Тест на лужність, зроблений своїми руками

Лужність – одне з найважливіших вимірювань, яке може зробити рифовий акваріуміст. У багатьох акваріумах вона може швидко знижуватися, що вимагає частих вимірювань для підтримання стабільного рівня.

Хоча аматорські тест-системи для визначення лужності можуть бути простими у використанні, деякі акваріумісти вважають їх або нудними у виконанні, або дорогими, або сумнівної точності. У цій статті детально описано, як можна провести саморобні тести лужності, які не передбачають візуалізації змін кольору, повинні бути достатньо точними і можуть бути дешевшими, ніж більшість тест-наборів для визначення лужності.

Для того, щоб виконати цей тест, вам знадобляться наступні елементи, про які я детально розповім далі в статті

1. Відкалібрований рН-метр

2. Контейнери або ваги для точного вимірювання об’єму або ваги рідини

A. Метод для вимірювання більшого об’єму, наприклад, 1 склянка, 2 склянки або 1 л акваріумної води

B. Метод для вимірювання менших об’ємів у кілька мл (шприц з наявного набору може бути гарним вибором)

3. Стандартна кислота, яку можна придбати в Інтернеті.

Коротше кажучи, тест просто передбачає додавання кислоти до зразка акваріумної води, поки рН не досягне 4,5. Тоді ми можемо визначити лужність, виходячи з того, скільки кислоти пішло на цю кількість акваріумної води. Це саме те, що роблять типові тест-набори, за винятком того, що ми замінюємо барвник, що змінює колір, на рН-метр, і минаємо посередника.

Перш ніж ми перейдемо до деталей тесту, давайте розглянемо деякі відомості про лужність як таку.

Що таке лужність?

Якщо все, що ви хочете зробити, це провести тест, перейдіть до розділу “Метод тестування “зроби сам”: Крок за кроком”.

Поряд з кальцієм, багато коралів використовують “лужність” для формування свого скелета, який складається в основному з карбонату кальцію. Прийнято вважати, що корали поглинають бікарбонат (HCO3-), перетворюють його на карбонат (CO3-), а потім використовують цей карбонат для формування скелету з карбонату кальцію. Цей процес перетворення показаний наступним чином:

Бікарбонат Карбонат + протон (той самий, що і Н+, який виділяється з коралів)

Щоб переконатися, що корали мають достатній запас бікарбонату для кальцифікації, акваріумісти можуть просто виміряти бікарбонат безпосередньо. Однак розробка тест-набору для бікарбонату дещо складніша, ніж для лужності. Отже, використання лужності як сурогатної міри для бікарбонату стало стандартною практикою в захопленні рифовими акваріумами.

Отже, що таке лужність? Лужність в морському акваріумі – це просто міра кількості кислоти (H+), необхідної для зниження рівня pH приблизно до 4,5, де весь бікарбонат перетворюється на вугільну кислоту (H2CO3) наступним чином:

Кількість необхідної кислоти дорівнює кількості присутнього бікарбонату, тому при вимірюванні лужності за допомогою тест-набору для титрування (коли Ви обережно додаєте реагент відомої концентрації мірними кроками, як краплі зі шприца), Ви “підраховуєте” кількість присутніх іонів бікарбонату. Однак це не зовсім так просто, оскільки деякі інші іони також поглинають кислоту під час титрування. І борат, і карбонат також беруть участь у вимірюванні лужності, але бікарбонат домінує над цими іншими іонами, оскільки вони, як правило, мають нижчу концентрацію, ніж бікарбонат. Таким чином, знання загальної лужності схоже, але не зовсім те саме, що знання кількості бікарбонату, доступного коралам. У будь-якому випадку, загальна лужність є стандартом, який акваріумісти використовують для цієї мети.

Наш метод тесту “зроби сам” також передбачає титрування: ми беремо трохи акваріумної води і обережно додаємо відміряну кількість кислоти до тих пір, поки рН не досягне 4,5. Вимірявши кількість використаної кислоти, ми можемо потім розрахувати лужність.

На відміну від концентрації кальцію, широко поширена думка, що деякі організми швидше кальцифікуються при рівнях лужності, вищих, ніж у нормальній морській воді (нормальна лужність морської води становить приблизно 7 dKH). Цей результат також був продемонстрований в науковій літературі, яка показала, що додавання бікарбонату до морської води збільшує швидкість кальцифікації у деяких коралів. Як наслідок, поглинання бікарбонату може стати лімітуючим фактором для багатьох коралів. Тобто, формування скелету коралів може відбуватися настільки швидко, наскільки корали здатні поглинати бікарбонат з води. Частково це може бути пов’язано з тим, що зовнішня концентрація бікарбонату спочатку невелика (порівняно, наприклад, з концентрацією кальцію, яка фактично приблизно в 5 разів вища).

З цих причин підтримка лужності є критично важливим аспектом утримання акваріумів з кораловими рифами. За відсутності добавок лужність швидко падає, оскільки корали використовують більшу частину того, що міститься в морській воді. Самих лише підмін води зазвичай недостатньо для підтримання лужності, якщо тільки не відбувається дуже незначна кальцифікація (наприклад, в системах, де живуть лише риби, або в тих, де мало або зовсім немає кальцифікуючих коралів або коралових водоростей). Більшість рифових акваріумістів намагаються підтримувати лужність на рівні або трохи вище, ніж у звичайній морській воді (~7 dKH), хоча точні рівні, на які орієнтуються різні акваріумісти, дещо залежать від цілей, які вони ставлять перед своїми акваріумами.

Цікаво, що оскільки деякі корали можуть кальцифікуватися швидше при більш високих рівнях лужності, і оскільки абіотичні (небіологічні) опади карбонату кальцію на нагрівачах і насосах також зростають із підвищенням лужності, потреба в лужності (і кальції) зростає із підвищенням лужності. Тому акваріуміст, як правило, повинен дозувати більше кальцію та лугу ЩОДНЯ, щоб підтримувати більш високу лужність (скажімо, 11 dKH), ніж для підтримки 7 dKH. Щоб компенсувати цю різницю, потрібне не просто одноразове підвищення дози. Насправді, кальцифікація відбувається настільки повільно, коли лужність падає нижче 6 dKH, що рифові акваріуми рідко опускаються набагато нижче цієї точки, навіть без дозування: природна кальцифікація майже зупинилася на цьому рівні.

Загалом, я рекомендую акваріумістам підтримувати лужність між 7 і 11 dKH (2,5 і 4 мекв/л; 125-200 ppm еквівалентів CaCO3). Багато акваріумістів, які вирощують SPS корали і використовують системи з наднизьким вмістом поживних речовин (ULNS), виявили, що корали страждають від “обгорілих кінчиків”, якщо лужність занадто висока або змінюється занадто часто. Зовсім не зрозуміло, чому так відбувається, але таким акваріумам краще служить лужність в діапазоні 7-8 dKH.

Як згадувалося вище, рівні лужності вище, ніж у природній морській воді, збільшують абіотичні опади карбонату кальцію на теплих предметах, таких як нагрівачі та крильчатки насосів, а іноді навіть на піщаному шарі. Ці опади не тільки витрачають кальцій і луг, які акваріумісти ретельно додають, але також підвищують вимоги до обслуговування обладнання і можуть “пошкодити” піщаний шар, перетворивши його на шматок вапняку. Коли підвищена лужність викликає ці опади, вона також може знизити рівень кальцію. Таким чином, надмірно високий рівень лужності може призвести до небажаних наслідків.

Я пропоную акваріумістам використовувати збалансовану систему добавок кальцію та лужності для регулярного обслуговування. Найпопулярніші з цих збалансованих методів включають вапняну воду (kalkwasser), реактори з карбонатом кальцію/вуглекислим газом та двокомпонентні/трикомпонентні системи добавок.

Для одноразової корекції лужності акваріумісти можуть просто використовувати харчову соду (бікарбонат натрію) або пральну соду (карбонат натрію; харчова сода) з хорошим ефектом. Остання підвищує рівень pH, а також лужність, тоді як перша має дуже незначний ефект зниження pH. Також можна використовувати суміші, які багато компаній, що займаються постачанням хімікатів для хобі, продають як “буфери”. Однак найчастіше віддається перевага карбонату натрію, оскільки більшості рифових акваріумів може допомогти підвищення рН.

Метод тестування “зроби сам”: Крок за кроком

Цей тест складається з чотирьох простих кроків:

1. Придбайте стандартну кислоту.

2. Відміряйте трохи акваріумної води. Використовуйте будь-який об’єм, який ви можете точно виміряти. Чашка підійде.

3. Повільно додайте стандартну кислоту в акваріумну воду, поки рН не досягне 4,5, відстежуючи кількість використаної стандартної кислоти.

4. Розрахуйте лужність за об’ємами акваріумної води та використаної стандартної кислоти.

Крок 1: Стандартна кислота

Для цього тесту нам знадобиться 0,1 N стандартна кислота. Кислота повинна бути соляною (HCl) або сірчаною. Позначення 0,1 N означає 0,1 “нормальний”, що у випадку соляної кислоти точно відповідає 0,1 М, де М означає молярну концентрацію. У випадку сірчаної кислоти 0,1 N = 0,05 M (оскільки сірчана кислота має два протони), тому якщо ви використовуєте сірчану кислоту, переконайтеся, що це 0,1 N, а не 0,1 M.

Таку кислоту можна придбати в Інтернеті у багатьох роздрібних торговців, але деякі з більш хімічно орієнтованих компаній можуть не продавати будь-яку хімічну речовину приватним особам. Однак інші продають і доставляють цей матеріал, і його можна знайти на eBay та на інших веб-сайтах роздрібних торговців. Наразі в пошуковій системі Google є кілька запитів на 0,1 N HCl, і принаймні один з них, схоже, продає його приватним особам. Поточна ціна становить близько 22 доларів США з урахуванням доставки за 32 унції, що може бути достатньо для більш ніж сотні тестів на лужність (і може бути єдиною вартістю такого тестування).

Крім того, ви можете придбати 1,0 N кислоту, а потім розбавити її в 10 разів, додавши 1 частину кислоти до 9 частин води для зворотного осмосу/дистиляції. Купівля сильнішої кислоти і самостійне її розведення, ймовірно, буде набагато дешевше на один тест, але вносить ще одне потенційне джерело помилки. Якщо ви купуєте 1 N кислоту, будьте обережні з нею. Вона в десять разів сильніша за 0,1 N кислоту. Завжди використовуйте захисні окуляри і рукавички при роботі з сильними кислотами.

Кількість 0,1 N кислоти, що використовується в цьому тесті, буде залежати від об’єму акваріумної води, що титрується. Чим точніше Ви зможете виміряти об’єми (або ваги) акваріумного зразка і стандартної кислоти, тим точнішими будуть результати. Якщо Ви використовуєте 1 л акваріумної води, знадобиться 25 мл титранту (стандартної кислоти, яка додається), щоб досягти pH 4,5, коли вода має природний рівень лужності морської води (2,5 мекв/л або 7 dKH). Отже, якщо Ви придбали 1 л стандартної кислоти, то її вистачить на 40 вимірювань на 1 л акваріумної води, або на 80 вимірювань на 500 мл акваріумної води, або на 160 вимірювань на 250 мл акваріумної води і т.д.

Тому для більшості акваріумістів придбання 1 л або 32 унцій стандартної кислоти (0,1 N) здається хорошим початком.

Крок 2: Зразок акваріума

Як згадувалося вище, зразок води може бути будь-якого зручного розміру. Використовуйте все, що ви можете виміряти найбільш точно, розуміючи, що менші об’єми дадуть більше тестів на пляшку стандартної кислоти. Точне вимірювання об’єму рідини може бути складним навіть в лабораторії. Найкращі методи включають або якісні ваги для зважування зразка, або “об’ємну колбу” (дивна колба з великою кулькою на дні, довгою і дуже тонкою шийкою, з єдиним виміром об’єму, зазначеним на шийці). Мало хто з любителів матиме таку колбу, але багато хто може мати цифрові кухонні ваги, які були б гарним вибором. Другим найкращим методом вимірювання об’єму є градуйований циліндр, але знову ж таки, мало хто з аматорів має такі.

Далі ми переходимо до мірних стаканчиків. Незважаючи на те, що вони призначені для сухого вимірювання, я вважаю, що найкращим варіантом є стандартна чашка з нержавіючої сталі, яка вміщує 1 чашку точно до країв. Наповніть його точно до країв, а потім зберіть всю воду в іншу ємність, щоб зробити додавання кислоти і вимірювання рН. Якщо Ви хочете, невелику кількість води з бака, яка залишилася в металевій чашці, можна промити в вимірювальну ємність з невеликою кількістю RO/DI: об’єм на даний момент не має особливого значення, тільки кількість “лужності”, яка надійшла з бака. Обов’язково добре промийте мірний стакан, оскільки морська вода легко роз’їдає більшість металів.

Якщо Ви використовуєте прозорий скляний мірний стакан для рідини, обов’язково наповніть його так, щоб дно меніска збігалося з лінією вимірювання 1 склянки (або будь-якого іншого об’єму, який Ви використовуєте). Меніск – це край рідини, де вона повзе вгору по стінках чашки. Ігноруйте повзучість і дивіться на плоску частину верхньої частини води (яка знаходиться в нижній частині вигнутого меніска).

У двох таблицях в кінці цієї статті я показую дані для саморобних тестів лужності з використанням об’ємів 1 склянки (236,6 мл), 250 мл, 2 склянок (473,2 мл), 500 мл і 1 літра. Ви можете використовувати будь-який інший об’єм. Просто масштабуйте результати відповідним чином, що відбувається автоматично, якщо ви використовуєте рівняння 1 або 2 для отримання відповіді лужності замість таблиць. Ви також можете побачити потенційну похибку, яку вносить у результат вимірювання об’єму зразка на 13 мл, побачивши різницю між 1 склянкою і 250 мл в таблицях 1 або 2 (що, на мою думку, знаходиться в межах того, що потрібно більшості акваріумістів).

Як згадувалося вище, вага є хорошим способом вимірювання об’єму води, якщо у Вас є хороші ваги. Якщо ви вважаєте, що вони точно показують результат з точністю до 1 грама, цього достатньо для вимірювання об’єму акваріумної води. Якщо Ви використовуєте 250 г, похибка в 1 грам становить лише 0,4 %, або, наприклад, може дати остаточну відповідь 8,00 dKH, коли фактичний показник становив 7,97 dKH.

Існує невелика поправка, яку слід зробити при використанні шкали для вимірювання об’єму морської води, оскільки 1 мл морської води важить трохи більше 1 грама. Це буде досить близько до будь-якого морського зразка, якщо ви розділите вагу, яку ви вимірюєте, на 1,026, щоб отримати об’єм. Отже, 1,026 грамів акваріумної води – це 1,000 мл або 1 л. Аналогічно, прагніть до 256,5 грамів для 250 мл або 513 грамів для 500 мл.

Крок 3: рН-метр і додавання кислоти (так зване титрування)

рН-метр для цього тесту повинен бути відкалібрований. Оптимально він повинен бути відкалібрований на рН 4 і рН 7, але використання рН 7 і рН 10 буде прийнятним, оскільки точне значення рН, при якому Ви припиняєте додавати кислоту, не є надто критичним. Як я покажу нижче на прикладі титрування зразка води в моєму акваріумі, рН змінюється від рН 5 до рН 4 при додаванні лише невеликої кількості кислоти, тому Ви, ймовірно, не зможете зупинитися точно на рН 4,5 в будь-якому випадку (якщо тільки Ви не будете дуже обережними і не будете додавати дуже малі кількості за один раз), а різниця лужності між будь-якими значеннями в середині рН 4 мінімальна. Набори для визначення лужності з використанням барвників також, швидше за все, не змінюються точно при рН 4,5.

Тепер потрібно додати кислоту до зразка акваріума. Додавайте кислоту повільно до кінцевої точки, але при бажанні Ви можете швидко додати кислоту до кінцевої точки. Наприклад, якщо Ви вважаєте, що лужність становить 7 dKH, Ви можете додати об’єм стандартної кислоти, еквівалентний 6 dKH, відразу.

Закрутіть або перемішайте зразок між додаваннями і почекайте, поки рН стабілізується (це повинно зайняти всього кілька секунд, але можна і довше). Не турбуйтеся про соті частки в показаннях. Наприклад, думайте про pH 5,3, а не pH 5,32.

Коли рН опуститься до нижньої позначки 5, йдіть повільніше, оскільки ви дуже скоро досягнете кінцевої точки.

Точна кінцева точка становить близько рН 4,5 (вона трохи змінюється в залежності від фактичної лужності). Зверніть увагу на доданий об’єм і рН на кожному кроці, коли ви проходите через 4. Це може відбуватися миттєво, але оскільки не потрібно багато кислоти, щоб пройти через 4, це не сильно змінює видиму лужність.

Крок 4: Розрахунок лужності

Візьміть об’єм кислоти, який Ви додали, коли рН був найближчим до 4,5, і використовуйте одне з наведених нижче рівнянь для визначення лужності (в залежності від того, в яких одиницях Ви хочете отримати відповідь).

Рівняння 1: Лужність (мекв/л) = [об’єм доданої кислоти (мл)/об’єм проби з резервуару (мл)] х 100

Рівняння 2: Лужність (dKH) = [об’єм доданої кислоти (мл)/об’єм проби з акваріума (мл)] х 280 Наприклад, якщо ви додали 20 мл 0,1 N кислоти, щоб досягти кінцевої точки, використовуючи 500 мл акваріумної води, лужність становитиме 11 dKH (що дорівнює (20/500)х280 = 11 dKH).

Я включив дві таблиці в кінці статті (Таблиця 1 (в dKH) і Таблиця 2 (в мекв/л)) для тих, хто турбується, що вони можуть використовувати рівняння неправильно, але ви можете отримати більш точні розрахунки з рівнянь, коли доданий об’єм не точно відповідає запису в таблиці.

Обговорення тесту

Примітка: Ця дискусія пояснює тест більш детально. Не обов’язково читати його або розуміти, щоб провести тест.

На малюнку 1 показано зміну pH, коли я додав 0,1 N соляної кислоти (HCl) до води в моєму акваріумі.

Рисунок 1. Титрування рН чистої води та води з мого рифового акваріума з використанням 0,1 N HCl.

Як видно на рисунку 1, рН падає по мірі додавання кислоти. Вісь абсцис відкладена в мекв/л = міліеквівалентах кислоти, доданої на літр акваріумної води. Наша 0,1 N кислота містить 0,1 міліеквівалента кислоти в кожному мілілітрі. Дані на малюнку 1 можуть бути отримані для будь-якого об’єму акваріумної води. Якщо в тесті використовувався 1 літр акваріумної води, то щоб отримати 4 мекв кислоти на мл акваріумної води, ми додали б 40 мл стандартної кислоти. Кінцева точка при рН 4,5 досягається на рисунку 1 (чорна лінія) при додаванні близько 37 мл (3,7 мекв/л) кислоти, що дає лужність 3,7 мекв/л або 10,4 dKH. Що стосується зразка чистої прісної води (червона лінія), він не має лужності, і тому опустився за кінцеву точку при першому додаванні невеликого об’єму кислоти.

Цей тест може спочатку здатися складним, але насправді він досить простий і після того, як ви зробите його кілька разів, він буде здаватися другою натурою. Результати повинні бути принаймні такими ж точними, як і в більшості хобі-тестів, які намагаються зробити те ж саме в крихітному масштабі. Він також повинен бути значно дешевшим, ніж багато тестових наборів. Удачі з цим. Якщо у Вас є питання про тест “Зроби сам” на лужність або будь-які інші питання з хімії рифів, Ви можете знайти мене на Reef2Reef на форумі “Хімія рифів”.

Таблиця 1. Лужність (в dKH) як функція стандартної кислоти, доданої для досягнення кінцевої точки в даному об’ємі акваріумної води.

Таблиця 2. Лужність (в мекв/л) як функція стандартної кислоти, доданої для досягнення кінцевої точки в даному обсязі акваріумної води.

Для отримання додаткової інформації та ідей, будь ласка, відвідайте наш форум “Зроби сам” тут.

Source: www.reef2reef.com