Методика измерений мутности проб питьевых, природных поверхностных, природных подземных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и формазину.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Турбидиметрический метод определения мутности основан на сравнении исследуемых проб со стандартными суспензиями каолина или формазина. Оптическую плотность мутности измеряют при Х=520 нм в кювете с толщиной оптического слоя 50 мм. [5]

Мутность или турбидность воды является визуальным органолептическим показателем её безопасности и качества. Лабораторные исследования проб из различных источников, таких как водопроводный кран, скважина, река, озеро, подземный ручей, стоки, – показывают уровень химической и биологической контаминации только после скрупулезного аналитического контроля. Неприглядный внешний облик мутной жидкости виден сразу, поэтому закономерно вызывает у индивидуальных пользователей и промышленников отторжение. Существуют небезосновательные сомнения относительно возможности её использования. Сначала анализ – потом принятие решения. Необходимо понять, как минимизировать количество примесей неорганических и органических загрязнителей.

В химических справочниках, учебной литературе для специалистов, методиках по определению этого показателя в контексте понятия «мутность воды» используют разные единицы измерения количественной характеристики. Основой является исходная шкала стандартов, содержащая искусственно смоделированные концентрации взвешенных частиц. Базовая платформа – «считывание» колебаний интенсивности светового потока, проникающего через плавающие в пробах взвеси.

При определении мутности по каолину (мг/л) эталонной суспензией служит белая глина каолина в мелкодисперсной формации. Полученный результат отображается в мг/л (дм³).

При определении мутности по формазину (ЕМФ), в качестве стандартного раствора с взвесями готовят раствор на основе полимеров формазина. Аббревиатура этой единицы измерения мутности в воде наиболее часто встречаемый вариант в российских документах – ЕМФ. В полной версии звучит как «единицы мутности по формазину на 1 литр (дм³).

Турбидиметрический метод применяется для анализа суспензий, эмульсий, различных взвесей и других мутных сред. Интенсивность пучка света, проходящего через такую среду, уменьшается за счет рассеивания и поглощения света взвешенными частицами. Турбидиметрические методы основаны на измерении интенсивности света It прошедшего через анализируемую суспензию.

Основным достоинством турбидиметрического метода является их высокая чувствительность, что особенно ценно по отношению к элементам или ионам, для которых отсутствуют цветные реакции.

Данный вид исследования мутных сред основан на измерении изменения интенсивности потока световой энергии, прошедшего через дисперсную систему. Изменение потока световой энергии вызвано как поглощением, так и его рассеянием дисперсной системой. Метод аналогичен колориметрическому методу, но в ряде случаев измерение может проходить в потоке "белого света" без применения фильтров.

С точки зрения чувствительности метода, сравнение нефелометрии и турбидиметрии оказывается в пользу нефелометрии, т.к. этот метод более чувствителен, когда небольшое количество взвешенных частиц приводит к заметному возрастанию сигнала при незначительном фоне.

Влияние фонового рассеяния уменьшено в ряде приборов отказом от измерения рассеяния под углом 90° и электронным вычитанием фоновых сигналов (скоростная нефелометрия).

С другой стороны, принято считать, что если уровень регистрируемого рассеяния не превышает 20% от световой энергии, поступающей в дисперсную среду, то результаты турбидиметрических измерений могут оказаться недостоверными.

Преимущество турбидиметрического анализа состоит в том, что измерения могут быть выполнены практически на любом колориметре или фотометре. Повышение чувствительности турбидиметрических исследований может быть достигнуто за счет использования спектрофотометров с высококачественными детекторами.

Основными компонентами, используемыми в нефелометрических и турбидиметрических приборах, являются источник света, фильтр и фокусирующая световой поток система линз, кювета с образцом и детектор с устройствами отображения и регистрации результата.

В качестве источника света обычно используются ртутные дуговые лампы, вольфрамо-йодистые лампы и гелий-неоновые лазеры. Лазеры излучают монохроматический свет, сконцентрированный в узкий и интенсивный луч. Однако лазеры очень дороги и могут излучать ограниченный набор фиксированых по частоте волн. Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, причем техника измерений аналогична технике фотометрирования. Для нахождения концентрации применяют метод градуировочного графика.

Достоинством турбидиметрического метода является высокая чувствительность, что особенно ценно в случае определения элементов, у которых не наблюдается цветных реакций. Однако погрешность определения в турбидиметрическом методе несколько больше, чем в фотометрических, что связано с трудностями получения суспензий, обладающих одинаковыми размерами частиц, стабильностью во времени и т.п.

Питьевая вода - это вода, которая предназначена для ежедневного неограниченного и безопасного потребления человеком и другими живыми существами. Главным отличием от столовых и минеральных вод является пониженное содержание солей (сухого остатка), а также наличие действующих стандартов на общий состав и свойства.

Вода многих источников пресной воды непригодна для питья людьми, так как может служить источником распространения болезней или вызывать долгосрочные проблемы со здоровьем, если она не отвечает определённым стандартам качества воды.

Среди основных показателей качества питьевой воды выделяются:

- органолептические;

- химические;

- бактериологические, вирусологические, паразитарные;

- радиологические.

Контролируется запах, привкус, мутность, цветность, жесткость питьевой воды, это общее для всех видов вод.

Вода, которая не вредит здоровью человека и отвечает требованиям действующих стандартов качества называется питьевой водой, в случае необходимости, чтобы вода соответствовала санитарно-эпидемиологическим нормам её проверяют, очищают или, официально говоря, "подготавливают" с помощью установок водоподготовки.

Мутность (М) исследуемой воды в мг/л определяют по величине оптической плотности (D) и проводят сравнение с оптической плотностью стандартных растворов суспензии каолина или формазина [6]. Формазин представляет собой суспензию, полученную путем смешения водных растворов сульфата гидразина и гексаметилентетрамина. При подготовке к определению мутности устанавливают зависимость мутности стандартных растворов каолина или формазина от оптической плотности этих растворов.

Линейная зависимость мутности от величины оптической плотности стандартной суспензии каолина выражается уравнением:

М=133,6 D _м , мг/дм³

Данное уравнение используется для расчета мутности анализируемой воды.

Определение оптической плотности воды проводят фотометрически, используя фотоэлектроколориметр ФЭК типа КФК-2 или ФЭК56М при длине волны l=540нм в кювете толщиной 5 см. В одну кювету наливают фоновый раствор, которым является дистиллированная вода, а в другую помещают анализируемую пробу.

Если определение мутности проводится с использованием суспензии каолина в качестве стандартного раствора, то мутность выражают в мг/дм³. При использовании основной стандартной суспензии формазина мутность выражают в ЕМ/дм³ (единица мутности на дм³). Переход от мг/дм³ к ЕМ/дм³ осуществляется, исходя из соотношения: 1,5 мг/дм³ каолина соответствуют 2,6 ЕМ/дм³ формазина или 1 ЕМ/дм³ соответствует 0,58 мг/дм³ каолина.

Для питьевой воды по нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода» мутность не должна превышать 1,5 мг/дм³ по каолину.

Ход определения мутности на фотоэлектроколориметре КФК 2 [4]

Кювету заполняют исследуемой водой и помещают ее в держатель кювет фотоэлектроколориметра перед кюветой с дистиллированной водой. С помощью рукоятки на передней панели прибора в пучок света помещают кювету с дистиллированной водой и правыми тумблерами устанавливают стрелку прибора на 0 по нижней шкале D. Затем рукояткой в пучок света перемещают кювету с анализируемой водой и по нижней шкале прибора определяют оптическую плотность D исследуемого раствора. Измерения повторяют три раза и находят среднее значение оптической плотности D, по которой рассчитывают мутность исходной воды (М_исх) по формуле:

М_исх=133,6 D_м

Реактивы:

Каолин обогащенный для парфюмерной промышленности,

ГОСТ 21285-75 или для кабельной промышленности, ГОСТ

21288-75

Пирофосфат калия или натрия

Сульфат гидразина, ГОСТ 5841-74

Гексаметилентетрамин (уротропин), ТУ 6-09-09-353-74

Формалин, ГОСТ 1625-75

Хлороформ, ГОСТ 20015-74

Вода бидистиллированная, ТУ 6-09-2502-77

Фильтры мембранные с диаметром пор 0,5-0,8 мкм

Шелковое сито (диаметр отверстий 0,1 мм)

Измерения проводятся в следующих условиях:

Температура окружающего воздуха (20 ± 5)° С.

Атмосферное давление (84-106) кПа.

Относительная влажность воздуха до 80 % при t = 25е

Частота переменного тока (50 ± 1) Гц.

Напряжение в сети 220В

Посуда для отбора проб и проведения анализа должна быть очищена соляной кислотой или хромовой смесью, хорошо промыта проточной и ополоснута дистиллированной водой.

Пробы воды отбирают в бутыли из полимерного материала или стекла, подготовленные по п.2 и предварительно ополоснутые отбираемой водой. Объем отбираемой пробы должен быть не менее 500 см³. Пробы анализируют не позднее, чем через 24 часа после отбора. Проба может быть законсервирована добавлением

хлороформа из расчета 2-4 см³ на 1 дм³.

Мембранные фильтры проверяют на отсутствие трещин, помещают в стакан с дистиллированной водой, нагретой до 80°С,

Кипячение повторяют 2-3 раза с новыми порциями дистиллированной воды.

Приготовление растворов

Приготовление стандартных суспензий каолина

Каолин просеивают через шелковое сито с диаметром отверстий 0,1 мм.

25-30 г каолина хорошо взбалтывают с 3-4 дм³ дистиллированной воды и оставляют на 24 часа. После этого сифоном, не взмучивая осадка, отбирают среднюю не осветлившуюся часть жидкости. К оставшейся части вновь приливают 3 дм³ дистиллированной воды, сильно взбалтывают, оставляют на 24 часа и вновь отбирают среднюю не осветлившуюся часть. Операцию повторяют три раза, каждый раз присоединяя не осветлившуюся в течение суток суспензию к ранее собранной. Накопленную суспензию хорошо взбалтывают и через 3 суток жидкость над осадком сливают, так как она содержит слишком мелкие частицы каолина.

К полученному осадку добавляют 100 см³ дистиллированной воды, взбалтывают и получают основную стандартную суспензию.

Концентрацию полученной суспензии определяют гравиметрически из двух или более параллельных проб. Для этого 5 см³ суспензии помещают в доведенный до постоянной массы бюкс, высушивают при t=105°C до постоянной массы, взвешивают и рассчитывают содержание каолина в суспензии.

Основную стандартную суспензию каолина стабилизируют пирофосфатом калия или натрия (200 мг на 1 дм³) и консервируют формалином (10 см³ на 1 дм³) или хлороформом (1 см³ на 1 дм³).

Основная стандартная суспензия должна содержать около 1 г/дм³ каолина.

Раствор суспензии коалина стабилен в течение 6 месяцев.

Приготовление промежуточной стандартной суспензии каолина концентрацией 50 мг/дм3

Промежуточную суспензию каолина готовят разведением основной стандартной суспензии бидистиллированной водой, исходя из точного содержания взвеси каолина в основной стандартной суспензии. Перед приготовлением основную стандартную суспензию тщательно перемешивают.

Промежуточную суспензию каолина хранят не более суток.

Приготовление рабочих стандартных суспензий каолина

Для приготовления стандартных суспензий в мерные колбы на 100 см³вносят 0,2 – 0,4 – 1 – 2 – 3 – 4 – 6 – 10см³ тщательно перемешанной промежуточной суспензии и доводят до метки бидистиллированной водой. Таким путем получаются растворы с концентрацией 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 3,0 – 5,0мгдм³. Рабочие растворы суспензии каолина готовят в день проведения анализа.

Приготовление стандартных суспензий формазина

Приготовление основной стандартной суспензии формазина концентрацией 400 ЕМФ или 0,4ЕМ/см³.

Основную стандартную суспензию готовят из ГСО в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией.

Готовят раствор 1: берут навеску сульфата гидразина – 0,25г и растворяют в 25 см³ бидистиллированной воды. При приготовлении раствора надо помнить, что сульфат гидразина канцерогенен и ядовит.

Готовят раствор 2: навеску 2,5 г гексаметилентетрамина растворяют в 25 см³ бидистиллированной воды.

Растворы 1 и 2 количественно переносят в мерную колбу на 500 см3, выдерживают 24 часа при t=25±5°C. Доводят до метки бидистиллированной водой.

Срок хранения 2 месяца в темноте при t=25±5°C.

Приготовление промежуточной стандартной суспензии формазина концентрацией 40 ЕМФ (0,04 ЕМ/см³)

Для приготовления раствора необходимо 50 см³ тщательно перемешанной основной стандартной суспензии формазина внести в мерную колбу вместимостью 500 см³ и довести до метки бидистиллированной водой.

Срок хранения 2 недели.

Приготовление рабочих стандартных суспензий формазина

Для приготовления растворов берут 2,5 – 5 – 10 – 20 – 40 – 50 – 75 – 100 см³ предварительно перемешанной промежуточной суспензии формазина и вносят в мерные колбы на 100 см³ и доводят до метки бидистиллированной водой. В результате получаются рабочие стандартные суспензии со следующими концентрациями: 1 – 2 – 4 – 8 – 16 – 20 – 30 – 40 ЕМФ.

Рабочие растворы стабильны в течение недели.

Построение градуировочного графика

Для построения градуировочного графика необходимо приготовить образцы для градуировки с массовой концентрацией мутности 0,1 – 5,0мг/дм³ или 1,0 – 40,0 ЕМФ.

Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их концентрации. Для построения градуировочного графика каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения данных.

При построении градуировочного графика по оси ординат откладывают значения оптической плотности, а по оси абсцисс – величину мутности в мг/дм³ (ЕМФ).

Контроль стабильности градуировочной характеристики

Контроль стабильности градуировочной характеристики проводят не реже одного раза в квартал. Средствами контроля являются вновь приготовленные образцы для градуировки (не менее 3 образцов из приведенных выше).

Градуировочную характеристику считают стабильной при выполнении для каждого образца для градуировки следующего условия:

ǀ Х - С ǀ < 0,01 ∙ 1,96 ∙ s_R1 ∙ С

где X - результат контрольного измерения мутности в образце для градуировки, мг/дм³ (ЕМФ);

С - аттестованное значение мутности в образце для градуировки, мг/дм3 (ЕМФ);

s_R1 – среднеквадратическое отклонение внутри лабораторной прецизионной, установленное при реализации методики в лаборатории.

Допустимо среднеквадратическое отклонение внутри лабораторной прецизионной при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения: s_R1 = 0,84 s_R , с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов анализа.

Если условие стабильности градуировочной характеристики не выполняется только для одного образца для градуировки, необходимо выполнить повторное измерение этого образца с целью исключения результата, содержащего грубую погрешность.

Если градуировочная характеристика нестабильна, выясняют причины и повторяют контроль с использованием других образцов для градуировки, предусмотренных методикой. При повторном обнаружении нестабильности градуировочной характеристики строят новый градуировочный график.

Мешающими определению мутности факторами является окраска пробы. Окраску воды (кроме желтых оттенков) определяют после удаления мутности центрифугированием и вычитают эту величину из общей измеренной величины.

Желтый цвет пробы не оказывает влияния на значение мутности.

Выполнение измерений

В кювету с толщиной оптического слоя 50 мм вносят тщательно перемешанную испытуемую пробу и снимают показания прибора при l-520 нм. Если цветность исследуемой пробы ниже 10° (по хром-кобальтовой шкале), то в качестве фона используют бидистиллированную воду. Если цветность исследуемой пробы выше 10°, то фоном служит исследуемая проба, из которой удалены взвешенные вещества центрифугированием или фильтрованием через обработанные мембранные фильтры.

При анализе пробы воды выполняют не менее двух параллельных измерений.

Обработка результатов измерений

Величину мутности X (мг/дм³, ЕМФ) находят по соответствующему градировочному графику. Если пробы были разбавлены, то учитывается коэффициент разбавления.

За результат анализа Х_ср принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений Х₁ и Х₂ :

для которых выполняется следующее условие:

где г - предел повторяемости, значения которого приведены в таблице 5

Значения предела повторяемости при Р=0,95 [4]

Таблица 5

Диапазон измерений	Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных определений), г, %
По каолину, мг/дм3 От 0,1 до 5,0 вкл.	20
По (формазину. ЕМФ От 1,0 до 13 вкл. Св. 13 до 100 вкл.	20 14

Если указанное выше условие не выполняется, то могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов параллельных определений и установления окончательного результата согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Расхождение между результатами анализа, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата анализа, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 6

Значения предела воспроизводимости при Р=0,95

Таблица 6

Диапазон измерений	Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, %
По каолину, мг/дм* От 0,1 до 5,0 вкл.	28
По формазину. ЕМФ От 1,0 до 13 вкл. Св. 13 до 100 вкл.	28 20

При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов анализа согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Оформление результатов измерений

Результат анализа Хср в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде: Хср ± ∆, Р=0,95

где ∆ - показатель точности методики.

Значение ∆ рассчитывают по формуле: ∆ = 0,01∙ δ ∙Хср. Значения δ приведены в таблице 7.

Диапазон измерений, относительные значения показателей точности, повторяемости и воспроизводимости методики при Р=0,95

Таблица7

Диапазон измерений	Показатель точности (границы относительной погрешности), ± δ , %	Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемости), s_R1, %	Показатель воспроизводи- мости (относительное Среднеквадратическое отклонение воспроизводимо- сти),s_R , %
По каолину, мг/дм3 От 0,1 до 5 вкл.	20	7	10
По формазину. ЕМФ От 1,0 до 13 вкл. Св. 13 до 100 вкл.	20 14	7 5	10 7

Допустимо результат анализа в документах, выдаваемых лабораторией, представлять в виде: Хср ± ∆_n, Р=0,95, при условии ∆_n < ∆,

где

Хср - результат анализа, полученный в соответствии с прописью методики;

± ∆_n - значение характеристики погрешности результатов анализа, установленное при реализации методики в лаборатории и обеспечиваемое контролем стабильности результатов анализа.

В том случае, если значение мутности в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона, допускается разбавление пробы таким образом, чтобы значение мутности соответствовало регламентированному диапазону.

Заключение

Природная вода это сложная система, в состав которой входят растворенные вещества в виде ионов и молекул, в виде коллоидов минеральные и органические соединения, суспензии и эмульсии. Состав природной воды формируется в результате ее взаимодействия с окружающей средой – атмосферой, почвой, горными породами.

Природная вода представляет собой раствор многих веществ в воде. В состав природной воды входят соли, газы, органические вещества и др. С помощью химического анализа определяется качество природной воды.

В результате выполнения работы была достигнута цель - изучен количественный химического состава вод.

Для достижения данной цели были выполнены поставленные задачи:

- Проанализирована физико-химическая характеристика природных вод

- Изучены вещества, загрязняющие воду: причины их попадания, классификация и способы их удаления

- Изучен количественный химический анализ вод.

- Проанализирована методика измерений мутности проб питьевых, природных поверхностных, природных подземных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и формазину.

Список литературы

1. Гигиенические нормативы ГН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»

2. ГОСТ Р 57164-2016. Вода Питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности.

3. СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.

4. ПНД Ф 14.1;2;4.213-05 Методика выполнения измерений мутности питьевых, природных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и по формазину.

5. Березецкая А.Г. Фотометрическое определение мутности питьевой воды, 2008.

6. Гончаров Ю.В. Определение мутности в питьевой воде, 2012.

7. Гурвич Я.А. "Химический анализ", 2010.

8. Лукашев Е.А., Квитка Л.А., Колесов А.В. Химия и микробиология воды. Лабораторный практикум. - М.: МГУП, 1999.

9. Пименова Е.В. Химические методы анализа в мониторинге водных объектов Пермь ФГОУ ВПО « Пермская ГСХА» 2011 с.138

10. Практикум по химии воды. Часть 1. Учебно-методическое пособие по химии воды для студентов МГУП.-М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2012- 79 с.

11. Природная и техническая вода. Методические указания – СПб.: 2003

Дата добавления: 2022-07-01; просмотров: 426; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!