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

Подождите немного. Документ загружается.

Наименование

показателя

Метод

определения

Диапазон

определяемых

концентраций



Норматив

качества



Объем

пробы для

анализа,

мл

2.9. Хлор активный

(суммарное содержание

свободного Cl

, а также

HClO, анионов ClO

–

хлораминов)

Колориметриче-

ский

Титриметриче-

ский

10–1000 мг/л

0,05–10 мг/л

В питьевой

воде – 0,3–1,2

мг/л, в воде

водоемов –

отсутствие

5 (10)

50–250

2.10. Общий фосфор

Визуально-

колориметриче-

ский

Фотоколоримет-

рический

0,2–7,0 мг/л

0,01–0,4 мг/л

3,5 мг/л

(по РО

3–

)

3. Массовая концентрация катионов

3.1. Алюминий (Al

)

Колориметриче-

ский

0,5–2,0 мг/л

0,5 мг/л

3.2. Аммоний (NH

)

Колориметриче-

ский

Титриметриче-

ский

0,2–3,0 мг/л

0,2–2,5 мг/л

2,5 мг/л

100

3.3. Железо общее

(сумма катионов Fe

и Fe

)

Колориметриче-

ский

0,1–1,5 мг/л

0,3 мг/л

3.4. Кальций (Ca

)

Титриметриче-

ский

2–500 мг/л

200 мг/л

10 (5)

3.5. Магний (Mg

)

Расчетный

–

100 мг/л

–

3.6. Натрий и калий

(сумма катионов Na

и К

)

То же

–

200 мг/л

–

3.7. Общая жесткость

(сумма катионов Ca

и Mg

)

Титриметриче-

ский (капельный)

Титриметриче-

ский (объемный)

0,5–10 ммоль/л

экв.

0,05–10 ммоль/л

экв.

7 (10) ммоль/л

экв.

2,5–10

10–250

4. Массовая концентрация анионов

4.1. Гидрокарбонат

(HCO

–

)

Титриметриче-

ский

10–2500 мг/л

1000 мг/л

4.2. Карбонат (CO

2–

)

То же

10–2500 мг/л

100 мг/л

4.3. Карбонатная жест-

кость (сумма анионов

HCO

–

и CO

–

)

Расчетный

–

20 ммоль/л

экв.

–

4.4. Нитрат (NO

–

)

Колориметриче-

ский

5–50 мг/л

45 мг/л

4.5. Нитрит (NO

–

)

Колориметриче-

ский

0,02–1,0 мг/л

0,1 мг/л

4.6. Сульфат (SO

2–

)

Турбидиметриче-

ский

30–70 мг/л

500 мг/л

4.7. Фторид (F

–

)

Колориметриче-

ский

0,3–2,0 мг/л

0,7–1,5 мг/л

Наименование

показателя

Метод

определения

Диапазон

определяемых

концентраций



Норматив

качества



Объем

пробы для

анализа,

мл

4.8. Хлорид (Cl

–

)

Титриметриче-

ский

20–1000 мг/л

1–1200 мг/л

350 мг/л

25–500

4.9. Ортофосфат

(РО

3–

)

Колориметриче-

ский

Титриметриче-

ский

0,2–7,0 мг/л

1,0–100 мг/л

3,5 мг/л

1–5

4.10. Полифосфаты гид-

ролизующиеся

Колориметриче-

ский

0,2–7,0 мг/л

3,5 мг/л

(по РО

3–

)

5. Важнейшие органические загрязнители

5.1. Нефтепродукты

Бумажно-

хроматографиче-

ский, с экстрак-

цией

1–20 мг/л

0,3 (0,1) мг/л

250–1000

5.2. ПАВ анионоактив-

ные

Колориметриче-

ский, с экстрак-

цией

0,3–5,0 мг/л

0,5 мг/л

5.3. Фенолы

Колориметриче-

ский

0,001–1,0 мг/л

0,1 (0,001)

мг/л

500

В нормативных документах не оговорены условия применения поле-

вых методов, однако такими условиями для большинства методов опре-

деления могут быть приняты следующие:

 температура анализируемой воды,°С 15–25;

 температура воздуха, °С 5–30;

 относительная влажность воздуха и атмосферное давление – не ог-

раничены.

Ограничения по температуре воды и воздуха не распространяются

на условия отбора проб. Указанные ограничения могут быть легко устра-

нены путем подогрева проб перед анализом (сложнее пробы охладить в

условиях повышенной температуры). Вместе с тем, при выполнении ана-

лизов температура проб должна контролироваться, т.к. она является фак-

тором, способным повлиять на результат измерения концентрации и на-

рушить правильность измерений.

2.3. Особенности применения методов и

выполнения операций

Особенности выполнения анализа

органолептическими методами

При анализе визуальным, органолептическим и турбидиметрическим

методами (определение запаха, вкуса, цветности, мутности, концентра-

ции сульфат-анионов) выполняющий анализ должен уметь корректно

определять вкус, запах, цвет, степень мутности, используя собственные

вкусовые ощущения, обоняние и зрение.

Особенности выполнения анализа

колориметрическими методами

Колориметрическим (от английского colour – цвет) называется ме-

тод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного

изменения потоков видимого света при их прохождении через исследуе-

мый раствор и раствор сравнения. Определяемый компонент при помощи

химико-аналитической реакции переводится в окрашенное соединение,

после чего измеряется интенсивность окраски полученного раствора. При

измерении интенсивности окраски проб с помощью прибора фотоколо-

риметра метод называется фотоколориметрическим. Соответственно,

при измерении интенсивности окраски визуальным способом (например,

оценивая интенсивность окраски сравнительно с каким-либо образцом)

метод называется визуально-колориметрическим.

Основной закон колориметрии – закон Бугера–Ламберта–Бера (с ним

можно познакомиться подробнее в любом справочнике по колориметри-

ческим методам анализа или в элементарном курсе физики) записывается

следующим образом:

D 



где: D – оптическая плотность раствора;

и I – интенсивность светового потока, попадающего на раствор

) и прошедшего через раствор (I);





– коэффициент светопоглощения (величина, постоянная для дан-

ного окрашенного вещества), л  г-моль

–1

 см

–1

;

C – концентрация окрашенного вещества в растворе, г-моль/л;

l – толщина поглощающего свет слоя раствора (длина оптического

пути), см.

После обработки и добавления реагентов пробы приобретают окра-

ску. Интенсивность окраски является мерой концентрации анализируемо-

го вещества. При выполнении анализа визуально-колориметрическим

методом (pH, железо общее, фторид, нитрат, нитрит, аммоний, сумма

металлов) определение проводится в колориметрических пробирках с

меткой «5 мл» либо в склянках с меткой «10 мл».

Колориметрические пробирки представляют со-

бой обычные, широко используемые в лабораториях

пробирки из бесцветного стекла, имеющие внутрен-

ний диаметр (12,8±0,4) мм. Колориметрические про-

бирки могут иметь несколько меток («5 мл», «10

мл»), показывающих объем (и, следовательно, высо-

ту), до которого следует наполнить пробирку пробой,

чтобы обеспечить удобные и близкие условия для визуального колоримет-

рирования. Обычно колориметрические пробирки стараются подобрать оди-

наковой формы и диаметра, т.к. от последних зависит высота слоя окрашен-

ного раствора. Аналогично подбираются и склянки для колориметрирования

(обычно это аптекарские флаконы диаметром до 25 мм).

Наиболее точные результаты при анализе визуально-

колориметрическим методом достигаются, если сравнивать окраску про-

бы с окраской модельных эталонных растворов. Их приготавливают за-

ранее с помощью реактивов-стандартов по методикам, приведенным в

приложении 1. Следует иметь в виду, что возникающие в процессе коло-

риметрических реакций окраски обычно малоустойчивы, поэтому при

описании приготовления растворов приводят, при необходимости, и сро-

ки их хранения.

Для упрощения визуального колориметрирования при полевых ана-

лизах окраску раствора-пробы можно сравнивать не с эталонными рас-

творами, а с нарисованной контрольной шкалой, на которой образцы

воспроизводят окраску (цвет и интенсивность) модельных эталонных

растворов, приготовленных с соблюдением заданных значений концен-

трации целевого компонента. Контрольные шкалы, применяемые при

визуальном колориметрировании в составе некоторых тест-комплектов,

приведены на цветной вкладке.

За результат анализа при визуальном колориметрировании принимают

то значение концентрации компонента, которое имеет ближайший по окра-

ске образец контрольной шкалы либо модельного эталонного раствора. Ре-

зультат анализа представляют в виде:

«близко

значение концентрации по шкале

мг/л».

В случаях, когда окраска раствора-пробы в колориметрической пробир-

ке окажется имеющей промежуточную интенсивность между какими-либо

образцами на контрольной шкале, результат анализа записывают в виде:

«от _______ до _______ мг/л».

Если окраска раствора-пробы в колориметрической пробирке окажется

интенсивнее крайнего образца на шкале с максимальной концентрацией,

проводят разбавление пробы. После повторного колориметрирования вводят

поправочный коэффициент для учета степени разбавления пробы. Результат

анализа в этом случае записывают в виде:

«более

значение максимальной концентрации по шкале

мг/л».

Рис. 1. Фотоэлектроколориметры:

а) лабораторный, марки МКФМ-02;

б) полевой, марки SMART (LaMotte Co., USA).

Окрашенные пробы, полученные при выполнении анализов, можно ко-

лориметрировать также с помощью фотоэлектроколориметров (рис. 1). При

таком способе определяют оптическую плотность растворов-проб в стеклян-

ных кюветах с длиной оптического пути 1–2 см из комплекта фотоэлектро-

колориметра (можно использовать и кюветы с большей длиной оптического

пути, однако в этом случае следует проводить анализ с увеличенным в 2–3

раза объемом пробы). Приборное колориметрирование позволяет сущест-

венно повысить точность анализа, однако требует большей тщательности и

квалификации в работе, предварительного построения градуировочной ха-

рактеристики (желательно не менее 3 построений). При этом измеряют зна-

чения оптической плотности модельных эталонных растворов (см. приложе-

ние 1). При анализах полевыми методами в экспедиционных условиях удоб-

но фотометрировать пробы с помощью полевых колориметров. В частности,

для таких целей ЗАО «Крисмас+» поставляет колориметры различных

типов, имеющие набор съемных светофильтров в широком диапазоне

длин волн видимого света. Значения основных параметров в случае при-

борного колориметрирования приведены в тексте описания выполнения

определений.

Особенности выполнения анализа

титриметрическим методом

Титриметрический метод анализа основан на количественном опре-

делении объема раствора одного или двух веществ, вступающих между

собой в реакцию, причем концентрация одного из них должна быть точно

известна. Раствор, концентрация вещества в котором точно известна, на-

зывается титрантом, или титрованным раствором. При анализе чаще все-

го стандартный раствор помещают в измерительный сосуд и осторожно,

малыми порциями, дозируют его, приливая к исследуемому раствору до

тех пор, пока не будет установлено окончание реакции. Эта операция

называется титрованием. В момент окончания реакции происходит сте-

хиометрическое взаимодействие титранта с анализируемым веществом и

достигается точка эквивалентности. В точке эквивалентности затрачен-

ное на титрование количество (моль) титранта точно равно и химически

эквивалентно количеству (моль) определяемого компонента. Точку экви-

валентности обычно определяют, вводя в раствор подходящий индикатор

и наблюдая за изменением окраски.

При выполнении анализа титриметрическим методом (карбонат,

гидрокарбонат, хлорид, кальций, общая жесткость) определение проводят

в склянках или пробирках вместимостью 15–20 мл, имеющих метку

10 мл. В процессе титрования раствор перемешивают стеклянной палоч-

кой либо встряхиванием.

При анализе маломинерализованных вод целе-

сообразно применять титрованные растворы с по-

ниженной концентраций (0,02–0,03 моль/л), которые

могут быть получены соответствующим разбавлени-

ем более концентрированных титрованных раство-

ров дистиллированной водой.

Для удобства работы с пробирками их можно устанавливать в отвер-

стия мутномера (рис. 2) либо располагать в штативах.

Рис. 2. Мутномер с мутно-

мерными пробирками:

а) общий вид, б) в разрезе

1 – мутномерная пробирка;

2 – ограничительное кольцо;

3 – корпус мутномера; 4 –

черная точка; 5 – экран мут-

номера.

Требуемые объемы растворов при титровании отмеряют с помощью

бюреток, мерных пипеток или более простых дозирующих устройств:

шприцев, калиброванных капельниц и др. Наиболее удобны для титрова-

ния бюретки с краном.

Рис. 3. Средства дозировки растворов:

а – бюретка с краном, б – мерная пипетка, в – шприц-дозатор, г – пипетка-

капельница простая, д – капельница-флакон.

Для удобства заполнения мерных пипеток растворами и титрования

их герметично соединяют с резиновой грушей, используя соединитель-

ную резиновую трубку. Запрещается заполнение пипеток растворами

путем их всасывания ртом! Еще удобнее работать с мерными пипетка-

ми, устанавливая их в штативе вместе с медицинским шприцем, герме-

тично соединенным с пипеткой гибкой трубкой (резиновой, силиконовой

и т.п.) (рис. 4).

Рис. 4. Установки для титрования в штативах:

а – мерная пипетка; б – бюретка с краном.

Следует иметь в виду, что измерение объема рас-

твора в бюретках, мерных пробирках, мерных колбах

проводится по нижнему краю мениска жидкости (в слу-

чае водных растворов он всегда вогнут). При этом глаз

наблюдателя должен быть на уровне метки. Нельзя

выдувать последнюю каплю раствора из пипетки или

бюретки. Необходимо знать также, что вся мерная стек-

лянная посуда калибруется и градуируется при темпера-

туре 20°С, поэтому, для получения точных результатов

измерения объемов, температура растворов должна быть

близка к комнатной при использовании пипеток, бюре-

ток и капельниц. При использовании мерных колб тем-

пература раствора должна быть, по возможности, близка

к 20°С, т.к. значительная вместимость мерной колбы

приводит к заметной ошибке в измерении объема (за счет теплового рас-

ширения или сжатия раствора) при отклонениях температуры от 20°С

более чем на 2–3°С.

2.4. О способах выражения концентраций

веществ в растворах

В технологии выполнения химических анализов необходимым эле-

ментом является приготовление растворов химических веществ. В хими-

ческом анализе используются различные растворенные вещества (реаген-

ты, буферные смеси, фиксирующие агенты, консерванты и т.п.) и раство-

рители (вода, этанол и водно-спиртовые смеси, органические экстраген-

ты). В учебных пособиях, руководствах для химиков-аналитиков, норма-

тивных документах (ГОСТах, РД, МУ) и справочной литературе можно

встретить различные способы выражения концентраций. Ниже мы оста-

новимся на некоторых из них, наиболее часто встречающихся, но сначала

приведем краткую информацию по основополагающим единицам изме-

рений, применяющихся при описании различных способов выражения

концентраций химических веществ в растворах



Масса вещества обозначается как m(X) (где X – химический символ

вещества) и обычно измеряется в граммах или миллиграммах.

За единицу количества вещества n(X) принят моль. Масса одного

моля вещества называется молярной массой вещества. Последняя обозна-

чается буквой «М» и обычно измеряется в г/моль. Например,

М(Cu) = 63,54 г/моль, М(Н

) = 98,08 г/моль.



В настоящее время способы выражения концентраций химических веществ в междуна-

родной системе единиц (СИ) приводятся в соответствии с ГОСТ 8.417-81.

Наряду с единицей количества вещества используется также едини-

ца количества вещества эквивалентов n[(1/z)Х], определяемая как про-

изведение числа эквивалентности z(X) на количество вещества n(X). При

этом под эквивалентом подразумевают реальную или условную частицу

вещества, которая в конкретной кислотно-основной реакции эквивалент-

на одному иону водорода, в окислительно-восстановительной реакции –

одному электрону. Соответственно, число эквивалентности z(Х) опреде-

ляется исходя из химической формулы вещества и типа химической ре-

акции:

 для кислот z(Х) равно числу катионов водорода, способных заме-

щаться катионами металлов. Например, z(НCl) = 1; z(Н

) = 2;

 для гидроксидов z(Х) равно числу гидроксигрупп OH

–

. Например,

z(NaOH) = 1; z(Al(OH)

) = 3;

 для солей z равно числу катионов водорода кислоты, замещенных ка-

тионами металла или аммония. Например, z(NaCl) = 1; z[Fe

(SO

)

] = 6.

Молярная масса эквивалента M[(1/z)X] есть отношение молярной

массы M(X) вещества к числу эквивалентности. Например, M(1/1HCl) =

36,46/1=36,46 г/моль; M[1/6Fe

(SO

)

] = 399,88/6 = 66,65 г/моль.

Понятие «молярная масса эквивалента» равноценно прежнему

«грамм-эквивалент», в современной литературе не используемому.

Молярная концентрация вещества (с) в моль/л – отношение коли-

чества растворенного вещества в молях (n) к объему раствора (V):

с 

Молярная концентрация численно равна количеству молей вещества,

содержащихся в 1 литре (1000 мл, 1 дм

) раствора.

Молярную концентрацию записывают следующим образом: с(НCl) =

3 моль/л; с(Н

) = 2 моль/л.

Пример. Приготовление 50 мл раствора поваренной соли с моляр-

ной концентрацией 0,1 моль/л (т.е. с(NaCl) = 0,1 моль/л).

Молярная масса NaCl составляет М(NaCl) = 58 г/моль. В 1000 мл рас-

твора с концентрацией с(NaCl)=0,1 моль/л должно содержаться n(NaCl) =

0,1 моль NaCl, или m(NaCl) = 5,8 г. В 50 мл раствора должно содержаться

х г NaCl, определяемое по формуле:

29,0

1000

508,5





x

г (290 мг)

Навеску в 0,29 г следует поместить в мерную колбу на 50 мл и до-

лить дистиллированную воду до метки. Содержимое колбы перемеши-

вать до полного растворения соли.

Молярная концентрация эквивалента



с[(1/z)Х] есть произведение

молярной концентрации с(Х) на число эквивалентности z данного веще-

ства, т.е. с[(1/z)Х] = с(Х)



z. Молярная концентрация эквивалента показы-

вает количество вещества эквивалентов, содержащееся в 1 л раствора.

Для многих используемых в химическом анализе растворов (KCl,

HCl, NaOH и др.) молярная концентрация эквивалентов веществ совпада-

ет с их молярной концентрацией.

Размерность молярной концентрации эквивалентов вещества записы-

вается в виде «моль/л экв.» («ммоль/л экв.»).

Пример. Приготовление 50 мл раствора сульфата алюминия c мо-

лярной концентрацией эквивалента 1 моль/л (т.е. c[(1/z)Al

(SO

)

] =

1 моль/л экв.).

Для сульфата алюминия число эквивалентности z[Al

(SO

)

] равно 6.

c[Al

(SO

)

] = 1/6 = 0, 167 моль/л.

М[Al

(SO

)

] = 342 г/моль (27  2 + 32  3 + 16  12 = 342); следова-

тельно, m[Al

(SO

)

] = 342  0,167 = 57 г.

Составляем пропорцию: 57 г Al

(SO

)

должно содержаться в 1000 мл

раствора, х г – в 50 мл раствора:

85,2

1000

5057





x

Следовательно, необходимо отвесить на весах 2,85 г Al

, помес-

тить эту навеску в мерную колбу на 50 мл и долить дистиллированную

воду до метки. Содержимое колбы перемешивать до полного растворения

соли.

Массовая доля (массовый процент, процентная концентрация) (



) в % –

отношение массы растворенного вещества (m

) к общей массе раствора,

т.е. сумме масс растворенного вещества и растворителя (m

100





рв



Для относительно некрепких растворов, имеющих значение плотно-

сти, близкое 1 г/см

, часто пользуются такой разновидностью массовой

доли, как массовая концентрация, измеряемая в мг/л (г/л, г/дм

т.п.).

Пример. Приготовление 50 г раствора соли с массовой долей 5%

(5%-ного раствора).

В 100 г раствора содержится 5 г соли, в 50 г раствора содержится –

х г соли.



В опубликованной ранее литературе по химическому анализу и методиках выполнения

измерений для выражения данного вида концентрации встречаются также имеющие те же

числовые значения единицы нормальность, эквивалентная концентрация, нормальная

концентрация (н., N), применявшиеся до введения ГОСТа 8.417-81.