1.4. Хімічні методи визначення вмісту кисню у воді
1.4.1. Загальна характеристика хімічних методів визначення вмісту кисню у воді
До хімічних відносяться методи, що передбачають проведення хімічної реакції і подальше кількісне визначення продуктів реакції, що виникають під час її проведення. В даний час це в основному методи об’ємного аналізу. Такі методи аналізу передбачають взаємодію досліджуваного компонента з реактивом, що додається у вигляді розчину певної концентрації до того моменту, коли кількість доданого реактиву не стане еквівалентною кількості компонента, що визначається в розчині [15, с.25]. Цей процес називається титруванням, а момент закінчення титрування – точкою еквівалентності. Кінець титрування зазвичай встановлюють за зміною кольору індикатора, тобто речовини, яка змінює своє забарвлення при концентраціях реагуючих речовин, близьких до точки еквівалентності. Індикатор і умови титрування вибирають таким чином, щоб точка титрування індикатора збігалася з точкою еквівалентності або була максимально наближена донеї [16, с.33]. Основними перевагами об’ємного аналізу є простота, швидкість визначення, а також широкі можливості використання різних хімічних властивостей речовин. Завдяки цим перевагам методи об’ємного аналізу в даний час є основними при визначенні макрокомпонентів природних вод.
Основними методами визначення вмісту кисню у воді є йодометричний метод, метод визначення показника хімічного споживання кисню (ХСК), метод визначення показника біохімічного споживання кисню (БСК).
1.4.2. Йодометричний метод
Йодометричний метод ґрунтується на окисненні свіжо осадженого манган(II) гідроксиду у лужному середовищі киснем, розчиненим у воді [15, с.20]. Для аналізу беруть дві проби води однакового об’єму и додають в одну з них послідовно розчин манган(II) сульфату і суміш калій йодиду з калій йодатом.
Розчиненний в воді кисень окиснює двовалентний манган в чотирьохвалентний. У результаті виділяється манган(IV) гідроксид:
2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4 (1.1)
Далі до розчину додають кислоту. Калій йодид при цьому відновлює чотирьохвалентний марган до двовалентного; йод виділяється в кількості, еквівалентній кількості кисню, розчиненого у воді:
Mn(OH)4 + 2KI + 4HCl = MnCl2 + 4H2O + I2 + 2KI (1.2)
Якщо у воді містяться і інші окисники, то вони у кислому середовищі теж будуть окиснювати калій йодид. Наприклад:
2NaNO2 + 2KI + 4HCl = 2KCl + 2NaCl + 2H2O + I2 + 2NO (1.3)
У кислому середовищі буде протікати і реакція взаємодії калій йодида з калій йодатом:
5KI + KIO3 + 6HCl = 6KCl + 3H2O + 3I2 (1.4)
У випадку присутності у воді відновників частина йоду, що виділилась в попередніх реакціях, реагує з ними. Наприклад:
2Fe(HCO3)2 + I2 + 6HCl = 2FeCl3 + 4H2O + 4CO2 + 2HI (1.5)
Таким чином, кількість йоду, яка виділиться, еквівалентна сумі розчиненого у воді кисню, окисників, калій йодату мінус витрата йоду на взаємодію з відновниками:
С(I2)1 = С(O2) + С(окисники) + С(IO3-) – С(відновники) (1.6)
Ці самі реактиви, але у зворотній послідовності, вводять в другу пробу води. Але, оскільки до неї додають відразу кислоту, то реакції 1.1 і 1.2 не відбуваються. У другій пробі кількість йоду, який виділиться, буде еквівалентна сумарній кількості окисників і калій йодату мінус витрата йоду на взаємодію з відновниками:
С(I2)2 = С(окисники) +С( IO3-) – С(відновники) (1.7)
Різницю С(I2)1 – С(I2)2, еквівалентну кількості розчиненого у воді кисню, можна встановити титруванням розчином натрій тіосульфату першої і другої проби води:
2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6 (1.8)
Вміст розчиненого кисню (мг/дм3) встановлюють за формулою :
,
(1.5)
де Х(О2) – вміст розчиненого кисню, мг/дм3;
С – молярна концентрація еквіваленту натрій тіосульфату, моль/дм3;
V1, V2 – об’єм розчину натрій тіосульфату, витраченого на титрування йоду, який виділився у першій і другій склянці відповідно, см3;
V –аліквота, см3;
0,005 – поправочний коефіцієнт вмісту кисню в реактивах, мг [15, с.27].