Вода – это источник жизни, но она может стать и причиной отравления или заболевания.
Кроме полезных минералов вода растворяет в себе вредные химические вещества, а также является благоприятной средой для обитания микроорганизмов.
Прежде, чем использовать воду в хозяйстве, нужно убедиться в ее безопасности.
Перед использованием воды в хозяйстве или на производстве необходимо произвести предварительную подготовку: из питьевой воды нужно удалить все вредные вещества и оставить питательные минералы, а для производства нужно понизить жесткость воды и содержание тяжелых металлов.
Чтобы узнать, какие именно вещества нужно удалить из воды производится химический и бактериологический анализ. На основании полученных результатов можно подобрать подходящее очистное оборудование.
Контроль эффективности работы фильтрации воды можно определить путем проведения повторного анализа. Сравнив результаты двух последних отборов проб можно судить о правильности выбора очистного оборудования.
Минерализация – это сумма всех растворенных веществ в воде. Этот параметр еще называют солесодержанием. Единицей измерения минерализации является миллиграмм на литр (мг/л.). Существуют нормы, определяющие пригодность воды для питья. Предельно-допустимый уровень минерализации для питьевой воды составляет 500 мг/л.
Для проведения анализа на уровень минерализации в воде необходимо произвести предварительную подготовку пробы. Она заключается в разложении органических веществ и выделения определяемых элементов, которые остаются в виде неорганических соединений. Выделяется два основных метода подготовки проб: сухой – нагревание в печи, мокрый – использование кислот-окислителей.
Одним из приборов для подготовки проб является СВЧ минерализатор. Его принцип действия: подготавливаемая проба и окислительные реагенты помещаются в стеклянный сосуд, плотно закрытый крышкой. Колба переносится в СВЧ минерализатор, и прибор включается в работу. При повышении температуры ускоряется процесс окисления, и все органические примеси разлагаются за короткий промежуток времени.
Проведение анализа воды осуществляется несколькими методами, каждый из которых предназначен для определения конкретного вещества или группы веществ.
Люминесценция и фотометрия – этот метод основан на явлении люминесценции, то есть свечении. Тестируемая вода подвергается действию ультрафиолета, и различные вещества проявляют свою реакцию: ответное свечение определенного цвета.
Для фиксации этой реакции применяются регистрирующие приборы. С помощью этого метода определяется содержание следующих примесей: нефтепродукты, нитриты, нитраты, фосфаты, анионные вещества, цианиды, формальдегидов и сероводород.
ИК-спектрометрия – это анализ воды для определения наличия нефтепродуктов и жиров. Принцип действия инфракрасного спектрометра – пропускание инфракрасного излучения через воду, что вызывает колебание молекул, распространяющееся неравномерно. По длинам волн определяется примесь того или иного вещества.
Полярография – это метод анализа воды для определения концентрации ионов кадмия, цинка, свинца, органических веществ. В его основе лежит движение ионов в результате электролитической диссоциации.
Масс-спектрометрия – это анализ структуры вещества на основании отношения массы вещества к заряду ионов. Этот метод позволяет определить изотопный состав молекул.
Потенциометрия – это метод анализа воды, позволяющий определить водородный показатель (рН) и наличие фторидов. Он основан на измерении электродвижущих сил.
Дозиметрия – это метод анализа воды, выявляющий радиоактивные примеси.
Электроосмос – это процесс движения жидкости через капилляры под воздействием электрического поля.
Цель физико-химического анализа воды – выявление состава растворенных веществ. Полученная информация дает возможность применить подходящее очистное сооружение, чтобы предотвратить отравление человека, загрязнение окружающей среды или нарушения технологического процесса.
Химический анализ воды применяется во многих сферах жизни: в быту – для получения чистой и полезной питьевой воды, в промышленности – для контроля очистных сооружений сточных вод, в промышленных технологических процессах – для получения конденсата с минимальным содержанием растворенных примесей.
Существует различное оборудование для проведения анализа воды: портативные приборы для бытового использования и высокоточное лабораторное оборудование, способное проводить анализы бытовой и промышленной воды.
Анализатор жидкости «ФЛЮОРАТ – 02 – 5М» выполняет функции флуориметра, фотометра, хемилюминоминометра. Этот прибор позволяет определять содержание в воде следующих веществ: алюминия, бериллия, бора, ванадия, марганца, меди, молибдена, взвешенных частиц, мышьяка, нефтепродуктов, никеля, нитрита, общего железа, общего хрома, олова, селена, фенолов, флуоресцеина, формальдегида, цианидов и цинка.
Технические характеристики аппарата:
- Время измерения – не более 16 с.
- Допустимая погрешность 0.02.
- Рабочий спектральный диапазон 200-900 мм.
- Температура окружающего воздуха 10-350С.
- Средний срок службы – не менее 5 лет.
- Габариты: 305х320х110 мм.
- Масса – 6,5 кг.
- Питание от электросети 220 В.
- Питание от батареи 12 В.
- Частота тока 50 Гц.
Цена прибора: 564 000 рублей.
Экотестер «СОЭКС» — это дозиметрический прибор для бытового пользования, позволяющий определить радиоактивные излучения гамма-частиц и бета-частиц. Этот прибор обладает второй функцией – определение содержания нитратов в воде и продуктах питания.
- диапазон измерения радиоактивности 3-100000 мкР/ч;
- диапазон измерения концентрации нитратов: 20-5000 мг./кг;
- время измерения: 10 сек;
- питание: 2 батареи аккумуляторы, заряжаемые от электросети 220 В. 10 часов непрерывной работы.
Спектрометр TRIDION™-9 GC-TMS способен производить анализ воды, воздуха и почвы. Это портативный анализатор, производящий качественный и количественный анализ воды (химический и биологический состав воды).
- размеры 380*390*229 мм;
- вес: 14,5 кг;
- рабочая температура: 5-400С;
- влажность: до 100%;
- электропитание: от литиевой батареи;
- ввод пробы: впрыск жидкости;
- предел обнаружения: от РРВ до РРМ для большинства веществ;
- запись данных: USB накопитель.
СВЧ-минерализатор «МИНОТАВР®-2» — прибор минерализации воды под воздействием микроволнового поля. Его назначение – разложение органических веществ в воде для проведения физико-химического анализа.
Цена прибора: 357 000 рублей.
Чтобы получить официальный документ о пригодности воды к использованию в хозяйстве или на производстве нужно обратиться в сертифицированную лабораторию.
Корректность анализов будет зависеть от соблюдения технологии отбора проб и возможностей оборудования. Гарантию на чистоту анализа можно получить только в лаборатории.
источник
Качество потребляемой человеком воды определяется с учетом ее свойств и состава. Данные показатели также определяют пригодность применения воды в тех или иных сферах жизнедеятельности. Нормативы (или стандарты) качества составляются с учетом требований заказчика и основных характеристик. Во многом содержание воды определяется с учетом источника ее происхождения (он может быть антропогенным либо естественным).
Чистая питьевая вода – залог здоровья человека и его отличного самочувствия. Чтобы понять, является она такой или нет, обращайтесь в специализированные инстанции, которые проводят анализ качества жидкости и ее соответствия нормативным стандартам, принятым на сегодняшний день. При выполнении анализа учитываются бактериологические, химические и физические показатели.
Проводить химический анализ по закону обязаны различные организации и предприятия при выполнении определенных работ – например, возведении моста через реку. Обязаны соблюдать требования к химсоставу предприятия, которые осуществляют выпуск бутилированной воды. Частные лица заказывают проведение анализа для:
- оценки качества питьевой воды из водопровода, скважин, родников;
- подтверждения качества бутилированной воды;
- подбора фильтра для воды, оценки его эффективности;
- контроля качества воды в бассейнах;
- оценки качества жидкости, используемой для полива растений;
- контроля среды в аквариуме;
- пр.
- щелочность;
- жесткость;
- содержание ионов;
- водородный фактор;
- минерализация.
Бактериологические параметры жидкости:
- степень загрязненности источника кишечной палочкой;
- наличие радиоактивных, токсичных элементов;
- бактериальная зараженность.
Рассмотрим данные характеристики подробнее.
Цветность – показатель, который всегда должен учитываться при анализе воды. Он обуславливает присутствие железа и включений других металлов в виде коррозионных продуктов. Цветность является косвенной характеристикой присутствия в жидкости растворенной органики, зависит от загрязненности источника стоками промышленной категории, определяется путем сравнения образцов с эталонными. Максимально допустимый показатель составляет 20°.
Мутность зависит от наличия мелкодисперсных взвесей нерастворенных частиц. Выражается она в:
- наличии осадка;
- взвешенных, грубодисперсных примесях, определяемых в ходе фильтрации;
- степени прозрачности.
Можно определять мутность фотометрическим путем – то есть по качеству проходящего через толщу жидкости светового луча.
Запах зависит от присутствия в воде пахнущих веществ, которые попадают в нее из стоков. Практически все органические жидкие вещества передают воде специфический аромат растворенных в ней газов, органики, минеральных солей. Запахи делятся на природные (гнилостные, болотные, серные) и искусственные (фенольные, нефтяные, пр.).
Вкус воды может быть соленым, кислым, сладким или горьким, все остальные «нотки» относятся уже к привкусам – например, хлорные, аммиачные, металлические, сладковатые, пр. Оценка привкуса и запаха производится по пятибалльной шкале.
Химические показатели, степень загрязненности зависят от глубины забора водных масс, просачивания в стоки различных веществ (отбросы предприятий, свалки, выгребные ямы и т.д.). Анализ проводить нужно обязательно, поскольку загрязнению подвергаются даже артезианские скважины с низким давлением, а что уже говорить о колодцах.
Жесткость характеризуется наличием в жидкости элементов кальция и магния, которые со временем превращаются в нерастворимые соли. Итог – образование накипи, отложений на внутренних поверхностях емкостей, котлов, рабочих узлах бытовой техники.
Сухой осадок указывает на степень концентрации органических элементов, а также растворенных неорганических солей. Его высокое содержание приводит к нарушению солевого баланса организма человека.
Водородный фактор рН характеризуется щелочным и кислотным фоном жидкости. Изменение фактора указывает на нарушения в технологиях водоподготовки. Норма – 6-9 единиц.
Некоторые компоненты ухудшают пищевые качества воды, а также являются потенциально опасными для здоровья человека. Рассмотрим основные:
- Железо в составе сульфатов, гидрокарбонатов, органических соединений, хлоридов. Может оно присутствовать и в виде высокодисперсных взвесей, придающих жидкости коричневый с красным оттенком цвет, снижающий вкусовые качества. Из-за высокой концентрации железа в воде начинают развиваться железобактерии, образуются засоры труб. Максимально допустимая концентрация железа по нормам составляет 0,3 мг/л.
- Марганец – главная причина генетических мутаций. Элемент оказывает негативное влияние на вкусовые характеристики жидкости, после стирки на белье появляются характерные пятна и разводы, на сантехнике образуется осадок. Максимальная концентрация согласно нормативам – 0,1 мг/л.
- Катионы марганца и кальция повышают жесткость воды. Для измерения их содержания обычно используется такой показатель как мг-экв/л. Пороговые значения находятся на отметке 3-3.5 мг-экв/л, при более высоком содержании катионов накапливается осадок на сантехническом оборудовании, нагревательных элементах бытовых приборов. Для здоровья человека жесткая вода очень вредна.
- Перманганатная окисляемость указывает на количественное содержание кислорода к концентрации иона перманганата, который принимает участие в процессах окисления воды. Предельно допустимое значение составляет 5 мг О2/л. При высоких показателях перманганатной окисляемости страдают почки и печень, репродуктивная функция, иммунная, нервная системы человека. Не рекомендуют употреблять воду без обработки при значении перманганатной окисляемости выше 2 мг О2/л.
- Сульфиды – благодаря им жидкость приобретает посторонние неприятные ароматы, а трубы начинают ржаветь. Именно сульфиды являются токсичными компонентами, вызывающими кожные аллергические реакции.
- Фториды – их концентрация не должна составлять более 1,5 мг/л. Обратите внимание, что полностью лишенная фтора вода также не полезна.
Перечисленные компоненты к сильно токсичным не относятся и отравлений не вызывают, но их постоянное употребление в пищу (даже в малых дозах) наносит непоправимый вред здоровью и приводит к хронической интоксикации.
Определение токсичных соединений, содержащихся в сравнительно небольших количествах, становится с каждым годом все более сложным и затратным. Определенные вещества в воде присутствовать могут, но строго в установленных количествах. Важно контролировать как структурный состав жидкости, так и ее функциональные интегральные характеристики.
Метрологические приборы позволяют определять только основные химические показатели, для проверки бактериального состава образцы отправляются в лаборатории. В зависимости от глубины проверки данных, анализы делятся на полные химические, сокращенные, направленные на определение некоторых составляющих. В большинстве случаев сокращенного анализа достаточно, но в целях определения полного набора компонентов требуется выполнение более глубокой проверки.
При анализе результатов нужно учитывать все показатели и сравнивать данные анализа с полученными характеристиками. Для каждого элемента есть предельно допустимая концентрация – она не должна быть превышена.
Рассмотрим основные способы, используемые для проверки качества воды.
Метод позволяет оценивать те качества, которые доступные органам чувств. Органолептическое исследование предполагает оценку цветности, прозрачности, аромата и вкуса воды.
Анализ воды на физико-химические показатели учитывает:
- жесткость;
- минерализацию;
- щелочность;
- окисляемость.
Методика позволяет определять наличие в воде паразитов и бактерий, среди которых могут присутствовать болезнетворные микроорганизмы. Обычно подсчитывается количество организмов на 1 мл жидкости
При анализе химического состава определяется наличие и количество органических, неорганических включений – к ним относят сложные органические вещества, металлы, нефтепродукты, ПАВы и так далее. Под сложными органическими веществами подразумеваются акриламиды, стиролы, фенолы, винилхлориды, тетрахлорид углероды, диоксины.
Анализ на альфа- и бета-частицы, радий проводится в целях определения радиационной безопасности жидкости. Определение содержания радионуклидов – основа для снижения дозовых нагрузок на организм. Вместе с результатами по комплексному анализу заказчик обычно получает также рекомендации, которые помогут ему улучшить качество воды.
Экспресс-анализы используются в целях ускорения процедуры проверки и снижения ее стоимости. Они позволяют анализировать такие показатели как:
- биохимическое потребление кислорода;
- число адсорбируемых либо экстрагируемых галогенов органического происхождения;
- кислотно-щелочной баланс;
- органолептические свойства воды.
Экспресс-анализ позволяет сокращать потребность в сложном оборудовании и реактивам. Важно! Высокое качество исследования поверхностная проверка гарантировать не может.
Все чаще в последние годы для проверки состава воды используются сенсоры – чувствительные элементы, которые являются основой большинства многокомпонентных анализаторов и экспрессных тест-систем. Они эффективно определяют содержание ферментов антропогенного происхождения, а также патогенную микрофлору.
Биотестирование – передовая методика определения токсичности химического вещества на биоценоз или водные организмы. Оценочные критерии – выживаемость и активность микроорганизмов, скорость их размножения, пр. Для получения корректных результатов биотестирования нужны соответствующие показатели температуры, освещенности, состава, кислотности и так далее.
Существует множество других быстрых способов определения качества питьевой воды – например, на вкус или используя другие органы чувств. Но вы должны понимать, что подобная оценка является очень субъективной, поэтому ставку следует делать на лабораторные исследования.
источник
Методические указания к практикуму «Анализ обектов окружающей среды»
Министерство образования Республики Башкортостан Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Акъярский горный колледж имени И. Тасимова
К ПРАКТИКУМУ «АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Методические указания предназначены для студентов старших курсов специальности «Обогащения полезных ископаемых», изучающих факультативный курс «Анализ объектов окружающей среды».
Методические указания содержат краткие теоретические основы методов определения качества природных вод и практические работы, соответствующие требованиям, которые предъявляются на практике к методам определения обязательных показателей качества воды в природоохранных организациях, осуществляющих экологический контроль
1. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
В природной воде всегда присутствуют органические вещества. Образующиеся в водном объекте и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей химической природе и свойствам и существенно влияют на качество воды и ее пригодность для тех или иных нужд. Поэтому всегда важно знать содержание органических веществ в воде. Обычно эта информация представляется на трех уровнях:
1. общее содержание органических веществ в воде;
2. содержание органических веществ по их классам;
3. содержание индивидуальных органических веществ.
Последние обычно определяются только для наиболее распространенных и токсичных веществ.
Так, в перечень веществ, которые обязательны к определению при анализе воды, включены нефтепродукты, анионные синтетические поверхностно-активные вещества, пестициды и фенолы.
Однако, во многих случаях для оценки качества воды и пригодности ее для использования достаточно знать общее содержание органических веществ в воде. Последнее характеризуется содержанием органического углерода в воде, т.к. в среднем органический углерод составляет 50% массы органического вещества.
Для оценки содержания органического углерода в воде широко используется такой общий показатель, как окисляемость воды, а также такой показатель, как биологическое потребление кислорода.
Содержание органического углерода в природных водах изменяется в широких пределах от 1 мг/л до 10-20 мг/л для чистых вод, а в загрязненных может достигать сотен мг/л.
Окисляемость воды (ОВ) — величина, характеризующая содержание в воде органических веществ, окисляемых одним из самых сильных химических окислителей при определенных условиях. ОВ выражается в миллиграммах атомарного кислорода, пошедшего на окисление веществ, содержащихся в литре воды. Разделяют перманганатную и бихроматную окисляемость. Степень окисления органических веществ, присутствующих в поверхностных водах, бихроматом в крепком растворе серной кислоты близка к 100%. Бихроматная окисляемость служит для определения суммарного содержания органических веществ. Суммарное содержание органического углерода рассчитывают по формуле:
где a — величина бихроматной окисляемости, С — содержание органического углерода.
Содержание органического вещества находят, умножая полученное значение С на 2.
Перманганатная окисляемость характеризует легкоокисляемую часть органических веществ (преимущественно алифатику). В среднем 1 мг кислорода перманганатной окисляемости соответствует 1 мг углерода органического вещества. Соотношение перманганатной и бихроматной окисляемости позволяет судить о природе органических веществ в воде. Чем меньше это отношение, тем больше в воде трудноокисляемой ароматики.
1.1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРМАНГАНАТНОЙ ОКИСЛЯЕМОСТИ
Принцип метода. Окисление проводится раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении:
MnO 4 — + 8H + + 5e — Mn 2+ + 4H 2 O
Избыток перманганата калия после кипячения определяют иодометрически. Метод рекомендуется для анализа пресных вод, содержащих не более 300 мг Cl — /л.
1. Раствор перманганата калия, С (KMnO 4 ) = 0,01 М
2. Раствор тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 . 5H 2 O, C (Na 2 S 2 O 3 ) = 0,01 М
4. Иодистый калий кристаллический
5. Раствор серной кислоты H 2 SO 4 , х.ч., 1:3.
1. Электроплитки с закрытой спиралью — 2 шт.;
2. Колбы конические 250 мл — 2 шт.;
3. Обратные холодильники — 2 шт.;
Ход определения. В коническую колбу на 250 мл наливают 100 мл исследуемой воды, добавляют 2-3 капилляра, приливают 5 мл H 2 SO 4 (1:3) и нагревают. В самом начале кипения в колбу добавляют пипеткой 20 мл 0,01 М раствора KMnO 4 , закрывают колбу пробкой-холодильником и после этого кипятят 10 минут. Если во время кипячения розовая окраска в колбе, свойственная перманганату, исчезает, определение надо повторить вновь, разбавив исследуемую воду бидистиллятом. По окончании кипячения пробу охлаждают, добавляют около 0,5 г иодистого калия и выделившийся иод титруют 0,01 М раствором тиосульфата, пока жидкость не приобретет слабо-желтый цвет. Затем добавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски раствора. Аналогично проводят холостое определение с 100 мл бидистиллята.
Расчет. Величина перманганатной окисляемости в мг О 2 /л рассчитывается по формуле
где М — молярность раствора тиосульфата; n 1 — количество миллилитров раствора тиосульфата, пошедшего на титрование холостой пробы; n 2 — количество миллилитров раствора тиосульфата, пошедшего на титрование пробы; V — объем пробы воды, мл.
1.1.2. БИХРОМАТНАЯ ОКИСЛЯЕМОСТЬ
(ХИМИЧЕСКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА)
Принцип метода. Окисление бихроматом калия протекает в кислой среде в присутствии катализатора:
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e — 2 Cr 3+ + 7H 2 O
Избыток бихромата калия, добавленный к пробе, титруют раствором железоаммонийных квасцов. Метод предназначен для анализа пресных вод с содержанием органических веществ, соответствующих 5 и более мг О 2 /л.
1. Дважды дистиллированная вода
2. Раствор бихромата калия C (K 2 Cr 2 O 7 ) = 0,025 М
3. Раствор железоаммонийных квасцов , 0,025 М
4. Раствор сернокислого серебра в концентрированной серной кислоте
5. Раствор серной кислоты 1:1
6. Раствор N-фенилантраниловой кислоты
1. Электроплитка с закрытой спиралью — 2 шт.
3. Колбы круглодонные объемом 250 мл с пришлифованными обратными холодильниками — 2 комплекта
5. Мерные цилиндры 50 мл — 1 шт.;
Ход определения. Пробу исследуемой воды объемом 20 мл или меньший ее объем , доведенный бидистиллятом до 20 мл, помещают в колбу со шлифом для кипячения. Прибавляют 20 мл 0,025 М раствора бихромата, осторожно приливают 30 мл раствора сернокислого серебра и для равномерного кипения бросают 2-3 стеклянных капилляра. К колбе присоединяют обратный холодильник и смесь равномерно кипит 2 часа. После охлаждения снимают холодильник, промывают его стенки 25 мл бидистиллята, переносят в коническую колбу на 750 мл и смесь вновь охлаждают. Затем прибавляют 15 капель раствора индикатора и избыток непрореагировавшего бихромата калия титруют раствором железоаммонийных квасцов до перехода окраски индикатора из красно-синей в синевато-зеленую, перемешивая раствор энергичным взбалтыванием.
Таким же образом производят холостое определение.
Расчет. Величину бихроматоной окисляемости в мг О 2 /л рассчитывают по формуле
где М — молярность раствора железоаммонийных квасцов; n 1 — количество миллилитров раствора железоаммонийных квасцов, пошедшего на титрование холостой пробы; n 2 — количество миллилитров раствора железоаммонийных квасцов, пошедшего на титрование пробы; V — объем пробы воды, мл.
1.2. БИОХИМИЧЕСКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА
При хранении воды в склянке с притертой пробкой в условиях полной темноты содержание растворенного кислорода в ней убывает. Он затрачивается в результате жизнедеятельности микроорганизмов на окисление имеющегося в воде органического вещества и, в первую очередь, нестойкого (легкоусвояемого) органического вещества.
Наблюдаемая в аэробных условиях убыль растворенного кислорода за определенный промежуток времени называется биохимическим потреблением кислорода (в мг О 2 /л). Обычно инкубация производится в течение 5 суток, в темноте, при 20 о С и обозначается БПК 5 . Это определение дает относительное представление о содержании в воде легкоокисляющихся органических веществ. Чем выше их концентрация, тем больше потребление кислорода. В поверхностных водах БПК 5 колеблется обычно в пределах от 0,5 до 4 мгО 2 /л и характеризует степень загрязнения водоема.
Значения БПК 5 от 0,5 до 1,0 мгО 2 /л — очень чистые воды; 1,1-1,9 — чистые воды; 2,0-2,9 — умеренно загрязненные; 4-10 — грязные; 10 и более — очень грязные.
Из методов, предложенных для определения БПК, наибольшее применение получил скляночный метод. Суть этого метода состоит в определении БПК при определенной температуре в изолированных водных микросистемах, в предположении, что аналогичные процессы, связанные с утилизацией имеющихся в воде органических веществ и потреблением кислорода, развиваются и в макросистемах.
1.2.1. СКЛЯНОЧНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БПК 5
Определение БПК производят по разности между содержанием кислорода до и после инкубации проб в темноте в течение 5 суток при 20 о С, без доступа воздуха.
Анализируемую воду с рН в интервале 6-8 единиц доводят до 20 о С и взбалтывают в течение 1 мин для насыщения воды воздухом. Затем заполняют анализируемой водой 3 склянки с притертыми пробками до краев, предварительно ополоснув их этой водой. В одной из склянок определяют растворенный кислород. Две другие склянки с испытываемой водой ставят в термостат в темное место на 5 суток, по прошествии которых в них определяют оставшийся растворенный кислород и вычисляют среднюю величину.
Разность между начальным и конечным определениями, пересчитанная на литр, дает количество кислорода, пошедшего на окисление органических веществ в испытываемой воде в течение 5 суток.
Величину БПК 5 в мгО 2 /л рассчитывают по формуле
где Q 1 -cодержание кислорода в день определения БПК, мгО 2 /л; Q 2 — то же, спустя 5 суток.
Поскольку определение БПК 5 базируется на определении содержания растворенного кислорода, ниже приводится методика определения кислорода иодометрическим методом.
1.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДА
Метод основан на взаимодействии в щелочной среде гидроксида марганца с растворенным кислородом. Гидроксид марганца количественно связывает растворенный в воде кислород, переходит в нерастворимое соединение марганца со степенью окисления +4 коричневого цвета.
При подкислении раствора в присутствии избытка иодида калия образуется иод, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и учитывается титрованием тиосульфатом.
2Mn(OH) 2 + O 2 2 MnO(OH) 2 (коричневый)
MnO(OH) 2 +4H + +3I — Mn 2+ + I 3 — +3H 2 O
I 3 — + 2S 2 O 3 2- 3I — + S 4 O 6 2-
1. Раствор хлористого марганца
2. Щелочной раствор иодида калия
3. Раствор соляной кислоты (2:1)
5. Раствор тиосульфата натрия С (Na 2 S 2 O 3 ) = 0,02 М
1. Кислородные склянки на 200-250 мл — 6 шт.;
2. Колбы конические на 250 мл — 6 шт.;
Ход определения. Анализируемую пробу воды из батометра или склянки с тубусом через резиновые трубки наливают в кислородные склянки, при этом трубка должна касаться дна склянки. После заполнения горлышка ее наполнение продолжают до тех пор, пока не выльется приблизительно 100 мл воды. Трубку вынимают, не прекращая тока воды из батометра. Склянка должна быть заполнена пробой до краев и не иметь внутри на стенках пузырьков воздуха.
Затем в склянки с пробой вводят по 1 мл щелочного раствора иодида калия. При этом пользуются отдельными пипетками. Пипетку каждый раз погружают до половины склянки и по мере выливания раствора поднимают вверх. Затем быстро закрывают склянку стеклянной пробкой таким образом, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха и склянку тщательно перемешивают.
Образовавшемуся осадку гидроксида марганца дают отстояться не менее 10 минут. Потом приливают 5 мл соляной кислоты. Пипетку погружают до осадка и медленно поднимают вверх.
Склянку закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают.
Добиваются полного растворения коричневого осадка. отбирают пипеткой 50 мл раствора и переносят в коническую колбу на 250 мл. Раствор титруют раствором тиосульфата натрия С (Na 2 S 2 O 3 ) = 0,02 М до светло-желтой окраски, добавляют 1 мл свежеприготовленного раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.
Расчет. Содержание растворенного кислорода С х в мгО 2 /л находят по формуле
где М — молярность раствора Na 2 S 2 O 3 ; n — объем тиосульфата, пошедшего натитрование, мл; V — объем склянки, мл; 2 — объем пробы, вылившейся при фиксации кислорода, мл.
1.3.СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (СПАВ)
СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к различным классам химических соединений.
Молекула СПАВ состоит из малополярного радикала и полярной группы.
В зависимости от свойств, проявляемых СПАВ при растворении их в воде, их делят на анионоактивные, катионоактивные и амфолитные, неионогенные СПАВ.
Большая часть применяемых СПАВ — анионоактивные вещества, ионизирующие в водном растворе с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из АСПАВ широкое применение нашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты); R-O-SO 3 -Me и R-SO 3 -Me.
Радикал может быть алкильным или арильным. В качестве стандартного вещества обычно принято использовать лаурилсульфат и лаурилсульфонат натрия.
В водоемы СПАВ поступают с бытовыми и промышленными сточными водами. В поверхностных водах концентрация АСПАВ колеблется от тысячных до сотых долей миллиграмма в литре. В зонах загрязнения она может достигать десятых долей миллиграмма в литре. Предельно допустимая концентрация для АСПАВ составляет 50-100 мкг/л.
Определение АСПАВ в природных водах включено в список обязательных определений. Из многих способов определения АСПАВ наиболее широкое распространение получил метод экстракционно-фотометрического определения с метиленовым синим. Поскольку СПАВ — неустойчивые компоненты, определение их следует проводить сразу после отбора пробы. В противном случае пробу надо консервировать прибавлением 2 мл хлороформа на литр исследуемой воды.
1.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНИОННЫХ СПАВ С МЕТИЛЕНОВЫМ СИНИМ
Принцип метода. Метод основан на образовании окрашенного соединения при взаимодействии анионоактивных веществ с метиленовым синим, экстрагируемого хлороформом.
Для устранения мешающего влияния хлоридов, нитратов, роданидов и белков хлороформный экстракт промывают кислым раствором метиленового синего и затем измеряют его оптическую плотность при =650 нм.
Линейная зависимость между оптической плотностью растворов и концентрацией анионоактивных веществ сохраняется в пределах от 15 до 250 мкг/л
1. Нейтральный раствор метиленового синего
2. Кислый раствор метиленового синего
3. Фосфатный буферный раствор, рН = 10
5. Стандартные растворы лаурилсульфоната натрия:
а) основной стандартный раствор 0,5 г/л. 0,5 г лаурилсульфоната натрия, ч.д.а., растворяют в дистиллированной воде (0,5 л), добавляют 1 мл хлороформа и доводят объем раствора дистиллированной водой до 1 л. Раствор можно хранить при температуре 3-5 о С в течение месяца в склянке с притертой пробкой;
б) рабочий стандартный раствор, 1 мг/л. 1 мл основного стандартного раствора разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе емкостью 0,5 л. Раствор необходимо готовить непосредственно перед анализом.
Фотоэлектроколориметр (красный светофильтр) — 1 шт.
1. Делительные воронки на 250 мл — 2 шт.;
2. Пробирки с притертыми пробками
на 20 мл с делениями по 0,1 мл — 6 шт.;
10 мл с делениями по 0,1 мл — 2 шт.;
5. Мерные цилиндры на 1 л с делениями по 10 мл — 2 шт.
Ход определения. 100 мл исследуемой воды, содержащей 15-250 мкг/л анионоактивных СПАВ, помещают в делительную воронку на 250 мл, приливают 10 мл фосфатного буферного раствора (рН=10) и 5 мл нейтрального раствора метиленового синего. Содержимое воронки перемешивают и оставляют на 15 мин. Затем добавляют 8 мл хлороформа, смесь энергично встряхивают в течение 1 минуты и после расслоения смеси хлороформный экстракт сливают в другую делительную воронку, содержащую 110 мл дистиллированной воды и 5 мл кислого раствора метиленового синего. В первую воронку добавляют 5 мл хлороформа, взбалтывают в течение 1 мин и хлороформный экстракт также сливают в делительную воронку.
Третью экстракцию проводят аналогичным образом с 4 мл хлороформа. Затем содержимое второй воронки встряхивают в течение 1 минуты и оставляют до расслоения жидкостей. Экстракт сливают в пробирку, фильтруя через воронку с кусочком ваты для отделения мути. Объем его доводят хлороформом до 17 мл и измеряют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре (красный светофильтр) в кюветах с толщиной слоя 3 см против хлороформа. Синяя окраска экстрактов устойчива в течение длительного времени.
Содержание анионоактивных СПАВ определяют по калибровочной кривой.
Построение калибровочной кривой
В мерные колбы емкость 100 мл наливают 0; 2,0; 5,0; 10,0; 25,0 мл рабочего раствора и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой. Концентрации растворов соответственно равны: 0; 2; 3; 10; 25 мкг лаурилсульфоната в пробе. Приготовленные растворы переливают из мерных колб в делительные воронки и проводят определение, как описано выше. Оптическую плотность растворов измеряют против хлороформа. Оптическую плотность раствора без добавки рабочего стандартного раствора вычитают из результатов измерений оптической плотности остальных растворов. Строят калибровочную кривую, откладывая по оси абсцисс концентрацию лаурилсульфоната натрия (в мкг в пробе), по оси ординат — значения оптической плотности — значения оптической плотности.
Расчет. Содержание анионоактивных СПАВ (С х ) в мкг/л находят по формуле
где С — концентрация анионоактивных СПАВ (в мкг в пробе), найденная по калибровочной кривой; V — объем пробы, мл.
Загрязненную метиленовым синим посуду промывают азотной кислотой, а затем — водой.
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой сложную и разнообразную смесь веществ. По ряду соображений понятие “нефтепродукты” условно ограничивается только углеводородной фракцией, которая составляет 70-90% от суммы всех веществ, присутствующих в нефти и продуктах ее переработки. Наибольшее количество нефтепродуктов поступает в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем и со сточными водами. Нефтепродукты находятся в воде в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности. Содержание нефтепродуктов в чистых поверхностных водах колеблется от сотых долей мг до миллиграммов, и в загрязненных — может достигать десятков и сотен мг/л. ПДК нефтепродуктов составляет 0,3 мг/л (санитарная) и 0,05 мг/л (рыбохозяйственная). В обычном анализе эмульгированные, растворенные и сорбированные на взвесях нефтепродукты определяются суммарно.Из всех описанных в литературе методов определения нефтепродуктов наибольшее распространение получил метод тонкослойной хроматографии с люминесцентным окончанием.
1.4.1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ТОНКОСЛОЙНОЙ
ХРОМАТОГРАФИЕЙ С ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ ОКОНЧАНИЕМ
Принцип метода. Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией четыреххлористым углеродом, концентрировании экстракта и хроматографическом отделении нефтепродуктов в тонком слое окиси алюминия в смеси органических растворителей: петролейный эфир : четыреххлоритстый углерод : уксусная кислота (70:30:2). Количественное определение нефтепродуктов производится люминесцентным методом. Метод предназначен для анализа вод с содержанием нефтепродуктов выше 0,02 мг/л. Люминесцентное определение основано на способности входящих в состав нефтепродуктов ароматических, особенно полициклических конденсированных углеводородов под действием ультрафиолетовых лучей ( возб. =300-400 нм) интенсивно люминесцировать в коротковолновой области спектра ( измер. =343 нм, =23040 см -1 ).
1. Окись алюминия, безводная
2. Четыреххлористый углерод, CСl 4 , ч.д.а.
3. Сернокислый натрий Na 2 SO 4 , безводный, х.ч.
6. Уксусная кислота, СН 3 СООН, ледяная, ч
7. Подвижный растворитель (петролейный эфир (или гексан) : четыреххлористый углерод : ледяная уксусная кислота)
70 г петролейного эфира или гексана, 30 мл четыреххлористого углерода и 2 мл ледяной уксусной кислоты встряхивают в склянке с притертой пробкой. Готовят непосредственно перед употреблением, используют в течение рабочего дня.
8. Фильтры бумажные, белая лента, d = 6 см
1. Флюориметр (для люминесцентного определения), первичный светофильтр ( возб. = 300-400 нм), вторичный светофильтр ( люмен. = 434 нм) с эталоном.
2. Осветитель ртутно-кварцевый с лампой ПРК-4 и синим светофильтром ( =400 нм) типа ОЛД-1 -1 шт.
3. аппарат для встряхивания жидкостей типа АВУ-1 — 1 шт.
4. Приспособление для нанесения тонкого слоя окиси алюминия (незакрепленного) толщиной 1 мм — валик — 1 шт.
1. Хроматографические пластинки 9х12 — 2 шт.
2. Делительные воронки на 1 л — 1шт.
3. Колбы конические 50 мл — 1 шт.
4. Колба мерная 100 мл — 1 шт.
5. Пробирка с притертой пробкой, с отметкой 10 мл — 1 шт.
7. Микропипетка с оттянутым концом и капилляр — 1 шт.
8. Тигель стеклянный, d внутр . = 0,15 мм, h = 25 мм
9. Кристаллизатор, d = 20см с притертой крышкой — 1 шт.
Ход определения. Пробу воды объемом 0,5-1 л помещают в делительную воронку, добавляют 25 мл четыреххлористого углерода и смесь встряхивают несколько раз, открывая пробку для выпускания паров растворителя. Затем пробу помещают в аппарат для встряхивания и экстрагируют в течение 30 мин. Делительную воронку укрепляют в штативе и оставляют на 15-20 минут до полного расслоения слоев жидкости. Затем открывают кран и слой четыреххлористого углерода сливают в коническую колбу с притертой пробкой.
Экстракт сушат 5 г безводного сульфата натрия в течение 30 минут и сливают в стеклянный тигель. Растворитель в тигле удаляют испарением при комнатной температуре под током воздуха от вентилятора. Эту операцию следует проводить в вытяжном шкафу.
После полного испарения растворителя находящийся в тигле концентрат количественно (омывая несколько раз стенки тигля малыми порциями четыреххлористого углерода) переносят на предварительно подготовленную хроматографическую пластинку с незакрепленным слоем окиси алюминия. Концентрат помещают на середину полосы сорбента на расстоянии 0,6-0,7 см от нижнего края так, чтобы диаметр пятна не превышал 0,5 см. Для этого концентрат наносят малыми (0,005 мл) порциями после испарения растворителя из предыдущей порции экстракта. Не следует наносить на одну полосу более 0,5 мг нефтепродуктов, так как при этом ухудшается разделение смеси.
Хроматографичесую пластинку с нанесенными на ее полосы пробами помещают в стеклянную хроматографичесую камеру, насыщенную парами подвижного растворителя под углом 20 о . Толщина слоя подвижного растворителя 0,5 см. Пятна с нанесенными пробами на должны быть ниже слоя растворителя. Через 3 минуты, когда фронт подвижного растворителя достигнет верхнего слоя окиси алюминия, пластинку вынимают и выдерживают в вытяжном шкафу в течение 10-15 минут для испарения растворителя.
Пластинку помещают под ультрафиолетовый осветитель и наблюдают хроматографические зоны: голубую с R f = 0,9 (углеводороды), желтую с R f = 0,4 (смолы) и коричневую с R f = 0 (асфальтены и др.). Отмечают границы голубой зоны (нефтепродуктов), количественно переносят ее в воронку с бумажным фильтром и элюируют нефтепродукты 4 мл четыреххлористого углерода.
Измеряют интенсивность люминесценции элюатов в ультрафиолетовой области спектра.
Интенсивность люминесценции измеряют на флюориметре с первичным светофильтром =320+390 нм и вторичным =400+580 нм. Установку диафрагмы производят по эталону.
Содержание нефтепродуктов находят по соответствующему калибровочному графику.
Фенолы — производные бензола с одной или несколькими гидроксильными группами. Их принято делить на две группы — летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол).
Фенолы — один из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в воду с промышленными стоками, в которых их может содержаться до 20 г/л. В загрязненных поверхностных водах содержание фенолов обычно не превосходит 20 мкг/л. В загрязненных речных водах их содержание колеблется от десятков до сотен микрограммов. Чаще всего при анализе определяют суммарное содержание летучих фенолов.
1.5.1. ЛЕТУЧИЕ С ПАРОМ ФЕНОЛЫ
После отбора пробы определение фенолов производят не позднее, чем через 4 часа. Если это сделать нельзя, то пробу консервируют добавлением 4 г NaOH на 1 л воды. Летучие фенолы отделяют от нелетучих и др. веществ, мешающих определению.
Для отгонки летучих фенолов объем пробы отбирают в зависимости от их концентрации в воде. Так, при содержании фенолов от 5 до 50 мкг/л объем пробы, взятый для отгона, составляет 500 мл, а объем отгона 450 мл. К пробе воды, помещенной в колбу прибора для отгонки, приливают раствор сульфата меди и концентрированную серную кислоту из расчета 1 мл на 100 мл пробы.
В приемную колбу приливают 10 мл 0,05 М раствора NaOH и устанавливают ее так, чтобы нижний конец трубки холодильника был погружен в этот раствор. Отгонку ведут при умеренном нагреве. Если отгон окажется кислым, его нейтрализуют по индикаторной бумаге несколькими каплями 1 М раствора NaOH.
Реактивы, приборы и посуда:
2. Серная кислота концентрированная
4. Раствор NaOH — 0,05 моль/л
5. Прибор для отгонки фенолов — 1 шт.
6. Колба мерная на 1 л — 1 шт.
7. Колба коническая на 1 л — 1 шт.
1.5.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО СОДЕРЖАНИЯ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИМЕТИЛАМИНОАНТИПИРИНА
Принцип метода основан на взаимодействии фенолов с диметиламиноантипирином в щелочной среде (рН = 9,3) в присутствии персульфата аммония с образованием антипиринового красителя.
Метод обеспечивает определение фенола в воде в интервале концентраций от 1 мкг/л до 50 мкг/л. При этом продукт реакции экстрагируется смесью изоамиловый спирт : хлороформ (2:1).
1. Раствор диметиламиноантипирина
2. Раствор персульфата аммония
3. Буферный раствор с рН = 9,3
4. Экстракционная смесь (изоамиловый спирт и хлороформ)
5. Основной рабочий раствор фенола С = 10 мг/мл
6. I-й рабочий раствор фенола С = 100 мкг/мл
7. II-й рабочий раствор фенола С = 1 мкг/мл
8. Дистиллированная бесфенольная вода
1. Фотоколориметр любой марки (синий светофильтр)
2. Перегонный аппарат на шлифах
3. Прибор для отгонки фенола
1. Делительные воронки на 1 л — 1 шт.
2. Мерные колбы на 500 мл — 1 шт.
3. Мерные колбы на 250 мл — 1 шт.
4. Мерные колбы на 100 мл — 1 шт.
6. Стаканчики на 50 мл — 1 шт.
Ход определения. 450 мл отгона, полученного описанным выше способом, доводят дистиллированной водой до 500 мл, переносят в делительную воронку на 1 л и прибавляют 10 мл буферного раствора, 1,5 мл диметиламиноантипирина и 15 мл раствора персульфата аммония. Содержимое воронки перемешивают после добавления каждого реактива, после чего оставляют на 45 мин. Затем приливают 20 мл экстракционной смеси и энергично встряхивают в течение 2 минут. После расслоения жидкости экстракт отделяют и фильтруют через бумажный фильтр. Оптическую плотность экстракта измеряют на фотоэлектроколориметре с синим светофильтром в кюветах с толщиной слоя 1 см. Содержание фенолов находят по калибровочному графику.
Построение калибровочного графика. В мерные колбы на 500 мл приливают 0,0; 1,0; 2,5; 10,0; 15,0; 25,0 мл рабочего стандартного раствора. Полученные растворы с концентрацией 0; 2; 5; 10; 20; 30; 50 мкг/г фенола обрабатывают так же, как пробы. Оптическую плотность измеряют против экстракционной смеси. Строят калибровочный график, откладывая по оси ординат значения оптической плотности, а по оси абсцисс — концентрацию фенолов в мкг/л.
Расчет. Содержание фенолов С х в мкг/л находят по формуле
где С — концентрация фенолов, найденная по калибровочному графику, мкг/л; n — степень разбавления исследуемой пробы.
1.5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕТУЧИХ ФЕНОЛОВ
Сущность метода. При высоких содержаниях фенолов в воде (мг и десятки мг на литр) определение проводится титриметрическим методом. В анализируемую пробу воды, содержащую фенолы, вводят бромид-броматную смесь. В кислой среде проходит реакция:
BrO 3 — + 5Br — + 6H + 3 Br 2 + 3H 2 О
Образующийся бром реагирует с фенолом по уравнению:
C 6 H 5 OH + 4Br 2 4H + + 4Br — + C 6 H 2 Br 3 OBr
Затем к раствору прибавляют KI. Непрореагировавший бром вытесняет иод из KI, и кроме того 2 эквивалента иода выделяется под действием одной молекулы C 6 H 2 Br 3 OBr.
C 6 H 2 Br 3 OBr + H + +2I — C 6 H 2 Br 3 OH + I 2 + Br —
В результате этих реакций на каждый эквивалент фенола связывает один эквивалент брома, а одна молекула фенола взаимодействует с 6 атомами брома. Эквивалент фенола равен 1/6 молекулярной массы фенола, т.е. 15,667 г.
Ход определения. Летучие фенолы отгоняют с паром. В конденсате определяют фенол. 50 мл полученного конденсата отбирают в коническую колбу с притертой пробкой, добавляют 25 мл бромид-броматной смеси (KBr + KBrO 3 ) и 10 мл H 2 SO 4 (1:3), закрывают пробкой и оставляют на 30 мин. Затем добавляют 1 г сухого KI, перемешивают, закрывают притертой пробкой и через 10 минут титруют выделившийся иод раствором тиосульфата натрия (Na 2 S 2 O 3 — 0,05 н.), прибавляя в конце титрования раствор крахмала (1%).
В другую такую же колбу заливают 50 мл дистиллированной воды и прибавляют 25 мл бромид-броматной смеси, 10 мл H 2 SO 4 (1:3) и 1 г KI и через 10 минут титруют Na 2 S 2 O 3 .
С фенолов = (г в 50 мл воды),
где N — нормальность раствора Na 2 S 2 O 3 ; 15,667 — масса 1 г-экв. фенола; а — объем Na 2 S 2 O 3 , израсходованный на титрование пробы, мл; b — объем Na 2 S 2 O 3 , израсходованный на титрование при холостом опыте, мл. Определив количество фенолов в г, можно рассчитать его концентрацию в любом объеме.
2. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какие химические реакции лежат в основе перманганатометрического и бихроматометрического методов определения ХПК? Напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения.
2. Что характеризуют такие показатели воды, как ХПК и БПК?
3. Какие выводы следует сделать, если результаты определения общих показателей качества воды дали следующие цифры:
ХПК перманганатн. =5,0 мг О 2 /л;
БПК бихроматн. = 10,5 мг О 2 /л;
4. Какие химические реакции лежат в основе скляночного метода определения кислорода (по Винклеру) ? Напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения.
5. Что такое процент насыщения кислородом? Какие выводы следует сделать об экологическом состоянии водоема, если получены следующие данные:
2-й случай — 8,8 мг мг О 2 /л.
(температура водоема 20 о С; С о кисл. = 9,02 мг О 2 /л)
6. Какие вещества используются для консервации воды при отборе проб для анализа нефтепродуктов, АСПАВ, фенолов, тяжелых металлов? В какую посуду следует отбирать пробы?
1. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши (под редакцией А.Д. Семенова) // Л.: Гидрометеоиздат. — 1977. — 540 с.
2. Унифицированные методы анализа вод. Под редакцией Ю.Ю. Лурье // М.:Химия. — 1973. — 376 с.
3. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных и сточных вод. // М.: Химия. — 1984. — 447 с.
4. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды // М.: Высшая школа . — 1983. — 275 с.
1. Вода питьевая. Методы анализа. Государственные стандарты Союза ССР // М.: Издательство стандартов. — 1984. — 240 с.
2. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. // М.: Химия. — 1974. — 336 с.
3. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. // Л.: Химия. — 1975 . — 200 с.
4. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. // Л.: Гидрометеоиздат. — 1988.-238 с.
источник
Изучение органических веществ преследует цель установления строения вещества, его пространственной структуры и основных характеристик, исследование скоростей и механизмов реакции. Ввиду огромного числа разнообразных органических соединений нельзя выработать единую схему анализа, как часто делается в неорганическом количественном анализе. И все же систематическое исследование позволяет достаточно надежно и быстро идентифицировать органическое вещество.
Установление строения органического вещества – это главная цель их изучения вне зависимости от метода исследования. Однако интересы, связанные с исследованием того или иного органического соединения, уже имеют разный характер. Особенную важность имеют вопросы, касающиеся природных ресурсов нашей планеты. Мы знаем, что особенное значение для человечества имеют источники нефти и газа, но они ограничены. Поэтому назрела проблема поисков нового сырья для органического и нефтехимического синтеза, получения нефти и газа искусственным путем. Но это лишь одна из причин изучения органических веществ. Если посмотреть вокруг, то все живое на Земле это органическая химия. Соответственно, изучение органических веществ это ключ к глобальным открытиям в области живой природы, возможность узнать все процессы жизнедеятельности, найти пути излечения многих страшных заболеваний, создавать самим живые материи и т.д.
Методов исследования органических веществ большое множество. В зависимости от используемых приборов, использования определенных характеристик органических соединений и принципов работы, их можно классифицировать и выделить основные методы:
— простейшие методы изучения: очистка органических веществ (кристаллизация, возгонка, перегонка, хроматография, гель-фильтрация, электрофорез) и анализ органических веществ (количественный и качественные элементные анализы);
— физико-химические методы: рефрактометрия, калориметрия, измерение электрических дипольных моментов, рентгенография и электронография, электрохимические методы (полярография, анодная вольтамперометрия), спектроскопия (фотоэлектронная, масс-спектроскопия, инфракрасная и т.д.)
Простейшие методы исследования органических веществ.
1.Очистка органических веществ.
Органические вещества, встречающиеся в природе, а также получающиеся в лабораториях и на химических заводах, обычно представляют собой смеси нескольких органических соединений. Компонентами смеси могут быть и неорганические вещества (соли, вода и др.). Для оценки чистоты вещества выбирают такие физико-химические характеристики, которые меняются в зависимости от степени его чистоты и являются постоянными для чистого индивидуального вещества.
Для характеристики чистоты вещества используют следующие константы и методы: температура плавления, температура кристаллизации, температура кипения, коэффициент преломления света, плотность, данные спектров поглощения (коэффициент интенсивности поглощения в электронных и инфракрасных спектрах), данные спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометрии, хроматографический анализ, люминесцентный анализ и др.
Получить чистое вещество – означает разделить данную смесь веществ на индивидуальные вещества, очистить до желаемой степени чистоты. Здесь необходимо различать две совокупности методов: методы разделения смеси на компоненты, которые еще не являются чистыми, и методы конечной очистки.
Говоря о чистоте химических веществ, нужно отдавать себе отчет в том, что абсолютно чисто вещество можно представить только теоретически. Абсолютно чистых веществ нет и быть не может. В зависимости от методы очистки вещество содержит определенное количество примесей. Обычными методами очистки можно достичь содержания основного вещества 99,9…99,95%. Специальными методами глубокой очистки можно уменьшить содержание примесей для органических веществ до 10-3….10-4%
2.Кристаллизация.
Кристаллизация является классическим методом очистки кристаллических веществ. Метод основан на том, что разные вещества имеют разную растворимость в определенном растворителе, причем понижение температуры (за редким исключением) приводит к уменьшению растворимости веществ. Фильтрованием горячего раствора отделяют нерастворимые примести, и после охлаждения вещество выделяется из раствора в виде кристаллов. Повторные перекристаллизации обычно уменьшают количество примесей. Вариантом метода является кристаллизация из расплава. Специальный вариант – зонная плавка – применяется для глубокой очистки веществ.
Например: нам необходимо очистить салициловую кислоту от примесей. Для этого мы берем взвешенную предварительно массу этой кислоты и рассчитываем необходимый обьем растворителя – воды, для того, чтобы получить насыщенный раствор, который впоследствии можно будет кристаллизировать.
3.Возгонка (Сублимация)
Многим кристаллическим веществам свойственна способность к возгонке, т.е. к переходу в газовую фазу, минуя жидкую, с последующей кристаллизацией из газовой фазы. Этот метод позволяет отделить сублимирующиеся вещества от несублимирующихся примесей и разделить смесь веществ с разными температурами сублимации или температурами кристаллизации из газовой фазы (градиентная возгонка). Если вещества возгоняются трудно и при высоких температурах разлагаются, применяют возгонку в вакууме или высоком вакууме – до 0,0013 Па (10-5 мм рт.ст.; 1 мм рт.ст.=133,3 Па). Высоковакуумная возгонка в различных вариантах применяется для глубокой очистки.
Очистка твердого вещества возгонкой возможна только в том случае, если давление его паров выше, чем давление паров примесей. Когда давление паров твердого вещества соответствует приложенному давлению получают наилучшие результаты.
Например : Е-стильбен возгоняют при температуре 100оС и давлении 20 мм рт. ст.
4.Перегонка (дистилляция)
Для многих низкоплавких веществ и большинства жидкостей хорошим методом очистки является
Фракционная перегонка при условии, что разница в температурах кипения компонентов смеси достаточно велика и не образуются азеотропные смеси. Селективность (эффективность) фракционной перегонки можно увеличить специальными приспособлениями: дефлегматорами, дистилляционными колоннами и др. Для высококипящих веществ применяется вакуумная перегонка. Вариантом метода является перегонка двухкомпонентных систем, которые при охлаждении расслаиваются, например перегонка с водным паром: лимонен (т.кип. 178оС при 760 мм рт. ст.) перегоняется с водой (т.кип. 100оС при 760 мм рт. ст.) при температуре 98оС. При этом количественное соотношение в дистилляте (в граммах) лимонен : вода составляет 1 : 1,54.
5.Хроматография
Методы хроматографического разделения основываются на различной способности веществ адсорбироваться на поверхности сорбента или распределяться между двумя несмешивающимися фазами (жидкость-жидкость, жидкость-газ), из которых одна фаза (жидкая) находится на поверхности сорбента. Поэтому различают разные виды хроматографии, а именно: жидкостную адсорбционную и распределительную хроматографию, газовую хроматографию.
Жидкостная адсорбционная хроматография основана на различной способности веществ сорбироваться на поверхности сорбента и десорбироваться при пропускании растворителя – элюента. В Качестве сорбентов применяют оксид алюминия, кремниевую кислоту и диоксид кремния (силикагели), гранулированные полисахариды (декстраны) или другие полимеры, которые в растворителе набухают, образуя гранулированный гель (гель-хроматография).
Жидкостная распределительная хроматография является разновидностью адсорбционной хроматографии, в которой сорбент (носитель) покрыт тонкой пленкой какой-то жидкости. Элюентом обычно является растворитель, который не смешивается с жидкостью на сорбенте. При пропускании элюента происходит распределение веществ между жидкой фазой и элюентом. Этот вид хроматографии наиболее пригоден для разделения веществ, хорошо растворимых в воде или способных образовывать растворимые в воде соли. К таким веществам относятся сахар, аминокислоты, многие органические красители, большая часть алкалоидов, моно- и поликарбоновые кислоты, спирты и т. д.
Пример жидкостной хроматографии смеси стандартов синтетических фосфолипидов (1) и образца грубого липддного экстракта из клеточной мембраны эритроцитов человека(2) на нормально фазной колонке при детектировании лазерным светорассеивающим детектором.НЛ – нейтральные липиды; ФЭ – фосфатидилэтаноламин; ФС – фосфатидилсерин; ФХ – фосфатидилхолин; СМ – сфингомиелин.
Газовая хроматография применяется для разделения смесей газообразных или легкоиспаряемых жидких и твердых веществ. Принцип метода подобен жидкостной хроматографии. Разделяемую смесь разбавляют газом-носителем (H2, N2, He) и вводят в адсорбционные колонны. Газ-носитель является одновременно растворителем и элюентом. В качестве сорбентов используют тонкие порошки силикатных материалов, которые могут быть чистыми (газо-адсорбционная хроматография) или покрытыми пленкой нелетучей жидкости (газо-жидкостная хроматография). Используют также капилляры, покрытые внутри пленкой нелетучей жидкости (капиллярная хромотография). Газ-носитель постепенно десорбирует компоненты смеси и уносит с собой. Присутствие органических веществ в газе-носителе и их количество обнаруживается при помощи специальных детекторов и фиксируется самописцем. В препаративной хроматографии газ-носитель затем пропускают через специальные приемники, в которых органические вещества улавливают вымораживанием.
Этим методом можно достичь полного разделения смеси. При использовании адсорбционных колонн повышенной мощности метод применяется как препаративный для разделения небольших количеств веществ (1….10 г).
Пример газовой хроматографии: скоростной анализ паров взрывчатых веществ на поликапиллярной колонке при температуре 170°С.
Поликапиллярная колонка длиной всего 22 см позволяет за 2.5 минуты обнаружить и идентифицировать следовые количества паров взрывчатых веществ: 1 — 2,6-динитротолуол, 2 — 2.4-динитротолуол. 3 — 2,4,6-тринитротолуол, 4 — 3,4,5-трининитротолуол, 5 — 2.3,4-тринитротолуол, 6 — гексоген. 7 — тетрил.
источник