Глава 15

ХИМИЧЕСКИЕМЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Химические методы контроля объектов окружающей сре­ды по прежнему широко используются в повседневной практике благодаря своей надежности и эффективности.

Наиболее широко применяемые из них — гравиметриче­ские и титриметрические методы анализа для точного контроля содержания загрязнений в воде, воздухе и почве [1, 2].

15.1. Гравиметрические методы

Сущность гравиметрических методов заключается в осаж­дении вещества, его отделении и определении массы осадка.

Гравиметрические методы отличаются высокой точностью определения, оборудование для применения методов в лабора­тории недорого, но их применение требует больших затрат вре­мени.

Для определения сульфатов во всех типах вод, включая морскую воду и большинство промышленных стоков, применя­ют гравиметрический метод по международному стандарту ИСО 9280.

356

357

Данным методом определяют концентрации SCV в диапа­зоне 10—5000 мг/л при объеме пробы 10—200 мл. Более высокие концентрации можно определить после разбавления пробы.

Сущность метода заключается в осаждении сульфата в виде нерастворимой соли бария, отделении осадка от раствора с последующим гравиметрическим определением.

Почти все природные воды, так же как и дождевая вода, сточные воды, содержат хлорид-ионы. Концентрации могут ме­няться в широких пределах от нескольких миллиграммов на литр до весьма высоких концентраций в морской воде. Метод определения содержания хлоридов, установленный международ­ным стандартом ИСО 9297, пригоден для непосредственного определения в концентрациях от 5 до 150 мг/л. Можно анализи­ровать и концентрации до 400 мг/л путем разведения пробы или использования бюретки для титрования большей вместимости.

Сущность метода заключается в известной реакции вза­имодействия хлорид-иона с добавленными ионами серебра с образованием нерастворимого осадка (метод Мора).

Международный стандарт ИСО 9096 устанавливает руч­ной гравиметрический метод измерения концентрации и массо­вой скорости течения частиц в дымоходах и трубах. Этим мето­дом можно определить концентрацию частиц от 0,005 до 10 г/м .

Для концентраций ниже 0,050 г/м³ погрешность метода больше, чем 10%. Данный метод измерения международный стандарт рекомендует применять также для калибровки автома­тических приборов контроля частиц, стационарно монтируемых в дымоходах.

Сущность метода заключается в отборе из газового пото­ка пробы с помощью остроконечного сопла, фильтрации и взвешивании отобранных частиц с удалением или без удаления влаги.

358

Международный стандарт ИСО 11465 устанавливает гра­виметрический метод определения сухого вещества и воды в почве.

15.2. Титриметрические методы

Реакции между веществами проходят в эквивалентных ко­личествах, поэтому можно определить неизвестную концентра­цию одного из веществ с помощью расчетов, если известны кон­центрация и объем прореагировавшего с ним вещества.

Титриметрические методы широко представлены в между­народных экологических стандартах ИСО по контролю качества воды и при анализе водной вытяжки из почвы.

Международный стандарт ИСО 5813 устанавливает йодо-метрический метод определения растворенного в воде кислорода (метод Винклера, модифицированный для исключения некото­рых помех).

Йодометрический метод применим для всех типов вод, свободных от мешающих веществ и содержащих растворенный кислород в концентрации более чем 0,2 мг/л, вплоть до двойного насыщения кислородом (приблизительно 20 мг/л). Легко окис­ляемые органические вещества, такие как танины, гуминовые кислоты и лигнины, оказывают мешающие влияния. Окисляе­мые соединения серы, такие как сульфиды и тиомочевина, также оказывают мешающее влияние. В присутствии этих веществ предпочтительно использовать метод электрохимического дат­чика по ИСО 5814.

Нитриты в концентрации до 15 мг/л не оказывают ме­шающего воздействия при определении, потому что их связы­вают добавлением азида натрия в ходе анализа.

359

В присутствии окисляющих или восстанавливающих ществ необходимо применять модифицированные методы.

В присутствии взвешенных веществ, способных фиксиро-вать или поглощать йод, можно использовать модифицирован­ный метод, но предпочтительней использовать метод электро-химического датчика.

Сущность метода заключается в реакции растворенного в воде кислорода пробы со свежеосажденной гидроокисью мар­ганца (II), которая образуется при добавлении гидроксида нат­рия или калия к сульфату марганца (II).

Подкисление и окисление йодида соединением марганца более высокой валентности приводит к выделению йода в экви­валентных кислороду количествах. Выделенный йод определяют титрованием тиосульфатом натрия.

Международный стандарт ИСО 9963—1 устанавливает титриметрический метод определения щелочности природных, обработанных и сточных вод. Этим методом можно определять щелочность в диапазоне концентраций 0,4—20 ммоль/л, пробы с более высокой концентрацией перед анализом разбавляют. Сус­пензированные карбонаты могут оказывать мешающее влияние на ход анализа, поэтому пробу перед анализом фильтруют. Применение рН-метра обеспечивает большую устойчивость к мешающим влияниям, чем использование индикаторов.

Сущность метода заключается в титровании пробы до ко­нечной точки рН 8,3 и 4,5 при визуальном или потенциометри-ческом контроле.

Раньше при определении общей щелочности обычно ис­пользовали индикаторы метиловый красный и метиловый оранжевый, что приводило к получению небольшой разницы в результатах. ИСО 9963—1 регламентирует применение точного

— смеси бромкрезолового зеленого и метилового оранжевого.

Международный стандарт ИСО 9963—2 устанавливает титриметрический метод определения карбонатной щелочности природных вод и питьевой воды.

В данном методе, в отличие от метода 1, благодаря дости­жению конечной точки при более высоком рН, подавляется влияние других акцепторов водородных ионов, таких как анио­ны гуминовой кислоты.

Этот метод применяют при величинах щелочности проб от 0,01 до 4 ммоль/л. Пробы с более высокой щелочностью перед анализом разбавляют.

Карбонатную щелочность часто называют общей щелоч­ностью, и она численно почти равна щелочности по метиловому оранжевому.

Определение конечной точки с помощью рН-метра менее подвержено мешающим влияниям, чем при использовании ин­дикатора.

Сущность метода заключается в титровании пробы соля­ной кислотой до конечной точки рН 5,4 в атмосфере без доступа углекислого газа при визуальном или потенциометрическом контроле.

Титриметрический метод применяют при конечном опре­деление азота в воде по методу Кьельдаля (ИСО 5663, ИСО 10048 и ИСО 11261), свободного и общего хлора по методу Мора (ИСО 7393—1) или йодометрически по ИСО 7393—3, раство­ренного кислорода по ИСО 5813.

Международный стандарт ИСО 5664 устанавливает тит­риметрический метод определения аммония в природной, питье-Вой и сточной водах.

360

46-2713

361

Сущность метода заключается в создании в пробе средне-щелочных условий, сборе и титровании аммиака раствором борной кислоты.

Международный стандарт ИСО 6703 регламентирует три метода количественного определения ионов цианида: фотомет­рический метод с применением сернокислого пиридина и барби­туровой кислоты; титриметрический метод с использованием эффекта Тиндаля; титриметрический метод с применением ин­дикатора.

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостат­ки, и ни один из них нельзя назвать методом, применимым во всех случаях.

Эти методы применяются для воды, содержащей менее 50 мг/л легко выделяемого в свободном состоянии цианида (так же, как и ионов цианида). Более высокие концентрации могут быть определены соответствующим разбавлением пробы.

Методы и соответствующие диапазоны содержания легко выделяемого в свободном состоянии цианида, для которых они подходят, следующие:

• фотометрический метод с пиридин-барбитуровой кислотой (0,002—0,025 мг цианида);

• титриметрический метод с использованием эффекта Тин­ даля (более 0,005 мг цианида);

• титриметрический метод с использованием индикатора (более 0,05 мг цианида).

Международный стандарт ИСО 6058 устанавливает тит­риметрический метод определения кальция в грунтовых, под­земных, поверхностных водах, а также в питьевой воде. Метод можно применять и при анализе промышленных и бытовых не­очищенных вод, при устранении мешающих влияний тяжелых металлов. Указанным методом можно определять кальций при

362

концентрации в диапазоне 2—100 мг/л (0,05—2,5 ммоль/л). Ме­тод не применим для морских и других подобных вод с высокой концентрацией солей.

Сущность метода заключается в комплексонометрическом определении ионов кальция с помощью трилона Б при рН от 12 до 13.

ИСО 6059 устанавливает титриметрический метод опреде­ления суммарной концентрации кальция и магния (жесткости воды) в грунтовых и поверхностных водах, а также в питьевой воде. Метод не применим для минерализованных вод и морской воды. Наименьшая определяемая концентрация составляет 0,05 ммоль/л.

Сущность метода заключается в комплексонометрическом титровании кальция и магния трилоном Б при рН 10. В качестве индикатора используют эриохром черный Т (хромовый темно-синий) или протравной черный II.

Титриметрические методы широко применяются при оцен­ке загрязнения воздуха кислыми газами и скорости осаждения двуокиси серы из воздуха на поверхность.

Международный стандарт ИСО 7934 устанавливает метод определения массовой концентрации двуокиси серы, содержа­щейся в газовых выбросах промышленных установок и печей. Данный метод распространяется на определение степени загряз­нения газовых выбросов двуокисью серы концентрацией выше 30 мг/м . При массовой концентрации двуокиси серы ниже 30 мг/м продолжительность отбора проб должна быть больше, чем указано в ИСО 7934.

Сущность метода заключается в поглощении и окислении двуокиси серы при пропускании через раствор перекиси водоро­да. Образующаяся серная кислота титруется перхлоратом бария с индикатором торином.

46*

363

Международный стандарт ИСО 4220 устанавливает тит-риметрический метод определения загрязнения воздуха кислыми газами. Данный метод распространяется на определение степени загрязнения окружающего воздуха кислыми газами, соответ­ствующего концентрации двуокиси серы выше 30 мкг/м³. Полу­чаемые с использованием этого метода результаты зависят од­новременно и от количества газообразных щелочных, и от коли­чества газообразных кислых загрязнений воздуха, которые мо­гут быть определены в установленных условиях отбора проб и анализа. Длительность отбора проб составляет 24 ч или 48 ч. Этот метод может быть использован не только для определения двуокиси серы.

Сущность метода заключается в поглощении и окислении растворимых газообразных компонентов пробы воздуха, про­пускаемого в течение 24 ч или 48 ч через раствор перекиси водо­рода. Образующаяся серная кислота титруется раствором серной кислоты или тетрабората натрия до восстановления исходного значения рН с колориметрическим или потенциометрическим определением конечной точки.

Международный стандарт 9225 устанавливает титримет-рический метод с применением водно-спиртового раствора хлорнокислого бария и индикатора торина для определения ко­личества осадившейся из воздуха двуокиси серы.

При контроле качества почвы титриметрию применяют при определении содержания карбоната по ИСО 10693.