2.3. Визначення катіонного складу домішок природних вод

2.3.1. Визначення сумарного вмісту іонів Ca²⁺ і Mg²⁺

Наявність у природних водах іонів Кальцію і Магнію зумовлена розчиненням у воді мінералів, які містять іони Ca²⁺ і Mg²⁺, наприклад, гіпсу CaSO₄^.2H₂O, а також розчиненням у водах, що містять СО₂, таких природних мінералів: вапняку, мармуру, крейди (CaCO₃), магнезиту MgCO₃, доломіту CaCO₃^.MgCO₃ тощо за реакціями:

CaCO₃ + H₂O + CO₂  Ca(HCO₃)₂ ; (11)

MgCO₃ + H₂O + CO₂  Mg(HCO₃)₂ . (12)

Переважаючий вміст у природних водах іонів Кальцію, порівняно з іонами Магнію, пояснюють меншим вмістом сполук Магнію в осадових породах. Наявність у водах іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ зумовлює їх твердість.

Найпоширенішим методом визначення сумарного вмісту у воді іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ (загальної твердості води) є комплексонометричний. Суть цього методу полягає у зв’язуванні іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ трилоном Б у складні комплексні сполуки в лужному середовищі. Утворення забарвлених комплексних сполук Кальцію і Магнію можливе лише за значень рН = 9–10, тому у досліджувану воду додають аміачно-буферний розчин. За вищих значень водневого показника (рН= 12–13) комплекси іонів Ca²⁺ з аніонами трилону Б є стійкими, а комплекси іонів Mg²⁺ в цьому середовищі руйнуються і Магній знаходиться у вигляді гідроксиду. Кінець титрування (точку еквівалентності) визначають за зміною кольору індикатора хромогену чорного, який з іонами Ca²⁺ і Mg²⁺ утворює комплекси винно-червоного кольору, а після зв’язування іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ у комплекси з трилоном Б з’являється колір вільного індикатора – синій із зеленкуватим відтінком.

Послідовність визначення. У конічну колбу об’ємом 250 см³ відби­рають піпеткою 50 см³ досліджуваної води, доводять об’єм розчину у колбі дистильованою водою до ~100 см³, додають ~5 см³ аміачно-буферного розчину, 6–7 крапель індикатора хромогену чорного і титрують 0,1N розчином трилону Б, інтенсивно перемішуючи розчин, до зміни забарвлення розчину з винно-червоного на синє із зеленкуватим відтінком. Виконують два паралельні титрування, за результатами яких визначають середнє значення об’єму розчину трилону Б, який витратили на титрування.

Сумарний вміст іонів Кальцію і Магнію (ммоль-екв/дм³) розраховують за формулою

(13)

де V₁ – об'єм розчину трилону Б, витраченого на титрування, см³;

V₂ – об'єм проби води, см³;

– нормальна концентрація розчину трилону Б, моль-екв/дм³.

2.3.2. Роздільне визначення вмісту іонів Ca²⁺ і Mg²⁺

Вміст іонів Кальцію визначають титруванням трилоном Б з індикатором мурексидом за рН= 12–13. Іони Кальцію з мурексидом утворюють комплекс рожевого кольору. Після зв’язування всіх іонів Кальцію в комплекс з трилоном Б з’являється колір вільного індикатора – бузково-фіолетовий. Після розкладу мурексиду кип’ятінням або бромною водою створюють середовище з рН = 9–10 і титрують іони Магнію трилоном Б з індикатором хромогеном чорним. Іони Магнію з індикатором хромогеном чорним утворюють комплекс бузково-фіолетового кольору. Після зв’язування всіх іонів Магнію в комплекс з трилоном Б з’являється колір вільного індикатора – синій із зеленкуватим відтінком.

Послідовність визначення. У конічну колбу об’ємом 250 см³ відби­рають піпеткою 50 см³ досліджуваної води, доводять об’єм розчину у колбі дистильованою водою до ~100 см³, додають піпеткою 1,0 см³ 10%-го розчину NaOH, ~15 мг суміші індикатора мурексиду і натрію хлориду (на кінчику скляної лопаточки). Розчин після перемішування титрують 0,1N розчином трилону Б до зміни забарвлення з рожевого на бузково-фіолетове. Відмічають об’єм розчину трилону Б (V₁), який витрачено на титрування іонів Кальцію.

Потім до цієї ж колби додають 15 см³ 0,1 N розчину хлоридної кислоти та кип’ятять пробу до зникнення забарвлення розчину. Після охолодження до проби додають ~5 см³ аміачно-буферного розчину і ~15 мг суміші індикатора мурексиду і натрію хлориду. Доводять об’єм розчину трилону Б у бюретці до нульової позначки і титрують іони Магнію розчином трилону Б до зміни забарвлення з бузково-фіолетового на синє. Відмічають об’єм розчину трилону Б (V₂), який витрачено на титрування іонів Магнію. Виконують два паралельні титрування.

Вміст іонів Кальцію (мг/дм³) розраховують за формулою

(14)

де V₁ – об'єм розчину трилону Б, витраченого на титрування іонів Кальцію, см³;

V₃ – об'єм проби води, см³;

– нормальна концентрація розчину трилону Б, моль-екв/дм³;

Е – еквівалентна маса Кальцію.

Вміст іонів Магнію (мг/дм³) розраховують за формулою

(15)

де V₂ – об'єм розчину трилону Б, витраченого на титрування іонів Магнію, см³;

V₃ – об'єм проби води, см³;

– нормальна концентрація розчину трилону Б, моль-екв/дм³;

Е – еквівалентна маса Магнію.

2.3.3. Визначення вмісту іонів Ca²⁺

Послідовність визначення. У конічну колбу об’ємом 250 см³ відби­рають піпеткою 100 см³ досліджуваної води, додають піпеткою 2,0 см³ 10%-го розчину NaOH, ~30 мг суміші індикатора мурексиду і натрію хлориду (на кінчику скляного шпателя) і титрують пробу розчином трилону Б до зміни забарвлення з рожевого на бузково-фіолетове. Відмічають об’єм розчину трилону Б (V₁), який витрачено на титрування.

Вміст іонів Кальцію (мг/дм³) розраховують за формулою

(16)

де V₁ – об'єм розчину трилону Б, витраченого на титрування, см³;

V₂ – об'єм проби води, см³;

– нормальна концентрація розчину трилону Б, моль-екв/дм³;

Е – еквівалентна маса Кальцію.

2.3.4. Визначення вмісту іонів Mg²⁺ розрахунковим шляхом

Вміст у воді іонів Мg²⁺ (ммоль-екв/дм³ і мг/дм³) розрахунковим шляхом визначають за різницею між сумарним вмістом іонів Кальцію і Магнію та вмістом іонів Кальцію:

(17)

(18)

2.3.5. Визначення вмісту іонів Fe²⁺, Fe³⁺

Ферум завжди міститься у поверхневих і підземних водах у вигляді іонів Fe²⁺ і Fe³⁺. Підвищений вміст сполук Феруму у воді надає їй бурого забарвлення і неприємного присмаку. Вміст іонів Феруму у воді визначають колориметричним методом на основі реакції іонів Fe³⁺ з калію або амонію роданідом. При цьому відбувається реакція

Fe³⁺ + 6 NH₄SCN = [Fe(SCN)₆]^3 + 6 NH₄⁺, (19)

у результаті якої утворюється яскраво-червоні комплексні іони [Fe(SCN)₆]^3. Інтенсивність забарвлення проби води пропорційна кон­центрації іонів Fe³⁺.

За наявності у воді іонів Fe²⁺ їх попередньо окиснюють до іонів Fe³⁺ і визначають у такому стані. Інтенсивність забарвлення розчину вимірюють на фотоколориметрі.

Послідовність визначення. У конічну колбу об’ємом 250 см³ відби­рають піпеткою 50 см³ досліджуваної води, додають піпеткою 1 см³ розведеної (1:1) хлоридної кислоти для створення кислого середовища (реакція (7.2) проходить повністю у кислому середовищі), 2–3 кристалики амонію персульфату для окиснення іонів Fe²⁺ до Fe³⁺. Нагрівають на водяній бані протягом 10 хв. (окиснення краще відбувається під час на­грівання), охолоджують колбу з розчином, потім додають 2 см³ 50%-го розчину амонію або калію роданіду і вимірюють оптичну густину на фотоколориметрі (світлофільтр № 3, барабан вимірювання правий, довжина кювети 30 мм). Вміст іонів Феруму (мг/дм³) визначають за калібрувальним графіком.

Для побудови калібрувального графіка готують стандартний роз­чин, який містить 0,1 г/дм³ іонів Fe³⁺. Із цього розчину готують 7 проб (еталонні розчини) з концентраціями іонів Fe³⁺ відповідно 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 мг/дм³. У кожну пробу додають по 1,0 см³ хлоридної кислоти (1:1) і по 2,0 см³ розчину амонію або калію роданіду. Усі розчини забарвлюються у червоний колір різної інтенсивності.

На фотоколориметрі вимірюють оптичні густини еталонних розчинів (див. інструкцію роботи на фотоколориметрі). Будують калібрувальний графік, відкладаючи на осі абсцис концентрації іонів Fe³⁺, а на осі ординат – відповідні оптичні густини розчинів.

Вміст іонів Fe³⁺ у воді визначають аналогічно описаному вище визначенню сумарного вмісту іонів Fe²⁺ і Fe³⁺, але без додавання амонію або калію персульфату, тому роз­чин не нагрівають. Вміст у воді іонів Fe²⁺ визначають за різницею між сумарним вмістом іонів Fe²⁺ і Fe³⁺ і вмістом іонів Fe²⁺.