Экоаналитическая химия

20.04.23Екоаналітична хімія, Лекція 61

Экоаналитическая химияЭкоаналитическая химияЛекция 6


Аналитическая химия воды. Аналитическая химия воды. Общие Общие ((интегральныеинтегральные)) показатели качества вод.показатели качества вод.

Что они показывают?

Как их определяют?


Перечень показателейПеречень показателей Электропроводность Температура*

Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси) Органолептические показатели: мутность*, запах*, цветность, прозрачность, вкус Водородный показатель (рН) Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) Кислотность Щелочность Растворенный кислород Жесткость Окисляемость перманганатная и бихроматная

(ХПК) Биохимическое потребление кислорода (БПК).


Электропроводность- Электропроводность- определение загрязнений ионного определение загрязнений ионного характерахарактера

χ = 1/ρ

Единицы измерения: Ом-1.см-1 или См.см-1;

Na+,K+,Ca2+,Cl-,SO42-,HCO3

-

2 мСм/см при минерализации 1000 мг/дм3

3 мСм/см при минерализации 1500 мг/дм3

1 см


Взвешенные веществаВзвешенные вещества 21% всех анализов качества воды –

определение мутности и концентрации взвешенных веществ (грубодисперсных примесей): частицы глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов.

0,25 мг/дм3 (хозяйственно-питьевое) и 0,75 мг/дм3 (культурно-бытовое водопользование)

100-1000 мл воды фильтруют, фильтр сушат при 105оС (прокаливают при 600оС ) и взвешивают.

Общее содержание ВВ

Минеральная часть ВВ


Органолептические Органолептические показатели качества воды показатели качества воды

23% всех определений качества воды заключается в оценке их органолептических свойств:

Мутность; Мутность; Запах при 20Запах при 20ооС и при С и при

6060ооС;С; Привкус;Привкус; Цветность;Цветность; Прозрачность.Прозрачность.

Если вода

не имеет запаха,

можно не определять

содержание

загрязнителей,

нормируемых

по органолептическим

показателям


Органолептические Органолептические показатели качества воды показатели качества воды

Международный стандарт ИСО 6658:

специальные требования к дегустаторам и методам проведения дегустации.

Три квалификационных уровня дегустаторов:

Консультант;Квалификационный

консультант;Эксперт.

Предварительно

испытывают образец без запаха или привкуса, и

его включают в серию

анализируемых проб как

шифрованный


Органолептические показатели:Органолептические показатели: запахзапах

Для питьевой воды запах не более 2 баллов

Оценка интенсивности запаха, баллы

Интенсивность запаха Характер проявления запаха

0 никакого запаха отсутствие ощутимого запаха

I очень слабыйзапах, не замечаемый потребителем, но

обнаруживаемый специалистом

II слабыйзапах, обнаруживаемый потребителем,

если обратить на это внимание

III заметныйзапах, легко обнаруживаемый, может

быть причиной того, что вода неприятна для питья

IV отчетливыйзапах, обращающий на себя внимание, может заставить воздержаться от питья

V очень сильныйзапах, настолько сильный, что делает

воду непригодной для питья


Органолептические Органолептические показатели: запах показатели: запах

Пороговое число

пробы разб.

пробы

V +V

V - Проба

- Разбавитель


Органолептические Органолептические показатели:показатели: вкусвкус

Пороговое число

пробы разб.

пробы

V +V

V - Проба

- Разбавитель


Органолептические Органолептические показатели:показатели: мутностьмутность

Определяют: Турбидиметрически в

проходящем свете; Нефелометрически в

отраженном свете;Единицы измерения: мг/л по стандартным

суспензиям каолина; ЕМ/л по стандартным

суспензиям формазина;

1 ЕМ/л = 0.58 мг/л.

Алюмосиликат,т.е. глина


Органолептические показатели:Органолептические показатели: стандарты мутности - формазинстандарты мутности - формазин

Вещество для приготовления стандартных суспензий (Кингсбери и Кларк, 1926);

Приготовление: 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина растворяют в 1 л дистиллированной воды;

Раствор становится мутным после выстаивания в течение 48 часов при 25 °С. При идеальных температурных условиях и освещении эта смесь может быть приготовлена многократно с точностью ± 1%.


Органолептические Органолептические показатели:показатели: мутномерымутномеры

LaMotte Turbidity Meter

Источник излучения –

инфра-красный

фотодиод

(max 890 нм)

HI 93703 - портативный

микро-процессорный турбидиметр


Органолептические Органолептические показатели: цветностьпоказатели: цветностьОттенки цвета природных вод:Слабо - желтоватая, светло -

желтоватая, желтая, коричневая, красно – коричневая;

Окраска воды , нмЖелто-зеленая 400-450Желтая 450-480Оранжевая 480-490

Органолептические Органолептические показатели: цветностьпоказатели: цветностьЦветовые шкалы:Йодная;Платиновая K2PtCl6;Хроматно-кобальтовая К2Сr2О7,

CoSO4, H2SO4;Платино-кобальтовая K2PtCl6 и

CoCl2



Органолептические Органолептические показатели: прозрачностьпоказатели: прозрачность

Прозрачность = мутность и цветность

Единицы измерения : см

Определение: Метод доски; Метод шрифта; Диск Секки.


Водородный показатель (рН) Водородный показатель (рН) CO2 + H20 ↔ H+ + HCO3

- ↔ 2 H+ + CO3

2- .

Влияет на химические и биологические процессы, происходящие в воде;

Колебания рН существенно сказываются на запахе, привкусе и внешнем виде воды, влияют на эффективность водоочистных мероприятий.


Окислительно-восстановительный Окислительно-восстановительный потенциал (потенциал (EEhh))

Единицы измерения: Единицы измерения: Вольты (милливольты).Вольты (милливольты). Показывает: преобладание окисленных или восстановленных

форм: Окислительное: Еh+ от 100 до 150 мВ, присутствие свободного

кислорода, элементы в высших степенях окисления (Fe3+, Mo(VI), As(V), V(V), U(VI), Sr2+,Cu2+,Pb(IV);

Переходное окислительно-восстановительное: Еh от 100 до 0 мВ, неустойчивый геохимический режим и переменное содержание сероводорода и кислорода.

Восстановительное: отрицательные значения Еh. В подземных водах присутствуют элементы в низших степенях окисления (Fe2+,Mn2+, Mo(IV), V(IV), U(IV)), а также сероводород.


КислотностьКислотность Определение: титрование раствором щелочиЕдиницы измерения: ммоль/л щелочи,

необходимой для нейтрализации. Естественная кислотность: pH воды не

ниже 4.5СО2; гуминовые и др. слабые

органические кислоты; катионы аммония, железа,

алюминия; катионы органических оснований.При pH воды ниже 4.5 – свободная

кислотность.


Щелочность Щелочность Определение: титрование раствором кислоты.Единицы измерения: ммоль/л кислоты,

необходимой для нейтрализации.Обусловлена анионами слабых кислот:силикатов;карбонатов, гидрокарбонатов; боратов;сульфитов, гидросульфитов;сульфидов, гидросульфидов;анионов гуминовых кислот;гидрофосфатов.

20.04.23Екоаналітична хімія. Лекція 721

Растворенный кислородРастворенный кислород Единицы измерения: мг/л.Снижение - признак загрязнения веществами,

окисляющимися биохимически.

Уровень загрязненности воды и класс качества

Растворенный кислород

лето, мг/дм3 зима, мг/дм3 % насыщения

Очень чистые, I 9 14-13 95

Чистые, II 8 12-11 80

Умеренно загрязненные, III

7-6 10-9 70

Загрязненные, IV 5-4 5-4 60

Грязные, V 3-2 5-1 30

Очень грязные, VI 0 0 0


Растворенный кислородРастворенный кислород Йодометрическое определение по Винклеру:

Фиксация (MnSO4, KI, NaOH) :

2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2 + H2O;

Подкисление (HCl):

MnO2 +3 I- + 4H+ = Mn2+ + I3- +2 H2O;

Титрование (Na2S2O3):

I3- + 2S2O3

2- = 3I- + S4O62-.


Экспресс-определение Экспресс-определение растворенного кислородарастворенного кислорода

Электрохимическое определение: О2 + 2Н++ 2е = Н2О2; Н2О2 + 2Н+ +2е = 2Н2О.

е

О2

О2 + 4Н++ 4е = 2Н2О

Быстрый отклик;

Прямая регистрация сигнала;

Автоматизация

Мешающее влияние других окислителей;

Отравление поверхности электрода


Растворенный кислородРастворенный кислород Амперометрическое определение:

Диффузия через газопроницаемую мембрану (полиэтилен, тефлон, силиконовая резина);

Восстановление кислорода:

сила тока = К.с(О2).

Катод (Pt): O2 + 2 H2O + 4e = 4 OH-

Анод (Ag): 4 Ag + 4 Cl- = 4 AgCl + 4 e


Растворенный кислород: Растворенный кислород: электрод Кларка электрод Кларка

(A) Pt- электрод;

(B) электрод сравнения Ag/AgCl;

(C) полунасыщенный раствор KCl;

(D) тефлоновая мембрана;

(E) резиновое кольцо;

(F) источник напряжения;

(G) Электронный прибор для измерения тока.

Жесткость - Жесткость - содержание растворённых солей кальция и

магния, ммоль-экв/л.Общая жесткость. Определяется суммарной

концентрацией ионов кальция и магния. Карбонатная жесткость. Обусловлена

наличием в воде HCO3- и CO3

2- (при рН>8.3) кальция и магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием SO4

2-, Cl-, NO3-

Норма 1,5 – 7 ммоль-экв/л


ЖесткостьЖесткостьГрадус Обозначение Определение 1° = ?

ммоль-экв/л

1 ммоль-экв/л= ? °

Немецкий°dH (dergees of hardness)

1 часть СаО на 100 000 частей воды

Английс-кий

°e

1 гран (0.0648 г) CaCO3 на 1 английский галлон воды (4.564 л)

Француз-ский

°TH1 часть CaCO3 на 100000 частей воды

Американ-ский

ppm1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды



Определение ХПК (дихроматная Определение ХПК (дихроматная окисляемость)окисляемость)Химическое ChemicalПотребление OxygenКислорода Demand Единицы измерения: мг/л кислорода; Что показывает: содержание в воде

органических веществ, способных окисляться;

Как определяют: добавляют окислитель; после окисления определяют непрореагировавший избыток.

Величины ХПК в водоемах с Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненностиразличной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)

ХПК, мг О/дм3

Очень чистые 1Чистые 2

Умеренно загрязненные 3Загрязненные 4

Грязные 5-15Очень грязные >15



Условия определение ХПК Условия определение ХПК (арбитражный метод)(арбитражный метод)

Cr2O72- + 14Н+ + 6е 2Cr3+ + 7 Н2О;

C CO2 S SO2 P P2O5 N NH4

+

H H2O

Катализатор Ag2SO4; среда конц. H2SO4 (1.5:1); кипятят с обратным холодильником 2 ч;

Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14Н+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7Н2О


Помехи при определении ХПК Помехи при определении ХПК (арбитражный метод)(арбитражный метод)

Занижение результата:

Неорганические окислители;

Неполное окисление (окисляются не все органические вещества)

ХПКэксп = 95%-99%

ХПКтеор

Завышение результата:

Хлориды

Cr2O72- + 6 Cl- + 14Н+

2Cr3+ + 3 Cl2 + 7Н2О; Нитриты

Cr2O72- + 3 NO2

- + 8Н+

2Cr3+ + 3 NO3- + 4Н2О;

Неорганические востановители

HgSO4

Поправки

Сульфами-новая

кислота


Не окисляются дихроматом:Не окисляются дихроматом:

Пиридин; Пиррол; Пирролидин; Пролин; Никотиновая

кислота; Бензол, толуол,

другие АрУ; Нафталин; Парафин.


Ускоренное определение ХПКУскоренное определение ХПК

Увеличивают количество конц. H2SO4 (7:1 по объему);

Саморазогрев; Применяется для

сравнительного анализа проб

Медленно окисляютс

я уксусная кислота, анилин и

др. ?

?


Ускоренное определение ХПКУскоренное определение ХПК

Термическое сжигание проб при температурах свыше 1200°С,

Газоанализатор для определения убыли кислорода;

Нет потери летучих компонентов;

Не нужны реактивы и катализаторы;

Можно анализировать мутную и окрашенную воду.


Приборы для определения Приборы для определения ХПКХПК 2 мл пробы; Расфасованные

реактивы; Герметичные

реагентные пробирки;

Реактор; Колориметр.


Определение БПКОпределение БПК

Биологическое BiochemicalПотребление OxygenКислорода Demand Единицы измерения: мг/л кислорода; Что показывает: потребление

кислорода в природных условиях; Как определяют: полностью

аэрированной водой заполняют сосуды доверху; выдерживают; определяют оставшийся кислород.


Условия определения БПКУсловия определения БПКДля проявления микробиологической

активности:20оС;рН от 6.5 до 8.5; Питательные вещества- соли

Ca, Mg, Fe, фосфаты;Отсутствие хлора;К концу процесса должно

остаться около 30% начального количества кислорода

БПК = С(О2)начальная - С(О2)конечная


Приборы для определения Приборы для определения БПКБПК Манометрический

датчик; Автоматически

перемешивает пробы, записывает результаты и отключается;

5, 7 или 10 дней инкубации;

Регистрация результатов каждые 15 мин.

BOD Trak


Оценка токсичности водыОценка токсичности воды Биоиндикация — по

наличию и состоянию гидробиоты (водных организмов);

Биотестирование — по изменению поведения тест-организмов, внесенных в исследуемую воду.

Биохимический метод контроля поведения аэробов: потребления О2, органических веществ, генерации СО2.

Инфузория

Дафния


Оценка токсичности водыОценка токсичности воды

Биохимический метод Тест-организмы- аэробы:

Микроорганизмы, дрожжи, грибки и т.д.

Контролируемый параметр - скорость потребления О2

Вспомогательные вещества:

Органический субстрат;Минеральные

питательные вещества.

КонцентрацияО2

Время

1)

2)

3)


Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!

Documents

Экоаналитическая химия