Nhu cầu ôxy hóa học

Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu ôxy hóa học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần lớn các ứng dụng của COD xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn theo đơn vị đo là miligam trên lít (mg/L), chỉ ra khối lượng ôxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch. Các nguồn tài liệu cũ còn biểu diễn nó dưới dạng các đơn vị đo khác như phần triệu (ppm).

Lịch sử

Trong nhiều năm, tác nhân ôxi hóa mạnh là pemanganat kali (KMnO₄) đã được sử dụng để đo nhu cầu ôxy hóa học. Các phép đo đã được gọi là ôxy bị tiêu thụ từ pemanganat, hơn là nhu cầu ôxy của các chất hữu cơ. Tính hiệu quả của pemanaganat kali trong việc ôxi hóa các hợp chất hữu cơ bị dao động khá lớn, và trong nhiều trường hợp thì giá trị các phép đo nhu cầu ôxy hóa sinh học (BOD) lại lớn hơn cả các giá trị thu được từ các phép đo theo COD. Điều này chỉ ra rằng pemanganat kali không thể có hiệu quả trong việc ôxi hóa tất cả các chất hữu cơ có trong dung dịch nước, làm cho nó trở thành một tác nhân tương đối kém trong việc xác định chỉ số COD.
Kể từ đó, các tác nhân ôxi hóa khác như sulfat xêri, iodat kali hay dicromat kali đã được sử dụng để xác định COD. Trong số này, dicromat kali (K₂Cr₂O₇) đã thể hiện là có hiệu quả nhất: nó tương đối rẻ, dế dàng tinh chế và có khả năng gần như ôxi hóa hoàn toàn mọi chất hữu cơ.

Mẫu trắng

Do phép đo COD về nhu cầu ôxy của các hợp chất hữu cơ trong mẫu nước, nên một điều quan trọng là không thể có chất hữu cơ nào khác từ bên ngoài có thể ngẫu nhiên thêm vào trong mẫu cần đo. Để kiểm soát điều này, cái gọi là mẫu rỗng là cần thiết trong xác định COD (cũng như trong phép đo BOD). Một mẫu rỗng được tạo ra bằng cách thêm mọi thuốc thử (chẳng hạn axít và tác nhân ôxi hóa) vào trong một thể tích nước cất. COD được đo cho cả mẫu nước và cho mẫu rỗng, và hai chỉ số này được đem so sánh với nhau. Nhu cầu ôxy trong mẫu rỗng được trừ đi từ COD cho mẫu ban đầu để đảm bảo đo chính xác các chất hữu cơ.

Đo lượng dư thừa

Để mọi chất hữu cơ bị ôxi hóa hết thì một lượng dư thừa của dicromat kali (hay bất kỳ tác nhân ôxi hóa nào) phải tồn tại trong dung dịch. Khi quá trình ôxi hóa đã kết thúc, khối lượng dicromat kali dư thừa phải được đo lại để đảm bảo là lượng Cr³⁺ có thể được xác định với độ chính xác cao. Để làm điều này, lượng dicromat kali dư được chuẩn độ với sulfat amoni sắt (viết tắt: FAS, công thức Fe[SO₄].[NH₄]₂[SO₄].6H₂O) cho đến khi mọi tác nhân ôxi hóa dư thừa bị khử hết thành Cr³⁺. Thông thường, chỉ thị màu ôxi hóa-khử Ferroin cũng được thêm vào trong quá trình chuẩn độ này. Khi mọi lượng dicromat dư thừa đã bị khử hết thì chỉ thị màu Ferroin đổi màu từ lục-lam sang nâu ánh đỏ. Khối lượng của sulfat amoni sắt đã bổ sung là tương đương với lượng dicromat kali dư thừa đã được thêm vào trong mẫu gốc.

Quy định của chính quyền

Nhiều chính quyền đưa ra các quy định chặt chẽ liên quan tới nhu cầu ôxy hóa học tối đa được phép trong nước thải trước khi nó được đưa trở lại môi trường. Ví dụ, tại Thụy Sĩ, nhu cầu ôxy hóa học trong khoảng 200-1.000 mg/L phải đạt được trước khi nước thải thông thường hay nước thải công nghiệp có thể đưa vào môi trường tự nhiên .