Определение ионов аммония и аммиака

Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию ионов аммония в воде.

NH₄⁺ + 2K₂HgI₄ + 2KOH → NH₂Hg₂I₃↓ + 5KI + 2H₂O +K⁺.

Так как ионы кальция и магния при взаимодействии с реактивом Несслера могут выпасть в осадок, их связывают раствором виннокислого натрия–калия (сегнетовой солью). Диапазон определяемых концентраций ионов аммония – 0,05–4 мг/л. Реакция с реактивом Несслера обладает высокой чувствительностью, и это позволяет обнаружить незначительное количество ионов аммония (до 0,05 мг/л). Если анализ пробы ведется не сразу после отбора, то ее консервируют прибавлением 1 мл концентрированной серной кислоты или 2–4 мл хлороформа на 1 л пробы. Как правило, в чистых природных водах содержится 0,01–0,1 мг/л аммонийных солей.

Предельно-допустимая концентрация ионов аммония и аммиака в воде водоемов составляет 2,6 мг/л в виде иона NH₄⁺ (2 мг/л по азоту), лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический.

Реактивы. Безаммиачная вода: следы аммиа­ка устранить фильтрованием дистиллированной воды через катионит в Н⁺ форме или активированный уголь. Проверить на наличие аммиака реактивом Несслера. Для приготовления реактивов и разбавления пробы применить безаммиачную воду. Реактив Несслера. Тартрат калия-натрия, 50 %-й раствор. В безаммиачной воде растворить 50 г КNаС₄Н₄O₆∙4Н₂O при нагревании, довести объем до 100 мл и отфильтровать. Прибавить 6 мл реактива Несслера. После осветления и про­верки на полноту осаждения аммиака реактив готов к упо­треблению.

Стандартные растворы хлорида аммония. Основной раствор: хлорид аммония высушить до постоянного веса при 100–105 °С, растворить 2,965 г этой соли в дистиллиро­ванной безаммиачной воде в мерной колбе вместимостью 1 л, довести объем до метки этой же водой, добавить 2 мл хло­роформа. Содержание ионов аммония 1 мг/мл. Рабочий раствор: разбавить 5 мл основного раствора в мерной колбе вместимостью 100 мл безаммиачной водой и довести до метки. Со­держание ионов аммония – 0,05 мг/мл. Применить раствор свежеприго­товленным.

Ход анализа. Качественное определение с приближенной количественной оценкой. В пробирку диаметром 13–14 мм налить 10 мл исследуемой во­ды, прибавить 0,2–0,3 мл тартрата калия-натрия и 0,2 мл реактива Несслера. Через 10–15 мин провести приближенное определение по табл. 2.5.

Таблица 2.5

Ориентировочное содержание ионов аммония и аммиака

Окрашивание при рассматривании		Аммиак и ионы аммония
сбоку	сверху	мгN/л	мгNH4^+/л
Нет	Нет	< 0,04	< 0,05
Нет	Чрезвычайно слабое желтоватое	0,08	0,1
Чрезвычайно слабое желтоватое	Слабо-желтоватое	0,2	0,3
Очень слабое желтоватое	Желтоватое	0,4	0,5
Слабо-желтоватое	Светло-желтое	0,8	1,0
Светло-желтое	Желтое	2,0	2,5
Желтое	Буровато-желтое	4,0	5,0
Мутноватое, резко-желтое	Бурое, раствор мутный	8,0	10,0
Интенсивно-бурое, раствор мутный	Бурое, раствор мутный	Более 10,0	Более 10,0

Количественное определение. Объем исследуемой воды взять, исходя из приближенной количественной оценки. Оптимальная концентрация для колориметрирования в определяемом объеме находится в пределах до 0,15 мг иона аммония. В соответствии с этим и следует подобрать необходимый объем. Довести, где это необходимо, до 50 мл безаммиачной водой.

В колбу помесить 50 мл исследуемой или разбавленной пробы, прилить 1 мл 50 %-го тартрата калия-натрия и 1 мл реактива Несслера, перемешать. Через 10 мин фотоколориметрировать в кюветах с толщиной оптического слоя 2–5 см, в зависимости от концентрации аммиака, с фиолетовым светофильтром ( 425 нм) по отношению к безаммиачной воде, в которую добавлены соответствующие реактивы. Окраска устойчива 1 ч.

Содержание ионов аммония находят по калибровочному графику или визуально, сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных растворов, приготовленных одновременно.

Построение калибровочного графика. В ряд мерных колб вместимостью 50 мл внести 0–0,1–0,2–0,5–1–1,5–2–3 мл рабочего стан­дартного раствора, что соответствует содержанию ионов аммония 0–0,005–0,01–0,025–0,05–0,075–0,10–0,15 мг. Довести до метки безам­миачной водой и прибавить реактивы, как при ана­лизе пробы. Фотометрировать через 10 мин после прибавления реактива Несслера. Калибровочный график построить в коорди­натах оптическая плотность – содержание ионов аммония (мг).

Концентрацию ионов аммония рассчитывают по формуле:

Х = ,

где Х – содержание ионов аммония, мг/л; А – содержание ионов аммония, найденное по калибровоч­ному графику или шкале стандартных растворов, мг; V – объ­ем пробы, взятой для анализа, мл.

Для выражения результатов в форме аммонийного азота (мг N/л) полученную величину Х умножить на ко­эффициент 0,77. Для санитарного контроля за качеством воды обязательно указать форму выражения результатов (мгN/л или мг NН⁺₄/л).

Расчет содержания ионов аммония и свободного аммиака. Соотношение концентраций свободного аммиака и ионов аммония зависит от концентрации ионов водорода, поэтому по найденному общему содержанию можно рассчитать концентрации свободного аммиака и ионов аммония, если известна величина рН воды.

Определить общую концентрацию ионов аммония, полученный результат разделить на эквивалент ионов аммония (18,04) и найти общее содержание (ммоль/л). По табл. 2.6, зная pH и температуру воды, найти относительное содержание свободного аммиака в процентах. Вычитая его из 100 % (суммарное содержание), получить относительное содержание ионов аммония. Зная общее содержание (ммоль/л) и процентное соотношение, вычислить количество каждого вещества (ммоль/л), а умножая соответственно на 17,03 и 18,04, рассчитать концентрации свободного аммиака и ионов аммония (мг/л).

Таблица 2.6

Относительное содержание свободного аммиака в воде

при различных значениях pH и температуры, %

рН T °C	6,0	7,0	7,5	8,0	8,2	8,4	8,6	8,8
25 15 5	0,05 0,03 0,01	0,53 0.26 0,12	1,70 0.80 0,37	5,1 2,5 1,2	7,8 3,9 1,8	11,9 6,1 2,9	17,6 9,2 4,5	25,3 14,0 6,9
рН T °C	9,0	9,2	9,4	9,6	9,8	10,0	10,5	11,0
25 15 5	34,8 20,5 10,5	46,0 29,0 15,7	57,5 39,2 22,8	68,1 50,6 31,9	77,4 61,7 42,5	84,5 72,0 54,1	94,4 86,9 78,7	98,2 96,3 92,2

Табл. 2.6 составлена для растворов с ионной силой 0,025, т. е. с общим содержанием солей приблизительно 1 г/л. Колебания в ионной силе сравнительно мало отражаются на относительном содержании свободного аммиака. Влияние температуры весьма значительно, особенно при средних значениях рН.

Лабораторная работа № 5