Приготування робочого розчину

1 мл головного стандартного розчину вміщують у мірну колбу на 1 л і доводять дистильованою водою до позначки. В 1 мл цього розчину міститься 0,001 мг –іонів.

2. Побудова градуювального графіку

У ряд мірних колб на 50 мл послідовно вносять робочий стандартний розчин у кількості 0; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0;10; 15 мл і доводять до позначки дистильованою водою. Концентрація –іонів у цих розчинах відповідно дорівнює 0–0,004– 0,01–0,02– 0,04– 0,1– 0,2 – 0,3 мг/л. У колби додають 0,1 г сухого реактиву Грисса або 5 мл 10 %– вого розчину реактиву Грисса і перемішують. Забарвлення з'являється через 40 хв. без нагрівання або через 10 хв. при нагріванні на водяній бані при 50– 60⁰ С і зберігається незмінним протягом 3 годин. Через 40 хв. розчини фотометрують у кюветах з товщиною оптичного шару 2 –5 см з зеленим світлофільтром ( = 520 нм) відносно нульової проби, до якої доданий реактив Грисса. Градуювальний графік будують у координатах оптична густина - вміст нітритів (мг/л).

3. Визначення вмісту нітрит-іонів в аналізованій пробі води

У колбу на 50 мл наливають пробу води, додають 0,1 г сухого реактиву Грисса або 5 мл 10%–вого розчину реактиву Грисса й перемішують. Через 40 хв. (без нагрівання) або 10 хв. (при нагріванні на водяній бані при 50 – 60⁰С) вимірюють оптичну густину розчину. Вміст нітритів (мг/л) знаходять за градуювальним графіком.

13.5. Визначення вмісту - іонів потенціометричним методом

Загальні положення

Визначення досліджуваної води здійснюють потенціометричним методом за допомогою іономера лабораторного І –160 М. При вимірюванні розчинів достатньо відкалібрувати прилад за двома контрольними розчинами з відомими значеннями , а потім одразу визначити досліджуваної води.

Для визначення вмісту – іонів у воді в якості індикаторного електроду використовують плівковий іон–селективний електрод ЭЛИС–121 ( ІСЕ – ), потенціал якого є функцією концентрації іонів в розчині. Електрод порівняння – хлоридсрібний електрод ЭВЛ–1М3.1, потенціал якого є сталим і не залежить від концентрації іонів . Діапазон вимірювання від 0,3 до 4,3; величина рН розчину, що аналізують повинна бути в межах 2–10.

Контрольним параметром перевірки придатності електроду ЕЛІС – 121 є стале значення потенціалу електродув 0,01 М розчині відносно хлоридсрібного електроду порівняння. Значення цього потенціалу при повинно бути в межах 420 ± 30 мВ.

Перед початком роботи ІСЕ– електродвимочують 24 години в 0,01 M розчині KNO₃ при кімнатній температурі. Електрод зберігають у розчині KNO₃, не допускаючи висихання його індикаторної частини. Перед виміром електрод калібрують не менше, ніж за двома контрольними розчинами KNO₃ різних концентрацій, що охоплюють початок і кінець вимірюваного діапазону pNO₃. Вимірювальний ланцюг при калібруванні електродів і вимірах активностей

(pNO₃) складають у такий спосіб:

ІСЕ – електрод || досліджуваний || (нас.)

розчин хлорсрібний електрод

Пробу відбирають і аналізують у день проведення аналізу її консервують, додаючи на 1 л води 2 -4 мл хлороформу або 1 мл концентрованої сульфатної кислоти. Об'єм проби води для визначення вмісту нітратів не повинен бути меншим за 200 мл.

Робота в лабораторії

Посуд, реактиви, прилади

1. Іономер І–160 М.

2. Плівковий іон – селективний електрод для виміру активності іонів (ЕЛІС – 121 ).

3. Допоміжний хлоридсрібний електрод (ЕВЛ–1М3.1).

Підготовку електродів до роботи здійснюють згідно з інструкціями, наведеними в паспортах до електродів.

4. Мірні колби ємкістю 100 мл

5. Піпетки ємкістю 10 мл.

6. Головний стандартний 0,1М розчин : 10,1 г розчиняють у мірній колбі ємкістю 100 мл.

Методика визначення

1. Приготування контрольних робочих розчинів

З головного стандартного 1 М розчину шляхом послідовного десятикратного розведення в колбах на 100 мл готують 4 контрольних робочих розчинів (інтервал концентрацій від 10^-1 до 10^-4моль/л) з відомими значеннями і коефіцієнтів активності ( табл.13.3).

Таблиця 13.3.

Концентрація контрольного робочого розчину С, моль/л	g_±
0,0001	0,98	4,0
0,001	0,96	3,02
0,01	0,90	2,05
0,1	0,76	1,13
Досліджувана вода

2. Порядок роботи на іономірі І-160М при визначенні

1. Перед експлуатацією прилад необхідно ввімкнути й прогріти протягом 30 хв.

2. Для проведення вимірів вимірювальний (іон–селективний) і допоміжний (хлоридсрібний) електроди встановити на штатив і підключити відповідно до гнізд «ИЗМ.» і «ВСП.» приладу.

3. Вибір каналу вимірювання (іономір має 9 каналів). Натисканням кнопок ◄ або ► встановити курсор на цифру, що позначає номер каналу. Кнопками ▲ або ▼ вибрати номер каналу. Натиснути кнопку «ВВОД».

4. Робота в режимі «УСТАНОВКА»

4.1. Натисканням кнопки «РЕЖИМ» вибрати режим «УСТАНОВКА», натиснути кнопку «ВВОД». У режимі «УСТАНОВКА» необхідно:

4.1.1. Вибрати «Вид ионов» (, тощо). При вимірюванні слід вибрати . Після вибору натисніть кнопку «ВВОД».

4.1.2. Вибрати одиниці вимірювання «Размерность» (рХ). Після вибору натисніть кнопку «ВВОД».

5. Робота в режимі «НАСТРОЙКА»

5.1. Натисканням кнопки «Режим» вибрати режим «НАСТРОЙКА» і натиснути кнопку «ВВОД».

Для настройкиприладу в режимі вимірювання активності використовують два контрольних робочих розчина з відомими значеннями . В якості першого контрольного розчину доцільно використовувати розчин, якого є близьким до початку, а другого – до кінця діапазону вимірювання . Контроль настройки здійснюють за третім контрольним розчином у режимі «ИЗМЕРЕНИЕ»

Перед кожним занурюванням електродів у контрольний розчин або пробу води обов’язково необхідно робочі частини електродів промити дистильованою водою, а залишки крапель води обережно видалити (без тертя) фільтрувальним папером!!

5.2. Настройка за першим контрольним розчином

5.2.1. Занурити електроди і термометр в перший контрольний розчин таким чином, щоб робочі частини електродів не торкалися один одного, стінок і дна стаканчика.

5.2.2. Установка температури розчинів.

Іономір може працювати при автоматичній («Т_а) або ручній («Т_р») установці температури. Ручну установку використовують при постійній температурі розчинів. Для ручної установки температури необхідно: натисканням кнопки ► перемістити курсор у поле значення наявної температури, що показує термометр. Ввести необхідне значення температури, використовуючи кнопки ▲,▼,◄,►і натиснути кнопку «ВВОД».

5.2.3. Дочекатися встановлення стабільного значення температури і Е (ЕРС) у правому верхньому куті приладу (не менше 3 хв.).

При цьому на дисплеї виводиться значення першого контрольного розчину.

Якщо визначене приладом співпадає з теоретичним значенням контрольного розчину (див. табл. 13.3), то натискають кнопку «ВВОД»;

Якщо визначене приладом не співпадає з теоретичним значенням контрольного розчину, то необхідно відкоригувати значення , котре виводиться на дисплей, використовуючи кнопки ▲,▼,◄,►, після чого натиснути кнопку «ВВОД». Прилад запропонує провести настройку за другим контрольним розчином (див. пункти 5.2.1–5.2.3).

Увага! Якщо в процесі настройки за двома розчинами в правому нижньому куті дисплея з'явиться повідомлення Кs < 0,8 або Ks > 1,2 (де Кs– поправочний коефіцієнт, який ураховує відхилення реальної крутизни електродної функції від теоретичного значення), необхідно замінити контрольні розчини й повторити настройку! Якщо повідомлення повториться необхідно замінити електроди!

6. Робота в режимі «ИЗМЕРЕНИЕ»

Натисканням кнопки «РЕЖИМ» вибрати «ЗАКОНЧИТЬ» настройку і прилад автоматично перейде в режим «ИЗМЕРЕНИЕ», після чого необхідно:

1) виконати контроль правильності проведення настройки за третім
контрольним розчином;

2) виконати вимірювання проби води.

3. Розрахунок вмісту нітрат - іонів у воді (мг/л)

Визначене значення для проби води, що досліджують, занотовують до табл. 13.3. Виходячи з того, що методом потенціювання визначають значення активності нітратних іонів (у моль/л). Оскільки , то для знаходження спочатку необхідно знайти коефіцієнти активності нітрат-іонів g± у досліджуваному розчині. Для цього за даними табл. 13.3 будують графік залежності g_± = f (pNO₃), за яким знаходять коефіцієнт активності нітратних іонів у досліджуваному розчині. Вміст нітрат–іонів (мг/л) розраховують за формулою

[мг/л],

де 62 - молярна маса нітрат - іона (г/моль).

Лабораторна робота № 14

Визначення вмісту іонів натрію потенціометричним методом

Проробити такі питання: Сутність потенціометричного методу аналізу. Пряма потенціометрія (іонометрія). Будова іон–селективних і допоміжних електродів.

Загальні положення

У природних водах іони натрію займають одне з провідних місць серед катіонів за поширеністю. Оскільки всі солі натрію мають добру розчинність у воді, тому міграційні можливості іонів натрію досить широкі. Вміст іонів у природних водах коливається від декількох мг/л до сотень г/л. ГДК іонів натрію для питної води становить 200 мг/л.

Визначення активності іонів натрію досліджуваної води здійснюють потенціометричним методом за допомогою іономера лабораторного І –160 М.

Для визначення вмісту – іонів у воді в якості індикаторного електроду використовують скляний іон–селективний електрод ЕЛИС–112 (, електрод порівняння – хлоридсрібний електрод ЕВЛ–1М3.1.

Особливостями використання електроду є те, що його діапазон вимірювання при температурі 20⁰С знаходиться в межах 1–3,5, а величина рН розчину, що аналізують, повинна бути не меншою за 8. Тому розчини, які аналізують, за необхідністю залужнюють шляхом додавання 1–2 мл 25%-вого розчину з обов’язковим контролем рН.

Контрольним параметром перевірки придатності електроду ЕЛІС – 112 є стале значення потенціалу електродув 0,01 М розчині відносно хлоридсрібного електроду порівняння. Значення цього потенціалу при повинно бути в межах мінус 42 ± 10 мВ.

Перед початком роботи ІСЕ – електродвимочують 24 години в 0,01 M розчині при кімнатній температурі. Поміж вимірюваннями електрод слід зберігати в 0,01М розчині тетраборату натрію (), не допускаючи висихання його індикаторної частини. Перед виміром електрод калібрують не менше, ніж за двома контрольними розчинами різних концентрацій, що охоплюють початок і кінець вимірюваного діапазону .

Вимірювальний ланцюг при калібруванні електродів і вимірах показників активності (pNa) складають у такий спосіб:

ІСЕ – електрод || досліджуваний || (нас.)

розчин хлоридсрібний електрод

Робота в лабораторії

Посуд, реактиви, прилади

1. Іономер І–160 М.

2. Скляний іон – селективний електрод для виміру активності іонів (ЕЛІС – 112 ).

3. Допоміжний хлоридсрібний електрод (ЕВЛ–1М3.1).

Підготовку електродів до роботи здійснюють згідно з інструкціями, наведеними в паспортах до електродів.

4. Мірні колби ємкістю 100 мл

5. Піпетки ємкістю 10 мл.

6. Головний стандартний 0,1М розчин : готують з фіксаналу або 5,8443 г розчиняють у мірній колбі ємкістю 1 л.

7. 25%-вий розчин .

Методика визначення

1. Приготування контрольних робочих розчинів

З головного стандартного 0,1 М розчину шляхом послідовного десятикратного розведення в колбах на 100 мл готують 4 контрольних робочих розчина (інтервал концентрацій від 10^-1 до 10^-4моль/л) з відомими значеннями ( табл.14.1).До кожного розчину додають 1–2 мл 25%–вого розчину для створення рН = 8,5–9, що обов’язково контролюють універсальним індикаторним папером.

Таблиця 14.1

Концентрація контрольного робочого розчину (С), моль/л	g_±
0,0001	0,975	4,0
0,001	0,964	3,01
0,01	0,902	2,02
0,1	0,755	1,05
Досліджувана вода

2. Порядок роботи на іономірі І-160М при визначенні

1. Перед експлуатацією прилад необхідно ввімкнути й прогріти протягом 30 хв.

4. Робота в режимі «УСТАНОВКА»

4.1.1. Вибрати «Вид ионов» (, тощо). При вимірюванні слід вибрати . Після вибору натиснути кнопку «ВВОД».

4.1.2. Вибрати одиниці вимірювання «Размерность» (рХ). Після вибору натиснути кнопку «ВВОД».

5. Робота в режимі «НАСТРОЙКА»

5.1. Натисканням кнопки «Режим» вибрати режим «НАСТРОЙКА» і натиснути кнопку «ВВОД».

Для настройкиприладу в режимі вимірювання активності використовують два контрольних робочих розчина з відомими значеннями . В якості першого контрольного розчину доцільно використовувати розчин, якого є близьким до початку, а другого – до кінця діапазону вимірювання . Контроль настройки здійснюють за третім контрольним розчином у режимі «ИЗМЕРЕНИЕ»

5.2. Настройка за першим контрольним розчином

5.2.1. Занурити електроди й термометр у перший контрольний розчин таким чином, щоб робочі частини електродів не торкалися один одного, стінок і дна стаканчика.

5.2.2. Установка температури розчинів

При цьому на дисплеї виводиться значення першого контрольного розчину.

Якщо визначене приладом співпадає з теоретичним значенням (див. табл. 14.1) контрольного розчину, то натискають кнопку «ВВОД»;

Якщо визначене приладом не співпадає з теоретичним значенням контрольного розчину, то необхідно відкорегувати значення , яке виводиться на дисплей, використовуючи кнопки ▲,▼,◄,►, після чого натиснути кнопку «ВВОД».

Прилад запропонує провести настройку за другим контрольним розчином, що необхідно здійснити за пунктами (5.2.1–5.2.3).

Увага! Якщо в процесі настройки за двома розчинами в правому нижньому куті дисплея з'явиться повідомлення Кs < 0,8 або Ks > 1,2 (де Кs– поправочний коефіцієнт, який враховує відхилення реальної крутизни електродної функції від теоретичного значення), необхідно замінити контрольні розчини й повторити настройку! Якщо повідомлення повториться необхідно замінити електроди!

6. Робота в режимі «ИЗМЕРЕНИЕ»

1) виконати контроль правильності проведення настройки за третім
контрольним розчином;

2) виконати вимірювання проби води.

3. Розрахунок вмісту іонів натрію у пробі воді (мг/л)

Визначене значення для проби води, що досліджують, занотовують до табл. 14.1.

Виходячи з того, що методом потенціювання визначають значення активності іонів натрію як = (у моль/л).

Оскільки відомо, що , то для знаходження (моль/л)спочатку необхідно знайти коефіцієнти активності іонів натрію (g±) в досліджуваній воді. Для цього за даними табл. 14.1 будують графік залежності і за ним знаходять коефіцієнт активності іонів натрію.

Вміст іонів натрію Х (мг/л) розраховують за формулою

де 23 - молярна маса іону натрію (г/моль).

Лабораторна робота № 15

Визначення перманганатної окисності води методом Кубеля

Проробити такі питання:

1. Перманганатометрія. Сутність методу. Робочі розчини метода. Фактори еквівалентності окисників і відновників. Окисно–відновні потенціали. Вплив рН на окислювальні властивості .Умови проведення перманганатометричного титрування. Використання перманганатометрії в аналізі води.

2. Що таке окисність води? Що таке часткова й повна, перманганатна й дихроматна окисність води?

3. В яких одиницях вимірюють окисність води?

4. Яка окисність джерельної, артезіанської і річкової води? Яка окисність питної води?

5. Чому перманганатом калію неможливо визначити повну окисність води?

6. У чому сутність метода Кубеля при визначенні перманганатної окисності води?

Загальні положення

Перманганатна окисність води характеризує загальний вміст у природній воді органічних відновників, що легко окислюються. Перманганатна окисність води вимірюється числом міліграмів атомарного кисню або (в перерахунку на атомарний кисень), що витрачається на окиснення органічних речовин у1 л води. Одиниця вимірювання окисності – мг О/л.

Визначенню окисності заважають іони і . Їх визначають окремо, перераховують на кисень, який іде на їхнє окислення (мг О/л), і віднімають від перманганатної окисності. Доведено, що

1 мг відповідає 0,47 мг спожитого кисню

1 мг – 0,35 мг

1 мг – 0,14 мг.

15.1. Робота в лабораторії

Посуд, реактиви

1. Колба мірна ємкістю 1 л.

2. Циліндр мірний ємкістю 25 мл.

3. Бюретка ємкістю 25 мл.

4. Піпетка ємкістю 100 мл.

5. Лійка.

6. Конічні колби ємкістю 200–250 мл.

7. Перманганат калію (к.).

8. Оксалатна кислота (к.) або фіксанал.

9. Розбавлений розчин (1:3). Додають при збовтуванні 1 об’єм концентрованої сульфатної кислоти (r=1,84 г/см³) до 3 об’ємів дистильованої води.

10. Концентрований розчин KMnO₄, підкислений .

11. Концентрований розчин HCl.

12. Скляні кульки або капіляри.

15.2. Приготування і стандартизація ~ 0,01 н. розчину

( = 1/5)

Для виконання роботи необхідно:

а) приготувати приблизно 0,01н. робочий розчин KMnO₄ (готується заздалегідь);

б) приготувати стандартний 0,01н. розчин оксалатної кислоти;

в) визначити точну концентрацію розчину KMnO₄ за розчином оксалатної кислоти.

15.2.1. Приготування приблизно 0,01н. розчину ( = 1/5)

Кристалічний завжди містить деяку кількість різних домішок, головною з яких є . Окрім того, концентрація розчину , унаслідок високої окислювальної властивості перманганату калію, за часом змінюється. Отже приготувати точно 0,01 н. розчин ( = 1/5) за точною наважкою неможливо. Тому його готують швидко, за приблизною наважкою, трохи більшою за необхідну. Для приготування 1 л 0,01н. розчину ( = 1/5) необхідна наважка 0,3161 г. Практично ж зважують ~ 0,32–0,33 г і переносять у склянку або колбу. Потім відміряють 1 л води і приблизно половину її нагрівають до кипіння. Невеликими порціями гарячої води обробляють наважку KMnO₄, час від часу зливаючи розчин у іншу мірну склянку. Коли вся наважка розчиниться, дають розчину охолонути, переливають у склянку емкістю 1 л, туди ж додають залишки води. Нерозчинену частину наважки відкидають. Розчин ретельно перемішують і залишають відстоюватися в темному місці 7 – 10 діб для того, щоб відбулися всі окисно-відновні реакції з домішками, що містяться у воді. Потім розчин фільтрують крізь скляний фільтр і стандартизують за первинним 0,01 н. розчином оксалатної кислоти, який був приготовлений з фіксаналу або за точною наважкою.

15.2.2. Приготування 0,01н. розчину ( = 1/2)

Якщо 0,01н. розчин оксалатної кислоти неможливо приготувати з фіксаналу, то його готують за точною наважкою після очищення оксалатної кислоти перекристалізацією. Приготовлений розчин зберігають у темному місці, бо інакше оксалатна кислота поступово розкладається і довго зберігатися не може. Для підвищення терміну зберігання розчину до нього додають 300 мл розбавленої (1:5) на 1 л розчину.

15.2.3. Стандартизація ~0,01 н. розчину

Визначення точної концентрації (стандартизацію) приготовленого приблизно 0,01н. розчину ( = 1/5) за 0,01 н. розчином оксалатної кислоти проводять наступним чином.

Заповнюють бюретку до верхнього меніску робочим розчином , перед тим двічі ополіскуючи її розчином . До конічної колби відбирають піпеткою 20–25 мл 0,01 н. розчину оксалатної кислоти, додають до нього 10‑15 мл 2 н. розчину ( і нагрівають до 80–90⁰С, ні в якому разі не доводячи до кипіння, бо оксалатна кислота розкладається при кип’ятінні.

Отриманий гарячий розчин оксалатної кислоти титрують ~ 0,01 н. розчином ( = 1/5), додаючи його повільно краплями доти, доки розчин у колбі не забарвиться в стійкий блідо–рожевий колір, що не зникає протягом 1–2 хвилин. При цьому має місце перебіг такої реакції:

→

(методом напівреакції розставити коефіцієнти).

Титрування з результатами, що збігаються і відрізняються не більше ніж на 0,1 мл, повторюють тричі; об’єм розчину KMnO₄, що пішов на титрування, занотовують до журналу, визначають середнє значення цього об’єму і обчислюють молярну концентрацію еквівалента перманганату калію в розчині за формулою

де – молярна концентрація еквівалента у розчині, моль/л; – молярна концентрація еквівалента у розчині, моль/л; – об’єм розчину , що пішов на титрування, мл;

– об’єм розчину оксалатної кислоти, взятий для титрування, мл.

15.3. Визначення перманганатної окисності води (метод Кубеля)

Визначення перманганатної окисності здійснюють методом Кубеля, в основі якого лежить реакція окиснення органічних речовин, присутніх у пробі води, 0,0І н. розчином перманганату калію в сульфатнокислому середовищі при кип'ятінні, згідно з ГОСТ 23268.12-78:

Діапазон визначаємих методом Кубеля значень перманганатної окисності – від 0,5 мг О/л до 10 мг О/л. Якщо окисність більше 10 мг О/л, пробу води перед аналізом слід розбавляти. Максимально припустимий ступінь розведення проб – десятикратний, тобто метод не рекомендують використовувати для аналізу вод, окисність яких більше за 100 мг О/л.

Методика визначення перманганатної окисності води

1.Щоб уникнути помилок, пов’язаних з випадковим забрудненням скляних колб домішками, здатними до окиснення, перед визначенням окисності води в колбу наливають 100–150 мл концентрованого розчину перманганату калію, підкисленого сульфатною кислотою, закривають колбу лійкою і кип’ятять протягом 3–5 хвилин. Якщо на стінках колби з’являться коричневі плями MnO₂, то вміст колби зливають, а колбу спочатку обробляють концентрованою хлоридною кислотою, а потім дистильованою водою і знов кип’ятять з тим же концентрованим розчином перманганату калію. Цю операцію повторюють 2–3 раза, після чого ополіскують колбу дистильованою водою.

2. У заздалегідь підготовлену конічну колбу ємкістю 250 мл піпеткою вміщують 100 мл досліджуваної води, додають 5 мл сульфатної кислоти (1:3) і доливають з бюретки точно 20 мл 0,01 н. розчину . При цьому розчин повинен набути інтенсивного рожевого забарвлення.

3. Колбу закривають годинниковим склом (для запобігання випаровування води) і кип’ятять 10 хвилин від початку закипання. Щоб не було бурхливого кипіння, в колбу слід вмістити скляні капіляри. Час кип’ятіння потрібно витримувати точно. Під час кип’ятіння спостерігають за забарвленням розчину:

· якщо забарвлення розчину в процесі кип’ятіння помітно послабшає, слід додати декілька мілілітрів робочого розчину перманганату калію до появи стійкого інтенсивно рожевого забарвлення, що не зникає при кип’ятінні.

· якщо в процесі кип’ятіння розчин буріє, то це свідчить про нестачу сульфатної кислоти. В цьому разі необхідно до розчину додати 5 мл сульфатної кислоти (1:3).

· якщо вище перелічені заходи не допомогли, пробу води необхідно розбавити.

4. Після кип’ятіння до гарячого розчину додають 20 мл 0,01 н. розчину оксалатної кислоти . Об’єм розчину повинен чітко дорівнювати об’єму доданого об’єму робочого розчину KMnO₄. Розчин збовтують і одразу титрують робочим розчином KMnO₄ до появи блідо-рожевого забарвлення, що не зникає протягом 1–2 хвилин. Дослід вважається досконалим, якщо на титрування надлишку оксалатної кислоти йде не більше 7 и не менше 2 мл розчину перманганату калію.

5. Паралельно проводять порівняльний (холостий) дослід.

Для цього беруть 100 мл дистильованої води й обробляють її аналогічно як воду, що досліджують. Витрата перманганату калію на титрування дистильованої води не повинна перевищувати 0,3 мл.

Розрахунок перманганатної окисності води (Х) здіснюють за формулою

мг О/л,

де V₁ – об’єм робочого розчину , витрачений на титрування досліджуваної проби води, мл; V₂ – об’єм робочого розчину , витрачений на титрування холостої проби води, мл; V₃ – об’єм проби досліджуваної води, мл;

8 – молярна маса еквіваленту кисню; г/моль.

Обчислення виконують з точністю 0,1 мг.

Перманганатна окисність питної води, згідно з ДСАНПіН 383–96, не повинна бути більшою за 4 мг О/л.

Лабораторна робота № 16

Визначення вмісту розчиненого у воді кисню методом Вінклера

Проробити такі питання:

1. Джерела потрапляння кисню до природної води.

2. Значення розчиненого кисню для життя вищих організмів у воді.

3. Від яких факторів залежить концентрація у воді розчиненого кисню?

4. Сутність йодометричного методу визначення розчиненого кисню. Які робочі розчини застосовують для його визначення?

5. Назвіть умови, додержування яких є обов’язковим при йодометричних визначеннях.

6. Як характеризує розчинний кисень якість природних вод?

7. В яких одиницях виражають кількість розчиненого кисню у воді?

Загальні положення

Кисень є одним з найважливіших розчинених газів, постійно присутніх у поверхневих водах. Вміст кисню значною мірою визначає хіміко-біологічний стан природних вод, впливає на величину окисно-відновного потенціалу, а отже зумовлює напрямок і швидкість процесів хімічного й біохімічного окиснювання органічних і неорганічних сполук. Головними джерелами надходження кисню в поверхневі води є процеси абсорбції його з атмосфери й продуціювання рослинами в процесі фотосинтезу. Споживання кисню у воді пов'язане з хімічними та біохімічними процесами окиснювання органічних і деяких неорганічних речовин (, , , CH₄ тощо), що містяться у воді, а також з диханням водних організмів. Швидкість споживання кисню збільшується з підвищенням температури, кількості бактерій та інших водних організмів і речовин, що піддаються хімічному і біохімічному окиснюванню. Залежно від ступеня забрудненості поверхневих вод, вміст розчиненого кисню може коливатися від 0 до 14 мг/л. Добові коливання в основному залежать від співвідношення інтенсивності процесів його продуціювання й споживання, і можуть досягати 2–3 мг/л розчиненого кисню. Вміст кисню у воді впливає на життєдіяльність фауни й флори водойм. Наприклад, мінімальний вміст розчиненого кисню, що забезпечує нормальний розвиток риб, становить близько 5 мг/л. Зниження його до 2 мг/л викликає масову загибель риб. ГДК розчиненого кисню для водних об'єктів рибогосподарського призначення становить у зимовий період 4 мг/л, у літній – 6 мг/л.

Таким чином, вміст розчиненого кисню є важливим параметром оцінки якості санітарного стану водойм. Зниження його вмісту вказує на різку зміну біохімічних процесів у водоймі, на появу речовин–забруднювачів, що інтенсивно окиснюються киснем.

16.1. Робота в лабораторії

Посуд, приладдя, реактиви:

1. Терези аналітичні.

2. Бюкси, лійки, мірні колби ємкістю 200 – 250 мл.

3. Бюретки ємкістю 25 мл.

4. Піпетки ємкістю 15 – 20 мл.

5. Колби конічні для титрування.

6. ~0,02 н. розчин .

7. 0,02н. розчин .

8. 2н. розчин сульфатної кислоти.

9. 20%-вий розчин КІ.

10. 0,5%-вий розчин крохмалю.

Для виконання роботи необхідно:

1. Приготувати 0,02 н. робочі розчини: а) ( 1); б) ( 1/6).

2. Відстандартизувати приготовлений розчин .

3. Визначити вміст розчиненого кисню у воді, що досліджують.

16.1.1. Приготування робочого ~ 0,02 н. розчину тіосульфату натрію

Розчин тіосульфату натрію є нестійким при зберіганні тому, що реагує з вугільною кислотою, яка міститься у воді:

(16.1)

а також достатньо легко окиснюється киснем повітря:

. (16.2)

Для попередження цих небажаних реакцій бідистильовану воду, з якої готують розчин, обов’язково кип’ятять для видалення , і до 1 л води додають 0,1 г карбонату натрію для зв’язування :

.

Для приготування 1л ~ 0,02 н. розчину тіосульфату натрію розраховують наважку , виходячи з того, що М()= 248,2 г. Отже точну наважку розраховують як

) = 0,02∙248,2∙1∙1= 4,976 г.

Приготувати розчин тіосульфату натрію за точною наважкою неможливо, внаслідок реакцій (16.1 і 16.2). Тому цей розчин готують швидко, за приблизною наважкою, переливають у темну склянку і залишають стояти 7–10 діб. Для підвищення стійкості зберігання отриманого розчину до нього рекомендують додати 0,1 г на 1 л розчину, після чого визначають концентрацію приготовленого розчину. Після стандартизації розчин зберігають у темній склянці, захищеній від проникнення з повітря, за допомогою хлоркальцієвої трубки, заповненої натронним вапном (суміш і ).

16.1.2. Приготування стандартного 0,02Н розчину

1 л 0,02 н. розчин ( 1/6) готують з фіксаналу або за його відсутності за точною наважкою дихромату калію, виходячи з того, що його молярна маса еквівалента г/моль. Необхідну для приготування 1 л 0,02Н розчину наважку зважують на аналітичних терезах, кількісно переносять до мірної колби ємкістю 1 л, розчиняють і доводять дистильованою водою до позначки.

16.1.3. Стандартизація приготовленого робочого розчину

Перед роботою розчин обов’язково стандартизують за первинним стандартним розчином . Пряме титрування розчину розчином неможливе внаслідок дуже низької швидкості реакції та її нестехіометричності. Тому точну концентрацію знаходять не прямим, а замісним титруванням. Для цього до суміші розчинів йодиду калію і сульфатної кислоти ( і беруть з надлишком) додають точно відміряний об’єм розчину окисника і ставлять отриманий розчин на 5 хв. у темне місце для більш повного виділення йоду. При цьому має місце перебіг наступної реакції:

Вільний йод, який утворився в еквівалентній кількості до вмісту , відтитровують приготовленим розчином :

(16.3)

Отже, це замісне титрування, яке ґрунтується на співвідношенні: ,

тоді, вочевидь, концентрацію розчину можна розрахувати за формулою

, моль/л.

Методика встановлення концентрації робочого розчину

Наповнюють бюретку розчином і встановлюють рівень останнього на нулі. У велику конічну колбу мірним циліндром наливають 5 – 7 мл 20% –вого розчину КІ і 10 – 15 мл 2 н. розчину . До отриманої суміші додають піпеткою 20 мл 0,02 н. розчину . Потім накривають колбу годинниковим склом і дають постояти в темному місці 5 – 7 хвилин для повного утворення . Після цього годинникове скло знімають, ополіскують його над колбою, додають ще приблизно 200 мл дистильованої води і починають титрувати без індикатору від темно–брунатного до світло–жовтого забарвлення, після чого додають 5 мл 0,5% –вого розчину крохмалю (розчин забарвлюється в синій колір) і продовжують титрувати до появи від однієї краплини розчину світло–зеленкуватого забарвлення.

Перевіряють точність титрування. Для цього до відтитрованого розчину додають одну краплину 0,02 н. розчину . Якщо розчин перетитрований, то повинно з’явитися стійке синє забарвлення.

Визначення повторюють кілька разів до отримання не менше, ніж три подібних результата, що різняться не більше як на 0,1 мл. Знаходять середнє значення об’єму й нормальну концентрацію.

16.2. Визначення вмісту розчиненого кисню методом Вінклера

Класичним методом визначення вмісту розчиненого кисню є йодометричний метод Вінклера. Визначення цього параметру проводять одразу після відбору проби води. Йодометричне визначення розчиненого кисню ґрунтується на його взаємодії з гідроксидом мангану в лужному середовищі:

При підкисленні розчину сульфатною або хлоридною кислотами (рН < 1), в присутності надлишку йодистого калію, відновлюється до двовалентного мангану (), окислюючи при цьому йодистий калій до вільного йоду, кількість якого еквівалентна вмісту розчиненого кисню:

Йод, який виділився, титрують розчином тіосульфату калію в присутності індикатора – крохмалю (рівняння 16.3).

Вміст кисню у воді можна визначити за кількістю витраченого на титрування тіосульфату натрію. Згідно із законом еквівалентів, кількість еквівалентів , що пішла на титрування вільного йоду, дорівнює кількості еквівалентів і відповідно кількості еквівалентів кисню. Визначенню заважають зависі (адсорбують йод), органічні речовини, нітрити, двох – і – трьохвалентне залізо та інші окисники та відновники. Зазначені вище перешкоди при аналізі поверхневих вод зазвичай невеликі й додаткові операції потрібні в порівняно рідких випадках.

Для визначення кисню використовують реактиви:

· розчини хлориду або сульфату мангану (II). Розчиняють 400 г або 480 г , або 425 г у дистильованій воді і доводять об’єм розчину до позначки. Фільтрують крізь паперовий фільтр або зливають через сифон після повного відстоювання осаду;

· лужний розчин йодиду калію. Готують два розчина: а) 150 г розчиняють у 100 мл дистильованої води. При підкисленні розчину він не повинен виділяти вільний йод; б) 500 г або 700 г розчиняють у 800 мл прокип’яченої дистильованої води. Обидва розчини змішують і доводять об’єм до 1 л дистильованою водою;

· розчин сульфатної кислоти (1:4);

· 0,02 н. розчин тіосульфату натрію;

· 0,5% – вий розчин крохмалю.

Методика визначення

Для визначення кисню використовують спеціальні кисневі склянки.

1. Перед безпосереднім визначенням необхідно відкалібрувати кисневу склянку. Для цього зважити на технічних терезах з точністю до 0,01 г порожню кисневу склянку з пробкою. Потім заповнити склянку по вінця дистильованою водою, закрити пробкою таким чином, щоб не залишилося пухирців повітря, і знову зважити. Різниця між масою склянки з водою і без води дає масу дистильованої води та її об’єм.

2. У відкалібровану склянку певної місткості за допомогою лійки з гумовою трубкою, яка занурена до дна, обережно налити по вінця досліджувану воду, запобігаючи утворенню на внутрішній поверхні склянки пухирців повітря. Окремими піпетками (з подовженими носиками) додати послідовно 1 мл розчину хлориду або сульфату мангану (II) та 1 мл розчину лужного розчину йодиду калію. Це процедура фіксації розчиненого кисню. Потім швидко закрити склянку пробкою таким чином, щоб не утворилися пухирці повітря. При цьому частина води (2 мл) буде витиснена зі склянки пробкою. На дні склянки утворюється білий осад Mn(ОН)₂. Вміст склянки старанно перемішати і поставити склянку для відстоювання утвореного осаду не менше ніж на 10 хвилин. За цей час під дією кисню води білий осад буріє, в результаті утворення осаду .

3. Далі пробу води підкислюють, додаючи піпеткою 5 мл розчину сульфатної кислоти (1:4). Піпетку спочатку занурюють майже до поверхні осаду і (в міру витікання розчину) повільно її піднімають таким чином, щоб осад не скаламутився. Частина прозорого розчину, яка виливається зі склянки, на результат визначення не впливає. Склянку закривають пробкою і перемішують розчин. Дають постояти розчину в темному місці ще 5–7 хвилин. Бурий осад розчиняється, а розчин унаслідок утвореного вільного йоду набуває бурштино – жовтого кольору.

4. Розчин з кисневої склянки переливають у чисту конічну колбу місткістю 200–250 мл і негайно титрують 0,02 н. розчином тіосульфату натрію до світло-жовтого забарвлення. Далі додають 1 мл 0,5% – вого розчину крохмалю (розчин набуває синього забарвлення) і продовжують титрувати до світло–зеленкуватого забарвлення.

Вміст розчиненого кисню (, мг/л) обчислюють за формулою

мг/л,

де – молярна концентрація тіосульфату натрію , моль/л;

– об’єм розчину , витрачений на титрування, мл;

8 – молярна маса еквіваленту кисню, г/моль;

– об’єм проби води, мл;

2 – об’єм води, який вилився при фіксації розчиненого кисню, мл.

За отриманими результатами можна розрахувати ступінь насичення води киснем.

Ступінь насичення води киснем () - це відносний вміст кисню у воді (виражений у відсотках) від його рівноважного вмісту при певній температурі, атмосферному тиску 760 мм. рт. ст. і загальній мінералізації води до 1000 мг/л. Обчислюють за формулою

де – поточна концентрація кисню у воді за певної температури, мг/л;

–рівноважна концентраціякисню у воді (мг/л) за тієї ж температури й атмосферному тиску ( 760 мм рт. ст. або 1013 гПа – знаходять за табличними даними [12, 15];

– поточний атмосферний тиск (мм рт. ст. або гПа).

Величину Х₀ ( для різних температур ( можна обчислити за формулою

Х₀ (О₂) (мг/л) = 4,505· 10^-3 ·t² – 3,716· 10^-1 · t + 14,650.

Рекомендовані джерела

1. Алексеев В.Н. Количественный анализ [Текст] / В.Н. Алексеев. - М.: Химия, 1972. – 504с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. [Текст] / В.П. Васильев. - М.: Высш. школа, 1989

3. Пилипенко А.Т. Аналитическая химия. В двух книгах [Текст] / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий. -М.: Химия, 1990

4. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2