1.4.3. Метод хімічного споживання кисню

Метод хімічного споживання кисню ґрунтується на визначенні показника, що характеризує сумарний вміст у воді органічних речовин за кількістю витраченого на окиснення хімічно зв'язаного кисню. Цей показник називається хімічним споживанням кисню (ХСК). Як інтегральний (сумарний) показник, ХСК нині вважається одним з найбільш інформативних показників антропогенного забруднення вод [13, с.57]. Цей показник, у тому чи іншому варіанті, обов’язково використовується при контролі якості природних вод, дослідженні якості стічних вод. Результати визначення окиснюваності виражаються масою спожитого кисню (мг) у воді об’ємом 1 дм³ (мг/ дм³) [15, с.50].

Однак не всі органічні речовини в однаковому ступені приймають участь в реакції хімічного окиснення. Так само, як і при біохімічному окисненні, при хімічному окисненні можна виділити групи легко, нормально і важко окиснюваних органічних речовин. Тому завжди існує різниця між теоретично можливим і практично визначеним значенням ХСК [15, с.60].

Теоретичним значенням ХСК (ХСК_теор) називають масу кисню (або окиснювача в перерахунку на кисень) (мг/дм³), необхідну для повного окиснення атомів елементів здатних до окиснення у складі органічної сполуки  [16, с.112]. При такому окисненні карбон теоретично кількісно окиснюється до CO₂, а сульфур і фосфор (якщо вони присутні в сполуці) – до SO₃ і P₂O₅. Нітроген перетворюється на амонійну сіль; Оксиген, який входив до складу органічних молекул, є «будівельним матеріалом» для утворення продуктів окиснення, а гідроген переходить в   структуру  H₂O або  в  амонійні   солі   [17, с.24]. Наприклад, при окиснюванні ціанідної кислоти відбувається реакція:

2HCN + 2H₂O + O₂ = 2NH₃ + 2CO₂        (1.9)

Значення ХСК близькі до ХСК_теор, але завжди відхиляються в той чи інший бік. При наявності важко окиснюваних органічних речовин їх окиснення за час реакції проходить неповністю, і це призводить до заниження результату. У той же час, за наявності в пробі неорганічних відновників, які також споживають кисень на власне окиснення, результат виходить завищений. Спільна дія обох факторів і викликає відхилення реального ХСК від ХСК_теор [15, с.121].

Таким чином, ХСК характеризує загальну кількість у воді відновників (органічних і неорганічних), що реагують із сильними окиснювачами. В якості таких окиснювачів зазвичай використовують біхромат- і перманганат-аніони, і, відповідно, основні методи визначення ХСК називають біхроматним і перманганатним методами аналізу.

Слід зазначити, що результати визначення окиснюваності однієї і тієї ж води за допомогою різних окиснювачів зазвичай неоднозначні із-за неоднакового ступеня окиснення речовин, які присутні у воді. Результати залежать також від властивостей окиснювача, його концентрації, температури, рН, тривалості окиснення, тощо [18, с.95]. Одержані результати можна порівнянювати тільки в тому випадку, коли точно дотримані всі умови проведення аналізу.

Біхроматне окиснення дозволяє отримати значення ХСК, найбільш наближене до ХСК_теор, тобто найбільш повне окиснення досягається калій біхроматом. Тому визначення біхроматного окиснення є основним методом визначення ХСК. В умовах цього методу більшість органічних сполук окиснюються на 95% і більше, однак окиснюються не всі сполуки (толуен, бензен, піридин, парафін практично не окиснюються). Каталізатором окиснення є аргентум сульфат, який додається в аналітичну рецептуру для прискорення реакції і підвищення повноти окиснення органічних речовин. Надлишок калій біхромату відтитровують розчином солі Мора. Реакцію проводять в жорстких умовах: додається розчин сульфатної  кислоти (w = 50%) при кип’ятінні.

Вміст    неорганічних   відновників   у    пробі      визначають        окремоспеціальними методами  і  вираховують  із  ХСК  проби  [16, с.59].   Біхромат-аніон  при  цьому  відновлюється   згідно  з  рівнянням: Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6ē = 2Cr³⁺ + 17H₂O;               (1.10)

За таких умов результат складає 95‑98%    від    ХСК_теор.  Значення  ХСК_теор  (мг/дм³) для різних сполук наведено в таблиці 1.3 [15, с.128].

Таблиця 1.3