Измерение концентрации ионов в воде

“Kihot.info” – портал о животных.

Живая вода. Аквариумистика. Аквариумная гидрохимия. Измерение концентрации ионов в воде.

Моль, число Авогадро, миллимоль, миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л),нормальность раствора, природная вода, как раствор солей и анализ егосостава методом титрования

Зачем нужна вся эта писанина объясненоздесь.

Химиками для обозначения количества вещества принятаспециальная единица измерения, называемая молем. Удобство использованиямоля в том, что он всегда означает одинаковое количество вещества по числуатомов или молекул, независимо от массы самих частиц. (Ниже изложены инекоторые теоретические положения, связанные с понятием моль и важная впрактическом плане информация. Тот, кто не хочет вникать в теорию, может еёперескочить) .
Моль – количество вещества, содержащее столько молекул, либо атомов,либо ионов, либо других структурных единиц из которых это вещество состоит,сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12 С. В 12 г этого изотопасодержится 6.0221367×10 23 атомов.Один моль вещества, состоящего из молекул, включает в себя6.0221367×10 23 молекул, если веществоимеет атомарное строение (например какой-либо металл), то один моль такоговещества будет включать в себя6.0221367×10 23 атомов. Прирастворении соли в воде молекулыдиссоциируют на ионы и все будет выглядеть уже чуть сложнее: один мольрастворенной соли, скажем, хлорида кальция(CaCl 2 ) даст один моль ионов кальция(Ca 2+ ) и два моля ионов хлора (Cl ),то есть 12.0442734×10 23 ионов, ведьодна молекула хлорида кальция растворившись даст два иона хлора.
6.0221367×10 23 этоособое число структурных единиц вещества (атомов, молекул,ионов) используемое для измерения количества вещества в молях. Оно называетсячислом Авогадро, в честь итальянского физика Амедео Авогадро.
Теперь выясним какова масса одного моля вещества, или мольная масса?В настоящее время принята единая шкала относительных атомных масс.Атомной единицей массы (а.е.м.) является 1/12 массы атомауглерода. В а.е.м. указана масса элементов в таблицеМенделеева. Относительной молекулярной массой (сокращенно молекулярноймассой) простого или сложного вещества называют отношение массы его молекулык 1/12 части атома 12 С. На практике,поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов,молекулярная масса, рассчитывается как сумма атомных масс этих атомов.
Известно, что а.е.м. равна 1.66×10 -24 г.Отсюда можно подсчитать какова же масса моля кого-либо вещества в граммах.Для этого надо число Авогадро умножить на численное значение а.е.м. в граммахи на молекулярную массу этого вещества, либо на массу той элементарнойединицы, из которых данное вещество состоит(обозначим эту величину N а.е.м.):

1.66×10 -24 ×6.0221367×10 23 × N а.е.м. = 0.999674576 × N а.е.м.

По сути дела получается, причем не только из этих расчетов, но и исходя извсех приведенных выше определений*, чтомольная масса =1×N а.е.м., то естьмольная масса вещества выраженная в граммах, имеет то же численное значение,что и его относительная молекулярная (атомная) масса. Проще говоря, масса моля – это количество граммов вещества, численно равное егомолекулярной (атомной) массе .

Если количество вещества можно выразить в молях, то и концентрацию тожеможно. Концентрация, представленная как количество вещества на единицуобъема – моль/дм 3 (моль/л), называетсямолярной. В науках об окружающей среде такой способ выражения концентрациивещества используется очень часто.
В пресных водах концентрации растворенных веществ относительно невелики,поэтому имеет смысл применять единицу измерения количества вещества в 1000раз меньшую чем моль. Эта единица называется миллимоль, сокращенно пишетсякак “ммоль/л”, “мМ/л”. В случае очень низких концентраций используетсявеличина в 1000000 раз меньшая моля: “мкмоль/л”, или “мкМ/л”.
Природные воды всегда содержат растворенные минеральные соли, которыедиссоциированы на ионы: катионы (заряжены положительно) и анионы (заряженыотрицательно). Например, следующие обычные для природных вод соли растворяясьдают следующие ионы:

Гидрокарбонат кальцияСа(НСО 3 ) 2 диссоциирует на катион Са 2+ ( а.е.м. = 40, соответственно масса1 моля ионов кальция = 40 г) и два аниона НСО 3 (молекулярная масса 61, один моль ионов гидрокарбоната имеет массу 61 г);

Хлорид натрия NaCl диссоциирует на катион Na + (а.е.м. = 23, масса одного моля = 23 г) и анион Cl (а.е.м. = 35.5, один моль хлорид-ионов имеет массу 35.5 г);

Сульфат магния MgSO 4 диссоциирует на катион Mg 2+ (а.е.м. = 24, масса одного моля = 24 г)и анион SO 4 2 (молекулярная масса сульфат-иона 96, один моль имеет массу 96 г);

Нитрат калия KNO 3 диссоциирует на катион K + (а.е.м. = 39, масса одного моля = 39 г)и анион NO 3 (молекулярная масса нитрат-иона 62, масса одного моля 62 г).

После растворения соли присутствуют в воде только в виде анионов и катионов.Наличие заряженных частиц придает воде свойствоэлектропроводности.Сам раствор остается электронейтральным, в нем сохраняетсясуммарное равенство отрицательных и положительных зарядов. При этом число и массаанионов и катионов могут быть не равными друг другу, ведь они различаются помолекулярной массе и заряду (валентности).
Чтобы записать это равенство, необходимо все привести так сказать к “общемузнаменателю”, а именно, найти способ выразитьодинаковое количество вещества по числу зарядов, инымисловами, измерить концентрацию различных ионов в единицах, которые быучитывали и их молекулярную массу и электрический заряд. Такой единицейявляется грамм-эквивалент на литр раствора (г-экв/л), иличастное от деления массы 1 моля какого-либо иона на величину электрическогозаряда (валентности) данного иона.
Например, грамм-эквивалент иона кальция (Са 2+ ) рассчитывают так:40:2=20 г/л, гидрокарбонатного иона(НСО 3 ) -61:1=61 г/л. Можно рассчитать грамм-эквивалент молекулы гидрокарбонатакальция в целом. Эквивалентная масса** соли равна еемольной массе, деленной на сумму валентностей всех атомов металла, входящихв данную соль. В гидрокарбонат кальция входит один атом металла (кальция),валентность которого равна двум, поэтому: (40+2×61):2=81 г/л.Вообще-то эквивалентная масса соли всегда равна сумме численных величинмассы грамм-эквивалентов тех ионов, на которые диссоциирует данная соль, внашем случае: (20+61=81).
Раствор называют нормальным, если в одном его литресодержится один грамм-эквивалент растворенного вещества. Тогда концентрациюзаписывают как “1н раствор”. Часто используют 0.01н и 0.05н концентрациирастворов.
Выражение концентрации в г-экв/л – очень удобно при выполнении анализа пробыводы по той причине, что вещества взаимодействуют друг с другом вколичествах, пропорциональных массе их эквивалентов. Причем эквивалентодного вещества без остатка реагирует с эквивалентом другого.”ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ” – в переводе означает “РАВНОЦЕННЫЙ”. На этом принципеоснованы методы количественного анализа с помощью титрования растворами,нормальность которых (концентрация в г-экв/л) заранее известна. Титрованиепо расходу таких растворов позволяет определить сколько же эквивалентовопределяемого вещества вступило в реакцию. Умножив эту величину на массуэквивалента определяемого вещества можно узнать его концентрацию в воде.В частности, таковыми методами являются многие продаваемые в зоомагазинахкапельные тесты, а также описанные на нашем сайте тесты для определения общей и карбонатной жесткости воды, которые вполне можно научиться делатьсамостоятельно.
В аквариумистике и водоочистке часто используют величину в 1000 раз меньшуюграмм-эквивалента. Эта величина называется миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л).Она больше всего подходит для выражения тех невысоких концентрацийрастворенных солей, которые характерны для пресных вод.
Важное преимущество представления содержания в воде растворенных веществ вмг-экв/л состоит в том, что оно позволяет быстро проверять точностьлабораторного анализа пробы воды. Рассмотрим в качестве примера результатыанализа состава воды двух рек – Невы и Оби, приведенные следующей таблице:

Ионный состав вод двух рек

Название образцаCa+MgNa+KHCO 3 ClSO 4 NO 3 река Нева0.560.130.30.090.120.09река Обь5.10.15.00.020.160.02

Единицы измерения – мг-экв/л.
Использованы материалы сайтаhttp://novedu.chat.ru

Суммарные концентрации, выраженные в мг-экв/л для катионов и анионовдолжны совпадать или же быть близкими (иначе принцип электронейтральностираствора будет нарушен), если этого нет, значит анализ проведен некорректно.Так, в приведенной выше таблице для реки Невы, суммарное содержание катионовсоставляет 0.69 мг-экв/л, а анионов 0.60 мг-экв/л. Это хорошее соответствиедля подобных анализов, но, возможно, какие-то анионы (ведь именно их меньше!)не были определены, или концентрации тех, что приведены в таблице установленыне совсем точно. С другой стороны, возможно, несколько завышено количествокатионов, а с анионами все в порядке. В любом случае, результаты такогоанализа – повод для раздумий. Но в примере с Обью, суммы концентраций анионови катионов совпадают идеально – это точный анализ. Вот почему очень неудобноопределение жесткости воды в градусах (немецких, французских, американских,английских), чтобы хоть что-то можно было сравнивать – все приходитьсяпересчитывать. Впрочем жесткость воды – другая история.

В. Ковалёв, кандидат биологических наук.

Несколько слов в оправдание автора:
Зачем на развлекательном по своейсути сайте размещать подобные не слишком легкиедля чтения тексты, к тому же не совсем точно (чтобы их все же можнобыло читать) списанные с учебников?
Если бы можно было без всего этого обойтись, то всем (и бедным рыбкам тоже)было бы жить легче. Но увы! В аквариумистике без знаний основ гидрохимии -никуда. 90% рыбьих невзгод связано именно с неблагоприятными условиямижизни в аквариумах, где этим бедолагам угораздило оказаться. Надеяться, чтодорогое и “умное” оборудование за вас все сделает категорически нельзя!Я это ясно осознал, как только заработал наш форум. Подчасобъяснить человеку в двух словах, что именно у него плохо в аквариуме нуникак не выходит. Для начала ему бы не мешало прочитать эту да и другиестранички по аквариумной гидрохимии. Вот я и взялся их писать, хотя конечноже рассказывать о рыбках куда увлекательнее.
К началу статьи.

* Я не обладаю большими способностями к абстрактному мышлению и потому мнене показалось, что это очевидным образом следует и из приведенныхопределений (а именно так пишут в большинстве учебников), поэтому простовзял и посчитал – все вышло как надо, ну и слава Богу!
Вернуться к тексту

** Эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе, деленной наосновность (количество атомов водорода) кислоты. Эквивалентная массаоснования равна его мольной массе, деленной на валентность металла,образующего основание. Надо было привести и эти определения- мало ли кому понадобятся?
Вернуться к тексту

Измерение концентрации ионов в воде

Потенциометрический метод измерения низких концентраций натрия в деиони­зированной воде является наиболее чувствительным и распространенным методом. Однако определение низких концентраций натрия (менее 10 моль/дм 3 ) сталкивается с рядом технических трудностей. Это задача специфическая и для ее решения требуется применение специальных приемов, и соблюдение определенных правил.

В первую очередь на погрешность измерений влияют т. н. «мешающие ионы». Концентрированный раствор KCl , истекающий из электрода сравнения, очень быстро увеличивает концентрацию ионов калия в пробе. Коэффициент селективности натрий-селективных измерительных электродов по отношению к ионам калия не очень велик и составляет

10 -2 , и в результате анализатор начинает вместо ионов натрия реагировать на ионы калия. Поэтому такие измерения не могут быть выполнены обычным для потенциометрии способом – «в стакане». Их следует производить только при протоке пробы, для предотвращения накопления ионов калия в ячейке.

Другим «мешающим» ионом для любых натрий-селективных электродов является ион водорода. Для предотвращения его влияния в растворе необходимо поддерживать соотношение pH – pNa > 3. 3.5. На практике pH анализируемой пробы независимо от содержания в ней натрия всегда доводят до значения 10. 10,5.

Для выполнения измерений низких концентраций натрия применяют специальные гидравлические устройства, которые обычно включают в себя систему регулирования расхода и стабилизации протока, устройство подщелачивания пробы и проточную измерительную ячейку.

Подщелачивание анализируемой пробы обычно осуществляется аммиаком, но могут использоваться и некоторые летучие амины. Прямое добавление раствора аммиака (или амина) в пробу недопустимо, т.к. при этом в нее неконтролируемо может быть внесен натрий. Поэтому подщелачивание осуществляется в специальных устройствах посредством насыщения пробы газообразным аммиаком.

Существует несколько способов подщелачивания пробы:

– самый простой – это, когда проба пропускается по длинной силиконовой трубке, погруженной в раствор аммиака (рис.1а). Подщелачивание происходит за счет диффузии аммиака через стенки трубки. Недостатком такой схемы является большая протяженность и объем гидравлического тракта, что приводит к увеличению времени отклика на изменение концентрации ионов натрия, а также увеличению времени, затрачиваемого на градуировку анализатора и повышенному расходу градуировочных растворов. Кроме того, силиконовая трубка в растворе аммиака довольно быстро стареет и ее проницаемость ухудшается;

– наиболее экономичной (в плане расхода пробы и контрольных растворов) является «капельная» система. Подщелачивание происходит при пролете капли пробы в атмосфере аммиака (рис.1б). Недостатком такой схемы является ее большая инерционность из-за очень малого расхода пробы. Кроме того, при падении капель раствора происходит их частичное разбрызгивание на стенки устройства подщелачивания. Там они могут сохраняться некоторое время, прежде чем смоются, что может приводить к случайным «выбросам» показаний.

Читайте также:  Генномодифицированные аквариумные рыбки - мифы и реальность.

– наиболее сложной и дорогостоящей является система принудительной подачи аммиака при помощи компрессора (рис. 1в);

– самой распространенной является система, работающая по принципу водо­струйного насоса, т. н. инжекторная система (рис.1г).

Рисунок 1 – Способы подщелачивания пробы при измерении концентрации ионов

Другой проблемой при реализации метода является градуировка анализатора. Поскольку градуировка анализатора производится по градуировочным растворам, с которыми, в конечном счете, сравниваются анализируемые растворы, то погрешность их приготовления напрямую отразится на погрешности анализа. Особую сложность представляет градуировка анализатора, для определения малых концентраций натрия начиная с 1 мкг/дм 3 .

При приготовлении растворов с концентрацией менее 10 -5 моль/дм 3 требуется высокая аккуратность, и соблюдение специальных мер. В том числе:

– не допускается прикосновение руками к тем частям посуды, которые будут контактировать с раствором;

– использование стеклянной мерной посуды недопустимо, т.к. натрий легко выщелачивается из стекла. Обессоленная вода, залитая в стеклянную мерную колбу, быстро набирает натрий до уровня 15. 30 мкг/дм 3 . Поэтому для приготовления таких растворов должна применяться только полипропиленовая мерная посуда, стеклянными могут быть только пипетки;

– вся используемая посуда должна быть тщательно и многократно промыта обессоленной водой;

– для приготовления растворов должна применяться обессоленная вода с удельной электрической проводимостью при 25 0 С не более 0,1 мкСм/см (например, полученная по ОСТ 34-70-953.2-95).

Освободить от натрия воду очень сложно, и даже обессоленная вода может содержать 0,5 – 3 мкг/дм 3 Na + , поэтому фактическая концентрация натрия в гра­дуировочных растворах всегда больше заданной на значение фоновой концентрации, которое неопределённо.

Поэтому производители в своих рекомендациях по градуировке анализаторов прибегают к различным ухищрениям. Чаще всего предлагается определить с по­мощью настроенного прибора концентрацию натрия в обессоленной воде и учесть ее при расчете концентрации полученных градуировочных растворов. Получается замкнутый круг. Чтобы настроить анализатор, нужно иметь настроенный прибор.

Другой вариант – использовать растворы с концентрацией, точность приготовления которых может быть обеспечена (от 100. 200 мкг/дм 3 ), а измерения проводить экстраполяцией более низких концентраций. Однако по метрологическим правилам наименьшую погрешность измерений можно достичь при условии, что диапазоны градуировки и измерений совпадают.

В анализаторе pNa -205.2 MH (ООО «Измерительная техника»), используя интеллектуальные возможности микропроцессорном техники, метод градуировки по­зволяет частично решить указанную проблему. Для этого разработан математический аппарат и алгоритм градуировки анализатора.

Градуировка анализатора производится следующим образом:

– для градуировки приготавливаются два раствора. Градуировочные растворы приготавливаются на воде, в которой содержится x мкг/дм 3 ионов Na + . Реально массовая концентрация ионов натрия в растворах составляет ( C 1+ x ) и ( C 2+ x ), где C 1 и C 2 – расчетная концентрация ионов натрия в растворах;

– последовательно измеряются потенциалы электродной системы в исходной воде и обоих градуировочных растворах.

Крутизну электродной характеристики анализатора S 1 на диапазоне измерения исходная вода – первый раствор можно определить следующим образом:

Крутизну электродной характеристики анализатора S 2 на диапазоне измерения первый раствор – второй раствор можно определить следующим образом:

Здесь MNa – молярная масса натрия, Ex , E 1 и E 2 – потенциалы электродной системы в исходной воде, первом и втором растворе соответственно.

Учитывая, что характеристика электрода ЭЛИС-212 Na , входящего в комплект анализатора, линейна в диапазоне измеряемых концентраций ионов натрия (3 x 1 0 -8 – 1 мол/дм 3 ), можно записать равенство:

По этому уравнению преобразователь рассчитывает значение x и учитывает его при определении градуировочных констант измерительной системы.

Таким образом, анализатор градуируется по растворам, в которых концентрации определяемого иона находятся вблизи границ диапазона измерения, и при этом учитывается содержание ионов в воде, используемой для приготовления этих растворов.

Определение содержан ия ио нов в воде (Лаба)

Целью работы является изучение устройства, приобретение навыков работы, градуировка, определение метрологических характеристик микропроцессорного иономера ЭКОТЕСТ-2000 и измерение концентрации различных ионов в водных растворах.

Приборы и оборудование для проведения работы

1. Микропроцессорный иономер ЭКОТЕСТ-2000.

2. Набор ионоселективных электродов.

3. Набор стандартных растворов.

4. Мерная колба объёмом 1000 мл.

6. Натрий хлористый NaCl .

7. Калий хлористый KCl .

8. Дистиллированная вода.

9. Термометр стеклянный, диапазон измерения 0 – 100 о С , цена деления 0,1 о С .

Рис. Микропроцессорный иономер ЭКОТЕСТ-2000

При выполнении лабораторной работы необходимо выполнять все требования техники безопасности.

Подготовить прибор к работе.

Подключите прибор к сети с помощью блока питания и нажмите кнопку «ВКЛ».

Выберите режим « рН-метр-иономер » с помощью кнопок «←» и «→».

Нажмите кнопку «ИОН» и кнопками «←», «→» выберите необходимый ион ( Na + , K + , Cl – или Ca + + Mg + ).

Нажмите кнопку «ОТМ».

Нажав кнопку «КЛБ», просмотрите калибровку.

Запишите данные градуировки.

Подключите к прибору измерительный ионоселективный электрод соответствующий измеряемому иону ( Na + , K + , Cl – , Ca + + Mg + ), электрод сравнения и терморезистор.

Электрод сравнения должен быть залит насыщенным раствором соли К Cl . Для этого приготовьте раствор хлористого калия, взяв 100 мл воды и разбавив в ней приблизительно 70 г соли. Вытащите пробку из сравнительного электрода и с помощью шприца заполните его до отверстия.

Измерить концентрацию ионов К + , Na + и С l – в водных растворах (без термокомпенсации ).

Подготовьте 3 раствора NaCl ( KCl ), имеющих различные концентрации (от 15 до 50 г/л для каждого). В раствор опустите электроды и терморезистор, предварительно сняв с них колпачки.

Измерьте содержан ие ио нов Na + , K + или Cl – в растворе в мг/л следующем образом (п. 5.2. 5.1.4): нажмите кнопку «ИЗМ», а затем «мг/л» – на экране появится значение концентрации в мг/л.

Повторите измерение для всех растворов по два раза.

Постройте обратную статическую характеристику рХ = f ( E ).

Зная концентрацию соли в растворе и атомную массу веществ, рассчитайте, чему равна концентрац ия ио нов Na + , K + и Cl – в растворах.

Сравните расчётные значения концентрации и значения, полученные с помощью прибора. Определите абсолютную D и относительную ошибку d измерения.

Сравнить концентрацию ионов К + , Na + и С l – в воде из разных источников.

Сравните концентрацию ионов К + , Na + и С l – в различных водных растворах или воде (из естественного водоёма, водопроводной, после фильтра и т.п.).

Измерение водородного показателя ( рН ) питьевой воды (6 – 9 рН , ПДНФ 14.1:2:3.4-12197), её общей жёсткости (не более 7,0 мг-экв ./л, ГОСТ 4151-72), хлоридов ( Cl – ) (не более 500 мг/л, ГОСТ 4389-72), хлора остаточного: связанного (не более 0,8 – 1,2 мг/л) или свободного (не более 0,3 – 0,5 мг/л, ГОСТ 18190-72), натрия (не более 200 мг/л, ПНДФ 14.1 : 2:4.140-98) является обязательным требованием при контроле питьевой воды в соответствии СанПиН 2.1.4.1074-01.

Измерить температуру исследуемого раствора.

Выберите режим работы «Термометр» и измерьте температуру раствора.

Оформите протокол проведения лабораторной работы.

Отчёт по лабораторной работе должен включать в себя краткое описание работы рН-метра-иономера , его схему, градуировку ионометрического канала, результаты измерения концентрации ионов в водных растворах, результаты сравнения концентрации ионов К + , Na + и Cl – и соответствие ГОСТу содержания этих ионов в питьевой воде из разных источников.

Методика выполнения измерений содержания натрия в технологических водах ТЭС потенциометрическим методом с помощью лабораторных ионометров

Методика устанавливает порядок определения содержания натрия в технологических водах ТЭС, требования к методу и средствам измерений, алгоритмы подготовки, проведения измерений и обработки результатов определения.

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ»

ДЕПАРТАМЕНТ НАУКИ И ТЕХНИКИ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОДАХ ТЭС
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
С ПОМОЩЬЮ ЛАБОРАТОРНЫХ
ИОНОМЕРОВ

ОРГРЭС
Москва 1995

РАЗРАБОТАНО Акционерным обществом «Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС»

ИСПОЛНИТЕЛИ Р.Л. МЕДВЕДЕВА, И.В. НИКИТИНА (ВХЦ); А.Г. АЖИКИН, В.И. ЧУБАТЫЙ, Л.В. СОЛОВЬЕВА, С.А. СПОРЫХИН, В.И. ОСИПОВА (ЦИТМ)

УТВЕРЖДЕНО Департаментом науки и техники РАО «ЕЭС России» 14.04.94 г.

Первый заместитель начальника А.П. БЕРСЕНЕВ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ВОДАХ ТЭС ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕОСИМ МЕТОДОМ
С ПОМОЩЬЮ ЛАБОРАТОРНЫХ МОНОМЕРОВ

Срок действия установлен

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Методика устанавливает порядок определения содержания натрия в технологических водах ТЭС (далее по тексту – в водах), требования к методу и средствам измерений, алгоритмы подготовки, проведения измерений и обработки результатов определения.

1.2. Методика обеспечивает получение достоверных характеристик погрешности определения содержания натрия при принятой доверительной вероятности и способы их выражения.

1.3. Результаты определения содержания натрия используются. Для контроля за качеством технологических вод тепловых электростанций, которое регламентируется «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей» (М. Энергоатомиздат, 1989).

2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ПОСУДА, РЕАКТИВЫ И РАСТВОРЫ

2.1. Иономер лабораторный И-130

Диапазон измерений в режиме измерении электродвижущей силы (ЭДС) от минус 2000 до плюс 2000 мВ.

Пределы допустимых значений основной абсолютной погрешности

где х – значение измеряемой величины, мВ.

Возможно использование другого прибора, метрологические характеристики которого не хуже, чем у указанного мономера.

2.2. Весы лабораторные аналитические ВЛР-200.

Диапазон измерения 0 ÷ 200 г.

Класс точности 2. Цена деления 1 мг.

2.3. Термометр, лабораторный ТЛ-2. Цена деления 1 °С.

2.4. Натрий-селективный электрод ЭС-10-07 (ТУ-25-051 9.072-86). Электрод предназначен для измерения активной концентрации ионов натрия в водных растворах. Потенциал электрода в растворе хлористого натрия с массовой долей натрия 0,1 моль/дм 3 при температуре 25 °С относительно хлор серебряно го электрода равен (90 ± 20) мВ.

Присутствие ионов кальция и магния не мешает определению натрия, если массовая доля их не превышает массовой доли ионов натрия соответственно в 10 и 500 раз.

Ионы водорода мешают работе Na -селективного электрода. Для нормальной работы электрода концентрация ионов натрия должны превышать концентрацию ионов водорода в 10 3 – 10 4 раз, поэтому при изменении малых количеств ионов № необходимо поддерживать рН контролируемой воды в пределах 10,3 ± 0,5, что осуществляется насыщением анализируемой воды парами аммиака.

Для приведения в рабочее состояние новый электрод следует замочить в 0,1 моль/дм 3 растворе хлористого натрия в течение 2 мес. Нельзя допускать высыхания электрода. Между анализами его следует оставлять, в ячейке или полиэтиленовом стакане с обессоленной водой, а на длительный срок – в 0,1 моль/дм 3 растворе хлористого натрия.

2.5. Вспомогательный хлорсеребряный электрод ЭВЛ- 1, МЗ (ТУ 25.05.218177).

2.6. Проточная ячейка, изготовленная из органического стекла.

2.7. Устройство для подщелачивания пробы аммиачным паром, состоящее из полиэтиленовой банки вместимостью 0,5 л с плотно закрытой крышкой и силиконового шланга, средняя часть которого находится внутри сосуда, а концы выведены наружу через отверстия в пробке. Банка заполнена 25 %-ным раствором аммиака.

2.8. Колбы мерные:

тип 2-1900-2 ( ГОСТ 1770-74 ); тип 2-500-2 ( ГОСТ 1770-74 ).

тип 6-2-50 ( ГОСТ 1770-74 ).

2.9. Вода обессоленная (ОСТ 34-70-953.2-88) с удельной электрической проводимостью не более 0,1 мкСм/см.

2.10. Для приготовления стандартного раствора используется фиксанал 0,1 и NaCl ОСЧ МРТУ 6-09-292-70. Массовая концентрация натрия в этом растворе составляет 2,3 г/дм 3 . (При отсутствии фиксанала используется хлорид натрия ХЧ ГОСТ 4233-77 ). Навеска 5,85 г хлористого натрия, предварительно высушенного в течение 1 – 2 ч при температуре 110 °С, растворяется в обессоленной воде, переносится в мерную колбу вместимостью 1 л и доводится до метки. Этот раствор содержит 2,3 г/дм 3 натрия. Из основного раствора последующим разбавлением готовятся растворы меньших концентраций. Все растворы готовятся на обессоленной воде.

3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Метод основан на измерении ЭДС электрохимической ячейки, в которую помещается дистиллированная вода или анализируемый раствор и электродная система, состоящая из измерительного ( Na -селективного) электрода и электрода сравнения. Электродвижущая сила, развиваемая электродной системой, прямо пропорциональна определяемой величине pNa .

Зависимость потенциала электрода от активности потенциал-образующих ионов в растворе может быть выражена уравнением Нернста

где а – активная концентрация потенциал образующих ионов, г-ион/дм 3 ;

Е 0 – нормальный или стандартный электродный потенциал, численно равный Е при а = 1;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8, 314 Дж/(град ∙ моль);

Т – абсолютная температура, К;

n – число электронов, переносимых в процессе реакции, или заряд потенциалобразующего иона;

F – число Фарадея, равное 96500 Кл.

В сильно разбавленных водных растворах, т.е. в водах типа конденсата, активность ионов практически равна их концентрации. В этом случае, приняв температуру анализируемого раствора (25 ± 1) °С и выразив постоянные R и F через их численные значения, а натуральные логарифмы через десятичные, можно получить упрощенное выражение уравнения Нернста

где С – концентрация потенциалобразующих ионов, т.е. натрия.

Таким образом, ЭДС электродной системы в анализируемом растворе связана с концентрацией ионов натрия логарифмической зависимостью. Для удобства используется величина

где CNa – концентрация ионов натрия, моль/дм 3 .

3.2. Метод позволяет контролировать содержание ионов натрия в воде в диапазоне концентраций от 0,7 до 2,3 ∙ 10 6 мкг/дм 3 .

3.3 Продолжительность определения в единичной пробе при готовых калибровочных растворах и настроенной аппаратуре составляет 3 – 5 мин.

Температура контролируемого раствора в ячейке (25 ± 1) °С.

4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1. Работа с иономером должна проводиться в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

4.2. При приготовлении и использовании растворов стандартных образцов следует выполнять требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.005 -76 и ГОСТ 12.1.007-76 .

4.3. При заполнении сосуда с концентрированным аммиаком следует соблюдать требования техники безопасности в соответствии с «Правилами техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей» (М.: Энергоатомиздат, 1985).

5. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПЕРСОНАЛА

К выполнению определений допускаются лица, имеющие среднее образование и практический опыт работы в химической лаборатории не менее 3 мес.

6. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

6.1. Проба воды отбирается непосредственно перед определением в плотно закрытые полиэтиленовые банки, предварительно промытые анализируемой водой, вместимостью не менее 0,5 л. Температура пробы при определении концентрации натрия должна быть (25 ± 1) °С.

6.2. Подготовить к работе иономер в соответствии с заводской инструкцией, включить шкалу – мВ. Следует помнить, что потенциал электрода имеет как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от концентрации ионов натрия.

6.3. Проверка работоспособности электрода осуществляется следующим образом.

Определение рабочих характеристик электроде (потенциала и крутизны электродной функции), а также работу с растворами с массовой концентрацией натрия более 2 ∙ 10 3 мкг/дм 3 можно проводить в статических условиях. Ионселективный и вспомогательный электроды помещаются в полиэтиленовый стакан, заполненный 0,1 М раствором хлористого натрия, определяется потенциал ион-селективностью электрода, который, согласно паспортным данным, должен составлять (90 ± 20) мВ.

Для определения крутизны электродной функции данного электрода К е определяются потенциалы электрода в растворах хлористого натрия концентраций 0,01 М, 0,001 М и 0,0001 М. Из предыдущих значений потенциалов вычитаются последующие:

За Ке принимается среднее значение из трех полученных данных:

Согласно уравнению (2), разность этих потенциалов при изменении знамения pNa на 1 должна составлять 0 ,59 мВ. Реально это значение может отличаться от теоретического на 3 – 7 мВ, но оно должно быть постоянным на всех диапазонах. Затем диапазоны разбиваются на отрезки, например 0,05pNa , эти значения рассчитываются, логарифмируются и сводятся в таблицу. Эта таблица может быть продлена до значений pNa = 7,5, поскольку крутизна электродной функции данной электродной системы остается постоянной на всех диапазонах pNa , а приготовление сильно разбавленных растворов с концентрацией 10 -6 – 10 -5 г/дм 3 может привести к значительной ошибке разбавления.

7. ВЫПОЛНЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

7.1. Собирается установка в соответствии с рисунком (соединяется устройство для подготовки пробы с проточной ячейкой), и вся система заполняется обессоленной водой. Электроды промываются обессоленной водой и помещаются в проточную ячейку. Первым на пути движения пробы ставится ион-селективный электрод.

Установка для определения содержания натрия потенцио метрическим методом:

1 – сосуд с обессоленной водой или анализируемой пробой; 2 – сосуд для подщелачивания пробы парами аммиака; 3 – проточная ячейка; 4 – измерительный электрод; 5 – электрод сравнения; 6 – термометр; 7 – иономер; 8 – зажим

7.2. Устанавливается скорость протока обессоленной воды 40 – 50 мл/мин. Проверяется на Выходе значение рН и при необходимости регулируется до 10,3 ± 0,5 длиной погружения в аммиак силиконовой трубки или скоростью пропуска пробы.

Пропускается обессоленная вода, насыщенная аммиаком, через проточную ячейку до тех пор, пока ячейка и электроды не отмоются от следов натрия и стрелка гальванометра не остановится на 250 – 270 мВ.

7.3. Отсоединяется сосуд с обессоленной водой и присоединяется сосуд с анализируемой пробой. Температура пробы должна быть (25 ± 1) °С.

Время установления показаний мономера при малых концентрациях иона натрия 0,5 – 1 мин. Отсчет производится через 20 – 30 с после остановки стрелки гальванометра.

8. РАСЧЕТ СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ В ПРОБЕ

8.1. Определяется величина pNa анализируемого раствора по формуле

где Е – потенциал электрода в растворе 0, 1 М NaC l , мВ;

Е 1 – потенциал электрода в анализируемом растворе, мВ;

K е – крутизна электродной функции данного электрода, мВ.

8.2. После получения значения pNa по табл. 2 находится содержание натрия в мкг/дм 3 .

8.3. Можно определить концентрацию ионов натрия по калибровочной кривой. Для этого необходимо определить потенциалы электрода в стандартных растворах с известной концентрацией натрия. По данным измерений строится калибровочный график Е (мВ) – pNa , затем измеряется потенциал электрода в контролируемом растворе и графически определяется значение pNa неизвестного раствора.

9. АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НАТРИЯ

9.1. Доверительная вероятность Р при проведении эксперимента принимается равной 0,95.

9.2. Количество наблюдений содержания натрия для каждой концентрации определяется по формуле

Результаты наблюдении помещены в табл. 1.

9.3. Оценивается погрешность определений.

9.3.1. Определяется систематическая составляющая погрешности

где С i – i -й результат определения содержания натрия ( i = 1, . 40);

С д – действительное содержание натрия.

9.3.2. Определяется среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности

9.3.3. Определяются границы, в которых с вероятностью Р = 0,95 находится погрешность измерений

где Δ l ( h ) – нижняя (верхняя) граница погрешности измерений;

i р – коэффициент, зависящий от заданной вероятности и числа наблюдений.

9.3.4. Определяются границы, в которых с вероятностью Р = 0,95 находится результат измерения:

Результат измерения содержания натрия в стандартных растворах

Нижняя граница (наименьшее значение), мкг/дм 3

Верхняя граница (наибольшее значение), мкг/дм 3

Измерение концентрации ионов в воде

Значения показателя точности методики используют при:

– оформлении результатов анализа, выдаваемых лабораторией;

– проверке квалификации лаборатории;

– внедрении методики в деятельность конкретной лаборатории.

3 ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВАМ, МАТЕРИАЛАМ И РЕАКТИВАМ

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, стандартные образцы, вспомогательные устройства, материалы, реактивы:

3.1 Средства измерений, стандартные образцы

Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр, измеряющий светопоглощение при 425 нм.

Весы лабораторные неавтоматического действия общего назначения специального или высокого класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г по ГОСТ Р 53228-2008.

pH-метр любой модели с пределом допускаемой погрешности 0,1 ед. pH.

Колбы мерные вместимостью 50; 100, 250, 500 и 1000 см по ГОСТ 1770-74, 2 класс точности.

Пипетки градуированные вместимостью 1; 2; 5; 10; 25 см по ГОСТ 29227-91, 2 класс точности.

Пипетки с одной меткой вместимостью 1; 2; 5; 10; 20; 25 см , по ГОСТ 29169-91, 2 класс точности.

Дозаторы пипеточные варьируемого объема от 0,1 до 1 см и от 1 до 10 см с метрологическими характеристиками по ГОСТ 28311-89.

Цилиндры мерные вместимостью 50; 100 см со шлифом и стеклянной или пластиковой пробкой по ГОСТ 1770-74, 2 класс точности.

Государственные стандартные образцы (ГСО) состава водного раствора аммоний-ионов с относительной погрешностью аттестованного значения не более 2% при доверительной вероятности 0,95, например, 7015-93 или 7259-96.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.2 Вспомогательное оборудование, материалы

Кюветы с длиной поглощающего слоя 10 и 50 мм.

Колбы конические плоскодонные термостойкие Кн-2-500-18 ТХС ГОСТ 25336-82 (используются при приготовлении безаммиачной дистиллированной воды).

Колбы конические типа КН вместимостью 250 см по ГОСТ 25336-82.

Колонка хроматографическая (стеклянная трубка диаметром не более 20 мм и высотой не менее 200 мм с краном на конце). Колонка с катионитом, например, КУ-2.

Стаканчики для взвешивания (бюксы) СВ по ГОСТ 25336-82.

Воронки стеклянные для фильтрования по ГОСТ 25336-82.

Фильтры Шотта по ГОСТ 25336-82 или фильтры мембранные с диаметром пор (0,40-0,45) мкм, например, производства фирмы Millipore или фирмы Владипор.

Воронки лабораторные тип В по ГОСТ 25336-82.

Стаканы вместимостью 50; 100; 200; 500 см по ГОСТ 25336-82.

Стаканы термостойкие вместимостью 1000 см по ГОСТ 25336-82.

Установка для обыкновенной перегонки или перегонки с водяным паром (аппарат Парнаса-Вагнера) или блок автоматической дистилляции аммиака.

Сушильный шкаф электрический общелабораторного назначения, например по ОСТ 16.0.801.397-87*.

* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

Фильтры обеззоленные “синяя лента” по ТУ 2642-001-13927158-2003 или ТУ 6-09-1678-95.

Бумага индикаторная универсальная с шагом 1 ед. pH по ТУ 6-09-1181-89.

Бутыли из стекла и полиэтилена с притертыми или винтовыми пробками вместимостью (250-1000) см для отбора и хранения проб и реактивов.

Стеклянная бутыль Вульфа (с нижним тубусом).

Баня песчаная или плитка электрическая с регулятором температуры по ГОСТ 14919-83.

Холодильник бытовой любой модели, обеспечивающий хранение проб и растворов при температуре (2-10)°С.

Таймер любой модели.

Шпатель.

Стеклянная палочка.

Эксикатор по ГОСТ 25336-82.

Примечания

1 Допускается использование других средств измерений утвержденных типов, обеспечивающих измерения с установленной точностью.

2 Допускается использование другого оборудования с метрологическими и техническими характеристиками, аналогичными указанным.

3 Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки.

3.3 Реактивы

Аммиак водный по ГОСТ 3760-79.

Аммония хлорид по ГОСТ 3773-72.

Реактив Несслера по ТУ 6-09-2089-77* или набор для приготовления реактива Несслера:
________________
* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

Калия гидроокись х.ч., по ГОСТ 24363-80;

Калий йодистый х.ч., по ГОСТ 4232-74;

Ртуть окись красная, ч.д.а., по ТУ 6-09-3927-82.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77.

Калия гидроокись по ГОСТ 24363-80.

Калий фосфорнокислый однозамещенный (дигидрофосфат калия) по ГОСТ 4198-75.

Калий фосфорнокислый двузамещенный 3-водный (гидрофосфат калия) по ГОСТ 2493-75.

Натрий серноватистокислый (тиосульфат натрия) 5-водный стандарт-титр 0,1 моль/дм эквивалента (0,1 н) по ТУ 6-09-2540-87 и (или) по ГОСТ 27068-86.

Цинк сернокислый 7-водный по ГОСТ 4174-77.

Медь (II) сернокислая 5-водная по ГОСТ 4165-78.

Кадий-натрий виннокислый 4-х водный (Сегнетова соль) по ГОСТ 5845-79.

Калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75.

Ртути (II) йодид по ТУ 6-09-02-374-85.

Калий йодистый по ГОСТ 4232-74.

Натрий двууглекислый по ГОСТ 2156-76.

Натрий тетраборнокислый 10-водный по ГОСТ 4199-76.

Алюмокалиевые квасцы по ГОСТ 4329-77.

Алюминий сернокислый (сульфат алюминия) ГОСТ 12966-85 (коагулянт) высшего сорта или алюминий сернокислый 18-водный по ГОСТ 3758-75.

Кислота борная по ГОСТ 9656-75.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77.

Смола ионообменная (катионит) любой марки.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 или вода лабораторная для анализа по ГОСТ Р 52501-2005 2-ой степени чистоты (далее – вода дистиллированная).

Примечания

1 Все реактивы, используемые для измерений, должны быть квалификации ч.д.а. или х.ч.

2 Допускается использование реактивов, изготовленных по другой нормативно-технической документации, в том числе импортных.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4 МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

Фотометрический метод определения массовой концентрации ионов аммония основан на взаимодействии -ионов с тетраиодомеркуратом калия в щелочной среде (реактив Несслера) с образованием жёлто-коричневой, нерастворимой в воде соли основания Миллона , переходящей в коллоидную форму при малых содержаниях -ионов.

Светопоглощение раствора измеряют при 425 нм в кюветах с длиной поглощающего слоя 10 или 50 мм. Интенсивность окраски прямо пропорциональна концентрации -ионов в растворе пробы.

5 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 При выполнении измерений необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами ГОСТ 12.1.007-76.

5.2 Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ Р 12.1.019-2009.

5.3 Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004-2015.

5.4 Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

5.5 В помещении, где выполняют измерения аммиака и ионов аммония, не следует проводить работы, связанные с применением аммиака.

5.6 При выполнении измерений необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с солями ртути. Сбор и утилизация отработанных растворов должны проводиться строго с установленными в лаборатории правилами.

6 ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ

Выполнение измерений может производить химик-аналитик, владеющий техникой фотометрического анализа, а также техникой проведения перегонки жидкостей (дистилляцией), и изучивший инструкцию по эксплуатации спектрофотометра или фотоэлектроколориметра и получивший удовлетворительные результаты при выполнении контроля процедуры измерений.

7 ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения проводят в следующих условиях:

температура окружающего воздуха (20±5)°С;

атмосферное давление (84,0-106,7) кПа (630-800 мм рт.ст.);

относительная влажность не более 80% при 25°С;

напряжение сети (220±22) В.

При напряжении питания сети, отличном от 220 В, оборудование может комплектоваться дополнительно трансформатором, что позволит всегда обеспечивать необходимые условия выполнения измерений.

8 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

При подготовке к выполнению измерений должны быть проведены следующие работы: отбор и хранение проб, подготовка прибора к работе, приготовление вспомогательных и градуировочных растворов, установление и контроль стабильности градуировочной характеристики.

Отбор проб природных и сточных вод производят в соответствии с требованиями ГОСТ 31861-2012 “Вода. Общие требования к отбору проб”, ПНД Ф 12.15.1-08 (Издание 2015 г.) “Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод” или другими нормативными документами, утвержденными и применяемыми в установленном порядке.

8.1 Подготовка посуды для отбора проб

Бутыли для отбора и хранения проб воды обезжиривают раствором моющего средства, промывают водопроводной водой, а затем 3-4 раза дистиллированной водой.

8.2 Отбор и хранение проб воды

Пробы воды (объем не менее 500 см ) отбирают в стеклянные или полиэтиленовые бутыли, предварительно ополоснув отбираемой водой.

Если определение ионов аммония производят в день отбора пробы, то консервирование не производится. Отбор проб должен при этом осуществляться в чистую посуду. Флакон заполняется водой под крышку полностью во избежание попадания воздуха. Максимальный срок хранения пробы при температуре (2-5)°С составляет 24 часа.
_______________
Применение пункта В.6 ГОСТ 31861-2012 для отбора сточных вод для определения ионов аммония нецелесообразно.

Если проба не будет проанализирована в день отбора, то ее консервируют добавлением 1 см концентрированной серной кислоты. Консервированная проба может храниться не более 48 часов при температуре (2-5)°С. Проба воды не должна подвергаться воздействию прямого солнечного света.

При отборе проб составляют сопроводительный документ по форме, в котором указывают:

цель анализа, предполагаемые загрязнители;

место, время отбора;

номер пробы;

pH пробы воды (при необходимости);

должность, фамилия отбирающего пробу, дата.

8.3 Подготовка прибора к работе

Подготовку прибора к работе и оптимизацию условий измерений производят в соответствии с рабочей инструкцией по эксплуатации прибора. Прибор должен быть поверен.

8.4 Устранение мешающих влияний

Непосредственному применению метода без предварительной отгонки аммиака мешает большое количество веществ, дающих жёлтую или зелёную окраску или вызывающих в результате реакции помутнение раствора. Определению мешают амины, хлорамины, ацетон, альдегиды, спирты и некоторые другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несслера, в присутствии нелетучих органических соединений, например, гуминовых веществ, проводят определение аммиака с отгонкой.

Определению мешают также компоненты, обуславливающие жесткость воды, железо, сульфиды, хлор, а также мутность.

Мешающее влияние жесткости воды (свыше 900 мг/дм ) устраняют прибавлением 1,0 см 50% раствора Сегнетовой соли на каждые 45 мг/дм суммы ионов кальция и магния. При этом дополнительно вводимый объём следует учитывать при окончательном расчете.

Мутные растворы центрифугируют или фильтруют с помощью стеклянной ваты, стеклянного или бумажного фильтра “синяя лента”, предварительно промытого безаммиачной водой до отсутствия аммиака в фильтре.

Большое количество железа, сульфидов и мутность (не исчезающая после фильтрования) удаляют с помощью 10% раствора сульфата цинка. К 100 см пробы в цилиндре или колбе прибавляют 1 см раствора сульфата цинка и смесь тщательно перемешивают. Затем pH смеси доводят до 10,5 добавлением 25% раствора гидроокиси калия или натрия. Проверяют значение pH по индикаторной бумаге (или до образования хлопьев). После взбалтывания пробы и образования хлопьев осадок отделяют центрифугированием или фильтрованием через стеклянный фильтр Шотта (допускается использование бумажного фильтра “синяя лента”, предварительно освобожденного от аммиака).

Для осаждения белков к 50 см исследуемой пробы сточной воды (в цилиндре или мерной колбе) приливают несколько капель 15% раствора гидроксида натрия и 2 см 10% раствора сульфата меди, тщательно перемешивают и оставляют на 3-4 часа. После оседания осадка отбирается прозрачный слой пробы для анализа (в случае анализа аликвоты) либо проба фильтруется через фильтр “синяя лента” предварительно промытый дистиллированной водой (при необходимости отбора аликвоты, превышающей 10 см ).

Мешающее влияние активного остаточного хлора в количестве более 0,5 мг/дм устраняют добавлением эквивалентного объёма раствора натрия тиосульфата. Эквивалентное количество раствора серноватистокислого натрия определяют в отдельной порции воды. Содержание активного хлора должно быть определено заранее (например, по ГОСТ 18190-72).

Цветная вода (при цветности выше 20°) подвергается коагуляции гидроокисью алюминия: к 300 см исследуемой воды прибавляют (2-5) см суспензии (п.8.5.3.8), встряхивают. После 2-часового отстаивания отбирают для анализа прозрачный бесцветный слой. Также для проведения процесса коагуляции разрешается использование 10% раствора сернокислого алюминия: к 300 см исследуемой воды прибавляют (5-6) см суспензии (п.8.5.3.9) или около 0,5 г сухого сернокислого алюминия, несколько капель 15% раствора NaOH до образования хлопьевидного осадка и встряхивают. После 2-часового отстаивания отбирают для анализа прозрачный бесцветный слой.

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Определение массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод меркуриметрическим методом

Лабораторная работа № 10
Определение массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и
очищенных сточных вод меркуриметрическим методом

Почти все природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат хлорид-ионы. Их концентрации меняются в широких пределах от нескольких миллиграммов на литр до довольно высоких концентраций в морской воде. Присутствие хлоридов объясняется присутствием в породах наиболее распространенной на Земле соли – хлорида натрия. Повышенное содержание хлоридов объясняется загрязнением водоема сточными водами. ПДК для хлорида в питьевой воде составляет 350 мг/дм3, в воде водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей – 300,0 мг/дм3, для морской воды – 11,9 г/дм3.

По содержанию в организме человека хлор (0,15%) относится к макроэлементам, являясь незаменимым элементом. В организме человека содержится около 100 г (2790 ммоль) хлора. Хлорид-ионы играют важную биологическую роль. Они активируют некоторые ферменты, создают благоприятную среду для действия протолитических ферментов желудочного сока, обеспечивают ионные потоки через клеточные мембраны, участвуют в поддержании осмотического равновесия. Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами Na+ и K+ в создании определенного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Хлорид натрия NaCl необходим для выработки соляной кислоты в желудке. Помимо важной роли соляной кислоты в процессе пищеварения, она уничтожает различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа). Суточная потребность в натрия хлориде составляет 5-10 г.

Основные пути поступления хлорид-ионов в организм человека – вода и продукты питания. Физиологически полноценной считается питьевая вода, содержащая 150-250 мг/дм3 хлорид-ионов.

В тоже время хлорид-ионы могут играть и отрицательную роль. Так, высокое содержание анионов в воде, в том числе и хлорид-ионов, приводи к увеличению электропроводность воды и, таким образом, приводит к ускорению коррозионных процессов. Хлорид-ионы, в частности, играют роль стимуляторов коррозии, замещая кислород в защитной оксидной пленке металлов, что приводит к образованию в ней пор и облегчает начало коррозии.

Метод определения массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод основан на образовании малорастворимого соединения HgCl2. В кислой среде при pH 2,5±0,2 избыток ионов Hg2+ образует с индикатором дифенилкарбазоном (ДФК) комплексное соединение фиолетового цвета. При появлении этой окраски раствора титрование прекращают. Резкость перехода окраски индикатора зависит от соблюдения необходимого значения pH раствора. Рекомендуется использовать смешанный индикатор и азотную кислоту.

Реактивы. Нитрат ртути(II) HgCl2,

0,03000 моль/дм3 (1/2 HgCl2) раствор. Вода водопроводная. Азотная кислота HNO3,

0,18 моль/дм3 раствор. Смешанный индикатор[1]. Нитрат серебра AgNO3, 0,001 моль/дм3 раствор.

Посуда. Колбы конические (100, 250 см3). Пипетка (100,0 см3). Бюретка (25 см3). Штатив для титрования. Стаканы (50, 100 см3). Пробирка (10 см3). Воронка. Фильтровальная бумага.

Для правильного выбора аликвотной части перед началом анализа проводят качественное определение массовой концентрации хлорид-ионов.

Аликвотную часть анализируемой пробы объемом

5 см3 помещают в пробирку вместимостью 10 см3, подкисляют 1-2 каплями раствора азотной кислоты, прибавляют 3-5 капель раствора азотнокислого серебра и взбалтывают. По количеству осадка устанавливают аликвотную часть пробы, необходимую для проведения анализа согласно таблице.

Объем аликвотной части пробы, см3

Большой хлопьевидный осадок

Основное измерение. Установите на штативе предварительно вымытую бюретку и ополосните ее 2-3 раза малыми порциями (3-5 см3) приготовленного раствора нитрата ртути(II). Заполните бюретку раствором нитрата ртути(II) в соответствии с указанными в Приложении правилами техники титрования.

Отмерив достаточный объем анализируемой воды, перенесите в коническую колбу для титрования, доведите, если необходимо, объем до 100 см3 дистиллированной водой, добавьте 0,3 см3 смешанного индикатора. Если после добавления смешанного индикатора анализируемая проба окрашивается в синий цвет, добавляйте по каплям (. ) раствор азотной кислоты до изменения окраски раствора с синей на желтую, дополнительно прилейте 1 см3 раствора азотной кислоты (анализируемый раствор будет иметь рН = 2,5±0,2) и оттитруйте пробу раствором нитрата ртути(II) до фиолетового окрашивания.

Если анализируемая проба воды после добавления смешанного индикатора окрасилась в желтый цвет, то добавляйте к исследуемому раствору раствор гидроксида натрия до изменения окраски с желтой на синюю, после этого прилейте 1 см3 раствора азотной кислоты (анализируемый раствор будет иметь рН = 2,5±0,2) и оттитруйте пробу раствором нитрата ртути(II) до фиолетового окрашивания. Проведите два параллельных опыта до получения сходимых результатов.

Холостое измерение проведите со 100,0 см3 дистиллированной воды, проводя его через весь ход анализа.

После выполнения работы в рабочем журнале запишите проделанные вами операции. Все полученные данные занесите в таблицу. На основании полученных результатов сделайте вывод о величине массовой концентрации хлорид-ионов в воде и пригодности воды для употребления человеком.

Математическая обработка результатов измерений.

1. По полученным в результате титрования данным определите молярную концентрацию эквивалента хлорид-ионов в водопроводной воде:

,

где – молярная концентрация эквивалента хлорид-ионов в анализируемой пробе воды, моль/дм3; – молярная концентрация эквивалента раствора нитрата ртути(II), моль/дм3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование анализируемой пробы, см3; Vал(водопроводной воды) – аликвотный объем анализируемой пробы воды, см3.

,

или

где – массовая концентрация хлорид-ионов в анализируемой пробе воды, мг/дм3; – молярная концентрация эквивалента раствора нитрата ртути(II), моль/дм3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование анализируемой пробы, см3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование холостой пробы, см3; – молярная масса эквивалента хлорид-ионов, г/моль; 1000 – поправочный коэффициент (перерасчет массовой концентрации на мг/дм3); Vал(водопроводной воды) – аликвотный объем анализируемой пробы воды, см3.

[1] Смешанный индикатор готовят из 0,5 г дифенилкарбазона и 0,05 г бромфенолового синего. Навески помещают в стакан, растворяют в 5-6 см3 96%-ного этилового спирта, переносят количественного в мерную колбу на 100 см3 и доводят до метки этиловым спиртом. Раствор хранят в склянке из темного стекла.

Читайте также:  Оформление аквариума: подходы и приемы
Ссылка на основную публикацию
Обозначение:РД 34.37.528-94
Название рус.:Методика выполнения измерений содержания натрия в технологических водах ТЭС потенциометрическим методом с помощью лабораторных ионометров
Статус:действует
Дата актуализации текста:05.05.2017
Дата добавления в базу:01.09.2013
Дата введения в действие:01.01.1994
Утвержден:14.04.1994 РАО ЕЭС России (UES of Russia RAO )
Опубликован:СПО ОРГРЭС (1995 г. )
Ссылки для скачивания: