gidrochim_metodika
.pdfБЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра общего землеведения
Региональная лимнология. Учебный практикум по химическому анализу поверхностных вод
Для студентов географического факультета
Автор-составитель
Зинаида Константиновна Карташевич
Минск
2006
УДК 551.481.543.31:543.38
ББК
Рекомендовано Ученым советом географического факультета
00 00000 2006 г., протокол №
Автор-составитель:
З.К. Карташевич
Рецензенты: доктор географических наук
О.Ф. Якушко
кандидат химических наук
О.В. Божко
Региональная лимнология. Учебный практикум по химическому анализу поверхностных вод: Учеб.-метод. пособие для студентов географического фак. Авт.-сост.: З.К. Карташевич. – Мн.: БГУ, 2005, - 45 с.
В учебном пособии приводятся основные методы гидрохимического анализа поверхностных вод суши. Приведенные методы допущены к применению в деятельности лабораторий экологического контроля Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь.
Практикум предназначен для студентов лимнологов, гидрологических и метеорологических специальностей географического факультета.
УДК 551.481.543.31:543.38
ББК
БГУ, 2006
2
СОДЕРЖАНИЕ
Определение растворенного кислорода методом Винклера………………4 |
|
Определение БПК5………………………………………………...................9 |
|
Определение цветности методом сравнения с искусственными |
|
стандартами.................................................................................................. |
10 |
Потенциометрический метод определения концентрации ионов водорода |
|
(водородный показатель рН)………...........................................................11 |
|
Определение гидрокарбонатного иона....................................................... |
13 |
Турбидиметрическое определение сульфатов............................................ |
15 |
Аргентометрическое определение хлоридов.............................................. |
17 |
Комплексонометрическое определение жесткости с хромогеном…........19 |
|
Комплексонометрическое определение ионов кальция…….….………...21 |
|
Комплексонометрическое определение магния..................................…...23 |
|
Определение К+ и Na+ методом фотометрии пламени……………………23 |
|
Фотометрическое определение фосфатов.................................................. |
27 |
Определение общего фосфора методом сожжения с персульфатом…....29 |
|
Определение ионов аммония с реактивом Несслера................................. |
31 |
Определение аммония методом диффузии................................................ |
33 |
Фотометрический метод определения нитритов с реактивом Грисса…..34 |
|
Потенциометрическсое определение нитрат-ионов................................... |
38 |
Определение перманганатной окисляемости в кислой среде................... |
41 |
Бихроматная окисляемость (химическое потребление кислорода).......... |
43 |
Литература................................................................................................... |
46 |
3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА МЕТОДОМ ВИНКЛЕРА
Кислород находится в природной воде в виде растворенных молекул. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрация кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе таковых, обогащающих воду кислородом, относятся процессы абсорбции кислорода из атмосферы и выделение его в воду в результате фотосинтеза. Снижение содержания кислорода связано с потреблением его на окисление органических веществ, биологические (дыхание организмов), биохимические (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органического вещества) и химические (окисление закисных форм металлов, сероводорода и др.). Кроме того, снижение концентрации наблюдается при его перенасыщении вследствие диффузии в атмосферу.
Назначение метода: предназначен для анализа неокрашенных или слабоокрашенных вод с содержанием кислорода выше 0,05 мг/л.
Принцип метода: Метод основан на взаимодействии в щелочной среде гидроокиси марганца с растворенным в воде кислородом. Гидроокись марганца, количественно связывая растворенный в воде кислород, переходит в нерастворимое соединение четырехвалентного марганца коричневого цвета. При подкислении раствора в присутствии избытка калия иодида образуется иод, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и определяется титрованием раствором тиосульфата натрия:
Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2↓ (осадок белый) 2Mn(OH)2 + O2 → 2MnO(OH)2↓ (осадок коричневый)
MnO(OH)2 + 4H+ + 3I- → Mn2+ + I3- + 3H2O
I3- + 2S2O3 → 3I- + S4O62-
Характеристика метода: минимальная определяемая концентрация 0,05 мгО2/л. Относительное стандартное отклонение U при концентрациях 7-10 мг/л составляет 0,3% (п=20). Продолжительность определения одной пробы с учетом ее отстаивания 40 мин, серии из 6 проб – 1,5 часа.
4
Мешающие влияния: определению кислорода могут мешать органические и взвешенные вещества, нитриты, железо и другие окислители и восстановители. Для устранения взвешенных и окрашенных веществ перед фиксацией пробы необходимо добавить 10 мл 10 % раствора алюмокалиевых квасцов и 2 мл концентрированного раствора аммиака.
Ход определения: пробу воды для определения растворенного кислорода отбирают батометром, к крану которого прикреплена резиновая трубка длиной 20-25 см. Фиксирование кислорода производят сразу после отбора пробы в лодке либо на льду.
Для этого кислородную склянку 2-3 раза ополаскивают и затем наполняют исследуемой водой. Резиновая трубка при этом должна касаться дна склянки. После заполнения склянки до горлышка ее наполнение продолжают до тех пор, пока не выльется приблизительно 100 мл воды, т.е. пока не вытеснится вода, соприкасающаяся с воздухом, находящимся в склянке. Трубку вынимают, не прекращая тока воды из батометра. Склянка должна быть заполнена водой до краев, и не иметь внутри на стенках пузырьков воздуха. Затем в склянку с пробой воды вводят 1 мл раствора марганца хлорида и 1 мл щелочного раствора калия иодида. При этом необходимо пользоваться отдельными пипетками. Пипетку погружают до половины склянки и по мере выливания раствора поднимают вверх. Затем быстро закрывают склянку стеклянной пробкой таким образом, чтобы в ней не осталось пузырьков воздуха, и содержимое склянки тщательно перемешивают.
Образовавшемуся осадку марганца гидроокиси дают отстояться не менее 10 мин. и не более суток. Затем приливают 4 мл H2SO4 2:3. Пипетку погружают до осадка и медленно поднимают вверх. Вытеснение из склянки раствором серной кислоты части прозрачной жидкости для анализа значения не имеет. Склянку закрывают пробкой, и содержимое тщательно перемешивают. Отбирают пипеткой 50 мл раствора (пипетку предварительно необходимо ополоснуть этим раствором) и переносят его в коническую колбу объемом 250 мл. Определение проводят титрованием 0,01 н раствора тиосульфата натрия до светло-желтой окраски. Затем прибавляют 1 мл свежеприготовленного раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.
Расчет:
O2 |
, мг |
л |
= |
8× N × n × |
1000 |
(1) |
V −1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
5
где N –нормальность тиосульфата натрия, г-экв/л; n – количество тиосульфата пошедшее на титрование, мл; V – объем пробы при титровании, мл.
Степень насыщения воды кислородом в процентах вычисляют по формуле:
O2 ,% = |
CΧ ×100 |
(2) |
|
CΒ |
|||
|
|
где Сх - концентрация кислорода, найденная в процессе анализа, мг/л; Св – нормальная концентрация кислорода для температуры, измеренной при отборе пробы, атмосферном давлении 760 мм рт.ст. и поправкой на минерализацию воды. Концентрацию кислорода (Св) определяют по таблице 1 («Растворимость кислорода при нормальном давлении в мг/л»).
Реактивы
1.Раствор марганца хлорида MnCI2, х.ч. 210 г MnCI2 4H2O растворяют в 500 мл дистиллированной воды. Вместо MnCI2 4H2O может быть использован MnSO4 4H2O в количестве 240 г, который готовят аналогичным способом.
2.Щелочной раствор калия иодида и натрия гидроокиси: 15 г KI растворяют в 20 мл дистиллированной воды, а 50 г NaOH, х.ч. или 70 г KOH, х.ч. – в 50 мл. Полученные растворы смешивают. Общий объем доводят до 100 мл. Щелочной раствор калия иодида следует хранить в склянке из темного стекла с резиновой пробкой в темном месте.
3.Раствор серной кислоты H2SO4, х.ч. (2:3). 200 мл концентрированной серной кислоты небольшими порциями добавляют к 300 мл дистиллированной воды
4.Раствор крахмала (C6H10O5)n, х.ч., 0,5 %. 0,5 г растворимого крахмала разбавляют в 100 мл холодной дистиллированной воды и нагревают до кипения. Раствор крахмала готовят ежедневно.
5.Раствор калия бихромата K2Cr2O7, х.ч. 0,01 н. Готовят из фиксанала 0,1 н, а затем соответствующим разбавлением 0,01 н раствор.
6.Раствор натрия тиосульфата Na2S2O3, х.ч. 0,1 н готовят из фиксанала и соответствующим разбавлением получают 0,01 н раствор.
Определение нормальности тиосульфата. В коническую колбу емко-
стью 250 мл наливают 35 мл дистиллированной воды, добавляют 1 г сухого KI, 15 мл K2Cr2O7 01 н и 2 мл H2SO4 (2:3). Титрование раствором тиосульфата начинают сразу после растворения KI, непрерывно помешивая, до появления слабо-желтой окраски. Затем добавляют 1 мл крахмала и
6
титруют до исчезновения голубой окраски (необходимо проведение трехкратного определения), расхождение не должно превышать 0,05 мл. Вычисляют нормальность тиосульфата по формуле:
N = N1 |
V1 |
(3) |
|
V2 |
|||
|
|
где N – нормальность раствора тиосульфата, г-экв/л; N1 – нормальность раствора K2Cr2O7; г-экв/л; V1 – объем раствора K2Cr2O7, взятого для определения нормальности, мл, V2 – объем раствора Na2S2O3, пошедшего на титрование, мл.
Растворимость кислорода при нормальном давлении в мг/л |
Таблица 1 |
||||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
|
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
|
0,0 |
14,62 |
1,0 |
14,19 |
|
2,0 |
13,84 |
3,0 |
13,48 |
|
0,1 |
14,58 |
1,1 |
14,15 |
|
2,1 |
13,80 |
3,1 |
13,44 |
|
0,2 |
14,54 |
1,2 |
14,15 |
|
2,2 |
13,76 |
3,2 |
13,40 |
|
0,3 |
14,50 |
1,3 |
14,11 |
|
2,3 |
13,72 |
3,3 |
13,36 |
|
0,4 |
14,46 |
1,4 |
14,07 |
|
2,4 |
13,68 |
3,4 |
13,32 |
|
0,5 |
14,42 |
1,5 |
14,03 |
|
2,5 |
13,64 |
3,5 |
13,28 |
|
0,6 |
14,38 |
1,6 |
13,99 |
|
2,6 |
13,60 |
3,6 |
13,25 |
|
0,7 |
14,34 |
1,7 |
13,95 |
|
2,7 |
13,57 |
3,7 |
13,22 |
|
0,8 |
14,30 |
1,8 |
13,91 |
|
2,8 |
13,54 |
3,8 |
13,19 |
|
0,9 |
14,26 |
1,9 |
13,87 |
|
2,9 |
13,51 |
3,9 |
13,16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,0 |
13,13 |
5,0 |
12,80 |
|
6,0 |
12,48 |
7,0 |
12,17 |
|
4,1 |
13,09 |
5,1 |
12,76 |
|
6,1 |
12,44 |
7,1 |
12,14 |
|
4,2 |
13,05 |
5,2 |
12,72 |
|
6,2 |
12,40 |
7,2 |
12,11 |
|
4,3 |
13,01 |
5,3 |
12,68 |
|
6,3 |
12,37 |
7,3 |
12,08 |
|
4,4 |
12,98 |
5,4 |
12,64 |
|
6,4 |
12,34 |
7,4 |
12,06 |
|
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
|
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
|
4,5 |
12,95 |
5,5 |
12,60 |
|
6,5 |
12,31 |
7,5 |
12,02 |
|
4,6 |
12,92 |
5,6 |
12,57 |
|
6,6 |
12,28 |
7,6 |
11,99 |
|
4,7 |
12,89 |
5,7 |
12,53 |
|
6,7 |
12,25 |
7,7 |
11,96 |
|
4,8 |
12,86 |
5,8 |
12,50 |
|
6,8 |
12,22 |
7,8 |
11,93 |
|
4,9 |
12,83 |
5,9 |
12,49 |
|
6,9 |
12,20 |
7,9 |
11,90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,0 |
11,87 |
9,0 |
11,59 |
|
10,0 |
11,33 |
11,0 |
11,08 |
|
8,1 |
11,84 |
9,1 |
11,56 |
|
10,1 |
11,30 |
11,1 |
11,06 |
|
8,2 |
11,81 |
9,2 |
11,53 |
|
10,2 |
11,27 |
11,2 |
11,02 |
|
8,3 |
11,78 |
9,3 |
11,50 |
|
10,3 |
11,24 |
11,3 |
10,99 |
|
8,4 |
11,76 |
9,4 |
11,47 |
|
10,4 |
11,21 |
11,4 |
10,96 |
|
8,5 |
11,72 |
9,5 |
11,45 |
|
10,5 |
11,19 |
11,5 |
10,93 |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
8,6 |
11,69 |
9,6 |
11,43 |
|
10,6 |
11,16 |
11,6 |
10,91 |
8,7 |
11,66 |
9,7 |
11,40 |
|
10,7 |
11,13 |
11,7 |
10,89 |
8,8 |
11,64 |
9,8 |
11,35 |
|
10,8 |
11,10 |
11,8 |
10,85 |
8,9 |
11,61 |
9,9 |
11,37 |
|
10,9 |
11,12 |
11,9 |
10,87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,0 |
10,83 |
13,0 |
10,60 |
|
14,0 |
10,37 |
15,0 |
10,15 |
12,1 |
10,80 |
13,1 |
10,57 |
|
14,1 |
10,35 |
15,1 |
10,13 |
12,2 |
10,77 |
13,2 |
10,54 |
|
14,2 |
10,32 |
15,2 |
10,10 |
12,3 |
10,74 |
13,3 |
10,51 |
|
14,3 |
10,29 |
15,3 |
10,08 |
12,4 |
10,72 |
13,4 |
10,49 |
|
14,4 |
10,27 |
15,4 |
10,06 |
12,5 |
10,70 |
13,5 |
10,47 |
|
14,5 |
10,25 |
15,5 |
10,04 |
12,6 |
10,68 |
13,6 |
10,45 |
|
14,6 |
10,23 |
15,6 |
10,02 |
12,7 |
10,66 |
13,7 |
10,43 |
|
14,7 |
10,21 |
15,7 |
10,00 |
12,8 |
10,64 |
13,8 |
10,41 |
|
14,8 |
10,19 |
15,8 |
9,98 |
12,9 |
10,62 |
13,9 |
10,39 |
|
14,9 |
10,17 |
15,9 |
9,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16,0 |
9,94 |
17,0 |
9,74 |
|
18,0 |
9,54 |
19,0 |
9,35 |
16,1 |
9,92 |
17,1 |
9,72 |
|
18,1 |
9,52 |
19,1 |
9,33 |
16,2 |
9,90 |
17,2 |
9,70 |
|
18,2 |
9,50 |
19,2 |
9,31 |
16,3 |
9,88 |
17,3 |
9,68 |
|
18,3 |
9,48 |
19,3 |
9,29 |
16,4 |
9,86 |
17,4 |
9,66 |
|
18,4 |
9,46 |
19,4 |
9,27 |
16,5 |
9,84 |
17,5 |
9,64 |
|
18,5 |
9,44 |
19,5 |
9,25 |
16,6 |
9,82 |
17,6 |
9,62 |
|
18,6 |
9,42 |
19,6 |
9,23 |
16,7 |
9,80 |
17,7 |
9,60 |
|
18,7 |
9,40 |
19,7 |
9,21 |
16,8 |
9,78 |
17,8 |
9,58 |
|
18,8 |
9,38 |
19,8 |
9,18 |
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
|
Т0С |
О2,мг/л |
Т0С |
О2,мг/л |
16,9 |
9,76 |
17,9 |
9,56 |
|
18,9 |
9,36 |
19,9 |
9,16 |
20,0 |
9,17 |
21,0 |
8,99 |
|
22,0 |
8,83 |
23,0 |
8,68 |
20,1 |
9,15 |
21,1 |
8,87 |
|
22,1 |
8,81 |
23,1 |
8,66 |
20,2 |
9,13 |
21,2 |
8,85 |
|
22,2 |
8,79 |
23,2 |
8,64 |
20,3 |
9,11 |
21,3 |
8,93 |
|
22,3 |
8,77 |
23,3 |
8,62 |
20,4 |
9,09 |
21,4 |
8,91 |
|
22,4 |
8,75 |
23,4 |
8,60 |
20,5 |
9,07 |
21,5 |
8,89 |
|
22,5 |
8,73 |
23,5 |
8,58 |
20,6 |
9,06 |
21,6 |
8,87 |
|
22,6 |
8,72 |
23,6 |
8,57 |
20,7 |
9,03 |
21,7 |
8,86 |
|
22,7 |
8,71 |
23,7 |
8,56 |
20,8 |
9,01 |
21,8 |
8,84 |
|
22,8 |
8,70 |
23,8 |
8,55 |
20,9 |
9,00 |
21,9 |
8,83 |
|
22,9 |
8,69 |
23,9 |
8,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24,0 |
8,53 |
25,0 |
8,38 |
|
26,0 |
8,22 |
27,0 |
8,07 |
24,1 |
8,51 |
25,1 |
8,36 |
|
26,1 |
8,20 |
27,1 |
8,05 |
24,2 |
8,49 |
25,2 |
8,34 |
|
26,2 |
8,18 |
27,2 |
8,03 |
24,3 |
8,47 |
25,3 |
8,32 |
|
26,3 |
8,16 |
27,3 |
8,01 |
24,4 |
8,45 |
25,4 |
8,30 |
|
26,4 |
8,14 |
27,4 |
7,99 |
24,5 |
8,43 |
25,5 |
8,28 |
|
26,5 |
8,12 |
27,5 |
7,97 |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
24,6 |
8,42 |
25,6 |
8,26 |
26,6 |
8,11 |
27,6 |
7,96 |
24,7 |
8,41 |
25,7 |
8,25 |
26,7 |
8,10 |
27,7 |
7,95 |
24,8 |
8,40 |
25,8 |
8,24 |
26,8 |
8,09 |
27,8 |
7,94 |
24,9 |
8,39 |
25,9 |
8,23 |
26,9 |
8,08 |
27,9 |
7,93 |
|
|
|
|
|
|
|
|
28,0 |
7,92 |
29,0 |
7,77 |
30,0 |
7,63 |
|
|
28,1 |
7,90 |
29,1 |
7,75 |
|
|
|
|
28,2 |
7,88 |
29,2 |
7,73 |
|
|
|
|
28,3 |
7,86 |
29,3 |
7,71 |
|
|
|
|
28,4 |
7,84 |
29,4 |
7,69 |
|
|
|
|
28,5 |
7,82 |
29,5 |
7,67 |
|
|
|
|
28,6 |
7,81 |
29,6 |
7,66 |
|
|
|
|
28,7 |
7,80 |
29,7 |
7,65 |
|
|
|
|
28,8 |
7,79 |
29,8 |
7,64 |
|
|
|
|
28,9 |
7,78 |
29,9 |
7,64 |
|
|
|
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БПК5
При хранении воды в склянке с притертой пробкой в условиях полной темноты содержание растворенного кислорода в ней убывает. Он затрачивается главным образом в результате жизнедеятельности микроорганизмов на окисление имеющегося в воде органического вещества (ОВ) и в первую очередь нестойкого, легкоусвояемого, представленного прижизненными выделениями обитающих в воде организмов и их посмертными остатками. Стойкое (трудноусвояемое) ОВ по генезису является водорастворимым гумусом почвенного и планктонного происхождения.
Значительным источником нестойкого органического вещества могут быть и попадающие в водоемы сточные воды (хозяйственно-бытовые, пищевой промышленности и т.д.).
Наблюдающаяся в аэробных условиях убыль растворенного кислорода за определенный промежуток времени называется биохимическим потреблением кислорода и определяется в мгО2/л.
Обычно инкубация проводится в течение 5 суток в темноте при температуре 200 С и обозначается через БПК5. Это определение дает относительное представление о содержании в воде легкоокисляемого органического вещества в воде.
Ход определения: в лаборатории в пробе определяют рН; если его значения не соответствуют диапазону 6,0-8,0, то воду необходимо нейтрализовать 1 н соляной кислотой или щелочью. Исследуемую воду пе-
9
реливают в колбу и доводят до 20ºС, если она выше или ниже указанной температуры, то воду необходимо охладить или подогреть на водяной бане. Далее воду взбалтывают в течение 1 минуты для насыщения кислородом (в случае недонасыщения) или для удаления его избытка при перенасыщении. Исследуемая вода с помощью сифона отбирается в 6 тарированных склянок с притертыми пробками либо в специальные склянки для БПК5, с колпачками, которые заполняются водой при термостатировании проб. Первые служат для определения кислорода до инкубации, в них фиксируется кислород по методу Винклера, а три другие помещают в термостат, закрытый от дневного света, (при отсутствии специальных склянок, пробы помещают в сосуд с водой во избежание поступления кислорода из воздуха) на 5 суток. После 5-суточной инкубации оставшийся кислород определяют по методу Винклера.
При высоком содержании органических веществ в воде высокоэвтрофных и гипертрофных озер пробы для термостатирования следует разбавлять дважды дистиллированной водой. При расчете концентрации кислорода после инкубации необходимо учитывать степень разбавления пробы.
Расчет: |
|
БПК5, мг/л = О2΄– О2΄΄ |
(4) |
где О2΄ - количество кислорода, определенное в пробе перед инкубацией, мг/л;
О2΄΄ - остаток кислорода, определенный после 5-суточной инкубации, мг/л.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦВЕТНОСТИ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ С ИСКУССТВЕННЫМИ СТАНДАРТАМИ
Цветность воды – показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных органических соединений. Выражается в градусах платино-кобальтовой или хромово-кобальтовой шкалы. Средняя величина для озер Беларуси составляет 50,7±1,51 при диапазоне 0-260 град. соответственно.
Назначение метода: предназначен для анализа слабо- и сильноокрашенных прозрачных вод. При цветности выше 80º пробу следует разбавлять дистиллированной водой.
10