossigeno. Infine, gli organismi mobili dipendenti dall'ossigeno si allontanano, lasciando una zona morta senza vita aerobica.
Per testare il livello di ossigeno disciolto in una fonte d'acqua, il metodo Azide-Winkler può essere utilizzato per misurare l'ossigeno disciolto direttamente sul campo, oppure i campioni possono essere fissati e portati in laboratorio per ulteriori analisi.
Il solfato di manganese e l'idrossido di potassio vengono aggiunti al campione, formando idrossido di manganese. Questo riduce l'ossigeno disciolto, formando un precipitato marrone. Il reagente ioduro-azide alcalino viene aggiunto per correggere la presenza di nitrati presenti nei campioni di acque reflue che possono interferire con la procedura di ossidazione.
L'acido solforico aggiunto acidifica la soluzione e dissolve il precipitato. Questo nuovo composto ossida lo ioduro dal reagente alcalino iodio-azide a iodio.
Successivamente, viene aggiunto un indicatore di amido che diventerà blu in presenza di iodio. Il tiosolfato, che trasforma lo iodio in ioduro, viene utilizzato per titolare lo iodio. Al termine della titolazione, la soluzione blu diventerà incolore. La quantità di ossigeno disciolto nel campione è proporzionale alla quantità di tiosolfato necessaria per trasformare la soluzione da blu a incolore.
Ora che abbiamo familiarità con i principi alla base della misurazione dell'ossigeno disciolto nei campioni d'acqua, diamo un'occhiata a come viene eseguita sul campo e in laboratorio.
L'esperimento inizierà nel sito di raccolta. Per prima cosa, raccogli l'acqua campione in un flacone BOD trasparente da 300 ml. Quindi, misurare e registrare la temperatura dell'acqua dalla fonte d'acqua. Aggiungere con cautela 2 mL di solfato manganoso al campione inserendo la punta della pipetta sotto la superficie dell'acqua ed erogare lentamente per evitare la formazione di bolle.
Utilizzando la stessa tecnica, aggiungere 2 ml di reagente iodio azide alcalino e inserire immediatamente il tappo, inclinando leggermente il flacone in modo che l'aria non rimanga intrappolata nel flacone.
Capovolgere accuratamente più volte per amalgamare la soluzione, facendo attenzione a non creare bolle d'aria. Si formerà un precipitato, causando un aspetto nuvoloso. Lascia che il precipitato nella soluzione si depositi, quindi mescola accuratamente capovolgendo la bottiglia più volte prima di lasciarla riposare di nuovo. I campioni devono essere sigillati utilizzando una piccola quantità di acqua deionizzata spruzzata attorno al tappo, quindi avvolti in un foglio di alluminio e fissati con un elastico. Il campione è ora fissato e può essere trasportato nuovamente in laboratorio.
Una volta fissati, i campioni vengono trasportati in laboratorio per ulteriori analisi. Innanzitutto, tenendo la punta della pipetta appena sopra la superficie del campione, aggiungere 2 mL di acido solforico concentrato nel campione. Capovolgere più volte per sciogliere il precipitato. Utilizzando un pallone di vetro e una pipetta calibrata, titolare 200 mL di acqua campione pretrattata con tiosolfato di sodio standardizzato 0,025 N, agitando e mescolando continuamente fino a formare un colore paglierino chiaro.
Una volta che la soluzione è color paglia, aggiungere 2 goccioline da 1 ml di soluzione indicatrice di amido e agitare per mescolare. La soluzione diventerà blu. Continuare la titolazione, aggiungendo una goccia di tiosolfato di sodio alla volta e mescolando lentamente con una barra di agitazione fino a quando il blu non si dissipa e la soluzione diventa incolore. Tenere il campione contro un foglio di carta bianco per migliorare la visualizzazione. Registrare il volume di tiosolfato aggiunto.
La concentrazione di ossigeno disciolto è proporzionale al volume di tiosolfato di sodio aggiunto al campione. Ogni millilitro aggiunto equivale a 1 mg/L, o parti per milione, di ossigeno disciolto.
La quantità massima di ossigeno che può essere disciolta in acqua varia in base alla temperatura dell'acqua. Le misure di ossigeno disciolto in mg/L vengono convertite in percentuale di saturazione utilizzando la temperatura dell'acqua e un grafico di conversione. La saturazione dal 91 al 110% di ossigeno disciolto è considerata eccellente; tra il 71 e il 90% è buono, il 51-70% è discreto e meno del 50% è scarso.
Livelli di ossigeno disciolto di 6 mg/L sono sufficienti per sostenere la maggior parte delle specie acquatiche. Livelli inferiori a 4 mg/L sono stressanti per la maggior parte degli animali acquatici, quindi la biodiversità ne risentirà. L'acqua contenente meno di 2 mg/L di ossigeno disciolto non supporta la vita acquatica aerobica.
La capacità di quantificare la quantità di ossigeno disciolto in una fonte d'acqua ha anche metodi alternativi e molte applicazioni pratiche rilevanti. Alcuni di questi sono esplorati qui.
L'ossigeno disciolto e la temperatura possono essere misurati anche utilizzando un monitor portatile LabQuest con sonde di ossigeno disciolto e temperatura. Per l'ossigeno disciolto, collegare la sonda al canale 1. Le unità devono essere in mg/L. Immergere la sonda nel campione d'acqua, facendo circolare lentamente la sonda attraverso il campione per evitare di consumare ossigeno in un'area localizzata. Quando le letture sembrano stabilizzarsi, registrare il valore.
La maggior parte dei pesci richiede livelli da moderati a buoni di ossigeno disciolto nei loro habitat per prosperare e riprodursi. Per gli allevamenti ittici, che possono occupare laghi o corsi d'acqua artificiali o naturali, essere in grado di testare i livelli di ossigeno disciolto può aiutare i gestori degli allevamenti a scegliere un buon sito di allestimento iniziale o a tenere traccia dello stato di salute delle loro piscine o corsi d'acqua.
Il monitoraggio dell'ossigeno disciolto può essere utile anche per la gestione e la conservazione dell'habitat. Se una regione lacustre o fluviale contiene flora o fauna protette o in via di estinzione, il monitoraggio dei livelli di ossigeno disciolto può dare un'indicazione della salute dell'ecosistema. Se i livelli cambiano rapidamente, ciò potrebbe indicare un pericolo per le specie protette e potrebbe indicare che dovrebbe essere attuata una strategia di intervento gestionale.
L'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti, l'EPA, suggerisce una serie di misure per correggere i livelli di ossigeno disciolto negli ecosistemi. Questi includono l'uso corretto e minimo di fertilizzanti, un adeguato trattamento delle acque reflue, il non scarico delle acque reflue dalle barche e la conservazione dei fiumi, dei torrenti e delle zone umide adiacenti. Ridurre gli ossidi di azoto riducendo al minimo l'elettricità e l'uso dell'automobile e scegliendo motori per barche più efficienti può anche aiutare a mantenere adeguati livelli di ossigeno disciolto nelle risorse idriche.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla misurazione dell'ossigeno disciolto nelle acque superficiali. A questo punto è necessario comprendere i principi alla base della misurazione dell'ossigeno disciolto, come quantificare l'ossigeno disciolto nei propri campioni d'acqua e come interpretare i risultati e le loro implicazioni per l'ambiente. Grazie per l'attenzione!
