1.4. Лабораторная работа № 4. Определение цветности воды

Цель работы: научиться оценивать цветность воды визуальным и фотометрическим методами.

Основные теоретические положения

Чистая вода, наблюдаемая в проходящем свете, на глубине нескольких метров имеет слегка голубоватую окраску. Иные оттенки свидетельствуют о наличии в воде растворенных и взвешенных примесей.

Цвет воды – физическое свойство воды, обусловленное наличием ряда примесей. Цвет воды колеблется от слабо-желтоватого до красно-коричневатого. Различают «кажущийся цвет», обусловленный нерастворенными взвешенными веществами, и «истинный цвет», вызванный присутствием в воде растворенных веществ.

Цветность – это показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски и обусловленный содержанием окрашенных соединений. Цветность не устраняется при отстаивании и фильтровании воды.

Цветность природных вод обусловлена, главным образом, присутствием гумусовых веществ, комплексных соединений железа, некоторых других металлов и водорослей. Интенсивную окраску воды могут создавать сточные воды некоторых предприятий.

Цветность воды может зависеть от свойств и структуры дна водоема, характера водной растительности и прилегающих к водоему почв, наличия болот и торфяников в водосборном бассейне и др.

Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов. По цветности воды делятся на: малоцветные (до35 градусов), средней цветности (до 80 градусов) и высокоцветные (свыше 80 градусов).

Цветность питьевой воды не должна превышать 20 градусов. В отдельных случаях допускается цветность до 35 градусов.

Цветность воды определяется по платинокобальтовой шкале и выражается в условных градусах этой шкалы. За единицу цветности принимают цветность раствора, содержащего определенные концентрации хлорплатината калия и хлорида кобальта. При отсутствии вышеуказанных, можно использовать бихромат калия и сульфат кобальта.

Высокая цветность свидетельствует о неблагополучии воды. Она ухудшает органолептические свойства, препятствует процессам самоочищения воды и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов.

Цветность можно оценивать качественно, характеризуя цвет воды, и количественно, определяя градус цветности.

Цветность воды определяют как визуально (органолептически), так и при помощи фотометра (фотометрически), путем сравнения проб испытуемой воды с растворами стандартной платинокобальтовой шкалы, имитирующими цвет природной воды.

Сущность метода заключается в измерении светопоглощения пробы с помощью фотометра. Фотометр предназначен для измерения оптической плотности.

При прохождении светового потока через окрашенный раствор, поглощение света зависит от двух факторов – концентрации раствора и толщины слоя, через который проходит световой поток. Эту зависимость выражает закон Бугера-Ламберта-Бера, называемый также объединенным законом светопоглощения:

откуда

где - интенсивность светового потока, прошедшего через раствор; - интенсивность светового потока, попадающего на раствор; - молярный коэффициент светопоглощения, л×г-моль^-1 ×см^-1; l – толщина поглощающего свет раствора (длина оптического пути), см; С – концентрация окрашенного вещества в растворе, г-моль/л.

Десятичный логарифм отношения интенсивности падающего света и интенсивности света, прошедшего через раствор, называется оптической плотностью раствора. Его обозначают .

Таким образом, оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации раствора и толщине поглощающего слоя.

Приборы, посуда и реактивы

Фотометр фотоэлектрический (КФК-3) ( - 413 нм)

Кюветы с толщиной поглощающего слоя 5÷10 см

Цилиндры мерные на 25, 100 мл, цилиндры Несслера на 100 мл, колбы мерные на 1000 мл, колбы конические на 250÷300 мл, пипетки мерные на 1, 5, 10 мл с делениями на 0,1 мл, груша, фильтры «синяя лента»

Калий двухромовокислый, кобальт сернокислый, кислота серная плотностью 1,84 г/см³, дистиллированная вода

Подготовка к выполнению работы

Изучить инструкцию по работе на фотометре фотоэлектрическом КФК-3.

Порядок выполнения работы

1. Определение цветности органолептически

Приготовление шкалы цветности:

Раствор № 1: растворяют отдельно в дистиллированной воде 0,0875 г двухромовокислого калия и 2,0 г сернокислого кобальта, затем их смешивают, прибавляют 1 мл концентрированной серной кислоты и доводят объем раствора дистиллированной водой до 1 л.

Раствор № 2: 1 мл концентрированной серной кислоты доводят дистиллированной водой до 1л.

В цилиндрах Несслера смешивают растворы № 1 и № 2 в соотношении, указанном на шкале цветности (см. табл. 1.3).

Таблица 1.3

Стандартная хромово-кобальтовая шкала цветности

Раствор № 1, мл	0	1	2	3	4	5	6	8	10	12	14
Раствор № 2, мл	100	99	98	97	96	95	94	92	90	88	85
Градусы цветности	0	5	10	15	20	25	30	40	50	60	70

Раствор в каждом цилиндре соответствует определенному градусу цветности. Шкалу цветности хранят в темном месте. Через каждые 2÷3 месяца ее заменяют.

В цилиндр Несслера отмеривают 50 мл исследуемой воды и сравнивают со шкалой цветности, производя просмотр сверху вниз на белом фоне. Если исследуемая проба воды имеет цветность выше 70 градусов, пробу следует разбавить дистиллированной водой в определенном соотношении до получения окраски исследуемой воды, сравнимой с окраской шкалы цветности.

2. Определение цветности фотометрически

Стандартные растворы шкалы цветности поочередно, при помощи мерного цилиндра, помещают в кювету и измеряют величину оптической плотности с помощью фотометра при длине волны 413 нм. Контрольной жидкостью служит дистиллированная вода.

По полученным результатам строят градуировочный график зависимости оптической плотности от цветности раствора, откладывая по оси абсцисс цветность в градусах, а по оси ординат – соответствующие им значения оптической плотности.

Затем измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и по градуировочному графику определяют градус цветности этого раствора.

Примечание – На точность измерений большое влияние оказывает чистота рабочих граней кюветы. Поэтому во время работы кювету берут руками только за нерабочие грани, после заполнения ее раствором, следят за отсутствием на стенках даже мельчайших пузырьков воздуха. Перед каждым измерением кювету ополаскивают дистиллированной водой дважды, а рабочие грани и дно тщательно протирают фильтровальной бумагой.

Оформление результатов

Полученные результаты заносят в таблицы 1.4 и 1.5.

Таблица 1.4

Экспериментальные данные для построения

градуировочного графика

Градусы цветности шкалы	0	5	10	20	30	40	50	60	70
Оптическая плотность

Таблица 1.5

Результаты исследований

Номер пробы	Определение цветности органолептически	Определение цветности фотометрически
	градус цветности исследуемого раствора	оптическая плотность исследуемого раствора	градус цветности исследуемого раствора

Вопросы для самопроверки

1. Цвет и цветность воды – определения?

2. Чем обусловлена цветность природной воды?

3. Что принимают за единицу цветности?

4. Какими методами можно определить цветность воды?

5. Как построить градуировочный график?

6. Понятие оптической плотности раствора? От чего она зависит?

7. Закон Бугера-Ламберта-Бера?

8. Что влияет на точность измерений при определении оптической плотности на фотометре?

9. Что служит контрольной жидкостью в данном эксперименте?