Контроль качества воды. Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ для студентов направления подготовки 08.04.01 «Строительство» проф
.pdfв диапазоне концентраций от 0.02 до 1.00 мг РО43¯/л составляет ±0.01‒0.02 мг/л;
чувствительность 0.01 мг РО43¯/л.
Мешающие влияния. Этим способом можно определять ортофосфат -
ионы в присутствии многих неорганических и органических веществ, в том числе и в присутствии полифосфатов и сложных эфиров фосфорной кислоты.
Изменение некоторых внешних условий (температуры в пределах ±10
град и освещения) не оказывает влияния на результат определения. Можно изменить и концентрации добавляемых реактивов (понизить до 50 % или повысить на 100 %); следует только учитывать изменение объема жидкости.
Очень важной особенностью метода является то, что реактивы можно прибавлять и в обратном порядке.
Сильнокислые или сильнощелочные пробы предварительно нейтрализуют.
Определению мешают сульфиды и сероводород в концентрациях,
превышающих 3 мг S²¯/л, мешающее влияние можно устранить прибавлением нескольких миллиграммов твердого КМnО4 на 100 мл пробы и встряхиванием в течение 1‒2 мин; раствор должен остаться розовым. После этого прибавления реактивов надо проводить в обратном порядке: сначала прилить раствор аскорбиновой кислоты, перемешать, затем прибавить раствор молибдата.
Определению мешают также хроматы в концентрациях, превышающих
2мг СrО4²¯/л. Это мешающее влияние устраняют, приливая реактивы в обратном порядке, как в предыдущем случае.
Мешают определению арсенаты. Обычно в водах арсенаты присутствуют,
но, если они окажутся в больших количествах, надо, определив их содержание,
вычесть результат из найденного содержания фосфатов.
Мешающее влияние нитритов устраняют сульфаминовой кислотой,
которую вводят в состав применяемого реактива. При большом содержании железа следует ввести эквивалентное количество комплексона III.
Оборудование:
Фотометр (фотоколориметр) с красным светофильтром (λ = 670‒690нм).
11
Кюветы с толщиной слоя 2‒4см.
Реактивы:
Смесь молибдата аммония, серной кислоты, сульфаминовой кислоты,
хлорида сурьмы и винной кислоты. К 300 мл бидистиллята приливают при перемешивании 144 мл концентрированной серной кислоты ч.д.а. Затем охлаждают приблизительно до 20˚С и при перемешивании прибавляют раствор
10г сульфаминовой кислоты NН2SО3Н ч.д.а. в 100 мл дистиллированной воды,
раствор 12.5г молибдата аммония (NН4)6Мo7О24•4Н2О в 200 мл дистиллированной воды, раствор 0.235г хлорида сурьмы SbС13 ч.д.а. и 0.6г
винной кислоты ч.д.а. (или 0.345г антимонилтартрата калия КSbОС4Н4∙0.5Н2О
ч.д.а.) в 100 мл дистиллированной воды, после чего разбавляют полученную смесь до 1л дистиллированной водой. Реактив хранят в склянке из оранжевого стекла.
Аскорбиновая кислота, 10%-ый раствор. Растворяют 10г аскорбиновой кислоты ч.д.а. в бидистилляте и разбавляют раствор до 100 мл. Хранят раствор на холоде; он устойчив приблизительно 30 дней.
Фосфат калия однозамещенный, стандартный раствор.
Основной раствор. Растворяют 0,7165г КН2РО4 ч.д.а., высушенного в течении двух часов при 105˚С, в дистиллированной воде, прибавляют 2 мл хлороформа и разбавляют дистиллированной водой до 1л; 1 мл этого раствора содержит 0.50 мг РО4 3¯.
Рабочий раствор №1. Разбавляют 10.00 мл основного раствора до 1л
дистиллированной водой; применяют свежеприготовленный раствор; 1 мл его содержит 0.05 мг РО43¯.
Рабочий раствор №2. Разбавляют 50.0 мл рабочего раствора 1 до 250мл дистиллированной водой; применяют свежеприготовленный раствор; 1мл его содержит 0.01 мг РО43¯.
Калибровочная кривая. В ряд колб помещают 1.0; 2.5; 5.0; 8.0; 10.0; 25.0; 50.0мл рабочего стандартного раствора II и объем всех растворов доводят до 50мл дистиллированной водой. В полученных растворах, концентрации
12
которых отвечают 0; 0.02; 0.05; 0.10; 0.20; 0.50; 1.00 мг РО43¯/л, определяют фосфаты описанным ниже способом. Вводят поправку на «холостой опыт» и
строят калибровочную кривую в координатах оптическая плотность‒ концентрация фосфат - ионов.
Ход определения. К 50 мл пробы, профильтрованной в день отбора (на месте отбора или в лаборатории), через плотный фильтр (синяя лента) или к меньшему объему пробы, но разбавленному до 50мл дистиллированной водой,
приливают сначала 2мл раствора молибдата, через короткое время 0.5мл раствора аскорбиновой кислоты. Смесь перемешивают. Одновременно проводят «холостое» определение с 50мл дистиллированной воды. Если анализируемая проба содержит полифосфаты и органические соединения фосфора, измеряют оптическую плотность в промежутке времени от 5 до 15
мин после добавления раствора аскорбиновой кислоты. Если легко поддающихся гидролизу полифосфатов нет, этот промежуток времени может быть увеличен до 60 мин. Если же нет ни полифосфатов, ни органических фосфатов, измерение оптической плотности можно проводить в течение времени от 5 мин до 48 часов после добавления аскорбиновой кислоты. Из найденной величины оптической плотности вычитают оптическую плотность
«холостого» определения. Если проба была несколько мутной или окрашенной,
надо также вычесть оптическую плотность раствора, получаемого после добавления молибдата, но перед введением аскорбиновой кислоты.
Содержание фосфатов находят по калибровочной кривой.
Расчет. Содержание растворенных неорганических ортофосфатов РО43¯
(Х, мг/л) вычисляют по формуле:
Х = с 50/V,
где с ‒ содержание ортофосфатов, найденное по калибровочному графику, мг/л;
V ‒ объем пробы, взятый для определения, мл;
50 – объем, до которого разбавляют раствор, мл.
13
Таблица 2.1 ‒ Округление результатов
Диапазон, |
0.01‒0.20 |
|
0.20‒0.50 |
0.50‒1.00 |
|
1.00‒2.00 |
|
мг/л |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Округление |
0.01 |
|
0.02 |
0.05 |
|
0.1 |
|
мг/л: |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
Вычисление содержания НРО42¯ - ионов. Относительное содержание |
|||||||
НРО42 |
¯ - ионов находят, |
вычитая из 100% |
указанные в |
табл.1 значения |
|||
содержания НРО4¯(а также указанные в некоторых случаях значения содержания Н3РО4 или РО43¯).
По общему содержанию растворенных ортофосфатов, выраженному в мг РО43¯/л, рассчитывают содержание каждого компонента, выраженное в тех же единицах.
Таблица 2.2 ‒ Относительное содержание Н2РО4¯ - иона (в процентах) [2]
|
Ионная сила |
Ионная сила |
Ионная сила |
|
|
|
||||
|
0.01 (содержа- |
0.1(содержа- |
|
|
|
|||||
|
0.025(содержа- |
|
|
|
||||||
рН |
ние солей |
ние солей |
Примечание |
|||||||
ние солей 1 г/л) |
||||||||||
|
0.45г/л) |
4.5 г/л) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25°С |
5°С |
25°С |
5°С |
25°С |
5°С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5,0 |
99,0 |
99,2 |
98,9 |
99,0 |
98,5 |
98,8 |
H3PO4—0.1% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6,0 |
91,6 |
93,3 |
91,0 |
92,3 |
87,9 |
89,7 |
H3PO4 –0.01% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,0 |
53,5 |
58,0 |
50,0 |
54,6 |
42,0 |
46,6 |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,5 |
26,7 |
30,4 |
24,0 |
27,5 |
18,6 |
21,6 |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,0 |
10,3 |
12,1 |
9,1 |
10,7 |
6,8 |
8,0 |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,5 |
3,5 |
4,2 |
3,1 |
3,7 |
2,2 |
2,7 |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,0 |
1,1 |
1,4 |
1,0 |
1,2 |
0,7 |
0,9 |
|
PO43 |
¯-0.1% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
PO43 |
¯ -0.1% (µ=0.01) |
||
10,0 |
0,11 |
0,13 |
0,10 |
0,12 |
0,07 |
0,08 |
1.3% (µ=0.025) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
2.3% (µ=0.1) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
Вопросы для самоконтроля:
1.Каково негативное влияние избытка биогенных элементов на
биоту?
2.Каковы основные источники и пути трансформации соединений фосфора в воде?
3.Как рассчитать теоретическое значение рН в 0,1М растворе ортофосфата натрия?
4.Выпадет ли осадок при сливании равных объемов 0,001 моль/ л
раствора ортофосфата натрия и 0,0001 моль/л раствора нитрата серебра?
5.Как записываются молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакции гидролиза ортофосфата натрия?
6.Каково ПДК ортофосфат-ионов для питьевой воды и источников центрального водоснабжения?
7.Как осуществляется отбор и хранение проб?
8.Как можно снизить концентрацию фосфатионов в воде?
9.Чем восполняют недостаток фосфора в сточных водах при их очистке в аэротенках?
Лабораторная работа №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОЛИЗУЮЩИХСЯ ОРТОФОСФАТОВ
Цель работы: освоить анализ воды на содержание гидролизующихся полифосфатов кислым гидролизом с последующим определением образующихся ортофосфатов с помощью молибдата и аскорбиновой кислоты.
В методе используется кислый гидролиз полифосфатов, при котором они переходят в растворимые с помощью молибдата и аскорбиновой кислоты.
Одновременно определяют ортофосфаты, первоначально находящиеся в пробе,
и содержание их вычитают из найденного результата.
15
Мешающие влияния. Мешают те же причины что и в случае определения растворенных неорганических ортофосфатов. При гидролизе возможно также частичное разрушение органических соединений фосфора, особенно при высоком содержании этих веществ.
Оборудование:
Чашки, стаканы или колбы емкостью 200 мл из химически стойкого стекла, желательно кварцевого, не содержащего фосфор. Фотометр (фотоколориметр) с красным светофильтром (λ = 670 – 690 нм).
Реактивы:
Серная кислота, 37% - ый раствор.
Те же, что и для колориметрического определения растворимых ортофосфатов (лабораторная работа №2)
Ход определения. Анализ проводят на месте отбора или в тот же день в лаборатории. К 100 мл профильтрованной через плотный фильтр (синяя лента)
пробы или к меньшему ее объему, разбавленному до 100 мл дистиллированной водой, добавляют 2,0 мл 37%-ного раствора серной кислоты и кипятят 30 мин. Объем пробы поддерживают постоянным, добавляя дистиллированную воду в пределах 50‒90мл. После охлаждения до комнатной температуры раствор переводят в мерную колбу емкостью 100мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Отбирают пипеткой 50мл и определяют ортофосфаты, как описано выше.
Расчет. Содержание поддающихся гидролизу полифосфатов (Х, мг/л)
вычисляют по формуле:
Х = с∙100V – а,
где с ‒ концентрация РО43¯ после гидролиза, найденная по калибровочной кривой, мг/л;
V ‒ объем пробы, взятой для определения, мл;
а ‒ концентрация неорганических ортофосфатов, найденная в пробе отдельным определением, мг/л;
100 ‒ объем, до которого разбавлена проба, мл.
16
Таблица 3.1 ‒ Округление результатов
Диапазон, мг/л |
0.01‒0.20 |
0.20‒0.50 |
0.50‒1.00 |
|
|
|
|
Округление мг/л: |
0.02 |
0.05 |
0.1 |
|
|
|
|
Вопросы для самоконтроля:
1.Чем объясняется токсичность полифосфатов?
2.Какими химическими формулами можно описать полифосфаты?
3.Каково допустимое остаточное количество полифосфатов в воде хозяйственно-питьевого назначения, что такое лимитирующий показатель вредности?
4.Каковы источники поступления полифосфатов в воду?
Лабораторная работа №4
ИОНЫ АММОНИЯ И АММИАК
Цель работы: освоить анализ воды на содержание ионов аммония и аммиака колориметрическим методом с реактивом Несслера.
Ионы аммония и аммиак появляется в грунтовых водах в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Так же объясняется присутствие их в питьевых водах, если эти вещества не прибавляли в смеси с хлором при водоподготовке.
В поверхностных водах аммиак появляется в небольших количествах,
обычно в период вегетации, в результате разложения белковых веществ. В
анаэробной среде аммиак образуется при восстановлении органических веществ. Вследствие жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий содержание в водоемах снижается при одновременном образовании нитратов.
Повышенное содержание аммиака в поверхностных водах объясняется спуском в них бытовых сточных вод и некоторых промышленных вод, содержащих
17
значительные количества аммиака или солей аммония, являющихся отходами производства.
Отношение концентраций свободного аммиака (NН3) и ионов аммония
(NН4+) зависит от концентрации водородных ионов. Концентрации отдельных форм можно определить расчетом.
Для определения аммиака приводится метод непосредственного колориметрического определения в питьевых и поверхностных водах с реактивом Несслера и метод отгонки с колориметрическим или объемным окончанием в зависимости от концентрации аммиака в пробе (определение в поверхностных и особенно в сточных водах). Если пробы для определения аммиака взяты не сразу же после отбора, их консервируют прибавлением 1 мл концентрированной серной кислоты или 2‒4 мл хлороформа на 1 л пробы.
Полученные результаты выражают в миллиэквивалентах или в миллимолях ионов аммония (NН4+) на 1л воды: 1 мг NH4+ = 0.05544 мэкв NН4+; 1 мэкв NН4+ = 18.04 мг NН4+.
Качественное определение
К 10 мл пробы прибавляют несколько кристалликов сегнетовой соли и 0.5
мл реактива Несслера. Желтое окрашивание раствора, помутнение или выпадение желто-коричневого осадка указывает на присутствие аммиака. В
присутствии повышенного количества органических веществ, особенно гуминовых кислот, вызывающих усиление коричневой окраски после подщелачивания, необходимо провести холостой опыт, добавив сегнетову соль и 0.5 мл 15%-ного раствора едкого натра.
Колориметрическое определение с реактивом Несслера
Аммиак реагирует в щелочной среде с йодомеркуриатом калия, образуя осадок желто-коричневого цвета. При низкой концентрации аммиака получается коллоидный раствор, пригодный для колориметрического определения.
18
Низший предел определения равен 0.05 мг NН4+ в 1л. Без разбавления можно определять не более 4 мг NН4+в 1л воды.
Мешающие влияния. Определению мешают амины, хлорамины, ацетон,
альдегиды, спирты и некоторые другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несслера. В их присутствии проводят определение аммиака с отгонкой. Определению мешают компоненты, обусловливающие жесткость воды, железо, сульфиды, хлор, а также мутность.
Мешающее влияние жесткости воды устраняют прибавлением раствора сегнетовой соли или комплексона III.
Большое количество железа, сульфиды и муть удаляются при осветлении воды цинковой солью. К 100 мл пробы прибавляют 1 мл раствора сульфата цинка (100г ZnSО4 ∙7Н2О ч.д.а. растворяют в бидистилляте и разбавляют до 1л)
и смесь тщательно перемешивают. Затем рН смеси доводят до 10.5
добавлением 25%-го раствора гидроксида калия или гидроксида натрия.
Проверяют рН стеклянным электродом. После взбалтывания и образования хлопьев осадок отделяют центрифугированием или фильтрованием через стеклянный фильтр. Увеличение объема жидкости необходимо учесть при расчете.
Мешающее влияние хлора устраняют добавлением раствора тиосульфата или арсенита натрия (растворяют в бидистилляте 3.5г Na2S2О3∙5Н2О ч.д.а. или
1г Na3AsО3 ч.д.а. и доводят до одного литра). Для удаления 0.5 мг хлора достаточно прибавить 1 мл одного из указанных растворов.
Оборудование:
Фотометр (фотоколориметр) с фиолетовым светофильтром (λ = 400 ‒ 425
нм), кюветы с толщиной слоя 1‒5см или набор цилиндров Несслера емкостью
50 мл.
Реактивы:
Бидистиллят безаммиачный. Устраняют следы аммиака в бидистилляте фильтрованием через катионит в Н+ - форме.
19
Реактив Несслера. Растворяют 100г НgI2 ч.д.а. и 70г КI ч.д.а. в
небольшом количестве бидистиллята и смешивают с раствором едкого натра,
приготовленным растворением 160г NaОН ч.д.а. в 500мл дистиллированной воды. Смесь доводят бидистиллятом до 1л. Применяется прозрачный раствор после отстаивания в течение по крайней мере 4 ч.
Тартрат натрия и калия (сегнетова соль), 50%-ый раствор. Растворяют 50г
КΝaС4Н4О6 •4Н2О ч.д.а. в бидистилляте, разбавляют до 100 мл бидистиллятом и прибавляют 0.2-0.5 мл реактива Несслера. Раствор можно применять после осветления.
Комплексон III, 50%-ный раствор. Растворяют 10г NaОН ч.д.а. в 60 мл бидистиллята и в полученном растворе растворяют 50г комплексона III. Смесь доводят бидистиллятом до 100 мл.
Едкий натр, ч.д.а. 15%-ный раствор в бидистилляте.
Хлорид аммония, стандартный раствор.
Раствор А. Растворяют 0.2965г NН4Сl ч.д.а. в бидистилляте и разбавляют до 1л. В 1 мл раствора содержится 0.1 мг NН4+. Раствор должен быть свежеприготовленным.
Раствор Б. Доводят 50.0 мл раствора А бидистиллятом до 1л; в 1мл раствора содержится 0.005 мг NН4+. Раствор должен быть свежеприготовленным.
Реактивы не должны содержать аммиак, что контролируется холостым опытом.
Калибровочная кривая. В мерные колбы емкостью 50мл или в цилиндры Несслера с меткой 50 мл последовательно добавляют 0; 0.5; 1.0; 2.0; 4.0; 6.0; 8.0; 10.0; …; 40 мл рабочего стандартного раствора Б и объем доводят бидистиллятом до 50мл. Полученные растворы с концентрациями 0; 0.20; 0.40;
0.60; 0.80; 1.0; …;4.0 ммоль NН4+ в 1л обрабатывают описанным ниже способом и строят график зависимости оптической плотности от содержания аммиака;
вводят поправку на холостой опыт. При сравнении в цилиндрах Несслера готовят шкалу только до концентрации NН4+ 2 мг/л.
20