muravev_a_g_rukovodstvo_po_opredeleniyu_pokazatelei_kachestv

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 раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо-розовой (практически бесцветной), и определите объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину (VФ, мл).

Раствор после титрования карбонат-аниона оставьте для дальнейшего определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.

Б. Титрование гидрокарбонат-аниона

4. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируемую воду либо используйте раствор после определения 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 количество индикатора.

101

6. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в оранжевую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу (VМО, мл). При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование 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, израсходованныыми на титрование по фенолфталеину (VФ) и метилоранжу (VМО), 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	Вклад ионных форм в потребление
			кислоты
VФ и VМО
	–	)	2–	)	–	)
	VOH (ОН		VК (СО3		VГК (НСО3
VФ=0	0		0		VМО
2VФ<VМО	0		2VФ		VМО–2VФ
2VФ=VМО	0		VМО		0
2VФ>VМО	2VФ–VМО		2(VМО–VФ)		0
VФ=VМО	VМО		0		0

Примерный порядок использования табл. 9. Выполните действия и ответьте на следующие вопросы.

1.Имеет ли раствор нулевую свободную щелочность? (Т.е. при добавлении фенолфталеина раствор не приобретает окраски или слегка розовеет.) Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидрокарбонатов – см. графу 1 табл. 9.

2.Является ли потребление кислоты при титровании по фенолфталеину равным общему потреблению кислоты при титровании? Если да,

102

то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидроксиланионов – 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 присутствующих ионных форм в потребление кислоты.

Пример расчета. В первой пробе объемом 10 мл определили количество раствора кислоты, израсходованное на титрование по фенолфталеину: VФ = 0,1 мл. Во второй пробе определили количество кислоты, израсходованное на титрование по метилоранжу: VМО = 0,25 мл. Сопоставляем величины 2 VФ и VМО: 2 VФ<VМО. Следовательно, в пробе присутствуют и карбонат-, и гидрокарбонат-анионы, причем потребление кислоты карбонатами составляет VК = 2 VФ = 0,20 мл, а гидрокарбонатами –

VГК = VМО–2VФ = 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 гидрокарбонатанионов

7.Определите по табл. 9 вклад различных ионных форм в потребление кислоты при титровании (VK, VГК).

8.Рассчитайте массовую концентрацию карбонат-аниона (СК) в мг/л

по формуле:

СК = VК 300.

Полученный результат округлите до целых чисел.

9.Рассчитайте массовую концентрацию гидрокарбонат-аниона (СГК)

вмг/л по формуле:

СГК = VГК 305.

Полученный результат округлите до целых чисел.

E. Расчет карбонатной жесткости

Определите карбонатную жесткость (ЖК) в ммоль/л экв. по формуле:

ЖК = СК 0,0333+СГК 0,0164.

F. Расчет щелочности

Значение свободной щелочности (ЩСВ) в ммоль/л экв. рассчитайте по формуле:

ЩСВ = VФ 5.

103

Значение общей щелочности (ЩО) в ммоль/л экв. рассчитайте по уравнению:

ЩО=VМО 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 присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов – природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

2SO2+O2=2SO3 , SO3+H2O=H2SO4 .

Наличие сульфатов в промышленных сточных водах обычно обусловлено технологическими процессами, протекающими с использованием серной кислоты (производство минеральных удобрений, производства химических веществ). Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического 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 кальциевых (в осадок выпадает СаSO4).

Метод определения массовой концентрации сульфат-аниона основан на реакции сульфат-анионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария по реакции:

Ba2+SO42–=BaSO4

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 приспособление, которое может быть изготовлено и самостоятельно.

104

ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Оборудование и реактивы

Мутномер (см. рис. 2 на стр. 26), пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой 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. Работа проводится при рассеянном, но достаточно сильном (200–500 Лк) дневном (искусственном, комбинированном) освещении экрана мутномера.

В каждое отверстие мутномера вставляют мутномерную пробирку с надетым на нее резиновым кольцом в положении, фиксирующем пробирку таким образом, чтобы нижняя ее часть была выдвинута в вырез мутномера 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 пробирки с рисунком на дне. В одну из пробирок налейте анализируемую воду до высоты 100 мм (20–30 мл).

2. Добавьте к содержимому пробирки пипетками 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-

105

пензию во вторую (пустую) пробирку до тех пор, пока в первой пробирке не появится изображение рисунка на дне . Измерьте высоту столба суспензии в первой пробирке (h1, мм). Наблюдение проводите, как показано на рисунке (направляя свет на вращающийся экран мутномера, 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 (h2, мм).

8. Рассчитайте среднее арифметическое измерений высоты столба суспензии (h) по формуле:

h h1 h2

2

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

Определение концентрации сульфат-аниона

Высота столба	Массовая концентра-	Высота столба сус-	Массовая концентра-
суспензии (h),	ция сульфат-аниона,	пензии (h), мм	ция сульфат-аниона,
мм	мг/л		мг/л
100	33	65	50
95	35	60	53
90	38	55	56
85	40	50	59
80	42	45	64
75	45	40	72
70	47	–	–

6.3.3. Хлориды

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных 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 питьевой 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 повторяют при разбавлении анализируемой воды в 4 раза, в 8 раз и т.д., увеличивая степень разбавления каждый раз вдвое.

106

Большие количества хлоридов могут образовываться в промышленных процессах концентрирования растворов, ионного обмена, высоливания и т.д., образуя сточные воды с высоким содержанием хлорид-аниона.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсического воздействия на человека, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв.

Предлагаемый метод определения массовой концентрации хлориданиона 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 химической реакции записывается следующим образом:

Ag++Cl–=AgCl

В качестве индикатора используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оран- жево-бурого осадка хромата серебра по уравнению:

Ag++CrO4–=Ag2CrO4

Оранжево-бурый

Данный метод получил название метода аргентометрического титрования. Титрование можно выполнять в пределах рН 5,0–8,0.

Массовую концентрацию хлорид-аниона (СХЛ) в мг/л вычисляют по уравнению:

СХЛ VХЛ Н 35,5 1000 ,

VА

где: VХЛ – объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование, мл; Н – концентрация титрованного раствора нитрата серебра с уче-

том поправочного коэффициента, моль/л экв.; VA – 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.

107

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 встряхните, чтобы перемешать содержимое.

4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски. Определите объем раствора, израсходованный на титрование (VХЛ, мл).

5. Рассчитайте массовую концентрацию хлорид-аниона (СХЛ, мг/л)

по формуле:

СХЛ =VХЛ 178

Результат округлите до целых чисел.

6.3.4. Сухой остаток

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105–110°С. Сухой остаток определяют гравиметрическим и расчетным методами. Перед определением сухого остатка пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ.

Гравиметрический (весовой) метод основан на определении веса высушенного остатка, полученного после выпаривания пробы. При гравиметрическом определении сухого остатка сначала проводят выпаривание основной массы пробы, которая может составлять 250–500 мл. Далее оставшуюся часть пробы высушивают во взвешенной, доведенной до постоянной массы чашке (стакане, тигле) в сушильном шкафу в стандартных 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 кристаллизационная вода солей – кристаллогидратов. На втором этапе высушивание 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

108

некоторые соли – например, гидрокарбонаты до карбонатов и далее до оксидов (частично или полностью). Величину сухого остатка определяют по разности масс остатка пробы до и после высушивания, причем иногда выполняют промежуточное взвешивание – после высушивания при температуре 103–105°С. Взвешивание выполняют на аналитических 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. Высушивание при температуре 178–182°С применяется специалистами при детальном исследовании природных или сточных вод.

Величину сухого остатка можно также оценить расчетным методом. При этом надо суммировать полученные в результате анализов концентрации 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 массовых концентраций анионов (карбоната, гидрокарбоната, хлорида, сульфата) и катионов (кальция и магния, а также определяемых расчетным методом натрия и калия).

Величина сухого остатка для поверхностных вод водоемов хозяйст- венно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должна превышать 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, сушильный шкаф с термометром (103–105°С), фарфоровая чашечка (стакан) на 300 мл, щипцы.

Выполнение анализа

1. Подготовьте предварительно (можно это сделать накануне эксперимента) чистую фарфоровую чашечку или стакан:

высушите ее в сушильном шкафу при температуре 103–105°С не менее часа;

При «классическом» гравиметрическом определении сухого остатка при нагревании выпариваемой пробы протекает химическая реакция разложения гидрокарбонат-аниона:

2НСО3–=СО2 +СО32–+Н2О.

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

109

с помощью щипцов достаньте чашечку из сушильного шкафа, дайте ей остыть до комнатной температуры (2–3 часа).

2.Определите массу пустой чашечки (М1) в г, взвесив ее на аналитических весах с точностью до ± 0,0001 г.

Манипуляции с чашечкой выполняйте с помощью щипцов! Не прикасайтесь руками к чашечке, т.к. это может вызвать изменение массы (внести ошибки) при последующем взвешивании.

3. Мерным стаканом поместите в чашечку 100 мл анализируемой воды.

4. Поместите чашечку в сушильный шкаф при температуре 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 (М2) в г, взвесив ее на аналитических весах с точностью до ± 0,0001 г.

7. Рассчитайте величину сухого остатка (МСО) в мг/л по уравнению:

МСО М 2 М1 106 ,

V

где: М2 и М1 – вес чашки с остатком после высушивания и пустой чашки соответственно, г;

V – объем воды, взятой для анализа, мл;

106 – 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%).

МСО=0,5 СГК+СК+СС+СХЛ+СКА+СМГ+СКНА.

Полученный результат округлите до целых чисел.

О расчете величины сухого остатка (общего солесодержания) в ммоль-эквивалентной форме см. п. 6.3.7.

110