Лабораторный практикум ВВ
учебно-методическое пособие

Показатели качества воды и их определение

    В различных аналитических лабораториях нашей страны специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн анализов качества воды, причем 23% определений заключается в оценке их органолептических свойств, 21% – мутности и концентрации взвешенных веществ, 21% составляет определение общих показателей – жесткости, солесодержания, ХПК, БПК, 29% – определение неорганических веществ, 4% – определение отдельных органических веществ.

По нормативам качества, определяющим наличие и допустимые концентрации примесей, воды различают как питьевую, природные воды (водоемов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения) и сточные воды (нормативно-очищенные, стоки неизвестного происхождения, ливневые).

    Иногда выделяют также различные виды источников водопотребления, например водопровод, колодцы, артезианские скважины, подземные источники и поверхностные источники и др. Подобное выделение проводится в тех случаях, когда необходимо учесть специфику источника либо когда можно ожидать какие-либо характерные способы загрязнения воды, а также пути распространения загрязнений. 

    Нормативы качества воды различных источников – предельно-допустимые концентрации (ПДК), ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) и ориентировочно-безопасные уровни воздействия (ОБУВ) – содержатся в нормативно-технической литературе, составляющей водно-санитарное законодательство. К ним, в частности, относятся Государственные стандарты – ГОСТ 2874, ГОСТ 24902, ГОСТ 17.1.3.03, различные перечни, нормы, ОБУВ, санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами СНиП № 4630 и др.

    Среди нормативов качества воды устанавливаются лимитирующие показатели вредности – органолептические, санитарно-токсикологические или общесанитарные. Лимитирующий показатель вредности объединяет группу нормативов для веществ, вредное воздействие которых на организм человека и окружающую среду наиболее выражено именно в данном отношении. Так, к органолептическим лимитирующим показателям относятся нормативы для тех веществ, которые вызывают неудовлетворительную органолептическую оценку (по вкусу, запаху, цвету, пенистости) при концентрациях, находящихся в пределах допустимых значений. Например, ПДК для фенола, устанавливаемая по наличию запаха, составляет 0,001 мг/л при условии хлорирования воды и 0,1 мг/л – в отсутствие хлорирования. К органолептическим лимитирующим показателям относят также ПДК для имеющих окраску соединений хрома (VI) и хрома (III), имеющих запах и характерный привкус керосина и хлорофоса, образующего пену сульфолана и т.п. Лимитирующие общесанитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для относительно малотоксичных и нетоксичных соединений – например, уксусной кислоты, ацетона, дибутилфталата и т.п. Для остальных (основной массы) вредных веществ установлены как лимитирующие санитарно-токсикологические показатели вредности.

Занятие1

Определение физических показателей природных вод.

Цель работы: Определение показателей, характеризующих органолептические свойства природной и водопроводной воды (температура, прозрачность, цвет, осадок, пленка, запах, вкус и привкусы).

Ход занятия:

1. Изучение методик.
2. Выполнение практических работ:

1. Отбор проб воды (заранее).
2. Измерение температуры (непосредственно на месте отбора).
3. Определение прозрачности воды (при помощи шрифта).
4. Определение цветности воды (визуально и колориметрически).
5. Определение запаха вод.
6. Определение вкуса и привкусов.

3. Отчет о выполнении работ.
4. Задание к следующему занятию.

Методические указания к выполнению работы

Отбор пробы воды проводится на 15-30 см ниже зеркала воды. Это связано с тем, что поверхностная пленка представляет собой пограничную среду между воздухом и водой и концентрации большинства веществ в ней в 10-100 раз выше, чем толще воды.

Опыт 1.  Температура воды.

Определяется сразу после отбора пробы или непосредственно в водоеме ртутным термометром с ценой деления 0,1о С. Термометр держат в воде не менее 5 мин.

Опыт 2. Прозрачность (светопропускание) воды.

Прозрачность (светопропускание) воды зависит от ее цветности и мутности.

1.  В месте отбора прозрачность воды измеряется с помощью стандартного диска Секки (способ 1).
2.  При измерении прозрачности пробы в лаборатории используют типографский шрифт, (способ 2).

Определение нельзя проводить при прямом солнечном свете.

Измерение при помощи шрифта

Степень прозрачности выражается высотой водяного столба в см, через который отчетливо становится, виден типографский шрифт (высота букв 3,5 мм). При контрольном определении определяют высоту столба, при которой шрифт становится плохо различимым.

Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для питьевого водоснабжения без осветления. Речные воды, кроме горных вод, могут иметь прозрачность 2-5 см. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

Оборудование и реактивы:

1.  цилиндр с плоским дном высотой 50 см;
2.  типографский шрифт (высота букв 3,5 мм);
3.  линейка.

При определении используют стеклянный цилиндр высотой около 50 см. Определение производят при хорошем дневном рассеянном освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены.

Ход работы

Исследуемую воду наливают в цилиндр, под дно которого подложен хорошо освещенный шрифт. Затем сливают воду до тех пор, пока сверху через слой можно будет отчетливо прочесть этот шрифт. Высоту столба оставшейся воды измеряют линейкой. Результаты записывают в сантиметрах.

Для уточнения полученных данных выполняют действия в обратной последовательности: цилиндр постепенно наполняют пробой воды до такой высоты, чтобы буквы, рассматриваемые сверху, стали плохо различимы.

Рабочее определение и контроль повторяют несколько раз и вычисляют среднее значение.

Опыт 3. Цветность воды.

Это природное свойство воды, обусловленное наличием гуминовых веществ и соединений железа, которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого цвета. Чистые природные воды обычно бесцветны. Гуминовые вещества образуются при разрушении органических соединений в почве, вымываются из нее и поступают в открытые водоемы. Поэтому цветность свойственна воде открытых водоемов и резко увеличивается в паводковый период. Цветность воды определяется в градусах цветности. Вода, имеющая цветность 20°, считается цветной. Вода, неподвергающаяся перед подачей потребителю обесцвечиванию, должна иметь цветность не выше 20°.

Цвет сточных вод может быть разных оттенков. Цвет воды определяется в профильтрованной пробе или после отстаивания в течение 2 часов. Объективно определить цвет пробы трудно, поэтому и интенсивность цвета описывают также словесно, указывая оттенки воды.

Наблюдения за цветом воды ведутся одновременно с определением прозрачности с помощью шкалы цветности. Шкала состоит из набора стеклянных пробирок, заполненных цветными растворами разных оттенков. Найденный цвет воды обозначается номером соответствующей пробирки. При отсутствии стандартной шкалы цвет описывают словесно, указывая оттенки воды.

Оборудование и реактивы.

1.  Фотоколориметр.
2.  Стандартный раствор №1: 0,0875 г бихромата калия, 2 г сульфата кобальта и 1 мм серной кислоты с пл. 1,84 г/мл растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л. Раствор соответствует цветности 500 °С.
3. Раствор №2: 1 мл конц. H2SО4 доводят дистиллированной водой до 1 л.
4. Колориметрические пробирки.

Ход работы.

1) Цветность можно определять визуально.

а) Для этого в колориметрические пробирки наливают по 100 мл профильтрованной исследуемой воды и, просматривая окраску растворов сверху вниз, находят пробирку из шкалы цветности, окраска жидкости в котором совпадает с окраской воды в цилиндре с исследуемой водой.

Приготовления шкалы цветности

Для этого смешивают растворы №1 и №2 в пробирках в следующих соотношениях (табл.)

Хромово-кобальтовая шкала цветности

б) Используется стандартная шкала цветности. Шкала состоит из набора 22 фабричных стеклянных пробирок, заполненных цветными растворами разных оттенков, от синего до коричневого, и пронумерованных от 1 до XI.

Для определения цвета воды белый диск опускается на глубину, равную половине величины прозрачности, и на фоне диска цвет воды сравнивается с цветом жидкости в пробирках. Найденный цвет воды обозначается номером соответствующей пробирки.

2) Цветность можно более точно определять на фотоколориметре. Для этого строят градуировочный график по хромово-кобальтовой шкале цветности, растворы с различной цветностью фотометрируют в кювете 5-10 см в синей части спектра (λ=413 нм) относительно профильтрованный дистиллированной воды. При цветности выше 35°С ограничивают водопотребление.

Опыт 4. Запах воды

Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, попадающие в нее естественным путем или со сточными водами. Загрязнение сточными водами обнаруживается не только проявлением их запаха, но и запахом продуктов разложения их компонентов (сероводород, индол и т.д.).

Некоторые виды водных организмов вызывают специфические запахи, напоминающие, например, запах огурцов (Synura), пеларгонии (Asterionella), фиалок (Mallomonas), свинарника (Anabaena) и т.п.

Запах сточных вод населенных мест представляет собой смесь запаха фекалий с запахами мыла, жиров, гниения (сероводород) и является довольно характерным. Сточные воды от термической переработки угля имеют запах фенолов (характерный резкий аптечный запах), смолы, (сероводорода) и т.п.

Характер запаха определяют при 20 и 60 градусах Цельсия. Запах описывают словесно, например «землистый», «фекальный», «гнилостный», «травянистый», «плесневый», «тухлый», запах химических веществ («фенольный», «смолистый», «органических растворителей», «йодный» и т.д.). Определение интенсивности и характера запаха зависят от опыта и индивидуальных способностей исследователя.

Оборудование и реактивы.

1. Конические колбы емкостью 500 мл с притертой пробкой,
2. водяная баня или сушильный шкаф.

Ход работы

В коническую колбу вносят 250 мл пробы воды при 20°С. Колбу закрывают пробкой, и содержимое се несколько раз тщательно взбалтывают. После этого колбу открывают и тотчас же определяют запах. Другую колбу нагревают на бане (или в сушильном шкафу) до 60°С, прикрыв горлышко колбы часовым стеклом. Содержимое колбы перемешивают и тотчас определяют запах и его интенсивность. Интенсивность запаха определяется разбавлением пробы дистиллированной водой до исчезновения запаха.

Характер и интенсивность запаха

  Интенсивность запаха оценивают по 5–балльной шкале, приведенной в табл.  Опыт 5. Чистые природные воды запахов не имеют.

Опыт 5.  Вкусы и привкусы воды.

Определяются они в баллах. Без привкусов такая вода, привкусы которой не превышают 2 баллов.

Определение ведется в заведомо безопасной воде 20°С. Воду набирают в рот малыми порциям, не проглатывая. Отмечают наличие вкуса (соленый, горький, кислый, сладкий) или привкуса (щелочной, железистый, металлический, вяжущий и т.д.) и их интенсивность в баллах по шкале аналогично определению интенсивности запаха.

При определении вкуса и привкуса воду не проглатывать!

При интенсивности запахов и привкусов выше 2 баллов ограничивается водопотребление, искусственные запахи привкусы могут быть показателями загрязнения воды загрязненной сточными водами, естественные запахи и привкусы интенсивности выше 2 баллов говорят о наличии биологически активных веществ, выделяемых сине-зелеными водорослями.

Таблица для определения характера и интенсивности вкуса и привкуса

Занятие 2

Определение химических показателей качества воды

Цель работы: познакомить студентов с выполнением основных операций при лабораторном анализе вод различного состава.

Ход занятия:

1. Изучение методик.
2. Выполнение практических работ:

1. Отбор проб воды.
2. Определение карбонатной жесткости воды.
3. Определение общей жесткости воды.
4. Определение общей кислотности воды
5. Определение общей щелочности воды
6. Определение активной реакции воды

3. Отчет о выполнении работ.
4. Задание к следующему занятию.

Опыт 1. Определение карбонатной жесткости воды

Карбонатная (временная, устранимая) жесткость (Жк) вызывается содержанием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния. Она почти полностью устраняется кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются:

                    t°

Са(НСО3)2 = CaCO3↓ +2CO2↑+2H2O

Некарбонатная (постоянная) жесткость вызывается присутствием в воде сульфатов(а также хлоридов) кальция и магния. Кипячением она не устраняется. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости дает общую жесткость.

Оборудование, реактивы, материалы

1. Конические колбы на 250 мл(2).

2. Бюретки на 100 мл.

3. Пипетки на 100 мл.

4. Цилиндры мерные на 25 мл

5. Белая керамическая плитка.

6. Соляная кислота (1:3).

7. Соляная кислота, 0,1 н раствор.

8. Метиловый оранжевый, 0,1%-ный раствор.

Карбонатную жесткость определяют титрованием пробы воды раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого:

Са(НСО3)2+2НС1 = СаС12+2Н2О+2СО2

Mg(HCO3)2+2HC1= MgCl2+2H2O+2CO2

В присутствии слабо диссоциированной угольной кислоты

НСО3- + Н3О+ = Н2О + Н2СО3

желтая окраска индикатора не изменяется, но переходит в оранжевую при избытке соляной кислоты.

Ход анализа

В две конические колбы отбирают пипеткой по 100 мл воды из склянки для отбора проб и добавляют по 5 капель раствора метилового оранжевого. Содержимое одной из колб титруют соляной кислотой 0,1 N раствором до перехода окраски из желтой в оранжевую. Изменение окраски наблюдают, сравнивая ее с окраской содержимого второй колбы. Титрование повторяют 2-3 раза и из сходящихся отсчетов берут среднее.

Карбонатную жесткость рассчитывают по формуле:

 (ммоль- экв /л),

где Сн - нормальность раствора соляной кислоты;

V1 -объем соляной кислоты, затраченной на титрование (мл);

V2 -объем воды, взятой для титрования (мл).

Опыт 2. Определение общей жесткости воды

Оборудование и реактивы.

1. Конические колбы на 250 мл(2).
2. Бюретки на 100 мл.
3. Пипетки на 100 мл.
4. Цилиндры мерные на 25 мл
5. Керамическая плитка.
6. Раствор Трилона Б (комплексом III) 0,05 н; 0,1н.
7. Пипетки на 5, 10 мл.
8. Раствор хромогена черного. (Пригоден в течение 10 дней).
9. Аммонийная буферная смесь (рН 9-10).
10.  Хлорид аммония, 10%-ный раствор.

11.Перманганат калия, 0,05 N раствор.

Общую жесткость определяют методом комплексонометрического титрования. Титрование воды проводят в присутствии индикаторов — хромогенов (обычно — хромогена черного) в слабощелочной среде ( рН 9-10), которая создается аммонийной буферной смесью. Титруют раствором трилона Б (комплексон III) до изменения окраски от винно-красной до сине-фиолетовой.

Ход анализа.

В колбу для титрования отмерьте пипеткой 100 мл исследуемой воды и прилейте 5 мл аммонийной буферной смеси. Добавьте 7-8 капель индикатора (хромогена черного) до появления хорошо заметной винно-красной окраски. (Вместо этого можно внести на кончике шпателя 20-30 мг сухой смеси индикатора с хлоридом натрия или калия и перемешав до растворения.) Обычно воду титруют 0,05 н раствором трилона Б (комплексона III) до перехода винно-красной окраски в сине-фиолетовую, помешивая круговыми движениями. Титрование повторяют 2-3 раза и из сходящихся отсчетов берут среднее. В случае, если на титрование расходуется больше 10 мл 0,05 н раствора трилона (или 5 мл 0,1н раствора), то берут меньший объем воды, доводя дистиллированной водой до 100 мл.

В других случаях пользуйтесь данными таблицы.

Соотношение между объемом пробы воды и концентрацией трилона Б в зависимости от общей жесткости

Общая жесткость рассчитывается по формуле:

 (ммоль- экв /л),

V1 - объем рабочего раствора трилона Б (мл), затраченного на титрование;

V2 - объем анализируемой воды (мл);

Сн - нормальная концентрация рабочего раствора трилона Б (моль-экв/л), число эквивалентности Z=2;

 К- поправочный коэффициент нормальности раствора трилона Б ()

Жесткость некарбонатная рассчитывается по формуле  Жнк = Жо – Жк.

Опыт 3 Определение общей кислотности.

Кислотность природных вод обусловлена наличием свободной угольной кислоты, а также растворимых солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой. Такие соли, подвергаясь гидролизу, образуют свободные кислоты. Кислотность,    обусловленная    присутствием    свободных кислот,    считается    первичной кислотностью. Соли, гидролизующиеся до свободных кислот, характеризуют вторичную кислотность.

Определяют   кислотность   воды   методом   нейтрализации.   В   его   основе   лежит взаимодействие кислоты со щелочью (реакция нейтрализации).

Реактивы:  0,1н NaOH; фенолфталеин (1%-ный раствор в 60 %-ном спирте)

Ход анализа.

В коническую колбу емкостью 250 мл отмерить пипеткой 10мл исследуемой воды. Прибавить 2-3 капли фенолфталеина. Пробу титровать 0,1н    NaOH до появления слабо розовой окраски, не исчезающей 1-2 мин.

Расчет:

,

где Х- кислотность воды, мг.-экв/л;  V1 - объем 0,1н NaOH пошедший на титрование пробы, мл;

N- нормальность рабочего раствора NaOH;  V2 - объем воды, мл.

Опыт 4. Определение общей щелочности.

Общая щелочность воды обусловлена наличием свободных гидроксидов, а также солей соляной кислоты и сильного основания. Такие соли, гидролизуясь, образуют свободные гидроксоионы.

Определяется щелочность количеством миллилитров кислоты, необходимым для нейтрализации 1л воды. Выражается она в мг-экв.

Реактивы:  0,1н HCI; метилоранж(0,03%)

Ход анализа

В коническую колбу на 250 мл отмерить пипеткой 10 мл воды, прибавить 2-3 капли метилоранжа и титровать 0,1н раствором HCI до перехода желтой окраски в оранжевую.

Расчет:

,

где Щ- общая щелочность воды, мг-экв/л; V1 - объем 0,1 н HCI, пошедшей на титрование пробы, мл;  N- нормальность раствора кислоты;  V2 - объем воды, взятый для исследования, мл.

Опыт 5. Определение рН воды

Реакция среды характеризуется концентрацией H+-ионов или её отрицательным логарифмом - водородным показателем рН

Реактивы: стандартная индикаторная шкала; универсальный индикатор; рН- метр.

1(а) определение рН методом визуального колориметрирования.

К 5 мл исследуемого раствора добавить 3 мл универсального индикатора. Взболтать. Полученную окраску сравнить с окраской   стандартной цветной шкалы. Если окраска исследуемого раствора промежуточная между двумя образцами эталонов, то берут среднее значение рН.

1(6) определение рН электрохимическим методом.

Электорохимический метод определения рН основан на измерении разности потенциалов двух электродов, помещенных в анализируемый раствор. Измерьте рН исследуемого раствора с помощью рН-метра

Опыт 6.  Определение ионов кальция

        Сущность метода. Определение ионов кальция проводят при таком значении рН среды, при котором трилон Б дает с ним более прочное соединение по сравнению с индикатором. В качестве индикатора применяют мурексид.

Реактивы: NaOH 2 н, трилон Б 0,1 н,  мурексид.

Ход анализа.

К 100 мл испытуемой воды добавляют 5 мл 2 н раствора едкого натра и несколько кристаллов мурексида и медленно титруют раствором трилона Б до изменения окраски раствора.

Содержание кальция вычисляют по формуле:

,

где: Сн – молярная концентрация эквивалента трилона Б,

К – поправочный коэффициент,

V1– объем раствора трилона Б,

V2– объем пробы воды.

Опыт 7. Определение ионов магния.

Сущность метода. Содержание ионов магния определяют объемно-аналитическим методом, который заключается в том, что бикарбонаты и карбонаты при титровании соляной кислотой переводят в хлориды. Образующийся углекислый газ удаляют из раствора кипячением.

Реактивы: НС1 0,1 н, метиловый оранжевый 0,1%, фенолфталеин, известковая вода.

Ход анализа.

В коническую колбу на 250 мл отбирают 100 мл анализируемой воды и, прибавив к ней 3 капли индикатора метилового оранжевого, воду оттитровывают 0,1 н раствором соляной кислоты до оранжевой окраски. Одновременно также оттитровывают 100 мл дистиллированной воды до такой же окраски. Обе колбы с растворами нагревают до кипения и переносят растворы в 200 мл мерные колбы. В колбы добавляют по 50 мл насыщенного раствора гидроксида кальция и доливают до нижней части горлышка свежепрокипяченой дистиллированной водой. Содержимое колбы перемешивают и ставят на водяную баню на 30 минут. Затем растворы в колбах охлаждают холодной водой, доливают дистиллированной водой до метки, перемешивают и тут же отфильтровывают выпавший гидроксид магния через складчатый фильтр. Фильтраты собирают в сухие конические колбы. Из каждой колбы отбирают по 100 мл раствора и титруют оставшийся избыток гидроксида кальция 0,1 н раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина.

Количество магния в 1 л воды подсчитывают по формуле:

,

где: 12,16 – молярная масса эквивалента магния,

Сн – молярная концентрация эквивалента соляной кислоты,

V1 – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование раствора, полученного из дистиллированной воды,

V2 – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование раствора, полученного из анализируемой воды.

Общую жесткость воды рассчитывают по формуле:

Литература

1. ГОСТ 27065-86. Качество воды.

2. Инструкция по определению физико-химических и технологических показателей качества воды и реагентов, применяемых на водопроводах. М. 2017

Занятие 3

Определение окисляемости воды

Цель работы: Определить перманганатную окисляемость воды.

Ход занятия:

1. Изучение методик.
2. Выполнение практических работ:

1. Определение бихроматной окисляемости воды.

2. Определение перманганатной окисляемости воды.

3. Отчет о выполнении работ.

3. Задание к следующему занятию.

Окисляемостью называется концентрация восстановителей, содержащихся в воде, которые можно окислить тем или иным окислителем. В качестве окислителей чаще всего используют хроматы и перманганаты щелочных металлов. Выбор окислителя определяется объектом анализа. Выбирать очень сильны окислитель, каким является бихромат, следует только в тех случаях, когда в водах содержатся трудноокисляемые соединения. Использование бихромата подразумевает очень внимательное отношение к чистоте химической посуды, так как от этого зависит точность определения. Для природных вод, которые обычно не содержат трудноокисляемых соединений, лучше использовать менее сильные окислители (перманганат), так как результаты будут лучше воспроизводиться из-за меньшего влияния загрязнений химической посуды.

Окисляемость принято выражать в миллиграммах атомарного кислорода на литр воды. В связи с этим окисляемость еще называют химическим потреблением кислорода (ХПК). Существуют нормативы ХПК для различных вод. Для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования ХПК должен быть больше 15 мг О/л.

Опыт 1. Определение перманганатной окисляемости воды. ХПК КМnО4

Определение перманганатной окисляемости (метод Кубеля) состоит в окислении вещества пробы раствором перманганата калия в серной кислоте. После кипячения в пробу добавляется стандартный раствор щавелевой кислоты, которая реагирует с остатками перманганата. Избыток щавелевой кислоты оттитровывается стандартным раствором перманганата калия.

Определению мешают хлориды (>300 мг/л), которые можно маскировать добавкой сульфата ртути (II). Железо (II), сульфиды, нитраты также мешают определению. Они определяются другими методами анализа, а затем полученные значения содержания этих примесей вычитаются из результата определения перманганатной окисляемости. 1 мг нитратов потребляет 0,3 мг атомарного кислорода, 1 мг железа (II) -0,14 мг кислорода.

2 KMnO4 + 3H2SO4 = K2SO4 +2 MnSO4+3H2O +5О

Оборудование и реактивы

1. Серная кислота.

2. Перманганат калия.

3. Колбонагреватель.

4. Спиртовка.

5. Бюретка.

6. Воронка.

7. Щавелевая кислота.

Ход работы.

К 100 мл анализируемой пробы добавить 5 мл H2SO4 (1:3) и 10 мл 0,01н КМnО4, Смесь нагреть до кипения за 5 минут и кипятить точно 10 минут, закрыв конической воронкой колбу, чтобы уменьшить испарение жидкости. После кипячения к горячему раствору добавить 10 мл 0,01н щавелевой кислоты. Горячую смесь титровать 0,01 н КМnO4 до появления розового окрашивания Одновременно с анализом исследуемой пробы провести холостой опыт с дистиллированной водой, не упуская ни одной стадии анализа. Величину перманганатной окисляемости рассчитать по формуле:

, где

ХПК=(V1 -V2)80/W, где

V1 и V2 - эквивалентные объемы перманганата калия, израсходованные на титрование анализируемой и холостой проб;

W - объем пробы.

Нормальность перманганата следует устанавливать в день проведения анализа, титруя стандартный раствор щавелевой кислоты.

Оформление результатов работы. Описать последовательность выполнения работы, на основании полученных данных рассчитать окисляемость воды и дать заключение об ее чистоте.

Литература.

1. ГОСТ Р 55684-2013  Вода питьевая. Метод определения перманганатной окисляемости

Занятие 4

Определение хлоридов в воде

Цель работы: Определить содержание хлоридов в воде по методу Мора.

Ход занятия:

1. Изучение методик.
2. Выполнение практических работ:

1. Определение свободного хлора в воде.
2. Определение хлоридов.

3. Отчет о выполнении работ.
4. Задание к следующему занятию.

Опыт 1. Определение свободного хлора в воде.

Воду для бытовых нужд, подаваемую в водопроводы, предварительно фильтруют и хлорируют. В ней остается так называемый свободный или остаточный хлор, содержание которого должно быть не менее 0,1 мг/л.

Определение свободного хлора, основано на его способности, вытеснять, йод из йодистого калия:

Сl2 +2 KI = 2КС1 +I2

Выделившийся йод оттитровывают раствором гипосульфита натрия:

I + 2Na2S2О3 = Na2S4O6 + 2 NaI

Хлор вытесняет эквивалентное количество йода; по числу миллилитров израсходованного раствора гипосульфита определяют содержание хлора в воде.

Оборудование и реактивы.

1. Коническая колба емкостью 100 мл,
2. Бюретка.
3. Мерный цилиндр емкостью 20 мл,
4. Пипетка емкостью 20 мл,
5. 10%-ный раствор йодистого калия,
6. 15-ный раствор крахмала,
7. 0,01 н. раствор гипосульфита натрия.

Ход работы.

В коническую колбу пипеткой берут 20 мл водопроводной воды, добавляют 10 мл 10%-ного раствора йодистого калия, 2-3 мл раствора крахмала и титруют 0,01 н. раствором гипосульфита натрия до обесцвечивания. Вычисление содержания свободного хлора производят по формуле:

(мг/л),

выражая результаты в миллиграммах хлора на 1л воды,

 где К - поправка к 0,01 н. раствору гипосульфита натрия;

0,355 - грамм-эквивалент хлора, соответствующий нормальности гипосульфита натрия;

V1 - количество 0,01н. гипосульфита натрия;

V2 - количество исследуемой воды, израсходованной на титрование, мл.

Опыт 2.  Определение хлоридов.

Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлорид ионов. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут держаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеете солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500 - 1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод.

Определение хлоридов ведется по методу Мора. Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата калия К2СrO4. При наличии в растворе хлоридов AgNO3 вступает с ними в реакцию, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3

2AgNO3 + K2CrO4 = Ag2CrO4 + 2KNO3

Оборудование и реактивы:

1.  0,01 н раствор AgNO3: растворяют 1,6987 г AgNO3 в 1 л дистиллированной воды;
2.  0,01 н раствор NaCl, готовится из фиксанала;
3.  5 %-ный раствор K2CrO4 (индикатор).
4.  Пипетка объемом 10 см3
5.  Бюретка
6.  Дистиллированная вода в бутыли
7.  3 конические колбы

8. Белая пластинка под колбу для титрования

Ход работы.

В начале устанавливают титр AgNO3. Для этого в коническую колбу на 200 мл вносят 10 мл раствора NaCl и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 капель K2CrO4 Содержимое колбы титруют раствором AgNО3 до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево- красную, не исчезающую в течение 15-20 сек.

Поправочный коэффициент к титру AgNO3 рассчитывают по результатам трех титрований:

,

где П1, П2, П3 - количество миллилитров AgNО3, пошедшее на каждое из трех титрований.

При определении хлоридов менее 250 мг/л берут 100 мл фильтрованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10-50 мл.

Испытуемую воду берут в две конические колбы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K2CrO4. Раствор в одной колбе титруют из бюретки AgNO3, постоянно встряхивая коническую колбу.

В конечной точке титрования появляется красное окрашивание. Вторая колба используется для контроля (цветной свидетель). Расчет концентрации хлорид-ионов. Содержание хлорид-ионов в воде рассчитывается по формуле:

,

где: X - содержание хлорид-ионов, мг/л;

П - количество мл раствора AgNO3 пошедшее на титрование;

К - поправочный коэффициент к титру;

0,355 - эквивалентное количество хлора, соответствующее 0,01 н раствору AgNO3.

Литература.

1. ГОСТ 4245-72 Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов.

Занятие 5

ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ

ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ

Сущность метода состоит во взаимодействии растворенного железа с сульфосалициловой кислотой и измерении оптической плотности образующихся при этом окрашенных растворов. Чувствительность метода - 0,5 мкг в пробе.

В щелочной среде сульфосалициловая кислота с железом (Fe2+ и Fe3+) образует комплексное соединение желтого цвета. Окраска устойчива и позволяет определять железо фотометрически. Предел обнаружения методики составляет 0,1 мг/л. Определению мешают медь (>0,25 мг/л) и алюминий (>2 мг/л). Для питьевой воды и вод водоемов предельно допустимая концентрация общего железа составляет 0,3 мг/л.

1.  РЕАКТИВЫ

Аммоний хлористый, ГОСТ 3773.

Кислота соляная, ГОСТ 3118.

Кислота азотная, ГОСТ 4461.

Кислота серная, ГОСТ 4204.

Кислота сульфосалициловая, ГОСТ 4478*).

Вода дистиллированная, ГОСТ 6709

Квасцы железоаммонийные по ТУ 6-09-5359 или ГОСТ 4205.

Аммиак водный, ГОСТ 3760.

Натрий хлористый, ГОСТ 4233.

Бумага индикаторная универсальная, ТУ 6-09-1181.

Все реактивы должны быть квалификации ч.д.а. или х.ч.

2.  ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Подготовка прибора

Подготовку спектрофотометра или фотоэлектроколориметра к работе проводят в соответствии с рабочей инструкцией по эксплуатации прибора.

2.2 Приготовление рабочих растворов

 Приготовление 20 %-ного раствора сульфосалициловой кислоты.

Навеску сульфосалициловой кислоты (20,0 г) помещают в колбу, растворяют в 80 см3 дистиллированной воды.

Приготовление раствора аммиака (1:1).

Смешивают равные части аммиака концентрированного и дистиллированной воды.

Приготовление раствора хлорида аммония.

Навеску хлорида аммония (107 г) помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см3, растворяют в дистиллированной воде и доводят до метки дистиллированной водой. Срок хранения - 1 неделя.

Приготовление основного раствора железа из ГСО с аттестованным содержанием.

Раствор готовят в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией.

1 дм3 раствора должен содержать 100 мг железа.

Срок хранения - один месяц.

Приготовление рабочего раствора железа.

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 10 раз дистиллированной водой.

В 1 дм3 раствора содержится 10 мг железа.

3. Построение градуировочного графика

Для построения градуировочного графика необходимо приготовить образцы для градуировки с массовой концентрацией железа от 0,1 до 10,0 мг/дм3.

Состав и количество образцов для построения градуировочных графиков приведены в таблице 1. Погрешность, обусловленная процедурой приготовления образцов для градуировки, не превышает 2,5 %.

Таблица 1

Состав и количество образцов для градуировки при анализе железа

Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их концентрации. Для построения градуировочного графика каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения данных.

При построении градуировочного графика по оси ординат откладывают значения оптической плотности, а по оси абсцисс - величину концентрации вещества в мг/дм3.

Ход определения

К 25 мл пробы добавить 1 мл NH4Cl (2М), 1 мл сульфосалициловой кислоты (20%), 1мл аммиака (10%). Через 15 минут фотометрировать с фиолетовым светофильтром (λ=400-430 нм). Стандартные растворы для калибровки готовить из железоаммонийных квасцов.

4.  Фотометрический анализ воды на содержание железа общего и железа (III).

4.1. Определение железа общего (Fe2+ и Fe3+)

К отобранному объему (100 см3 и менее) добавляют 0,5 см3 азотной кислоты концентрированной и упаривают раствор до 1/3 объема.

Полученный раствор с концентрацией железа от 0,1 до 10,0 мг/дм3 фильтруют через фильтр «белая лента» в мерную колбу вместимостью 100 см3, приливают 2,0 см3 аммония хлористого, 2,0 см3 сульфосалициловой кислоты, 2,0 см3 аммиака, рН раствора должен составлять 7 - 8 (по индикаторной бумаге). Доводят до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают и оставляют на 5 мин до развития окраски. Оптическую плотность полученного раствора измеряют при длине волны λ = 425 нм в кювете с длиной поглощающего слоя 50 или 10 мм по отношению к холостому раствору, проведенному с дистиллированной водой через весь ход анализа. По градуировочному графику находят содержание железа общего.

4.2. Определение железа (Fe3+)

Пробу объемом 80,0 см3 и менее, в зависимости от концентрации, помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, нейтрализуют раствором аммиака или соляной кислоты до рН 3 - 5 по индикаторной бумаге, прибавляют 2 см3 сульфосалициловой кислоты, доводят до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают и оставляют на 5 мин до полного развития окраски.

Оптическую плотность полученного раствора измеряют при длине волны λ = 500 нм в кювете с длиной поглощающего слоя 10 или 50 мм по отношению к холостому раствору, проведенного таким же способом с дистиллированной водой. По градуировочному графику находят содержание железа общего.

5. Обработка результатов измерения

Содержание железа рассчитывают по формуле

где Х - содержание железа, мг/дм3;

С - концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм3;

100 - объем, до которого была разбавлена проба, см3;

V - объем, взятый для анализа, см3.

Литература

1. Коренман Я. И., Лисицкая Р. И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов: Учеб. пособие / Воронеж, гостехнол. акад. Воронеж, 2002.

2. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения: Учеб. Для вузов,/ Ю. А. Золотов, Р. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др. М: Высш. шко ла, 1999.

3. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест»