Фізико-хімічні методи дослідження якості води

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Вимоги, які ставляться до питної води

1.2 Органолептичні показники якості води

1.3 Вода в промисловості

1.4 Жорсткість води

2. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ЯКОСТІ ВОДИ

2.1 Фотометричний метод дослідження

2.2 Фотометричне визначення неіоногенних ПАР

2.3 Екстракційно-рефрактометричний метод визначення нафтопродуктів у воді

2.4 Кондуктометричний метод аналізу

2.5 Визначення кислотності води

2.6 Визначення рн води потенціометричним методом

ВИСНОВОКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ



ВСТУП

У 1913 р. М.С. Курнаков, узагальнивши кількісні методи хімічних досліджень, використаних Ломоносовим, Лавуазьє, Дальтоном, Менделєєвим, Гіббсом, Вант-Гоффом, Розебомом, Ле Шательє, Схрейнемакерсом та багатьма іншими вченими, запропонував метод дослідження речовин, «загальний прийом якого полягає в кількісному вивченні властивостей рівноважних систем, утворених двома і більше компонентами, залежно від їх складу» названі фізико-хімічнім аналізом [15].

Інструментальні або фізико-хімічні методи аналізу засновані на вимірюванні за допомогою приладів, певних фізичних властивостей системи, які є функцією кількості компоненту, який визначають, в пробі, що аналізують. Інструментальні методи аналізу мають ряд переваг у порівнянні з класичними методами: значно вищу чутливість, селективність, експресність, обєктивність, можливість автоматизації і комп'ютеризації процесу аналізу.

У виробничих умовах велике значення має швидкість виконання аналізу - експресність аналізу. Фізико-хімічні методи аналізу відрізняються великою вибірковістю, чутливістю, швидкістю виконання аналітичних операцій. У фізико-хімічних методах аналізу визначають зміни фізичних властивостей системи (коефіцієнту заломлення світла, поглинання світла, електропровідності), які відбуваються в результаті хімічних або електрохімічних реакцій.

При виконанні аналізів фізико-хімічними методами точку еквівалентності (момент закінчення реакції) визначають не візуально, а за допомогою приладів, які фіксують зміни тих чи інших властивостей досліджуваної речовини. У зв'язку з цим фізико-хімічні методи аналізу часто називають методами інструментального аналізу.

Фізико-хімічні методи аналізу дозволяють вести в промисловості безперервний контроль, автоматизувати процес аналізу.

Застосування фізико-хімічних методів дослідження:

· в науково-дослідницьких і виробничих лабораторіях велике значення мають при аналізі руд, металів, сплавів;

· в охороні навколишнього середовища (аналіз повітря, води, ґрунтів);

· аналіз продуктів харчування.

Інструментальні методи дослідження води поділяються на:

· оптичні методи

· електрохімічні методи

· хроматографічні методи та інші [9].

В даній курсовій роботі викладено теоретичні основи деяких оптичних методів аналізу, розглянуто методики проведення визначень та апаратуру, що використовується в даних методах. Темою дослідження даної курсової роботи є фізико-хімічні методи дослідження якості води. Об'єкт дослідження - вода. Предмет досліджень - фізико-хімічні методи дослідження.

Актуальність теми. Людський організм приблизно на 75% складається з води. Вважається, що мозок складається з води на 85% і відрізняється винятковою чутливістю до обезводнення. Мозок постійно омивається солоною спинномозковою рідиною. Присутня в усіх клітинах і тканинах, граючи головну роль у всіх біологічних процесах від травлення до кровообігу, вода виконує багато важливих функцій. Наше тіло постійно потребує поповнення запасу чистою водою.

Вода повинна стати для нас самим ключовим інгредієнтом, якщо ми прагнемо мати здорове тіло і відмінне самопочуття. Ніщо так не впливає на наше здоров'я, як споживання води. Тому, тема визначення якості води завжди буде актуальною.

Моя курсова робота оформлена трьома таблицями, декількома формулами, рівняннями та за такою літературою([1], [7], [10], [13], [25]) та декількома ГОСТами ([10], [13], [14]).



1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Вимоги, які ставляться до питної води

Гігієнічні вимоги, що визначать придатність води для питних цілей, включають:

- безпеку в епідемічному відношенні;

- нешкідливість хімічного складу;

- сприятливі органолептичні властивості;

- радіаційну безпеку.

Якість питної води залежить від її складу та властивостей:

- у вододжерелі;

- при надходженні у водопровідну мережу;

- в точках водозбору.

Безпека питної води в епідемічному відношенні визначається показниками, що характеризують з достатньо високою вірогідністю відсутність в ній небезпечних для здоров'я споживачів бактерій, вірусів, інших біологічних включень [6].

За мікробіологічними показниками питна вода має відповідати вимогам, наведеним у табл. 1.

Таблиця 1.1 Мікробіологічні показники безпеки питної води

№ №	Найменування показників	Одиниці виміру	Нормативи
1 1	Число бактерій в 1 см3 води, що досліджується	Колоніїутворюючі одиниці (мікроорганізми)/см3	не більше 100*
22	Число бактерій групи кишкових паличок коліформних мікроорганізмів)в 1 дм3 води, що досліджується (індекс БГКП)	Колоніїутворюючі одиниці (мікроорганізми)/дм3 КУО/дм3	не більше 3**
33	Число термостабільних кишкових паличок фекальних коліформ - індекс ФК) в 100 см3 води, що досліджується	Колоніїутворюючі одиниці (мікроорганізми)/ 100 см3 КУО/100 см3	відсутність***
44	Число патогенних мікроорганізмів в 1 дм3 води, що досліджується	Колоніїутворюючі одиниці(мікроорганізми)/дм3 КУО/дм3відсутність***	відсутність***
55	Число коліфагів у 1 дм3 води, що досліджується	Бляшкоутворюючі одиниці/дм3 БУО/дм3	відсутність***

Примітки: * - для 95% проб води у водопостачальній мережі, що досліджуються протягом року; ** - для 98% проб води, що надходить у водопостачальну мережу, і досліджуються протягом року; при перевищенні індексу БГКП на етапі ідентифікації колоній, що виросли, додатково проводять дослідження на наявність фекальних коліформ; *** - при виявленні фекальних коліформ у 2-х послідовно відібраних пробах води слід розпочати протягом 12 годин дослідження води на наявність збудників інфекційних захворювань бактеріальної чи вірусної етіології (по епідситуації) [6].

Нешкідливість хімічного складу питної води визначається показниками, які з достатньо високою вірогідністю характеризують відсутність у ній небезпечних для здоров'я речовин (компонентів), що зустрічаються в природних водах, з'являються у воді внаслідок забруднення вододжерел або у процесі водообробки в концентраціях, гранично допустимі величини яких установлені результатами санітарно-токсикологічних досліджень [14]. За токсикологічними показниками питна вода має відповідати вимогам, наведеним у табл.1.2

Таблиця 1.2 Токсикологічні показники нешкідливості хімічного складу питної води

№№	Найменування показників	Одиниці виміру	Нормативи, не більше	Клас небезпеки
Неорганічні компоненти
1	Алюміній	мг/дм3	0.2 (0.5)*	2
22	Барій	мг/дм3	0.1	2
33	Миш'як	мг/дм3	0.01	2
44	Селен	мг/дм3	0.01	2
55	Свинець	мг/дм3	0.01	2
66	Нікель	мг/дм3	0.1	3
77	Нітрати	мг/дм3	45.0	3
88	Фтор	мг/дм3	1.5	3
Органічні компоненти
11	Тригалометани (ТГМ, сума)	мг/дм3	0.1	2
22	Хлороформ	мг/дм3	0.06	2
33	Дибромхлорметан	мг/дм3	0.01	2
44	Тетрахлорвуглець	мг/дм3	0.002	2
55	Пестициди (сума)	мг/дм3	0.0001	**
Інтегральні показники
11	Окислюваність (KMn04)	мг/дм3	4.0	-
22	Загальний органічний вуглець	мг/дм3	3.0	-

Примітки: * - величина, зазначена у дужках, допускається при обробці води реагентами, що містять алюміній; ** - перелік контрольованих пестицидів встановлюють з урахуванням конкретної ситуації [1].

1.2 Органолептичні показники якості питної води

Сприятливі органолептичні властивості питної води визначаються сукупністю значень, що регламентуються органолептичними показниками якості та фізико-хімічними характеристиками води (за вмістом у воді компонентів, які впливають на органолептичні показники). Органолептичні показники та гранично допустимі концентрації компонентів, що нормуються за їх впливом на органолептичні властивості питної води, наведені у табл.1.3.

Таблиця1.3 Органолептичні показники якості питної води

№№	Найменування показників	Одиниці виміру	Нормативи, не більше	Клас небезпеки
11	Запах	ПР*	2	-
22	Каламутність	НОМ**	0.5 (1.5)***	-
33	Кольоровість	град.	20 (35)	-
44	Присмак	ПР	2	-
55	Водневий показник, pH, в діапазоні	одиниці	6.5-8.5	-
66	Мінералізація загальна(сухий залишок)	мг/дм3	1000 (1500)	-
77	Жорсткість загальна	мгекв/дм3	7 (10)	-
88	Сульфати	мг/дм3	250 (500)	4
99	Хлориди	мг/дм3	250 (300)	4
110	Мідь	мг/дм3	1.0	3
111	Марганець	мг/дм3	0.1	3
212	Залізо	мг/дм3	0.3	3
113	Хлорфеноли	мг/дм3	0.0003	4

Примітки: * - показник розведення (до зникнення запаху, присмаку); ** - нефелометричні одиниці каламутності; *** - величини, зазначені в дужках, допускаються з урахуванням конкретної ситуації.

Оскільки не існує єдиного показника, який характеризував би весь комплекс характеристик води, оцінка якості води ведеться на основі системи показників. Показники якості води поділяються на фізичні, бактеріологічні, гідробіологічні і хімічні. Іншою формою класифікації показників якості води є їх розподіл на загальні та специфічні. До загальних відносять показники, які характерні для будь-яких водних об'єктів. Наявність у воді специфічних показників обумовлено місцевими природними умовами, а також особливостями антропогенного впливу на водні об'єкти. До основних фізичних показників якості води відносяться:

1. Запах води утворюється специфічними речовинами, які поступають у воду в результаті життєдіяльності гідробіонтів, розкладання органічних речовин, хімічної взаємодії водних компонентів і компонентів, які поступають із зовнішніх (аллохтонних) джерел. Запах вимірюється у балах.

2. Прозорість води залежить від ступеню розсіювання сонячних променів у воді речовинами органічного і мінерального походження, які знаходяться у воді в підвішеному і колоїдному стані. Прозорість визначає протікання біохімічних процесів, які вимагають освітленності (первинне продукування, фотоліз). Прозорість вимірюють в сантиметрах.

3. Колір води обумовлюється вмістом органічних забарвлених сполук. Речовини, які визначають колір води, попадають у воду внаслідок вивітрювання гірських порід, продукуючих процесів, з підземним стоком, із антропогенних джерел. Висока градусність кольору знижує органолептичні властивості води, зменшує кількість розчинного кисню.

4. Джерелом підвішених речовин можуть бути процеси ерозії грунтів і гірських порід, скаламучування донних відкладів, продукти метаболізму і розклад гідробіонтів, продукти хімічних реакцій і антропогенні джерела. Підвищенні речовини впливають на глибину проникнення сонячного променю, погіршує життєдіяльність гідробіонтів, приводить до замулювання водних об'єктів, що викликає старіння (евтрофіровання). Вміст підвішаних речовин вимірюється в г/м³ (мг/л). Вміст підвішених речовин і плаваючих домішок не повинні збільшувати природну концентрацію в воді ніж на 0,25 мг/л для водних об'єктів 1 і 3 категорій, 0,75 - 2 і 4. Забороняються такі речовини, які випадають в осад швидше 0,2 мм/с (для водосховищ) і більше 0,4 мм/с (проточні водні об'єкти).

Бактеріологічні показники характеризують забруднення води патогенними мікроорганізмами. До числа важливих бактеріологічних показників відносять:

колі-індекс - кількість кишечних палочок в одному літрі води;

колі-титр - кількість води в міліметрах, де може бути одна кишечна палочка; чисельність лактозопозитивних кишечних палочок;

чисельність коліфагів.

Наявність хвороботворних мікроорганізмів. Стічні води, які містять хвороботворні мікроорганізми, повинні обеззаражуватись після певної очистки.

Гідробіологічні показники дають можливість оцінити якість води за живими організмами і рослинності водойм. Зміна видового складу водних екосистем може проходити при слабкому забрудненні водних об'єктів, які не визначаються ніякими іншими методами.

Оцінка якості води за рівнем сапробності. Сапробність - це степінь насичення води органічними речовинами. В залежності з цим підходом водні об'єкти (або їх частини) в залежності від вмісту органічних речовин розділяють на полісапробні, Ь-мезосапробні, в-мезасапробні та олігосапробні. Найбільш забрудненні - полісапробні водні об'єкти. Кожному рівню сапробності відповідає свій набір індикаторних організмів - сапробіонтів. На основі індикаторної значимості організмів і їх кількості вираховують індекс сапробності [16].

Оцінка якості води за видовою різноманітністю організмів. З збільшенням степеня забрудненності водних об'єктів видова різноманітність, як правило зменшується. Тому зміна видового різноманіття є показником зміни якості води. Оцінку видового різноманіття здійснюють на основі індексів різноманіття (індекси Маргалефа, Шеннона та ін.). Оцінка якості води за функціональними характеристиками водного об'єкту. В цьому випадку про якість води говорять за величиною первинної продукції, інтенсивності деструкції і деяким іншим показникам. Вода не має містити інші компоненти, спроможні змінювати її органолептичні властивості, - цинк, поверхнево-активні речовини, нафтопродукти, феноли в концентраціях, що визначаються стандартними методами досліджень.

1.3 Вода в промисловості

Вода має універсальні властивості, завдяки чому застосовується в якості сировини, хімічного реагенту, розчинника, тепло - і холодоносія, в деяких випадках як каталізатор. Наприклад, з води отримують водень, що застосовується у виробництві спиртів, аніліну, миючих засобів тощо. Вода служить реагентом для отримання кислот, лугів і основ, різних органічних продуктів - спиртів, оцтового альдегіду, фенолу, в реакціях гідратації і гідролізу. Воду застосовують як розчинник твердих, рідких та газоподібних речовин. Як теплоносій і хладоагент вода використовується для проведення екзо - і ендотермічних процесів. Гаряча вода і водяна пара мають значні переваги перед іншими теплоносіями: високу теплоємність і термічну стійкість, простоту регулювання температури в залежності від тиску і природи.

З метою економії води застосовують так звану оборотну воду, тобто багаторазово використану й повернуту у виробничий цикл. Для економії води як тепло-і холодоносія її замінюють повітрям. Природні води підрозділяють на атмосферні, поверхневі і підземні. Атмосферні води - дощові і снігові опади - характеризується невеликим вмістом домішок у вигляді розчинених газів. У цій воді майже повністю відсутні розчинені солі. Поверхневі води - річки, озера і моря - відрізняються різноманітним складом домішок, містять гази, солі, основи, кислоти. Найбільший вміст мінеральних домішок в морській воді (солевміст більше 10 г / кг). Підземні води - колодязні, ключові, артезіанські - характеризуються різним складом розчинених солей, який залежить від складу і (коагуляції) окремих частинок і утворення осаду.

Пом'якшення і знесолення води - це основні процеси водопідготовки, які полягають у видаленні солей кальцію, магнію та інших металів. Розрізняють фізичні, фізико-хімічні і хімічні способи пом'якшення води. Фізичні способи - термічний (кип'ятіння), дистиляція і виморожування. Термічним способом видаляють солі тимчасової жорсткості. Дистильовану воду, що не містить солей, отримують перегонкою на спеціальних дистиляційних установках. Вона необхідна для приготування хімічно чистих реактивів, лікарських препаратів, в лабораторній практиці і т.п. Виморожування засноване на відмінності температур кристалізації води і домішки. Фізико-хімічні способи - електрохімічні, засновані на застосуванні електродіаліз, електроосмосу, електрокоагуляції, і іонітових (іонообмінні), що одержали широке поширення.

Іонообмінні способи засновані на видаленні з води іонів кальцію і магнію за допомогою іонітів (важкорозчинних твердих речовин), здатних обмінювати свої іони на іони, що містяться у воді. Розрізняють процеси катіонного і аніонного обміну, відповідно іоніти називають катіоніту та аніонітами [14].

1.4 Жорсткість води

Зважаючи на широку поширеність кальцію, солі його майже завжди містяться в природній воді. З природних солей кальцію тільки гіпс трохи розчинний у воді, проте, якщо вода містить діоксид вуглецю, то карбонат кальцію теж може переходити в розчин у вигляді гідрокарбонату Са (НСО₃)₂.

Природна вода, що містить в розчині велику кількість солей кальцію і магнію, називається жорсткою водою в протилежність м'якій воді, яка містить мало солей кальцію і магнію або зовсім не містить їх. Сумарний вміст цих солей у воді називається її загальною жорсткістю. Вона підрозділяється на карбонатну і некарбонатну жорсткість. Перша з них зумовлена ??присутністю гідрокарбонатів кальцію і магнію, друга - присутністю солей сильних кислот - сульфатів чи хлоридів кальцію і магнію. При тривалому кип'ятінні води, яка набуває карбонатної жорсткістю, в ній з'являється осад, що складається головним чином з СаСО₃, і одночасно виділяється СО₂. Обидві ці речовини з'являються внаслідок розкладу гідрокарбонату кальцію:

Са (НСО₃)₂ = СаСО₃ v + СО₂ ^ + Н₂О

Тому карбонатну жорсткість називають також тимчасовою жорсткістю. Кількісно тимчасову жорсткість характеризують вмістом гідрокарбонатів, що віддаляються з води при її кип'ятінні протягом години. Жорсткість, що залишається після такого кип'ятіння, називається постійною жорсткістю. Жорсткість природних вод змінюється в широких межах. Вона різна в різних водоймах, а в одній і тій же річці змінюється протягом року.

Присутність у воді значної кількості солей кальцію або магнію робить воду непридатною для багатьох технічних цілей. Так, при тривалому харчуванні парових котлів жорсткої води їх стінки поступово вкриваються щільною кіркою накипу. Така кірка вже при товщині шару в 1 мм сильно знижує передачу теплоти стінками котла і, отже, веде до збільшення витрати палива. Крім того, вона може служити причиною утворення здуття і тріщин, як у кип'ятільних трубах, так і на стінках самого котла. Жорсткою водою не можна користуватися під час проведення деяких технологічних процесів, наприклад при фарбуванні.

Наведені вище приклади вказують на необхідність видалення з води, застосовуваної для технічних цілей, солей кальцію і магнію. Видалення цих солей, зване пом'ягчення води, входить в систему водопідготовки - обробки природної води, використовуваної для живлення парових казанів і для різних технологічних процесів. У ході водопідготовки вода звільняється від грубодисперсних і колоїдних домішок і від розчинених речовин. Зважені і колоїдні домішки видаляють коагуляцією їх додають до води з солями (зазвичай Al₂ (SО₄)₃) з подальшою фільтрацією. Для пом'ягчення води застосовують методи осадження та іонного обміну. Шляхом осадження катіони Са₂ + і Mg₂ + переводять в малорозчинні сполуки, що випадають в осад. Це досягається або кип'ятінням води, або хімічним шляхом - введенням у воду відповідних реагентів. При кип'ятінні гідрокарбонати кальцію і магнію перетворюються на СаСО₃ та Mg (ОН)₂

Са (НСО₃)₂ = СаСО₃ v + СО₂ ^ + Н₂ О

Mg (НСО₃)₂ = Мg (ОН)₂ v + 2СО₂ ^

в результаті чого усувається тільки карбонатна жорсткість.

При хімічному методі осадження найчастіше як осадителя користується вапно або сода. При цьому в осад (також у вигляді СаСО₃ та Мg (ОН)₂) переводять всі солі кальцію і магнію. Для усунення жорсткості методом іонного обміну або катіонування воду пропускають через шар катіоніту. При цьому катіони Са₂ + і Mg₂ +, що знаходяться у воді, обмінюються на катіони Nа +, що містяться в застосовуваному катіони. У деяких випадках потрібно видалити з води не тільки катіони Са₂ + і Mg₂ +, але й інші катіони й аніони. У таких випадках воду пропускають через катіоніт, що містить в обмінній формі водневі іони (Н - катіоніт), і аніоніт, що містить гідроксид - іони (ОН - аніоніт). У результаті вода звільняється як від катіонів, так і від аніонів солей. Така обробка води називається її знесолення [5].



2. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ЯКОСТІ ВОДИ

2.1 Фотометричний метод дослідження

Фотометричний метод аналізу має поширене застосування для визначення концентрації речовин (іонів) у воді чи інших розчинниках. Він ґрунтується на вимірюванні інтенсивності поглинання електромагнітного випромінювання різних ділянок спектру однорідною системою.

Головними характеристиками електромагнітного випромінювання є довжина хвилі, частота коливання та енергія (Е). Електромагнітні випромінювання різної довжини хвилі (коливань) складають електромагнітний спектр. Залежно від довжини хвилі (нм = 10^-9 м) розрізняють такі діапазони електромагнітного спектру: ультрафіолетовий (УФ) - 200-400 нм, видимий - 400-700 нм, інфрачервоний (ІЧ)- 700 нм. Кожна однорідна система має властивість вибірково поглинати випромінювання певної довжини хвилі. Найкраще це спостерігається на системах, поглинаючих випромінювання видимої ділянки спектру. Колір будь-якого забарвленого розчину є додатковим до кольору випромінювання, що поглинається [24].

Фотометричне визначення речовин (іонів) у розчинах складається з двох етапів:

1. Проведення фотометричної реакції, мета якої - переведення досліджуваного компоненту в забарвлену речовину, що поглинає електромагнітне випромінювання певної довжини хвилі. Для цього до розчину компоненту, який визначають, додають певний реагент, що утворює з компонентом забарвлену речовину (за хімічною природі, як правило, це або комплексна сполука, або продукт окислювально-відновної реакції).

2. Вимірювання інтенсивності поглинання електромагнітного випромінювання (світло поглинання) забарвленим розчином.

Суть визначення каламутності води: каламутність визначають фотометричним методом шляхом порівняння оптичної густини проб води, яку досліджують, з оптичною густиною стандартних суспензій. Метод базується на можливості використанні закону Бугера-Ламберта-Бера для безкольорових суспензій або білих золів, коли зменшення інтенсивності світла зумовлено домінуючим впливом опалесценції (світлорозсіювання) від завислих часток, тоді як у кольорових розчинах домінуючий вплив має поглинання світла. Придатність закону Бугера-Ламберта-Бера перевіряється графічно - залежність оптичної густини розчину D від концентрації завислих речовин C (мг/л) повинна бути лінійною.

Методика визначення. Каламутність води визначають відповідно до ГОСТу 3351-74 не пізніше, ніж через 24 години після відбору проби води. Проби води відбирають за ГОСТами 4979-49 і 2474-82 [22]. Для кожного робочого стандартного розчину вимірюють пропускання Т і по номограмі визначають оптичну густину D. Для цього використовують кювети товщиною 5-10 см і зелений світлофільтр. Контрольною рідиною (розчином порівняння) може бути дистильована вода або проба досліджуваної води, з якої видалені завислі речовини шляхом фільтрації крізь мембранний фільтр. Отримані дані занотовують до таблиці. Знайдені значення оптичної густини робочих суспензій (D) і відповідні їм каламутності (мг/л) використовують для побудови градуйованого графіка. Оптичну густину води (D_x), яку досліджують, вимірюють при тих же умовах, що й оптичну густину робочих суспензій. За градуювальним графіком знаходять каламутність води (C_x) [11].

2.2 Фотометричне визначення неіоногенних ПАР

Поверхнево-активні речовини (ПАР) - це речовини, здатні адсорбуватися на поверхні розподілу фаз і знижувати їх поверхневий натяг. ПАР сприяють змочуванню тіл водою, впливають на стійкість суспензій емульсій і пін, мають високу миючу дію. Тому їх використовують як миючі засоби, стабілізатори водяних дисперсій, пластифікатори у виробництві пластмас, будматеріалів тощо. Внаслідок широкого використання ПАР майже в усіх галузях народного господарства і побуті, вони знаходяться в природних, господарсько-побутових і промислових стічних водах. Присутність ПАР у стічних водах шкодить біологічному очищенню води, уповільнює відстоювання, псує органолептичні якості води, надає їй токсичності.

Поверхнево-активні речовини мають дифільну будову, тобто молекула ПАР одночасно має як гідрофобну, так і гідрофільну групи. Як гідрофобні групи звичайно виступають вуглеводневі радикали з 10-18 атомами вуглецю. До гідрофільних груп відносяться - COOH, -COONa, - SONa, - OH, - NH. Якщо гідрофобні групи не розчиняються у воді та намагаються ”відштовхнутися” від неї, то гідрофільні, навпаки, легко взаємодіють з нею. За типом походження розрізняють природні ПАР і синтетичні ПАР (СПАР). За типом утворення у розчинах часток ПАР розподіляють на аніоноактивні, катіоноактивні та неіоногенні.

Методика визначення. При вмісті АСПАР менше 0,8 мг/л беруть об'єм проби 250 мл 0,8-2 мг/л - 100 мл 2-4 мг/л -50 мл. Якщо об'єм проби менше 100 мл, його доводять до 100 мл дистильованою водою. Відібрану порцію проби переносять у ділильну лійку місткістю 500 мл, додають 10 мл фосфатного буферного розчину з рН 10 на кожні 100 мл проби і 5 мл нейтрального розчину метиленової сині та 15 мл хлороформу. Обережно збовтують 2 хв. Після розшарування фаз зливають шар хлороформу в іншу ділильну лійку, до якої попередньо налили 100 мл дистильованої води і 5 мл кислого розчину метиленової сині. Вміст другої лійки збовтують протягом 2 хв. і після розшарування фаз зливають нижній хлороформний шар крізь маленьку лійку, в яку попередньо вміщують тампон просоченої хлороформом вати, в мірну колбу місткістю 50 мл. У першу лійку наливають ще 10 мл хлороформу і повторюють наведені операції. Екстракцію проводять ще раз порціями хлороформу по 10 мл і 5 мл. Всього в мірній колбі має зібратися близько 40 мл хлороформних екстрактів. Вміст колби доводять до позначки на 50 мл хлороформом і перемішуют. Вимірюють оптичну густину хлороформного екстракту (D) у кюветі з товщиною шару 3 см відносно кювети порівняння з дистильованою водою. Виміри проводять з червоним світлофільтром при довжині хвилі 650 нм. Приготування розчинів АПАР для побудови градуювального графіка: відбирають 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 мл стандартного розчину АПАР (лаурилсульфонату натрію) з концентрацією 0,01 мг/мл, розбавляють кожну порцію водою до 100 мл, що відповідає вмісту лаурилсульфонату відповідно 0,2-0,5-1,0-1,5-2,0-3,0 мг/л, і продовжують аналіз як відзначено в п.1-3. Для кожного робочого розчину вимірюють оптичну густину і будують градуювальний графік у координатах D - С (мг/л) [25].

2.3 Екстракційно-рефрактометричний метод визначення нафтопродуктів у воді

Нафтопродукти належать до поширених токсичних речовин, які забруднюють поверхневі води. Нафта і продукти її переробки - це складні суміші низько-і високомолекулярних органічних сполук таких, як аліфатичні та ароматичні вуглеводні, ненасичені гетероциклічні сполуки, смоли, асфальтени тощо. Поняття ”нафтопродукти” умовно обмежують вуглеводневою фракцією, яка становить 70-90% від суми усіх речовин, що є в нафті і продуктах її переробки. Вуглеводні, що містяться в нафтопродуктах, неполярні або мало полярні речовини і тому можуть бути екстраговані з води гексаном або петролейним ефіром. Інші складові частини сирої нафти (нафтенові кислоти, феноли тощо) не екстрагуються гексаном чи петролейним ефіром, визначаються окремо і не включаються в поняття ”вміст нафтопродуктів”. Екстракційно-рефрактометричний метод визначення масел і нафтопродуктів у воді ґрунтується на екстракції цих речовин із води гексаном і вимірюванні показника заломлення отриманої гексанової витяжки. Очевидно, що показник заломлення гексанової витяжки більше показника заломлення чистого гексану. Особливо підвищується він у присутності ароматичних вуглеводнів (на 5-20%) [19].

2.4 Кондуктометричний метод аналізу

Застосування кондуктометри для оцінки солевмісту у процесі обезсилення, корегування мінерального складу води. Сили кислот, можливість роздільного визначення складу суміші, різні форми кривих титрування, їх пояснення. хімічний розчин речовина

До початку XXI століття стало ясно, що електрохімічний аналіз, як і сама аналітична хімія, вийшов за межі свого класичного змісту. Якщо раніше методологія електрохімічного аналізу здебільшого розвивалася на основі вивчення об'єктів неорганічної природи, то зараз електрохімічний аналіз стійко «дрейфує» у бік вирішення проблем екології, аналізу біологічних і медичних об'єктів, в яких органічна речовина зустрічається все частіше й частіше. У рішенні задач власне електрохімічного аналізу актуальним стає конструювання модифікованих електродів, які дають специфічний відгук завдяки іммобілізації на електроді органічних молекул або їх фрагментів, наприклад ДНК або її олігомерів. Підвищення інтересу до аналізу об'єктів органічної природи зумовлено тим, що число останніх на кілька порядків перевищує число іонів металів та їх сполук. При цьому все ширше використовується різноманітність електродних процесів, більш складних форм електричного впливу на об'єкт, що вивчається і перетворення аналітичного сигналу, в тому числі на основі досягнень математики, інформатики та електронної техніки. Очевидно, що необхідний рівень знань у цій сфері є неодмінною умовою успішної діяльності фахівців у галузі електрохімічного аналізу, здатних творчо застосовувати і розвивати вказані методи. Одним з поширених методів є кондуктометрія. Кондуктометрія використовується в роботі аналізаторів детергентів у стічних водах, при визначенні концентрацій синтетичних добрив в зрошувальних системах, при оцінці якості питної води. На додаток до прямої кондуктометрії для визначення деяких видів забруднювачів можуть бути використані непрямі методи, в яких визначаються речовини взаємодіють перед виміром із спеціально підібраними реагентами і реєстроване зміна електропровідності викликається тільки присутністю відповідних продуктів реакції. Окрім класичних варіантів кондуктометрії застосовують і її високочастотний варіант (осціллометрію), в якому індикаторна електродна система реалізується в кондуктометричних аналізаторах безперервної дії.

Теоретичні основи кондуктометричного методу аналізу. Кондуктометричні методи аналізу засновані на вимірюванні електропровідності досліджуваних розчинів. Існує кілька методів кондуктометричного аналізу:

· Пряма кондуктометрія - метод, що дозволяє безпосередньо визначати концентрацію електроліту шляхом вимірювання електропровідності розчину з відомим якісним складом;

· Кондуктометричного титрування - метод аналізу, заснований на визначенні змісту речовини по зламу кривої титрування. Криву будують за вимірюваннями питомої електропровідності аналізованого розчину, змінюється в результаті хімічних реакцій в процесі титрування;

· Хронокондуктометричне титрування - засноване на визначенні змісту речовини по витраченому на титрування часу, автоматично фіксується на діаграмній стрічці реєстратора кривої титрування. Кондуктометрія відноситься до найпоширеніших методів дослідження розчинів і рідких систем взагалі.

· Провідними прийнято умовно з ч ~ 10 -7 Ом -1 · см -1 і вище;

· Помірно провідними з ч: 10 -7 - 10 -11 Ом -1 · м -1;

· Непровідним - ч нижче 10 -11 Ом -1 · м -1.

Дана класифікація умовна.

У ФХА прийнято користуватися діаграмами «питома електропровідність ч - склад». Оскільки електропровідність відноситься до свідомо не адитивним властивостями, спосіб вираження концентрації при цьому може бути довільним, проте для наочності найчастіше вибирають молярний частки. Діаграми «молекулярна електропровідність л - склад» використовується рідше [7].

2.5 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.

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. 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+].

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). 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 не дисоційованому 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. Для вимірів застосовують лабораторний рН-метр.

Перед визначенням електроди ретельно промивають дистильованою водою та просушують паперовим фільтром. Визначають температуру за показаннями термометра рН-метра і ручкою “Температура розчину” виставляють її значення. Опускають електроди в склянку з досліджуваною водою, натискають кнопку діапазону вимірювання “1 - 14” та за нижньою шкалою приладу визначають рН в першому наближенні (грубо). Натискають кнопку відповідного діапазону рН та знаходять його значення за однією з верхніх шкал з точністю до 0,05. Після закінчення визначення рН електроди занурюють в склянку з дистильованою водою [23].

2.6 Визначення рН води потенціометричним методом

Кількісною мірою кислотності середовища, тобто вмісту в розчині іо-

нів гідрогену, є величина H+ H+ pa = -lga.

Це суто теоретична величина, бо експериментально визначити активність

окремого іону H+ pa_Н+ (або коефіцієнт активності) неможливо. Експериментально визначають тільки так зване “інструментальне” значення рН, яке умовно теж знаходять як pH???lga_Н+.

Експериментальні методи визначення рН відносяться до потенціометричних

вимірів, які здійснюють за допомогою гальванічного елементу, складеного з індикаторного електрода, потенціал якого є функцією концентрації іонів гідрогену в розчині, та електрода порівняння, який має сталий і добре відтворюваний потенціал.

На цей час найбільш поширеним електродом порівняння є хлоросрібний

електрод, а індикаторним - скляний іонселективний електрод (ІСЕ) [23].

Хлоросрібний електрод можна представити у вигляді схеми Cl-¦AgCl, Ag:

срібний дріт, покритий шаром хлориду срібла і занурений в розчин хлориду калію; електролітичний контакт здійснюється через азбестову нитку, впаяну в скло.

Скляний іонселективний електрод виготовляють із спеціального сорту скла у вигляді скляної кульки з порожниною, заповненою розчином НCl концентрацією

0,1 моль/л. У цей розчин занурено допоміжний хлоросрібний електрод, що виконує роль зовнішнього виводу скляного електрода для його підключення до однієї з клем приладу, що вимірює значення електричного потенціалу [17].



ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

В аналізі природних вод найбільш широко використовуються титрометричні та фотометричні методи. На другому місці за поширенням стоять методи атомної абсорбції, емісійної спектроскопії та хроматографії. Інші методи застосовуються значно рідше. Досить мало використовуються при аналізі природних вод кінетичні методи, люмінесцентні, хоча останні є надзвичайно чутливими, що дозволяє працювати з малими об`ємами проби. При виборі методу враховують наступні фактори: очікуваний вміст компоненту, приладні можливості лабораторії, вартість аналізу та деякі інші фактори.

Інформаційне здоров'я біосфери забезпечується природним кругообігом води в природі. Останнім часом, зважаючи на забруднення атмосфери, ця функція кругообігу води в природі змінилася на зворотну. Зміна посилюється не тільки хімічним засміченням атмосфери, а й «емоційним» інформаційним засміченням ослабленої біосфери. В результаті на землю потрапляє не цілюща волога, а щось отруйне, що вимагає очищення.

Відсутність водойм на місцевості зазвичай призводить до утворення різко континентального клімату. Завдяки впливу океанів на значній частині Земної пари забезпечується перевага опадів на суші над випаровуванням, і організми рослин і тварин отримують потрібну їм для життя, кількість води. Водна і повітряна оболонки Земної кулі постійно обмінюються вуглекислотою з гірськими породами, рослинним і тваринним світом, що також сприяє стабілізації клімату.

Прийняття законів, розробка програм, видання наказів і розпоряджень при недостатньому фінансуванні не поліпшать якість питної води а, отже, і здоров'я населення. Проблема, як і раніше чекає кардинальних рішень. І кожен день цих очікувань пов'язаний з чималим ризиком для безлічі наших співвітчизників.

Аналіз методів визначення мікрокількостей речовин у складних багатокомпонентних системах показав, що найкращим є атомно-абсорбційний, оскільки він дозволяє встановлювати низьку межу виявлення концентрацій елемента, має високу селективність та можливість визначення великої кількості елементів, добру відтворюваність, потрібно мінімальний об'єм проби, порівняно не велика вартість обладнання.

Щоб покращити якість води потрібно вносити зміни у застаріле обладнання водопостачання, проводити хоча б щомісячне прибирання біля водо джерел і взагалі водойм. Такі заходи звичайно не зможуть повністю покращити якість води, але хоча б зроблять перший крок у зрушенні такого важливого питання з мертвої точки.



СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Алексеев Л.С. Контроль качеств воды учебник 3-е издание, переработанное и дополненное / Алексеев Л.С. - Москва: Инфа-М - 2007.

2. Аналітична хімія. Фізичні та фізико-хімічні методи аналізу. - М.: Хімія. -2001. -40-81 с.

3. Антиоксиданти [Електронни ресурс] - Режим доступу:

4. Варакута С. А. Керування якістю продукції: Навчальний посібник / С.А. Варакута. - М.: ИНФРА. - 2002. - 207 с.

5. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости: ГОСТ 4151-72:1974 - ГОСТ 4151-72:1974. - К.: Держстандарт України.

6. Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання: ДСТУ ISO 4808:2007 - ДСТУ ISO 4808:2007. - К.: Держстандарт України.

7. Дорохова Е.Н. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа / Е.Н. Дорохова, Г.В. Порохов. - М.: Выс. шк. - 1991. - 384с.

8. Ивчатов А.Л. Химия воды и микробиология / Ивчатов А.Л. - М.: 2006. - 234 с.

9. Карякін А.В.Методи оптичної спектроскопії в аналізі природних і стічних вод/Карякін А.В, Грибовська О. -М.: Хімія. - 1987.

10. Кичипин В.И. Моделированье очистки воды/Кичипин В.И. - Москва. - 2003.

11. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы опредиления органических соединений / И.М. Коренман. - М.: Химия. - 1975. - 359с.

12. Крушельницька Н. Г. Хімія і життя ХХІ ст. / Н. Г. Крушельницька // Шкільний вісник. - 2005. - № 3. - С. 50-52.

13. Кузяків Ю.Я.Методи спектрального аналізу/Кузяків Ю.Я. - М. - 1990.

14. Кульский Л. А. Химияводы: физико-химические процессы обработки природных и сточных вод // Учебноепособие / Л. А. Кульский, Н. Ф. Накорчевская. - К.: Вища шк., Головноеизд-во. - 1983. - 240 с.

15. Курнаков М.С. Введение в физико-химический аналіз/Курнаков М.С. -Л.: НХТИ ВСНХ. - 1925. - 88с.

16. Методы исследования качества воды водоемов. -- М.: Медицина. - 1990. -- 400 с.

17. Мидгли Д. Потенциометрический анализ воды / Д. Мидгли, К. Торренс. - К.: Мир. - 1980.

18. Пєшкова В.М. Практичнийпосібник з спектрофотометрії та калориметрії / В.М. Пєшкова, М.І. Громова. - М.: Изд. "МосковськогоУніверситету». - 1965 р.

19. Скоробогатий Я.П. Фізико-хімічні методи аналізу / Я.П. Скоробогатий. - Львів: Каменяр. - 1993. - 243с.

20. ТаубеП. Р. Химия воды и микробиология/ П. Р. Таубе, Л. Г. Баранова. - М.: Высш.шк. - 1983. - 280 с.

21. Цветаєва Г. Посібник з питань інформаційної роботи з проблем питної води/ Цветаєва Г. - Київ: “Мама-86” - 2003.

22. Якість води. Визначання каламутності: ДСТУ ISO 7027:2003 - ДСТУ ISO 7027:2003. - К.: Держстандарт України.

23. Якість води. Визначання рН: ДСТУ ISO 4077:2001- ДСТУ ISO 4077:2001. - К.: Держспоживстандарт України.

24. Якість води. Визначення масової концентрації перхлорат-іонів фотометричним методом: ДСТУ ISO 7147:2010 - LCNE ISO 7147:2010. - К.: Держстандарт України.

25. Якість води. Визначення поверхнево-активних речовин: ДСТУ ISO 7875-1: 1996 - ДСТУ ISO 7875-1: 1996. - К.: Держстандарт України.

26. Якість води. Словник термінів: ДСТУ ISO 6107-1: 2004 - ДСТУ ISO 6107-9:2004. - [Чинний від 2005-04-01]. - К.: Держспоживстандарт України, - 2006. - 181 с. - (Національні стандарти України).

Размещено на Allbest.ru

...