28.02.2013 Екоаналітична хімія, Лекція 6 1 Экоаналитическая химия Лекция 6. - презентация

1 Екоаналітична хімія, Лекція 6 1 Экоаналитическая химия Лекция 6

2 Екоаналітична хімія, Лекція 6 2 Аналитическая химия воды. Общие (интегральные) показатели качества вод. Что они показывают? Как их определяют ?

3 Екоаналітична хімія, Лекція 6 3 Перечень показателей Электропроводность Температура * Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси) Органолептические показатели: мутность *, запах *, цветность, прозрачность, вкус Водородный показатель (рН) Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) Кислотность Щелочность Растворенный кислород Жесткость Окисляемость перманганатная и бихроматная (ХПК) Биохимическое потребление кислорода (БПК).

4 Екоаналітична хімія, Лекція 6 4 Электропроводность- определение загрязнений ионного характера χ = 1/ρ Единицы измерения: Ом -1. см -1 или См. см -1 ; Na +,K +,Ca 2+,Cl -,SO 4 2-,HCO мСм/см при минерализации 1000 мг/дм 3 3 мСм/см при минерализации 1500 мг/дм 3 1 см

5 Екоаналітична хімія, Лекція 6 5 Взвешенные вещества 21% всех анализов качества воды – определение мутности и концентрации взвешенных веществ (грубодисперсных примесей): частицы глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. 0,25 мг/дм 3 (хозяйственно-питьевое) и 0,75 мг/дм 3 (культурно-бытовое водопользование) мл воды фильтруют, фильтр сушат при 105 о С (прокаливают при 600 о С ) и взвешивают. Общее содержание ВВ Минеральная часть ВВ

6 Екоаналітична хімія, Лекція 6 6 Органолептические показатели качества воды 23% всех определений качества воды заключается в оценке их органолептических свойств: Мутность; Мутность; Запах при 20 о С и при 60 о С; Запах при 20 о С и при 60 о С; Привкус; Привкус; Цветность; Цветность; Прозрачность. Прозрачность. Если вода не имеет запаха, можно не определять содержание загрязнителей, нормируемых по органолептическим показателям

7 Екоаналітична хімія, Лекція 6 7 Органолептические показатели качества воды Международный стандарт ИСО 6658: специальные требования к дегустаторам и методам проведения дегустации. Три квалификационных уровня дегустаторов: Консультант; Квалификационный консультант; Эксперт. Предварительно испытывают образец без запаха или привкуса, и его включают в серию анализируемых проб как шифрованный

8 Екоаналітична хімія, Лекція 6 8 Органолептические показатели: запах Для питьевой воды запах не более 2 баллов Оценка интенсивности запаха, баллы Интенсивность запахаХарактер проявления запаха 0никакого запахаотсутствие ощутимого запаха Iочень слабый запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый специалистом IIслабый запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание IIIзаметный запах, легко обнаруживаемый, может быть причиной того, что вода неприятна для питья IVотчетливый запах, обращающий на себя внимание, может заставить воздержаться от питья Vочень сильный запах, настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

9 Екоаналітична хімія, Лекція 6 9 Органолептические показатели: запах Пороговое число - Проба - Разбавитель

10 Екоаналітична хімія, Лекція 6 10 Органолептические показатели: вкус Пороговое число - Проба - Разбавитель

11 Екоаналітична хімія, Лекція 6 11 Органолептические показатели: мутность Определяют: Турбидиметрически в проходящем свете; Нефелометрически в отраженном свете; Единицы измерения: мг/л по стандартным суспензиям каолина; ЕМ/л по стандартным суспензиям формазина; 1 ЕМ/л = 0.58 мг/л. Алюмосиликат, т.е. глина

12 Екоаналітична хімія, Лекція 6 12 Органолептические показатели: стандарты мутности - формазин Вещество для приготовления стандартных суспензий (Кингсбери и Кларк, 1926); Приготовление: 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина растворяют в 1 л дистиллированной воды; Раствор становится мутным после выстаивания в течение 48 часов при 25 °С. При идеальных температурных условиях и освещении эта смесь может быть приготовлена многократно с точностью ± 1%.

13 Екоаналітична хімія, Лекція 6 13 Органолептические показатели: мутномеры LaMotte Turbidity Meter Источник излучения – инфра- красный фотодиод (max 890 нм) HI портативный микро- процессорный турбидиметр

14 Екоаналітична хімія, Лекція 6 14 Органолептические показатели: цветность Оттенки цвета природных вод: Слабо - желтоватая, светло - желтоватая, желтая, коричневая, красно – коричневая; Окраска воды, нм Желто-зеленая Желтая Оранжевая

15 Органолептические показатели: цветность Цветовые шкалы: Йодная; Платиновая K 2 PtCl 6 ; Хроматно-кобальтовая К 2 Сr 2 О 7, CoSO 4, H 2 SO 4 ; Платино-кобальтовая K 2 PtCl 6 и CoCl Екоаналітична хімія, Лекція 6 15

16 Екоаналітична хімія, Лекція 6 16 Органолептические показатели: прозрачность Прозрачность = мутность и цветность Единицы измерения : см Определение: Метод доски; Метод шрифта; Диск Секки.

17 Екоаналітична хімія, Лекція 6 17 Водородный показатель (рН) CO 2 + H 2 0 H + + HCO H + + CO Влияет на химические и биологические процессы, происходящие в воде; Колебания рН существенно сказываются на запахе, привкусе и внешнем виде воды, влияют на эффективность водоочистных мероприятий.

18 Екоаналітична хімія, Лекція 6 18 Окислительно-восстановительный потенциал (E h ) Единицы измерения: Вольты (милливольты). Показывает: преобладание окисленных или восстановленных форм: Окислительное: Е h + от 100 до 150 мВ, присутствие свободного кислорода, элементы в высших степенях окисления (Fe 3+, Mo(VI), As(V), V(V), U(VI), Sr 2+,Cu 2+,Pb(IV); Переходное окислительно-восстановительное: Е h от 100 до 0 мВ, неустойчивый геохимический режим и переменное содержание сероводорода и кислорода. Восстановительное: отрицательные значения Е h. В подземных водах присутствуют элементы в низших степенях окисления (Fe 2+,Mn 2+, Mo(IV), V(IV), U(IV)), а также сероводород.

19 Екоаналітична хімія, Лекція 6 19 Кислотность Кислотность Определение: титрование раствором щелочи Единицы измерения: ммоль/л щелочи, необходимой для нейтрализации. Естественная кислотность: pH воды не ниже 4.5 СО 2 ; гуминовые и др. слабые органические кислоты; катионы аммония, железа, алюминия; катионы органических оснований. При pH воды ниже 4.5 – свободная кислотность.

20 Екоаналітична хімія, Лекція 6 20Щелочность Определение: титрование раствором кислоты. Единицы измерения: ммоль/л кислоты, необходимой для нейтрализации. Обусловлена анионами слабых кислот: силикатов; карбонатов, гидрокарбонатов; боратов; сульфитов, гидросульфитов; сульфидов, гидросульфидов; анионов гуминовых кислот; гидрофосфатов.

21 Екоаналітична хімія. Лекція 7 21 Растворенный кислород Растворенный кислород Единицы измерения: мг/л. Снижение - признак загрязнения веществами, окисляющимися биохимически. Уровень загрязненности воды и класс качества Растворенный кислород лето, мг/дм 3 зима, мг/дм 3 % насыщения Очень чистые, I Чистые, II Умеренно загрязненные, III Загрязненные, IV Грязные, V Очень грязные, VI000

22 Екоаналітична хімія. Лекція 7 22 Растворенный кислород Растворенный кислород Йодометрическое определение по Винклеру: Фиксация (MnSO 4, KI, NaOH) : 2Mn(OH) 2 + O 2 = 2MnO 2 + H 2 O; Подкисление (HCl): MnO 2 +3 I - + 4H + = Mn 2+ + I H 2 O; Титрование (Na 2 S 2 O 3 ): I S 2 O 3 2- = 3I- + S 4 O 6 2-.

23 Екоаналітична хімія. Лекція 7 23 Экспресс-определение растворенного кислорода Электрохимическое определение: О 2 + 2Н + + 2е = Н 2 О 2 ; Н 2 О 2 + 2Н + +2е = 2Н 2 О. е О2О2 О 2 + 4Н + + 4е = 2Н 2 О Быстрый отклик; Прямая регистрация сигнала; Автоматизация Мешающее влияние других окислителей; Отравление поверхности электрода

24 Екоаналітична хімія. Лекція 7 24 Растворенный кислород Растворенный кислород Амперометрическое определение: Диффузия через газопроницаемую мембрану (полиэтилен, тефлон, силиконовая резина); Восстановление кислорода: сила тока = К. с(О 2 ). Катод (Pt): O H 2 O + 4e = 4 OH - Анод (Ag): 4 Ag + 4 Cl - = 4 AgCl + 4 e

25 Екоаналітична хімія. Лекція 7 25 Растворенный кислород: электрод Кларка Растворенный кислород: электрод Кларка (A) Pt- электрод; (B) электрод сравнения Ag/AgCl; (C) полунасыщенный раствор KCl; (D) тефлоновая мембрана; (E) резиновое кольцо; (F) источник напряжения; (G) Электронный прибор для измерения тока.

26 Жесткость - содержание растворённых солей кальция и магния, ммоль-экв/л.кальция магния Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде HCO 3 - и CO 3 2- (при рН>8.3) кальция и магния. Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием SO 4 2-, Cl -, NO 3 - Норма 1,5 – 7 ммоль-экв/л Екоаналітична хімія, Лекція 6 26

27 Жесткость ГрадусОбозначениеОпределение1° = ? ммоль- экв/л 1 ммоль- экв/л = ? ° Немецкий °dH (dergees of hardness) 1 часть СаО на частей воды Английс- кий °e 1 гран ( г) CaCO 3 на 1 английский галлон воды (4.564 л)грангаллон Француз- ский °TH 1 часть CaCO 3 на частей воды Американ- ский ppm 1 часть CaCO 3 на частей воды Екоаналітична хімія, Лекція 6 27

28 Екоаналітична хімія. Лекція 7 28 Определение ХПК (дихроматная окисляемость) Химическое Chemical Потребление Oxygen Кислорода Demand Единицы измерения : мг/л кислорода; Что показывает : содержание в воде органических веществ, способных окисляться; Как определяют: добавляют окислитель; после окисления определяют непрореагировавший избыток.

29 Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности Степень загрязнения (классы водоемов) ХПК, мг О/дм 3 Очень чистые1 Чистые2 Умеренно загрязненные3 Загрязненные4 Грязные5-15 Очень грязные> Екоаналітична хімія, Лекція 6 29

30 Екоаналітична хімія. Лекція 7 30 Условия определение ХПК (арбитражный метод) Cr 2 O Н + + 6е 2Cr Н 2 О; C CO 2 S SO 2 P P 2 O 5 N NH 4 + H H 2 O Катализатор Ag 2 SO 4 ; среда конц. H 2 SO 4 (1.5:1); кипятят с обратным холодильником 2 ч; Cr 2 O Fe Н + 2 Cr Fe Н 2 О

31 Екоаналітична хімія. Лекція 7 31 Помехи при определении ХПК (арбитражный метод) Занижение результата: Неорганические окислители; Неполное окисление (окисляются не все органические вещества) ХПК эксп = 95%-99% ХПК теор Завышение результата: Хлориды Cr 2 O Cl Н + 2Cr Cl 2 + 7Н 2 О; Нитриты Cr 2 O NO Н + 2Cr NO Н 2 О; Неорганические востановители HgSO 4 Поправки Сульфами- новая кислота

32 Екоаналітична хімія. Лекція 7 32 Не окисляются дихроматом: Пиридин; Пиррол; Пирролидин; Пролин; Никотиновая кислота; Бензол, толуол, другие АрУ; Нафталин; Парафин.

33 Екоаналітична хімія. Лекція 7 33 Ускоренное определение ХПК Увеличивают количество конц. H 2 SO 4 (7:1 по объему); Саморазогрев; Применяется для сравнительного анализа проб Медленно окисляются уксусная кислота, анилин и др. ? ?

34 Екоаналітична хімія. Лекція 7 34 Ускоренное определение ХПК Термическое сжигание проб при температурах свыше 1200°С, Газоанализатор для определения убыли кислорода; Нет потери летучих компонентов; Не нужны реактивы и катализаторы; Можно анализировать мутную и окрашенную воду.

35 Екоаналітична хімія. Лекція 7 35 Приборы для определения ХПК 2 мл пробы; Расфасованные реактивы; Герметичные реагентные пробирки; Реактор; Колориметр.

36 Екоаналітична хімія. Лекція 7 36 Определение БПК Биологическое Biochemical Потребление Oxygen Кислорода Demand Единицы измерения: мг/л кислорода; Что показывает: потребление кислорода в природных условиях; Как определяют: полностью аэрированной водой заполняют сосуды доверху; выдерживают; определяют оставшийся кислород.

37 Екоаналітична хімія. Лекція 7 37 Условия определения БПК Для проявления микробиологической активности: 20 о С; рН от 6.5 до 8.5; Питательные вещества- соли Ca, Mg, Fe, фосфаты; Отсутствие хлора; К концу процесса должно остаться около 30% начального количества кислорода БПК = С (О 2 ) начальная - С (О 2 ) конечная

38 Екоаналітична хімія. Лекція 7 38 Приборы для определения БПК Манометрический датчик; Автоматически перемешивает пробы, записывает результаты и отключается; 5, 7 или 10 дней инкубации; Регистрация результатов каждые 15 мин. BOD Trak

39 Екоаналітична хімія. Лекція 7 39 Оценка токсичности воды Биоиндикация по наличию и состоянию гидробиоты (водных организмов); Биотестирование по изменению поведения тест- организмов, внесенных в исследуемую воду. Биохимический метод контроля поведения аэробов: потребления О 2, органических веществ, генерации СО 2. Инфузория Дафния

40 Екоаналітична хімія. Лекція 7 40 Оценка токсичности воды Биохимический метод Тест-организмы- аэробы: Микроорганизмы, дрожжи, грибки и т.д. Контролируемый параметр - скорость потребления О 2 Вспомогательные вещества: Органический субстрат; Минеральные питательные вещества. Концентрация О 2 Время 1) 2) 3)

41 Екоаналітична хімія, Лекція 6 41 Спасибо за внимание!