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

Подождите немного. Документ загружается.

151

«свободный активный хлор», и относительно менее слабые окислители –

хлорамины – «связанный активный хлор». Благодаря сильным окисли-

тельным свойствам соединения, имеющие активный хлор, используются

для обеззараживания (дезинфекции) питьевой воды и воды в бассейнах, а

также для химической очистки некоторых сточных вод. Кроме того, не-

которые содержащие активный хлор соединения (например, хлорная из-

весть) широко используются для ликвидации очагов распространения

инфекционных загрязнений.

Наиболее широко для дезинфекции питьевой воды используется

свободный хлор, который при растворении в воде диспропорционирует

по реакции:

O=H

+Cl

–

+HOCl

В природной воде содержание активного хлора не допускается; в

питьевой воде его содержание установлено в пересчете на хлор на уровне

0,3–0,5 мг/л в свободном виде и на уровне 0,8–1,2 мг/л в связанном виде



Активный хлор в указанных концентрациях присутствует в питьевой во-

де непродолжительное время (не более нескольких десятков минут) и

нацело удаляется даже при кратковременном кипячении воды. По этой

причине анализ отобранной пробы на содержание активного хлора сле-

дует проводить немедленно.

Интерес к контролю содержания хлора в воде, особенно в питьевой,

возрос после осознания того факта, что хлорирование воды приводит к

образованию заметных количеств хлоруглеводородов, вредных для здо-

ровья населения. Особую опасность представляет хлорирование питьевой

воды, загрязненной фенолом. ПДК для фенолов в питьевой воде при от-

сутствии хлорирования питьевой воды установлена 0,1 мг/л, а в условиях

хлорирования (при этом образуются гораздо более токсичные и имеющие

резкий характерный запах хлорфенолы) – 0,001 мг/л. Аналогичные хими-

ческие реакции могут протекать с участием органических соединений

природного или техногенного происхождения, приводя к различным ток-

сичным хлорорганическим соединениям – ксенобиотикам.

Предлагаемый йодометрический метод (метод йодометрического

титрования) определения активного хлора является адаптированным

стандартным методом для анализа питьевой воды (ГОСТ 18190). Метод

основан на свойстве всех содержащих активный хлор соединений в ки-

слой среде выделять из йодида калия свободный йод:



Для питьевой воды приведены диапазоны концентраций активного хлора, т.к. при мень-

ших его концентрациях возможна неблагоприятная ситуация по микробиологическим пока-

зателям, а при больших – превышение непосредственно по активному хлору.

152

+2I

–

+2Cl

–

ClO

–

+2H

+2I

–

+Cl

–

HClO+H

+2I

–

+Cl

–

Cl+2H

+2I

–

+NH

+Cl

–

Свободный йод оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии

крахмала, как описано при определении растворенного кислорода. Реак-

цию проводят в буферном растворе при рН 4,5, и тогда определению не

мешают нитриты, озон и другие соединения. Однако мешающими опре-

делению веществами являются другие сильные окислители, которые

также выделяют йод из йодида калия, – хроматы, хлораты и др. Концен-

трации, в которых указанные окислители оказывают мешающее дейст-

вие, могут присутствовать в сточных водах, но маловероятны в питьевой

и природной воде. Метод может также использоваться для анализа мут-

ных и окрашенных вод.

Концентрацию активного хлора (С

АХ

) в мг/л рассчитывают по ре-

зультатам титрования, для которого обычно используется раствор тио-

сульфата натрия с концентрацией 0,005 моль/л экв. Расчет проводят по

формуле:

АХ

КV

1000177,0 



где: V

– количество раствора тиосульфата натрия с концентрацией

0,005 моль/л экв., израсходованного на титрование, мл;

К – поправочный коэффициент, учитывающий отклонение точной

фактической концентрации тиосульфата от значения

0,005 моль/л экв. (для большинства случаев значение К принимается

равным 1);

0,177 – содержание активного хлора в мг, соответствующее 1 мл рас-

твора тиосульфата с концентрацией 0,005 моль/л экв.;

– объем пробы воды, взятой для анализа, мл;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из миллилитров в

литры.

Чувствительность метода – 0,3 мг/л при объеме пробы 250 мл, одна-

ко при использовании растворов тиосульфата с различной концентрацией

объем пробы может составлять, в зависимости от требуемой чувстви-

тельности определения, от 500 до 50 мл воды и менее.

Лимитирующий показатель вредности для активного хлора – обще-

санитарный.

153

Оборудование и реактивы

Колба коническая на 250–500 мл с градуировкой по объему (если

колба не отградуирована, тогда необходим также мерный цилиндр), бю-

ретка или пипетка градуированная на 2–5 мл со шприцем и соединитель-

ной трубкой, шприц-дозатор (пипетка) на 1 мл (2 шт.), ножницы.

Калий йодистый



в капсулах по 0,5 г, раствор буферный ацетатный

(рН 4,5), раствор тиосульфата натрия титрованный (0,005 моль/л экв.),

раствор крахмала (0,5%).

Приготовление растворов см. приложение 3.

Выполнение определения

1. Налейте в коническую колбу анализируемую во-

ду до метки (например, 50 мл) либо с помощью мер-

ного цилиндра. Колбу предварительно ополосните

анализируемой водой.

2. Поместите в колбу при помощи шприца-дозатора

или пипетки 1,0 мл ацетатного буферного раствора,

содержимое колбы перемешайте.

3. Добавьте в коническую колбу содержимое одной

капсулы (около 0,5 г) йодида калия. Перемешайте

содержимое колбы до растворения соли.

4. Оттитровывайте выделившийся йод раствором

тиосульфата. Для этого в бюретку (пипетку), закре-

пленную в штативе и соединенную через трубку со

шприцем, наберите 2–5 мл раствора тиосульфата и

титруйте пробу до слабо желтой окраски.

5. Добавьте другим шприцем-дозатором (пипеткой)

1 мл раствора крахмала (раствор в колбе синеет) и

продолжайте титрование до полного обесцвечивания

раствора.



Калий йодистый не должен выделять йода при подкислении раствора.

154

Примечание. После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще

0,5 мин. для полного протекания реакции. В случае восстановле-

ния окраски необходимо добавить еще некоторое количество рас-

твора титранта.

6. Определите общий объем раствора тиосуль-

фата, израсходованный на титрование (как до, так и

после добавления раствора крахмала).

7. Рассчитайте концентрацию суммарного оста-

точного активного хлора (С

АХ

) в мг/л по формуле,

приведенной на стр. 152.

При необходимости анализ повторите, уменьшив (увеличив) объем

пробы.

В качестве экспрессной портативной полевой модификации ме-

тода с чувствительностью не менее 0,3–0,5 мг/л для определения актив-

ного хлора в питьевой, водопроводной и природной воде может быть

рекомендовано использование раствора тиосульфата с концентрацией

0,0025 моль/л экв., при отборе пробы 50 мл и титрованием с помощью

калиброванной пипетки-капельницы. В этом случае концентрация актив-

ного хлора (С

АХ

) в мг/л рассчитывается по формуле:

0712,0

1000089,0





 N

, где

где: N – количество капель раствора тиосульфата натрия, израсходован-

ного на титрование;

0,089 – количество эквивалентов тиосульфата натрия в 1 мл раствора

с концентрацией 0,0025 моль/л экв., моль;

– объем капли, равный 0,040 мл;

– объем пробы, взятой для анализа, 50 мл.

Пример расчета. При анализе водопроводной воды в результате

титрования пробы объемом 50 мл раствором тиосульфата с концентраци-

ей 0,0025 моль/л экв. с помощью калиброванной пипетки-капельницы

(объем капли 0,040 мл) на титрование израсходовано 11 капель раствора

тиосульфата. Следовательно, содержание активного хлора в воде состав-

ляет:

АХ

=110,0712=0,78 мг/л.

6.6.3. Нефтепродукты

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и

опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Большие количе-

ства нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке

155

нефти водным путем, транспортировке по трубопроводам, со сточными

водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, хи-

мической, металлургической и других отраслей промышленности, с хо-

зяйственно-бытовыми водами.

Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно

сложную, непостоянную по составу и разнообразную смесь веществ. В ее

состав входят низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные

алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды; кислород-, азот-

и серосодержащие соединения; ненасыщенные гетероциклические соедине-

ния типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот и др.

В результате протекающих в водоеме процессов (испарения, сорб-

ции, биохимического и химического окисления и др.) концентрация неф-

тепродуктов может существенно снижаться, при этом значительным из-

менениям может подвергаться их химический состав. Нефтепродукты

находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгиро-

ванной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложе-

ний, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент поступления

в водоем масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере удале-

ния от источника загрязнения либо с течением времени происходит пере-

распределение нефтепродуктов между основными формами, проходящее

стадии перехода с последовательным повышением доли растворенных,

эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. Наличие нефтепро-

дуктов в виде пленки отрицательно сказывается как на качестве воды, так и

на состоянии водоема в целом, на флоре и фауне. В присутствии нефтепро-

дуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет,

рН, ухудшается газообмен с атмосферой, нарушаются процессы самоочище-

ния водоема.

При санитарно-химическом контроле при анализе нефтепродуктов

определяют суммарную их концентрацию во всех формах, существую-

щих в отобранной пробе, – растворе, эмульсии, а также в виде, сорбиро-

ванном как на взвешенных частицах, так и на стенках сосуда для отбора

пробы.

При анализе предлагаемым методом в качестве нефтепродуктов

определяются неполярные и малополярные углеводороды (суммарное

содержание алифатических, олефиновых, нафтеновых, ароматических

соединений), составляющие обычно основную и наиболее характерную

часть нефти и продуктов ее переработки. Именно такие соединения спе-

циалисты подразумевают под термином «нефтепродукты» при анализе вод

согласно определению, впервые принятому Комиссией по унификации ме-

тодов анализа природных и сточных вод стран-членов СЭВ (1968 г.).

156

Метод определения содержания масла и нефтепродуктов в воде ос-

нован на их предварительной концентрации путем экстрагирования из

водной среды неполярным растворителем – четыреххлористым углеро-

дом в кислой среде при рН 3–4 с последующим анализом экстракта.

Анализ экстракта на содержание нефтепродуктов выполняется полу-

количественным методом бумажной хроматографии, который основан на

использовании различия коэффициентов распределения (сорбируемости)

компонентов анализируемого раствора. Различные величины коэффици-

ентов распределения обеспечивают разделение смеси в экстракте.

Чувствительность обнаружения нефтепродуктов составляет 1 мг/л.

Диапазон определяемых концентраций нефтепродуктов в воде – от

1 до 20 мг/л, продолжительность выполнения анализа – не более 3 часов

(включая стадию экстракции пробы).

Оборудование

Бумага индикаторная универсальная, полоски для хроматографиро-

вания (длина 60 мм, ширина 6 мм).

Воронка делительная на 100 мл, воронка делительная на 1 л или со-

суд для экстракции с пробкой (плоскодонная колба, стеклянная бутыль),

склянки для хранения экстрактов, стаканчики для хроматографирования

(2 шт.), пипетка мерная градуированная на 10 мл, пипетка-капельница на

1 мл (2 шт.), шприц медицинский с соединительной трубкой, шкала мил-

лиметровая.

Углерод четыреххлористый, раствор соляной кислоты (1:1).

Выполнение анализа

Отбор проб

Количество отбираемой пробы воды определяется величиной ожи-

даемой концентрации нефтепродуктов в воде. В зависимости от ожидае-

мой концентрации нефтепродуктов в воде рекомендуется отбирать пробы

в количествах согласно табл. 13.

Таблица 13

Величина ожидаемой концентрации

нефтепродуктов в воде, мг/л

Количество

отбираемой пробы, л

1–5

0,5

5–20

0,2

Проведение экстракции

Экстракцию проводите в делительной воронке либо в сосуде достаточ-

ной вместимости (плоскодонной колбе, стеклянной бутыли).

157

1. В сосуд с пробкой (делительную воронку, плос-

кодонную колбу, стеклянную бутыль) поместите в

соответствии с табл. 13 пробу анализируемой воды.

Проба должна занимать не более ⅓ объема сосуда.

2. К пробе добавьте 2–3 капли раствора соляной ки-

слоты до рН 3–4 (значение рН контролируйте по

универсальной индикаторной бумаге).

3. Добавьте к пробе с помощью пипетки 10 мл че-

тыреххлористого углерода.

4. Проведите экстракцию, для чего интенсивно пере-

мешивайте содержимое сосуда в течение 3–5 мин.

5. Оставьте сосуд в вертикальном положении на

10–20 минут для расслоения жидкости.

10 мл ЧХУ

3-5 мин.

2-3 капли HCl до

рН 3-4

158

6. Нижний слой с небольшим количеством воды пе-

ренесите в делительную воронку из набора (верхний

водный слой отбрасывают). Воронку оставьте в вер-

тикальном положении на 10–20 минут.

7. Отделите экстракт от остатков воды, слив его в

склянку для хранения экстракта.

Примечание. Экстракты можно хранить в герметично закрытых склянках в про-

хладном месте в вертикальном положении до 2 месяцев.

Анализ экстракта

1. Из склянки с экстрактом пипеткой-капельницей

отберите 1 мл экстракта и перенесите в стаканчик

для хроматографирования.

2. В стаканчик с экстрактом поместите полоску хроматографической

бумаги под углом таким образом, чтобы нижний конец полоски упирался в

противоположную стенку стаканчика, а верхний край полоски выступал

выше края стаканчика на 2–3 мм (рис. 11, а).

Рис. 11. Определение содержания нефтепродуктов методом бумажной хро-

матографии: а – положение полоски в стаканчике при хроматографировании;

б – расположение пятна нефтепродуктов на полоске после хроматографирования.

1 – стаканчик; 2 – полоска; 3 – пятно нефтепродуктов; 4 – граница погружения

плоски; 5 – экстракт.

Примечание. 1. Наклоны и тряска (качание основы) в период хроматографиро-

вания могут привести к неправильному результату при анализе!

2. Для повышения надежности результатов целесообразно выпол-

нять анализ 2 проб воды одновременно. При этом следует обеспе-

чивать одинаковые условия при хроматографировании экстракта

(температуру, скорость обдува стаканчика воздухом).

159

3. Выдержите полоску бумаги до полного испарения растворителя

(около 3 часов).

4. Линейкой измерьте ширину пятна нефтепродуктов на полоске

(рис. 11, б).

5. С помощью градуировочного графика (рис. 12) определите массу

нефтепродуктов в пробе.

Рис. 12. Зависимость ширины пятна (l) от массы нефтепродуктов в пробе

(градуировочный график).

6. Концентрацию нефтепродуктов в пробе воды (С

НП

, мг/л) рассчи-

тайте по формуле:

ПР

НР



где: V – объем воды, взятый на анализ, мл;

ПР

– масса нефтепродуктов в пробе, мг.

Пример. На анализ взято 200 мл анализируемой воды. После экс-

тракции нефтепродуктов и анализа экстракта на полоске после испарения

ЧХУ осталось масляное пятно шириной 5,5 мм. Пользуясь графиком

(рис. 12), нашли соответствующее содержание нефтепродуктов в пробе –

3,5 мг. Рассчитали концентрацию:

5,17

2,0

5,3



ПР

НП

Следовательно, содержание нефтепродуктов в анализируемой воде

составляет 17,5 мг/л.

160

Контроль точности анализа

Контроль точности анализа осуществляется с помощью тестирова-

ния специально приготовленных растворов с известной концентрацией

нефтепродуктов (например, приготовленных из ГСО).

6.6.4. Поверхностно-активные вещества,

анионоактивные

Поверхостно-активные вещества (ПАВ) представляют собой обшир-

ную группу, как правило, синтетических соединений, различных по своей

структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны ад-

сорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого

поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от

свойств, проявляемых ПАВ при растворении в воде, их делят на анионо-

активные вещества (активной частью является анион), катионоактивные

(активной частью молекул является катион), амфолитные и неионоген-

ные, которые совсем не ионизируются.

Анионоактивные ПАВ в водном растворе ионизируются с образо-

ванием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактив-

ных ПАВ широкое применение нашли соли сернокислых эфиров (суль-

фаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R может быть алкиль-

ным, алкиларильным, алкилнафтильным, иметь двойные связи и функ-

циональные группы.

Катионоактивные ПАВ – вещества, которые ионизируются в вод-

ном растворе с образованием положительно заряженных органических

ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из:

углеводородного радикала с прямой цепью, содержащей 12–18 атомов

углерода; метильного, этильного или бензильного радикала; хлора, бро-

ма, йода или остатка метил- или этилсульфата.

Амфолитные ПАВ ионизируются в водном растворе различным об-

разом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют

катионоактивные свойства, а в щелочном – анионоактивные.

Неионогенные ПАВ представляют собой высокомолекулярные со-

единения, которые в водном растворе не образуют ионов. К неионоген-

ным ПАВ относятся препараты ОП-7, ОП-10, ОС-20, оксанол КШ-9, ок-

санол Л-7, проксамин 385, проксанол 186, синтамид, синтанолы, ВН-7 и др.

В водные объекты ПАВ поступают в значительных количествах с

хозяйственно-бытовыми (использование синтетических моющих средств

в быту) и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, хи-

мическая промышленность, производство синтетических каучуков), а так-