Хімічні методи дослідження води
Підокислюваністюрозуміють здатність органічних речовин, що знаходяться у воді, окислятися атомарним киснем. Величину окислюваності виражають кількістю кисню (мг), необхідного для окислення органічних речовин, що містяться в 1 л води. Джерелом атомарного кисню у цих реакціях служить перманганат калію чи біхромат, а окислюваність відповідно називається перманганатною чи біхроматною. Зазвичай окислюваність визначають у кислій воді, але при вмісті у воді хлоридів більше 300 мг/л і дуже забрудненого дослідження проводять у лужному середовищі.
Перманганатний метод (за Кубелем).Заснований на можливості перманганату калію в кислому середовищі виділяти кисень. За кількістю витраченого кисню судять про окислюваність води.
Прилади та посуд: бюретки, піпетки на 5 мл, колби на 250-300 мл, мірні циліндри на 100 мл, пробірки, скляні намисто, лійки діаметром 5-7 см.
розчин перманганату калію (0,01 н) – для цього в 1 л дистильованої води розчиняють 0,316 г препарату; 1 мл такого розчину відповідає 0,08 мг кисню. Розчин зберігають у темній склянці з притертою кришкою та перевіряють при кожній серії досліджень;
розчин щавлевої кислоти (0,01 н) для приготування його відважують 0,63 г кислоти і розчиняють в 1 л дистильованої води; 1 мл розчину вимагає свого окислення 0,08 мг кисню;
розчин сірчаної кислоти (25%) густиною 1,84 г/см кубічний за обсягом (1: 3) у дистильованій воді.
1) У конічну колбу ємністю 250 мл поміщають кілька скляних кульок і наливають 100 мл води, додають 5 мл сірчаної кислоти (1: 3) та 10 мл розчину перманганату калію (0,01 н). Суміш швидко нагрівають до кипіння (5 хв) і витримують на слабкому вогні близько 10 хв. Після цього колбузнімають (розчин повинен мати рожевий колір) та до гарячого розчину додають 10 мл розчину щавлевої кислоти (0,01 н). Знебарвлений гарячий розчин (при температурі 80 0 С) титрують розчином калію перманганату (0,01 н) до стійкого слабо-рожевого фарбування. Якщо досліджувана рідина під час кип'ятіння знебарвиться або стане світло-бурою, подальше дослідження припиняють і розчин виливають. Беруть нову порцію води і попередньо розбавляють дистильованою водою в 2 або 5 разів і повторюють аналізи, як було зазначено вище.
2) Нормальність розчину перманганату калію (величина К) встановлюють в такий спосіб. У колбу ємністю 250 мл наливають 100 мл дистильованої води, додають 5 мл сірчаної кислоти (25%) та 10 мл розчину перманганату калію (0,01 н). Рідина нагрівають і кип'ятять протягом 10 хв. на малому вогні. Потім гарячу рідину додають 10 мл розчину щавлевої кислоти (0,01 н), в результаті чого настає знебарвлення. Після цього в гарячому стані її титрують розчином калію перманганату (0,01 н) до блідо-рожевого фарбування.
Поправочний коефіцієнт (К) титру 0,01 н розчину калію перманганату обчислюють за формулою:
де 10 - кількість 0,01 н розчину щавлевої кислоти, мл; b - кількість 0,01 н розчину перманганату калію, прилите до кип'ятіння і потім пішов на титрування, мл.
3) Окислюваність води обчислюється за такою формулою:
де X - окислюваність кисню в мг на 1 л води; а - кількість КМпО4 у мл, прилите до кип'ятіння; b - кількість КМпО4, витрачене на титрування в мл; К - поправочний коефіцієнт до нормальності КМпО4; 10 - кількість КМпО4, витрачене на окислення щавлевої кислоти; 0,08 - кількість кисню, що відповідає 1 мл 0,01 н розчину КМпО4; 1000 -переведення на 1 л води; З - обсяг води, взятої для аналізу, мл.
У зв'язку з тим, що у воді можуть окислюватися й деякі мінеральні (закисні) сполуки — залізо, марганець, нітрити, сірководень, при значному вмісті їх необхідно враховувати вплив на величину окислюваності (досвід проводять без підігріву).
Визначення окислюваності в лужному середовищі (по Шульцу).Цей метод застосовується для визначення окислюваності води, забрудненої хлоридами та ін.
розчин перманганату калію (0,01 н) – для цього в 1 л дистильованої води розчиняють 0,316 г препарату;
50%-й розчин їдкого натру;
розчин щавлевої кислоти (0,01 н) для приготування його відважують 0,63 г кислоти і розчиняють в 1 л дистильованої води;
4) 20%-й розчин сірчаної кислоти.
У конічну колбу наливають 100 мл води, додають 0,5 мл 50% розчину їдкого натру і 10 мл розчину перманганату калію (0,01 н). Рідина нагрівають і кип'ятять 10 хв від початку появи перших бульбашок, охолоджують до 50-60°С, додають 5 мл сірчаної кислоти, 10 мл 0,01 н розчину щавлевої кислоти (рідина повинна знебарвлюватися; якщо цього немає, то додають ще кілька мл щавлевої кислоти). Потім титрують 0,01 н розчином перманганату калію до появи слабо-рожевого забарвлення, яке не зникає протягом 3-5 хв. Розрахунок проводять за тією ж формулою, що і за методикою Кубеля, результат виражають мг кисню на літр.
Експрес-метод визначення окислюваності. У пробірку наливають 10 мл води і додають 0,5 мл розчину сірчаної кислоти у розведенні 1: 3 та 1 мл 0,01 н розчину перманганату калію. Суміш ґрунтовно перемішують і залишають у спокої на 20 хв при температурі 20 0 С і на 40 хв при температурі 10-20 0 С. Після цього розчин розглядають збоку ізверху та по фарбуванню визначають окислюваність, яка залежить від кольоровості. Так, яскравий медово-рожевий колір відповідає 1, лілово-рожевий - 2, слабкий лілово-рожевий - 4, блідо-лілово-рожевий - 6, блідо-рожевий - 8, рожево-жовтий - 12, жовтий - 16 мг О2/л і вище.
Азот аміаку та амонійних солей. Кількість азоту аміаку та амонію у воді визначають колориметричним способом, сутність якого полягає в тому, що при додаванні до досліджуваної води реактиву Несслера утворюється йодистий меркураммоній, що забарвлює воду в жовтий колір різної інтенсивності в залежності від вмісту аміаку. Пробу води після додавання реактиву Несслера порівнюють зі стандартним розчином хлористого амонію, що містить відому кількість азоту амонію. Для колориметрування придатна вода з концентрацією аміаку не більше 0,1-10 мг/л.
Прилади та посуд: фотоелектроколориметр - ФЕК, піпетки на 1 та 5 мл, колби на 100 мл, мірний циліндр на 100 мл та пробірки.
50% водний розчин сегнетової солі;
лужна суміш, що складається з 50 г їдкого натру та 100 г вуглекислого натру, розчинена в 300 мл дистильованої води (приготовлений розчин кип'ятять 15 хв і фільтрують через азбестову вату);
Підготовка води до аналізу: на точність визначення вмісту азоту аміаку та амонійних солей у воді впливають її кольоровість та жорсткість, що містяться залізо, сульфіти та вільна вуглекислота. Для знебарвлення 500 мл води додають 0,5 г гідроксиду алюмінію і відстоюють осад протягом 2 годин,
Сульфіди визначають так: 10 мл води вносять 1 мл реактиву Несслера і потім 2 мл розчину сірчаної кислоти (1 : 3). Якщо каламута не зникне після підкислення води, то в ній містяться сульфіди, які слід видалити, додавши на 100 мл води.крапель 30%-го розчину оцтовокислого цинку. Після цього воду відстоюють 2 години, зливають прозору частину і відбирають з неї проби для досліджень.
При твердості води більше 3,5 мг/екв. л її пом'якшують, для цього до 100 мл води додають 2 мл їдкого натру та відстоюють розчин 2 год.
Методика дослідження. В одну колбу наливають 100 мл стандартного розчину амонію хлориду, а в іншу - 100 мл випробуваної води. Потім обидві колби додають по 3 мл 50%-го розчину сегнетової солі і по 2 мл реактиву Несслера. Вміст колб збовтують і дають спокій близько 10 хв до появи забарвлення.
Колориметрію проводять на ФЕК при синьому світлофільтрі (№ 4) в кюветах товщиною 1-5 см. На ФЕК визначають оптичну щільність стандартного розчину досліджуваної води через 10 хв після додавання реактиву Несслера (враховують черговість внесення реактивів та їх колориметрію). Розрахунок ведуть за такою формулою:
де С2 - концентрація азоту аміаку та амонію в досліджуваній воді, мг/л; С1 - те ж у стандартному розчині хлориду амонію, мг/л; А1 - оптична щільність стандартного розчину хлориду амонію (за червоною шкалою); А2 – оптична щільність досліджуваної води (за червоною шкалою); 1000 - Переклад на 1 л.
Визначення аміаку наближеним методом. У пробірку наливають 10 мл досліджуваної води, додають 0,2-0,3 мл 50% розчину сегнетової солі, добре перемішують і вносять реактив Несслера. Визначення аміаку ведуть за таблицею 38.
Азот нітритів. Принцип дослідження полягає в тому, що вода, що містить нітрити, при додаванні реактиву Гріс забарвлюється в рожевий колір. Для виявлення нітритів користуються реактивом Грисса - розчин альфа-нафталаміну та сульфанілової кислоти в оцтовій кислоті. При вмісті у воді нітритівбільше ніж 0,3 мг/л вода забарвлюється в жовтий колір. Межа чутливості реактиву – 0,01 мг/л нітритів.