АНАЛІЗ І ОЦІНКА ЯКОСТІ ПОВЕРХНІВНИХ ВОД Допущено Навчально-методичним об’єднанням як
Визначення магнію
Масову концентрацію катіону магнію (Смг) в мг/л визначають розрахунковим методом, здійснюючи обчислення за формулою:
де СОЖ та СКА – результати визначення загальної жорсткості (мг-екв/л) та масової концентрації катіону кальцію (мг/л) відповідно; 0,05 - коефіцієнт перерахунку концентрації катіону кальцію в міліграм-еквівалентну форму; 12,16 – еквівалентна маса магнію.
Отриманий результат округліть до цілих чисел (мг/л).
Карбонати та гідрокарбонати.Основним джерелом гідрокарбонатних та карбонатних іонів у поверхневих водах є процеси хімічного вивітрювання та розчинення карбонатних порід типу вапняків, мергелів, доломітів, наприклад:
Деяка частина гідрокарбонатних іонів надходить з атмосферними опадами та ґрунтовими водами. Гідрокарбонатні та карбонатні іони виносяться у водойми зі стічними водами підприємств хімічної, силікатної, содової промисловості тощо.
У міру накопичення гідрокарбонатних і особливо карбонатних іонів останні можуть випадати в осад:
Визначення карбонат-і гідрокарбонат-аніонів є титриметричним і засноване на їх реакції з водневими іонами в присутності фенолфталеїну (при визначенні карбонат-аніонів) або метилового помаранчевого (при визначенні гідрокарбонат-аніонів) як індикатори. Використовуючи ці два індикатори, вдається спостерігати дві точки еквівалентності: у першій точці (рН 8,0-8,2) у присутності фенолфталеїну повністю завершується титрування карбонат-аніонів, а в другій (рН. 4,1-4,5) – гідрокарбонат -аніонів. зарезультатам титрування можна визначити концентрації в аналізованому розчині основних іонних форм, що зумовлюють споживання кислот (гідроксо-, карбонат-і гідрокарбонат-аніонів),а також величини вільної та загальної лужності води, т.к. вони знаходяться в стехіометричній залежності від вмісту гідроксол-, карбонат-і гідрокарбонат-аніонів. Для титрування зазвичай застосовують титровані розчини соляної кислоти з точно відомим значенням концентрації 0,05 г-екв/л або 0,1 г-екв/л.
Визначення гідрокарбонат-аніонів ґрунтується на реакції:
Присутність карбонат-аніону в концентраціях, що визначаються аналітично, можлива лише у водах, рН яких понад 8,0-8,2. У разі присутності в аналізованій воді гідроксоаніонів при визначенні карбонатів протікає також реакція нейтралізації:
Визначення гідрокарбонат-аніонів ґрунтується на реакції:
Таким чином, при титруванні по фенолфталеїну в реакції з кислотою беруть участь аніони ОН - і СО3 2-, а при титруванні по метиловому помаранчевому - ОН - , СО3 2- і НС03 -.
Розмір карбонатної жорсткості розраховується з урахуванням еквівалентних мас що беруть участь у реакціях карбонат- і гідрокарбонат-аніонів.
При аналізі карбонатних природних вод правильність одержуваних результатів залежить від величини споживання кислоти на титрування за фенолфталеїном та метилоранжем. Якщо титрування у присутності фенолфталеїну зазвичай викликає труднощів, т.к. відбувається зміна забарвлення від рожевого до безбарвного, то в присутності метилового помаранчевого, при зміні забарвлення від жовтого до помаранчевого, визначити момент закінчення титрування іноді досить складно. Це може призвести до значної помилки щодо обсягу кислоти, витраченої на титрування. У цих випадках для більш чіткоговиявлення моменту закінчення титрування, визначення корисно проводити в присутності контрольної проби, для чого поруч з пробою, що титрується, поміщають таку ж порцію аналізованої води (у другій склянці), додаючи таку ж кількість індикатора.
В результаті титрування карбонату та гідрокарбонату, яке може виконуватися як паралельно в різних пробах, так і послідовно в одній і тій же пробі, для розрахунку значень концентрацій необхідно визначити загальну кількість кислоти (V0) у мілілітрах, витраченої на титрування карбонату (VK) та гідрокарбонату (VГК). Слід мати на увазі, що при визначенні споживання кислоти на титрування метилоранжу (Vмо) відбувається послідовне титрування і карбонатів, і гідрокарбонатів. З цієї причини одержуваний об'єм кислоти Vмо містить відповідну частку, обумовлену присутністю у вихідній пробі карбонатів, що перейшли після реакції з катіоном водню в гідрокарбонати, і повністю не характеризує концентрацію гідрокарбонатів у вихідній пробі. Отже, при розрахунку концентрацій основних іонних форм, що зумовлюють споживання кислоти, необхідно врахувати відносне споживання кислоти при титруванні фенолфталеїном (Vф) і метилоранжу (Vмо). Розглянемо кілька можливих варіантів, зіставляючи величини Vф і Vмо.
Vф = 0. Карбонати, а також гідроксо-аніони в пробі відсутні, і споживання кислоти при титруванні за метилоранжем може бути обумовлено лише присутністю гідрокарбонатів.
VOH = 2VФ - VMO
5. VФ = Vмо. У вихідній пробі відсутні і карбонати, гідрокарбонати, і споживання кислоти обумовлено присутністю сильних лугів, що містять гідроксо-аніони.
Присутність вільних гідроксо-аніонів у помітних кількостях (випадки 4 та 5) можлива лише у стічнихводах.
Масові концентрації аніонів (не солей!) розраховуються на основі рівнянь реакцій споживання кислоти карбонатами (Ск) та гідрокарбонатами (Сгк) у мг/л за формулами:
де Vк і Vгк – об'єм розчину соляної кислоти, витраченої на титрування карбонату та гідрокарбонату відповідно, мл; Н – точна концентрація титрованого розчину соляної кислоти (нормальність), г-екв/л; VA – обсяг проби води, взятої для аналізу, мл; 60 та 61 – еквівалентна маса карбонат- та гідрокарбонат-аніону відповідно, у відповідних реакціях; 1000 – коефіцієнт перерахунку одиниць вимірів.
Результати титрування за фенолфталеїном та метилоранжем дозволяють розрахувати показник лужності води, який чисельно дорівнює кількості еквівалентів кислоти, витраченої на титрування проби об'ємом 1 л. При цьому споживання кислоти при титруванні фенолфталеїном характеризує вільну лужність, а по метилоранжу – загальну лужність, яка вимірюється в мг-екв/л. Показник лужності використовується в Росії, як правило, для дослідження стічних вод. У деяких інших країнах (США, Канаді, Швеції та ін.) лужність визначається при оцінці якості природних вод та виражається масовою концентрацією в еквіваленті СаСО3.
Слід пам'ятати, що з аналізі стічних і забруднених природних вод одержувані результати який завжди коректно відбивають величини вільної і загальної лужності, т.к. у воді, крім карбонатів і гідрокарбонатів, можуть бути з'єднання деяких інших груп (див. «Лужність і кислотність»).
Обладнання та реактиви
Піпетка на 2 мл або на 5 мл з гумовою грушею (медичним шприцом) та сполучною трубкою; піпетка-крапельниця, склянка з міткою «10мл».
Розчин індикатора метиловогопомаранчевого 0,1%-ний; розчин індикатора фенолфталеїну; розчин титрований соляної кислоти (0,05 г-екв/л).
Про приготування розчинів див. додаток 3.
1. Титрування карбонат-аніону
1. У склянку налийте до мітки (10 мл) аналізовану воду.
2. Додайте піпеткою 3-4 краплі розчину фенолфталеїну.
Примітка.За відсутності фарбування розчину або при слабо-рожевому фарбуванні вважається, що карбонат-аніон у пробі відсутній (рН проби менше 8,0-8,2).
3. Поступово титруйте пробу за допомогою мірного шприца з наконечником або мірної піпетки розчином соляної кислоти (0,05 г-екв/л) доти, поки забарвлення зблідне до слабо-рожевої, і визначте об'єм розчину соляної кислоти, витрачений на титрування фенолфталеїну (Уф, мл).
2. Титрування гідрокарбонат-аніону
4. У склянку налийте до мітки (10 мл) аналізовану воду або використовуйте розчин після визначення карбонат-аніону.
5. Додайте піпеткою 1 краплю розчину метилового оранжевого.
Примітка.Для більш чіткого визначення моменту закінчення титрування визначення корисно проводити в присутності контрольної проби, для чого поруч з пробою, що титрується, поміщають таку ж порцію аналізованої води (у другій склянці), додаючи таку ж кількість індикатора.
6. Поступово титруйте пробу за допомогою мірного шприца з наконечником розчином соляної кислоти (0,05 г-екв/л) при перемішуванні до переходу жовтого забарвлення в рожеву, визначаючи загальний об'єм розчину, витраченого на титрування по метилоранжу (Vмо, мл ). При використанні розчину після визначення карбонат-аніону необхідно визначити сумарний об'єм, витрачений на титрування карбонату та гідрокарбонату.
Обов'язково перемішуйте розчин при титруванні!
Момент закінчення титрування визначайте контрольною пробою.
3. Визначення іонних форм, що зумовлюють споживання кислоти на титрування
Залежно від співвідношення між кількостями кислоти, витраченими на титрування фенолфталеїну (Vф) і метилоранжу (Vмо), по табл. 9 виберіть відповідний варіант для обчислення іонних форм, що зумовлюють споживання кислоти під час титрування. Розчин після титрування карбонат-аніону залиште для подальшого визначення масової концентрації гідрокарбонат-аніону.
Визначення іонних форм, що зумовлюють споживаннякислоти на титрування