Методи аналізу хімічного складу мінеральних вод (стр. 1 из 2)
Міністерство освіти і науки України
Львівський національний університет імені Івана Франка
Хімічний факультет
Реферат
на тему:
«Методи аналізу хімічного складу мінеральних вод»
Підготувала
студент групи ХМХ-43
Горон Роман
Львів-2010
Зміст
Вступ
Хімічний склад природних вод є надзвичайно різноманітний.До природних вод належать поверхневі води суші, морські і океанічні, підземні, атмосферні опади. Різні типи вод містять різну концентрацію розчинених речовин. Сумарний вміст розчинених у воді солейназивається її мінералізацією. За вмістом у водах розрізняють макро- або головні (декілька %) і мікроелементи (10-3% і менше). Життєво необхідні елементи, а також продукти життєдіяльності живих організмів утворюють біогенні елементи, вміст яких проміжний між макро- і мікроелементами.
Головні іони – HCO3-, CO32-, SO42-, Cl-; Ca2+, Mg2+, Na+, K+.
Біогенні елементи – N (NH4+, NO2-, NO3-, нітроген органічних сполук), P (орто-, поліфосфати, фосфор органічних сполук), Si ортосилікати), Fe (сполуки Fe (ІІ,ІІІ), найчастіше гідрооксиди та фосфати).
Мікроелементи – біометали Mn, Cu, Zn, Co, Mo Ni, F, J та інші.
Розчинені гази – O2, CO2, H2S, CH4 та інші.
Органічні речовини – білки, аміни, амінокислоти, карбонові та оксикарбонові кислоти, гумусові речовини (переважно фульвокислоти) складні ефіри, вуглеводи, карбонільні сполуки, спирти, а також пестициди, детергенти.
Показниками якості води є її фізичні та фізико-хімічні – питома вага, прозорість, кольоровість, каламутність, смак, запах, рН, редокспотенціал.
В даній роботі ми розглянемо методи аналізу мінеральної води, а саме визначення вмісту солей натрію, калію, кальцію полуменево-фотометричним методом, визначення НСО3- та СО32- титриметричним методом та визначення у воді загального вмісту сполук феруму. Також виміряємо такий важливий фізико-хімічний показник кислотності води, як рН.
1. Визначення натрію, калію та кальцію у мінеральній воді
Полуменево-фотометричне визначення натрію, калію та кальцію у мінеральній воді можна виконувати методом добавок.
Обладнання. 1. Полуменевий фотометр;
1. мірні колби місткістю 100 мл;
2. хімічний стакан на 50 мл;
3. градуйовані піпетки на 5, 10 і 20 мл.
Реактиви. 1. Натрій хлорид, Т=0,1 мг/мл;
2. Калій хлорид, Т=0,1 мг/мл;
3. Кальцій карбонат, Т=0,1 мг/мл.
Методика визначення. У дві мірні колби поміщають по 5 мл досліджуваної мінеральної води. В одну з колб додають 10 мл стандартного розчину Натрій хлориду (Калій хлориду, Кальцій хлориду), в другу – 20 мл того ж стандартного розчину. В третю мірну колбу поміщають 5 мл досліджуваної мінеральної води, додають дистильовану воду до мітки і перемішують. Розчини почергово вливають в хімічний стакан і розпилюють в полум’ї горілки. За одержаними даними будують графік залежності показів приладу від концентрації натрію (калію, кальцію).
Вміст визначуваного іону в мінеральної воді Q обчислюють за рівнянням:
мкг/мл або мг/мл,де С – концентрація солі, що була додана (Натрій, Калій чи Кальцій хлориди), мкг/мл;
а – покази мікроамперметра при фотометруванні проб розведеної мінеральної води без додавання хлоридів;
b – покази мікроамперметра при фотометруванні проб розведеного соку з додаванням хлоридів;
10 – кратність розведення мінеральної води.
Інший метод визначення концентрації калію( натрію, кальцію, натрію) у природній воді способом градуйованого графіка
Апаратура і матеріали;
1. ПолуменевиЙ фотометр.
2. Розчини солі калію з Тк =1,0 та 0,1 мг/мл
Для визначення калію у розчині методом емісійної фотометрії полум'я користуються резонансним дублетом ліній 766,5 та 769,9км, якому відповідає потенціал збудження 1,62еВ. На випромінювання атомів калію впливає склад розчину і температура полум'я.
У приладах зі світлофільтрами сигнал від калію зростає, якщо є помірні концентрації натрію та кальцію, тому необхідно вносити поправку у сигнал на наявність цих елементів.
Вміст калію у природних водах коливається в межах 1-10 мг/л, тому розводити пробу у більшості випадків немає потреби.
ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ
З розчину калію з Тк 0,1 мг/мл готують серію стандартних розчинів, концентрації яких 0,5; 1,0; 2,0; 3,0, 4,0; 5,0 мкг/мл. Для цього в мірні колби місткістю 100,0 мл вносять відповідно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл стандартного розчину калію, розводять до позначки дистильованою водою і добре перемішують.
Відбирають порцію прозорої досліджуваної води об'ємом 5-10 мл. У чіткому і стабільному конусі полум'я фотометрують розчини стандартної серії та досліджуваний, починаючи з розчину із найменшою концентрацією. Перед кожним вимірюванням регулюють "нуль" приладу, розпилюючи дистильовану воду. Вимірювання проводять неменше трьох разів і знаходять середні значення сигналу ī, мкА. Одержані дані записують у таблицю.
Обчислюють концентрацію калію у воді за рівнянням градуйованого графіка І,мкА = а + bС. Параметри графіка " а " та "b " обчислюють за рівняннями:
, 
де n - кількість точок графіка.Обчислення значення концентрації калію у нерозбавленій пробі води Сх відповідає концентрації калію у вихідній пробі, мг/л. Якщо ж воду перед аналізом р - кратно розводили дистильованою водою, то концентрація калію у вихідній пробі дорівнюватиме рСх ,мг/л.
2. Визначення кислотності води
Вода, як і кислоти, солі та луги, частково дисоціює на іони:
Н2О Н+ + ОН.Ступінь дисоціації води дуже незначний. У хімічно чистій воді концентрація іонів водню дорівнює концентрації гідроксид-іона:
[H+] = [OH] = 107 моль/дм3.
При 22С добуток концентрації цих іонів:
kw = [H+] [OH] = 1014 .
Цей добуток, який має назву іонного добутку води, зберігає постійне значення і в присутності речовин, які утворюють під час дисоціації іони водню та гідроксид-іони: kw = const. Це означає, що досить визначити концентрацію одного з іонів (Н+ або ОН), щоб вирахувати кількість іншого. На практиці знаходять концентрацію іонів водню і позначають її з допомогою водневого показника рН, який являє собою від’ємний десятковий логарифм концентрації іонів водню:
рН = lg [H+].
Величина рН характеризує стан водного середовища:
в нейтральному середовищі [H+] = [OH] = 107 моль/дм3, тож рН = 7;
якщо [H+] [OH], рН 7 – середовище кисле;
якщо [H+] [OH], 7 рН 14 – середовище лужне.
Активна реакція води – один із найважливіших показників її якості, що визначає характер протікання хімічних і біохімічних процесів у природних водах та очисних спорудах. Від рН залежить розвиток та життєдіяльність водних організмів, форма існування у воді цілого ряду хімічних сполук, корозійна активність води відносно металів та бетону тощо. Водневий показник важливий при проведенні ряду процесів її обробки, наприклад, при коагулюванні, реагентному пом’якшенні, знезалізненні, виділенні сполук кремнію, марганцю тощо, при виконанні деяких видів хімічного аналізу.
Значення рН річкової води коливається в межах 6,5...8,5, болотної води – 5,5...6,0, океанської – 7,0...8,3.
рН води залежить від сезону: взимку для більшості річкових вод спадає (6,8...7,4), влітку піднімається (7,4...8,2).
ДержСанПіН України регламентує рН у межах 6,5...8,5.
Для визначення рН існує два головних методи: колориметричний та електрометричний.
Колориметричний метод ґрунтується на використанні спеціальних одно- або двокольорових індикаторів, при додаванні яких до розчину останній набуває забарвлення. Ці індикатори (найчастіше – мета-нітрофеноли) являють собою слабкі кислоти, які забарвлені в дисоційованому стані, а в недисоційованому безбарвні. При цьому інтенсивність забарвлення пропорційна ступеню дисоціації індикатора, який залежить від рН розчину.
Точність колориметричних методів обмежена і ними користуються в разі відсутності можливості використання приладів (в польових умовах).
При визначенні користуються набором ампул-еталонів з відомими значеннями рН розчинів, в які введений відповідний індикатор. Визначення виконують підбором ампули-еталона з відомим рН, колір якого збігається з кольором досліджуваної проби води. Визначення кольорів проводять у компараторі.
Електрометричний метод визначення рН ґрунтується на вимірюванні електрорушійної сили (ЕРС) електрохімічного ланцюжка, складеного з проби води, скляного електрода і електрода порівняння. Цим методом досягається стандартне відхилення при визначенні рН = 0,05 чи менше (ISO 10523).
Під час електрометричного визначення рН використовують лабораторний рН-метр зі скляним електродом вимірювання та хлорсрібним електродом порівняння. При зануренні скляного електрода у розчин між поверхнями кульки скляного електрода і розчину виникає обмін іонами, внаслідок якого іони літію в зовнішніх шарах скла заміщуються іонами водню, скляний електрод стає водневим. Між поверхнею скла і аналізованим розчином виникає різниця потенціалів (ЕРС), пропорційна рН розчину.
Методика визначення рН розчину електрометричним методом
Вимірювання рН води необхідно проводити якнайскоріше після відбору проби, оскільки рН швидко змінюється через протікання різних хімічних, фізичних і біохімічних процесів у пробі.