Анализ проб питьевой воды, подаваемой из скважины г. Нижнего Новгорода, автозаводского района, пос. 
Малышево

1. Введение

2. Цель научной работы

3. Определение органолептических характеристик

3.1 Органолептический метод определения вкуса воды

3.2 Органолептический метод определения запаха

4. Гравиметрия

5. Электрохимические методы

5.1 Определение водородного показателя

5.2 Потенциометрическое определение концентрации нитратов, фторидов, хлоридов

5.3 Электропроводность

6. Оптические методы анализа

6.1 Фотометрический метод определения цветности

6.2 Определение содержания железа (3) в виде роданидного комплекса

6.3 Определение аммонийного азота в анализируемой пробе

7. Титриметрия

7.1 Определение общей и карбонатной щёлочности

7.2 Временную жесткость определяем титрованием водопроводной воды соляной кислотой НСl в присутствии индикатора метилоранж

7.3 Определение общей жесткости воды

7.4 Определение ионов кальция и магния

7.5 Определение перманганатной окисляемости

8. Заключение

9. Литература

1. Введение

Актуальность настоящего исследования связана с усилением антропогенного и техногенного влияния на биосферу. В связи с этим реально существует проблема качества питьевой воды, определяемая загрязнением природной воды, неудовлетворительной очисткой ее на водопроводных станциях, вторичным загрязнением в разводящих сетях. В этой связи необходима разработка научных основ использования природных сорбентов в водоподготовке, для чего следует суммировать имеющиеся сведения об их применении, а также наметить рациональные пути их использования в конкретных технологических процессах водоочистки.

Мы используем стандарт, который распространяется на питьевую воду, подаваемую централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также централизованными системами водоснабжения, подающими воду одновременно для хозяйственно-питьевых и технических целей, и устанавливает гигиенические требования и контроль за качеством питьевой воды.

Стандарт не распространяется на воду при нецентрализованном использовании местных источников без разводящей сети труб.

Несоблюдение стандарта преследуется по закону.

2. Цель научной работы

Определить гигиенические требования, распространяющееся на питьевую воду в соответствии с ГОСТОМ 2874−82.

В ходе работы необходимо провести анализ проб воды по следующим показателям:

1. Методы определения вкуса и запаха

2. Определение содержания железа (З) в виде роданидного комплекса

3. Определение аммонийного азота

4. Фотометрический метод определения цветности

5. Потенциометрическое измерение фторидов, нитратов, хлоридов в исследуемом образце.

6. Определение электропроводности раствора

7. Определение водородного показателя

8. Определение общей жёсткости а) определение ионов Ca и Mg

9. Определение карбонатной щёлочности а) временная жёсткость

3. Определение органолептических характеристик

3.1 Органолептический метод определения вкуса воды

Органолептическим методом определяют характер интенсивности вкуса и привкуса.

Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называют привкусами. Характер вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т. д.)

Проведение испытания.

1. Испытуемую воду набираем в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживаем 3−5 с.

2. Интенсивность вкуса и привкуса определяем при 20 °C и оцениваем по пятибалльной системе.

Вкус и привкус не ощущаются. Интенсивности вкуса и привкуса нет. Оценка интенсивности вкуса и привкуса в баллах — 0 баллов.

3.2 Органолептический метод определения запаха

Органолептическими методами определяют характер интенсивности запаха.

Аппаратура и материалы для определения:

1. Колбы плоскодонные с притертыми пробками по ГОСТ 1770–74 250 мл.

2. Стекло часовое.

3. Водяная баня.

Проведение испытаний.

Характер запаха воды определяем ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и др.)

Проведение испытаний.

1. Определение запаха при 20 °C.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250млотмеряем 100 мл испытуемой воды с температурой 20° С. Колбу закрываем пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешиваем вращательными движениями, после чего колбу открываем и определяем характер и интенсивность запаха. Интенсивность запаха — нет. Характер проявления запаха — запах не ощущается. Оценка интенсивности запаха в баллах — 0 баллов.

2. Определение запаха при 60 °C.

В колбу отбирают 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрываем часовым стеклом и подогреваем содержимое на водяной бане до 50−60°С. Содержимое колбы несколько раз перемешиваем вращательными движениями. Сдвигая стекло в сторону, быстро определяем характер и интенсивность запаха. По результатам испытаний делаем оценку интенсивности запаха. Интенсивность запаха — слабая. Характер проявления запаха — запах не ощущается. Оценка интенсивности запаха в баллах — 2 балла.

Вывод: по ГОСТу допускается интенсивность вкуса и запаха не более 2 баллов (ПДК=2). У исследуемой нами воды оба эти параметра не превысили допустимых значений, и, следовательно, данная вода соответствует требованиям ГОСТ 3351–74.

4. Гравиметрия

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105°-110°С. Сухой остаток определяют гравиметрическим и расчетным методами. Перед определением сухого остатка пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ.

Гравиметрический (весовой) метод основан на определении веса высушенного остатка, полученного после выпаривания пробы.

Определяем массу сухого остатка.

Методика выполнения.

1. На аналитических весах взвешиваем выпарительную чашку с точностью до десятитысячного знака.

Её масса: = 75,9515 г

2. Помещаем в неё 50 мл исследуемой воды и ставим на водяную баню для выпаривания.

3. После удаления жидкой фракции воды кипячением, охлаждаем и взвешиваем.

= 75,9724 г

4. По разности масс определяем массу осадка.

m = - = 0,0209 г С (г/л) = = 0,418г/л.

5. Электрохимические методы

5.1 Определение водородного показателя

Определение кислотности в природной воде — определение водородного показателя.

Концентрацию ионов водорода принято выражать величиной pH=-lg.

В большинстве природных вод значение pH обусловлено лишь соотношением концентрации свободной углекислоты и гидрокарбонат-ионов. В этом случае pH колеблется от 4,5 до 8,3.

Величину pH можно определить колориметрическим или потенциометрическим методами. Последний метод более точный. Он основан на измерении ЭДС элемента, состоящего из электрода сравнения (каломельный, хлорсеребряный) и измерительного электрода, потенциал которого является функцией активности ионов водорода в растворе.

Выполнение измерений водородного показателя:

1. Имеющийся в лаборатории pH — метр включаем в сеть и прогреваем 20 мин. для стабилизации работы.

2. Промываем электроды дистиллированной водой, затем исследуемой водой и погружаем в анализируемую воду. Одновременно с электродами в пробу погружаем промытый в ней термометр и устанавливаем показатель температуры на приборе на значение, равное температуре раствора.

3. Измеряем величину pH в соответствии с инструкцией, приложенной к прибору.

4. Полученные результаты округляем до 0,05−0,1 единицы pH и записываем. pH = 6.

Вывод: Значение водородного показателя исследуемой пробы воды равно рН=6. На основе полученных данных сделали вывод о характере среды исследуемой воды: pH= 6, соответствует ГОСТу.

5.2 Потенциометрическое определение концентрации нитратов, фторидов, хлоридов

Определение концентрации нитратов.

Для измерения активности ионов NO₃ в водных растворах используют в качестве индикаторного электрода мембранный нитратселективный электрод марки ЭМ — NO₃ — 01 в паре с любым вспомогательным электродом. В качестве вспомогательного электрода обычно применяют хлоридсеребряный. Регистрирующий разность потенциалов прибор — любой высокоомный рН-метр-милливольтметр, мономер типа ЭВ-74 или специальный нитратомер.

Анализируемый раствор не должен образовывать пленок и осадков на мембране электрода. Определению нитратов мешают значительные количества иодидов и бромидов.

Расчет концентрации нитратов можно выполнять методом градуировочного графика или, проведя настройку (калибровку) нитратомера, сразу снимать показания значений концентраций нитратов по шкале прибора.

Выполнение работы с использованием градуировочного графика.

Приборы и реактивы:

1. Иономер или нитратомер.

2. Нитратселективный электрод.

3. Хлоридсеребряный электрод сравнения.

4. Мерные колбы на 250 мл, 100 мл.

5. Пипетки мерные на 10 мл, 25 мл.

6. Стаканы вместимостью 100 мл.

7. Нитрат калия «х. ч.» (ГОСТ 4217−77)

8. Раствор сульфата калия, 1 М.

Выполнение анализа.

Приготовление стандартных (градуировочных) растворов:

1.1. 1 М раствор KNО₃: кристаллический KNО₃ предварительно просушиваем при 106−110°С до постоянной массы. Навеску 2,5275 г взвешиваем на аналитических весах, переносим в мерную колбу на 250 мл, после растворения доводим до метки дистиллированной водой.

1.2.10^-1 М раствор KNО₃: навеску KNО₃ взвешиваем на аналитических весах и растворяем в 100 мл дистиллированной водой.

1.3.10^-2 М раствор KNО₃: пипеткой отбираем 10 мл 10^-1М раствора KNО₃в мерную колбу на 100 мл, доводим до метки дистиллированной водой.

1.4.10^-3 М раствор KNО₃: пипеткой отбираем 10 мл 10^-2М раствора KNО₃ в мерную колбу на 100 мл, доводим до метки дистиллированной водой.

1.5.10^-4M раствор KNО₃: пипеткой отбираем 10 мл 10^-3М раствора KNО₃ в мерную колбу на 100 мл, доводим до метки дистиллированной водой.

1.6.10^-5 М раствор KNО₃: пипеткой отбираем 10 мл 10^-4М раствора KNО₃KNО₃в мерную колбу на 100 мл, доводим до метки дистиллированной водой.

Построение градуировочного графика.

50 мл каждого стандартного (градуировочного) раствора, начиная с раствора наименьшей концентрации (10^-4М), переносим в стакан емкостью 100 мл, погружаем электроды.

Перед погружением электродов в первый градуировочный раствор их промывают три раза дистиллированной водой при интенсивном перемешивании в течение 5 минут. Затем электрод дважды промываем градуировочным раствором, с которого предусмотрено начать калибровку. При переходе к раствору большей концентрации электроды промываем этим раствором.

Так как из вспомогательного электрода в анализируемый раствор попадает определенное количество насыщенного раствора хлорид калия, изменяется ионная сила раствора. Это может увеличить погрешность в измерении концентрации растворов. Поэтому необходимо избежать длительного времени установления потенциала электрода в анализируемом растворе.

Максимальное время установления потенциала электрода не должно превышать двух минут.

По этой же причине объем анализируемой пробы не должен быть меньше 50 мл.

Результаты измерений записываем в таблицу:

Строим градуировочный график Е, мВ х 100 — рС (NО₃).

Допустимое отклонение точек от прямой, характеризующее электродную функцию, не должно превышать 6 мВ.

Отбираем мерной пипеткой 50 мл анализируемого раствора, переносим в стакан на 100 мл, погружаем электроды, предварительно промытые дистиллированной водой, включаем магнитную мешалку на 2−3 минуты. Раствор выливаем. Промывание электродов исследуемым раствором повторяем 2 раза. И лишь в третьей порции исследуемого раствора измеряем ЭДС (Е).

Обработка результатов.

Используя градуировочный график, Е = f (рС) по величине Е находим значение рС (NО₃), а по нему — концентрацию нитратов в растворе (С (NО₃), моль/л). Содержание нитрата в исследуемом растворе (мг/л) рассчитываем по формуле:

X = C*M * 1000,

Где: С — концентрация нитратов, определенная по градуировочному графику, моль/л;

М — молярная масса нитрата (62 г/моль).

Ер.в.*100, мВ = 2,3 = 3,22 Сх = 10^-3,22=0,6*0,001

X = 0,6*0,001*62* 1000 = 37,2мг/л

Вывод: Из результатов проведенного нами исследования видно, что концентрация нитратов в исследуемой пробе воды составляет 37,2 мг/л, т. е. не превышает 40 мг/л и соответствует ГОСТ 18 826–73 и ГОСТ 4192–82.

Определение концентрации фторидов.

Для определения суммарного содержания фторидов в анализируемой воде использую электродную систему, состоящую из измерительного электрода, чувствительного к ионам фторида, и вспомогательного хлоридсеребряного электрода.

Измерение потенциала фторидного электрода проводят высокоомным рНметром-милливольтметром, заменив стеклянный электрод на фторидный, или же специальным мономером.

Мешающее влияние алюминия и железа до массовой концентрации, равной их предельной допустимой концентрации в питьевой воде, устраняется введением в анализируемую пробу буферного раствора, содержащего нитрат натрия и трилон Б, которые разрушают комплексы фтора и переводят весь присутствующий фтор в состояние фторида.

Приборы и реактивы:

1. Иономер типа ЭВ-74.

2. Магнитная мешалка.

3. Электрод фторидный типа ЭF-YI.

4. Мерные колбы на 500 мл, 100 мл.

5. Пипетки мерные с делениями вместимостью 1, 2, 5, 10 и 20 мл.

6. Стаканы стеклянные вместимостью 50 мл.

7. Колбы стеклянные с притёртыми пробками.

8. Банки полиэтиленовые вместимостью 250, 500, 1000 мл.

9. Натрий фтористый «х. ч.» или «ч. д. а.».

10. Натрий уксуснокислый «х. ч.» или «ч. д. а.».

11. Натрий хлористый «х. ч.» или «ч. д. а.».

12. Натрий лимоннокислый трехзамещённый «ч. д. а.».

13. Кислота уксусная «х. ч.» или «ч. д. а.».

14. Вода дистиллированная.

15. Соль динатривая этилендиамин-N, N, N', N'-тетрауксусной кислоты двухводная (трилон Б) «х. ч.» или «ч. д. а.».

Выполнение анализа.

Приготовление рабочих стандартных 0,01; 0,001; 0,0001; 0,1 М растворов фтористого натрия.

Для приготовления 0,01 М раствора фтористого натрия 10 см основного стандартного раствора разбавляют дистиллированной водой до 100 мл в мерной колбе. Этот раствор имеет величину pF = 2 (массовую концентрацию 190 мг/дм³).

Для приготовления 0,001 М раствора фтористого натрия разбавляют 10 мл 0,01 М раствора до 100 мл дистиллированной водой в мерной колбе. Данный раствор имеет pF = 3 (массовую концентрацию 19 мг/дм³).

Для приготовления 0,0001 М раствора фтористого натрия, 10 мл 0,001 М раствора разбавляют дистиллированной водой до 100 мл в мерной колбе. Этот раствор имеет величину pF = 4 (массовую концентрацию 1,9 мг/дм³).

Для приготовления 0,1 молярного раствор фтористого натрия готовят разбавлением 10 мл 0,0001 М раствора до 100 мл дистиллированной водой в мерной колбе. Этот раствор имеет величину pF = 5 (массовую концентрацию 0,19 мг/дм³). Все рабочие растворы готовят в день проведения анализа.

Проведение испытаний.

Подготовка к работе используемого рН-метра-милливольтметра или мономера.

В стакан вместимостью 50 мл пипеткой на 20 мл помещаем аликвоту анализируемой воды, температура воды не должна отличаться от температуры стандартных растворов по которым калибруют электрод, более чем на 2 °C (в противном случае воду следует подогреть или охладить до требуемой температуры). Затем помещаем в раствор магнит от магнитной мешалки, приливаем 10 мл ацетатного буферного раствора и погружаем в раствор тщательно промытые дистиллированной водой и анализируемой водой фторидный и вспомогательный электроды, следим за тем, чтобы к поверхности мембраны фторидного электрода не прилипали пузырьки воздуха. Перемешиваем раствор магнитной мешалкой и считываем установившееся значение потенциала в милливольтах.

Результаты измерений записываем в таблицу:

Строим градуировочный график, Е, мВ ;

Используя градуировочный график, Е = f (рС) по величине Е находим значение С (F), моль/л. Содержание фтора в исследуемом растворе (мг/л) рассчитываем по формуле:

X = *M * 1000,

где — концентрация фтора, определенная по градуировочному графику, моль/л;

М — молярная масса фтора (19 г/моль).

Е, мВ = 500 = 1,17*0,1

X = 1,17*0,1*19* 1000 = 0,22 мг/л

Вывод: концентрация фтора в анализируемой пробе воды 0,22 мг/л не превышает 1,5 мг/л, что соответствует требованиям ГОСТ 4386–89

Определение концентрации хлоридов.

Для измерения активности ионов Cl в водных растворах используют в качестве индикаторного электрода мембранный ионоселективный электрод марки Элис-131-Cl в паре с любым вспомогательным электродом. В качестве вспомогательного электрода обычно применяют хлоридсеребряный. Регистрирующий разность потенциалов прибор — любой высокоомный рН-метр — милливольтметр, ионономер типа АНИОН-4100 или специальный иономер.

Анализируемый раствор не должен образовывать пленок и осадков на мембране электрода. Определению хлоридов мешают значительные количества иодидов и бромидов.

Расчет концентрации хлоридов можно выполнять методом градуировочного графика или, проведя настройку (калибровку) иономера, сразу снимать показания значений концентраций хлоридов по шкале прибора.

Построение градуировочного графика.

40 мл каждого стандартного (градуировочного) раствора, начиная с раствора наименьшей концентрации (10^-4М), переносим в стакан емкостью 100 мл, погружаем электроды.

Перед погружением электродов в первый градуировочный раствор их промывают три раза дистиллированной водой при интенсивном перемешивании в течение 5 минут. Затем электрод дважды промываем градуировочным раствором, с которого предусмотрено начать калибровку. При переходе к раствору большей концентрации электроды промываем этим раствором.

Так как из вспомогательного электрода в анализируемый раствор попадает определенное количество насыщенного раствора хлорид калия, изменяется ионная сила раствора. Это может увеличить погрешность в измерении концентрации растворов. Поэтому необходимо избежать длительного времени установления потенциала электрода в анализируемом растворе.

Максимальное время установления потенциала электрода не должно превышать двух минут.

По этой же причине объем анализируемой пробы не должен быть меньше 40 мл.

Результаты измерений записываем в таблицу:

Строим градуировочный график, Е, мВ х 100 — рС (Cl).

Отбираем мерной пипеткой 50 мл анализируемого раствора, переносим в стакан на 100 мл, погружаем электроды, предварительно промытые дистиллированной водой, включаем магнитную мешалку на 2−3 минуты. Раствор выливаем. Промывание электродов исследуемым раствором повторяем 2 раза. И лишь в третьей порции исследуемого раствора измеряем ЭДС (Е).

Обработка результатов.

Используя градуировочный график, Е = f (рС) по величине Е находим значение рС (Cl), а по нему — концентрацию хлоридов в растворе (С (Cl), моль/л). Содержание хлорида в исследуемом растворе (мг/л) рассчитываем по формуле:

X = *M * 1000,

где — концентрация хлора, определенная по градуировочному графику, моль/л; М — молярная масса хлора (35,5г/моль).

Е, мВ = 2,3 = 3,6 = 0,25*0,001

X = 0,25*0,001*35,5* 1000 = 8,875мг/л

Вывод: из результатов проведенного нами исследования видно, что концентрация хлоридов в исследуемой пробе воды составляет 8,875 мг/л, т. е. не превышает 350 мг/л и соответствует ГОСТ 18 826–73 и ГОСТ 4192–82.

5.3 Электропроводность

ИСО 7888 устанавливает метод измерения удельной электрической проводимости всех видов вод.

При помощи этого метода можно контролировать в воде наличие ионных составляющих.

В некоторых случаях анализы важны абсолютные величины удельной электрической проводимости, в других интерес представляют только относительные изменения.

Удельная электрическая проводимость? — величина, обратная сопротивлению, измеряемая при заданных условиях в ячейке определенных размеров. Для определения качества воды она часто называется «электрической проводимостью» и может применяться в качестве меры концентраций ионизированных растворенных веществ, присутствующих в пробе. Выражается в сименсах на метр.

Прямое определение удельной электрической проводимости водных растворов с применением соответствующих приборов.

Удельная электрическая проводимость — мера потока, производимого ионами, присутствующими в воде («явление проводников второго рода»), и зависит от:

1. Концентрация ионов;

2. Природы ионов;

3. Температуры раствора;

4. Вязкости раствора.

Чистая вода в результате её собственной диссоциации имеет удельную электропроводность при 25 °C = 5,483 мкСм/м (0,5 483 мкСм/м).

На измеренное значение удельной электрической проводимости может влиять загрязнение пробы внутри ячейки. Наличие большого количества взвешенных веществ, жира или масла может вызывать загрязнение электродов.

Мешающее влияние, вызванное такими воздействиями, при выполнении обычных операций нелегко обнаружить. Они могут вызвать изменение постоянной ячейки. Это можно установить лишь проверкой с помощью подходящего стандартного раствора хлорида калия.

Другие мешающие влияния обусловлены пузырьками воздуха, оседающими на электродах при нагревании пробы до 25° С.

На измерения воды с удельной электропроводностью менее 1 мкСм/м влияют атмосферная двуокись углерода и аммиак. В этих условиях измерения должны выполняться в оборудовании проточного типа.

При исследовании воды с очень низким содержанием ионов влияние удельной электрической проводимости чистой воды может быть значительным.

Вывод: Электропроводность исследуемойравна 455 мкСм/см.

6. Оптические методы анализа

6.1 Фотометрический метод определения цветности

Цветность воды — один из органолептических показателей качества воды. Ее выражают в градусах цветности. Цветность питьевой воды в соответствии с ГОСТ 3351–74 не должна превышать 20(35) градусов.

Цветность определяют путем сравнения светопоглощения проб испытуемой воды с растворами, имитирующими цвет природной воды.

Аппаратура, посуда, реактивы:

1. Фотометр, позволяющий выделять свет с длиной волны 413 нм;

2. Кюветы с расстоянием между рабочими гранями 5 см;

3. Колбы мерные вместимостью 1000 см³ и 100 см³;

4. Пипетка градуированная, вместимостью 10 мл или бюретка на 25 мл;

5. Фильтры мембранные № 4.

Подготовка к испытанию.

Приготовление основного стандартного раствора (раствора № 1):

0,0875 г двухромовокислого калия (К₂Сr₂О7), 2,0 г сернокислого кобальта (CoS0₄*H2O) и 1 см³ серной кислоты (плотность 1,84 г/см³) растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1 дм³. Раствор соответствует цветности 500°.

Приготовление разбавленного раствора серной кислоты (раствор № 2):

1 см³ концентрированной кислоты плотностью 1,84 г/см³ доводят дистиллированной водой до 1 дм³.

Приготовление шкалы цветности Для приготовления шкалы цветности используют набор колб вместимостью 100 см³. В каждую колбу вводят раствор № 1 и раствор № 2 в объемах, указанных в таблице (шкала цветности).

Таблица. Шкала цветности

Построение градуировочного графика.

Измеряют светопоглощение каждого раствора шкалы цветности при длине волны 400 нм в кювете с расстоянием между рабочими гранями 5 см относительно дистиллированной воды. По полученным данным строят на миллиметровой бумаге градуировочный график в координатах: светопоглощение (А) — градус цветности. Определение цветности водопроводной воды.

Фильтрованную исследуемую воду наливают в кювету с расстоянием между рабочими гранями 5 см. Измеряют светопоглощение воды при длине волны 400 нм относительно дистиллированной воды. По градуироврчному графику устанавливают, сколько градусов цветности соответствует полученному значению светопоглощения. Градус цветности по полученным данным составил 41,65°.

Вывод: мы определили фотометрически цветность воды из п. Малышево (колодец), Нижегородской обл., норма была превышена в 2 раза.

6.2 Определение содержания железа (3) в виде роданидного комплекса

Предельно допустимая концентрация общего железа в воде водоёмов и в питьевой воде 0,3 мг/л. Лимитирующий показатель вредности органолептический.

Сущность метода.

Ионы железа (3) образуют с роданид-ионами в кислой среде ряд комплексных ионов, имеющих красный цвет:

Fe³⁺+nSCN = [Fe (SCN)_n]³ⁿ,

где n — число ионов роданида, связанных в железороданидный комплекс; n может меняться от 1 до 6.

Состав окрашенного железороданидного комплекса изменяется в зависимости от концентрации реактива. Поэтому при проведении реакции необходимо соблюдать строго определенные соотношения между концентрациями исследуемого раствора и реактива. С этой целью к раствору соли железа (3) добавляется постоянный избыток роданида аммония (или калия) в количестве 0,14 моль/л. Такому избытку роданид-ионов соответствует преимущественное образование комплексного тетрароданоферрат-иона [Fe (SCN)₄], окрашенного в темно красный цвет:

Fe³⁺+4NH₄SCN = NH₄[Fe (SCN)₄] + 3NH₄⁺

тетрароданоферрат (3)аммония Концентрацию ионов железа (З) рассчитывают по величине светопоглощения раствора комплекса при длине волны 480 нм методом градуировочного графика.

Предел обнаружения железа (З) 0,05 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций без разбавления пробы 0,05−2 мг/л. Проведению анализа мешают медь, кобальт, висмут в концентрациях более 5мг/л, а также высокие концентрации хлоридов. Последние образуют с железом (З) бесцветный комплекс, ослабляющий окраску роданидного комплекса. Влияние хлоридов значительно снижается при введении избытка роданид-ионов.

Выбор светофильтра или длины волны для фотометрирования.

Походящую длину волны, или узкий интервал длин волн, выбирают на основании кривых светопоглощения. Для их построения готовят два раствора соли железа (3) различной концентрации: в две мерные колбы на 100 мл помещают 2 и 8 мл стандартного раствора, добавляют 2 мл раствора азотной кислоты и 10 мл 10%-ного раствора роданида аммония. Объем растворов в колбах доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Получают растворы, содержащие 0,002 мг и 0,008 мг железа в 1 мл. Измеряют светопоглощение полученных окрашенных растворов при разных светофильтрах или длинах волн в кюветах толщиной слоя 1 см. В качестве нулевого раствора применяют дистиллированную воду. На основании полученных данных строят график зависимости светопоглощения (А) от длины волны. По графику находят длину волны, соответствующую максимальному светопоглощению железороданидного комплекса ().

Независимо от концентрации ионов железа, максимум светопоглощения находится при л = 480 нм. Поэтому измерение светопоглощения растворов тетрароданоферрата нужно проводить при л = 480 нм или близкой к этой величине, если используется фотометры со светофильтрами.

Построение градуировочного графика.

В мерные колбы на 100 мл вливают 1,2,4,6,8 и 10 мл рабочего раствора соли железа. Добавляют все необходимые реактивы и измеряют светопоглощение окрашенных растворов в кювете на 1 см, используя выбранную длину волны. Строят график зависимости светопоглощения от концентрации ионов железа (3) в растворе (градуировочный график).

Определение концентрации железа (3) в пробе воды.

Из тщательно перемешанной пробы отбирают 25 мл (или меньший объем, содержащий не более 1 мг/л железа), помещают в мерную колбу на 100 мл, добавляют 2 мл азотной кислоты (1:1) и 10 мл 10%-ного раствора роданида аммония. Доводят объем раствора до метки, закрывают пробкой и тщательно перемешивают. Измеряют светопоглощение раствора через 10 мин. При выбранной длине волны (л = 480 нм) в кюветах c толщиной слоя 1 см, Содержание железа (З) находят по градуировочному графику.

Концентрацию рассчитывают по формуле:

Ср_е3+, мг/л = m* 1000/V,

где т — содержание железа (З) в колоримстрируемом объеме, найденное по графику, мг

V — объем воды, взятой на анализ, см³.

Обработка результатов

л= 480 нм

m = 0,06 мг, определили по графику, методом сравнения.

А_Ср=0,044 мг

C_Fе3+ мг/л = 0,044* 1000/50= 0,88 мг/л.

Вывод: Согласно ГОСТ 2874–82 содержание железа не должно превышать 0,3 мг, в исследуемой воде содержится 0,2 мг, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874- 82.

6.3 Определение аммонийного азота в анализируемой пробе

Метод основан на способности аммиака и ионов аммония образовывать в щелочной среде с реактивом Несслера (K₂[HgI₄]) окрашенное в желто-оранжевый цвет соединение йодид меркураммония.

При низких концентрациях аммонийного азота (< 3 мг/л) образуется коллоидный раствор, поглощающий свет в интервале длин волн 400−425 нм.

Предел обнаружения 0,05 мг NH₄ /л. Диапазон измеряемых масс ионов аммония в пробе 0,005 — 0,150 мг. Проведению анализа мешают амины, хлорамины, ацетон, альдегиды, спирты. В их присутствии аммиак обнаруживают после его предварительной отгонки. Мешающее влияние жесткости воды устраняют введением тартрата калия-натрия (сегнетовой соли). Большие количества железа, сульфидов, мутности удаляют осветлением пробы. Для этого в нее вводят или гидроксид алюминия, или сульфат цинка, доводя pH смеси до 10,5. Выпадающие осадки отфильтровывают.

Проведение испытаний.

Качественное определение с приближенной количественной оценкой.

В пробирку диаметром 13−14 мм наливаем 10 мл исследуемой воды. Прибавляют 0,2−0,3 мл тартрата калия-натрия и 0,2 мл реактива Несслера. Перемешивают. Через 10−15 мин проводят приближенное определение содержания ионовNH₄. На основе данных таблицы выбирают объем воды для анализа. Он должен быть таким, чтобы содержание ионов аммония лежало в интервале от 0,01 до 0,05 мг.

Таблица. Окрашивание раствора в зависимости от концентрации ионов аммония

Концентрация равна 0,0005.

Количественное определение. Метод сравнения.

Концентрацию ионов аммония в исследуемой воде рассчитывают по результатам измерений светопоглощения исследуемого раствора и стандартного раствора.

В мерную колбу на 50 мл помещают выбранный объем исследуемой воды, доводят до метки дистиллированной водой, добавляют 1 мл 5%-ного раствора тартрата калия-натрия и 1 мл реактива Несслера, перемешивают. Через 10 мин измеряют светопоглощение в кювете с толщиной слоя 5 см при л= 425 нм относительно раствора сравнения.

В другую мерную колбу на 50 мл помещают 5 мл стандартного раствора (5*0,005 =0,025 мг NH₄), доводят до метки безаммиачной дистиллированной водой, далее добавляют все необходимые реактивы и измеряют светопоглощение.

Содержание ионов во взятом на анализ объеме исследуемой воды рассчитывают по формуле:

А_х — светопоглощение исследуемого раствора,

A_ст— светопоглощение стандартного раствора,

— содержание ионов NН₄ во взятом на анализ объеме исследуемой воды, мг,

— содержание ионов NH₄⁺ в стандартном растворе, мг.

В данной лабораторной работе мы получили:

Концентрацию ионов мг/л рассчитываю по формуле:

NH₄⁺, мг/л = * 1000/V,

Где — содержание ионов NH₄⁺ во взятом на анализ объеме исследуемой воды, мг,

V — объем анализируемой воды, взятый на анализ, мл.

⁺, мг/л = 0

Вывод: В данной лабораторной работе мы определяли содержание аммонийного азота в анализируемой пробе. Концентрация ионов NH₄⁺ равна 0 мг/л.

7. Титриметрия

7.1 Определение общей и карбонатной щёлочности

Сущность и химизм метода.

Если в растворе содержится щёлочь, то почти всегда в ней есть примесь карбоната щелочного металла. Поэтому при анализе таких растворов (например, щелочных стоков) обычно определяют общую и карбонатную щёлочность, т. е. содержание в них едких щелочей и карбоната натрия.

Определённый объём анализируемого раствора титруют раствором соляной кислоты известной нормальности. При титровании имеют место следующие реакции:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (1)

NaCO₃ + HCl = NaCl +NaHCO₃ (2)

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂ (3)

К концу второй реакции помимо хлорида натрия, не влияющего на концентрацию водородных ионов, в растворе присутствует гидрокарбонат натрия. Вследствие его гидролиза раствор имеет слабощелочную реакцию, pH такого раствора равен приблизительно 8,35. При этом значение pH фенолфталеин изменяет свою окраску от малинового до бесцветной. Поэтому его используют для индикации конца титрования щелочи и половины карбоната натрия. По окончании третьей реакции оказывается нейтрализованной и вторая половина карбоната натрия. Раствор по окончании третьей реакции (во второй точке эквивалентности) содержит хлорид натрия и насыщен углекислым газом, pH такого раствора около 3,9. Поэтому для индикации второй точки эквивалентности используют метилоранж.

Проведение испытаний.

1. Исследуемый раствор, содержащий щёлочь и соду, помещают в мерную колбу, доводят до метки дистиллированной водой, не содержащей углекислоты, закрывают пробкой и перемешивают.

2. Из мерной колбы отбирают пипеткой на 20−25 мл исследуемого раствора, перенося его в колбу для титрования, добавляют 1−2 капель раствора фенолфталеина. Раствор окрашивается в малиновый цвет.

3.Титруют раствор 0,1Н раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Записывают объём соляной кислоты, пошедший на титрование (V₁).

Объём, пошедший на титрование с фенол фтолеином равен 0, поэтому щёлочность отсутствует (нет свободных гидроксильных групп ОН), а значит определение общей и карбонатной щёлочности — есть определение временной или карбонатной жёсткости.

7.2 Временную жесткость определяем титрованием водопроводной воды соляной кислотой НСl в присутствии индикатора метилоранж

Проведение испытаний.

1. В коническую колбу для титрования вносим 25 мл испытуемой воды, 2 капли индикатора метилоранж. Содержимое колбы перемешиваем до полного растворения индикатора. Раствор в колбе окрашивается в желтый цвет.

2. Раствор НСl точно известной концентрации заливаем в бюретку, устанавливаем уровень его на нулевую отметку.

3. Титруем анализируемую воду раствором НСl до перехода желтой окраски титруемого раствора в оранжево-красную В процессе титрования раствор перемешиваем вращательным движением руки.

4. По бюретке измеряем объем раствора, пошедший на титрование.

5. Результаты титрования записываем в таблицу.

Временную жесткость определяем по формуле:

Ж_вр. = V₁*Н*1000/V_в,

где V₁— объем титранта Н — нормальность титранта.

H (HCl) = 0.1071 экв/л Ж_врем= 0,53*0,1071* 1000/25=2,26 мэкв/л

7.3 Определение общей жесткости воды

Свойства воды, обусловленные растворенными в ней солями кальция и магния, называют жесткостью.

Различают жесткость карбонатную, некарбонатную, общую. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбоната кальция и магния: Са (НСО₃)₂ и Mg (HCО₃)₂. При кипячении воды гидрокарбонаты разрушаются и переходят в труднорастворимые карбонат кальция и гидроксид магния, Поэтому жесткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния, называют временной (Ж_вр).

Ca (HCO₃)_2(p-p)=CaCO₃v+ CO₂^+H₂O

Mg (HCO₃)_2(p-p)= Mg (OH)₂v + 2CO₂^

Некарбонатная (постоянная) жесткость обусловлена присутствием в воде солей кальция и магния сильных кислот: MgCl₂, СаС₂, MgSO₄, CaSO₄ и др. Общую жесткость (Ж_общ.) обуславливают все растворимые соли кальция и магния.

В нашей стране жесткость количественно оценивают числом миллиэквивалентов (мэкв) ионов Са²⁺ и Mg²⁺ или солей кальций и магния, содержащихся в 1 л воды.

Единица жесткости мэкв/л.

Жесткость является одним из показателей качества природной питьевой, технологической воды. Так согласно ГОСТ 2874–82 жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мэкв/л. Для питания паровых котлов и отопительных систем используют воду с жесткостью не более 0,03 мэкв/л чтобы избежать образования накипи.

В соответствии с ГОСТ 4151–72 метод определения жесткости основан на способности ионов Са²⁺ и Mg²⁺ образовывать, обусловленную каждой солью, можно рассчитать по формуле:

Ж = m_c.ж. *1000/Э_с.ж. * V, мквэ/л где Ж — жесткость воды, мэкв/л

m_c.ж — масса соли жесткости, г Э_с.ж. — эквивалентная масса соли жесткости, г/экв

V — объем воды, л.

Определение проводим титрованием пробы воды раствором трилона Б с точно известной концентрацией при pH=9 и присутствии индикатора.

Необходимое значение pH создаем добавлением к воде аммиачного буферного раствора. В качестве индикатора используем кислотный хром темно-синий или хромоген черный специальный ЕТ-00.

При добавлении к раствору трилона Б последний вытесняет индикатор из его соединений е кальцием и магнием. В точке эквивалентности, когда все ионы кальция и магния прореагируют с трилоном Б, цвет титруемого раствора изменится из красного в синий (цвет свободного индикатора):

Проведение испытаний.

1. В коническую колбу для титрования вносим 25 мл испытуемой воды, буферный раствор кристаллов сухой смеси индикатора кислотного хром темносинего с хлоридом натрия. Содержимое колбы перемешиваем до полного растворения индикатора. Раствор в колбе окрашивается в красный цвет.

2. Раствор трилона Б точно известной концентрации заливаем в бюретку, устанавливаем уровень его на нулевую отметку.

3. Титруем анализируемую воду раствором трилона Б до перехода окраски титруемого раствора в сине-фиолетовую. В процессе титрования раствор перемешиваем вращательным движением руки.

4. По бюретке измеряем объем раствора трилона Б, пошедший на титрование. Выполнили три параллельных титрования. Результаты титрования записали в таблицу.

5. По полученным данным рассчитываем жесткость воды:

Ж_общ.= V_тр*H_тр*1000/V_воды, мэкв/л Где V_тр — объем раствора трилона Б, пошедший на титрование, мл Н_тр — нормальная концентрация раствора трилона Б, экв/л

V_воды — объем испытуемой воды, взятый на анализ, мл.

Результаты титрования записываем в таблицу

Н=0,0201

Ж=4,4*0,02*1000/25=3,52 мэкв/л

Вывод: общая жесткость составляет 3,52 мэкв/л, не превышает 7 мэкв/л, т. е. соответствует требованиям ГОСТ 4151–72.

7.4 Определение ионов кальция и магния

питьевая вода нитрат жесткость

1. 25 мл анализируемого раствора помещают в колбу для титрования, добавляют 3 мл 20%-ного раствора щелочи. Содержимое колбы тщательно перемешивают.

2. В раствор на кончике шпателя вносят небольшое количество сухой смеси флуорексона с хлоридом натрия, перемешивают содержимое колбы до полного растворения индикатора. Появляется желто-зеленая окраска комплекса флуорексона с кальцием. Этот комплекс устойчив только в сильнощелочной среде (pH =12−13).

3. Раствор в колбе титруют раствором комплексона Ш до появления розово-жёлтой окраски раствора. Записывают объём комплексона III, пошедший на титрование.

4. Содержание кальция рассчитывают по формуле:

Са²⁺, мэкв/л =V*Н*1000/V, где

V — объём раствора комплексона III, пошедшего на титрование кальция, мл;

Ннормальность раствора комплексона III;

V_{пипетки} — объём анализируемого раствора, взятый на титрование, мл;

1000 — пересчет на мэкв.

Са²⁺, мэкв/л =2,55*0,02*1000/25= 2,04 мэкв/л Содержание кальция в мг/л равно содержанию кальция в мэкв/л, умноженному на эквивалентную массу кальция 20,04 г/экв Са²⁺, мг/л = V₂*H* 1000*20,04/V_{пипетки}

На титрование пошло: V = 1 мл; V₂ = 1 мл; V = 1 мл; V_cp = 1 мл Значит:

Са²⁺, мг/л =2,55*0,02*1000*20,04=40,8816 мг/л Содержание магния в мэкв/л равно общей жесткости воды за вычетом содержания кальция в мэкв/л (12,16 г/экв — эквивалентная масса магния):

Mg²⁺, мэкв/л =(4,4−2,55)*0,02 * 1000/25= 1,48 мэкв/л

Mg²⁺,Мг/л=(4,4−2,55)* 0,02 * 1000* 12,16/25=18

Значит

Mg², мэкв/л = 1,48

Mg²⁺, Mr/n =18

Вывод: в ходе данного опыта мы рассчитали суммарное содержание ионов магния и кальция в воде: Са²⁺ = 40,8816 мг/л, Mg²⁺ = 18 мг/л, что отвечает требованиям. ПДК содержания кальция до 200 мг/л, ПДК магния до 100 мг/л.

7.5 Определение перманганатной окисляемости

Количество кислорода, эквивалентное расходу окислителя на окисление загрязнений, называется окисляемостью. В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную, бихроматную, и др. окисляемость. Результаты, полученные разными методами, могут быть различными для одной и той же пробы вследствие неодинаковой полноты окисления, которая зависит от свойств окислителя, его концентрации, температуры, рН и др. факторов.

Для определения перманганатной окисляемости питьевых и поверхностных вод в пределах до 100 мг кислорода используют метод Кубеля. Для общей окисляемости сточных вод применяется метод определения окисляемости бихроматом.

Определение методом Кубеля.

Метод основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, 0,01Н раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении.

Без разбавления можно определить окисляемость до 10 мг кислорода в 1 л. Наивысшее допустимое разбавление проб — десятикратное. Это означает, что метод можно использовать только для проб, окисляемость которых ниже 100 мг кислорода в 1 л.

Мешающее влияние.

При определении окисляемости, дающей приблизительное представление о содержании в пробе окисляемых органических веществ, необходимо устранить мешающее влияние неорганических соединений, которые могут быть окислены при определении. К таким соединениям относятся хлориды, сульфиды, нитриты, железо (II).

Железо (II), сероводород, сульфиды и нитриты следует определить отдельно, и результат, пересчитанный на окисляемость (мг О в 1 л), вычесть из найденной величины окисляемости проб. 1 мг Н₂S соответствует 0,47 мг О, 1 мг соответствует 0, 35 мг О, 1 мг соответствует 0,14 мг О.

Реактивы, посуда, аппаратура.

Серная кислота, разбавленный раствор.

Прибавляют один объем 96%-ной серной кислоты ч.д.а. при перемешивании к двум объемам дистиллированной воды. К полученному раствору при температуре около 40 °C добавляют 0,01 Н раствор перманганата до слабо розовой окраски.

Щавелевая кислота 0,2 Н основной раствор.

Растворяют 6,3020 г (СООН)₂*2H₂Oч.д.а. в разбавленной (1:15) серной кислоте и серной кислотой доводят объем при температуре 20 °C до 1 л. Раствор можно сохранять в склянке из темного стекла до полугода.

Щавелевая кислота 0,01 Н раствор.

Доводят 100 мл 0,1 Н основного раствора щавелевой кислоты до 1 л разбавленной (1:15) серной кислотой. Титрованный раствор можно также приготовить растворением навески 0,6303 г *2 ч.д.а. в разбавленной (1:15) серной кислоте и добавлением кислотой до 1 л.

Перманганат калия, приблизительно 0.1 H основной раствор.

Растворяют 3,2 г КMnO₄ в 1 л дистиллированной воды. Сохраняют в темной склянке. Изредка перемешивают. Раствор можно применять не раньше, чем через две-три недели.

Перманганат калия 0,01 Н раствор.

В мерную колбу емкостью 1 л отбирают 110 мл отстоявшегося основного раствора перманганата калия и доводят объем до метки дистиллированной водой. После нескольких дней отстаивания концентрацию раствора корректируют так, чтобы поправка к титру была равна 1,00. Для этого в колбу для определения окисляемости отбирают 100 мл дистиллированной воды, которая не должна содержать органических веществ (можно использовать оттитрованную пробу после определения окисляемости), прибавляют 10 мл 0,01 Н раствора щавелевой кислоты и 5 мл разбавленной серной кислоты (кислоту не прибавляют, когда используют оттитрованную пробу после определения окисляемости). Смесь нагревают до кипения и титруют в горячем виде раствором перманганата калия до слабо-розовой окраски. В зависимости от результата титрования концентрацию раствора перманганата корректируют затем так, что поправка была равной 1,00. Если поправка отличается от 1,00 больше, чем на 0,05 нужно соответственно повысить концентрацию или разбавить раствор. Титр раствора перманганата следует контролировать по крайней мере один раз в неделю.

Вода для разбавления.

Для разбавления проб применяют дистиллированную воду или бидистиллированную воду, не содержащую окисляемых веществ.

Экспериментальная часть.

1. В колбу для кипячения помещают несколько стеклянных шариков и 100 мл пробы водопроводной воды (после двухчасового отстаивания) или меньший ее объем, доведенный до 100 мл дистиллированной водой для разбавления. Приливают 5 мл разбавленной серной кислоты и 20 мл 0, 01 Н раствора перманганата калия. Смесь нагревают так, чтобы она закипела, и кипятят точно 10 мин. К горячему раствору прибавляют 20 мл 0,01 Н щавелевой кислоты.

2. Обесцвеченную смесь титруют горячей (лучше всего при 80−90°С) 0,01 Н раствором перманганат калия до розового окрашивания. Температура смеси при титровании не должна падать ниже 80 °C. Израсходованный объем перманганата отсчитывают с точностью до 0,05 мл.

3. Для холостой пробы отбирают 100 мл разбавленной воды и обрабатывают ее так же, как и анализируемую пробу.

Результаты титрования:

V_x = 4,1; V = 3,6; V₂ = 2,5; V₃ = 3,6; V_cp = 3,7; V_x=1,2

4. Окисляемость по Кубелю (х) в мг O/л вычисляют по формуле:

X, мгО/л =(а-в)*0,01*8*1000/V

где: а — объем 0,01 Н раствора перманганата, израсходованного на титрование пробы, в мл;

в — объем 0,01 Н р-ра перманганата, израсходованного на титрование холостой пробы, в мл;

V — объем пробы, взятой для определения, в мл;

X, мгО/л =(3,7−1,2)*0,01*8* 1000/100=2 мгО/л

Вывод: в результате проведенного нами исследования мы определили, что перманганатная окисляемость исследуемой пробы воды равна 2 мгО/л.

8. Заключение

В целом из всего комплекса проведенных нами исследований можно сделать вывод, что вода, подаваемая из скважины г. Н. Новгорода, автозаводского района, посёлок Малышево удовлетворяет большинству требований. Допустимую концентрацию превышают: цветность, содержание железа и содержание аммонийного азота.

Свыше 10г/ллечебная, 1−10 г/ллечебно-столовая, до 1 г/лстоловая.

9. Литература

1. Челышева С. Ф. Методы химического анализа загрязнений природной среды. Учебное пособие. Часть 1. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСУ, — 1999 г. — 112 с.

2. Челышева С. Ф. Методы химического анализа окружающей среды. Анализ водных объектов. Методические указания. Часть 1. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСУ, 2004. — 16 с.

3. Челышева С. Ф. Химический анализ природных и сточных вод. Химические методы количественного анализа. Методическое указание. Часть 1. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСУ, — 1993. — 56 с.

4. Челышева С. Ф. Химический анализ природных и сточных вод. Потенциометрия. Потенциометрическое титрование. Методическое указание. Часть 2. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСА, 1994. — 34 с.

5. Челышева С. Ф. Химический анализ природных и сточных вод. Оптические методы анализа. Методическое указание. Часть 4. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСУ, 1995. — 38 с.

6. Челышева С. Ф. Методы определения и способы устранения жесткости воды. Методическое указание. / С. Ф. Челышева. — Н. Новгород: ННГАСУ, 1996. — 22 с.