Как приготовить аммиачно буферный раствор для определения жесткости
Определение общей жесткости воды проводят несколькими методами: комплексометрический, как наиболее быстрый и удобный, спирто-мыльный, олеатный или пальмитатный методы.
Комплексометрический метод определения общей жесткости воды
Определение общей жесткости воды комплексометрическим методом проводят путем титрования пробы исследуемой воды раствором трилона Б — двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты, связывающей в слабощелочной среде катионы кальция и магния в комплексные соединения:
При этом в комплекс сначала связываются катионы кальция, а затем уже катионы магния.
Титрование проводят в присутствии хромовых красителей как индикаторов, из которых обычно применяют хромовый черный специальный (кислотный хром черный специальный, хромоген черный ЕТ-00) или хромовый темно-синий (кислотный хром темно-синий). Эти индикаторы образуют с катионами кальция и магния комплексные соли, придающие раствору окраску, резко отличающуюся (особенно у комплексов магния) от окраски в присутствии обычных солей этих индикаторов. Устойчивость комплексов катионов жесткости с индикаторами меньше, чем с трилоном Б. Эти индикаторы обладают также свойствами кислотно-основных индикаторов, изменяя окраску растворов в зависимости от pH среды, а поэтому титрование трилоном Б ведут при значении pH = 9-10, обеспечивая это введением аммиачного или боратного буферных растворов.
Индикаторы хром черный или хром темно-синий, введенные в исследуемую воду перед титрованием, образуют с катионами жесткости комплексные соединения, окрашивающие соответственно раствор в винно-красный или в розовато-красный цвет. Трилон Б в конце титрования извлекает катионы жесткости из их соединений с индикаторами, и раствор приобретает голубой или синевато-сиреневый цвет.
Концентрация катионов жесткости в исследуемой пробе должна быть до 5 мг-экв/л, что обеспечит хорошо заметный переход окраски. Воду, имеющую более высокую жесткость, разбавляют дистиллированной водой.
Для титрования воды с жесткостью больше 20 мг-экв/л можно применять 0,1 н. растворы трилона Б: для воды с жесткостью 0,5—20 мг-экв/л применяют 0,05 н. растворы, а для воды с жесткостью меньше 0,5 мг-экв/л — 0,01 н. растворы трилона Б. При анализе воды с жесткостью до 0,5 г-экв/л в качестве индикатора используют хром темно-синий, переход окраски у которого в этих условиях более заметен, чем у хром черного.
Комплексометрический метод применяют для анализа воды с жесткостью более 0,015 мг-экв/л, ошибка в анализе по этому методу обычно не превышает 1%. Определению жесткости комплексометрическим методом может мешать присутствие в воде катионов железа, алюминия, марганца, меди, цинка, а также высокое содержание гидрокарбонат- и карбонат-ионов.
Ионы железа, которые чаще других ионов, мешающих определению катионов жесткости, могут присутствовать в воде, при концентрациях выше 1 мг/л придают индикатору грязно-серый цвет и снижают четкость перехода его окраски. Для устранения влияния ионов железа и алюминия следует разбавлять испытуемую пробу дистиллированной водой, что снижает концентрацию этих ионов.
Подобное влияние небольших количеств катионов марганца может быть устранено добавлением к пробе раствора гидроксиламина. При большом содержании железа и марганца их выделяют из воды окислением и осаждением в щелочной среде.
Влияние катионов меди и цинка можно исключить, вводя в исследуемую пробу воды перед титрованием небольшое количество раствора сульфида натрия, вызывающего осаждение меди и цинка в виде сульфидов.
Чтобы устранить влияние карбонат- и гидрокарбонат-ионов, которые в щелочной среде вызывают образование малорастворимых карбонатов кальция и магния, медленно реагирующих с трилоном Б, пробу воды предварительно нейтрализуют соляной кислотой для разложения карбонатов, а затем кипятят 5 минут для удаления углекислого газа.
При анализе применяют следующие реактивы:
трилон Б, 0,05 н. или 0,01 н. раствор;
аммиачный буферный раствор, приготовляемый смешиванием 100 мл 20%-ного раствора хлорида аммония со 100 мл 20%-ного раствора аммиака и доведением объема смеси до 1 л, или борат-ный буферный раствор, приготовляемый смешиванием 800 мл 5%-ного раствора буры со 100 мл 10%-ного раствора едкого натра с доведением объема смеси до 1 л дистиллированной водой;
кислотный хром темно-синий или кислотный хром черный специальный, 0,5%-ные аммиачно-спиртовые растворы или 0,5%-ные сухие смеси с хлоридом натрия или нитратом калия;
При отсутствии ионов, мешающих анализу, объем воды, взятый для этого определения, должен быть не менее 500 мл. Если анализ на определение общей жесткости будет проведен позднее чем через 2 ч, то воду следует подкислить 0,1 н. раствором соляной кислоты до слабокислой реакции по лакмусовой бумажке. Мутную воду предварительно отстаивают в течение 2 ч, переливают в чистую склянку, а затем подкисляют.
В коническую колбу емкостью 250 мл пипеткой отбирают при температуре не ниже 15°С определенный объем исследуемой воды, в котором суммарное содержание катионов кальция и магния не превышает 0,5 мг-экв.
Рекомендуемые объемы пробы воды
| Жесткость воды, мг-экв/л | Объем пробы воды, мл |
|---|---|
| До 5 | 100 |
| 5 — 10 | 50 |
| 10 — 20 | 25 |
| Свыше 20 | 15 |
Затем, если нужно, добавляют дистиллированную воду до общего объема 100 мл, вносят 5 мл аммиачного буферного раствора (при жесткости воды ниже 0,5 мг-экв/л можно вместо аммиачного внести 1 мл боратного буферного раствора), вводят 5—6 капель раствора индикатора или 0,1 г сухой смеси индикатора с солью и медленно титруют 0,05 н. раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до перехода винно-красной окраски раствора в голубовато-синюю.
Источник
Методика определения жесткости воды комплексонометрическим методом
Сущность метода
Метод основан на образовании при рН=10±0,2 прочного бесцветного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния. В эквивалентной точке титрования все ионы кальция и магния связываются в комплексное соединение трилоном Б, в результате чего происходит изменение окраски индикатора от красной до голубой.
Чувствительность метода составляет 0,5 мг – экв/л при титровании 0,1н
Отбор проб
Отбор проб является важной частью анализа, необходимым условием правильности получаемых результатов.
Главные принципы, которые требуется соблюдать при отборе проб воды, состоят в следующем:
1. Проба воды, взятая для анализа, должна отражать условия и место ее отбора. При отборе поверхностных вод необходимо изучить окружающую местность и брать пробы воды выше и ниже спуска сточных вод. Пробы из трубопроводов при наличии штуцера отбирают так, чтобы скорость вытекания воды из трубопровода совпадала со скоростью отбора. Соответственно цели анализа отбирают разовые и смешанные (средние) пробы за определенный период, сливая разовые, взятые из одного и того же места, через равные промежутки времени. Иногда средние пробы отбирают одновременно из разных мест исследуемого объекта и сливают вместе. Окончательный объем средней пробы должен быть пропорционален расходу воды и определяется из условия заданного перечня определений.
2.Объем пробы должен быть достаточным и соответствовать применяемой методике анализа. Для неполного анализа, при котором определяют только несколько компонентов, достаточно отобрать 1 л воды. Для более подробного анализа следует брать 2 л воды.
3. Пробы воды отбирают в стеклянные или полиэтиленовые бутыли с хорошо подобранной пробкой, а при наличии крупных примесей – в жестяные бидоны или банки с широким горлом. Посуду, используемую для отбора проб, необходимо вымыть хромовой смесью и тщательно промыть водопроводной, а затем дистиллированной водой. Перед отбором пробы посуду ополаскивают несколько раз исследуемой водой.
4. Отбор пробы, условия транспортирования и сроки хранения определяются из условий отсутствия изменений в содержании определяемых компонентов или в свойствах воды. Необходимо учесть, что ни консервация, ни фиксация не обеспечивают постоянного состава пробы на продолжительное время.
Целью этих операций является сохранение содержания соответствующего компонента без изменения на время, необходимое для доставки и обработки пробы воды. К анализу следует приступать в кратчайший срок после отбора пробы.
Реактивы и оборудование
Реактивы и материалы:
· трилон Б (фиксанал 0,1н) по ТУ 6-09-2540-87;
· серно – кислый магний MgSO4 (фиксанал 0,1н) ТУ 6-09-2540-87;
· аммиачный буферный раствор;
· индикатор эриохром черный Т или кислотный хром темно – синий ч.д.а. ТУ 6-09-3870-87Е;
· сернистый натрий 9 – водный ч.д.а., Na2S ГОСТ 2053-77.
· Трилон Б 0,05н: раствор готовят из 0,1н трилона Б, приготовленного из фиксанала, разбавлением его в 20 раз. Для этого 50 мл трилона Б 0,1н переносят в мерную колбу на 100 мл и доводят до метки обессоленной воды. При отсутствии фиксанала берут навеску 18,613 г. трилона Б и растворяют в мерной колбе на 1000 мл. Устанавливают титр трилона Б по фиксаналу 0,1н MgSO4. Пипеткой отбирают 10 мл 0,1н MgSO4 в коническую колбу, добавляют 90 мл обессоленной воды, 5 мл аммиачно – буферного раствора, 5 – 7 капель индикатора кислотного хром темно – синего (эриохром черного, хромогена) и титруют раствором трилона Б до голубого цвета. Должно пойти 20 мл трилона Б
· Аммиачный буферный раствор: 20 г NH4Cl растворить в 500 мл воды, добавить 80 мл концентрированного аммиака NH4OH и довести объем до 1000 мл.
· Индикаторы кислотный хром темно – синий или эриохром черный Т: 0,5 г индикатора растворяют в 20 мл аммиачно – буферного раствора и доводят объем до 100 мл этиловым спиртом.
Проведение анализа
Отобрав определенный объем анализируемой воды (обычно 100мл) в коническую колбу, вводят в нее 5 мл аммиачной буферной смеси, несколько капель индикатора и титруют окрашенную в розовый или фиолетово – розовый цвет жидкость раствором трилона Б. Титрование ведут медленно, по каплям, так как образование трилонатных комплексов происходит не мгновенно. Прибавление титранта, т.е. раствора трилона Б, ведут до наиболее четкого изменения цвета. Здесь необходима, как говорят, «ститровка» всего коллектива данной лаборатории. Дело в том, что резкое «от одной капли» изменение окраски титруемой жидкости происходит только при работе с 0,1н и 0,01н растворами трилона Б. Применение более разбавленных растворов создает не резкое, а постепенное изменение окраски; на это требуется, например, от трех до пяти капель 0,002н раствора трилона Б. Вследствии этого необходимо выработать по возможности единое мнение о той окраски, при которой следует считать титрование законченным. Для этого в ряд конических колб вливают по 100 мл дистиллированной обессоленной воды, добавляют в каждую колбу по 2 мл раствора сернокислого магния (MgSO4) конц
1 мг-экв/л и по 5 мл аммиачной буферной смеси. Затем в первую колбу вводят 0,95 мл 0,002н раствора трилона Б, т.е. с явным недостатком, а в каждую следующую на одну каплю больше, чем в предыдущую. Например, 0,95; 0,98; 1,01; 1,04; 1,07; 1,10 мл (если объем капли 0,03мл). Жидкость в последней колбе будет явно перетитрована, т.к. 1 мл 0,002н раствора трилона Б содержит 2 мкг – экв вещества, т.е. такое же количество, что и 2 мл магнезиального раствора. Составив все колбы в ряд, решают, где возникает наиболее четко визуально – определенная разница окрасок. До этого изменение цвета в дальнейшем и ведут титрование. Следует лишь иметь ввиду, что переход окраски отмечается несколько различно в зависимости от освещения. Наиболее четко этот переход заметен при естественном дневном освещении, менее отчетливо при обычном электрическом и хуже всего при лампах «дневного света». Из индикаторов четче всего переход окраски при работе с эриохром черным ЕТ00, но этот индикатор, к сожалению, и наименее чувствителен.
Так как в анализируемой воде могут присутствовать, кроме кальция и магния, также и другие катионы, взаимодействующие с Трилоном Б, например железо, цинк, медь, марганец, то принимают меры против их влияния на результаты титрования. Влияние меди и цинка устраняют добавлением к воде нескольких капель 10% — го раствора сульфида натрия. Образующиеся сернистые медь и цинк столь малорастворимы, что уже не дают трилонаты. Влияние железа может быть предотвращено окислением его до трехвалентного, которое выпадает в щелочной воде в осадок, также очень малорастворимый. Иногда предпочитают закомплексовывать железо лимонной или винной кислотами, добавленными с большим избытком. Марганец в щелочной среде окисляется до марганцовистой кислоты. Жидкость при этом приобретает серый цвет, мешающий титрованию. Введением гидроксиламина или гидрозина сохраняют марганец в двухвалентном состоянии. При этом он оттитровывается вместе с кальцием и магнием, несколько завышая, следовательно, величину жесткости. В водах электростанций марганца обычно так мало, что этим завышением пренебрегают.
Следует заметить, что иногда в водах (чаще всего в котловых) оказываются вещества, образуют с индикаторами прочные, окрашенные в красный цвет, соединения. Они лишь очень медленно, иногда в течение часа, разлагаются трилоном Б, причем для этого необходим обычно значительный его избыток. При титровании вод, содержащих такие вещества, розовая окраска или оттенок не устраняются даже после добавления значительных избытков трилона Б. Проба остается неоттитрованной, однако по истечении некоторого времени, иногда 10 – 20 минут, иногда 1 часа, розовый оттенок исчезает и жидкость приобретает явно сильно «перетитрованный» вид. Специальные опыты показывают, что такие прочные соединения с индикаторами, медленно разрушающиеся лишь избытками трилона Б, образуют катионы металлов, расположенных в правой нижней части таблицы Д.И. Менделеева, а также, по – видимому, некоторые органические амины. Устранить мешающее влияние этих агентов иногда удается выпариванием порции воды досуха, прокаливанием сухого остатка при 700 – 800 0 С и последующим растворением кальциевых и магниевых соединений слабой соляной кислотой. Можно также применить для определения жесткости таких вод олеатный способ.
Обработка результатов
Жесткость анализируемой воды вычисляют по формулам:
Ж= , мг-экв/л
Ж= = а · 0,5, мг-экв/л
где а – расход трилона Б, пошедшее на титрование, см 3
N – нормальность раствора трилона Б
V – объем пробы, см 3
К – поправочный коэффициент к номинальной нормальности
Источник