1.3 Определение Mg2+

1.3.1 Общая характеристика

Определение магния в природных водах производится главным образом комплексометрическнм методом с трилоном Б. Весовой фосфатный метод сохранил значение только в качестве контрольного, его массовое применение не оправдано из-за большой затраты времени. Расчетный метод используется главным образом для полевого анализа.

Недостаток магния в организме - внезапная смерть младенцев, увеличение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов КВЗ, нейро-мускулярные и психиатрические симптомы, тахикардия и фибрилляция сердечной мышцы, гипомагнезимия. Избыток - возможность развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, желудочно-кишечного тракта.

1.3.2 Методы определения

Весовой фосфатный метод

Метод основан на осаждении магния в виде MgNH₄PO₄ и переводе его последующим прокаливанием в пирофосфат магния:

Mg²+ + NH₄⁺ + PO₄^3- = MgNH₄PО₄, MgNH₄PО₄ = Mg₂P₂О₇ + 2NH₃ + H₂О.

Метод применим для вод разнообразного состава и минерализации.

Реактивы

Кислота соляная (1:1).

Аммиак, 10% - ный раствор.

Аммиак, 2.5 % - ный раствор.

Аммиак (1 : 20).

Аммоний фосфорнокислый двухзамещенный (NH₄)₂HPО₄ или натрий фосфорнокислый двухзамещенный Na₂HPО₄, 10% - ный раствор.

Ход анализа

Фильтрат и промывные воды после отделения кальция упаривают до объема 100--200 мл и прибавляют 2--3 мл НС1 (1 : 1) и 16 мл 10%-ного раствора (NH₄)₂HPO₄ или Na₂HPО₄. Жидкость нагревают почти до кипения и при постоянном и энергичном перемешивании постепенно прибавляют 2.5%-ный раствор NH₄OH до выпадения кристаллического осадка, после чего добавляют 10%-ный раствор NH₄OH в количестве, равном 1/5 объема всего раствора. Раствор перемешивают и оставляют на ночь на холоду. На следующий день его снова перемешивают, дают осадку осесть и фильтруют через плотный фильтр или фарфоровый тигель № 4 с пористым дном. Затем осадок переносят на фильтр и промывают раствором NH₄OH (1:20) до отрицательной реакции на хлор-ион (перед добавлением нитрата серебра фильтрат подкисляют азотной кислотой).

Фильтр с осадком высушивают, осторожно озоляют, постепенно повышая температуру муфеля, а затем прокаливают до постоянного веса при температуре 900 - 1000° С.

Переводной коэффициент пирофосфата магния на магний -- 0,2184.

Трилонометрический метод

Метод основан на титровании иона магния трилоном Б в присутствии индикатора эриохромчерного в том же растворе, в котором ионы кальция были связаны в комплекс трилоном Б в присутствии индикатора мурексида. До титрования магния окраска, вызванная мурексидом, должна быть разрушена.

Реактивы

Кислотасоляная (1:2).

Буферный раствор.

Трилон Б, 0,025 М раствор.

Эриохромчерный Т. Растирают в ступе 1 г индикатора и 100 г хлористого натрия х. ч.

Индикаторная бумажка конго.

Ход анализа

Пробу воды после определения иона кальция с мурексидом кипятят в течение нескольких минут до уничтожения окраски жидкости от мурексида или оставляют на холоду в течение нескольких часов. Раствор после охлаждения нейтрализуют НС1 (1:2) до перехода окраски бумажки конго из красной в сиреневую. Затем прибавляют 2 мл буферного раствора, 0,1 г сухой смеси эриохромчерного с хлоридом натрия и титруют 0,025 М раствором трилона Б (в присутствии «свидетеля») до перехода окраски жидкости в сине-зеленый цвет.

Содержание иона магния (в мг/л) вычисляют по формуле:

X= (V₁M*24.32*1000)/V

где V₁ -- объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование магния, мл; М -- молярность раствора трилона Б; V -- объем исследуемой воды, мл; 24,32 -- атомный вес магния.

Колориметрический метод

Метод основан на образовании окрашенного комплексного соединения при взаимодействии ионов магния с реагентом Магнезон ИРЕА. Окраски раствора от сине-фиолетовой до ярко-красной образуются при значениях рН 9.8--11.2.

Чувствительность метода позволяет без предварительной концентрации определите от 0.25 до 4 мг/л Mg²⁺.

Железо и кальций мешают определению. В определяемом объеме может содержаться не более: Fe 25 мкг; Са 15 мкг.

Реактивы

Кислота соляная (1 : 1).

Аммиак, 10%-ный раствор.

Аммонийхлористый, 10% -ныйраствор.

4.Сегнетова соль, 50%-ный раствор. 50 г сегнетовой соли ч. Д. а. растворяют в 50 мл дистиллированной воды.

Ацетон ч. Д. а.

Магнезон ИРЕА, 0,1%-ный раствор в ацетоне.

Стандартный раствор Mg²⁺

0,166 г х. ч. Прокаленной окиси магния растворяют в 5 мл соляной кислоты (1:1) и доводят водой в мерной колбе до 1 л. 1 мл полученного раствора содержит 100 мкг магния. Разбавлением в 20 раз получают рабочий раствор, в 1 мл которого содержится 5 мкг магния.

Ход анализа

В колориметрическую пробирку вносят 2 мл исследуемой ВОДЫ, содержащей в этом объеме 0,5--8 мкг магния, прибавляют 0,5 мл 10%-ного раствора хлористого аммония, 0,2 мл 50%-ного раствора сегнетовой соли, 1 мл ацетона и 0,4 мл раствора аммиака. Затем прибавляют 0,6 мл раствора магнезона и доводят раствор в пробирке дистиллированной водой до 5,0 мл. Одновременно готовят стандартную шкалу. Через 5 мин образовавшуюся окраску сравнивают со стандартной шкалой эталонов. Сравнение окраски растворов следует проводить в проходящем свете на фоне молочного стекла.

Приготовление шкалы стандартных растворов. В шесть Колориметрических пробирок вносят: 0--0,1--0,2--0,4--0,8--1,6 мл стандартного рабочего раствора, что соответствует содержанию Mg²⁺ от 0 до 8 мкг, затем прибавляют 0,5 мл раствора хлористого аммония, 0,2 мл раствора сегнетовой соли, 1 мл ацетона и 0,4 мл раствора аммиака. Раствор в пробирках доводят модой до 4,4 мл и прибавляют 0,6 мл раствора магнезона.

РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД

Зная общую жесткость воды С (мг-экв/л) и содержание кальция C_i (мг-экв/л), рассчитывают содержание магния X (в мг/л) по формуле:

X=(C-C₁)*12.16

1.4 Определение фторид - ионов

1.4.1 Общая характеристика

Содержание фтора в природных и питьевых водах составляет особую проблему. Фтор широко распространен в природе. Его содержание в земной коре 0.01%. Чаще всего фтор встречается в виде фторидов с металлами. Много фтора содержат некоторые слюды, лепидолит, турмалин, фосфорит, фторапатит, гранит.

Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0.3-0.4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

Как недостаток, так и избыток фтора могут приводить к серьезным заболеваниям. Содержание фтора в питьевой должно поддерживаться в пределах 0.7 - 1.5 мг/л (в зависимости от климатических условий).

При гигиенической оценке поступления фтора в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе содержится от 0.54 до 1.6 мг фтора (в среднем 0.81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем при употреблении питьевой воды, содержащей оптимальные его количества (1 мг/л).

Повышенное содержание фтора в воде (более 1.5 мг/л) оказывает вредное влияние на людей и животных, у населения развивается эндемический флюороз ("пятнистая эмаль зубов"), рахит и малокровие. Отмечается характерное поражение зубов, нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Содержание фтора в питьевой воде лимитируется. Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды снижает и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек и др.). Недостаток фтора в воде (менее 0.5 мг/л) приводит к кариесу.

Фтор - один из немногих элементов, которые лучше усваиваются организмом из воды. Оптимальная доза фтора в питьевой воде составляет 0.7 - 1.2 мг/л.

ПДК фтора составляет 1.5 мг/л.

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.