原理
藻類植物在光合作用中吸收CO2 ,放出氧氣。測定盛藻容器水中的含氧量,即可計算出藻類植物的光合強度。
以Winkler氏法測水中溶解的氧,方法準確而且簡單易行。甚至極譜測氧都需用此法校準。
本法是根據向定量的水中加入二氯化錳(MnCl2 )及氫氧化鈉,二者反應產生氫氧化亞錳[Mn(OH)2 ]。水中如果有氧,則Mn(OH)2 可被氧化成為Mn(OH)3 。再加碘化鉀與鹽酸,則Mn(OH)3 轉變成MnCl3 。MnCl3 與KI反應,游離出碘,而其重量與水中之氧成一定摩爾關系。
4MnCl2 8NaOH→4Mn(OH)2 8NaCl
4Mn(OH)2 O2 2H2 O→4Mn(OH)3
4Mn(OH)3 12HCl→4MnCl3 12H2 O
4MnCl3 4KI→4MnCl2 2I2 4KCl
將以上反應式寫成總化學反應式為:
8NaOH 12HCl 4KI O2 →8NaCl 10H2 O 4KCl 2I2 (1)
用硫代硫酸鈉滴定析出的碘,可得到Na2 S2 O3 與I2 之間的摩爾關系;
2I2 4Na2 S2 O3 →2Na2 S2 O6 4NaI (2)
由(1)式和(2)式可得:4摩(爾)Na2 S2 O3 相當于2摩(爾)I2 ,而2摩(爾)I2 相當于1摩(爾)O2 。即1摩(爾)Na2 S2 O3 相當于1/4摩(爾)的O2 。
故1ml濃度為0.01mol/L的Na2 S2 O3 相當于O2 的重量可用下式計算得到:
當溫度為0℃,大氣壓為101325Pa時,可以按下式將O2 的mg數換算成ml數:
1(mol)O2 =32g=22.4L
1mlO2 =1.429mgO2
0.6998mlO2 =1mgO2
儀器藥品
三角燒瓶 乳膠管
移液管 滴定管
1%淀粉溶液
二氯化錳液:稱取MnCl2 ·5H2 O200克溶于500ml水中,然后向此溶液中加入2ml鹽酸。
碘化鉀—氫氧化鈉混合液:稱取180g NaOH溶于500ml水中,然后向此溶液中加入KI 50g。
硫代硫酸鈉標準液:首先制備近似0.01mol/L Na2 S2 O3 溶液(稱取Na2 S2 O3 ·5H2 O 2.4823g,Na2 CO3 0.02g,加新煮沸經過冷卻的蒸餾水至1000ml),放暗處8─14天,然后標定。
操作步驟
取250ml三角燒瓶二個,其中一個放入幾支大蘊藻(首先要稱出鮮重),另一個瓶作為對照,然后向兩個三角燒瓶中注滿水,再加塞放在陽光下,半小時后分別測水中的含氧量。
方法如下:
1.取100ml三角燒瓶2個,編為1號和2號,用虹吸管從瓶中取出待測的水樣品。1號瓶從含藻瓶取水,2號瓶從對照瓶取水。虹吸管要放到瓶底,最初吸出的10ml棄去不要,水要取滿瓶,要滿到極點,需要測定瓶中的水的準確毫升數(可指定1號瓶水的毫升數為A,2號瓶水的毫升數為B)。
2.用移液管取MnCl2 液0.5ml,插到液面下(不能插到瓶底,以免瓶中水溢出過多而影響結果),注入水中。
3.再用移液管取碘化鉀—氫氧化鈉混合液0.5ml,按上法插入液面下,將混合液注入水中。
4.密閉,振蕩。放暗處2小時(產生沉淀)。
5.用移液管向溶液中部輕輕注入鹽酸3ml,密閉,振蕩。此時沉淀溶解,碘游離出來,液體呈黃至褐色。
6.將液體移至250ml三角燒瓶中(要從原瓶中全部倒出,再用蒸餾水沖洗),用0.01mol/L的硫代硫酸鈉滴定,記下所需ml數。
因為碘與淀粉形成復合物,致使其與Na2 S2 O3 的反應變慢,易使所加Na2 S2 O3 過量。所以滴定時首先用Na2 S2 O3 滴定至溶液呈淡黃色,然后再加1%淀粉1─2滴,再繼續滴定到藍色消失(終點)。
根據實驗結果,計算出每克鮮重每小時放氧的毫克數。
首先計算出標定后的Na2 S2 O3 (濃度為M,mol/L)1ml相當于O2 的mg重量為:
然后計算出用虹吸管吸到100ml三角燒瓶中的每ml水的含氧量為;
再計算出空白瓶中每ml水的含氧量:
最后計算出每g鮮重,每小時所放O2 的mg數(表觀光合強度):
化簡為;
式中:
A為1號瓶所取水樣的體積,ml。
V為1號瓶所取Aml水樣消耗Na2 S2 O3 的體積,ml。
B為2號瓶所取水樣的體積,ml。
V'為2號瓶所取Bml水樣消耗Na2 S2 O3 的體積,ml。
M為標定后的Na2 S2 O3 濃度,mol/L。
V"為放蘊藻瓶中水的體積,ml。
g為蘊藻鮮重。
h為光合作用時間。
0.08為1ml 0.01mol/L濃度的Na2 S2 O3 相當于O2 的重量mg/ml。
0.01為標準Na2 S2 O3 的濃度,mol/L。