4.14 Методика определения сухого остатка

Сухим остатком (С.О.) называют общее содержание в профильтрованной воде всех растворенных нелетучих при температуре 120°С твердых веществ. Величину сухого остатка выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды.

Сухой остаток позволяет косвенно судить о солесодержании воды, т.е. о сумме всех катионов и анионов, за исключением ионов Н⁺ и ОН^-.

Определение сухого остатка основано на выпаривании профильтрованной воды, высушивании полученного остатка при 120°С до постоянной массы и определении гравиметрическим методом.

Сухой остаток, определенный этим методом, практически никогда не отвечает данному выше определению. Причиной этого является гигроскопичность ряда веществ, неполностью отдающих влагу или кристаллизационную воду при высушивании. Кроме того, некоторые органические вещества при 120°С начинают окисляться, в результате чего их масса сначала увеличивается, а затем уменьшается.

При определении сухого остатка природных вод бикарбонаты кальция и магния переходят в карбонаты СаСО₃ и MgCO₃. Термический распад бикарбонатов протекает в соответствии с уравнением

При этом происходит выделение СО₂, т.е. вместо каждых 122 мг бикарбонат-ионов в составе сухого остатка остается 60 мг карбонат-ионов.

В сухом остатке присутствуют также коллоидные, в том числе и органические примеси. Поэтому сухой остаток нужно рассматривать как показатель, лишь приближенно характеризующий степень минерализации воды и дающий порядок величины солесодержания.

4.14.1 Подготовка пробы

Для анализа отбирают такой объем воды, чтобы масса сухого остатка в чашке находилась в пределах 50-150 мг. Отбираемый на анализ объем воды находят в зависимости от ожидаемого сухого остатка воды. При выборе объема воды для анализа необходимо руководствоваться таблицей.

Сухой остаток, мг/дм3	Отбираемый объем воды, см3
10000	10-15
5000	20-25
1000	100
500	200
100	500
50	1000

Отобранный объем воды полностью освобождают от взвешенных веществ фильтрованием. В зависимости от количества и характера взвешенных веществ фильтрование производят через бумажный или мембранный фильтр.

4.14.2 Проведение анализа

В чистой высушенной и взвешенной платиновой или фарфоровой чашке выпаривают отобранный для анализа объем профильтрованной воды. Полученный остаток высушивают при 120°С до постоянной массы. Для этого чашку с осадком выдерживают в сушильном шкафу в течение 1 часа, а затем по 30 минут.

4.14.2 Обработка результатов

Сухой остаток (С.О.) в миллиграммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

где m₁ - масса пустой чашки, г;

m₂ - масса чашки с высушенным остатком, г;

V - объем воды, взятый для анализа, см³;

10⁶ - пересчет к миллиграммам на 1дм³.

4.15 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ И СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ

Солесодержание воды (s)- один из основных показателей качества воды, характеризующий содержание в ней ионизированных примесей: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Al³⁺, , , , , , , , , , , и др.

Солесодержание воды выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды. В настоящее время малые значения солесодержания выражают в единицах удельной электропроводности – сименсах на сантиметр или микросименсах на сантиметр.

Кондуктометрический метод определения солесодержания воды основан на явлении переноса электрических зарядов ионами содержащихся в воде веществ при прохождении через нее электрического тока.

Способность раствора проводить электрический ток характеризуется его удельной электрической проводимостью (УЭП), которая пропорциональна количеству находящихся в нем ионов и, следовательно, концентрации их (солесодержанию). Зависимость между УЭП раствора, помещаемого между электродами кондуктометрической ячейки, и его сопротивлением характеризуется формулой:

,

где c - удельная электрическая проводимость УЭП, См/см;

R - сопротивление раствора, Ом;

электрическая постоянная ячейки (константа), см ^-1. Постоянная ячейки зависит от ее геометрических размеров.

Подобно жесткости, щелочности и рН удельная электрическая проводимость является групповым показателем и характеризует содержание в воде ионов всех растворенных веществ. Непосредственно измерить концентрацию вещества по УЭП его раствора можно только в монорастворах. Показатель УЭП может быть использован для проверки или упрощения полных анализов многокомпонентных растворов.

При увеличении температуры раствора возрастает подвижность ионов и снижается вязкость растворителя, что приводит к повышению УЭП раствора. Зависимость УЭП от температуры имеет вид:

,

где и - электрическая проводимость при температуре t и 25°С;

- температурный коэффициент электрической проводимости растворенного вещества, приведенный в таблице.

Электролит		Электролит
HCl	0,0151	NaCl	0,0200
H2SO4	0,0154	KCl	0,0191
NaOH	0,0198	CO2	0,0150
KOH	0,0194	NH3	0,0194
CaCl2	0,0201	(NH4)2CO3	0,0189
Ca(HCO3)2	0,0207	NH4 HCO3	0,0193
Na2CO3	0,0199	NH4 Cl	0,0190
NaHCO3	0,0205	Na2SO4	0,0206

4.15.1 Определение УЭП и S с помощью измерителя проводимости.

1) Подготовка фильтра

Лабораторный катионитный фильтр промывают 50 см³ нагретой до 70-80°С соляной кислотой 5% концентрации, после чего отмывают очищенной дистиллированной водой. Подготовленный таким образом фильтр может быть использован для подготовки не менее 50 проб конденсатов паров, питательной и обессоленной воды.

2) Подготовка пробы

Определению УЭП конденсатов, питательной и обессоленной воды мешают растворенные газы СО₂ и NH₃. Влияние их устраняют двумя способами:

а) кипячением и упариванием в 3-4 раза с введением поправки на упаривание;

б) Н-катионированием проб конденсатов, питательной и обессоленной воды с последующим кипячением или продуванием очищенным воздухом.

При подготовке пробы вторым способом сливают жидкость из фильтра до верхнего уровня катионита и пропускают через него 200-250 см³ анализируемой воды.

Первую порцию фильтрата объемом 100 см³ выливают не используя в анализе. Затем отбирают 100 см³ фильтрата в стакан и используют его для определения УЭП.

3) Проведение анализа

Измерение УЭП пробы осуществляют следующим образом: в датчик измерителя проводимости через воронку заливают испытуемую пробу. Температуру пробы заранее измеряют лабораторным термометром. Переключают тумблер измерителя проводимости в положение I и снимают показания прибора по шкале мS/см (мкСм/см). Продолжительность одного измерения 5-10 секунд. Затем вытесняют оставшуюся в датчике воду порцией очищенной (дистиллированной) воды.

4) Обработка результатов

При кондуктометрическом контроле требуется привести измерен

ное при температуре пробы t значение электрической проводимости к 25°С. Для приведения используют формулу:

, мкСм/см.

Для определения солесодержания (S) в миллиграммах на кубический дециметр воды показания прибора в микросименсах на сантиметр при 25°С переводятся в единицы условного солесодержания по градуировочным таблицам.

Пример градуированного графика для определения солесодержания воды:

Измеритель проводимости WD-1

постоянная датчика см ^-1

S рассчитана для t=25°С по NaCl.

(при 25˚С) мкСм/см	S мг/дм3	(при 25˚С) мкСм/см	S мг/дм3
0,3	0,05	1,0	0,14
0,5	0,07	1,5	0,21
0,6	0,09	2,0	0,29
0,7	0,10	3,0	0,43
0,8	0,12	4,0	0,57
0,9	0,13	5,0	0,72

4.15.2 Определение солесодержания с помощью лабораторного солемера

Лабораторный солемер состоит из датчика проточного типа с механической температурной компенсацией и универсального вольтметра типа ВУ-15 или мегаомметра.

Основная часть датчика представляет собой стеклянную трубку, в оба конца которой вставлены спиральные электроды, изготовленные из нихромовой проволоки диаметром 0,5-1 мм

Верхний электрод может свободно перемещаться вдоль шкалы температурного компенсатора. За счет изменения расстояния между электродами вносится поправка на температуру анализируемого раствора.

Стеклянная трубка устанавливается между верхней и нижней головками датчика. В верхней головке имеется гнездо для установки термометра и отверстие для слива воды. Исследуемая вода подводится через воронку и гибкую (пластиковую или резиновую) трубку в нижнюю головку датчика. Через нижнюю головку в трубку датчика вводится неподвижный электрод, через верхнюю - подвижный. Из нижней головки датчика организован выпуск воды.

Калибровка датчика при малом солесодержании (0-5 мг/дм³) производится расчетным способом; при больших - с помощью эталонных растворов, которые готовят из исходной, химически обработанной и котловой воды.

1) Подготовка солемера к работе

а) Прибор ВУ-15 перед началом работы должен быть заземлен,

включение его в сеть производится с помощью кнопки R .

Проверку прибора ВУ-15 производят следующим образом 

- при разомкнутых клеммах r_x0.7V (отсоединенных датчиках) стрелка прибора должна устанавливаться на отметку  щкалы . Регулировку осуществляют ручкой 0;

- при замкнутых накоротко клеммах стрелка прибора должна устанавливаться на отметку0 шкалы. Регулировку осуществляют ручкой 0;

б) Перед выполнением измерений датчик необходимо промыть дистиллированной водой.

2)Подготовка проб

Для определения солесодержания воды необходимо отобрать 100-150 см³ пробы.

Подготовку проб конденсатов, питательной и обессоленной воды осуществляют аналогично п.4.15.1

Котловую воду солевого отсека нейтрализуют по индикатору фенолфталеину 0.1 н раствором соляной кислоты.

3) Проведение анализа

Измерение электрического сопротивления пробы осуществляют следующим образом

- в датчик через воронку заливают испытуемую пробу до стабилизации ее температуры

- измеряют температуру пробы с помощью термометра, установленного в гнездо верхней головки датчика

- устанавливают верхний подвижный электрод на соответствующее этой температуре деление шкалы термокомпенсатора

- переключают тумблер прибора в положение М при измерении сопротивления проб конденсата, питательной и обессоленной воды или в положение К при измерении сопротивления исходной, сетевой и котловой воды.

- снимают показания прибора;

- вытесняют оставшуюся в датчике пробу дистиллированной водой через верхнюю головку или опорожняют датчик через нижнюю головку.

4) Обработка результатов

Для определения солесодержания (S) в миллиграммах на кубический дециметр воды показания прибора в мегаомах или килоомах переводятся в единицы условного солесодержания по градуировочным таблицам.

Пример градуировочной таблицы для определения соле- содержания:

R, МОм	S, мг/дм3		R, КОм	S, мг/дм3
8 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0	4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0		40 39 38 37 36 35	229 235 241 248 254 262

4.15.3 Определение солесодержания воды (минерального остатка) расчетным способом.

Минеральный остаток вычисляют, суммируя количество катионов и анионов или определяя щелочность и «кислотность» (сумму анионов сильных кислот) воды. Минеральный остаток выражают в миллиграммах на кубический дециметр.

Чтобы минеральный остаток можно было сравнивать с величиной сухого остатка, всю щелочность воды пересчитывают на карбонат-ионы . Основанием для такого пересчета служит то обстоятельство, что ионы при выпаривании воды количественно превращаются в ионы , теряя , а гидраты, напротив, поглощают двуокись углерода из окружающего воздуха и также переходят в карбонаты.

1) Вычисление величины минерального остатка суммированием катионов и анионов.

Величину минерального остатка в миллиграммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

М.О. = (Fe₂O₃) + (Al₂O₃) + (SiO₂) + (Ca) + (Mq) + (Na) + (Cl) + (SO₄) + (NO₃) + 30,005^.Щ_о ,

или приблизительно по упрощенной формуле:

М.О. = (Ca) + (Mq) + (Na) + (Cl) + (SO₄) + (NO₃) + 30,005^.Щ_о ,

Здесь символы в скобках означают концентрацию соответствующего вещества в миллиграммах на кубический дециметр, а Щ_о – общую щелочность воды в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр воды.

2) Вычисление величины минерального остатка по щелочности и «кислотности» воды:

Определяют щелочность воды, а затем кислотность воды после ее Н-катионирования и вычисляют величину минерального остатка воды в миллиграммах на кубический дециметр по формуле:

М.О. = Э_щ ^, Щ_о + Э_к ^, К_о

где Э_щ и Э_к – весовые эквиваленты для 1 мг-экв/дм³ соответственно щелочности и кислотности воды, определенные экспериментально (вычислены из обычного для данного типа воды соотношения компонентов). Для водопроводной воды Э_щ = 60, а Э_к = 50;

К_о – кислотность Н-катионированной пробы воды в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр воды.

4.16 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДОВ

Хлориды присутствуют в воде в виде соединений, представляющих собой истинно растворенные примеси, определяющие ионный состав воды.

Ионы хлора (Cl^-) находятся во всех природных водах, причем их содержание изменяется в очень широких пределах. Они относятся к числу устойчивых примесей, так как не образуют труднорастворимых соединений, не подвергаются гидролизу и окислению.

Содержание хлоридов выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды или в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр.

Метод основан на способности ионов ртути образовывать с индикаторами дифенилкарбазоном или дифенилкарбазидом комплексное соединение, имеющее в кислой среде (рН=2) сине-сиреневую окраску. При добавлении двухвалентной ртути к раствору, содержащему ионы хлора, образуется сулема - вещество настолько малорастворимое, что индикаторы отмечают присутствие ионов ртути в растворе только после связывания практически всего количества ионов хлора.

Метод применим при концентрации хлоридов не менее 2 мг/дм³.

4.16.1 Проведение анализа

В коническую колбу отбирают 100 см³ анализируемой воды, если содержание хлоридов не превышает 100 мг/дм³. Если содержание хлоридов более 100 мг/дм³, отбирают меньший объем и доливают до 100 см³ очищенной водой.

В пробу вводят 5 капель индикатора дифенилкарбазона (или дифенилкарбазида). Если жидкость окрашивается в синеватый или фиолетовый цвет (щелочная среда), ее нейтрализуют 0,1н раствором азотной кислоты до появления салатно-желтой окраски.

Если после прибавления индикатора жидкость окрашивается в салатно-желтый цвет (кислая среда), ее нейтрализуют 0,1н раствором едкого натра до перехода окраски в синеватую, а затем одной-двумя каплями 0,1н раствора азотной кислоты вновь доводят до салатно-желтой.

К нейтрализованной таким образом пробе прибавляют 0,5 см³ 0,1н азотной кислоты и титруют жидкость раствором азотнокислой ртути до изменения окраски от салатно-желтой до сине-сиреневой.

4.16.2 Обработка результатов

Концентрацию хлоридов (С_Сl^-) в миллиграммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

,

где а - расход раствора азотнокислой ртути, см³;

Т - титр раствора азотнокислой ртути по иону Cl^-, мг/см³;

V - объем пробы, см³.

Пересчет концентрации хлоридов в миллиграмм-эквиваленты на кубический дециметр воды выполняют по формуле:

,

где Э_Сl - эквивалент хлор-иона, равный 35,46.

4.17 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТОВ

Сульфаты присутствуют в воде в виде соединений, представляющих собой истинно растворимые примеси, определяющие ионный состав воды.

Сульфат-ионы , так же как ионы хлора, распространены повсеместно.

Сульфат-ионы в поверхностных водах, не загрязненных органическими веществами, достаточно устойчивы, как анионы сильной кислоты они не подвергаются гидролизу и образуют относительно трудно растворимую соль только с одним из катионов природных вод - . Однако растворимость сульфата кальция при обычной температуре достаточно высока (около 1 г/дм³) и в природных водах, как правило, не происходит выделения твердой фазы. В присутствии большого количества органических примесей и при дефиците кислорода в результате протекания биохимических процессов ионы могут легко восстанавливаться до или S^2- Последние при изменении кислородного режима водоема легко окисляются снова до .

Содержание сульфатов выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды или в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр.

Метод основан на объемном определении концентрации сульфат-ионов титрованиекм раствором хлористого бария в ацетоноводной или спиртовой среде при значении pH=6 в присутствии индикатора арсеназо III.

Метод применим при концентрации сульфатов не менее 20 мг/дм³.

4.17.1 Подготовка пробы

При содержании в анализируемой воде солей жесткости свыше

0,2 мг-экв/дм³ необходимо пропустить ее через фильтр с катионитом, отрегенерированный соляной кислотой.

Сливают жидкость из фильтра до верхнего уровня катионита и пропускают через него 150-200 см³ анализируемой воды. Первую порцию фильтра объемом 100 см³ отбрасывают, не используя в анализе. Затем отбирают приблизительно 50 см³ фильтрата, в котором определяют концентрацию сульфатов.

При содержании сульфатов свыше 1000 мг/дм³ следует разбавлять анализируемую воду примерно в 10 раз для устранения опалесценции, затрудняющей определение точки эквивалентности при титровании.

4.17.2 Проведение анализа

В коническую колбу отбирают пипеткой 1-10 см³ анализируемой воды, добавляют 1 см³ 0,01н серной кислоты, прибавляют 20-40 см³ ацетона или этилового спирта, 3 капли индикатора арсеназо III и титруют 0,01н раствором хлористого бария до перехода розовой окраски в сине-фиолетовую.

4.17.3 Обработка результатов

Содержание сульфатов в миллиграммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

;

где a - объем раствора хлористого бария, см³;

1 - объем раствора серной кислоты, см³;

- эквивалент сульфат-иона=48;

N - нормальность раствора хлористого бария, г-экв/дм³;

V - объем анализируемой воды, см³.

Пересчет концентрации сульфатов в миллиграмм-эквивален-

ты на кубический дециметр воды выполняют по формуле:

4.18 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАТРИЯ

Ионы натрия (Na⁺) относятся к числу устойчивых примесей воды, так как они не образуют труднорастворимых солей и не подвергаются гидролизу, т.е. не вступают в реакцию с водой.

Содержание натрия выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды или в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр.

4.18.1 Потенциометрический метод измерения натрия

Потенциометрическое определение натрия основано на измерении активной концентрации анализируемого иона по измерению разности электрических потенциалов двух электродов, помещенных в анализируемый раствор.

Потенциометрические измерения чувствительны к изменениям температуры. Колебания температуры проб от температуры калибровочных растворов допустимы в пределах 2-3°С.

Кроме температурных погрешностей возможно возникновение другого рода погрешностей - дрейф стандартного потенциала, поэтому необходимо производить калибровку ионоселективного электрода.

Для обеспечения постоянства потенциала электрода сравнения необходимо заземлить прибор.

1) Подготовка к работе

а) Подготовка электродов ЭС-10-07. Перед вводом в эксплуатацию

электрод должен быть промыт дистиллированной водой и вымочен в растворе хлористого натрия.

Перед измерением малых величин натрия (рNa³4,0), необходимо промыть электрод очищенной дистиллированной водой и вымочить в ней до установления максимального отрицательного значения равновесного потенциала.

В период между замерами электрод погружается в раствор вымачивания (0,1н NaCI).

б) Подготовка установки для потенциометрического определения натрия. Проверить заполнение хлорсеребряного электрода сравнения насыщенным раствором хлористого калия, установить его в гнездо держателя штатива и подключить к иономеру в соответствии с маркировкой (гнездо «ВСП»). Аналогично установить натрий - селективный электрод, штекер его подключить к иономеру (гнездо «ИЗМ»). Поместить в гнездо держателя лабораторный термометр.

Поместить электродную систему в измерительный стакан из полиэтилена с очищенной водой, при этом предпочтительнее электрод сравнения установить на несколько миллиметров ниже измери- тельного. Прибор включить в сеть и прогреть 15 мин.

в) Подготовка пробы

Для устранения возможной ошибки измерения, связанной с влия-

нием ионов водорода на электродный потенциал, измерения производятся при рН среды 10-11 ед. С этой целью в анализируемый раствор добавляется аммиак «осч» водный 22% раствор

2) Проведение анализа

Перед погружением в анализируемый раствор электроды необходимо промыть дистиллированной водой и удалить остатки воды фильтровальной бумагой.

При измерении Э.Д.С. на иономере ЭВ-74 необходимо выполнить следующие операции:

- погрузить электроды в стаканчик с анализируемым раствором (t_ан.р. =t_{калибр.}, рН=10-11 ед.);

- нажать кнопку «mv» и кнопку выбранного диапазона измерений (-1¸19) или (-1¸4);

- нажать (-) или отжать (+) кнопки «АНИОНЫ/КАТИОНЫ» в зависимости от полярности измеряемого напряжения;

- после установления показаний снять отсчет величины ЭДС (Е) в мВ;

- показания шкалы милливольтметра умножить на 100.

Кнопка Х¢/Х² при измерении активности одновалентных ионов натрия должна находиться в отжатом положении.

Кнопка «АНИОНЫ/КАТИОНЫ» позволяет производить измерение положительных потенциалов в отжатом положении и отрицательных потенциалов в нажатом положении.

Пределы измерения величины Э.Д.С. представлены в таблице

Диапазон	Кнопка «АН/КАТ» нажата (отрицательный потенциал)	Кнопка «АН/КАТ» отжата (положительный потенциал)
-1 ¸ 19	+100 ¸-1900	-100 ¸1900
-1 ¸ 4	+100 ¸ -400	-100 ¸ 400

При измерении содержания натрия в высокочистых средах (конденсат, питательная вода) фактически используется область измерения Э.Д.С. от -250 до -69 мВ, в природных, сетевых и станционных водах – область измерения Э.Д.С. от -60 до 80 мВ (диапазон -1¸4).

3) Обработка результатов

Значение pNa и содержание натрия в миллиграммах на кубичес-

кий дециметр воды определяют по градуировочному графику или таблице.

Пример градуировочного графика для определения натрия:

иономер ЭВ-74, натрий-селективный электрод ЭС-10-07,

рNa=-0,0186 × Е+2,42; =10^-рNa × 23000

Е	рNa
mv	ед.	мг/дм3
-200	6,14	0,0167
-190	5,95	0,0256
-180	5,77	0,0392
-170	5,58	0,0602
-160	5,39	0,0924
-150	5,21	0,1418
-140	5,02	0,2176
-130	4,84	0,3339
-120	4,65	0,5125
...	...	...
-60	3,54	6,6946

Для перевода содержания натрия в миллиграмм-эквиваленты на кубический дециметр воды используют формулу:

,

где Э_Na - эквивалент натрия, равный 22,997

4.18.2 Расчетный метод определения натрия.

В большинстве станционных вод основными веществами, находящимися в этих водах в растворенном состоянии, являются соединения натрия. В котловых водах эти соединения представлены фосфатами, сульфатами, хлоридами, силикатами, а также едким натром и реже содой. Эти же вещества преобладают в солевом составе питательной воды паровых котлов, умягченной и обессоленной воде, в солевом составе конденсата пара.

Лишь в природных водах концентрации ионов кальция и магния являются величинами того же и даже большего порядка, что и концентрация соединений натрия.

Содержание натрия выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды и вычисляют по формуле, основанной на правиле электронейтральности растворов электролитов, т.е. на равенстве числа положительных ионов числу отрицательных:

Знаменатели дробей являются весами соответствующих ионов, коэффициенты перед дробями соответствуют валентности ионов.

Если обозначить К_о общую кислотность воды после ее Н-катионирования, выразив ее в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр воды, то концентрация натрия в миллиграммах на кубический дециметр может быть вычислена по более простой формуле:

Здесь Ж_о - величина жесткости воды в миллиграмм-эквива-

лентах на кубический дециметр.

4.19 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

Ангидрид кремниевой кислоты SiO₂ образует с водой ряд кислот с общей формулой x SiO₂ · y H₂O. При многообразии форм кремниевой кислоты в воде целесообразнее не идентифицировать их, а определять в виде суммарного кремнесодержания воды или .

Кремнесодержание воды выражают в микрограммах или миллиграммах на кубический дециметр воды, реже в миллиграмм-эквивалентах на кубический дециметр.

Кремниевые кислоты практически нерастворимы в природной воде и образуют в ней коллоидные растворы. При рН > 8 часть кремниевых кислот существуют в истинно-растворенном состоянии, причем с повышением рН степень их диссоциации возрастает.

Сущность метода определения содержания кремниевой кислоты в водах, содержащих более 0,3 мг/дм³ SiO₂, состоит во взаимодействии ее с молибденовокислым аммонием с образованием окрашенной в желтый цвет комплексной кремнемолибденовой гетерополикислоты и измерении оптической плотности раствора на фотоколориметре со светофильтрами в области светопропускания =440 нм.

Сущность метода определения содержания кремниевой кислоты в водах, содержащих не более 0,3 мг/дм³ SiO₂, состоит в аналогичном образовании гетерополикислоты, восстановлении ее до соединения, имеющего синюю окраску и измерении оптической плотности этих растворов в области светопропускания =750 нм.

4.19.1 Подготовка пробы

1)В анализируемых водах часто присутствует так называемая «нереакционноспособная» коллоидная кремниевая кислота. Ее составляют частички кварца или силикатных минералов и другие примеси. В тех случаях, когда имеются основания предполагать присутствие такой кремнекислоты, перед определением вода должна быть обработана для перевода всей кремниевой кислоты в реакционноспособное состояние следующим образом.

Пробу воды в зависимости от ожидаемого содержания кремнекислоты (5, 10 или 40 см³) помещают в чистую платиновую чашку или тигель, приливают 10 см³ раствора бикарбоната натрия и выпаривают на плитке досуха. Чашку или тигель помещают в муфель, постепенно доводят температуру в нем до 700-800°С и при этой температуре выдерживают не менее часа. Затем охлаждают до комнатной температуры и вливают в них 15-20 см³ очищенной воды, нагревают на плитке до полного растворения осадка и переносят раствор в мерную колбу вместимостью 50 см³. Далее анализируют его по 4.19.2.

2)В тех водах, где не предполагается присутствие «нереакционноспособной» кремнекислоты или нет необходимости в ее определении, обработка не выполняется.

4.19.2 Проведение анализа

Содержание кремниевой кислоты необходимо определять не менее чем в двух параллельных пробах.

1) Определение в водах, содержащих более 0,3 мг/дм³ кремнекислоты.

а) Определение кремнесодержания в водах, не содержащих фосфатов.

В мерную колбу вместимостью 50 см³ вливают 5, 10 или 40 см³ анализируемой воды, доливают очищенной водой до 40 см³ и тщательно перемешивают. В приготовленную пробу вводят 5 см³ молибдатного раствора и 1 см³ 5м раствора серной кислоты, перемешивают, доливают очищенной водой до метки и еще раз хорошо перемешивают. Одновременно готовят контрольный раствор тех же реактивов в воде, не содержащей кремнекислоты.

Через 5-7 минут измеряют оптическую плотность рабочего и контрольного растворов в кювете длиной 50 мм, пользуясь светофильтром =440 нм, сравнивая с дистиллированной водой.

б) Определение кремнесодержания в котловых водах, содержащих фосфаты.

Фосфорномолибденовый комлекс необходимо разрушить щавелевой кислотой. Для этого в мерную колбу вместимостью 50 см³ аналогично вливают анализируемую воду и реактивы, перемешивают и через 5 минут порциями добавляют 3 см³ раствора щавелевой кислоты, перемешивают, доливают до метки и вновь перемешивают. Одновременно готовят контрольный раствор тех же реактивов в воде, не содержащей кремнекислоты. Далее измеряют оптическую плотность растворов.

2)Определение в водах, содержащих не более 0,3 мг/дм³ кремнекислоты.

а) Определение кремнесодержания в водах, не содержащих фосфатов.

В мерную колбу вместимостью 50 см³ вливают 5, 10 или 40 см³ анализируемой воды, доливают очищенной водой до 40 см³, вводят 2 см³ молибденового раствора и 5 см³ 0,5м раствора серной кислоты. Смесь хорошо перемешивают и через 5 минут вводят 2 см³ раствора для восстановления. Перемешивают жидкость, доводят объем в колбе до метки очищенной водой. Одновременно готовят контрольный раствор тех же реактивов в воде, не содержащей кремнекислоты и через 5 минут измеряют оптическую плотность растворов в кювете длиной 50 мм, пользуясь светофильтрами областью светопропускания 750 нм, сравнивая с дистиллированной водой.

б) Определение кремнесодержания в котловых водах, содержащих фосфаты.

Перед разрушением фосфорномолибденового комплекса анализируемую воду и реактивы вводят аналогично п.2а, но вместо 0,5м раствора серной кислоты используют 0,5 см³ 5м раствора. Обработку анализируемого раствора щавелевой кислотой производят аналогично п.1б до ввода раствора для восстановления. Далее продолжают анализ согласно п.2а.

4.19.3 Обработка результатов

Пользуясь градуировочным графиком или таблицей, получают содержание кремнекислоты в колориметрируемой пробе. Для этого из оптической плотности рабочего раствора вычитают оптическую плотность контрольной пробы. Полученную разность находят по таблице, далее находят отвечающее этой разности содержание кремнекислоты в пробе (С_р) в микрограммах.

Пример градуировочного графика для определения кремнесодержания в водах, содержащих более 0,3 мг/дм³

КФК-2, =440 нм, l_к = 50 мм

С_пр = 1239,3·Д-5,8

Д -	Спр мкг/пр
0,014	11,55
0,016	14,03
0,018	16,5
0,020	11,99
0,022	21,46
0,024	23,94
0,026	26,42
0,028	28,90

Пример градуировочного графика для определения кремнесодержания в водах, содержащих не более 0,3 мг/дм³

КФК-2, =750 нм, l_к = 50 мм

С_пр = 43,67·Д-0,08

Д -	Спр мкг/пр
0,005	0,138
0,010	0,357
0,015	0,575
0,020	0,793
0,025	1,012
0,030	1,230

Содержание кремниевой кислоты в микрограммах на кубический дециметр воды получают по формуле:

;

где V - объем пробы воды, см³.

4.20 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФАТОВ

Фосфаты появляются в котловых водах в том случае, если для коррекции водного режима используется фосфатирование воды.

Содержание фосфатов обычно выражают в миллиграммах на кубический дециметр воды.

Сущность метода определения фосфатов состоит во взаимодействии фосфат-ионов с молибденово-кислым аммонием при определенной кислотности среды с образованием комплексной фосфорно-молибденовой гетерополикислоты, окрашенной в желтый цвет, которая может быть восстановлена до соединения, имеющего синюю окраску и в измерении оптической плотности полученных растворов. Минимальное определяемое содержание – 0,1 мг/дм³.

Продолжительность анализа 10-15 минут. Содержание кремнекислоты в количестве, не превышающем 10 мкг в пробе, не мешает определению.

4.20.1 Проведение анализа

В мерную колбу вместимостью 50 см³ вводят отмеренное количество анализируемой воды с таким расчетом, чтобы содержание фосфат-иона не превышало 200 мкг, но не более 40 см³. Затем примерно до 40 см³ доливают дистиллированной водой, вводят 5 см³ раствора серной кислоты, 2 см³ раствора молибденово-кислого аммония, перемешивают и через 2 минуты вводят 10-15 капель раствора хлористого олова. Перемешивают, доливают до метки дистиллированной водой и снова хорошо перемешивают.

Одновременно готовят контрольный раствор тех же реактивов воде, не содержащей фосфаты. Спустя 5 минут измеряют оптическую плотность рабочего и контрольного растворов на фотоколориметре со светофильтрами областью светопропускания 750 нм в кюветах длиной 20 мм, сравнивая с дистиллированной водой.

4.20.2 Обработка результатов

Пользуясь расчетным графиком или таблицей, получают содержание фосфатов в колориметрируемой пробе. Для этого из оптической плотности рабочего раствора вычитают оптическую плотность контрольной пробы. Полученную разность находят по таблице, далее находят отвечающее этой разности содержание фосфатов в пробе (С_р) в микрограммах.

Содержание фосфатов в миллиграммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

_,

_{где Ср – содержание фосфатов в пробе, мг;}

_{V – объем пробы, см}³_.

_{4.21 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА}

_{Ионы железа могут находиться в природной воде в основном в виде ионов Fe}²⁺_{, которые с большинством ионов не образуют труднорастворимых солей и в сравнительно малой степени подвергаются гидролизу. При повышенной концентрации растворенного кислорода ионы Fe}²⁺ _{окисляются до ионов Fe}³⁺_{, которые легко подвергаются гидролизу с образованием труднорастворимого Fe(OH)3, поэтому в поверхностных водах железо находится в коллоидной форме, а в глубинных – в истинно растворенном состоянии, обычно в виде бикарбоната двухвалентного железа. В поверхностных водах железо может входить в состав органических соединений.}

_{В станционных водах железо существует в виде продуктов коррозии конструкционных материалов и находится в истинно растворенном и коллоидном состояниях.}

_{Содержание железа обычно выражают в микрограммах на кубический дециметр воды или миллиграммах на кубический дециметр.}

_{Ортофенантролиновый метод применяется для определения железа в питательной воде, составляющих ее конденсатах и обессоленной воде. Сульфосалицилатный метод применяется для всех станционных и сточных вод.}

Сущность ортофенантролинового метода состоит во взаимодействии растворенного железа с ортофенантролином и измерении оптической плотности образовавшихся при этом окрашенных в розовый цвет растворов. Чувствительность метода – 0,2 мкг в пробе.

Сущность сульфосалицилатного метода состоит во взаимодействии растворенного железа с сульфосалициловой кислотой и измерении оптической плотности образующихся при этом окрашенных растворов. Чувствительность метода – 0,5 мкг в пробе.

4.21.1 Подготовка к анализу

1) Подготовка посуды:

Стаканы, в которых должны выпариваться пробы, необходимо предварительно проверить на чистоту. Для этого в каждом стакане проводят выпаривание 25 см³ очищенной воды, к которой добавлена соляная кислота в количестве 5 см³. Выпаривание ведут до остаточного содержания 5-7 см³ (не досуха). Затем определяют содержание железа по п.4.21.2. Если при этом содержание железа не превышает результат контрольной пробы, то стакан считают пригодным для анализа.

2) Подготовка проб воды:

Пробы воды отбирают в стаканы, в которых затем производится выпаривание. В них вливают по 5 см³ концентрированной соляной кислоты и выпаривают пробы, не допуская кипения до конечного объема 5-7 см³. Остаток пробы должен покрывать дно стакана. При выпаривании пробы следует предохранять от загрязнения.

4.21.2 Проведение анализа

1) Ортофенантролиновый метод определения железа.

В пробу, подготовленную по п.4.21.1, приливают последовательно

1 см³ раствора гидроксиламина. тщательно перемешивают и добавляют 2,5 см³ раствора ортофенантролина. После перемешивания аммиаком нейтрализуют раствор до изменения цвета индикаторной бумаги «конго» в чисто розовый. Очищенной водой доливают жидкость в колбе до метки и тщательно перемешивают.

Одновременно готовят контрольный раствор, для чего в мерную колбу вместимостью 50 см³ вводят 30 см³ очищенной воды, 5 см³ концентрированной соляной кислоты, перемешивают и затем вводят все реактивы в той же последовательности, что и в рабочую пробу.

Через 2-3 минуты измеряют оптическую плотность рабочих и контрольного растворов на КФК-2 со светофильтром областью светопропускания 490 нм в кюветах длиной 50 мм в сравнении с дистиллированной водой.

2) Сульфосалицилатный метод определения железа

В пробу, приготовленную по п.4.21.1, приливают 0,5 см³ раствора сульфосалициловой кислоты, перемешивают, вливают 15 см³ 10% раствора аммиака, доливают очищенной водой до метки и вновь тщательно перемешивают.

Одновременно готовят контрольный раствор, для чего в мерную колбу вместимостью 50 см³ вводят 30 см³ очищенной воды, 5см³ концентрированной соляной кислоты, вливают 0,5 см³ сульфосалициловой кислоты и 15 см³ 10% раствора аммиака, доводят очищенной водой до метки и тщательно перемешивают.

Через 2-3 минуты измеряют оптическую плотность рабочих и контрольного раствора на КФК-2 со светофильтрами с областью светопропускания 440 нм в кюветах длиной 50 мм в сравнении с дистиллированной водой.

4.21.3 Обработка результатов

Пользуясь градуировочным графиком или таблицей, получают содержание железа в колориметрируемой пробе. Для этого из оптической плотности рабочих растворов вычитают оптическую плотность контрольной пробы. Полученные разности находят в соответствующей графе градуировочной таблицы и по ней определяют содержание железа в мкг в пробе (С_р).

Концентрацию железа в микрограммах на кубический дециметр воды вычисляют по формуле:

где С_р – содержание железа в пробе, мкг;

V –объем пробы, см³.

5.Правила техники безопасности

Соблюдение правил техники безопасности является основным условием безопасной работы в химической лаборатории.

Запрещается проводить в лаборатории какие-либо работы, не связанные с выполнением задания, включать приборы и оборудование, не относящееся к данной работе, оставлять без присмотра работающие установки, сливать в лабораторную раковину растворы кислот и щелочей, отходы, содержащие бумагу, стекло и другие примеси.

На рабочем месте должны находиться только необходимые для выполнения конкретной работы реактивы, приборы и оборудование. Беспорядок на рабочем месте недопустим.

При работе с растворами реактивов следует отмеривать их с помощью мерных цилиндров или бюреток. В случае применения для этих целей пипеток, необходимо использовать резиновую грушу.

При проливе растворов реактивов необходимо тщательно промыть место пролива.

При попадании агрессивных жидкостей на кожу рук или одежду, их следует промыть проточной водой. В случае химического ожога кислотой после промывки пораженного участка кожи его следует обработать двухпроцентным раствором пищевой соды, в случае ожога щелочью - двухпроцентным раствором борной или уксусной кислоты.

При работе со стеклянной посудой следует избегать ее поломки и порезов рук. Не следует допускать излишних усилий при соединении стеклянных частей приборов с резиновыми шлангами.

Для работ, связанных с нагреванием, допускается использовать только термостойкую посуду.

При мытье посуды необходимо соблюдать меры предосторожности: не следует складывать ее в общую раковину, оставлять на краях столов.

При работе с электроприборами необходимо следить за их исправностью и наличием заземления. Не допускается использование электроприборов с поврежденными вилками, шнурами питания и другими дефектами.

При выполнении операций фильтрования с использованием вакуумных насосов необходимо поместить колбу, находящуюся под разрежением, в специальную сетку или пакет.

Перед нагреванием растворов до кипения следует поместить в колбу с ненагретой жидкостью несколько стеклянных капилляров или бусинок во избежание ее бурного вскипания и разбрызгивания. Операцию нагревания желательно проводить в вытяжном шкафу с опущенным защитным стеклом.

При использовании легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) следует не допускать их пролива и воспламенения. Запрещается выливать отходы ЛВЖ в канализацию.