Sulardaki organik madde miktarının belirlenmesi, su kalitesinin değerlendirilmesinde en önemli parametrelerden biridir. Organik maddeler, doğal veya antropojenik (insan kaynaklı) yollarla sulara karışabilir. Evsel atıklar, hayvan atıkları, gıda, kağıt, deri ve mezbaha atıkları başlıca organik kirlilik kaynaklarıdır. Suda bulunan organik maddeler, çözünmüş oksijeni tüketerek sucul yaşamı olumsuz etkiler; nitrifikasyon, ötrofikasyon (aşırı beslenme sonucu alg patlamaları) ve dip çamuru oluşumu gibi sorunlara yol açar.

Organik madde tayininde kullanılan yöntemlerden biri, permanganat (KMnO₄) titrasyon yöntemidir. Bu yöntem, Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) veya permanganat indeksi olarak da bilinir. Yöntemin prensibi, organik maddelerin (indirgen özellikteki maddelerin) asidik ortamda, sıcakta, potasyum permanganat (KMnO₄) ile yükseltgenmesine dayanır. Permanganat, güçlü bir yükseltgen ajandır ve organik maddeleri oksitlerken kendisi indirgenir. Harcanan permanganat miktarı, sudaki organik madde miktarı ile doğru orantılıdır.

Kimyasal Reaksiyonlar:

Permanganatın asidik ortamdaki yarı reaksiyonu:

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O (mor → renksiz)

Organik maddelerin (örneğin oksalat veya genel organik madde) yükseltgenmesi:

C₂O₄²⁻ → 2CO₂ + 2e⁻

Toplam reaksiyon (organik madde oksalat olarak temsil edildiğinde):

2MnO₄⁻ + 5C₂O₄²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O

Yöntemin Aşamaları:

Numunenin hazırlanması: Belirli hacimde su numunesi (genellikle 100 mL) alınır.

Asitlendirme: Numuneye sülfürik asit (H₂SO₄) eklenerek asidik ortam sağlanır.

Oksidasyon: Numuneye belirli hacimde (örneğin 10.0 mL) 0.0125 N KMnO₄ çözeltisi eklenir ve 30 dakika kaynar su banyosunda bekletilir. Bu sürede organik maddeler permanganat tarafından oksitlenir. Permanganatın rengi (mor) kaybolursa, organik madde miktarının çok fazla olduğu anlaşılır ve daha az numune alınarak deney tekrarlanır.

Fazla permanganatın indirgenmesi: Oksidasyon tamamlandıktan sonra, reaksiyona girmeyen (fazla) permanganatı indirgemek için numuneye 10.0 mL 0.0125 N sodyum oksalat (Na₂C₂O₄) çözeltisi eklenir. Oksalat, permanganatı indirger ve ortam renksiz hale gelir.

Geri titrasyon: Oksalat fazlası (permanganat ile reaksiyona girmeyen kısım), büretteki ayarlı KMnO₄ çözeltisi ile titre edilir. Pembe renk (permanganatın mor rengi) 30 saniye kalıcı olana kadar titrasyona devam edilir. Harcanan KMnO₄ hacmi kaydedilir.

Hesaplama: Harcanan toplam permanganat miktarı (başlangıçta eklenen + geri titrasyonda harcanan) ile oksalat miktarı arasındaki farktan, organik maddeler için harcanan permanganat miktarı bulunur. Bu değer, mg O₂/L (ppm) cinsinden organik madde miktarına dönüştürülür.

Organik Madde Miktarı (mg O₂/L) = [((N×S) - (N'×10)) × 8 × 1000] / V

Burada:

N: KMnO₄'ün normalitesi

S: Toplam KMnO₄ hacmi (başlangıçtaki 10 mL + titrasyonda harcanan mL)

N': Na₂C₂O₄'ün normalitesi

10: Eklenen Na₂C₂O₄ hacmi (mL)

8: Oksijenin eşdeğer ağırlığı (g/eq)

V: Numune hacmi (mL)

KMnO₄'ün Ayarlanması (Standartizasyonu): KMnO₄, primer standart madde olmadığı için (saf olarak elde edilemez, zamanla bozunur), bir primer standarda karşı ayarlanması (tayin edilmesi) gerekir. Bu deneyde, sodyum oksalat (Na₂C₂O₄) primer standart olarak kullanılır. Bilinen miktarda Na₂C₂O₄, asidik ortamda ve 60°C'de KMnO₄ ile titre edilir. Harcanan KMnO₄ hacminden normalitesi hesaplanır.

Klorür girişimi (interferans): Numunede 300 mg/L'den fazla Cl⁻ iyonu varsa, klorür de permanganatı tüketir (oksitlenir) ve sonuçlar yüksek çıkar. Bu durumda, organik madde tayini için farklı bir yöntem (örneğin, gümüş sülfat ile klorürü çöktürme veya bazik ortamda çalışma) uygulanmalıdır.