Определение химических ингредиентов в растворённом состоянии, коллоидно-дисперсной форме и взвесях

В природных и сточных водах всегда содержатся растворенные и нерастворенные вещества. Поэтому определение концентрации многих химических ингредиентов в нефильтрованной и фильтрованной воде дает разные результаты. Это особенно касается соединений ионов металлов, потому что они в значительной степени сорбируются на взвесях и коллоидных частицах. Поэтому часто возникает необходимость определить не только общее соединений определённых ингредиентов, а раздельное в взвесях, в коллоидном и в растворённом в воде состоянии. Например, установлено, что токсичность воды р. Дунай, которая является сильно мутной, почти полностью исчезает, если воду профильтровать. Это обусловлено сорбцией соединений токсичных металлов, таких как Hg, Cd, Pb, Cr и др. на взвесях и коллоидных частицах.

Для выделения взвесей из природных вод применяют отстаивание проб воды, фильтрацию, центрифугирование и ультрафильтрацию (мембранная фильтрация). Наиболее распространены два последних метода. Фильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 300 – 500 нм (0,3 – 0,5 мк) или центрифугирование в течение 20 – 30 мин. при 7 – 8 тыс. об/мин. обеспечивает практически полное выделение взвесей.

Что касается выделения коллоидов, которые также являются хорошими сорбентами, нет единой точки зрения. Некоторые исследователи относят к коллоидам частицы размером 1 – 200 нм, другие – частицы, которые задерживаются на ультрафильтрах с диаметром пор 20 – 25 или 4 – 17 нм. В то же время установлено, что через целлофановые мембраны не диффундирует до 90 – 95 % высокомолекулярных окрашенных органических веществ природных вод. Однако их нельзя отнести к коллоидам, потому что они имеют главные признаки истинно растворённых веществ, а именно: термодинамически стабильные, в системе отсутствует поверхность раздела фаз, они являются гидрофильными соединениями и не выделяются даже при длительном центрифугировании.

Однозначное решение этой проблемы невозможно из-за того, что коллоидные свойства диспергированных в водной среде частичек обусловлены не только размерами, но также их структурой и химическими свойствами, которые влияют на их гидрофильность. Поэтому рациональным является такой подход, который объединяет две характеристики коллоидных и истинно растворённых высокомолекулярных веществ – их размеры и молекулярную массу.

Согласно этого подхода к взвесям относят частицы, размер которых превышает 300 нм. Их можно выделить фильтрацией природной воды через мембранный фильтр с диаметром пор 300 – 500 нм. В гидрохимической практике для этого рекомендуют использовать ультрафильтры с диаметром пор 450 нм.

К коллоидным отнесены диспергированные в воде частицы, размеры которых колеблются в пределах 5 – 500 нм. Очевидно, что взвеси и коллоиды можно выделить вместе фильтрованием пробы воды через мембранный фильтр с диаметром пор 5 – 10 нм. При этом через фильтр не пройдут также растворённые соединения с молекулярной массой 100 тыс. и больше.

Наконец, истинно растворённые соединения можно характеризовать их молекулярной массой до 300 тыс. или размерами, не превышающими 5 – 15 нм.

Содержание определённого химического ингредиента в взвесях, в коллоидной форме и в истинно растворённом в воде состоянии определяют следующим образом. Вначале пробу воды обрабатывают кислотой или другим реагентом для перевода всех форм определяемого ингредиента в истинно растворённое состояние и определяют его общую концентрацию С общ. Потом другую порцию этой же воды фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 450 нм и в фильтрате определяют концентрацию С₁. Наконец, третью порцию воды фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 10 нм и в фильтрате определяют С₂. Концентрацию определяемого ингредиента в каждой форме определяют по формулам:

С_взвес = С_общ. – С₁; С_{колоид.} = С₁ – С₂; С_раств. = С₂. (10)