Лабораторная работа №6. Использование ионоселективных электродов в контроле промышленных сточных вод.

Цель работы: Изучение потенциометрического метода анализа загрязняющих веществ в воде на примере использования Na-селективного электрода.

Задание на выполнение лабораторной работы:

1.Ознакомиться с работой иономера в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

2. Приготовить растворы ионов Na для градуировки иономера.

3. Провести градуировку иономера.

4. Построить график зависимости потенциала электродной системы (Е, мВ) от отрицательного десятичного логарифма концентрации ионов Na (рNa).

5. По результатам градуировки иономера определить крутизну градуировочной характеристики электрода в линейной её части (определить ΔЕ/ΔрNa в каждой точке градуировочного графика). Сделать вывод о соответствии её паспортным характеристикам электрода.

6. Выполнить анализ представленных образцов воды на содержание Na.

7. Провести оценку приемлемости полученных результатов в соответствии с процедурами описанными ниже.

Введение

В настоящее время потенциометрические методы находят достаточно широкое применение в практике анализа вод. Их преимущество по сравнению с классическими методами «мокрой химии» и методами спектрофотометрии – минимальный перечень химических реагентов, портативность оборудования и возможность использования непосредственно на объекте исследования, относительная дешевизна оборудования (по сравнению со стоимостью спектрофотометров). Недостатком является относительно большая погрешность при измерении низких концентраций веществ. Преимуществом потенциометрического анализа является также возможность использования селективных электродов для непрерывного контроля состава вод, растворов в автоматическом режиме (например, в системах очистки сточных вод) с одновременной регистрацией измеряемых параметров.

В основе потенциометрического анализа лежит зависимость э.д.с. электродной системы (Е, мВ) от отрицательного логарифма молярной концентрации определяемого иона (рС_m) при постоянных ионной силе и температуре раствора, описываемая уравнением Нернста:

Е = Е₀ + S×рС_m,

где Е – разность потенциалов между измерительным и электродом сравнения (э.д.с.), мВ;

Е₀ – значение э.д.с. электродной системы в начальной точке диапазона измерений, мВ;

S - угловой коэффициент наклона (крутизна) электродной функции, величина которого за­висит от температуры раствора;

рС_m - отрицательный логарифм молярной концентрации определяемого иона в растворе.

Для регулирования ионной силы в анализируемой воде используют фоновый раствор вещества, не влияющего на потенциал селективного электрода.

Концентрацию определяемого иона находят по градуировочному графику зависимости э.д.с. электродной системы (Е) от отрицательного логарифма молярной концентрации иона (рС_m) в градуировочных растворах. В современных приборах градуировочная характеристика заносится в память иономера и вычисление концентрации осуществляется автоматически и считывается с дисплея в момент проведения измерений.

В основу лабораторной работы положены действующие нормативно-технические документы: РД 52.24.365-2008 Массовая концентрация натрия в водах. Методика выполнения измерений потенциометрическим методом с ионселективным электродом, ФР.1.31.2007.03498 Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов натрия в воде и водных растворах потенциометрическим методом с помощью ионоселективных электродов «Эком-Na».

1 Метод анализа Na в воде

Выполнение измерений основано на изменении потенциала ионселективного электрода в зависимости от активности ионов натрия в растворе

Диапазон измерений массовой концентрации ионов Na: от 2,3 до 2300 мг/дм³ (10^–4 – 10^-1моль/дм³).

Допускаемая область рН анализируемой пробы: рН≥8.

Мешающее влияние оказывают ионы калия и аммония в концентрациях превышающих концентрацию ионов натрия более чем в 100 раз.

При превышении в анализируемой среде верхнего предела диапазона измерений массо­вой концентрации ионов натрия допускают разбавление пробы дистиллированной водой.

Не допускают измерение массовой концентрации в растворах, содержащих плавиковую кислоту и ее соли, а также образующих нерастворимые пленки или осадки на поверхности мембраны электрода.

При соблюдении всех регламентированных условий и проведении анализа в точном соот­ветствии с данной методикой значение погрешности (и её составляющих) результатов измере­ний не превышает значений, приведенных в таблице 1 .

Таблица 1. Метрологические характеристики метода (по ФР.1.31.2007.03498)

Диапазон измерений массовой концентрации ионов Na, мг/дм'	Показатель точности (границы относительной погрешности), ±δ, % при Р=0,95	Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемо­сти), σr, %	Показатель воспроизводимости (относительное среднеквадратическое от­клонение воспроизводимости), σR, %	Предел повторяемости, r, % Р=0,95, n=2
От 2,3 до 115 вкл.	15	4	7	11
Св. 115 до 2300 вкл.	10	3	4,5	8

Отбор и хранение проб воды

Отбор проб осуществляется в соответствии с рекомендациями ГОСТ 17.1.5.05 и ГОСТ Р 51592. Пробы отбирают в стеклянную или полиэтиленовую (пропиленовую) светонепроницаемую посуду вместимо­стью не менее 150 см³, предварительно ополаскивают посуду анализируемой водой. Мутные пробы предварительно фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм, или бумажный фильтр «синяя лента». Первые порции фильтрата (примерно 100 см³) отбрасывают. Пробы не консервируют. Продолжительность хранения пробы не ограничена. Для одного анализа отбирают по две параллельных пробы (одна резервная).

Для проведения анализа потребуются следующее оборудование и реактивы:

1) Иономер "Мультитест»" или «И-120».

2) Na-селективный электрод, подготовленный в соответствии с паспортом к электроду.

3) рН-селективный электрод, подготовленный в соответствии с паспортом к электроду.

4) Электрод сравнения хлорсеребряный ЭВЛ-1М3.1, заполненный насыщенным раствором KCl.

5) Термометр ртутный с диапазоном измерений (0 - 50)⁰С или термодатчик (при использовании автоматической термокомпенсации потенциометрических измерений).

6) Пипетки градуированные на 10 см³ – 3 шт.

7) Пипетки градуированные на 5 см³ – 2 шт.

8) Пипетка градуированная на 1 см³ – 1 шт.

9) Мерные колбы вместимостью 100 см³ – 4 шт.;

10) Стаканы химические объёмом на 100 см³ – 6 шт.

11) Мерные цилиндры объемом 50 см³ – 2 шт.;

12) Основной раствор ионов натрия с молярной концентрацией 10^-1 моль/дм³ (рС_Na = 1). Навеску (5,844 ± 0,001) г натрия хлористого, предварительно высушенного при (105 -110)°С до постоянной массы, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, растворяют в дистиллированной воле, доводят объем раствора до метки и перемеши­вают. Погрешность приготовления раствора составляет (±1,65) % (38 мг/дм³). Срок хранения основного раствора 3 месяца.

13) Фоновый раствор бария хлористого с молярной концентрацией 0,1 моль/дм для регулирования ионной силы. Навеску (20,82±0,01) г бария хлористого количественно переносят в мерную колбу вмести­мостью 1000 см³, растворяют в дистиллированной воле, доводят объем раствора до метки и пе­ремешивают. Срок хранения раствора 3 месяца.

14) Насыщенный раствор гидроксида кальция (с рН=12,45) для регулирования рН анализируемой воды. Раствор готовят из стандарт-титра в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией.