Kõrge täpsusega gravimeetriline Winkleri meetod lahustunud hapniku määramiseks

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.Lahustunud hapniku sisaldus looduslikes vetes on väga oluline parameeter. Viimasel ajal on täheldatud hapnikutaseme langust maailma ookeanide mitmetes piirkondades. Protsessid, mis selleni viivad ei ole lõpuni arusaadavad ja nende lahtimõtestamiseks on väga oluline suuta hapnikusisaldusi kõrge täpsusega mõõta. Üsna laialdaselt mõõdetakse lahustunud hapniku sisaldust vees amperomeetriliste ja viimasel ajal ka optiliste hapnikuanalüsaatoritega. Need meetodid ei ole primaarmeetodid ja vajavad kalibreerimist. Stabiilse kontsentratsiooniga hapnikulahuste tegemine on hapniku keemiliste, füüsikaliste ja biololoogiliste omaduste tõttu pea võimatu. Seega, et tagada lahustunud hapniku määramisel jälgitavus SI ühikuteni, on tarvilik kõrge täpsusega primaarmeetodi olemasolu. Primaarmeetodiks lahustunud hapniku määramisel on Winkleri jodomeetriline tiitrimismeetod. Sellel meetodil on leitud rida kitsaskohti kaasa arvatud see, et klassikaliselt on tegemist mahtanalüütilise meetodiga. Kirjanduses on avaldatud terve hulk Winkleri meetodi modifikatsioone, mis peaksid selle meetodi puudusi parendama. Nende meetoditega saadud tulemuste korrektsed, kõiki olulisi allikaid arvestavad määramatuse hinnangud aga puudusid enne käesoleva töö algust kirjandusest täielikult. Enamik kirjandusallikaid on piirdunud vaid korduvuse andmetega, mõnel juhul oli eraldi hinnatud ka üksikuid muude määramatuse allikate panuseid. Erinevalt seni pakutud Winkleri meetodi modifikatsioonidest on käesolevas töös välja töötatud metoodika gravimeetriline tagades sellega madalama määramatuse. Metoodika jaoks on viidud läbi detailne mõõtemääramatuse hindamine. Selle jaoks on läbi viidud eksperimente väga erinevate mõjuallikate kindlakstegemiseks, leitud nendele vastavad parandid ja määramatuste panused. Määramatuse hindamise tulemusena saadud määramatuse koond sisaldab erinevate komponentide panuseid ning on võimas abivahend meetodi optimeerimiseks ja veelgi täpsemate tulemuste saamiseks. Seda võimalust on ka käesolevas töös kasutatud ning selle tulemusena on välja arendatud Winkleri meetodi gravimeetriline modifikatsioon, mis annab madalaima määramatusega tulemusi lahustunud hapniku määramisel vees.DO content in natural waters is a very important parameter. Recent studies show decrease in DO content in several areas of world oceans. Processes leading to this decrease are not completely understood and it is very important to be able to measure DO content very accurately for studying the dynamics of these processes. Amperometric and more recently also optical oxygen sensors are widely used in DO measurements. These sensors need calibration and therefore solutions with accurate DO concentration are necessary. Oxygen is a very unstable analyte due to its chemical, physical and biological properties. For this reason it is almost impossible to prepare oxygen solutions in ordinary way by dissolving certain amount of oxygen in water. The problem can be solved by using some primary method (i.e. method not needing calibration) that also ensures traceability to SI units. The most reliable primary DO measurement method available is the Winkler titration method. For this method several of factors limiting its accuracy were determined, including the volumetric nature of the classical Winkler method. A number of publications propose different modifications that should eliminate or compensate for these disadvantages. However, before the start of this work there were no publications available that would comprehensively review all the important uncertainty sources of the Winkler method and still a lot of room existed for improving the accuracy of the Winkler method. Most of the publications give repeatability of the results only. In some cases individual uncertainty sources were separately estimated. The method proposed in this work differs from the previously proposed method due to its gravimetric approach, which assures lower uncertainty. Detailed analysis of the uncertainty sources and comprehensive uncertainty estimation were carried out. Experiments for determining the different influence factors were carried out, corrections were determined and uncertainty contributions for accounting these influences were estimated. As a result a detailed uncertainty budget was compiled. This budget is very useful for optimizing the function for getting more accurate measurement results. The optimization was carried out and as a result of this the gravimetric Winkler method modification for determination of DO in water giving the results with lowest available uncertainty was developed