Overview
Source : Laboratoires de Margaret Workman et Kimberly Frye - Depaul University
Oxygène dissous (DO) mesures de calculer la quantité d’oxygène gazeux dissous dans les eaux de surface, ce qui est important pour toute la vie respirant de l’oxygène dans les écosystèmes du fleuve, y compris les espèces de poisson préférées pour la consommation humaine (p. ex. crapet arlequin et basse), ainsi que des espèces de décomposeurs critiques pour le recyclage de matériaux biogéochimiques dans le système.
L’oxygène dissous dans les lacs, rivières et Océans est cruciale pour les organismes et les créatures qui vivent dedans. Que la quantité d’oxygène dissous tombe au-dessous des niveaux normaux en plans d’eau, la qualité de l’eau est bafouée et créatures commencent à mourir. Dans un processus appelé eutrophisation, un plan d’eau peut devenir hypoxique et ne sera plus en mesure d’appuyer les organismes vivants, essentiellement devenir une « zone morte ».
L’eutrophisation se produit lorsque les nutriments en excès provoquent des populations d’algues à croître rapidement dans une prolifération des algues. Les efflorescences algales forme des tapis denses à la surface de l’eau en bloquant deux intrants essentiels de l’oxygène de l’eau : gaz change de l’atmosphère et la photosynthèse dans l’eau en raison du manque de lumière en dessous du tapis. Comme l’oxygène dissous niveaux diminuent au-dessous de la mortalité des organismes surface, respirant de l’oxygène en grande quantité, créant une augmentation en matière organique. Les causes de l’excès de matière organique une augmentation dans les populations de décomposeurs respirant de l’oxygène dans la zone benthique, qui outre épuise l’oxygène dissous restant niveaux durant l’activité métabolique de la décomposition. Dès que les niveaux d’oxygène devient cette espèce de respiration d’oxygène faible et mobile (p. ex. poissons) va s’éloigner, laissant sans vie aérobie dans l’eau et la création d’une zone morte.
La méthode de titration de l’azoture-Winkler utilise titrage pour déterminer la concentration d’un inconnu dans un échantillon. Plus précisément, du thiosulfate de sodium est utilisé pour titrer l’iode, qui peut être stoechiométriquement reliée à la quantité d’oxygène dissous dans un échantillon.
Principles
La méthode de Winkler-Azide sert à mesurer le sur le site, où est recueillie les eaux de surface. Hydroxyde de potassium et de sulfate de manganèse (II) sont ajoutés à l’échantillon, et l’oxygène dissous dans l’échantillon s’oxyde du manganèse et forme un précipité brun. Azoture est ajouté sous la forme d’un réactif acheté iodure alcalin-azide pour corriger la présence de nitrites, qui se retrouvent dans les échantillons d’eaux usées et peuvent interférer avec la procédure d’oxydation de Winkler.
MnSO4 + 2 KOH 
Mn(OH)2 + K2SO4
4 Mn(OH)2 + O2 + 2 H2O 4 Mn(OH)3
L’acide sulfurique est ensuite ajouté pour acidifier la solution, et le précipité se dissout. Dans ces conditions, l’iodure de réactif dans la solution alcaline iodure-azoture est converti en iode.
2 Mn(OH)3 + 3 H2SO4 Mn2(SO4)3 + 6 H2O
Mn2(SO4)3 + 2 KI 2 MnSO4 + K2SO4 + 2 J’ai2
Le thiosulfate est ensuite utilisé pour titrer l’iode en présence d’un indicateur à l’amidon ajouté.
4 Na2S2O3 + 2 J’ai2 2 Na2S4O6 + 4 NaI
4 moles de S2O32 - 1 mole d’O2
Au point de terminaison de ce titrage, la solution bleue deviendra claire. La quantité d’oxygène dissous dans l’échantillon est quantifiée en proportion directe de la quantité de thiosulfate nécessaire pour atteindre le point de terminaison.
X mL S2O3 X mg/L o :
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Procedure
1. échantillon dissous à mesure de l’oxygène
- Sur le site de collecte de l’eau, utilisez une pipette calibrée pour ajouter le sulfate de manganèse 2 mL pour une bouteille BOD clair 300 mL rempli avec l’échantillon d’eau. Veillez à ne pas introduire d’oxygène dans l’échantillon en insérant l’embout de la pipette sous la surface de l’échantillon et de distribution soigneusement sulfate de manganèse. Ceci évitera de créer des bulles jusqu'à ce que l’échantillon est « fixée » et empêche le changement de la concentration en oxygène dissous.
- En utilisant la même technique, ajouter 2 mL de réactif d’iodure alcalin-azoture.
- Immédiatement, insérer le bouchon, en inclinant la bouteille légèrement et rapidement poussant le bouchon en place donc aucuns bulles d’air ne sont emprisonnées dans la bouteille.
- Soigneusement inverser plusieurs fois (sans créer de bulles d’air) pour mélanger. Un floccule (floc) formeront une agrégation précipité du matériau avec un aspect nuageux (Figure 1).
- Attendez que le floc dans la solution a réglé. Encore une fois, retourner le flacon plusieurs fois et attendre que le floc est retombée. L’échantillon est fixé maintenant pour empêcher un changement dans la teneur en oxygène dissous et peut être transporté vers le laboratoire et stockée pendant 8 h, si nécessaire, dans un état de frais et sombre.
- Si Ranger, échantillons devraient être scellés à l’aide d’une petite quantité d’eau désionisée jeté autour du bouchon, et le bouchon doit être enroulé dans du papier d’aluminium, fixé avec un élastique.
- Pipeter 2 mL d’acide sulfurique concentré dans l’échantillon en tenant l’extrémité de la pipette juste au-dessus de la surface de l’échantillon. Il faut inverser soigneusement plusieurs fois de dissoudre le floc (Figure 2).
- Dans une fiole de verre et à l’aide d’une pipette calibrée, titrer 200 mL d’échantillon d’eau avec 0,025 que n standardisé de thiosulfate de sodium, tourbillonnant et mélanger en continu jusqu'à une forme de couleur paille pâle (Figure 3).
- Ajouter 2 mL de solution indicatrice d’amidon avec un compte-gouttes et agiter pour mélanger. Une fois la fécule indicateur est ajouté, la solution sera vire au bleue (Figure 4).
- Poursuivre le titrage, en ajoutant une goutte à la fois jusqu'à ce qu’une goutte se dissipe le bleu, causant le point de terminaison incolore. N’oubliez pas d’ajouter chaque goutte de solution titrante soigneusement et mélanger uniformément chaque goutte avant d’ajouter le suivant. Maintenant l’échantillon contre une feuille blanche de papier peut aider à améliorer la visualisation du point de terminaison.
- La concentration de DO est équivalente au volume (mL) de solution titrante utilisé. Chaque millilitre de thiosulfate de sodium ajouté à l’eau échantillon est égal à 1 mg/L dissous d’oxygène.
La figure 1. Un échantillon après que le réactif iodure alcalin-azide a été ajouté et mélangé, montrant la formation floc dans la partie supérieure de l’échantillon avant de s’installer.
La figure 2. Un échantillon avec floc dissous après addition d’acide sulfurique.
La figure 3. Un échantillon après addition de thiosulfate de sodium affichant une couleur paille pâle.
La figure 4. Un exemple montrant la couleur bleue après l’indicateur à l’amidon est ajouté et mélangé.
L’oxygène dissous est crucial pour les écosystèmes fluviaux et lacustres soutenir la vie aérobie. La méthode de titration de l’azoture-Winkler permet la quantification de la quantité d’oxygène dissous dans les échantillons d’eaux de surface.
Service d’oxygène gazeux dissous dans l’eau de surface est nécessaire pour la survie des organismes vivant en elle ; décomposeurs sont essentiels pour le recyclage des matériaux biogéochimiques dans l’écosystème, ou des espèces de poissons préférées pour la consommation humaine. Comme les niveaux d’oxygène tombent au-dessous de la normale dans les systèmes aquatiques, qualité de l’eau est bafouée et les organismes commencent à mourir.
La méthode de titration de l’azoture-Winkler est un test standard pour déterminer la concentration d’oxygène dissous dans un échantillon. Thiosulfate de sodium est utilisé pour titrer l’iode, qui est stochiometrically lié à la quantité d’oxygène dissous dans l’échantillon.
Cette vidéo illustre les principes qui sous-tendent la quantification de l’oxygène dissous, le processus d’effectuer le titrage de l’azoture-Winker, et mesure de l’interprétation de l’oxygène dissous.
L’eutrophisation est l’introduction de l’excès de nutriments dans un écosystème. Cela provoque des populations d’algues se développer rapidement dans denses tapis, connue comme la prolifération d’algues. Ces tapis peuvent conduire à une hypoxie, ou de faibles teneurs en oxygène, en bloquant les échanges gazeux à la surface et empêcher la photosynthèse en bloquant les rayons du soleil. Les organismes de la respiration d’oxygène commencent à mourir, causant une augmentation de la matière organique, qui à son tour provoque une augmentation de l’oxygène dépendants décomposeurs, épuisent les ressources de l’oxygène encore plus loin. Enfin, les organismes dépendant de l’oxygène mobiles s’éloignent, laissant une zone morte sans vie aérobie.
Pour tester le niveau d’oxygène dissous dans une source d’eau, la méthode de Winkler-azoture peut servir à mesure dissous l’oxygène directement dans le champ ou des échantillons peuvent être fixe et pris au laboratoire pour une analyse plus approfondie.
Hydroxyde de potassium et de sulfate de manganèse sont ajoutés à l’échantillon, formation d’hydroxyde de manganèse. Cela réduit l’oxygène dissous, en formant un précipité brun. Réactif iodure alcalin-azoture est ajouté pour corriger la présence de nitrates trouvés dans des échantillons d’eaux usées qui peuvent interférer avec la procédure de l’oxydation.
Acide sulfurique ajouté acidifie la solution et dissout le précipité. Ce nouveau composé oxyde l’iodure de réactif alcalin iode-azoture d’iode.
Ensuite, un indicateur à l’amidon est ajouté qui deviendra bleu en présence de l’iode. Le thiosulfate, qui reconvertit iode en iodure, sert à titrer l’iode. Quand le titrage est complète, la solution bleue devient incolore. La quantité d’oxygène dissous dans l’échantillon est proportionnelle à la quantité de thiosulfate nécessaire pour activer la solution de bleu d’incolore.
Maintenant que nous sommes familiers avec les principes de mesurer l’oxygène dissous en échantillons d’eau, prenons un regarder comment cela se fait sur le terrain et au laboratoire.
L’expérience débutera sur le site de la collection. Tout d’abord, recueillir l’échantillon d’eau dans une bouteille BOD clair 300 mL. Ensuite, mesurer et enregistrer la température de l’eau de la source d’eau. Ajouter avec précaution le sulfate de manganèse 2 mL à l’échantillon en insérant l’embout de la pipette sous la surface de l’eau et verser lentement pour éviter de créer des bulles.
En utilisant la même technique, ajouter 2 mL de réactif d’iode-azide alcaline et immédiatement insérer le bouchon, incliner la bouteille légèrement donc aucun l’air n’est emprisonné dans la bouteille.
Soigneusement inverser plusieurs fois pour mélanger la solution, en prenant soin de ne pas pour créer de bulles d’air. Un précipité formera, provoquant un aspect nuageux. Laisser le précipité dans la solution settle et puis bien mélanger en retournant la bouteille plusieurs fois avant de le laisser s’installer à nouveau. Les échantillons doivent être collés à l’aide d’une petite quantité d’eau désionisée jeté autour du bouchon, puis enveloppé dans du papier d’aluminium et fixé avec un élastique. L’échantillon est désormais fixe et peut être transporté vers le laboratoire.
Une fois que les échantillons ont été corrigés, ils sont transportés au laboratoire pour une analyse plus approfondie. Tout d’abord, tenant le bout de la pipette juste au-dessus de la surface de l’échantillon, ajouter 2 mL d’acide sulfurique concentré dans l’échantillon. Retourner plusieurs fois pour dissoudre le précipité. À l’aide d’un flacon en verre et la pipette calibrée, titrer 200 mL de l’eau de l’échantillon prétraité avec 0,025 que n standardisé de thiosulfate de sodium, tourbillonnant et mélanger en continu jusqu'à une forme de couleur paille pâle.
Une fois la solution paille colorée, ajouter 2 gouttes de 1 mL de solution indicatrice d’amidon et agiter pour mélanger. La solution devient bleue. Poursuivre le titrage, ajoutant une goutte de thiosulfate de sodium à la fois et en mélangeant lentement en utilisant une barre de remuer jusqu'à ce que le bleu se dissipe et la solution devient incolore. Tenir l’échantillon sur une feuille blanche de papier afin d’améliorer la visualisation. Noter le volume de thiosulfate ajouté.
La concentration d’oxygène dissous est proportionnelle au volume de thiosulfate de sodium ajouté à l’échantillon. Chaque millilitre ajouté équivaut à 1 mg/L, ou parties par million, l’oxygène dissous.
La quantité maximale d’oxygène qui peut être dissous dans l’eau varie selon la température de l’eau. Mesures de l’oxygène dissous en mg/L sont converties en pourcentage saturation à l’aide de la température de l’eau et un tableau de conversion. Saturation de l’oxygène de 91 à 110 % dissous est considéré comme excellente ; entre 71 et 90 % est bon, 51-70 % est juste et moins de 50 % est pauvre.
Teneurs en oxygène dissous de 6 mg/L suffisent à l’appui de la plupart des espèces aquatiques. Niveaux inférieurs à 4 mg/L sont stressantes pour la majorité des animaux aquatiques, donc la biodiversité est touchée. L’eau contenant moins de 2 mg/L dissous d’oxygène ne prendra pas en charge la vie aquatique aérobie.
La capacité de quantifier la quantité d’oxygène dissous dans une source d’eau a également des méthodes alternatives et nombreuses applications pratiques pertinentes. Certains d'entre eux sont abordés ici.
Température et oxygène dissous peuvent également être mesurées en utilisant un moniteur LabQuest ordinateur de poche avec des sondes d’oxygène et température dissous. Pour l’oxygène dissous, branchez la sonde dans le canal 1. Unités doivent être en mg/L. Submerge la sonde dans l’échantillon de l’eau, la sonde lentement par le biais de l’échantillon afin d’éviter de consommer de l’oxygène dans une zone localisée en circulation. Quand les lectures semblent se stabiliser, reporter la valeur.
La plupart des poissons ont besoin modéré à bon niveau d’oxygène dissous dans leurs habitats de prospérer et de se reproduire. Pour les exploitations piscicoles, qui peuvent occuper artificielles ou lacs naturels ou ruisseaux, pouvoir tester dissous niveaux d’oxygène peuvent aider les gestionnaires d’exploitations agricoles à choisir un site de bons réglages initiaux ou de suivre la santé de leurs bassins ou de cours d’eau.
Surveillance de l’oxygène dissous peut être également utile pour la conservation et la gestion de l’habitat. Si une région lac ou une rivière contient une flore protégée ou menacées d’extinction ou la faune, la surveillance des niveaux d’oxygène dissous peut donner une indication de la santé de l’écosystème. Si les niveaux changent rapidement, cela pourrait indiquer le danger pour les espèces protégées et peut indiquer qu’une stratégie d’intervention de gestion devrait être mis en œuvre.
Les États-Unis États Environmental Protection Agency, l’EPA, suggère un certain nombre de mesures visant à corriger les teneurs en oxygène dissous dans les écosystèmes. Il s’agit d’une utilisation correcte et un minimum d’engrais, traitement des eaux usées adéquat, ne pas de décharge des eaux usées des bateaux et préserver les rivières voisines, des ruisseaux et zones humides. Réduction des oxydes d’azote en minimisant l’utilisation de l’électricité et automobile et en choisissant des moteurs de bateaux plus efficaces peut également aider à maintenir un niveau approprié d’oxygène dissous dans les ressources en eau.
Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour mesure d’oxygène dissous dans les eaux de surface. Vous devez maintenant comprendre les principes de mesure de l’oxygène dissous, comment quantifier l’oxygène dissous dans vos propres échantillons d’eau et comment interpréter vos résultats et leurs incidences sur l’environnement. Merci de regarder !
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Results
Une teneur en oxygène dissous de 6 mg/L est suffisant pour les espèces plus aquatiques. Teneurs en oxygène dissous inférieures à 4 mg/L sont stressantes pour la plupart des animaux aquatiques. Teneurs en oxygène dissous inférieures à 2 mg/L ne prendra pas en charge la vie aquatique aérobie (Figure 5).
La quantité maximale d’oxygène qui peut être dissous dans l’eau varie selon la température (tableau 1).
Mesures d’en mg/L sont converties en % de saturation à l’aide de la température de l’eau et le tableau de conversion ci-dessous (Figure 6).
DISSOUT LES TENEURS EN OXYGÈNE (SATURATION %)
Excellent : 91 – 110
Bon : 71-90
Foire/salon : 51 à 70
Médiocre : < 50
Figure 5. FAIRE les mesures sont converties en % de saturation à l’aide de la température de l’eau. Température de l’eau sur l’axe horizontal supérieur et la valeur mesurée sur l’axe horizontal du fond. Utilisez une règle pour tracer une ligne entre les deux valeurs et enregistrer où la ligne rejoint le milieu axe diagonal pour % de saturation.
Figure 6. Une teneur en oxygène dissous de 6 mg/L est suffisant pour la plupart des espèces aquatiques. Teneurs en oxygène dissous inférieures à 4 mg/L sont stressantes pour la plupart des animaux aquatiques. Teneurs en oxygène dissous inférieures à 2 mg/L ne soutiendra pas de poisson et moins de 1 mg/L ne soutiendra pas la plupart des espèces.
| Temp. (° C) | (Mg/L) | Temp. (° C) | (Mg/L) | Temp. (° C) | (Mg/L) | Temp. (° C) | (Mg/L) |
| 0 | 14.60 | 11 | 11.01 | 22 | 8.72 | 33 | 7.16 |
| 1 | 14.19 | 12 | 10.76 | 23 | 8.56 | 34 | 7.16 |
| 2 | 13.81 | 13 | 10.52 | 24 | 8.40 | 35 | 6.93 |
| 3 | 13.44 | 14 | 10.29 | 25 | 8.24 | 36 | 6.82 |
| 4 | 13.09 | 15 | 10.07 | 26 | 8.09 | 37 | 6.71 |
| 5 | 12,75 | 16 | 9.85 | 27 | 7,95 | 38 | 6.61 |
| 6 | 12.43 | 17 | 9,65 | 28 | 7,81 | 39 | 6.51 |
| 7 | 12.12 | 18 | 9 h 45 | 29 | 7,67 | 40 | 6.41 |
| 8 | 11,83 | 19 | 9.26 | 30 | 7.54 | 41 | 6.41 |
| 9 | 11 h 55 | 20 | 9.07 | 31 | 7.41 | 42 | 6.22 |
| 10 | 11.27 | 21 | 8,90 | 32 | 7.28 | 43 | 6.13 |
Le tableau 1. Montants maximaux de l’oxygène qui peut être dissous dans l’eau par la température.
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Applications and Summary
Cours d’eau lents sont particulièrement vulnérables à de faibles concentrations, et dans des cas extrêmes, ces niveaux peut conduire à des conditions d’hypoxie, création de « zones mortes » où la vie aérobie n’est plus supportée par un plan d’eau (Figure 7). Une fois les plantes et les animaux Herxheimer, l’accumulation de sédiments qui se produit peut également déclencher le lit de la rivière, permettant aux plantes de coloniser au fil de l’eau et pourrait conduire à la perte de la rivière tous ensemble (Figure 8). Eaux de surface à des altitudes plus élevées sont également plus vulnérables à de faibles concentrations, comme la pression atmosphérique diminue avec l’altitude et moins l’oxygène gazeux est suspendue dans l’eau.
Niveaux bas faire appuyer les formes de vie considérée comme désagréables ou impropres à l’usage humain, y compris les sangsues et les vers aquatiques (Oligochaeta).
La figure 7. Carte des concentrations d’oxygène dissous dans l’ensemble de la plate-forme de la Louisiane montrant la région zone morte.
La figure 8. Photographie de la mer Caspienne, montrant l’eutrophisation sévère dans l’extrémité nord.
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