Количественный химический анализ вод.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Все методы количественного анализа природных вод делятся на две группы: методы физического анализа и методы химического анализа [8]. Кроме того, вкус и запах определяют органолептическими методами. Химические методы от физических отличаются тем, что они основаны на химических реакциях. В физических методах (потенциометрия, ионометрия, кондуктометрия, фотометрия, турбидиметрия и др.) химические реакции или не используются или имеют второстепенное значение.

Объемный метод анализа относится к химическим методам. Этот метод основан на измерении объема раствора известной концентрации, который затрачен на реакцию с определяемым компонентом исследуемой пробы воды, так как

все вещества реагируют между собой в весовых отношениях, соответствующим их эквивалентам. Если растворы реагирующих веществ содержат одинаковое количество эквивалентов, то они реагируют в равных объемах. Раствор реактива, имеющий точно известную концентрацию называется титрованным или стандартным раствором. Для измерения объема израсходованного раствора применяют бюретки. Титрованный раствор добавляют к анализируемой воде до тех пор, пока количество прибавленного реактива не станет соответствующим количеству реагирующего с ним определяемого компонента. Этот процесс называется титрованием. Момент титрования, когда достигнуто эквивалентное соотношение реагирующих между собою веществ, называется точкой эквивалентности. Эквивалентную точку чаще всего устанавливают с помощью индикаторов, или специальных приборов. Индикаторами называют вещества, обладающие способностью вблизи точки эквивалентности резко изменять окраску титруемого раствора. Момент, при котором происходит изменение окраски раствора, называется точкой конца титрования.

В объемном анализе концентрацию титрованных растворов выражают числом моль-эквивалентов (грамм-эквивалентов) в 1 дм (литре) раствора. Число моль-эквивалентов обозначает нормальность (Н) раствора, и раствор называют нормальным. Число граммов вещества, содержащего в 1 мл раствора, называется титром (Т).

Все методы объемного анализа разделяют на 4 группы: методы нейтрализации, окисления-восстановления, осаждения и комплексообразования.

Метод нейтрализацииоснован на применении реакции нейтрализации:

Н+ + ОН^- — Н₂О

Методы нейтрализации или кислотно-основного титрования позволяют с помощью титрованных растворов кислот или щелочей определять количественно основания, кислоты, соли и другие вещества, реагирующие в стехиометрическом отношении. Момент эквивалентности характеризуется определенной величиной рН раствора и обычно устанавливается с помощью кислотно-основных индикаторов. Окраска индикатора наиболее резко изменяется при определенном значении рН, которое зависит только от свойств данного индикатора и совершенно не зависит от природы реагирующих между собой кислот и оснований.

Метод нейтрализации применяется для определения кислотности и щелочности природной воды.

Методы осажденияоснованы на осаждении определяемого вещества, которое, вступая во взаимодействие с титрованным раствором осадителя, выпадает в осадок. Конец реакции большей частью фиксируется индикатором или определяется спектрофотометрически по мутности раствора. Использование метода осаждения для количественного определения анализируемого вещества возможно только в следующих случаях:

- если выделяющиеся осадки практически нерастворимы;

- если реакция образования осадка протекает быстро;

- если результаты титрования не искажаются побочными явлениями соосаждения.

В основе образования осадков лежит закон действующих масс, в соответствии с которым произведение концентрации ионов или произведение растворимости, ПР, в насыщенном растворе труднорастворимых электролитов при данной температуре и атмосферном давлении в условиях установившегося равновесии есть величина постоянная:

ПР А_хВ_у = [А^у+]^х[В^х-]^у = const, где

ПР _АхВу - произведение растворимости электролита А_хВ_у;

[А^у+] и [В^х-] - концентрация катионов и анионов, образующихся при электролитической диссоциации электролита А_хВ_у.

Если величина произведения [А^у+]^х[В^х-]^у в растворе становится больше значения ПР _АхВу, то труднорастворимое соединение выпадает в осадок. Когда [А^у+]^х[В^х-]^у меньше ПР _АхВу, осадок не выпадает или растворяется. Добавление в раствор любого из ионов, образующих соединение А_хВ_у, уменьшает растворимость и, наоборот, добавление других электролитов, не имеющих с соединением общих ионов, повышает растворимость. При увеличении температуры повышается растворимость веществ (исключение составляют СаСО₃, СаSO₄, MgC0₃, Mg(OH)₂. Вещество можно высадить полностью (количественно), если остаточная концентрация ионов в растворе не превышает 10^-6 моль/дм³ (правило Тананаева).

Значения произведения растворимости и растворимость труднорастворимых электролитов, которые находятся в таблицах, можно создать условия для протекания реакции осаждения в нужном направлении. Метод осаждения применяется для определения в природной воде хлоридов и сульфатов.

Метод комплексообразованияоснован на реакциях, в результате которых между различными катионами и анионами образуются комплексные ионы. Этот метод применяется для определения жесткости воды, т.е. суммарного содержания ионов кальция и магния. В качестве титрованного раствора применяют раствор Трилона Б, образующего с ионами металлов растворимое комплексное соединение. Для определения эквивалентной точки применяют специальные комплексометрические индикаторы или металло-индикаторы, представляющие собой органические красители, которые образуют с катионами окрашенные комплексные соединения. При определении жесткости применяют эриохром черный Т, который с ионами магния и кальция в слабощелочном растворе образует окрашенные винно-красные комплексы. При титровании пробы воды раствором Трилона Б, ионы кальция и магния образуют с ним более прочные комплексы, чем с индикатором. Поэтому в точке эквивалентности происходит переход окраски индикатора в синий цвет, который является наиболее отчетливым при рН=8-10. Чтобы величина рН при комплексометрическом титровании оставалась постоянной, добавляют буферный раствор.

Методы окисления-восстановленияосновываются на окислительно-восстановительных реакциях,связанных с изменением валентности реагирующих между собою веществ. При окислении валентность элементов повышается, при восстановлении - понижается. Изменение валентности связано с переходом электронов: окислители присоединяют электроны, восстановители отдают.

Титрованные растворы, применяемые в этих методах, являются или растворами окислителей или восстановителей. Конец титрования или момент эквивалентности большей частью определяют с помощью индикаторов, изменяющих свою окраску от избытка окислителя или восстановителя. Окислительный метод применяют для определения таких показателей загрязненности воды органическими веществами, как ХПК и перманганатная окисляемость.

Уровень чистоты воды определяется по скорости процессов гидролиза и окисления. Эти показатели напрямую зависят от того, насколько быстро жидкость насыщается кислородом:

- ХПК или химическое потребление кислорода показывает сколько необходимо О₂ для окисления вредных частиц в 1 л воды. При этом есть технологии, где окисление проводится посредством иных химических элементов или соединений, но их активность приравнивается к кислороду. На западе аналогом ХПК служит COD;

- БПК, согласно определению отражает биохимические процессы. Здесь за основу берется потребление кислорода анаэробными видами микроорганизмов. Есть такое понятие, как легко окисляющаяся органика, которую и съедают эти микроорганизмы. Соответственно, чем больше ее в стоках, тем выше показатель биохимического потребления кислорода. Не смотря на то, что в обоих случаях речь идет об окислении и объеме потребления О₂, данные параметры существенно разнятся между собой.

Химическое определение чистоты воды основано на использовании окислителя. Применяется кислород, но может быть и иное химическое соединение. Посредством ХПК определяется общий процент органики в очистном сооружении или водоеме. Максимальное время анализа здесь не превышает 4 суток.

Биологическое определение загрязнения основано на использовании активных микроорганизмов. У каждой группы таких бактерий есть свой инкубационный период, поэтому анализ может затянуться до 20 суток. БПК ориентирован на точный результат в отдельно взятой пробе, его используют при секционном или фрагментарном анализе.

Показатель минерализации представляет собой суммарное содержание всех найденных при химическом анализе минеральных веществ, обычно выражается в мг/дм³ . Многие промышленные производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к минерализации, т.к. воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают засоление почв, образование накипи на котлах, коррозию оборудования и т.д. Минерализация природных вод изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию воды от нескольких десятков до нескольких сотен миллиграммов в 1дм³. Минерализацию обычно характеризуют двумя определяемыми показателями: сухим остатком (мг/дм³) и жесткостью (моль-экв./дм³), а также приблизительно по электропроводности. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать 1000 мг/дм³. По согласованию с органами санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается минерализация до 1500 мг/дм³.

Методами объемного анализа обычно определяют общее содержание железа во всех формах. Раздельное определение растворенного и нерастворенного железа, а также железа двухвалентного и железа трехвалентного дает менее достоверные результаты.

Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/дм³, т. к. при больших концентрациях появляется неприятный железистый вкус. Содержание железа определяют колориметрически на основании реакции ионов железа с роданидом аммония или калия. При этом протекает реакция:

Fe³⁺ + SCN^- = Fe(SCN)₃ ,

в результате которой образуется ярко-красный роданид железа, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации железа. Для определения железа (II) его предварительно окисляют до железа (III). Интенсивность окраски измеряют на фотоэлектроколориметре (ФЭК). Концентрацию железа находят по калибровочной кривой.

Вследствие большой растворимости хлоридов в воде ионы хлора присутствуют почти во всех водах. В пресной воде содержание хлоридов обычно составляет 10-100 мг/л. Морская вода содержит более 30000 мг/л хлорида натрия, а рассол, добываемый из некоторых скважин, может содержать 25% NaCl. Многие геологические формации когда-то представляли собой морские осадочные горные породы. Поэтому неудивительно, что природные воды содержат остатки хлоридов, которые постоянно выносятся в источники пресной воды. Содержание хлоридов в коммунально-бытовых сточных водах превышает их содержание в источниках воды для городского водоснабжения на 25-50 мг/л. Этим можно частично объяснить постепенное увеличение концентрации минеральных солей в реках. Содержание хлор-ионов в питьевой воде не должно превышать 350 мг/л. Этот показатель был установлен на основе вкусовых качеств воды, а не исходя из каких-либо известных негативных воздействий на здоровье человека. При большем содержании хлорид-ионов вода приобретет солоноватый вкус. Кроме того, хлориды усиливают коррозию железа в воде вследствие образования хорошо растворимого хлорида железа Определение содержания хлоридов в питьевой воде основано на реакции образования труднорастворимого хлорида серебра при титровании исследуемой пробы воды раствором нитрата серебра в присутствии индикатора- хромата калия. Для удобства раствор нитрата серебра берут с концентрацией, равной 4,8 г/л,

Дата добавления: 2022-07-01; просмотров: 56; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!