1. 3 Аналитические исследования

1.3.1 Качественные определения

1.3.1.1 Азотистая кислота (ион NO^2-). Нитриты являются про­межуточными продуктами биохимического окисления аммиака или восстановления нитратов. Их присутствие свидетельствует о вероятном загрязнении воды фекалиями.

Реактивы: Реактив Грисса. Готовят два раствора: а) раствор сульфаниловой кислоты (растворяют в 150 мл 12%-ной уксусной кислоты 0,5 г чистой сульфаниловой кислоты); б) раствор а-наф-тиламина: 0,2 г а-нафтиламина кипятят в течение нескольких минут в 20 мл воды и отфильтровывают от нерастворившейся части через хорошо промытый фильтр в колбу с 150 мл 12%-ной уксусной кислоты.

60 мл первого раствора и 60 мл второго сливают вместе и хранят в склянке темного стекла с хорошо притертой пробкой. Раствор не должен быть заметно окрашен.

Ход анализа. К 100 мл воды прибавляют 5 мл реактива Грисса; появление розовой окраски (спустя 20 минут) вследствие образования диазоокраски свидетельствует о наличии в воде азо­тистой кислоты.

Азотистой кислоты в питьевой воде не должно быть.

1.3.1.2 Азотная кислота (ион NO^3-). Метод определения основан на взаимодействии азотной кислоты с салицилатом натрия с образованием соединений нитросалициловой кислоты желтого цвета

Реактивы: 0,5%-ный водный раствор салицилата натрия (свежеприготовленный);10 н раствор гидроксида натрия (400 г гидроксида натрия ч.д.а. растворяют в мерной колбе вместимо­стью 1 л в небольшом количестве дистиллированной воды, затем доводят до метки); серная концентрированная кислота.

Ход анализа. В фарфоровую чашку отмеривают 10 мл ис­следуемой воды, прибавляют 1 мл 0,5%-ного раствора салицилата натрия и помещают на кипящую водяную баню. После выпарива­ния и охлаждения сухого остатка к нему прибавляют 1 мл кон­центрированной серной кислоты. Содержимое размешивают стек­лянной палочкой и через 10 минут к нему прибавляют 5-10 мл дистиллированной воды и 7 мл 10 н раствора гидроксида натрия. При наличии нитрат-ионов смесь окрасится в желтый цвет.

1.3.1.3 Свободный хлор. Содержание свободного хлора учитывается в воде, подвергнутой хлорированию в целях обеззараживания.

Реактивы: 10%-ный раствор йодистого калия; 0,5%-ный раствор растворимого крахмала.

Ход анализа. В пробирку на высоту 10 см наливают воду и прибавляют к ней 10 капель раствора йодистого калия и 12 ка­пель раствора крахмала. Появление синего окрашивания указы­вает на наличие свободного хлора

Окраска	Количество хлора, мг/л воды
Едва заметная синева	0,05
Слегка синеватая	0,1
Светло-синяя	0,2
Синяя	0,3
Густо-синяя	0,5

Дозу активного хлора устанавливают из расчета, чтобы в воде после обработки оставался избыток хлора не менее 0,3 мг/л, но не более 0,5 мг/л.

1.3.2 Количественные определения

1.3.2.1 Взвешенные вещества определяются путем взвешивания отфильтрованного осадка воды.

Ход анализа. В бюксу помещают фильтр и высушивают до постоянной массы при 105-110°С. После взвешивания фильтр вставляют в воронку, увлажняют дистиллированной водой и про­пускают через него 500 мл анализируемой воды. Осадок взвешенных частиц вместе с фильтром переносят в бюксу и все высушивают при 105-110 °С до постоянной массы. Содержание взвешенных веществ х, %, вычисляют по формуле (1):

а =( а-b) 1000/V, (1)

где а — масса бюксы с фильтром и взвешенными веществами, г;

b — масса бюксы с фильтром, г;

V — объем профильтрованной воды, взятой для определе­ния, мл.

1.3.2.2 Сухой остаток. Определение осуществляют методом высушивания осадка, полученного после предварительного выпарива­ния исследуемой воды. Сухой осадок характеризует содержа­ние растворенных веществ в воде.

Ход анализа. После определения взвешенных веществ про­фильтрованную воду (50 - 100 мл) выпаривают на водяной бане в предварительно прокаленной и взвешенной фарфоровой чашке. Чашку наполняют по мере испарения воды. После выпаривания чашку с осадком высушивают в течение 40 мин при 130°С и взвешивают.

Сухой остаток Х, мг/л, вычисляют по формуле (2):

а =(а-b) 1000/V , (2)

где а — масса чашки с сухим остатком, мг;

a₁ — масса пустой чашки, мг;

V — объем воды, взятой для определения, мл.

1.3.2.3 Окисляемость. Окисляемостью воды называется количест­во окислителя или эквивалентное ему количество кислорода, расходуемое на окисление содержащихся в ней примесей. По окисляемости принято характеризовать загрязненность воды ор­ганическими примесями (гумматами, органическими кислотами и другими легко окисляющимися соединениями).

В зависимости от применяемого окислителя различают окисляемость перманганатную, бихроматную и др. При анализе питьевой воды обычно определяют перманганатную окисляемость. В основе метода перманганатной окисляемости лежат следующие реакции.

Перманганат калия (КМп0₄), будучи сильным окислителем, реагирует в кислой среде с восстановителями по уравнению

Мп0₄^- + 8Н⁺+5eMn²⁺ + 4Н₃ О.

В анализируемую воду перманганат калия вводят в виде 0,01н раствора с некоторым избытком. Для учета его количества, пошедшего на окисление примесей воды, в реакционную смесь вводят такой же объем 0,01н раствора щавелевой кислоты, реаги­рующей с перманганатом калия по уравнению

2Мп0₄^- + 5C ₂O₄ ^2- + 16Н⁺ 2Mn²+ + 10CO₂ + 2Н ₂ 0.

Не вступившую в реакцию щавелевую кислоту оттитровывают перманганатом и по результату титрования вычисляют окисляемость воды. Окисляемость выражают либо в милиграммах перманганата калия, либо в миллиграммах кислорода, расходуе­мых на окисление примесей в 1 л воды.

Реактивы: 1) разбавленный раствор серной кислоты (1 объем 96%-ной серной кислоты ч.д.а. прибавляют при переме­шивании к 2 объемам дистиллированной воды, к полученному раствору при температуре около 40 °С добавляют 0,01н раствор перманганата до слабо-розовой окраски);

2) 0,1н раствор щавеле­вой кислоты (растворяют 6,3030 г (СООН)₂x2Н₂ О ч.д.а. в разбав­ленной в соотношении 1:15 серной кислоте и доводят объем при 20 °С до 1 л; раствор сохраняют в темной бутылке, он устойчив около полугода);

3) 0,01н раствор щавелевой кислоты (доводят 100 мл 0,1н раствора щавелевой кислоты до 1 л разбавленной серной кислотой);

4) приблизительно 0,1 и 0,01н растворы пер­манганата калия. Основной раствор представляет собой раствор 3,2 г КМп0₄ в 1 л дистиллированной воды. Раствор сохраняют в темной бутыли, изредка помешивая; его можно применять не раньше 2-3 недель после приготовления.

Рабочий раствор готовят так. В мерную колбу на 1 л нали­вают 100 мл основного раствора и доводят дистиллированной во­дой до метки. В разбавленном растворе определяют нормальность по щавелевой кислоте.

Ход анализа. В коническую колбу вместимостью 250 мл наливают 100 мл анализируемой воды, 5 мл серной кислоты, раз­бавленной водой в соотношении 1:3, 10 мл 0,01н раствора перман­ганата калия. Туда же вносят несколько стеклянных шариков или капилляров. Закрыв колбу часовым стеклом, смесь нагревают 5 минут до кипения и кипятят 10 минут. К горячему раствору добавляют 10 мл 0,01н раствора щавелевой кислоты и тщательно размешивают, вращая колбу. Обесцветившийся горячий раствор при 80 °С титруют 0,01н раствором КМп0₄ до появления слабо­ розового окрашивания. Израсходованное на титрование количест­во перманганата равно его количеству, пошедшему на окисление примесей воды; 1 мл 0,01н раствора КМп04 соответствует 0,08 мг кислорода.

В конце анализа рекомендуется проверить нормальность перманганата калия по щавелевой кислоте. Для этого в горячий раствор после титрования вносят 10 мл 0,01н раствора щавелевой кислоты и титруют его перманганатом калия до появления розо­вого окрашивания. Коэффициент нормальности перманганата ка­лия k рассчитывают по уравнению (3):

k • V =0,01 • 10, (3)

где V — объем перманганата, пошедший на титрование, мл.

Окисляемость воды 0_к , мг ки­слорода на 1л воды, рассчитывают по формуле (4)

0_к =V₁ • k •8 •1000/ V_2, (4)

где V₁ — объем раствора перманганата калия, пошедший на тит­рование пробы с исследуемой водой, мл;

8— количество кислорода, эквивалентное 1 мл нормального раствора перманганата, мл;

V₂ — объем пробы исследуемой воды, мл.

При разбавлении пробы исследуемой водой из величины вычитают количество перманганата калия, расходуемое на окис­ление пробы воды, взятой для разбавления.Окисляемость воды должна быть не выше 3 мг О₂ или 12 мг перманганата калия на 1 л воды.

Пример. Вода для определения окисляемости разбавлена дистиллированной водой вдвое. На титрование пробы 100 мл ис­следуемой воды пошло 2 мл перманганата. На титрование холо­стой пробы израсходовано 0,2 мл перманганата. Так как в пробе разбавленной воды содержится 50 мл дистиллированной, то для окисления содержащихся в ней примесей потребуется 0,1 мл пер­манганата. При проверке нормальности рабочего раствора израс­ходовано 10,2 мл перманганата. Следовательно, коэффициент нормальности его k = 100,01/0,02= 0,0098 ,

а окисляемость воды (2 - 0,1) • 0,00988 • 1000 /100 = 1,49 мг О ₂/л.

1.3.2.4 Ионы кальция (кальциевая жесткость). Определение со­держания ионов кальция основано на свойстве ионов кальция в щелочной среде (при рН 12) образовывать с индикатором мурексидом (пурпуреатом аммония) соединения, окрашивающие вод­ный раствор в розовый цвет. Однако это соединение менее проч­нее, чем комплекс, образующийся с трилоном Б. Поэтому при добавлении к воде, содержащей ионы кальция, мурексида и тит­ровании ее с трилоном Б в момент полного связывания ионов кальция в комплексе с трилоном Б розовая окраска изменится в лиловую.

Реактивы: мурексид, твердая смесь (смешивают 0, 2 г мурексида-пурпуреата аммония со 100 г хлорида натрия ч.д.а. и растирают в тонкий порошок); 1н раствор гидроксида натрия.

Ход анализа. Для анализа берут такой объем воды, чтобы содержание в нем ионов кальция не превышало 0, 5 мг-экв/л. По­этому в зависимости от ожидаемой концентрации ионов кальция в коническую колбу на 250 мл отмеривают 100, 50, 25 мл воды. Если взятый объем воды меньше 100 мл, к ней добавляют до 100 мл дистиллированную воду. В эту же колбу добавляют 2 мл 1н гидроксида натрия и 10-15 мг индикатора мурексида. Содер­жимое колбы после размешивания титруют 0,1н раствором три­лона Б до перехода розовой окраски в лиловую. Точку эквива­лентности можно сделать более отчетливой, если анализируемую воду предварительно подкислить соляной кислотой и прокипя­тить для удаления углекислого газа. В этом случае в анализируе­мую пробу прибавляют несколько миллилитров 0,1н соляной кислоты до кислой реакции по лакмусовой бумажке, кипятят 5 мин. и после этого в нее добавляют гидроксид натрия и индика­тор. Кальциевая жесткость, мг-экв/л, определяется по формуле (5):

Ж_са = V• K • 1000/ а, (5)

где V — количество трилона Б, пошедшего на титрование, мл;

К — коэффициент нормальности трилона Б;

а — объем воды, взятой для анализа, мл.

Пример. На титрование 100 мл воды израсходовано 9,7 мл 0,05н раствора трилона Б: Ж_са = 9,7.0,05.1000/100=4,85 мг-экв/л.

1.3.2.5 Щелочность. Способность воды связывать кислоты харак­теризуется величиной щелочности, т. е. количеством в воде ионов ОН^-, СОз^2-, НСО₃^- и некоторых других анионов слабых кислот, реагирующих с сильными кислотами по уравнениям:

ОН^- +H⁺ = H₂O,

СО₃^2-+ Н⁺ = НСО₃ ,

НСО₃^- + Н+ = СО₂ + Н₂О.

Щелочность принято выражать количеством миллиграмм-эквивалентов указанных ионов в 1 л воды.

Определение щелочности основано на титровании воды со­ляной кислотой с индикаторами метиловым оранжевым и фенол­фталеином. При титровании с метиленовым оранжевым переход желтой окраски раствора в оранжевую наступает при полном связывании ионов ОН^-, СО₃^2-, НСО₃^- по приведенным уравнениям, в то время как при титровании с фенолфталеином исчезнове­ние окраски раствора происходит при связывании только ионов ОН^-, СО^32-, по двум первым уравнениям. Соответственно различа­ют общую щелочность, определяемую титрованием воды соляной кислотой с метиленовым оранжевым, и свободную щелочность, определяемую титрованием с фенолфталеином.

Для суждения о том, какими ионами обусловливается ще­лочность воды, целесообразно титрование вести с фенолфталеином до обесцвечивания раствора, а затем с метиленовым оранжевым до перехода желтой окраски раствора в оранжевую.

Реактивы: 0,05%-ный раствор метилового оранжевого;0,5%-ный раствор фенолфталеина; 0,1н раствор соляной кислоты.

Ход анализа. В коническую колбу на 250 мл отмеривают 100 мл воды, добавляют 3 капли фенолфталеина и титруют 0,1н раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски титруемого раствора. Затем в ту же колбу добавляют 3 капли ме­тилового оранжевого и продолжают титрование соляной кислотой до перехода желтой окраски раствора в оранжевую. Общая ще­лочность воды , мг-экв/л, рассчитывается по уравнению (6).:

Що = V • п •1000/ W , (6)

где V — количество соляной кислоты, пошедшей на титрование с

метиленовым оранжевым, мл;

W — объем воды, взятой для титрования, мл;

п — нормальность раствора соляной кислоты.

Свободная щелочность Щс вычисляется по аналогичной формуле, только вместо V подставляется

V₁ — количество соля­ной кислоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином (в мл).

Пример. На титрование 100 мл воды с фенолфталеином из­расходовано 0,5 мл 0,1н раствора соляной кислоты, а на титрова­ние с метиленовым оранжевым — 3 мл:

Що = 3•0,1•1000 =3 мг-экв/л; Щс=0,5•0,1•1000/100= 0,5 мг-экв/л;