Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами

Подождите немного. Документ загружается.

101

2. Добавьте пипеткой 3–4 капли раствора фенолфталеина.

Примечание. При отсутствии окрашивания раствора либо при слабо-розовом

окрашивании считают, что карбонат-анион в пробе отсутствует (рН

пробы меньше 8,0–8,2).

3. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного

шприца с наконечником либо мерной пипетки рас-

твором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, по-

ка окраска побледнеет до слабо-розовой (практиче-

ски бесцветной), и определите объем раствора соля-

ной кислоты, израсходованный на титрование по фе-

нолфталеину (V

, мл).

Раствор после титрования карбонат-аниона оставьте для дальнейше-

го определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.

Б. Титрование гидрокарбонат-аниона

4. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируе-

мую воду либо используйте раствор после определе-

ния карбонат-аниона.

5. Добавьте пипеткой 1 каплю раствора метилового

оранжевого.

Примечание. Для более четкого определения момента окончания титрования

определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы,

для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию

анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же коли-

чество индикатора.

102

6. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного

шприца с наконечником раствором соляной кислоты

(0,05 моль/л) при перемешивании до перехода жел-

той окраски в оранжевую, определяя общий объем

раствора, израсходованного на титрование по мети-

лоранжу (V

МО

, мл). При использовании раствора по-

сле определения карбонат-аниона необходимо опре-

делить суммарный объем, израсходованный на тит-

рование карбоната и гидрокарбоната.

Примечание. Обязательно перемешивайте раствор при титровании! Момент

окончания титрования определяйте по контрольной пробе.

С. Определение ионных форм, обуславливающих потребление

кислоты на титрование

В зависимости от соотношения между количествами кислоты, израс-

ходованныыми на титрование по фенолфталеину (V

) и метилоранжу

МО

), по табл. 9 выберите подходящий вариант для вычисления ионных

форм, обуславливающих потребление кислоты при титровании.

Таблица 9

Определение ионных форм,

обуславливающих потребление кислоты на титрование

Соотношение между

и V

МО

Вклад ионных форм в потребление

кислоты

(ОН

–

)

(СО

2–

)

ГК

(НСО

–

)

МО

–2V

МО

–V

МО

2(V

МО

–V

)

МО

Примерный порядок использования табл. 9. Выполните действия и

ответьте на следующие вопросы.

1. Имеет ли раствор нулевую свободную щелочность? (Т.е. при до-

бавлении фенолфталеина раствор не приобретает окраски или слегка ро-

зовеет.) Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием

только гидрокарбонатов – см. графу 1 табл. 9.

2. Является ли потребление кислоты при титровании по фенолфта-

леину равным общему потреблению кислоты при титровании? Если да,

103

то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидроксил-

анионов – см. графу 5 табл. 9.

3. Умножьте полученное потребление кислоты при титровании по

фенолфталеину на 2 и сравните произведение с общим потреблением

кислоты для граф 2–4 табл. 9. В каждом случае определите вклад присут-

ствующих ионных форм в потребление кислоты.

Пример расчета. В первой пробе объемом 10 мл определили коли-

чество раствора кислоты, израсходованное на титрование по фенолфта-

леину: V

= 0,1 мл. Во второй пробе определили количество кислоты,

израсходованное на титрование по метилоранжу: V

МО

= 0,25 мл. Сопос-

тавляем величины 2



и V

МО

: 2



МО

. Следовательно, в пробе присут-

ствуют и карбонат-, и гидрокарбонат-анионы, причем потребление кислоты

карбонатами составляет V

= 2V

= 0,20 мл, а гидрокарбонатами –

ГК

= V

МО

–2V

= 0,25–0,20 = 0,05 мл

4. Проверьте результаты расчета: сумма потребления кислоты на все

три формы должна быть равна общему потреблению кислоты.

D. Расчет массовой концентрации карбонат- и гидрокарбонат-

анионов

7. Определите по табл. 9 вклад различных ионных форм в потребле-

ние кислоты при титровании (V

, V

ГК

8. Рассчитайте массовую концентрацию карбонат-аниона (С

) в мг/л

по формуле:

= V

300.

Полученный результат округлите до целых чисел.

9. Рассчитайте массовую концентрацию гидрокарбонат-аниона (С

ГК

)

в мг/л по формуле:

ГК

= V

ГК

305.

Полученный результат округлите до целых чисел.

E. Расчет карбонатной жесткости

Определите карбонатную жесткость (Ж

) в ммоль/л экв. по формуле:

= С

0,0333+С

ГК

0,0164.

F. Расчет щелочности

Значение свободной щелочности (Щ

СВ

) в ммоль/л экв. рассчитайте по

формуле:

СВ

= V

5.

104

Значение общей щелочности (Щ

) в ммоль/л экв. рассчитайте по

уравнению:

МО

5.

Величина карбонатной жесткости для поверхностных природных

вод принимается равной величине общей щелочности (ммоль/л экв.).

6.3.2. Сульфаты

Сульфаты – распространенные компоненты природных вод. Их при-

сутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов – при-

родных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в

воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в ат-

мосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной ки-

слоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

2SO

=2SO

O=H

Наличие сульфатов в промышленных сточных водах обычно обу-

словлено технологическими процессами, протекающими с использовани-

ем серной кислоты (производство минеральных удобрений, производства

химических веществ). Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсиче-

ского воздействия на человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение

вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250–400 мг/л. Сульфаты

могут вызывать отложение осадков в трубопроводах при смешении двух

вод с разным минеральным составом, например сульфатных и кальцие-

вых (в осадок выпадает СаSO

Метод определения массовой концентрации сульфат-аниона основан

на реакции сульфат-анионов с катионами бария с образованием нерас-

творимой суспензии сульфата бария по реакции:

+SO

2–

=BaSO



О концентрации сульфат-анионов судят по количеству суспензии

сульфата бария, которое определяют турбидиметрическим методом.

Предлагаемый, наиболее простой, вариант турбидиметрического метода

основан на измерении высоты столба суспензии по его прозрачности и

применим при концентрациях сульфат-анионов не менее 30 мг/л.

Анализ выполняют в прозрачной воде (при необходимости воду

фильтруют). Для работы необходим мутномер – несложное приспособле-

ние, которое может быть изготовлено и самостоятельно.

105

ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения

составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолеп-

тический.

Оборудование и реактивы

Мутномер (см. рис. 2 на стр. 26), пипетка на 2 мл или на 5 мл с рези-

новой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой, пи-

петка-капельница, пробирки мутномерные с рисунком-точкой на дне и

резиновым кольцом-фиксатором, пробка для мутномерной пробирки.

Раствор нитрата бария (насыщенный), раствор соляной кислоты (20%).

Приготовление растворов см. приложение 3.

Подготовка к анализу

Экран мутномера устанавливают под углом около 45° к подставке. Ра-

бота проводится при рассеянном, но достаточно сильном (200–500 Лк) днев-

ном (искусственном, комбинированном) освещении экрана мутномера.

В каждое отверстие мутномера вставляют мутномерную пробирку с

надетым на нее резиновым кольцом в положении, фиксирующем пробир-

ку таким образом, чтобы нижняя ее часть была выдвинута в вырез мут-

номера на расстояние около 1 см (при этом дно пробирки окажется на

требуемом расстоянии – около 2 см от экрана).

Выполнение анализа

1. Поместите в отверстия мутномера две про-

бирки с рисунком на дне. В одну из пробирок налейте

анализируемую воду до высоты 100 мм (20–30 мл).

2. Добавьте к содержимому пробирки пипет-

ками 2 капли раствора соляной кислоты и 14–15

капель раствора нитрата бария.

Соблюдайте осторожность: нитрат бария токсичен!

3. Герметично закройте пробирку пробкой и

встряхните, чтобы перемешать содержимое.

4. Пробирку с раствором оставьте на 5–7 мин.

для образования белого осадка (суспензии).

5. Закрытую пробирку снова встряхните, чтобы

перемешать содержимое.

6. Пипеткой переносите образовавшуюся сус-

106

пензию во вторую (пустую) пробирку до тех пор, пока в первой про-

бирке не появится изображение рисунка на дне



. Измерьте высоту

столба суспензии в первой пробирке (h

, мм). Наблюдение проводите,

как показано на рисунке (направляя свет на вращающийся экран мут-

номера, установленный под углом 45°С).

7. Продолжайте переносить суспензию до тех пор,

пока в ней не скроется изображение рисунка. Измерьте

высоту столба суспензии во второй пробирке (h

, мм).

8. Рассчитайте среднее арифметическое измере-

ний высоты столба суспензии (h) по формуле:





9. По табл. 10 определите концентрацию сульфат-аниона в мг/л.

Таблица 10

Определение концентрации сульфат-аниона

Высота столба

суспензии (h),

мм

Массовая концентра-

ция сульфат-аниона,

мг/л

Высота столба сус-

пензии (h), мм

Массовая концентра-

ция сульфат-аниона,

мг/л

100

–

6.3.3. Хлориды

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхност-

ных и грунтовых водах, а также в питьевой воде в виде солей металлов.

Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже

при концентрациях свыше 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния

соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно

по органолептическому показателю – вкусу установлена ПДК для питье-

вой воды по хлоридам (350 мг/л), лимитирующий показатель вредности –

органолептический.



Если изображение на дне мутномерной пробирки возникает при высоте столба суспензии

менее 40 мм, пробу разбавляют дистиллированной водой в 2 раза и определение повторяют.

Если и в этом случае суспензия окажется слишком концентрированной, определение повто-

ряют при разбавлении анализируемой воды в 4 раза, в 8 раз и т.д., увеличивая степень раз-

бавления каждый раз вдвое.

107

Большие количества хлоридов могут образовываться в промышлен-

ных процессах концентрирования растворов, ионного обмена, высолива-

ния и т.д., образуя сточные воды с высоким содержанием хлорид-аниона.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают ток-

сического воздействия на человека, хотя соленые воды очень коррозион-

но активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений,

вызывают засоление почв.

Предлагаемый метод определения массовой концентрации хлорид-

аниона описан в ГОСТ 1030 и ИСО 9297. Он основан на титровании хло-

рид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется

суспензия практически нерастворимого хлорида серебра. Уравнение хи-

мической реакции записывается следующим образом:

+Cl

–

=AgCl



В качестве индикатора используется хромат калия, который реагиру-

ет с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оран-

жево-бурого осадка хромата серебра по уравнению:

+CrO

–

=Ag

CrO



Оранжево-бурый

Данный метод получил название метода аргентометрического

титрования. Титрование можно выполнять в пределах рН 5,0–8,0.

Массовую концентрацию хлорид-аниона (С

ХЛ

) в мг/л вычисляют по

уравнению:

ХЛ

НV

10005,35 



где: V

ХЛ

– объем раствора нитрата серебра, израсходованный на тит-

рование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора нитрата серебра с уче-

том поправочного коэффициента, моль/л экв.;

– объем воды, взятой на анализ, мл;

35,5 – эквивалентная масса хлора;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л.

Оборудование и реактивы

Пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинским

шприцем) и соединительной трубкой; пипетка-капельница; склянка с

меткой «10 мл» с пробкой.

Раствор нитрата серебра (0,05 моль/л экв.) титрованный, раствор

хромата калия (10%).

Приготовление растворов см. приложение 3.

108

Выполнение анализа

1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды.

2. Добавьте в склянку пипеткой-капельницей 3 капли

раствора хромата калия.

3. Герметично закройте склянку пробкой и встряхни-

те, чтобы перемешать содержимое.

4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором нитрата се-

ребра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски.

Определите объем раствора, израсходованный на титрование (V

ХЛ

, мл).

5. Рассчитайте массовую концентрацию хлорид-аниона (С

ХЛ

, мг/л)

по формуле:

ХЛ

178

Результат округлите до целых чисел.

6.3.4. Сухой остаток

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих раство-

ренных веществ (главным образом минеральных) и органических ве-

ществ, температура кипения которых превышает 105–110°С. Сухой оста-

ток определяют гравиметрическим и расчетным методами. Перед опре-

делением сухого остатка пробу необходимо фильтровать либо отстаивать

для отделения от взвешенных веществ.

Гравиметрический (весовой) метод основан на определении веса вы-

сушенного остатка, полученного после выпаривания пробы. При грави-

метрическом определении сухого остатка сначала проводят выпаривание

основной массы пробы, которая может составлять 250–500 мл. Далее ос-

тавшуюся часть пробы высушивают во взвешенной, доведенной до по-

стоянной массы чашке (стакане, тигле) в сушильном шкафу в стандарт-

ных условиях в два этапа. На первом этапе высушивание проводят при

температуре 103–105°С в течение 1–2 часов. При этом удаляются влага и

все летучие органические вещества, однако сохраняется почти вся кри-

сталлизационная вода солей – кристаллогидратов. На втором этапе вы-

сушивание проводят при температуре 178–182°С также в течение 1–2

часов. В этих условиях разлагаются кристаллогидраты, более полно

испаряются и разлагаются органические вещества, разлагаются также

109

некоторые соли – например, гидрокарбонаты до карбонатов и далее до

оксидов (частично или полностью). Величину сухого остатка опреде-

ляют по разности масс остатка пробы до и после высушивания, при-

чем иногда выполняют промежуточное взвешивание – после высуши-

вания при температуре 103–105°С. Взвешивание выполняют на анали-

тических весах с погрешностью не более ±1 мг (лучше ±0,1 мг). Перед

взвешиванием тигель необходимо охладить до комнатной температуры.

Для определения сухого остатка поверхностных природных вод

обычно достаточно высушивания при температуре 103–105°С. Высуши-

вание при температуре 178–182°С применяется специалистами при де-

тальном исследовании природных или сточных вод.

Величину сухого остатка можно также оценить расчетным методом.

При этом надо суммировать полученные в результате анализов концен-

трации растворенных в воде минеральных солей, а также органических

веществ (гидрокарбонат суммируется в количестве 50%



). Для питьевой и

природной воды величина сухого остатка практически равна сумме мас-

совых концентраций анионов (карбоната, гидрокарбоната, хлорида,

сульфата) и катионов (кальция и магния, а также определяемых расчет-

ным методом натрия и калия).

Величина сухого остатка для поверхностных вод водоемов хозяйст-

венно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должна пре-

вышать 1000 мг/л (в отдельных случаях допускается до 1500 мг/л).

А. Определение сухого остатка гравиметрическим методом

Оборудование

Весы аналитические с комплектом разновесов, мерный стакан, су-

шильный шкаф с термометром (103–105°С), фарфоровая чашечка (ста-

кан) на 300 мл, щипцы.

Выполнение анализа

1. Подготовьте предварительно (можно это сде-

лать накануне эксперимента) чистую фарфоровую ча-

шечку или стакан:

 высушите ее в сушильном шкафу при температуре

103–105°С не менее часа;



При «классическом» гравиметрическом определении сухого остатка при нагревании выпа-

риваемой пробы протекает химическая реакция разложения гидрокарбонат-аниона:

2НСО

–

=СО

+СО

2–

+Н

О.

в результате этой реакции теряется около 50 % массы содержащегося в пробе гидрокарбо-

нат-аниона.

110

 с помощью щипцов достаньте чашечку из сушильного шкафа, дайте

ей остыть до комнатной температуры (2–3 часа).

2. Определите массу пустой чашечки (М

) в г, взвесив ее на анали-

тических весах с точностью до ± 0,0001 г.

Манипуляции с чашечкой выполняйте с помощью щип-

цов! Не прикасайтесь руками к чашечке, т.к. это может

вызвать изменение массы (внести ошибки) при после-

дующем взвешивании.

3. Мерным стаканом поместите в чашечку 100 мл анали-

зируемой воды.

4. Поместите чашечку в сушильный шкаф при темпера-

туре 103–105°С на ночь для выпаривания.

5. С помощью щипцов достаньте чашечку из сушильного шкафа,

дайте ей остыть до комнатной температуры в течение 2–3 часов.

6. Определите массу чашечки с остатком (М

) в г, взвесив ее на ана-

литических весах с точностью до ± 0,0001 г.

7. Рассчитайте величину сухого остатка (М

СО

) в мг/л по уравнению:

10





ММ

СО

где: М

и М

– вес чашки с остатком после высушивания и пустой

чашки соответственно, г;

V – объем воды, взятой для анализа, мл;

– коэффициент пересчета единиц измерения из г/мл в мг/л.

В. Определение сухого остатка расчетным методом

Величину сухого остатка в мг/л можно определить также расчетным

методом, суммируя результаты определения массовых концентраций

главных ионов, выраженные в мг/л (гидрокарбонат суммируют в количе-

стве 50%).

СО

=0,5С

ГК

+С

ХЛ

+С

КА

+С

МГ

+С

КНА

Полученный результат округлите до целых чисел.

О расчете величины сухого остатка (общего солесодержания) в

ммоль-эквивалентной форме см. п. 6.3.7.