1.4.2 Методы определения

Определение концентрации фторид-ионов в растворе с помощью ионоселективного электрода

Оборудование и реактивы: 1) иономер универсальный; 2) электроды: фторидный (индикаторный), хлорсеребряный (сравнения); 3) термокомпенсатор; 4) штатив лабораторный; 5) стаканчики полиэтиленовые на 50 см³ ; 6) стакан для слива; 7) промывалка; 8)фильтровальная бумага; 9) бюреьки на 50 см³; 10) мерные колбы на 100 см³ и 500см³; 11) 0.1 М раствор фторида натрия; 12) ацетат натрия; 13) цитрат натрия; 14) стандартный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА); концентрированная уксусная кислота.

Ход анализа.

1) Приготовление растворов фторида натрия:

0.1 М - в мерную колбу на 1 дм помещают 4.19990 г высушенного при 105 С^о (до постоянной массы) фторида натрия. Растворяют навеску и доводят объём водой до метки;

0.01 М - берут 10.00 см приготовленного стандартного 0.1 М раствора и разбавляют до 100 см водой в мерной колбе;

0.001 М - готовят из 0.01 М раствора. Берут 10 см и разбавляют дистиллированной водой до метки;

0.0001 М - готовят из 0,001 М раствора;

0.00001 М - отбирают пипеткой 10 см 0.0001 М раствора, переносят в мерную колбу на 100 см и разбавляют водой до метки.

2) Приготовление ацетатно-цитратного буферного раствора:

в мерную колбу на 500 см помещают 52.0 г ацетата натрия, 29.2 г хлорида натрия, 3.0 г цитрата натрия, 0.3 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), 8.0 см ледяной усусной кислоты и приливают 200-300 см дистиллированной воды. После растворения компонентов доводят объем раствора до метки дистиллированной водой.

3) Построение градуировачного графика.

В пяти полиэтиленовых стаканчиках готовят пробы. В каждый наливают по 10 см буферного раствора и 20 см 0.1, 0.01, 0.0001, 0.00001 М растворов фторида натрия соответственно в 1-5 стаканчики. Поочередно измеряют ЭДС в каждом полученном растворе (стаканчике). Измерения следует проводить через 5 минут после погружения электродов при работающей мешалке.

Строится градуировочная кривая - зависимость потенциала фторид - селективного электрода от pF = - lg C_F^-

4) Определение содержания фтора в пробе по градуировочной зависимости.

Фотометрический метод определения фторидов

Метод основан на способности фторид - иона образовывать растворимый в воде тройной комплекс сиренево - синего цвета, в состав которого входят лантан, ализарин комплексон и фторид.

Оборудование и реактивы: фотометр с длинной волны 590нм, ализаринокомплексон, буферныйт раствор, лантан, дистиллированная вода кювета 50.

Ход анализа.

Делается анализ параллельно с контрольной пробой. В первую мерную колбу на 50 мл наливаем 25 мл исследуемой воды, а во вторую дистиллированную воду и добавляем по 6.5 мл раствора ализаринкомплексона, тщательно перемешав, добавляем по 1.5 мл буферного раствора. Затем добавляем по 5 мл лантана и доводим до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешиваем и ставим на один час в тёмном месте. Далее определяем результат на ФЭКе. Результат рассчитываем по формуле:

C = D / 0,608,

где С - массовая концентрация фторидов;

D - оптическая плотность, найденная по ФЭКу.

1.5 Определение общего железа

1.5.1 Общая характеристика

Железо может встречаться в природных водах в следующих видах:

- истинно растворённом виде (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода);

- нерастворённом виде (трёхвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями);

- коллоидном состоянии или тонкодисперсной взвеси (окрашенная желтовато-коричневая опалесцирующая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании);

- железоорганика - соли железа и гуминовых и фульвокислот (прозрачная желтовато-коричневая вода);

- железобактерии (коричневая слизь на водопроводных трубах).

В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0.1 до 1 мг/дм³ железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/дм³.

Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в восстановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. Много железа растворено в кислых бескислородных подземных водах.

При выходе подземных вод на поверхность наблюдается окисление Fe²⁺ в Fe³⁺, сопровождающееся гидролизом солей трехвалентного железа до труднорастворимого основания Fe(OH)₃:

4Fe(HCО₃)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃ + СО₂

Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма. Такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства в быту.

На многих промышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки продукта в процессе его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде приводит к браку продукции.

ПДК = 0.3 мг/л.

1.5.2 Методы определения

Определение железа в виде комплекса с тиоционат-иопами

Ионы железа (III) образуют с тиоционат-ионами SCN^- красный комплекс. Ионы железа (II) подобного комплекса не образуют, поэтому для полного окисления железа (II) добавляют азотную кислоту. Окраска комплекса малоустойчива, из-за этого раствор роданида аммония вносят непосредственно перед измерением оптической плотности.

Оборудование: 1) спектрофотометр ПЭ-5300В; 2) бюретки на 50 см³ - 2 шт.; 3) пинетка на 1 мл; 4) колбы мерные на 50 см³ - 8 шт.

Реактивы: 1) стандартный раствор железа (III) - 0.1 мг/см³; 2) роданид аммония или калия - 10%-ный раствор; 3) азотная кислота - разбавленный раствор (1:1).

Ход анализа:

1) Выбор рабочей длины волны. Фотометрические определения проводятся при такой длине волны, при которой наблюдается максимальная оптическая плогность раствора. Это обеспечивает максимальную чувствительность и точность анализа.

Поиск л надо провести следующим образом. В мерную колбу на 50 см³ внести 1 см³ стандартного раствора хселсза и все реактивы, как указано ниже в ходе определения. В другой колбе на 50 см³ готовится раствор сравнения («нулевой» раствор), куда добавляются все реактивы, кроме железа. Измерить оптические плотности раствора железа при различных значениях длины волны (от 360 до 540 нм). По формуле закона Бугера для каждой длины волны рассчитывают значение молярного коэффициента светопоглощения .

А = l*С.

По полученным данным построитъ спектрофотометрическую кривую - график зависимости молярного коэффициента светопоптощения ? от длины волны л. Для работы выбирается та длина волны, при которой наблюдается максимум на кривой «? - л».

2) Определение железа. Готовят эталонные растворы соли железа. В мерные колбы емкостью 50 см³ наливают соответственно 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0 и 5.0 см³ исходного стандартного раствора железа. Затем добавляют в них по 1 см³ разбавленной (1 : 1) азотной кислоты и непосредственно перед измерением оптической плотности по 5 см³ 10%-го раствора роданида аммония. После этого раствор в колбах доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Измеряют оптическую плотность приготовленных растворов при выбранной величине длины волны.

В качестве раствора сравнения используют эталонный раствор, содержащий 2 см³ исходного стандартного раствора железа. Оптическую плотность первых трех растворов (содержащих 0.5; 1.0; 1.5 см³ исходного стандартного раствора Fe³⁺) измеряют таким образом. Светопропускание этих растворов считаю равными 100% (задают значение оптической плотности А, равное 0,000), а показания величины А, соответствующие эталонному раствору (содержащему 2 см³ стандартного), записывают со знаком «-».

Для более интенсивно окрашенных трех последних эталонных растворов (3, 4 и 5 см³ исходного стандартного раствора Fe³⁺) и задачи оптическую плотность измеряют по отношению к эталонному раствору, содержащему 2 см³ стандартного раствора железа. Для него устанавливают светопропускание 100% (задают значение оптической плотности А, равное 0.000) и определяют по отношению к нему показания величины л для исследуемых растворов.

По данным строят градуировочный график.

3) Определение содержания железа в пробе по градуировочному графику.

Комплексонометрическое определение ионов Fe³⁺ и Fe²⁺

Комплексометрическое определение железа и алюминия выполняют в тех случаях, когда эти элементы содержатся в водах в относительно больших количествах (сотни мг/л и более).

Ионы окисного железа (Fe³⁺) образуют с трилоном Б комплексное соединение.

Определение всех двух ионов выполняют в одной пробе воды. Вначале титруют трилоном ион окисного железа (Fe³⁺) с сульфосалициловой кислотой в качестве индикатора, затем окисляют закисное железо (Fe²⁺) до окисного и титруют полученное окисное железо трилоном.

Реактивы: 1) трилон Б 0,025 н.; 2) кислота соляная 1 н. раствор; 3) кислота сульфосалициловая 10 % раствор (10 г сульфосалициловой кислоты растворяют в 90 мл дистиллированной воды); 3) аммиак 1 н. раствор; 4) аммоний надсернокислый (NH₄)₂S₂O₈ ; 5) метиловый фиолетовый 0,05 % водный раствор.

Ход анализа.

1) Определение Fe³⁺:

В коническую колбу емкостью 250 мл помещают 50 мл исследуемой воды и добавляют в качестве индикатора одну каплю 0,05%-ного раствора метилового фиолетового. Подготовленный к титрованию раствор должен иметь сине-зеленую окраску (рН 1.2 - 1.3). Если раствор окрасится в синий (рН 1,5 - 2,0) или фиолетовый (рН > 2.0) цвет, добавляют по каплям 1 н. раство.р Сl до перехода окраски в сине-зеленую, если цвет раствора желто-зеленый (рН 0.5 - 1.2) или желтый (рН < 0.5), добавляют соответственно 1 н. раствор аммиака. Подготовленный таким образом раствор нагревают до 60 - 70° С и приливают 1 мл 10%-ного раствора сульфосалициловой кислоты. При наличии Fe³⁺ появляется красно-фиолетовая окраска. Содержимое колбы титруют 0.025 М раствором трилона Б до исчезновения розового оттенка.

Если на титрование идет более 20 - 25 мл раствора трилона, определение повторяют, отбирая на анализ меньшее количество воды (в этих случаях объем пробы доводят до 50 мл дистиллированной водой).

Содержание окисного железа (мг/л) вычисляют по формуле:

Х = ( v₁M * 55.85 *1000)/v

где v₁ - объем раствора трилона Б, израсходованного на определение, мл;

М - молярность раствора трилона Б;

v -- объем воды, взятой на определение, мл;

55,85 -- атомный вес Fe.

2) Определение Fe²⁺ :

Анализ выполняют в той же пробе, в которой производилось определение Fe³⁺. Раствор, в котором оттитровано окисное железо, снова нагревают до 60 - 70°С* и прибавляют около 0.1 г надсернокислого аммония. При этом Fe²⁺ окисляется до Fe³⁺ и раствор снова приобретает красно-фиолетовый цвет за счет образования сульфосалицилата железа. Окисленный раствор вновь титруют трилоном до исчезновения розовой окраски. По окончании титрования испытывают полноту окисления Fe²⁺ добавкой новой порции 0.1 г иадсернокислого аммония, если нужно, дотитровывают и снова проверяют полноту окисления. Титрование считают законченным, если после добавки очередной порции персульфата на титрование идет не более 1 - 2 капель трилона. Общий расход 0,025 М раствора трилона Б на титрование закисного железа не должен превышать 20 - 25 мл. При более высоких концентрациях железа определение повторяют, отбирая на анализ меньшее количество воды и разбавляя пробу до 50 мл дистиллированной водой.

Содержание закисного железа вычисляют по той же формуле, что и для окисного железа.

Определение суммы ионов Fe³+ и Fe²⁺ колориметрическим методом

Ход анализа.

В мерную колбу на 50 мл отмерить пипеткой 25 мл исследуемой воды, прилить 15 мл сульфосалициловой кислоты и 5 мл 25%-ного водного раствора аммиака. Довести объем дистиллированной водой до 50 мл. В другой мерной колбе приготовить стандартный раствор - в мерную колбу на 50 мл поместить 25 мл дистиллированной воды, те же объемы реактивов и отмерить из бюретки такой объем стандартного раствора Fe³⁺, чтобы концентрация незначительно отличалась от его содержания в исследуемой воде. Об этом можно судить по приблизительно одинаковой интенсивности окраски исследуемого и стандартного растворов. Через 10 минут провести колориметрироваиие полученных растворов (желтая окраска) на ФЭК-М с синим светофильтром. Определение провести 2 - 3 раза.

Вычислить концентрацию ионов (Fe³⁺ + Fe²⁺) (в мг/л) в исследуемом растворе по формуле:

Х_{(Fe3+ + Fe2+)} = (С_ст * D₁)/D₂,

где где С_ст - концентрация (Fe³⁺ + Fe²⁺) в стандартном растворе, мг/л;

D₁ - оптическая плотность исследуемого раствора;

D₂ - оптическая плотность стандартного раствора.

1.6 Сухой остаток

1.6.1 Общая характеристика

Определение сухого остатка в химическом анализе имеет большое практическое значение. Эта величина позволяет не только характеризовать общую минерализацию воды, но и контролировать качество выполненного анализа, так как при правильно выполненном анализе общее содержание найденных веществ должно быть близко к величине сухого остатка.

В водах, а также рассолах сухой остаток получают выпариванием воды с содой. В кислых водах сухой остаток получают выпариванием с серной кислотой. Наиболее удобно объем воды на определение брать с таким расчетом, чтобы вес сухого остатка составлял 50 - 500 мг. Для определения сухого остатка в рассолах берут навеску от 1 до 10 г в зависимости от концентрации рассола.

Определение сухого остатка простым выпариванием воды и последующим высушиванием при температуре 105 - 110 °С дает для вод и рассолов неудовлетворительные результаты вследствие гидролиза и гигроскопичности хлоридов магния и кальция и трудной отдачи кристаллизационной воды сульфатами кальция и магния. Эти недостатки устраняются прибавлением к выпариваемой воде навески химически чистого карбоната натрия. При этом хлориды и сульфаты кальция и магния переходят в безводные карбонаты, а из натриевых солей лишь сульфат натрия обладает кристаллизационной водой, но она полностью удаляется высушиванием сухого остатка при температуре 150 - 180° С.

1.6.2 Методы анализа

Определение выпариванием с содой

Высушивают фарфоровую или лучше кварцевую чашку до постоянного веса при температуре 105 - 110° С. В чашку вносят безводный Na₂CО₃ в количестве, в 2 - 3 раза превышающем предполагаемое содержание растворенных солей в анализируемом объеме пробы (последнее может быть ориентировочно подсчитано после определения хлор-, сульфат- и гидрокарбонат-ионов).

Чашку с карбонатом натрия взвешивают, затем в нее наливают соответствующее количество прозрачной воды или рассола (при анализе рассола соду предварительно растворяют в небольшом объеме дистиллированной воды) и выпаривают досуха под инфракрасной лампой, на водяной или не слишком горячей песчаной бане. В случае использования песчаной бани следят, чтобы не было кипения воды и разбрызгивания в конце выпаривания. Обтирают чашку с полученным сухим остатком сначала фильтровальной бумагой, смоченной разбавленной соляной кислотой (для удаления возможной накипи или загрязнений из песка), а затем сухой бумагой. После этого чашку накрывают часовым стеклом и сушат в термостате при температуре 150 - 180 °С в течение 2 - 3 ч.

После охлаждения в эксикаторе чашку взвешивают. Затем чашку помещают снова в термостат на 1 ч. При вторичном взвешивании ввиду некоторой гигроскопичности осадка рекомендуется сначала поставить на весы разновес, отвечающий первому взвешиванию, а потом уже чашку с осадком. Если разность между двумя взвешиваниями не будет превышать ±0,001 г, определение сухого остатка можно считать законченным; в противном случае операцию высушивания следует повторить.

Содержание сухого остатка (в мг/л) вычисляют по формуле:

Х = (а-б) *1000/v

где а -- вес чашки с сухим остатком, мг;

б -- вес чашки с содой, мг;

v -- объем исследуемой воды, мл.

Определение выпариванием с серной кислотой

Определение сухого остатка в природных водах выпариванием с серной кислотой основано на переводе всех солей, растворенных в воде, в сульфаты. При последующем удалении избытка серной кислоты и прокаливании сухого остатка до постоянного веса железо и алюминий будут взвешены в виде окислов Fe₂О₃ и А1₂О₃.

Однако определение сухого остатка этим методом в кислых водах не дает удовлетворительных результатов, так как превращение значительных количеств сульфатов железа и алюминия в окислы требует продолжительного прокаливания и высокой температуры; при этих условиях возможно разложение других солей. Е. П. Муликовская этот метод выделения сухого остатка видоизменила. Для удаления избытка серной кислоты высушивание ведется при температуре 360 - 380° С. В таком сульфатном сухом остатке железо и алюминий взвешивают в виде сульфатов. При этом железо необходимо предварительно окислить до трехвалентного.

Во взвешенную платиновую или фарфоровую чашку отмеривают такой объем воды, в котором содержалось бы не более 1 г солей, после чего прибавляют 1 - 2 мл 5%-ного раствора перекиси водорода и закрывают чашку часовым стеклом. Когда прекратится бурное выделение кислорода, обмывают стекло дистиллированной водой, прибавляют 1 - 2 мл H₂SО₄ (1:2) и выпаривают раствор на водяной бане до маслообразной консистенции.

Затем чашку переносят на асбестовую сетку и осторожно нагревают до полного прекращения выделения паров серной кислоты, после чего, снова смочив сухой остаток концентрированной серной кислотой, вторично нагревают на асбестовой сетке до прекращения выделения паров серной кислоты. Последняя операция необходима для перевода основного сульфата окисного железа в среднюю соль. После вторичной обработки серной кислотой сухой остаток нагревают в термостате при температуре 360 - 380 °С в течение 1,5 - 2 ч. Полученный сухой остаток содержит все металлы, находящиеся в воде в виде сульфатов, причем железо - в виде Fe₂(SО₄)₃.

2. Экспериментальная часть

2.1 Определение общей жесткости трилонометрическим методом

Результаты титрования:

Рассчитываем общую жесткость:

Ж_общ = (V_тр * C_тр *1000)/V_пробы

1 проба: Ж_общ=(15,5*0,025*1000)/100=3,9 мг*экв/л

2проба: Ж_общ=(17,3*0,025*1000)/100=4,3 мг*экв/л

Вывод: согласно санитарным правилам и нормам жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.

2.2 Определение Са²⁺ трилонометрическим методом

Результаты титрования: