DE4440872C2 - Method for determining the equilibrium concentrations of the components halogen, halide, trihalide, hypohalite and / or hypohalous acid in aqueous solutions - Google Patents

Method for determining the equilibrium concentrations of the components halogen, halide, trihalide, hypohalite and / or hypohalous acid in aqueous solutions

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DE4440872C2 DE19944440872 DE4440872A DE4440872C2 DE 4440872 C2 DE4440872 C2 DE 4440872C2 DE 19944440872 DE19944440872 DE 19944440872 DE 4440872 A DE4440872 A DE 4440872A DE 4440872 C2 DE4440872 C2 DE 4440872C2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Gleichgewichtskonzentrationen der Komponenten Halogen, Halogenid, Trihalogenid, Hypohalogenit und/oder Hypohalogenige Säure in wäßrigen Lösungen.The present invention relates to a method for Determination of the equilibrium concentrations of the components Halogen, halide, trihalide, hypohalite and / or hypohalous Acid in aqueous solutions.

Halogene, insbesondere Chlor und Jod, werden in großem Umfang als Desinfektionsmittel verwendet. Da die bakterizide Wirksamkeit im wesentlichen durch das im Gleichgewicht vorhandene freie Halogen bedingt ist, sind Verfahren zur Bestimmung dieser Komponenten von Interesse.Halogens, especially chlorine and iodine, are large Scope used as a disinfectant. Because the bactericidal Effectiveness essentially through the in balance existing free halogen is due, are procedures for Determination of these components of interest.

Als freies Halogen wird die Summe [HOX] + [X₂] bezeichnet. Diese beiden Komponenten sind im wesentlichen für die bakterizide Wirksamkeit verantwortlich.The total [HOX] + [X₂] is called free halogen. These two components are essentially for the bactericidal activity responsible.

Die für Desinfektionszwecke in Frage kommenden Halogene, Chlor Brom und Jod gehen mit dem Lösungsmittel Wasser die selben Reaktionen ein:The halogens, chlorine, which are suitable for disinfection purposes Bromine and iodine go the same with the solvent water Reactions on:

X₂ + H₂O ↔ HOX + X- + H⁺ (Hydrolyse, K₁) (I)X₂ + H₂O ↔ HOX + X - + H⁺ (hydrolysis, K₁) (I)

HOX ↔ OX- + H⁺ (Dissoziation, K₂) (II)HOX ↔ OX - + H⁺ (dissociation, K₂) (II)

X₂ + X- ↔ X₃- (Trihalogenidbildung, K₃) (III)X₂ + X - ↔ X₃ - (trihalide formation, K₃) (III)

3 HOX ↔ XO₃- + 2 X- + 3 H⁺ (Disproportionierung) (IV)3 HOX ↔ XO₃ - + 2 X - + 3 H⁺ (disproportionation) (IV)

Während die Reaktionen I, II und III sehr rasch ablaufen, ist die Disproportionierung IV ein verhältnismäßig langsam ablaufender Prozeß, der zu nicht bakterizidem Halogenat (XO₃-) führt, dessen Bildung jedoch durch geeignete Reaktionsbedingungen (für Jod z. B. pH < 6) weitgehend unterbunden werden kann. While reactions I, II and III are very rapid, disproportionation IV is a relatively slow process that leads to non-bactericidal halogenate (XO₃ - ), the formation of which however takes place through suitable reaction conditions (for iodine e.g. pH <6) can be largely prevented.

In wäßrigen, für Desinfektionszwecke eingesetzten Halogenlösungen sind daher enthalten:In aqueous, used for disinfection purposes Halogen solutions are therefore included:

X₂, HOX, OX-, X₃- und X-.X₂, HOX, OX - , X₃ - and X - .

Der prozentuelle Anteil hängt beim jeweiligen Halogen vom pH-Wert, vom Anfangs-Halogengehalt cX₂ und vom Anfangs- Halogenidgehalt cX- ab.The percentage of each halogen depends on the pH, the initial halogen content cX₂ and the initial halide content cX - .

Innerhalb der einzelnen Halogene ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Größen der einzelnen Gleichgewichtskonstanten naturgemäß beträchtliche Unterschiede, wie aus der folgenden Zusammenstellung leicht entnommen werden kann.Within the individual halogens result from the different sizes of the individual equilibrium constants naturally considerable differences, as from the following compilation can be easily removed.

Die Bestimmung von Halogeniden erfolgte bisher mit ionenselektiven Elektroden, bei denen eine bestimmte Konzentration des zu bestimmenden Ions eine bestimmte Potentialeinstellung bewirkt. Solche ionenselektiven Elektroden zur Halogenidbestimmung neigen jedoch in Gegenwart von Halogen zur Korrosion.Halides have so far been determined using ion-selective methods Electrodes where a certain concentration a certain potential setting of the ion to be determined causes. Such ion selective electrodes but tend to determine halide in the presence of Halogen for corrosion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der Gleichgewichtskonzentrationen der Komponenten Halogen, Halogenid, Trihalogenid, Hypohalogenit und/oder Hypohalogenige Säure in wäßrigen Lösungen zu schaffen, das eine schnelle Messung mit einfachen nicht ionenselektiven Elektroden ermöglicht.The object of the present invention is a method to determine the equilibrium concentrations of the Components halogen, halide, trihalide, hypohalite and / or hypohalous acid in aqueous solutions create a quick measurement with simple not enables ion-selective electrodes.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder. This object is achieved according to the invention by a generic Procedure with the characteristics of the license plate of the main claim. The subclaims give preferred Embodiments of the invention again.  

In wäßrigen Halogenlösungen, die endliche Konzentrationen der Spezies X- und X₂ enthalten, stellt sich an inerten Metallelektroden (Pt, Ir, Rh usw.) sehr rasch und hervorragend reproduzierbar ein Potential EX2/X- (= Redoxpotential) ein, das durch die Nernst′sche Gleichung (V) bestimmt ist:In aqueous halogen solutions, which contain finite concentrations of the species X - and X₂, a potential E X2 / X- (= redox potential) is established on inert metal electrodes (Pt, Ir, Rh, etc.) very quickly and with excellent reproducibility Nernst's equation (V) is determined:

EX2/X- = E₀ - (RT/nF) ln (f²[X-]²/[X₂]). (V)E X2 / X- = E₀ - (RT / nF) ln (f² [X - ] ² / [X₂]). (V)

Hierin ist f der Aktivitätskoeffizient (Berechnung siehe unten).Here f is the activity coefficient (for calculation see below).

Nach Gl. V kann aus dem Redoxpotential die Gleichgewichtskonzentration an freiem molekularem Halogen [X₂], berechnet werden, wenn die Halogenid-Konzentration [X-] bekannt ist, was aber im allgemeinen nicht der Fall ist.According to Eq. V can be calculated from the redox potential, the equilibrium concentration of free molecular halogen [X₂], if the halide concentration [X - ] is known, but this is generally not the case.

Das Redoxpotential, zusammen mit dem pH-Wert, kann jedoch - ohne Kenntnis der Halogenid-Gleichgewichtskonzentration [X-] - zur Berechnung der Gleichgewichtskonzentration der Spezies X₂, HOX, OX-, X₃- und X- in wäßrigen Halogenlösungen herangezogen werden, wennThe redox potential, together with the pH, can - without knowledge of the halide equilibrium concentration [X - ] - be used to calculate the equilibrium concentration of the species X₂, HOX, OX - , X₃ - and X - in aqueous halogen solutions if

  • - die Halogen/Halogenidlösung durch teilweise Oxidation einer Halogenidlösung bekannter Konzentration hergestellt wurde (Variante A) oder- The halogen / halide solution by partial oxidation of one Halide solution of known concentration was prepared (Variant A) or
  • - Redoxpotential und pH-Wert einer Halogen/Halogenidlösung vor und nach Zugabe einer bekannten Menge Halogenid (bzw. Verdünnung mit einer Halogenidlösung bekannter Konzentration) bekannt sind (Variante B).- Redox potential and pH of a halogen / halide solution before and after adding a known amount of halide (or Dilution with a halide solution of known concentration) are known (variant B).
Variante Aoption A

Eine Halogenidlösung der vorbekannten Konzentration c(X-) wird teilweise oxidiert (el. Strom oder chemisch):A halide solution of the known concentration c (X - ) is partially oxidized (electrical current or chemical):

2X- → X₂ + 2e- (VI)2X - → X₂ + 2e - (VI)

Es gilt dann nach der Oxidation die MassenbilanzThe mass balance then applies after the oxidation

cX- = [X-] + 2[X₂] + 3[X₃-] + [HOX] + [OX-] (VII)cX - = [X - ] + 2 [X₂] + 3 [X₃ - ] + [HOX] + [OX - ] (VII)

Unter Verwendung der Definitionen: C = cX-, x = [X₂], y = [X-], z = [X₃-], p = [HOX], r = [OX-], H = Wasserstoffionen- Aktivität, f = Aktivitätskoeffizient, E = gemessene Potentialdifferenz der Kette Platin-/Referenzelektrode, E₀* = korrigiertes "Standardpotential" (siehe unten) und S = Nernst′scher Faktor (hat im Redoxsystem X-/X₂ [n = 2] bei 25°C den Wert S = 29.579) folgt aus den Massenwirkungsausdrücken der Gleichungen I-III sowie den Gleichungen V und VII das Gleichungssystem VIII-XII.Using the definitions: C = cX - , x = [X₂], y = [X - ], z = [X₃ - ], p = [HOX], r = [OX - ], H = hydrogen ion activity, f = Activity coefficient, E = measured potential difference of the platinum / reference electrode chain, E₀ * = corrected "standard potential" (see below) and S = Nernst factor (in the redox system X - / X₂ [n = 2] at 25 ° C Value S = 29,579) follows from the mass action expressions of equations I-III and equations V and VII the system of equations VIII-XII.

C = y + 2x + 3z + p + r (VIII)C = y + 2x + 3z + p + r (VIII)

E = E₀* - Slog (f²y²/x) (IX)E = E₀ * - Slog (f²y² / x) (IX)

K₁ = yfpH/x (X)K₁ = yfpH / x (X)

K₂ = rfH/p (XI)K₂ = rfH / p (XI)

K₃ = z/(xy) (XII)K₃ = z / (xy) (XII)

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, diese fünf Gleichungen nach y aufzulösen:It has proven useful to use these five equations to resolve after y:

CA - y[A + K₁/(Hf) + K₁K₂/(H²f²)] = 2y² + 3K₃y³, (XIII)CA - y [A + K₁ / (Hf) + K₁K₂ / (H²f²)] = 2y² + 3K₃y³, (XIII)

worin A bedeutet [₁₀((E₀*-E)/S)]/f².wherein A means [₁₀ ((E₀ * -E) / S)] / f².

Die Lösung der Gleichung XIII kann nach den üblichen Methoden, z. B. durch Iteration erfolgen. Die Berechnung von f wird hierbei in dasselbe Iterationsverfahren integriert. Die anderen Gleichgewichtskonzentrationen werden mit den folgenden Gleichungen berechnet:Equation XIII can be solved by the usual methods, e.g. B. done by iteration. The calculation of f will integrated into the same iteration process. The other equilibrium concentrations are with the calculated the following equations:

x = y²/A, p = K₁y/(fHA), r = K₁K₂y/(f²H²A), z = K₃y³/A.x = y² / A, p = K₁y / (fHA), r = K₁K₂y / (f²H²A), z = K₃y³ / A.

Für die Berechnung des Aktivitätskoeffizienten f gilt nach Kielland [1] für einwertige Ionen wie Chlorid, Bromid und Jodid bei 25°CThe following applies to the calculation of the activity coefficient f according to Kielland [1] for monovalent ions such as chloride, bromide and iodide at 25 ° C

-logf = 0.509 * I1/2(1+0.984 * I1/2). (XIV)-logf = 0.509 * I 1/2 (1 + 0.984 * I 1/2 ). (XIV)

Die Ionenstärke (I) errechnet sich zu I = y + z + r + I(add), wobei I(add) die Konzentration an eventuell vorhandenen, nicht in die Gleichgewichte I-IV eingreifenden Elektrolyten (z. B. Puffer) ist (y = [X-], z = [X₃-], r = [OX-]).The ionic strength (I) is calculated as I = y + z + r + I (add) , where I (add) is the concentration of any electrolytes (e.g. buffers) that do not interfere with the equilibria I-IV ( y = [X - ], z = [X₃ - ], r = [OX - ]).

Variante BVariant B

Das Redoxpotential und der pH-Wert einer Halogen/Halogenidlösung, deren Gleichgewichtskonzentrationen nicht bekannt sind, wird vor und nach Zugabe einer Halogenidlösung bekannter Konzentration gemessen.The redox potential and the pH of one Halogen / halide solution, its equilibrium concentrations are not known, before and after adding a Halide solution of known concentration measured.

Unter Verwendung der Definitionen
C = Gesamt-Halogenkonzentration der Meßlösung (unbekannt)
D = Gesamt-Halogenidkonzentration der Meßlösung (unbekannt)
V = Volumen der Meßlösung
VΔ = Volumen der Halogenidlösung
CΔ = Konzentration der Halogenidlösung
E₁ = Potentialdifferenz Pt/Ref der Meßlösung
H₁ = Wasserstoffionenaktivität der Meßlösung
Δ = CΔVΔ(V+VΔ) . . . Halogenid-Inkrement
Φ = V/(V+VΔ) . . . . . Verdünnungsfaktor
E₂ = Potentialdifferenz Pt/Ref nach Zugabe der Halogenidlsg.
H₂ = Wasserstoffionenaktivität nach Zugabe der Halogenidlsg.
x₁, y₁, z₁, p₁ und r₁ bzw. x₂, y₂, z₂, p₂ und r₂ = Gleichgewichtskonzentrationen an X₂, X-, X₃-, HOX und OX- vor bzw. nach Zugabe des Halogenidinkrements folgt das Gleichungssystem XV-XXI:
Using the definitions
C = total halogen concentration of the measurement solution (unknown)
D = total halide concentration of the measurement solution (unknown)
V = volume of the measurement solution
V Δ = volume of the halide solution
C Δ = concentration of the halide solution
E₁ = potential difference Pt / Ref of the measurement solution
H₁ = hydrogen ion activity of the measuring solution
Δ = C Δ V Δ (V + V Δ ). . . Halide increment
Φ = V / (V + V Δ ). . . . . Dilution factor
E₂ = potential difference Pt / Ref after adding the halide solution.
H₂ = hydrogen ion activity after adding the halide solution.
x₁, y₁, z₁, p₁ and r₁ or x₂, y₂, z₂, p₂ and r₂ = equilibrium concentrations of X₂, X - , X₃ - , HOX and OX - before or after adding the halide increment, the equation system XV-XXI follows:

C = x₁ + z₁ + p₁ + r₁ = (x₂ + z₂ + p₂ + r₂)/Φ (XV)C = x₁ + z₁ + p₁ + r₁ = (x₂ + z₂ + p₂ + r₂) / Φ (XV)

D = y₁ + z₁ - p₁ - r₁ = (y₂ + z₂ - p₂ - r₂ - Δ)/Φ (XVI)D = y₁ + z₁ - p₁ - r₁ = (y₂ + z₂ - p₂ - r₂ - Δ) / Φ (XVI)

Durch Substitution und Auflösen nach y₁ folgt mitBy substitution and dissolution after y₁ follows with

G₁ = 10exp ((E₀*-E₁)/S) und
G₂ = 10exp ((E₀*-E₂)/S)
G₁ = 10exp ((E₀ * -E₁) / S) and
G₂ = 10exp ((E₀ * -E₂) / S)

γ₁ = f₁²/G₁
γ₂ = f₂²/G₂)
β₁ = 2B₁f₁²/G₁ - 1
β₂ = 2B₂f₂²/G₂ - 1
die Gleichung XXII
γ₁ = f₁² / G₁
γ₂ = f₂² / G₂)
β₁ = 2B₁f₁² / G₁ - 1
β₂ = 2B₂f₂² / G₂ - 1
the equation XXII

Φγ₁y₁(K₃y₁² + y₁ + B₁) = γ₂y₂(K₃y₂² + y₂ + B₂), (XXII)Φγ₁y₁ (K₃y₁² + y₁ + B₁) = γ₂y₂ (K₃y₂² + y₂ + B₂), (XXII)

worin
y₂ = -β₂/(2γ₂) ± {[Φy₁ (γ₁y₁ + β₁) - Δ]/γ₂ + β₂²/(4γ₂²)}1/2.
wherein
y₂ = -β₂ / (2γ₂) ± {[Φy₁ (γ₁y₁ + β₁) - Δ] / γ₂ + β₂² / (4γ₂²)} 1/2 .

Die Lösung der Gleichung XXII erfolgt wie oben angegeben durch Iteration. Die anderen Gleichgewichtskonzentrationen werden mit den folgenden Gleichungen berechnet:Equation XXII is solved as indicated above by Iteration. The other equilibrium concentrations will be calculated using the following equations:

Die Ermittlung der Aktivitätskoeffizienten, f₁ und f₂, erfolgt wie bei Variante A beschrieben, wobei I₁ = y₁ + z₁ + r₁ und I₂ = y₂ + z₂ + r₂.The activity coefficients, f 1 and f 2, are determined as described in variant A, where I₁ = y₁ + z₁ + r₁ and I₂ = y₂ + z₂ + r₂.

Die Varianten A und B können zur redox-potentiometrischen Gehaltsbestimmung von wäßrigen Halogenlösungen angewandt werden, vorzugsweise wenn sich das Redoxpotential an der Meßelektrode (Pt) sehr rasch einstellt. Dies ist der Fall, wenn die Spezies X₂ und X- in endlichen Konzentrationen vorliegen, was für Jod- und Brom-Lösungen unter den bei Desinfektionen üblichen Bedingungen auf jeden Fall zutrifft. Bei Chlor-Lösungen hingegen ist dies nur bei pH-Werten <3 der Fall, da bei höheren pH-Werten - auf Grund der anderen Gleichgewichtsverhältnisse (siehe Tabelle 1) - die Species X₂, d. h. molekulares Chlor, praktisch nicht vorliegt, was eine sehr langsame und zum Teil nicht reproduzierbare Einstellung des Redoxpotentials im System Cl₂/H₂O zur Folge hat.Variants A and B can be used for the redox-potentiometric content determination of aqueous halogen solutions, preferably if the redox potential is established very quickly at the measuring electrode (Pt). This is the case when the species X₂ and X - are present in finite concentrations, which is definitely the case for iodine and bromine solutions under the conditions customary in disinfection. With chlorine solutions, however, this is only the case at pH values <3, since at higher pH values - due to the different equilibrium ratios (see Table 1) - the species X₂, ie molecular chlorine, is practically not present, which is a very slow and sometimes not reproducible adjustment of the redox potential in the Cl₂ / H₂O system results.

Die Analyse von rein wäßrigen Jodlösungen ist insoferne problematisch, als infolge des hohen Luft/Wasser- Verteilungskoeffizienten von D≈100 für molekulares Jod sehr leicht Verdampfungsverluste auftreten, die zu einer Verfälschung der Ergebnisse (zu niedrige Werte) führen können. Während dies in Systemen mit einem hohen Anteil an komplexgebundenem Jod, wie z. B. PVP-Jodlösungen zu keinen nennenswerten Fehlern führt, muß dies bei rein wäßrigen Jodlösungen sehr wohl beachtet werden. Aufgrund der äußerst raschen Potential-Einstellung können bei der redox-potentiometrischen Methode Verdampfungsverluste ohne besondere Vorkehrungen sehr niedrig gehalten werden. Bei der Methode der redox-potentiometrischen Halogenbestimmung handelt es sich nicht um die Anwendung einer ionenselektiven, sondern einer inerten Metallelektrode, deren Potential in Halogen/Halogenidlösungen nicht von der Halogenidaktivität aX-, sondern vom Verhältnis (aX-)²/[X₂] abhängt (Siehe Gl. V).The analysis of purely aqueous iodine solutions is problematic in that, due to the high air / water distribution coefficient of D≈100 for molecular iodine, evaporation losses very easily occur, which can lead to a falsification of the results (values that are too low). While this is in systems with a high proportion of complex iodine, such as. B. PVP-iodine solutions does not lead to any noteworthy errors, this must be taken into account with purely aqueous iodine solutions. Due to the extremely rapid potential setting, evaporation losses can be kept very low with the redox potentiometric method without special precautions. The method of redox-potentiometric halogen determination is not an ion-selective, but an inert metal electrode whose potential in halogen / halide solutions does not depend on the halide activity aX - but on the ratio (aX - ) ² / [X₂] ( See Eq. V).

Definition von E₀*:
Zur Vereinfachung der Berechnungen kann mit
Definition of E₀ *:
To simplify the calculations you can use

E₀* = E₀ - ERef - EDiff (XII)E₀ * = E₀ - E Ref - E Diff (XII)

ein korrigiertes "Standardpotential" definiert werden (zum Unterschied vom thermodynamischen Wert E₀), das neben der Eichkorrektur, d. h. dem experimentell bestimmten Diffusionspotential, auch bereits das Potential der Referenzelektrode berücksichtigt. Auf diese Weise können die am Meßgerät abgelesenen Werte direkt verwendet werden.a corrected "standard potential" can be defined (for Difference from the thermodynamic value E₀), which in addition to the Calibration correction, d. H. the experimentally determined Diffusion potential, also the potential of Reference electrode considered. That way they can values read on the measuring device can be used directly.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert. Alle in den Beispielen enthaltenen Merkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.The invention is illustrated below with the aid of the examples explained. All of the features included in the examples are regarded as essential to the invention.

Beispiel 1example 1 Kalibrierung des MeßsystemsCalibration of the measuring system

In einem Rührgefäß TTA 60, ausgestattet mit der Pt-Elektrode P 1040, der pH-Elektrode G 2040C und der Calomel- Referenzelektrode K 4018 (Elektrolyt: ges. KCl-Lösung), alles von Radiometer, wurde fein gepulvertes Jod in Jodidlösungen der Konzentration cJ- = 0.008-0.04 mol/L, versetzt mit 0-0.058 mol/L NaNO₃ (zusätzliche Ionenstärke) suspendiert und so lange bei 25.0°C gerührt, bis die von einem Schreiber registierte Potentialdifferenz EPt/Ref konstant war. Aus letzterem wurde das Diffusionspotential wie folgt berechnet:In a stirred vessel TTA 60, equipped with the Pt electrode P 1040, the pH electrode G 2040C and the Calomel reference electrode K 4018 (electrolyte: complete KCl solution), all from Radiometer, finely powdered iodine in iodide solutions of the concentration cJ - = 0.008-0.04 mol / L, mixed with 0-0.058 mol / L NaNO₃ (additional ionic strength) suspended and stirred at 25.0 ° C until the potential difference E Pt / Ref registered by a recorder was constant. The diffusion potential was calculated from the latter as follows:

[J₂] in gesättigten Jodlösungen[J₂] in saturated iodine solutions

Hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit von molekularem Jod in Wasser gilt nach Ramette und Sandford [2] folgende Beziehung:With regard to the temperature dependence of the solubility of According to Ramette and Sandford, molecular iodine in water applies The following relationship:

log [J₂]t = 2.8812 + 1.334 * 10-2 * (t-25) + 2.520 * 10-5 * (t-25)²,log [J₂] t = 2.8812 + 1.334 * 10 -2 * (t-25) + 2.520 * 10 -5 * (t-25) ²,

wobei t die Temperatur in °C ist. In der bei 25°C gesättigten Lösung beträgt somit [J₂] = 1.315 * 10-3 mol/l.where t is the temperature in ° C. In the solution saturated at 25 ° C is thus [J₂] = 1,315 * 10 -3 mol / l.

Berechnung von [J-]Calculation of [J - ]

Aus den Massenbilanzen
cJ₂ = [J₂] + [HOJ] + [OJ-] + [J-],
2cJ₂ + cJ- = [J-] + 2[J₂] + 3[J₃-] + [HOJ] + [OJ-]
und den Massenwirkungsausdrücken der Reaktionen I-III folgt
From the mass balance sheets
cJ₂ = [J₂] + [HOJ] + [OJ - ] + [J - ],
2cJ₂ + cJ - = [J - ] + 2 [J₂] + 3 [J₃ - ] + [HOJ] + [OJ - ]
and follows the mass action expressions of Reactions I-III

Hierbei bedeuten:
G=2(cJ--a) (1-N)-P, S=P(cJ--a)+N(cJ--a)²+Q, P=2a-cJ-,
B=2K3a+1, N=(3K₃a+1)/B, Q=K₁aB(1+K₂/H/f)/f, a=[J₂].
Here mean:
G = 2 (cJ - -a) (1-N) -P, S = P (cJ - -a) + N (cJ - -a) ² + Q, P = 2a-cJ - ,
B = 2K3a + 1, N = (3K₃a + 1) / B, Q = K₁aB (1 + K₂ / H / f) / f, a = [J₂].

Mit Hilfe von cJ₂ und der bekannten Anfangskonzentration an Halogenid, cJ-, können die anderen Gleichgewichtskonzentrationen mit folgenden Gleichungen berechnet werden:
[J-]=(cJ₂+cJ--a)/2K₃a+1), [J₃-]=K₃ya,
[HOX]=K₁a/f/[J-]/H, [OJ-]=K₂[HOI]/f/H.
Bezüglich der Berechnung von f siehe oben.
With the help of cJ₂ and the known initial concentration of halide, cJ - , the other equilibrium concentrations can be calculated using the following equations:
[J - ] = (cJ₂ + cJ - -a) / 2K₃a + 1), [J₃ - ] = K₃ya,
[HOX] = K₁a / f / [J - ] / H, [OJ - ] = K₂ [HOI] / f / H.
For the calculation of f see above.

Das Ergebnis von fünf Messungen innerhalb der oben angegebenen Konzentrationsbereiche lautet EDiff=-2.4±0.3 mV. Mit den bekannten Standardpotentialen für die Reaktion X₂+2e- ⇔ 2X- und die gesättigte Calomelelektrode (E₀=244.4 mv) ergeben sich somit die unten angeführten, mit Gl. XII berechneten korrigierten "Standardpotentiale", die mit einer Ungenauigkeit von ±0.3 mV behaftet sind.The result of five measurements within the concentration ranges given above is E Diff = -2.4 ± 0.3 mV . With the known standard potentials for the reaction X₂ + 2e - ⇔ 2X - and the saturated calomel electrode (E₀ = 244.4 mv), the results listed below with Eq. XII calculated corrected "standard potentials", which are subject to an inaccuracy of ± 0.3 mV.

Beispiel 2Example 2 Bestimmung einer oxidierten Halogenidlösung (Variante A)Determination of an oxidized halide solution (variant A)

Apparativer Aufwand: Zwei pH/mV-Meter mit einer Auflösung von 0.1 mV bzw. 0.001 pH, je eine Platin- und Referenzelektrode, thermostatisierbares Rührgefäß. Meßvorschrift: Die von einem Schreiber registrierte Potentialdifferenz EPt/Ref und der pH-Wert der teilweise oxidierten Halogenidlösung, deren Anfangskonzentration C (dh. vor der Oxidation) bekannt ist, wird in einem thermostatisierbaren Rührgefäß nach Erreichen der Meßtemperatur (25.0°C) gemessen. Typischerweise ist das Potential nach 2-3 min konstant, was vor allem mit dem Erreichen der gewählten Meßtemperatur zusammenhängt.Equipment expenditure: Two pH / mV meters with a resolution of 0.1 mV or 0.001 pH, one platinum and one reference electrode each, thermostatic stirring vessel. Measurement specification: The potential difference E Pt / Ref registered by a recorder and the pH value of the partially oxidized halide solution, whose initial concentration C (ie. Before oxidation) is known, is measured in a thermostatted stirring vessel after reaching the measurement temperature (25.0 ° C) . Typically, the potential is constant after 2-3 minutes, which is mainly due to reaching the selected measuring temperature.

Beispiel 3Example 3 Bestimmung einer aktiven Halogen enthaltenden Lösung durch Verdünnung mit Halogenidlösung (Variante B)Determination of an active halogen-containing solution by dilution with halide solution (variant B)

Apparativer Aufwand: Zwei pH/mV-Meter mit einer Auflösung von 0.1 mV bzw. 0.001 pH, je eine Platin, pH- und Referenzelektrode, thermostatisierbares Rührgefäß, Halogenidlösung genau bekannter Konzentration, Präzisionspipette mit variabler Volumeneinstellung (50-1000 µl).Equipment expenditure: Two pH / mV meters with one resolution of 0.1 mV or 0.001 pH, each a platinum, pH and Reference electrode, thermostatic stirring vessel, Halide solution of precisely known concentration, Precision pipette with variable volume setting (50-1000 µl).

Meßvorschrift: Die Meßlösung (Volumen: V) wird in das thermostatisierte Rührgefäß plaziert und nach Erreichen der Meßtemperatur (25°C) Redoxpotential und pH-Wert abgelesen (=E₁, pH₁). Hierauf wird ein exakt abgemessenes Volumen (VΔ) der Jodidlösung (Konzentration: CΔ) zugegeben und neuerlich abgelesen (=E₂, pH₂).Measuring instructions: The measuring solution (volume: V) is placed in the thermostated mixing vessel and after reaching the measuring temperature (25 ° C) the redox potential and pH value are read (= E₁, pH₁). Then an exactly measured volume (V Δ ) of the iodide solution (concentration: C Δ ) is added and read again (= E₂, pH₂).

Der ganze Meßvorgang benötigt hierbei aufgrund der raschen Potentialeinstellung nicht mehr als 2-3 min.The whole measuring process requires due to the rapid Potential setting no more than 2-3 min.

Volumen und Konzentration der zugegebenen Jodidlösung sollten hierbei so abgestimmt sein, daß eine Potentialänderung von 10-20 mV eintritt.Volume and concentration of the iodide solution added should be adjusted so that a potential change of 10-20 mV entry.

Beispiel 4Example 4 Vereinfachte Versionen für Jod/JodidlösungenSimplified versions for iodine / iodide solutions

Zur Sicherstellung einer ausreichenden Stabilität (d. h. keine Jodat-Bildung) sollen Jodlösungen einen pH < 6 aufweisen [5]. Da in diesem schwach sauren Milieu, vor allem in Gegenwart von endlichen Jodidkonzentrationen, HOJ und OJ- nur in zu vernachlässigenden Spuren vorhanden ist, kann auf deren Bestimmung verzichtet werden, wodurch sich die Messung des pH-Wertes erübrigt, was eine Verringerung des instrumentellen sowie meßtechnischen Aufwandes bedeutet. Der Unterschied zu den oben beschriebenen Varianten A und B der redox-potentiometrischen Halogenbestimmung besteht darin, daß auf die pH-Elektrode verzichtet wird und in den oben angegebenen Algorithmen K₁=K₂=0 gesetzt wird, was zur Folge hat, daß [HOJ]=[OJ-]=0 wird.To ensure sufficient stability (ie no iodate formation), iodine solutions should have a pH <6 [5]. Since in this weakly acidic environment, especially in the presence of finite iodide concentrations, HOJ and OJ - are only present in negligible traces, their determination can be dispensed with, which eliminates the need to measure the pH, which reduces the instrumental and metrological effort means. The difference to variants A and B of the redox potentiometric halogen determination described above is that the pH electrode is dispensed with and K₁ = K₂ = 0 is set in the algorithms specified above, with the result that [HOJ] = [OJ - ] = 0 becomes.

Unter den Bedingungen
- pH < 7
- cJ₂ < 10-3 mol/L
- cJ- < 10-4 mol/L
wie sie in wäßrigen, für Desinfektionszwecke geeigneten Jodlösungen vorliegen, beträgt hierbei der Fehler bei Anwendung dieser Näherung im ungünstigsten Fall nicht mehr als 0.3%.
Under the conditions
- pH <7
- cJ₂ <10 -3 mol / L
- cJ - <10 -4 mol / L
As is the case in aqueous iodine solutions suitable for disinfection purposes, the error when using this approximation in the worst case is not more than 0.3%.

Literaturliterature

[1] Kielland J. J. Am. Soc. 59 (1937), 1675-8,
[2] Ramette R. W., und Sandford R. W.: J. Am. Soc. 87, 5002 (1965),
[3] Mussini T., Faiti G. Encycl. Electroch. Elem. 1 [1973] 57-90,
[4] Jones G., Kaplan B. B. J. Am. Soc. 50 [1928] 2076,
[5] Gottardi W. Zbl. Bakt. Hyg., 1. Abt. Orig. B 172, 498-507 (1981).
[1] Kielland JJ Am. Soc. 59 (1937), 1675-8,
[2] Ramette RW, and Sandford RW: J. Am. Soc. 87, 5002 (1965),
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[5] Gottardi W. Zbl. Bakt. Hyg., 1st Dept. Orig. B 172, 498-507 (1981).

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Gleichgewichtskonzentrationen der Komponenten Halogen (X₂), Halogenid (X-), Trihalogenid (X₃-), Hypohalogenit (OX-) und Hypohalogenige Säure (HOX) in einer durch Oxidation einer vorgegebenen Konzentration Halogenid erhaltenen wäßrigen Halogenlösung, dadurch gekennzeichnet, daß das Redoxpotential und der pH-Wert der oxidierten Lösung gemessen werden und aus den bekannten Gleichungen: a) die Massenbilanz der Halogenkomponenten,
b) die Nernst′sche Gleichung und
c) die Massenwirkungsausdrücke der chemischen Gleichungen für die Hydrolyse, Dissoziation und Trihalogenidbildungdie zu bestimmenden Gleichgewichtskonzentrationen berechnet werden.
1. A method for determining the equilibrium concentrations of the components halogen (X₂), halide (X - ), trihalide (X₃ - ), hypohalite (OX - ) and hypohalous acid (HOX) in an aqueous halogen solution obtained by oxidation of a predetermined concentration of halide, thereby characterized in that the redox potential and the pH of the oxidized solution are measured and from the known equations: a) the mass balance of the halogen components,
b) the Nernst equation and
c) the mass action expressions of the chemical equations for hydrolysis, dissociation and trihalide formation are calculated to determine the equilibrium concentrations.
2. Verfahren zur Bestimmung der Gleichgewichtskonzentrationen der Komponenten Halogen (X₂), Halogenid (X-), Trihalogenid (X₃-), Hypohalogenit (OX-) und/oder Hypohalogenige Säure (HOX) in einer durch Versetzen mit einer bekannten Menge Halogenid bzw. Verdünnen mit einer Halogenidlösung bekannter Konzentration erhaltenen wäßrigen Halogenlösung dadurch gekennzeichnet, daß die Redoxpotentiale und pH-Werte der mit Halogenid versetzten bzw. verdünnten Lösung vor und nach dem Versetzen bzw. Verdünnen gemessen werden und aus den bekannten Gleichungen: a) die Massenbilanzen der Halogenkomponenten,
b) die Nernst′schen Gleichungen und
c) die Massenwirkungsausdrücke der chemischen Gleichungen für die Hydrolyse, Dissoziation und Trihalogenidbildungdie zu bestimmenden Gleichgewichtskonzentrationen berechnet werden.
2. Method for determining the equilibrium concentrations of the components halogen (X₂), halide (X - ), trihalide (X₃ - ), hypohalite (OX - ) and / or hypohalous acid (HOX) in a by adding a known amount of halide or Dilution with an aqueous halogen solution obtained with a halide solution of known concentration, characterized in that the redox potentials and pH values of the solution containing or diluted with halide are measured before and after the addition or dilution and from the known equations: a) the mass balances of the halogen components,
b) the Nernst equations and
c) the mass action expressions of the chemical equations for hydrolysis, dissociation and trihalide formation are calculated to determine the equilibrium concentrations.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Gleichgewichtskonzentrationen in Jodlösungen in schwach saurem Milieu allein eine bzw. zwei Bestimmung(en) des bzw. der Redoxpotentiale(s) durchgeführt werden.3. The method according to claims 1 or 2, characterized characterized in that for determining the equilibrium concentrations in iodine solutions in a weakly acidic environment alone one or two determination (s) of the redox potential (s) be performed.
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