Метод анализа магния в воде

Магний. В поверхностные воды магний поступает в основном за счет процессов химического выветривания и растворения доломитов, мергелей и других минералов. Значительные количества магния могут поступать в водные объекты со сточными водами металлургических, силикатных, текстильных и других предприятий.

Содержание магния в поверхностных водах подвержено заметным колебаниям: как правило, максимальные концентрации наблюдаются в меженный период, минимальные — в период половодья.

Для определения содержания магния в незагрязненных по­верхностных и грунтовых природных водах, как и в большинстве речных вод, можно применять расчетный метод по разности ре­зультатов определения общей жесткости и концентрации катиона кальция. Для анализа загрязненных вод на содержание магния необходимо применять прямое определение магния.

Массовую концентрацию катиона магния (С_мг) в мг/л оп­ределяют расчетным методом, производя вычисления по формуле:

где С_ОЖ и С_КА – результаты определения общей жесткости (мг-экв/л) и массовой концентрации катиона кальция (мг/л) соответственно; 0,05 – коэффициент пересчета концентрации катиона кальция в миллиграмм-эквивалентную форму; 12,16 – эквивалентная масса магния.

Полученный результат округлите до целых чисел (мг/л).

Карбонаты и гидрокарбонаты. Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:

Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.

По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок:

Как отмечалось выше (в разделе «Щелочность и кислотность»), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компо­ненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферного СО₂, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат- и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0-8,2) в присутствии фенолфталеина полнос­тью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН. 4,1-4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результатам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислот (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов),а также величины свободной и общей щелочности воды, т.к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксол-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов.Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации 0,05 г-экв/л либо 0,1 г-экв/л.

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определя­емых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 8,0-8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

Определение гидрокарбонат-анионовосновано на реакции:

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реак­ции с кислотой участвуют анионы ОН — и СО₃ 2- , а при титровании по метиловому оранжевому – ОН — , СО₃ 2- и НСО₃ — .

Величина карбонатной жесткости рассчитывается с уче­том эквивалентных масс участвующих в реакциях карбонат- и гидрокарбонат-анионов.

При анализе карбонатных природных вод правильность получаемых результатов зависит от величины потребления кис­лоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если тит­рование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает труд­ностей, т.к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изме­нении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окон­чания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсхо­дованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выяв­ления момента окончания титрования, определение полезно прово­дить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во вто­рой склянке), добавляя такое же количество индикатора.

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, ко­торое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кисло­ты (V) в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната (V_K) и гидрокарбоната (V_ГК). Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (V_мо) происходит последовательное титрование и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине получаемый объем кислоты V_мо содержит соответствующую долю, обусловленнуюприсутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокарбонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидрокарбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обусловливающих потребление кислоты, необходимо учесть относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (V_ф) и метилоранжу (V_мо). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины V_ф и V_мо.

1. V_ф = 0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по метилоранжу может быть обусловлено только присутствием гидрокарбонатов.

2. V_ф ¹ 0, причем 2V_ф V_мо. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет V_он = 2V_ф – V_мо. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений:

V_OH = 2V_Ф – V_MO

5. V_Ф = V_мо. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено присутстви­емсильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.

Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных ко­личествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных водах.

Массовые концентрации анионов (не солей!) рассчитыва­ются на основе уравнений реакций потребления кислоты кар­бонатами (С_к) и гидрокарбонатами (С_гк) в мг/л по формулам:

где V_к и V_гк – объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование карбоната и гидрокарбонатасоответственно, мл;
Н – точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), г-экв/л; V_A – объем пробы воды, взятой для анализа, мл; 60 и 61 – эквивалентная масса карбонат- и гидрокарбонат-аниона соответственно, в соответствующих реакциях; 1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.

Результаты титрования по фенолфталеину и метилоранжу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, который чис­ленно равен количеству эквивалентов кислоты, израсходован­ной на титрование пробы объемом 1 л. При этом потребление кис­лоты при титровании по фенолфталеину характеризует свободную щелочность, а по метилоранжу – общую щелочность, которая измеряется в мг-экв/л. Показатель щелочности используется в Рос­сии, как правило, при исследовании сточных вод. В некоторых других странах (США, Канаде, Швеции и др.) щелочность опре­деляется при оценке качества природных вод и выражается мас­совой концентрацией в эквиваленте СаСО₃.

Следует иметь в виду, что при анализе сточных и загрязнен­ных природных вод получаемые результаты не всегда корректно отражают величины свободной и общей щелочности, т.к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутствовать соеди­нения некоторых других групп (см. «Щелочность и кислотность»).

Дата добавления: 2014-12-26 ; Просмотров: 1522 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Химическое обозначение: Mg

Синонимы: магнезия, магнезиум, австрий.

Описание: элемент 2 группы 3 периода с атомным номером 12. Лёгкий мягкий металл серебристого цвета с высокой химической активностью, ковкий.

Методы определения: потенциометрия, титрование, масс-спектрометрия, атомная абсорбция и эмиссия.

Методики, используемые в Испытательном центре МГУ для определения концентрации магния в природных средах

Распространённость: магний встречается в составе соединений: брусит, каинит, бишофит, карналлит. На этот элемент приходится 1,95 % массы земной коры, т.е. его концентрация достигает 19,5 кг на тонну. Магний относится к биогенным элементам и наряду с кальцием широко распространён. Содержание магния в воде обуславливает жёсткость воды.

В воде систем централизованного водоснабжения содержание магния не нормируется напрямую: в водопроводной воде нормируется параметр жёсткости. Магний, наряду с кальцием и стронцием, вносит вклад в показатель жёсткости: если предположить, что вся жёсткость водопроводной воды будет обусловлена только магнием, его максимально допустимая концентрация будет составлять 85,02 мг/л.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) магния в различных водных объектах

Бутилированная вода первой категории

Бутилированная вода высшей категории

Вода систем централизованного водоснабжения

Водные объекты рыбохозяйственного значения

Приказ Минсельхоза РФ № 552

Объекты рекреационного водопользования

Вода плавательных бассейнов

Постановление Правительства РФ № 644

Постановление Правительства РФ № 644

Суточная норма потребления магния находится в диапазоне 0,2–0,7 г и зависит от возраста и гендерной принадлежности. Большая потребность в элементе возникает у беременных и кормящих грудью женщин. В сочетании с сульфатами приобретает сильный слабительный эффект.

Магний участвует в:

• метаболизме углеводов;
• образовании сложных эфиров;
• продукции аминокислот;
• передаче нервных импульсов;
• усвоении и разрушении витаминов в крови;
• клеточном и обычном иммунитете.

При недостатке элемента наблюдаются:

• замедление проводимости нервных тканей;
• внезапная смерть младенцев;
• нарушение работы сердца;
• общий дефицит магния (гипомагниемия).

При избытке магния наблюдается:

• развитие дыхательной дисфункции (паралича);
• развитие симптома сердечной блокады;
• в присутствии сульфатов – раздражение желудочно-кишечного тракта.

Ионный обмен. При использовании ионообменных смол в воде происходит замена ионов магния на ионы натрия. Поскольку магний, как и кальций, играет выраженную физиологическую роль, убирать магний из воды полностью не нужно. Оптимальное значение жёсткости (именно по этому параметру часто настраивают ионообменные фильтры) составляет 1,5–2,5 мг-экв/л.

Обратный осмос. Вместе с другими веществами обратный осмос убирает из воды магний. Нецелесообразно использовать обратный осмос только для умягчения и при жёсткости воды более 7 мг-экв/л без предварительного умягчения.

Кипячение. Во время кипячения воды соли жёсткости, в состав которых входит магний, осаждаются на стенках сосуда, поэтому вода становится немного мягче, то есть содержит меньше магния, чем исходная вода.

Магний относится к элементам, которые обладают как отрицательным, так и положительным влиянием на организм человека. Поэтому необходимо контролировать содержание магния в питьевой воде и регулировать его содержание таким образом, чтобы концентрация находились в оптимальном диапазоне.

источник

Химический анализ природной и питьевой воды. Метод ионообменной хроматографии и титриметрический метод определения ионов кальция и магния. Особенности приготовления растворов. Устранение мешающего влияния катионов железа, марганца, цинка, меди и олова.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика определения ионов кальция и магния в природных водах (определение общей жесткости воды)

2. Приготовление растворов

3.1 Титриметрический метод

3.2 Метод ионообменной хроматографии

Химический анализ природной и питьевой воды показывает, что любая вода представляет собой не чистое вещество с формулой Н₂О, а смесь большого количества веществ.

Многочисленные анализы природных вод показали, что среди большого числа компонентов, растворенных в них, 90 % солесодержания составляют карбонаты, гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния и натрия. О.А. Алекиным предложена классификация природных вод по результатам их химического анализа. По преобладающему аниону воды делятся на три класса: карбонатные (гидрокарбонатные), хлоридные и сульфатные. По преобладающему катиону воды делятся на три группы: кальциевые, магниевые и натриевые.

В природных водах постоянно находятся ионы кальция и магния, обеспечивающие жесткость воды. Источник их поступления в воду — растворение гипса, известняков и доломитов, входящих в состав горных пород. В санитарно-гигиеническом отношении ионы кальция и магния не представляют большой опасности, но чрезмерная жесткость воды делает ее непригодной для бытовых целей, т.к. образующаяся накипь выводит из строя нагревательные элементы электрических систем нагрева воды. Оптимальная жесткость воды — до 7 мг-экв/л.

Для определения ионов кальция и магния используются два метода:

2. метод ионообменной хроматографии

1. Наиболее точный и распространенный метод определения общей жесткости — комплексометрический, основанный на образовании ионами Са 2+ и Mg 2+ прочных внутрикомплексных соединений с трилоном Б. В качестве индикатора при определении общей жесткости используется эриохром черный. В зависимости от общей жесткости концентрация рабочего раствора трилона Б и объем пробы воды могут быть различными.

Для определения кальция в природных водах преимущественно используются трилонометрический метод с индикатором мурексидом.

Содержание магния проводят расчетным методом, зная общую жесткость и содержание кальция.

2. Приготовление растворов

Раствор трилона Б с концентрацией 0,02 моль/дм 3 эквивалента.

Навеску 3,72г. трилона Б растворяют в 1 дм 3 дистиллированной воды. Точную концентрацию устанавливают по стандартному раствору хлорида цинка. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде, проверяют его концентрацию не реже 1 раза в месяц.

Раствор хлорида цинка с концентрацией 0,02 моль/ дм 3 эквивалента.

Отвешивают на технических весах около 0,35 г металлического цинка, смачивают его небольшим количеством концентрированной соляной кислоты и сейчас же промывают дистиллированной водой. Цинк сушат в сушильном шкафу при 105 течение 1ч, затем охлаждают и взвешивают на аналитических весах.

Навеску цинка помещают в мерную колбу вместимостью 500 см 3 , в которую предварительно вносят 10-15 см 3 дистиллированной воды и 1,5 см 3 концентрированной соляной кислоты. Цинк растворяют. После растворения цинка объём раствора доводят до метки на колбе дистиллированной водой. Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента раствора хлорида цинка C_Zn(1/2 ZnCl₂), моль/дм 3 , по формуле:

где m — навеска металлического цинка, г; 32,69 — молярная масса эквивалента Zn 2+ , г/моль; V — объём мерной колбы, см 3 .

Буферный раствор NH₄Cl +NH₄OH.

7,0 г хлорида аммония растворяют в мерной колбе вместимостью 500 см 3 в 100 см 3 дистиллированной воды и добавляют 75 см 3 концентрированного раствора аммиака. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Буферный раствор хранят в стеклянной или полиэтиленовой посуде не более 2 месяцев. Гидроксид натрия, 2 моль/дм 3 .

40 г гидроксида натрия растворяют в мерной колбе вместимостью 500 см 3 и раствор доводят до метки дистиллированной водой.

Индикатор эриохром черный Т.

Растереть в ступке 0,25 г эриохрома черного Т с 50 г хлорида натрия.

0,5 г мурексида растереть с 100 г хлорида натрия. Водный раствор лучше не готовить, т.к. мурексид нестоек в растворе.

Раствор сульфида натрия, 4%.

2 г сульфида натрия растворяют в 50 см 3 дистиллированной воды. Хранят в плотной закрытой полиэтиленовой посуде не более недели.

Раствор гидрохлорида гидроксиламина.

5 г гидрохлорида гидроксиламина растворяют в 100 см 3 дистиллированной воды. Хранят не более 2 месяцев.

Установление точной концентрации раствора трилона Б.

В коническую колбу вместимостью 250 см 3 вносят 10 см 3 раствора хлорида цинка, добавляют дистиллированной воды приблизительно до 100 см 3 , 5 см 3 буферного раствора и 10-15 мг индикатора эриохрома чёрного Т. Содержимое конической колбы тщательно перемешивают и титруют из бюретки раствором трилона Б до перехода окраски красной в голубую. Концентрацию раствора трилона Б рассчитывают по формуле:

3.1 Титриметрический метод

Определение ионов кальция и магния

Устранение мешающих ионов

Для устранения мешающего влияния катионов железа, цинка, меди и олова в пробу добавляют 0,5 мл раствора сульфида натрия.

Для устранения мешающего влияния марганца в пробу добавляют 0,5 мл солянокислого раствора гидроксиламина.

Перед выполнением анализа пробы воды с неизвестной величиной жёсткости проводят оценочное титрование. Для этого берут 10 см 3 воды, добавляют 0,5 см 3 буферного раствора, индикатор (эриохром чёрный Т) и титруют до перехода окраски из красной в голубую. По величине израсходованного трилона Б выбирают из таблицы 1 соответствующий объём пробы воды.

ионообменный хроматография вода магний

Таблица 1. Объём пробы воды, рекомендуемый для определения жёсткости по результатам оценочного титрования

Объём израсходованного раствора трилона Б, см 3

Рекомендуемый объём пробы, см 3

v Определение суммы кальция и магния

К пробе необходимого объёма (см. Оценочное титрование) 100 см 3 добавляют 5 см 3 буфера, индикатор (эриохром чёрный Т) на шпателе. Сразу же титруют при перемешивании до перехода окраски от винно-красной к синей.

К пробе необходимого объёма (см. Оценочное титрование) 100 см 3 добавляют 2 см 3 NaOH (2н) и индикатора (мурексид) на шпателе. Титруют до перехода окраски от красной в фиолетовую. Окраску раствора следует сравнивать с цветом перетитрованного раствора.

Содержание кальция высчитывают по формуле:

где Стр — молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм 3 ; V’ тр — объем трилона Б, пошедший на титрование с мурексидом, см 3 (см. Определение кальция); 20,04 — масса эквивалента Ca 2+ ; Vпробы — объем пробы, взятый для анализа, см 3 .

Содержание магния высчитывают по формуле:

где Стр — молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм 3 ; V тр — объем трилона Б, пошедший на титрование с эриохромом черным Т, см 3 (см. Определение суммы кальция и магния); V’тр — объем трилона Б, пошедший на титрование с мурексидом, см 3 (см. Определение кальция); 12,15- масса эквивалента Mg 2+ ; Vпробы- объем пробы, взятый для анализа, см 3 .

v Определение общей жесткости воды

Общую жесткость находят по формуле:

где С_тр — молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм 3 ; Vтр — объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы, см 3 ; Vпробы — объем пробы, взятый для анализа, см 3 .

Метод добавок. Для определения данным методом в пробу вводят добавку, равную 50-150% (желательно 100%) жёсткости воды (см. Определение общей жёсткости воды) ГСО 8206-2002.

Затем высчитывают общую жесткость воды с добавкой.

a. Результаты измерений, полученных в условиях воспроизводимости для пробы 1.

Проба 1: оз. Среднее, с. Озёрное, 85 км от берега, дата: 1.10.13, время: 16.55, t = +3.

Установлена точная концентрация трилона Б: С_{трилона} = 0,002226 (моль/дм 3 ). При выполнении оценочного титрования объем необходимой пробы соответствует 100 (мл).

источник

Настоящий нормативный документ устанавливает пламенный атомно-абсорбционный метод определения массовых концентраций магния, кальция и стронция в питьевых, природных и сточных водах. Диапазоны определяемых концентраций указаны в таблице 1.

Мешающее влияние со стороны сопутствующих элементов: алюминия, кремния, титана, цинка, щелочных металлов, серной кислоты, фосфорной кислоты в воздушно-ацетиленовом пламени устраняют введением в анализируемые растворы хлорида лантана.

Блок-схема анализа приведена в Приложении 1.

Диапазоны определяемых концентраций

Диапазоны определяемых концентраций, мг/дм 3

Питьевая и природная вода

При соответствующем дальнейшем разбавлении возможен анализ проб с более высокими содержаниями кальция, магния и стронция.

Метод основан на измерении резонансного поглощения света свободными атомами магния, кальция или стронция при прохождении света через атомный пар исследуемого образца, образующийся в пламени.

Настоящая методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностями, не превышающими значений, приведенных в табл. 2.

3.1.1. Атомно-абсорбционный спектрометр с пламенным атомизатором.

3.1.2. Лампы с полым катодом на кальций, магний, стронций.

3.1.4. Государственные стандартные образцы (ГСО) состава водных растворов магния, кальция и стронция с относительной погрешностью аттестованных значений массовых концентраций не более 1 % при Р = 0,95.

3.1.5. Бидистиллятор стеклянный БС ТУ 25-11.1592 или установка для получения деионизированной воды (степень чистоты 2 по ГОСТ Р 52501).

3.1.6. Плитка электрическая по ГОСТ 14919 или баня песчаная, или микроволновая печь с закрытыми стаканами, например, MDS-2000 (СЕМ) или Mars 5 (СЕМ).

Примечание : Допускается использовать средства измерений и вспомогательное оборудование с метрологическими и техническими характеристиками не хуже, чем у вышеуказанных

Диапазон измеряемых концентраций, относительные показатели точности, правильности, повторяемости и воспроизводимости методики при доверительной вероятности Р = 0,95

Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемости), s _r( d ), %

Показатель воспроизводимости (относительное среднеквадратическое отклонение воспроизводимости) s _R( d ), %

Показатель правильности (границы относительной систематической погрешности при вероятности Р = 0,95) ± d _c, %

Показатель точности (границы, в которых находится погрешность методики при Р = 0,95), ± d , %

3.2.1. Колбы мерные вместимостью 25, 50, 100, 1000 см 3 , по ГОСТ 1770, 2 класс точности.

3.2.2. Пипетки градуированные вместимостью 1, 2, 5, 10 см 3 , по ГОСТ 29227 или с одной меткой по ГОСТ 29169.

3.2.3. Цилиндры мерные наливные вместимостью 50, 100, 1000 см 3 , по ГОСТ 1770, 2 класс точности.

3.2.4. Стаканы химические термостойкие из боросиликатного стекла вместимостью 50, 100, 1000 см 3 , по ГОСТ 25336.

3.2.5. Полиэтиленовые емкости или емкости из боросиликатного стекла для хранения проб вместимостью 500 см 3 .

3.3.1. Фильтры мембранные с диаметром пор 0,45 мкм (тип МФА-МА по ТУ 6-05-1903) или 5 мкм, или аналогичные.

3.3.3. Ацетилен растворенный газообразный по ГОСТ 5457.

3.3.4. Фильтры обеззоленные «белая лента» по ТУ 6-09-1678.

3.3.5. Бумага индикаторная универсальная по ТУ 6-09-1181.

3.4.1. Лантан хлористый семиводный, LaCl ₃ × 7H ₂ O, х.ч., ТУ 6-09-4773.

3.4.2. Кислота соляная, конц. (d = 1,18 г/см 3 ), НСl, о.с.ч., ГОСТ 3118, или фиксаналы соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм 3 .

3.4.3. Кислота азотная, конц. (d = 1,42 г/см 3 ), HNO ₃ , о.с.ч., ГОСТ 4461.

3.4.4. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 или вода для лабораторного анализа по ГОСТ Р 52501 (степень чистоты 2).

3.4.5. Перекись водорода 30 %, ос.ч., ТУ 2611-003-57856778.

4.1. При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007.

4.2. При работе с оборудованием необходимо соблюдать правила электробезопасности по ГОСТ 12.1.019.

4.3. Обучение работающих безопасности труда должно быть организовано в соответствии с ГОСТ 12.0.004.

4.4. Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.

К выполнению измерений и обработке их результатов допускают лиц, имеющих высшее инженерно-химическое образование, владеющих методом атомно-абсорбционного анализа, знающих принцип действия, конструкцию и правила эксплуатации данного оборудования.

К выполнению работ по пробоподготовке допускают лиц, имеющих среднее специальное химическое образование, обученных методике подготовки проб.

При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:

относительная влажность воздуха

7.1. Отбор проб воды осуществляют в соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ Р 51593-2000 «Отбор проб. Питьевая вода».

7.2. Пробы отбирают в емкости из полиэтилена или боросиликатного стекла. Требуемый объем пробы не менее 0,2 дм 3 .

7.3. При определении растворенных кальция, магния и стронция пробы воды фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм и подкисляют азотной кислотой до рН

7.4. При определении общего содержания кальция, магния и стронция нефильтрованные пробы воды подкисляют концентрированной азотной кислотой до рН 3 кислоты на 1 дм 3 пробы). Срок хранения проб 1 месяц.

7.5. Срок хранения проб без консервации 2 суток.

7.6. При отборе проб составляется сопроводительный документ по утвержденной форме, в котором указывается:

— цель анализа, предполагаемые загрязнители;

— должность, фамилия отбирающего пробу, дата.

Подготовку спектрометра к работе проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Рекомендуемая длина волны для измерения кальция — 422,7 нм; для магния — 285,2 нм; для стронция — 460,7 нм.

Примечание : Условия определения элементов (длина волны, ширина щели, расход газов, скорость распыления раствора и др.) могут варьироваться в зависимости от модели спектрометра и версии используемого программного обеспечения.

8.2.1. Приготовление 1 % (v/v) раствора азотной кислоты

В мерную колбу вместимостью 1 дм 3 наливают 700 — 800 см 3 дистиллированной воды и осторожно приливают к ней 10 см 3 концентрированной азотной кислоты, отмеренные цилиндром. Объем раствора доводят до метки водой и перемешивают.

Срок хранения раствора 3 месяца при комнатной температуре.

0,1 моль/дм 3 раствора соляной кислоты

В мерную колбу вместимостью 1 дм 3 наливают 700 — 800 см 3 дистиллированной воды и осторожно приливают к ней 8 см 3 концентрированной соляной кислоты, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

При использовании фиксаналов соляной кислоты в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 наливают 700 — 800 см 3 дистиллированной воды и в колбу количественно переносят содержимое ампулы, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Срок хранения раствора 3 месяца.

8.2.3. Приготовление спектроскопического буферного раствора

250 г хлористого лантана растворяют в 500 — 600 см 3 0,1 моль/дм 3 раствора НСl, переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 , доводят до метки 0,1 моль/дм 3 раствором НСl.

В закрытом стеклянном сосуде раствор устойчив в течение 3 месяцев.

8.2.4. Приготовление градуировочных растворов кальция

10 см 3 стандартного раствора кальция ГСО (С = 1 мг/см 3 ) с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 . Доводят до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты и перемешивают. Полученный основной градуировочный раствор содержит 0,1 мг/см 3 кальция. Срок хранения раствора 2 месяца при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

10 см 3 основного градуировочного раствора с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 и доводят объем до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты (промежуточный раствор). Концентрация кальция в полученном растворе 10 мг/дм 3 . Срок хранения раствора 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

Градуировочные растворы кальция готовят в соответствии с таблицами 3 и 4, добавляя в мерные колбы по 5 см 3 раствора соли лантана перед доведением объема до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты. Срок хранения растворов 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

8.2.5. Приготовление градуировочных растворов магния

10 см 3 стандартного раствора магния ГСО (С = 1 мг/см 3 ) с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 . Доводят объем до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты и перемешивают. Полученный основной градуировочный раствор содержит 0,1 мг/см 3 магния. Срок хранения раствора 2 месяца при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

10 см 3 основного градуировочного раствора с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 и доводят объем до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты (промежуточный раствор). Концентрация магния в полученном растворе 10 мг/дм 3 . Срок хранения раствора 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

Градуировочные растворы магния готовят в соответствии с таблицами 5 и 6, добавляя в мерные колбы по 5 см 3 раствора соли лантана перед доведением объема до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты. Срок хранения растворов 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

8.2.6. Приготовление градуировочных растворов стронция

10 см 3 стандартного раствора стронция ГСО (С = 1 мг/см 3 ) с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 . Доводят объем до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты и перемешивают. Полученный основной градуировочный раствор содержит 0,1 мг/см 3 стронция. Срок хранения раствора 2 месяца при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

10 см 3 основного градуировочного раствора с помощью пипетки переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 и доводят объем до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты (промежуточный раствор). Концентрация стронция в полученном растворе 10 мг/дм 3 . Срок хранения раствора 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

Градуировочные растворы стронция готовят в соответствии с таблицей 7, добавляя в мерные колбы по 0,5 см 3 раствора соли лантана перед доведением объема до метки 1 % (v/v) раствором азотной кислоты. Срок хранения растворов 1 месяц при температуре 2 — 10 °С или 14 суток при комнатной температуре.

Распыляют градуировочные растворы в пламени горелки и регистрируют поглощение каждого элемента при требуемой длине волны.

Оптическую плотность градуировочных растворов измеряют в порядке возрастания массовой концентрации определяемого элемента.

Градуировочную характеристику, выражающую зависимость показаний прибора от количества определяемого элемента (мг/дм 3 ), устанавливают по среднеарифметическим результатам трех измерений для каждой точки за вычетом среднеарифметического результата трех измерений холостой пробы. Для установления градуировочной характеристики используют не менее 5 точек. Холостой пробой является 1 % раствор азотной кислоты, к которому добавляют такое же количество спектроскопического буфера, как и в градуировочные растворы.

Через каждые десять проб повторяют измерение одного из градуировочных растворов. Если измеренная концентрация этого градуировочного раствора отличается от истинной более, чем на 8 %, градуировку повторяют полностью.

Приготовление шкалы градуировочных растворов кальция
(используется при анализе проб питьевых, природных и сточных вод)

Объем основного раствора кальция (100 мг/дм 3 ), см 3

Объем промежуточного раствора кальция, (10 мг/дм 3 ), см 3

Концентрация градуировочного раствора кальция, мг/дм 3

Приготовление шкалы градуировочных растворов кальция
(используется при анализе проб дистиллированной или деионизированной воды)

Объем промежуточного раствора кальция, (10 мг/дм 3 ), см 3

Концентрация градуировочного раствора кальция, мг/дм 3

Приготовление шкалы градуировочных растворов магния
(используется при анализе проб питьевых, природных и сточных вод)

Объем промежуточного раствора магния, (10 мг/дм 3 ), см 3

Объем раствора магния с концентрацией 1 мг/дм 3 , см 3

Концентрация градуировочного раствора магния, мг/дм 3

Приготовление шкалы градуировочных растворов магния
(используется при анализе проб дистиллированной или деионизированной воды)

Объем промежуточного раствора магния, (10 мг/дм 3 ), см 3

Объем раствора магния с концентрацией 1 мг/дм 3 , см 3

Концентрация градуировочного раствора магния, мг/дм 3

Приготовление шкалы градуировочных растворов стронция

Объем промежуточного раствора стронция, (10 мг/дм 3 ), см 3

Концентрация градуировочного раствора стронция, мг/дм 3

При определении растворенных металлов пробу воды фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Фильтрат подкисляют концентрированной азотной кислотой до рН = 2 — 3. К 50 см 3 фильтрата добавляют 2,5 см 3 конц. азотной кислоты и в полученном растворе определяют содержание металлов.

При определении взвешенных (суспендированных) форм металлов хорошо перемешанную пробу воды определенного объема фильтруют через обеззоленный фильтр. Осадок с фильтром подвергают озолению конц. азотной кислотой при нагревании на электроплитке с закрытой спиралью, либо на песчаной бане, или в микроволновой печи. Полученный раствор фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм, количественно переносят в мерную колбу, доводят объем до метки дистиллированной водой и в нем определяют содержание элементов. Концентрацию взвешенных (суспендированных) форм элементов рассчитывают с учетом объема взятой для анализа пробы воды.

При определении кислото-экстрагируемых металлов хорошо перемешанную пробу воды подкисляют азотной кислотой до рН = 2 — 3, нагревают на водяной бане или электроплитке, охлаждают, фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм. Объем полученного раствора доводят до первоначального объема пробы воды и в полученном растворе определяют содержание металлов.

При определении общего содержания металлов нефильтрованную хорошо перемешанную пробу воды подвергают кислотному озолению на электроплитке, песчаной бане или в микроволновой печи (МВП).

Примечание 1: При анализе сточных вод предпочтительно проводить минерализацию в микроволновой печи.

При использовании электроплитки, песчаной или водяной бани к 50 см 3 тщательно гомогенизированной пробы анализируемой воды добавляют 2,5 см 3 концентрированной азотной кислоты и нагревают, не доводя до кипения, до образования влажных солей. Если проба содержит значительное количество органических веществ, например, проба сточной воды, в процессе нагрева добавляют 1 — 3 см 3 перекиси водорода до получения прозрачного раствора. Объем полученного раствора доводят до первоначального объема пробы воды дистиллированной водой. Полученные растворы в зависимости от дисперсности и размеров частиц осадка фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 или 5,00 мкм или через фильтр «белая лента» и в полученном растворе определяют содержание металлов.

При использовании микроволновой печи к 50 см 3 тщательно гомогенизированной пробы воды в стакане, предназначенном для микроволновой печи, приливают 2,5 см 3 концентрированной азотной кислоты, выдерживают 15 — 30 мин. Подготовленные стаканы ставят в турель микроволновой печи и проводят разложение по подобранному лабораторией режиму.

По окончании разложения пробы воды охлаждают в закрытых стаканах для микроволновой печи, затем открывают стаканы и фильтруют полученные растворы через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 или 5,00 мкм (в зависимости от дисперсности и размера частиц осадка) или через фильтр «белая лента».

Независимо от способа минерализации предварительно проводится холостой опыт для каждого типа используемых фильтров.

При необходимости подготовленные пробы анализируемой воды разбавляют таким образом, чтобы величина измеряемого сигнала абсорбции попадала в диапазон построенного для каждого элемента градуировочного графика. Например, при необходимости разбавления пробы в 5 раз в мерную колбу вместимостью 50 см 3 вносят 10 см 3 пробы, 5 см 3 раствора хлорида лантана при определении кальция и магния, или 0,5 см 3 при определении стронция, доводят объем до метки дистиллированной водой. Можно использовать меньшие объемы, например: в мерную колбу вместимостью 10 см 3 вносят 2 см 3 пробы, 1 см 3 спектроскопического буфера при определении кальция и магния, или 0,1 см 3 при определении стронция, доводят объем до метки дистиллированной водой. При разбавлении пробы более чем в 5 раз для доведения объема используют 1 % (v/v) раствор азотной кислоты.

Примечание 2: Для разбавления проб возможно использовать программируемый автоматический разбавитель.

Перед проведением серии анализов контролируются чистота посуды и качество используемых реактивов путем предварительного анализа холостого опыта.

При обработке результатов измерений содержания кальция, магния и стронция в анализируемой воде следует учитывать разбавление пробы. Содержание металла в пробе рассчитывают по формуле:

А — содержание металла в анализируемой пробе воды, найденное по градуировочному графику или рассчитанное с использованием градуировочных коэффициентов, мг/дм 3 ;

V ₁ — объем колбы, в которой проводили разбавление, см 3 ;

V — объем пробы анализируемой воды, см 3 .

Результаты анализа в протоколе представляют в виде:

Значения d (показатель точности) приведены в табл. 2

12.1. При необходимости проверку приемлемости результатов измерений, полученных в условиях повторяемости (сходимости), осуществляют в соответствии с требованиями раздела 5.2. ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002. Расхождение между результатами измерений не должно превышать предела повторяемости (r). Значения r приведены в таблице 8.

12.2. При необходимости проверку приемлемости результатов измерений, полученных в условиях воспроизводимости, проводят с учетом требований раздела 5.3 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002. Расхождение между результатами измерений, полученными двумя лабораториями, не должно превышать предела воспроизводимости (R). Значения R приведены в таблице 8.

Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает:

— контроль стабильности результатов измерений путем контроля стабильности среднеквадратического отклонения повторяемости, промежуточной прецизионности и погрешности;

— контроль исполнителем процедуры выполнения измерений путем оценки погрешности при реализации отдельно взятой контрольной процедуры.

Периодичность контроля исполнителем процедуры выполнения измерений и алгоритмы контрольных процедур (с использованием метода добавок, с использованием образцов для контроля и т.п.), а также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов измерений регламентируют во внутренних документах лаборатории.

Диапазон измеряемых массовых концентраций и пределы повторяемости и воспроизводимости результатов измерений при доверительной вероятности Р = 0,95

(относительное значение допускаемого расхождения между двумя параллельными результатами измерений), r, %

(относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, %

источник

Методики, рекомендации, справочники

Магний и кальций являются основными или побочными составными частями многочисленных природных или искусственных продуктов. Классические методы анализа этих двух катионов требуют больших затрат «времени, тогда как комплексонометрическое титрование предоставляет исследователю возможность изящного определения обоих металлов, что сильно способствовало быстрому внедрению этого метода в аналитическую практику.

Нам кажется целесообразным обсуждать одновременно оба металла, так как почти всегда они присутствуют вместе, и поэтому важно знать поведение смеси Са и Mg, даже если требуется определить лишь один из этих элементов.

Анализ биологических жидкостей, благодаря его большому практическому значению, рассматривается в отдельном разделе. Приведенные литературные ссылки представляют собой лишь часть всех относящихся к данной теме публикаций, что кажется нам совершенно справедливым, так как большинство работ, с точки зрения собственно комплексонометрического титрования, не содержит ничего нового.

Цитируемые работы все же дают полное представление о существующих возможностях метода и об еще не разрешенных проблемах.

Определение Mg с помощью ЭДТА было уже давно описано Шварценбахом с сотр. [48(5), 48(7)]. Примененный ими индикатор эриохром черный Т является одним из наиболее часто применяемых в настоящее время. Выполнение титрования в микромасштабе [52(22)] и даже определение микрограммовых количеств [52(37), 57(134)] не вызывает затруднений. Были обстоятельно изучены вопросы точности комплексонометрических определений [60(33)] и стехиометрии титрования [60(129)].

Устойчивость комплексов ЭДТА и индикатора с Mg довольно высока, чтобы можно было проводить титрование с достаточной точностью; изменение окраски в точке эквивалентности (из винно-красной в синюю) несколько менее четкое, чем при других комплексонометрических титрованиях. Следует титровать до полного исчезновения красного оттенка, распознать которое, однако, нетрудно. Реакция в точке эквивалентности протекает несколько замедленно, поэтому раствор следует немного подогревать.

Эриохром черный Т и многие аналогичные красители блокируются следами тяжелых металлов, прежде всего меди, которые, однако, нетрудно удалить, применяя соответствующие маскирующие вещества. Цианид калия устраняет помехи со стороны Си, Ni, Со, Fe и т. д. Такую же функцию выполняют Na2S (при этом примеси тяжелых металлов осаждаются в виде сульфидов) и Мn — титровании Mg в присутствии большого количества Mn см. [61 (81)]. Алюминий можно замаскировать с помощью триэтанол-амина, причем следует проводить титрование при 5° С [55 (84)], так как в противном случае возможен переход Al из комплекса с маскирующим веществом в комплекс с индикатором.

Помехи, вызванные присутствием следов тяжелых металлов, часто можно устранить путем использования метода обратного титрования. При этом мешающие примеси связываются в комплекс с ЭДТА и реагируют с индикатором лишь медленно или совсем не реагируют; таким образом, обратное титрование может быть за-, кончено до того, как наступит блокирование индикатора. Если, например, проводят обратное титрование раствором Zn, то содержание Си до 20 мг в литре раствора не оказывает вредного влияния. На том же принципе построен предложенный Ганом [58 (76),60(124)] метод защитного титрования, основанный на относительном, отсутствии помех и заключающийся в том, что известное количество титрованного раствора ЭДТА титруют анализируемым раствором.

Кроме эриохрома черного Т, применяют большое число других индикаторов, например алюминон [61 (2)], позволяющий проводить последовательное титрование смеси Fe—Аl—Са—Mg, лаковый алый С [57 (109)], красители ряда кислотного хрома синего [58 (68)], хромоксан зеленый [58 (89)], пирокатехиновый фиолетовый [56 (41)], арсеназо I [62 (90)]. Дил и др., с одной стороны [60 (36)], и группа исследователей во главе с Белчером, с другой [57 (43)], исследовали большое число красителей с точки зрения их пригодности в качестве индикаторов. В последнее время большим успехом пользуется калмагит [60 (134)]; по устойчивости комплексов с металлами и по изменению окраски он практически идентичен эриохрому черному Т, но его раствор более устойчив.

Индикация конечной точки титрования с помощью инструментальных методов включает преимущественно фотометрическое титрование, которое выполняют либо с самоиндикацией в УФ-области [54 (14)], либо с эриохромом черным Т [53 (45), 54 (69), 55 (12)], либо с другими индикаторами, например с хромазуролом S [57 (102)] или калмагитом [61 (50)]. При определении Mg и при последовательном титровании смесей Ni—Mg, Zn—Mg или Bi—Mg применяют также потенциометрическое титрование с ртутным катодом или амперометрическое титрование [62 (33)]. Ниже -будут описаны также кондуктометрические [57 (34)] и термометрические [57 (97), 63 (67)] определения.

Мешающее влияние Mg на титрование других металлов проявляется только в щелочной среде, так что его присутствие едва ли составляет проблему при определении других металлов с тех пор, как стало возможным проводить титрование в кислом растворе. Маскировать Mg можно осаждением его в виде гидроокиси в сильнощелочном растворе (едкий натр) или с помощью фторид-ионов [54 (74)].

Титрованием Mg в присутствии фосфат-ионов занимался Колье [55(58), 54(25)], который советует удалять большие количества этих ионов экстракцией. Иониты также являются хорошим средством для удаления фосфат-ионов. Часто бывает достаточно сильного разбавления анализируемого раствора, для того чтобы замедлить образование MgNFLjPO.>, так как это соединение легко образует пересыщенные растворы. Кроме того, определять Mg в присутствии фосфат-ионов можно путем обратного титрования. О титровании Mg в присутствии Са будет сказано ниже. Здесь же можно отметить возможность отделения Са в виде молибдата [56 (58)] и титрования Mg в фильтрате, если требуется определение одного только Mg-.

Магний можно определять комплексонометрически в фармацевтических препаратах [53(12)], в алюминиевых сплавах [53(47),57 (94), 57 (102)], в сплаве электрон [61 (64)], в чугуне и литейном чугуне [53(44), 56(7)], в титане [58(69)], сульфате никеля [52(3)],порохах [56 (93)], в почве и растительных материалах [51 (7)], горных породах [58(89)*[у минералах [54(36)] и урановых шлаках [60(69)].

Кальций является одним из первых металлов, для которых был описан метод комплексонометрического титрования [48 (7)]. Титрование можно проводить в сильно разбавленных растворах, а также при наличии малых количеств Са [52 (22), 52 (37), 58 (134)]. Применяемый при этом индикатор мурексид был подробно изучен [49(4), 60(103)], и его часто употребляют в настоящее время. В сильнощелочной среде (рН=12) происходит изменение красной окраски мурексида в сине-фиолетовую, не столь резкое, как у многих других металлохромных индикаторов. Раствор мурексида устойчив в течение лишь нескольких часов, поэтому индикатор целесообразно вносить в твердом виде, растертым с 100 частями NaCl. Следует учитывать также окислительное или гидролитическое разложение мурексида в анализируемом растворе, в особенности при фотометрических титрованиях, когда разложение иногда становится заметным благодаря медленному уменьшению светопоглощения. Для улучшения распознаваемости точки эквивалентности были предложены смешанные и ндикаторы, например 0,2 г мурексида с 0,5 г нафтолового зеленого В, хорошо перемешанные с 100 г NaCl [51(14)].

В качестве индикаторов на Са было предложено много других веществ, которые, однако, не всегда превосходят мурексид. Приводим некоторые из них: калькой [57 (123)], CAL-Red [56 (26)],эриохром сине-черный SE (Эрио SE) [58 (36)], кислотный хром сине-черный [60 (96)] и другие [59(75), 62(146)]. Все эти вещества являются о, о’-азосоединениями, сходными с эриохромом черным Т.

Систематическое исследование индикаторных свойств таких веществ принадлежит Дилу и сотр. [60(36)]. Многочисленные соединения были изучены также Белчером и сотр. [57(43)]. Позднее в качестве индикаторов на Са были испытаны: лаковый алый С [57 (109)], омега хром сине-зеленый BL [59 (101)], фтклеинкомплек-сон [53(1), 56(54)], глиоксаль-бис-(2-оксианил) [55(46)], хромазу-рол S [55 (31)], Н-кислота [59 (147)], кислотный ализариновый черный SN [60 (155)] и пирогаллолкарбоновая кислота [56 (1)]. С алюминоном [61(2)] возможно последовательное титрование смеси Fe—Al—Са—Mg.

Упоминаемый ниже синтезированный Вестом [60(154)] кальцихром идентичен, по-видимому, гидрону, предложенному русскими авторами [60(108), 61(5)]. Для определения Са пригодны также метилтимоловый синий [58(34)] и пирокатехиновый фиолетовый [58(41)].

Кальцеин [56(72), 57(103)] можно применять и как цветной [62(150)], и как флуоресцентный индикатор (УФ-лучи). Флуоресце-инкомплексон за точкой эквивалентности имеет вызванную загрязнениями остаточную флуоресценцию [62 (149)], которая перекрывается при добавлении фенолфталеина (0,25 г фенолфталеина на 1 г индикатора) [61 (85)]. Аналогично обстоит дело с кальцеином (кальцеином W), для перекрывания остаточной флуоресценции которого был предложен акридин [62(151)]. Тимолфталексон тоже рекомендуется в качестве флуоресцентного индикатора на Са[61(34)]. Чтобы обеспечить распознавание точки эквивалентости без помех, Тофт с сотр. [63(74)] предложили простой прибор, который оправдал себя при титровании с кальцеином, а также сослужил хорошую службу при титровании с другими флуоресцентными индикаторами.

Практически все индикаторы на Са дают резкий переход окраски только при высоком значении рН раствора. Однако существуют некоторые индицирующие системы, функционирующие при рН -2 М. Кислые анализируемые растворы предварительно нейтрализуют едким натром. Затем к каждым 100 мл раствора приливают 2 мл буферного раствора, несколько капель эриохрома черного Т и титруют до перехода красной окраски в синюю.

С последней каплей раствора титранта должен исчезнуть красноватый оттенок индикатора. Так как реакции комплексообразования протекают не мгновенно, вблизи конечной точки титрование замедляют.

Замечания. Кривые, изображенные на рис. 32 и полученные комбинацией кривых, изображенных на рис. 4 и 23, показывают, что в процессе титрования следует довольно точно поддерживать значение рН = 10. Как слишком низкое, так и слишком высокое значение рН ухудшает распознаваемость точки эквивалентности. Поэтому кислые анализируемые растворы до прибавления буфер-

не вводить в раствор дополнительное количество ионов аммония. При правильном выборе условий титрования точка эквивалентности бывает настолько резкой, что можно титровать даже 0,001 М раствором ЭДТА.

Комплекс магния с ЭДТА, 0,1 М раствор.

Ход определения. Концентрация ионов кальция не должна превышать 10 -2 М. Если анализируемый раствор кислый, его нейтрализуют едким натром. К каждым 100 мл анализируемого раствора приливают 2 мл буферного раствора, 1 мл 0,1 М раствора MgY,2—4 капли эриохрома черного Т и титруют до перехода красной окраски в синюю. С последней каплей раствора титранта должен совершенно исчезнуть красноватый оттенок. Вблизи конечной точки титрование замедляют.

Замечания. Кривые, приведенные на рис. 33 и полученные комбинацией кривых, изображенных на рис. 5 и 24, показывают, как изменяется цвет эриохрома черного Т, если Са2+-ионы титруют без добавления комплексоната магния. При этом даже при рН = 11 не получается резкого перехода окраски, кроме того, в таком сильнощелочном растворе не получается чистого синего цвета, так как в этой области рН эриохром черный Т ведет себя как кислотно-основной индикатор [HF2- (синяя) —>F3

Кривые, изображенные на рис. 34, показывают улучшения, достигнутые в результате прибавления комплексоната магния. Так как комплексонат кальция устойчивее комплексоната магния, происходит вытеснение Mg и — как следствие — одновременное титрование Са и Mg (см. рис. 11).

Кривые, изображенные на рис. 34, получены комбинацией рис. 11 и 23. Они показывают, что добавление только 1% Mg уже значительно улучшает распознаваемость точки эквивалентности. При прибавлении 10% Mg получают практически максимальный возможный эффект. Дальнейшее прибавление MgY2-привело бы лишь к ненужному повышению ионной силы раствора и уменьшению скачка pMg. При правильном проведении титрования изменение окраски бывает настолько резким, что можно проводить микроопределения, используя даже 0,001 М раствор ЭДТА.

При фотометрической индикации точки эквивалентности результаты титрования заметно улучшаются.

ЭДТА, 0,01 М раствор. Калькой.

Едкое кали, 2 М раствор. Диэтиламин.

Ход определения. Концентрация кальция в титруемом растворе должна быть около 10 -2 М. Кислые растворы сначала нейтрализуют едким натром или едким кали. К каждым 100 мл нейтрализованного анализируемого раствора приливают 5—7 мл диэтиламина. Этого количества вполне достаточно для установления значения рН раствора около 12,5. Затем прибавляют индикатор калькой и титруют (тотчас, чтобы предотвратить выпадение осадка CaCO3) раствором ЭДТА до устойчивой чисто-синей окраски.

Замечания. Требуемое значение рН титруемого раствора можно установить также с помощью КОН или NaOH.

Некоторые наблюдатели отмечают, что точка эквивалентности при титровании с кальконом получается более резкой, если присутствует небольшое количество магния. В этом случае, если Mg в анализируемом растворе отсутствует, прибавляют 1—2 мл 0,1 М раствора соли магния. Затем медленно при сильном перемешивании подщелачивают раствор. Количество диэтиламина, указанное выше, достаточно для установления соответствующего рН в присутствии Mg. При титровании в присутствии Mg иногда после конечной точки раствор при стоянии вновь обесцвечивается; тогда следует прибавить еще 1—2 капли титрующего раствора ЭДТА, чтобы получить устойчивую синюю окраску. Поэтому, если в растворе присутствует магний, перед отсчетом по бюретке следует подождать около полминуты.

В качестве титранта вместо ЭДТА можно применять ГЭДТА, особенно тогда, когда определение Са проводят в присутствии большого количества Mg и для предотвращения выпадения Mg в осадок прибавляют винную кислоту.

источник

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

Факультет ________________ОЕНИПР________ _________________

Кафедра Фундаментальная и прикладная химия

По дисциплине Аналитическая химия

На тему: Определения катиона магния в воде

______Жмурко Ольга_____ _________Николаевна_______

____Петухова Елена_______ ____Алексеевн а___________

Аналитическая химия имеет огромное практическое значение в жизни современного общества, поскольку создает средства для химического анализа и обеспечивает его осуществление. Химический анализ является важным средством контроля производства и оценки качества продукции в целом ряде отраслей промышленного производства, таких как черная и цветная металлургия, машиностроение, производство чистых и сверхчистых материалов для радиоэлектронной промышленности, горнодобывающая промышленность, химическая нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, фармацевтическая и пищевая промышленности, геологическая служба и т.д. Без химического анализа невозможно решение проблем охраны окружающей среды, функционирование агропромышленного комплекса, проведение медицинской диагностики, развитие биотехнологии. Научной основой химического анализа является аналитическая химия, которая разрабатывает теоретические основы методов анализа или заимствует их у смежных областей химической и физической науки и приспосабливает к своим целям. Аналитическая химия определяет границы применимости методов, оценивает их метрологические характеристики, разрабатывает способы анализа различных объектов. Итак, аналитическая химия – это область научного знания, раздел химической науки, а аналитическая служба – это система обеспечения потребностей общества в химических анализах. Целью курсовой работы по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» является выбор способа определения катиона магния в воде в лабораторных и полевых условиях.

Формы нахождения магния в воде.

В поверхностные воды магний поступает в основном за счет процессов химического выветривания и растворения доломитов, мергелей и других минералов. Значительные количества магния могут поступать в водные объекты со сточными водами металлургических, силикатных, текстильных и других предприятий.

В речных водах содержание магния обычно колеблется от нескольких единиц до десятков миллиграммов в 1 дм 3 .

Содержание магния в поверхностных водах подвержено заметным колебаниям: как правило, максимальные концентрации наблюдаются в меженный период, минимальные — в период половодья.

ПДК_вр ионов Мg 2+ составляет 40 мг/дм 3 .

Методы определения магния в воде.

Для определения содержания магния в незагрязненных поверхностных и грунтовых природных водах, как и в большинстве речных вод, можно применять расчетный метод по разности результатов определения общей жесткости и концентрации катиона кальция. Для анализа загрязненных вод на содержание магния необходимо применять прямое определение магния.

Для определения магния в воде существует большое число методов. Сюда можно отнести различные химические и физико-химические методы. Среди рекомендуемых, комплексонометрический и атомно-абсорбционный методы определения магния, а также фотометрический метод определения магния в водной вытяжке при проведении агрохимического обследования с целью оценки обеспеченности растений элементами питания и контроля за солевым режимом грунтов. Предельные значения суммарной относительной погрешности результатов анализа при доверительной вероятности Р = 0,95составляют:

для комплексонометрического метода:

20 % -при определении кальция;

25 % — при определении магния;

для атомно-абсорбционного метода:

22 % — в диапазоне концентраций кальция до 500 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества до 30 % и до 1000 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества свыше 30 %;

10 % — свыше 500 млн -1 (мг/кг)для грунтов с массовой долей органического вещества до 30 % и свыше 1000 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества свыше 30 %;

30 % — в диапазоне концентрации магния до40 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества до 30 % и до 80 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества свыше 30 %;

21 % — свыше 40млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества до30 % и свыше 80 млн -1 (мг/кг) для грунтов с массовой долей органического вещества свыше 30 %.

Для фотометрического метода определения магния — 24 %.

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ

Сущность метода заключается в последовательном комплексонометрическом титровании в одной пробе ионов кальция при рН 12,5-13,0 и ионов магния при рН около 10,0 с использованием в качестве металлоиндикатора хрома кислотного темно-синего.

Весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г по ГОСТ 24104 и весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104.

Дозаторы или пипетки и бюретки для отмеривания 0,5; 2,0; 5,0; 20,0 и 50,0 см 3 раствора, исполнение 1 по ГОСТ20292.

Колбы мерные вместимостью 1000 см 3 , исполнение 1 по ГОСТ 1770.

Бюретка вместимостью 10 см 3 ,исполнение 1 по ГОСТ20292.

Стаканы химические или колбы конические вместимостью не менее 100 см 3 ,исполнение 1 по ГОСТ25336.

Мешалка магнитная лабораторная.

Кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная водой 1:4.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, раствор молярной концентрации с (NaOH) =2 моль/дм 3 (2 н.).

Гидроксиламина гидрохлорид по ГОСТ5456,раствор с массовой концентрацией 50 г/дм 3 .

Натрия N, N-диэтилдитиокарбамат по ГОСТ8864.

Магний сернокислый,стандарт- титр для приготовления раствора молярной концентрации с (1/2 MgSO₄)=0,1 моль/дм 3 (0,1н).

Хром кислотный темно-синий, металлоиндикатор.

Соль динатриевая этилендиамин- N, N, N’, N’-тетрауксусной кислоты2-водная (трилон Б) по ГОСТ10652 или стандарт-титр.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ18300,разбавленный водой 1:4.

Аммоний хлористый по ГОСТ 3773.

Аммиак водный,раствор с массовой долей 25 % по ГОСТ 3760.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Приготовление аммиачного буферного раствора

(20,0±0,1) г хлористого аммония помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см 3 и растворяют примерно в 500 см 3 воды, приливают 100 см 3 водного аммиака и доводят объем раствора до метки водой.

Раствор хранят не более 2мес.

Приготовление раствора индикатора

(0,50±0,01)г хрома кислотного темно-синего помещают в мерную колбу вместимостью 100 см 3 и растворяют в этиловом спирте, разбавленном 1:4 водой, доводя объем раствора до метки.

Раствор хранят в склянке из темного стекла не более 2 мес.

Приготовление раствора сернокислого магния молярной концентрации с (1/2 MgSO₄) = 0,1моль/дм 3 (0,1 н)

Готовят из стандарт-титра.Раствор хранят не более 1 года.

Приготовление раствора трилона Б молярной концентрации с (1/2 Na₂ЭДТА) =0,02 моль/дм 3 (0,02 н)

(3,72 ±0,01) г трилона Б помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см 3 и растворяют в воде, доводя объем раствора до метки. Точную концентрацию раствора трилона Б устанавливают титрованием по раствору сернокислого магния. Для этого 5 см 3 раствора сернокислого магния отбирают в химический стакан. Стакан помещают на магнитную мешалку и при перемешивании приливают 50 см 3 воды, 5 см 3 аммиачного буферного раствора, 5 капель раствора кислотного темно-синего хрома и титруют раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к синей. Титрование проводят три раза и для расчета точной концентрации используют среднее арифметическое результатов трех титрований.Точную концентрацию раствора трилона Б (с)в молях на дециметр кубический вычисляют по формуле

где 0,1 — молярная концентрация раствора сернокислого магния, моль/дм 3 ;

5 — объем раствора сернокислого магния, взятый для титрования, см 3 ;

V — объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см 3 .

Раствор хранят не более 3мес.

Допускается приготовление раствора трилона Б молярной концентрации с (1/2 Na₂ЭДТА) = 0,02 моль/дм 3 (0,02 н) путем разбавления раствора трилона Б, приготовленного из стандарт-титра.

Определение кальция и магния

20 см 3 фильтрата помещают в химический стакан или коническую колбу. Стакан или колбу помещают на магнитную мешалку и при перемешивании приливают 0,5 см 3 раствора гидроксиламина гидрохлорида с массовой концентрацией 50 г/дм 3 , 2 см 3 раствора гидроокиси натрия молярной концентрации с(NaOH) = 2 моль/дм 3 (2 н), добавляют несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия и 1-2 капли раствора кислотного темно-синего хрома. Кальций титруют раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к сиреневой и регистрируют расход титранта по бюретке. Затем нейтрализуют оттитрованный раствор соляной кислотой, разбавленной 1:4 водой, до перехода окраски от сиреневой к исходной розовой так, чтобы избыток кислоты не превышал 1-2 капель. После этого приливают 5 см 3 аммиачного буферного раствора и титруют магний раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к синей. По окончании титрования регистрируют расход титранта.

Таким же образом титруют контрольную пробу.

Массовую долю кальция в анализируемом грунте (X) в миллионных долях вычисляют по формуле

где V₁ — объем раствора трилона Б,израсходованный на титрование кальция в пробе вытяжки, см 3 ;

V— объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование кальция в контрольной пробе, см 3 ;

с- молярная концентрация раствора трилона Б, с(1/2 Na₂ЭДТА) моль/дм 3 ;

20 — молярная масса эквивалента кальция, г/моль;

V₂ — объем пробы вытяжки, взятый для титрования, см 3 ;

K -коэффициент пересчета в массовую долю кальция в грунте, равный: 5000 — при отношении грунта и воды 1:5 и 10 000 — при отношении грунта и воды 1:10.

Массовую долю магния в анализируемом грунте (X’)вмиллионных долях вычисляют по формуле

где -объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование магния в пробе вытяжки, см 3 ;

— объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование магния в контрольной пробе, см 3 ;

с -молярная концентрация раствора трилона Б, с (1/2 Na₂ЭДТА) моль/дм 3 ;

K -коэффициент пересчета в массовую долю магния в грунте, равный: 5000 — при отношении грунта к воде 1:5 и 10 000- при отношении грунта к воде 1:10.

V₂ — объем пробы вытяжки, взятый для титрования, см 3 ;

12,2-молярная масса эквивалента магния, г/моль. Результат анализа выражают в миллионных долях.

Допускаемые относительные отклонения при доверительной вероятности Р =0,95 результатов двух повторных анализов от их среднего арифметического при выборочном контроле составляют:

14 % — при определении кальция;

17,5 % — при определении магния.

АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ

Сущность метода заключается в измерении селективного поглощения свободными атомами кальция и магния резонансного излучения, испускаемого лампой с полым катодом, содержащим определяемый элемент. Для атомизации используют пламя состава ацетилен-воздух или пропан-бутан-воздух. Для предотвращения образования в пламени труднодиссоциируемых соединений кальция и магния с сопутствующими элементами в анализируемый раствор вводят избыток стронция.

Весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г и весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ24104.

источник