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, 1М.

Выполнение анализа.

Приготовление стандартных (градуировочных) растворов:

1.1. 1М 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 18826-73 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 рН- метром-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; 0,00001 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 0,00001 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°С (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*0,00001

X = 1,17*0,00001*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 18826-73 и ГОСТ 4192-82.