Из большого числа методов анализа воды, встречающихся в специальной и научно-популярной литературе, выделяют относительно небольшую группу методов, называемых «полевыми». Эти методы интересуют нас в первую очередь потому, что они могут применяться и специалистами-аналитиками, и студентами различных вузов, и широким кругом заинтересованных лиц, не имеющих связей с лабораториями, аналитическими и экологическими центрами.
Под полевым методом мы понимаем такой метод, который может применяться непосредственно у водного объекта, при отсутствии водопровода, централизованных источников электроэнергии и специально оборудованных лабораторных помещений. Полевые методы обладают некоторыми характерными особенностями.
Во-первых, полевые методы являются относительно несложными, т.к. не требуют использования лабораторного оборудования и высокой квалификации персонала.
Второе преимущество полевых методов – их быстрота, или экспрессность. Не секрет, что в ряде случаев использование тех или иных методов определяется не только сложностью, но и длительностью анализа, которая, включая операции подготовки, может достигать от нескольких часов до нескольких суток. Полевые методы, как правило, позволяют сократить продолжительность подготовки и проведения анализа до нескольких десятков минут и даже нескольких минут.
Большинство полевых методов определения показателей качества воды являются химическими, т.к. позволяют определить содержание химических компонентов в составе воды и основаны на химико-аналитических реакциях. Перед тем, как приступить к анализу воды химическими методами, необходимо познакомиться с требованиями к выполнению анализов и практически освоить основные аналитические операции. Для этого обычно в лабораторных условиях проводится обучение приемам работы и правилам техники безопасности. При обучении используются растворы реактивов-стандартов, имеющих в своем составе определяемый компонент (катион, анион, функциональные группы). Хорошим объектом для обучения является продающаяся в магазинах минеральная вода с известным химическим составом, который приводится, как правило, на этикетке бутылки. Для обучения могут использоваться также специально приготовленные модельные растворы с точно известным значением концентрации целевого компонента. Обучение методикам определения отдельных компонентов в воде или модельных растворах проводится только под руководством специалиста-аналитика или преподавателя.
Если в ходе практических работ берутся готовые оборудование и материалы, то используемые при выполнении анализа растворы, реактивы, посуда и другие компоненты комплекта должны быть предварительно осмотрены. При осмотре проверяют:
– целостность и герметичность упаковки растворов, реактивов;
– соответствие выбранного для использования реактива (раствора) или посуды требованиям методики анализа, наличие хорошо и однозначно читаемой этикетки, меток на мерной посуде, контрольных шкал;
– отсутствие повреждений мерной посуды, пробирок, контрольных шкал и др.
При транспортировании оборудование для анализа, склянки с реактивами и растворами и принадлежности следует располагать в укладочных ящиках на предусмотренных для них местах. Это позволит обеспечить надежную доставку комплектов для полевых анализов к месту работы, исключить бой посуды и попадание внутрь контейнеров пыли и других загрязнений.
После проведения анализа мерные склянки и пипетки следует промыть чистой водой, склянки с растворами необходимо герметично закрыть и уложить в укладочные контейнеры. Затруднения при закрывании контейнеров обычно свидетельствуют о небрежности при укладке.
Характеристики образцов воды могут определяться непосредственно в отобранных пробах различными методами: визуальным, органолептическим, визуально-колориметрическим, титриметрическим, турбидиметрическим и расчетным. Характеристики почвенных вытяжек (водных, солевых) определяются путем их анализа с помощью методов, используемых для анализа соответствующих компонентов в воде.
Полевые методы применяются в условиях, которые не сказываются сколько-нибудь заметным образом на скорости и выходе химико-аналитической реакции. Это и понятно, т. к. скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. С другой стороны, концентрация образующегося при химико-аналитической реакции вещества, как правило, связана с концентрациями других, участвующих в реакции или образующихся веществ в растворе, находясь в химическом равновесии. Характерно, что для реакций в растворах (в отличие от реакций в газовой фазе) практически только температура является внешним фактором, влияющим на положение равновесия. Следовательно, именно температура является тем влияющим фактором внешних условий, который мы должны учитывать в первую очередь при использовании полевых методов.
В нормативных документах не оговорены условия применения полевых методов, однако такими условиями для большинства методов определения могут быть приняты следующие:
– температура анализируемой воды от 15 до 25°С;
– температура воздуха от 5 до 30 °С;
– относительная влажность воздуха и атмосферное давление – не ограничены.
Ограничения по температуре воды и воздуха не распространяются на условия отбора проб. Указанные ограничения могут быть легко устранены путем подогрева проб перед анализом (сложнее пробы охладить в условиях повышенной температуры). Вместе с тем при выполнении анализов температура проб должна контролироваться, т.к. она является фактором, способным повлиять на результат измерения концентрации и нарушить правильность измерений.
При выполнении анализа визуальным, органолептическим и турбидиметрическим методами (определение запаха, вкуса, цветности, мутности, концентрации сульфат-анионов) выполняющий анализ должен уметь корректно определять вкус, запах, цвет, степень мутности, используя собственные вкусовые ощущения, обоняние и зрение.
источник
Общие требования к питьевой воде сводятся к следующему:
1.Вода должна иметь благоприятные органолептические свойства, т.е. быть прозрачной, бесцветной, без привкусов и запаха, иметь освежающую температуру и не содержать видимых примесей.
2.Вода должна быть безвредна по химическому составу, т. е. не содержать вредные (токсические, канцерогенные) вещества в концентрациях, опасных для здоровья, а также вещества, ограничивающие водопотребление.
3.Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, т.е. не содержать патогенных бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов и не превышать нормативы по показателям альфа- и бета-активности.
На основании этих требований установлены нормируемые показатели качества воды при централизованном (СанПиН 10-124 РБ 99 «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества») и нецентрализованном (СанПиН 2.1.4.12-23-2006 «Санитарная охрана и гигиенические требования к качеству воды источников нецентрализованного питьевого водоснабжения населения») водоснабжении, которыми необходимо руководствоваться при оценке качества воды в полевых условиях.
В полевых условиях источниками водоснабжения могут быть артезианские скважины или местные водоисточники. Артезианской воде всегда нужно отдавать предпочтение, так как она практически не нуждается в дополнительной обработке и обеззараживании. Однако для бурения артезианской скважины необходимы специальные инженерные силы, технические средства и время. Поэтому чаще в полевых условиях приходится пользоваться водой из местных водоисточников, нормативы которой приведены в таблице 2.
Содержание хлоридов в воде не должно превышать 350мг/дм 3 , а сульфатов – 500 мг/дм 3 .
Зная эти требования и нормативы качества, можно сделать заключение о пригодности любого вида воды для хозяйственно питьевого водоснабжения по результатам лабораторного исследования.
Исследование воды в полевых условиях проводится упрощенными методами по специальным инструкциям с применением табельных укладок. Реактивы используются сухие или ампульные, посуда – небьющаяся. Укладка реактивов и посуды рассчитана на резкие перепады температуры и транспортировку.
Пробы воды отбирают в любую чистую посуду с пробкой. Для бактериологического анализа посуда должна быть стерильной, также должны быть соблюдены условия отбора проб воды и ее транспортировки, чтобы не внести в воду микробы из внешней среды. Для отбора проб воды из открытых водоисточников используют батометр или бутылку на веревке с пробкой и привязанным к ней грузом.
Табельные комплекты и приборы, используемые для контроля за качеством воды, их техническая характеристика, приведены в главе 2.
Таблица 2. Гигиенические нормативы качества воды источников нецентрализованного питьевого водоснабжения (из СанПиН 2.1.4.12-23-2006)
| Показатели | Единицы измерения | Гигиенический норматив |
| Запах Привкус Цветность Мутность Нитраты Число бактерий группы кишечной палочки (коли-индекс) Химические вещества неорганической и органической природы | баллы баллы градусы мг/дм 3 мг/дм 3 К-во бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в 1000 см 3 воды мг/дм 3 | Не более 2-3 Не более 2-3 Не более 30 Не более 2 Не более 45 Не более 10 ПДК |
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) . 
источник
Полевой химический анализ воды имеет большое научное и практическое значение. Он помогает:
• целесообразно направлять и корректировать гидрогеологические работы в процессе их выполнения;
• отбирать наиболее важные пробы для полного анализа;
• на месте определять летучие и быстроизменяющиеся компоненты.
В полевой анализ воды входит определение не только летучих (СО2, Н2S, О2), быстроизменяющихся (t, pH, Fe 2+ , NO2 — ) компонентов, но и определение ионов, характеризующих другие ее важнейшие свойства (Са 2+ , Mg 2+ , NH + , Na + , Сl — , SO4 2- , NO3 — , НСО3 — , СО3 2- ). Учитывая скорость изменения физических свойств и химического состава, при выполнении полевого анализа воды, соблюдают следующую последовательность определений:
1. температура, рН, запах, прозрачность, цвет;
2. свободная углекислота, сероводород, кислород;
3. нитрат и нитрит ионы, аммоний, железо закисное и окисное;
4. карбонат — и гидрокарбонат-ионы, жесткость, ионы кальция, магния, сульфаты, хлориды и вкус.
Во время учебной практики с помощью полевой лаборатории за 20-30 минут можно выполнить анализ воды, состоящий из определений: рН, Fe 3+ , Fe 
, Fe 2+ , NO3 — , NH4 + , Ca 2+ , Mg 2+ , Сl — , SO4 2- , NO3 — ,HCO3 — , CO3 2- .
рН определяют колориметрическим методом с универсальным индикатором Алямовского.
Ионы Fe 3+ , Fe^ (в виде трехвалентного) определяют колориметрическим методом с роданидом калия или аммония.
Ион Fe 2+ определяют расчетным путем.
Ион NH4 + определяют колориметрическим методом с реактивом Несслера.
Ион NO2 — определяют колориметрическим методом с реактивом Грисса.
Ионы НСО3 — и СОз 2- определяют объемным методом, если рН раствора меньше 8.2, то такая вода не содержит карбонатов.
Общую жесткость и Са 2+ определяют объемным трилонометрическим методом.
Ион Mg 2+ рассчитывают по разности.
Ион Сl — определяют аргентометрическим капельным методом.
Ион SO4 2 » определяют турбидиметрическим методом.
Лабораторная работа № 1
ВИЗУАЛЬНАЯ КОЛОРИМЕТРИЯ
Цель работы
Определение микрокомпонентов (NH4 + , NO2 — , Fe 3+ ) и концентрации водородных ионов (рН) в природных водах.
Общие сведения
В визуальных колориметрических методах интенсивность потока излучения оценивается на глаз. Ряд визуальных методов применяется на практике для определения микрокомпонентов (NH4 + , NO2 — , Fe 3+ ) и концентрации водородных ионов (рН) в природных водах. Используемые в визуальных методах для сравнения интенсивности окраски калиброванные пробирки должны быть одинакового диаметра, высоты и с одинаковой прозрачностью стекла.
Для сравнения окраски используют прибор, называемый компаратором. Прибор состоит из деревянного куба, в котором сверху просверлены два круглых вертикальных отверстия для пробирок и с боков — горизонтальные сквозные отверстия, пересекающиеся с первыми, через которые и сравнивают окраски исследуемого раствора без индикатора и с индикатором. Окраски сравнивают по горизонтальному направлению, подложив белый фон и держа пробирки в наклонном положению к фону, используя пленочные шкалы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ПРИ ПОМОЩИ РАСТВОРА УНИВЕРСАЛЬНОГО ИНДИКАТОРА
Цель работы
Определение кислой, нейтральной или щелочной среды природной воды через концентрацию водородных ионов с использованием универсального индикатора Алямовского и стандартных окрашенных пленочных шкал.
Общие сведения
Водные растворы всегда содержат водородные и гидроксиль-ные ионы. Произведение концентрации водородных и гидроксиль-ных ионов в воде всегда постоянно и зависит только от температуры. Под концентрацией водородных и гидроксильных ионов понимают содержание грамм-эквивалентов соответствующего иона в одном литре раствора.
Если реакция водного раствора нейтральна, концентрация водородных и гидроксильных ионов одинакова и равна 
. Для растворов, имеющих кислую реакцию, концентрация водородных ионов будет больше , и, наоборот, если щелочная среда — концентрация водородных ионов меньше .
Обычно кислую, щелочную или нейтральную среду определяют через концентрацию водородных ионов. Для характеристики концентрации водородных ионов пользуются только показателем степени при десяти, отбрасывая отрицательный знак и обозначая символом рН (показатель концентрации водородных ионов).
Колориметрический метод определения рН основан на свойстве ряда индикаторов менять свою окраску в зависимости от концентрации ионов водорода, причем для каждого индикатора существуют вполне определенные границы, при которых происходит изменение окраски. В полевых условиях используют универсальный индикатор Алямовского и стандартные окрашенные пленочные шкалы (диапазон измерений рН 4-8.0). Чувствительность этого метода 0.1 рН.
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы
источник
Организация водоснабжения в полевых условиях при лагерном размещении войск. Количественные нормы водоснабжения . Методы оценки качества воды в полевых условиях
Войска постоянно нуждаются в достаточном количестве качественной воды для удовлетворения физиолого-гигиенических, хозяйственно-бытовых и технических нужд.
В мирное время при казарменном расположении военных частей их водоснабжение организуется двумя способами.
1. От городского или поселкового водопровода. Задачи медицинской службы:
· осуществлять наблюдение за обеспеченностью водой, за её качеством, за техническим и санитарным состоянием водопровода на территории военного городка;
· периодически отбирать пробы воды и направлять на анализ;
· следить за вспышками инфекционной заболеваемости в городке, авариями на водопроводе.
2. Автономное обеспечение водой своими силами. Задачи медицинской службы:
· участвовать в выборе источника, и организации зоны санитарной охраны его;
· участвовать в рассмотрении проекта водопровода и режима его работы;
· осуществлять медицинский контроль за лицами, работающими на водопроводе;
· отбирать периодически пробы воды и направлять на анализ;
· вести санитарный паспорт на водоисточник и водопровод.
Количественные нормы водоснабжения зависят от рода войск, уровня благоустройства военных городков. В мирное время при казарменном расположении на одного военнослужащего положено:
1. 70,5 л/сутки при наличии водопровода, канализации и душа;
2. 43,5 л/сутки при наличии водопровода, без канализации и душа.
3. В мирное время в госпитале положено на 1 койку:
4. 200 л/сутки при наличии водопровода и канализации;
5. 150 л/сутки при наличии водопровода без канализации.
В мирное время в военных городках на одного жителя положено:
1. 400 л/сутки при наличии водопровода, канализации и душа;
2. 50-90 л/сутки при наличии водопровода и водоразборных колонок.
При первом и втором способе водоснабжения качество воды и объем лабораторных исследований должны соответствовать Требованиям СанПиН 10-124 РБ-99 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Специалисты квартирно-эксплуатационной службы части и подразделения инженерных войск обеспечивают правильную эксплуатацию водопровода и лабораторно-производственный контроль качества воды.
При размещении войск в летнее время в лагерях водоснабжение организуется путем подвоза воды, особенно для питьевых целей и приготовления пищи, а так же путем оборудования пункта водоснабжения на существующем либо вновь построенном колодце. Если лагеря стационарные и рассчитаны на большое количество личного состава, то лучше устраивать местный водопровод на базе артезианской скважины. До вывоза войск в лагеря источники водоснабжения должны быть обследованы, качество воды проконтролировано.
Организация водоснабжения войск в военное время. Пункты водоснабжения. Возможные пути загрязнения источников воды в условиях применения средств массового поражения. Обеззараживание воды и ее дезактивация в полевых условиях. Табельные средства для очистки и индивидуальные средства для обеззараживания воды в полевых условиях.
В военное время организацией водоснабжения занимается четыре службы:
1. инженерная служба – организует разведку, добычу и очистку воды;
2. служба тыла – доставляет воду в подразделения;
3. служба радиохимбакзащиты (РХБ) – участвует в индикации ОВ, РВ, БС;
4. медицинская служба участвует в разведке источников водоснабжения, проводит лабораторную проверку качества воды, включая индикацию ОВ, РВ, БС, оценивает безопасность воды, выдает разрешение на ее использование.
Пунктом водоснабжения называется место, где производится добыча, очистка, хранение и выдача воды. Место предназначенное для выдачи запасов воды, называется водоразборным пунктом. Они разворачиваются и оборудуются инженерной службой, перевозка и доставка воды осуществляется продовольственной службой.
В качестве водоисточников используются в первую очередь буровые скважины, трубчатые и шахтные колодцы, местные родники с доброкачественной водой. Если невозможно получить воду из подземных источников, пункты водоснабжения организуются у поверхностных источников воды – рек, озер, прудов. Забор воды из рек осуществляется на 70-100 м выше места расположения войск, а из озер, прудов не ближе 500 м от места купания. Вода из поверхностных источников подвергается обязательному обеззараживанию. Лица, занятые получением и транспортировкой воды, проходят медосмотр, включая лабораторное обследование.
На полевом пункте водоснабжения оборудуют рабочую площадку, где производят добычу, очистку, хранение и выдачу воды (грязная и чистая зоны), таро-моечную площадку, площадку для транспорта, площадку для лаборатории.
Вокруг источника выделяется санитарно-защитная зона в радиусе 50-100 м, которая охраняется. Тара для хранения и перевозки воды периодически подвергается хлорированию.
В полевых условиях пункты водоснабжения и водоразборные пункты устраиваются в каждом батальоне, полку, дивизии и армии. Для этого они обеспечиваются специальными средствами.
Средства добычи воды из подземных источников:
1. батальоне: мелкотрубчатый колодец (МТК-2), глубина до 70 м;
2. полку: механизированный шнековый колодец (МШК-15), откачивает воду;
3. в дивизии: передвижная бурильная установка (ПБУ-50, ПБУ-200) на автомобиле, с её помощью можно пробурить артскважину;
4. в армии и фронте: установки роторного бурения (УРБ), можно забирать воду с глубины 250 м.
Для откачки воды используются:
3. мотопомпа М-600 для перекачки воды.
Средства для очистки воды:
1. в батальоне: тканево-угольный фильтр (ТУФ-200) 200 л/час, для ОВ и РВ 150 л/час;
2. в полку: войсковая фильтровальная станция на автомобиле (ВФС), 2,5 м 3 /ч., удаляет и ОВ, РВ;
На снабжении имеются так же:
1. модернизированная автофильтровальная станция (МАФС), 7,5 м 3 /ч., удаляет и ОВ, РВ, работает по двум схемам;
2. полевая опреснительная установка (ПОУ);
3. опреснительная передвижная станция (ОПС).
Средства для хранения и транспортировки воды:
1. резервуары РДВ-12, РДВ-100, РДВ-1500 и РДВ-500 из прорезиненной ткани, легко повреждаются. Запах и привкус резины исчезает, если внутри стенки покрыть полиэтиленом.
2. цистерны автомобильные АВЦ-15 на 1500 л и АВЦ-28 на 2800 л, имеют камерное строение, термоизоляцию.
3. автомобильная цистерна пищевая термоизоляционная АЦПТ на 4000 л.
4. индивидуальные средства – фляга (0,75 л) для каждого солдата.
5. приспособленные средства – котлы полевых кухонь и другие.
Для оборудования пунктов водоснабжения на берегу поверхностного водоисточника применяют в зависимости от потребности в воде ТУФ-200, ВФС-2,5 или МАФС-3. При оборудовании пункта водоснабжения на подземном водоисточнике используют МТК-2М, МШК-15 или УДВ-15.
Водоразборные пункты устраивают при отсутствии местных водоисточников. Для этого в роту (батальон) доставляют всеми видами транспорта необходимые запасы воды. Для её хранения устанавливают емкости, из которых она раздается с помощью насоса БКФ-4. Их периодически обеззараживают хлорированием летом через каждые 2-3 суток, зимой через 3-5 суток.
Вероятные пути и основные признаки загрязнения воды в условиях применения ОРУЖИЯ
массового поражения, допустимые величины загрязнения питьевой воды радиоактивными и отравляющими веществами.
В условиях современной войны в воде могут отражаться отравляющие вещества (ОВ), радиоактивные вещества (РВ) и бактериальные средства (БС). Противником могут быть использованы следующие способы загрязнения воды:
1. РВ – при ядерных взрывах;
2. ОВ и БС – при разбрызгивании их из специальных авиационных приборов, при разрывах снаряженных ими снарядов и бомб;
3. БС и ОВ – диверсионным путем, особенно при отходе с занятой территории.
В наибольшей мере подвержены заражению ОВ, БС и РВ шахтные колодцы, пруды, озера, открытые водохранилища и небольшие речки.
Признаками загрязнения воды являются:
1. нехарактерные для неё запахи;
2. маслянистые пятна на поверхности;
5. изменение окраски и увядание растений;
6. случаи отравления местных жителей, пользовавшихся водой.
Допустимые величины загрязнения питьевой воды:
РВ – в котелке воды – не более 14 мР/час, в ведре воды – не более 40 мР/час, при условии потребления в течение 1 суток, при необходимости приема в течение 30 суток доза уменьшается в 10 раз. ОВ – иприт – не более 0,1 мг/л, люизит – не более 0,06 мг/л, ФОС и Vi – газы не допускаются.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8396 — 
| 7314 — 
или читать все.
195.133.146.119 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Отбор проб воды из различных водоисточников. Определение органолептических показателей. Компоненты минерального состава. Консервация, транспортировка и хранение проб воды. Химический состав стекла лабораторной посуды. Коллоидная кремниевая кислота.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Полевые методы исследования поверхностных и грунтовых вод
Отбор пробы воды является важной частью ее анализа, необходимым условием получения правильных результатов. Ошибки, возникающие из-за неправильного отбора проб, в дальнейшем исправить невозможно. Особую трудность вызывает отбор представительной пробы, состав которой соответствует составу анализируемого объекта. Реально отобранные для анализа пробы по составу в большей или меньшей степени отличаются от анализируемого объекта, что и является основной причиной погрешностей анализа. Условия, которые следует соблюдать при отборе проб, настолько разнообразны, что нельзя дать подробных рекомендаций для всех случаев в соответствии со всеми требованиями. В конкретных условиях следует руководствоваться целями исследования и общими принципами, регламентирующими отбор проб воды для анализов из различных водоисточников. минеральный химический вода
Основные принципы, которые необходимо соблюдать при отборе проб:
· место для отбора пробы воды должно соответствовать целям анализа,
· проба воды должна быть представительной пробой,
· отбор, хранение, транспортировка и работа с пробой должны проводиться так, чтобы не произошло изменений в содержании определяемых компонентов или в свойствах воды;
· объем пробы должен быть достаточным и должен соответствовать применяемой методике анализа.
Место для отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и с учетом всех обстоятельств, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы. Так, при отборе проб поверхностных и подземных вод необходимо внимательно обследовать все источники поступления воды в водоем, выявить возможные источники загрязнения водоема.
Место для отбора проб сточных вод выбирают только после подробного ознакомления с технологией производства, расположением цехов, системой канализации, назначением и работой отдельных элементов станции очистки и т.д.
В соответствии с целями анализа проводят разовый или серийный отбор проб. При разовом отборе пробу берут один раз в определенном месте и рассматривают результаты одного анализа. Этот способ применяется в редких случаях, когда результатов единичного анализа достаточно для суждения о качестве исследуемой воды (например, при постоянстве состава воды, как это наблюдается для глубинных грунтовых вод). В большинстве случаев состав воды изменяется в зависимости от места и времени отбора пробы, в этих случаях проводят серийный отбор проб. При анализе серии взятых проб определяется изменение содержания отдельных компонентов с учетом места, времени отбора или обоих этих факторов. Полученные результаты обрабатываются статистически. Типичным примером серийного отбора проб является зональный отбор. Пробы отбирают с различной глубины по выбранному створу водохранилища, озера, пруда и т.д. Другой распространенный тип серийного отбора проб — отбор через определенные промежутки времени, позволяющий следить за изменением качества воды во времени или же в зависимости от ее расхода. При этом можно получить сведения о сезонных или дневных изменениях качества воды.
Различают два основных вида проб: простую и смешанную. Простую пробу получают путем однократного отбора всего требуемого количества воды. Анализ простой пробы дает сведения о составе воды в данный момент в данном месте. Смешанную пробу получают, сливая простые пробы, взятые в одном и том же месте через определенные промежутки времени или отобранные одновременно в различных местах обследуемого объекта. Эта проба характеризует средний состав воды исследуемого объекта или средний состав за определенный период времени (за час, смену, день и т.д.), или, наконец, средний состав с учетом как места, так и времени. Смешанную пробу нельзя отбирать за период больше одних суток. При необходимости более длительного хранения пробу консервируют. Смешанную пробу нельзя использовать для определения тех компонентов и характеристик воды, которые легко изменяются со временем (растворенные газы, pH и т.д.). Эти определения проводят в каждой составляющей пробы отдельно.
Количество пробы, которое необходимо отобрать, зависит от числа определяемых компонентов. Чаще всего, это 1-2л воды. При отборе проб следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор проб гидрологические и климатические условия, такие как осадки и их обилие, паводки, застойность водоема и др.
В качестве сосудов для отбора и хранения проб обычно используют бутыли из химически стойкого стекла. Закрывают их резиновыми или стеклянными притертыми пробками. В специальных случаях используют полиэтиленовые бутыли или термосы. Посуда для отбора проб должна быть чистой. Чистота посуды обеспечивается предварительным мытьем ее горячей мыльной водой (стиральные порошки и хромовую смесь не использовать!), многократным споласкиванием чистой теплой водой. В дальнейшем для отбора проб желательно использовать одну и ту же посуду. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посуду отбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.
Влияние материала лабораторной посуды на состав пробы. Материалы, из которых изготовлена лабораторная посуда, могут быть не только источниками загрязнений, но и причиной уменьшения концентрации определяемых компонент в анализируемой пробе воды.
Стекло. Различные сорта стекла отличаются друг от друга по составу и химической стойкости. Стекло немного растворимо в воде, полученные растворы имеют слабую щелочную реакцию главным образом за счет содержания гидроксидов калия и натрия. Вода при 180С выщелачивает за 7 дней из лучших сортов стекла до 70 мг Na2O с 1 м2 поверхности, с повышением температуры эта величина существенно увеличивается. Наибольшей щелочностью характеризуются обычные сорта лабораторного стекла, меньшей щелочностью — стекло пирекс. В водные растворы в небольших количествах могут переходить химические элементы, входящие в состав стекла: кремний, бор, кальций, железо и др.
Химический состав стекла лабораторной посуды, %
Сорт SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O K2O CaO MgO MnO ZnO As2O3
№23 68,6 2,5 3,89 9,7 6,1 8,4 0,8 — — —
пирекс 80,5 12,0 2,0 4,0 1,0 0,5 — — — —
кварцевое 99,91 — 0,01 0,04 0,03 — 0,01 — — —
Таким образом, растворимость стекла может быть причиной увеличения концентрации натрия, калия, кальция, железа и др. в анализируемой пробе. Согласно ГОСТ 9111-59, при кипячении в течение 3 часов с 2н. раствором гидроксида натрия даже в случае химически стойкого стекла допускается потеря 0,06 г стекла на каждые 100 см2 его поверхности.
Под действием воды происходит гидролиз силикатов с образованием коллоидной кремниевой кислоты, образующей на поверхности стекла плотную пленку, затрудняющую дальнейшее растворение стекла. Поэтому для уменьшения загрязнения проб вследствие растворения стекла рекомендуется обработка стеклянных сосудов водяным паром. Однако при этом следует учитывать, что кремниевая кислота может вести себя как ионит, т.е. обмениваться катионами и анионами с раствором, находящимся в сосуде. В этом случае говорят об адсорбции (поглощении) поверхностью стекла растворенных веществ. Установлено, что адсорбция на стекле зависит от сорта стекла, рН раствора, концентрации раствора. В большей степени происходит адсорбция катионов, меньше — адсорбция анионов. Для уменьшения (или предотвращения) адсорбции из разбавленных растворов на поверхности стеклянной посуды рекомендуется использовать посуду, изготовленную из более стойких сортов стекла (пирекс, кварцевое) или проводить специальную обработку поверхности стекла. Внутреннюю поверхность стекла можно покрыть тонким слоем парафина или лучше гидрофобизировать поверхность обработкой 3%-ным раствором метилтрихлорсилана CH3SiCl3 в четыреххлористом углероде с последующим нагреванием при 1200С в течение 1 часа.
Фторопласт-3 (полимер трифторхлорэтилена), тефлон (полимер тетрафторэтилена). Посуда из этих материалов отличается высокой химической стойкостью. Даже концентрированные кислоты и концентрированные растворы щелочей не влияют на эти материалы в широком интервале температур и длительном воздействии. В изделиях из фторопласта-3 можно выполнять операции при температурах до 1000С, из тефлона (фторопласта-4) — при температурах до 2500С. Химически стойкой является посуда из полиэтилена. Однако на поверхности фторопластов и полиэтилена сорбируются некоторые катионы в заметных количествах.
Таким образом, при отборе и хранении проб воды из различных водоисточников полезно выполнять следующие правила:
· выбирать посуду их химически стойких материалов,
· уменьшать поверхность соприкосновения раствора с материалом посуды, для чего использовать круглодонные колбы.
После отбора проб делается запись, в которой указывают вид и происхождение воды, точное место, день и час отбора, способ консервирования. Если анализ воды проводится не на месте отбора пробы или не в тот же день в лаборатории, то пробу консервируют. Необходимость консервирования обусловлена тем, что некоторые характеристики воды при хранении изменяются (температура, pH, содержание различных газов; некоторые вещества могут выпасть в осадок, другие, наоборот, раствориться и т.д.). В неконсервированной пробе могут также протекать различные биохимические процессы, вызванные деятельностью микроорганизмов или планктона. Для полного анализа воды следует отобрать пробу в несколько бутылей, в которые добавляют различные консервирующие вещества. В нормативных документах (ГОСТ, ИСО, МВИ и др.)определены правила и рекомендации, которые следует выполнять для получения репрезентативных проб из различного вида водоисточников.
Пробы из рек и водных потоков отбирают в следующих целях: мониторинг качества воды в бассейне реки, установление источников загрязнения, их влияния на водные экосистемы, определение влияния вод притоков на состояние исследуемого водного потока.
Качество воды в реках носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и то же время суток, а продолжительность сезонных исследований должна быть не менее года.
Пробы из озер,прудов отбирают с теми же целями, что и пробы воды из рек. Отбор проб из озер должен быть тщательно спланирован для получения информативных достоверных данных. Озера и пруды представляют собой, как правило, слабопроточные водоемы с малой скоростью перемещения различных слоев воды. Они могут иметь значительную неоднородность свойств воды как по горизонтальным, так и по вертикальным направлениям. В больших глубоких водоемах может появляться внутренняя циркуляция воды.
Пробы воды из водопроводных сетей проводят для определения качества воды, а также для определения источников загрязнения воды. Для получения представительной (репрезентативной) пробы следует соблюдать ряд правил:
· перед отбором пробы водопроводную воду спускают в течение 15 — 20 мин для того, чтобы «ушли» накопившиеся загрязнители;
· для отбора воды не используют концевые участки водопроводных сетей, а также участки с трубами малого диаметра (менее 1,2 см);
· для отбора проб используют участки водопровода с интенсивным перемешиванием потока (краны вблизи клапанов, изгибов труб);
· при отборе проб вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.
Анализ воды из различных водоисточников в полевых условиях.
1. Определение температуры воды. Температура является важной гидрологической характеристикой водоема, показателем возможного теплового загрязнения. Тепловое загрязнение опасно тем, что вызывает интенсификации процессов жизнедеятельности гидробионтов, изменяет скорости течения химических и биохимических реакций, протекающих в водоеме. В условиях теплового загрязнения изменяется количество растворенного кислорода и других газов атмосферы, изменяются условия перемешивания различных слоев воды.
Температура является наиболее значимым внешним фактором, который должен в первую очередь учитываться при использовании полевых методов для анализа природных вод. В нормативных документах не определены условия применения полевых методов, однако практика химического анализа позволяет в качестве таких условий принять следующие:
— температура анализируемой воды 15 — 25 0С;
— температура воздуха 5 — 30 0С;
Ограничения по температуре воды и воздуха не распространяются на условия отбора проб. Температура должна обязательно контролироваться во время выполнения анализа, так как она является фактором, способным повлиять на результат определения концентраций.
Температура воды измеряется непосредственно на водоеме калиброванным термометром с ценой деления шкалы 0,1 — 0,5 0С.
Измерение температуры поверхностных слоев воды. Температура воды измеряется непосредственно на водоеме калиброванным термометром с ценой деления шкалы 0,1 — 0,5 0С. Термометр опускают на глубину 15 — 20 см, следят за изменением показаний. Когда в течение нескольких минут показания термометра не изменяются, отмечают последнее значение, как температуру поверхностного слоя воды (не вынимая термометр из воды). Измерения повторяют несколько раз, определяют среднее значение температуры, рассчитывают погрешность определения.
Измерение температуры глубинных слоев воды. Термометр устанавливают в пробоотборнике, который погружают на выбранную глубину, открывают, заполняют водой. Пробоотборник выдерживают на выбранной глубине 5-10 мин (для установления теплового равновесия), после чего поднимают и, не вынимая термометр, определяют значение температуры. Следует использовать пробоотборники опрокидывающегося типа, заполняемые водой на требуемой глубине.
2. Определение органолептических показателей качества воды.
Органолептическая оценка дает много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена в полевых условиях быстро, без каких-либо аналитических приборов или сложных приспособлений. Проведение точных органолептических измерений регламентируется международными стандартами ИСО 6658, ИСО 8589 и др.,определяющими методы и правила проведения органолептической оценки качества воды, требования к квалификации дегустаторов.
Определение цветности воды (качественный визуальный метод, по ГОСТ 1030). Методика качественного определения основана на установлении цвета воды при толщине слоя 10 см. Исследуемую воду наливают в пробирку до высоты слоя 10 см. Вместо пробирки можно использовать мерный цилиндр. Стекло пробирки (или цилиндра) не должно иметь окраски. Пробирка (или цилиндр) должна быть достаточно освещена. Рассматривают воду сверху, на белом фоне. Отмечают цвет воды: слабо- желтова тая, светло- желтоватая, желтая, интенсивно желтая, коричневатая, красно-коричневатая, другая (указать цвет или оттенок).
Определение запаха воды. Запах воды описывается субъективно, по ощущениям аналитика. Для определения запаха воды плоскодонную коническую колбу объемом 250 500 мл заполняют исследуемой водой на 1/3 объема, закрывают пробкой. Далее вращательным движением руки взбалтывают содержимое колбы при закрытой пробке. Пробку открывают и сразу же определяют запах, осторожно вдыхая воздух (выполнять правила техники безопасности такие же, как при определении запаха химических веществ). Если запах не обнаруживается явно, не отчетливый, то определение повторяют, нагрев предварительно колбу с водой на водяной бане до 600С ( При нагревании пробка должна быть приоткрыта). Далее интенсивность запаха оценивается по пятибалльной шкале (интенсивность запаха: нет — 0 баллов, очень слабая — 1 балл, слабая — 2 балла, заметная — 3 балла, отчетливая — 4 балла, очень сильная — 5 баллов).
Интенсивность запаха можно определить количественно как степень разбавления анализируемой воды другой чистой водой без запаха. Пороговое число запаха N определяется из соотношения:
V1 — начальный объем пробы воды, взятой для определений ( с запахом),
V2 — конечный объем воды после разбавления пробы чистой водой до исчезновения запаха.
В качестве чистой воды без запаха можно использовать дистиллированную воду. Чистую воду можно получить в полевых условиях обработкой природной воды активированным углем с последующим фильтрованием ( на обработку 1 л воды минимальное количество угля 1 г).
Определение вкуса и привкуса воды. Оценку можно проводить только у питьевой воды при отсутствии подозрений на ее загрязненность!! При определении воду не проглатывать. При определении вкуса и привкуса анализируемую воду набирают в рот и задерживают 3-5 с, не проглатывая. После определения вкуса воду сплевывают. Характер и интенсивность вкуса и привкуса определяют по пятибалльной шкале (интенсивность вкуса и привкуса: нет — 0 баллов, очень слабая — 1 балл, слабая — 2 балла, заметная — 3 балла, отчетливая — 4 балла, очень сильная — 5 баллов).
Определение мутности (прозрачности) воды. Определение можно проводить в полевых условиях при помощи диска Секки. Диск Секки представляет собой металлический диск диаметра 200 мм с шестью отверстиями, каждое из которых имеет диаметр 55 мм. Отверстия расположены по кругу диаметра 120 мм. Диск покрыт белым пластиком или белой краской. Диск прикреплен к нерастягивающемуся шнуру (цепи). При определении мутности диск опускают в воду на такую глубину, чтобы диск был едва заметен (еще заметен), измеряют длину погруженного в воду шнура (цепи). Для значений менее 1 м результат приводят с точностью до 1 см, для больших значений — с точностью до 0,1 м.
Мутность можно определять визуально в пробирке с исследуемой водой, заполненной также, как при определении цвета воды. Отличие состоит в том, что слой воды рассматривают сверху на темном фоне. Определяют следующие характеристики мутности воды: мутность не заметна, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная, очень мутная.
Прозрачность воды (определяется ее цветностью и мутностью). Прозрачность воды можно определять при помощи диска Секи. Другой удобный метод основан на обнаружении стандартного шрифта через слой воды.
Для определений используют стеклянный цилиндр с внутренним диаметром не менее 2,5 см и высотой не менее 30 см. Дно цилиндра прозрачно. Цилиндр снабжен светозащитным экраном (черная плотная бумага). На белый лист наносится метка — четкий черный шрифт (3,5 0,35 мм) или черный крест. Цилиндр размещают на высоте 4 см над листом с шрифтом (или другой меткой). В цилиндр наливают воду до тех пор, пока метка еще отчетливо видна. Измеряют линейкой максимальную высоту столба жидкости, при которой метка еще видна отчетливо. Это значение высоты (см) характеризует прозрачность воды.
3. Определение рН воды. В полевых условиях может быть использован визуально-колориметрический метод определения рН. Метод основан на сравнении цвета водного раствора (при добавлении 4-5 капель универсального индикатора) с контрольной цветовой шкалой, полученной на основе буферных растворов с определенным значением рН и тем же универсальны индикатором.
Состав буферных растворов для приготовления контрольной шкалы
Объем 0,1 М раствора лимонной к-ты, мл
Объем 0,1 М раствора лимонной к-ты, мл
Контрольная шкала готовится следующим образом: в пробирки отбирают по 5 мл буферных растворов, добавляют по 4-5 капель универсального индикатора. Если шкала готовится в лабораторных условиях, следует предварительно проверить рН буферных растворов при помощи рН-метра (иономера).
Для определения рН воды в полевых условиях в пробирку отбирают 5 мл анализируемой воды, пипеткой добавляют 4-5 капель (0,1 мл) раствора универсального индикатора, перемешивают. Окраску раствора сразу же сравнивают с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Окраска раствора наблюдается по методике, используемой при определении цвета воды. рН воды принимается равным рН буферного раствора с наиболее близкой окраской.
4. Определение щелочности и кислотности воды. Шелочность и кислотность воды экспериментально определяют методом кислотно-основного титрования.
Щелочность воды обусловлена присутствием в воде оснований — веществ или ионов, способных присоединять Н+. К основаниям, обусловливающим щелочность воды, относятся: растворимые сильные основания — щелочи, слабые основания (гидроксид аммония), соответствующие определению оснований анионы двух- и трехосновных кислот. Щелочность воды определяется количеством сильной кислоты (соляной) израсходованной на титрование определенной пробы воды. Различают общую щелочность и свободную щелочность.
Свободная щелочность обусловлена наличием в воде щелочей, например, . Для определения свободной щелочи пробу воды титруют 0,1 н. или 0,05 н. раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина до значения рН 8,0-8,2 (интервал изменения окраски индикатора 8,2 — 10,0). Кривая титрования имеет вид:
Общая щелочность обусловлена наличием в воде как сильных растворимых оснований — щелочей (в достаточных концентрациях), так и слабых оснований (например, гидроксида аммония). Соли, образующиеся в результате взаимодействия соляной кислоты со слабыми основаниями, подвергаются гидролизу, в результате чего точка эквивалентности смещается в кислую область (рН в точке эквивалентности меньше 7). Как следствие, общая щелочность воды определяется титрованием в присутствии метилоранжа до значений рН 4,2-4,5. Кривая титрования имеет вид:
Кислотность воды обусловлена присутствием в воде оснований — веществ или ионов, способных взаимодействовать с гидроксид-ионом (сильные кислоты, слабые кислоты, катионы слабых оснований, в том числе органических аминов и др.). Кислотность воды определяется количеством щелочи KOH или NaOH, израсходованной на нейтрализацию раствора. Общая кислотность определяется при титровании до значений рН 8,2-8,4 в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора. В этом интервале оттитровываются слабые кислоты , катионы слабых оснований (NH4+). Естественная кислотность природной воды обусловлена присутствием в воде органических кислот природного происхождения.
Определение некоторых компонент минерального состава
Минеральный состав воды отражает результат взаимодействия воды с почвобразующими минералами и породами, воздушной средой, а также результат протекания в воде различных химических, физико-химических и биологических процессов.
Карбонаты и гидрокарбонаты определяют природную щелочность воды. Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов основано на их реакции с сильной кислотой:
Определение карбонат-иона основано на реакциях:
Из-за гидролиза образующегося гидрокорбонат-иона точка эквивалентности сдвигается в щелочную область и титрование в целях определения карбонатов проводят в присутствии индикатора фенолфталеина. Таким методом возможно определить наличие карбонат-иона в водах, рН которых более 8,0-8,2.
Определение гидрокарбонат-иона основано на реакции:
Титрование проводят в присутствии метилоранжа (рН 4,1-4,5). Кроме того, следует учесть, что при титровании раствором кислоты исследуемой природной воды, содержащей свободные щелочи, может протекать реакция взаимодействия с кислотой гидроксид-ионов:
Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реакции с кислотой участвуют ионы , а при титровании по метилоранжу — ионы (для щелочных вод). При анализе природных карбонатных вод на содержание карбонатов и гидрокарбонатов титрование можно проводить как последовательно в одной пробе, так и параллельно в разных пробах. Точность полученных результатов зависит от точности определения количества кислоты, расходуемой на титрование. Кривая титрования имеет несколько «ступеней».
Для работы в полевых условиях необходима склянка с меткой «10 мл», пипетка на 2 мл или 5 мл с резиновой грушей или медицинский шприц, растворы индикаторов, раствор соляной кислоты титрованный ( СЭКВ= 0,05 моль/л).
· проводят предварительное определение наличия карбонат-ионов, для чего в склянку с 10 мл исследуемой воды добавляют пипеткой 3-4 капли раствора фенолфталеина; при отсутствии окрашивания или слабо-розовом окрашивании считают, что карбонат-ион в такой воде отсутствует;
· если окрашивание было отмечено, то набирают в склянку новую порцию воды в 10 мл, добавляют пипеткой 3-4 капли раствора фенолфталеина и титруют пробу при помощи медицинского шприца (или пипетки) раствором соляной кислоты до слабо-розовой окраски; отмечают объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование по фенолфталеину VФ;
· набирают в склянку новую порцию воды в 10 мл , добавляют пипеткой 3-4 капли раствора метилоранжа и титруют пробу при помощи медицинского шприца (или пипетки) раствором соляной кислоты до слабо-розовой окраски; отмечают объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование по метилоранжу VМО;
· рассчитывают массовые концентрации анионов (не солей) в мг/л рассчитывают по формулам:
VК и VГК — объемы раствора соляной кислоты, израсходованного на титрование карбоната
и гидрокарбоната, мл; СНСl — нормальность раствора кислоты; 60 и 61 — эвивалентные массы )массы моля эквивалента) карбонат- и гидрокарбонат-ионов, 1000 — коэффициент пересчета.
В исследуемой воде не обязательно присутствуют все ионы: . Соответственно объем кислоты, затраченный на взаимодействие с карбонат-ионом или гидрокарбонат-ионом рассчитывается по формулам, приведенным в таблице:
Соотношение между экспериментальными значениями VФ и VМО
Объем кислоты, затраченный на реакцию с определенным ионом
Весь объем ислоты, затраченный на титрование
На основании полученных результатов титрования можно рассчитать карбонатную жесткость ЖК и щелочность воды, щелочность воды:
· карбонатная жесткость , мг-экв/л
· свободная щелочность , мг-экв/л
Сульфаты — распространенные компоненты природных вод. Определение сульфатов основано на реакции сульфат-ионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария:
Один из простейших полевых методов определения сульфата основан на определении прозрачности столба воды, содержащего суспензию сульфата бария. Метод применим при концентрации сульфат-ионов не менее 30 мг/л. Анализ выполняют в прозрачной воде, при необходимости пробу фильтруют.
Для определений необходимо вначале приготовить простейший мутномер:
В каждое отверстие мутномера вставляют мутномерную пробирку с надетым на нее резиновым кольцом-фиксатором таким образом, чтобы нижняя ее часть была выдвинута в вырез мутномера на расстояние около 1 см (дно пробирки находится на расстоянии около 2 см от экрана).
· поместить в отверстие мутномера 2 пробирки пустые;
· в одну пробирку налить 20-30 мл воды, добавить пипеткой 2 капли раствора соляной кислоты (20%) и 14-15 капель раствора нитрата бария (насыщенный), закрыть пробирку пробкой и встряхнуть, затем оставить пробирку с раствором на 5-7 минут для образования белой суспензии; по истечении этого времени при закрытой пробки вновь перемешать суспензию;
· пипеткой переносят суспензию во вторую пустую пробирку до тех пор, пока в первой пробирке не появится изображение точки на дне ( если суспензия окажется слишком концентрированной, определение повторяют при разбавлении анализируемой воды дистиллированной водой вдвое), измеряют высоту столба суспензии в первой пробирке;
· продолжают переносить суспензию во вторую пробирку до тех пор, пока в ней не скроется изображение точки, измеряют высоту столба суспензии во второй пробирке;
· находят среднее арифметическое из двух полученных значение высоты столба суспензии, по таблице определяют концентрацию сульфат-иона в мг/л:
Высота столба суспензии, мм
Концентрация сульфат-иона, мг/л
Высота столба суспензии, мм
Концентрация сульфат-иона, мг/л
Хлориды. Метод определения хлоридов основан на титровании воды раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия хлорида серебра:
Для определения точки эквивалентности используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием оранжево-бурого осадка хромата серебра :
Титрование можно проводить в пределах рН 5,0-8,0.
· в склянку с меткой «10 мл» наливают 10 мл исследуемой воды, добавляют 3 капли раствора хромата калия, закрывают пробкой, встряхивают;
· открывают пробку и титруют содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления бурой окраски, отмечают объем раствора нитрата серебра , затраченного на титрование;
· рассчитывают концентрацию хлорид-иона по формуле:
Определение биогенных элементов в природных водах
Биогенными элементами (биогенами) традиционно считаются элементы, входящие, в значительных количествах, в состав живых организмов. Круг элементов, относимых к биогенным, достаточно широк; это — азот, фосфор, сера, железо, кальций, магний, калий и др. В эколого-аналитическом контроле к биогенам относят компоненты природных вод , которые: 1) являются продуктами жизнедеятельности различных организмов 2) являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).
Нитраты обычно присутствуют в природной воде. Метод определения нитратов в полевых условиях основан на способности салициловой (орто-гидроксибензойной) кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты вступать в реакцию нитрования с образованием нитросалициловой кислоты, которая в щелочной среде образует окрашенную в желтый цвет соль.
Определению мешает хлорид-анион при массовой, концентрации более 500 мг/л и соединения железа при массовой концентрации более 0,5 мг/л. От влияния соединений железа освобождаются, добавляя сегнетову соль (тартрат калия-натрия); при концентрации хлоридов более 500 мг/л анализируемую воду разбавляют и определение повторяют.
Выполнение анализа. Поместить с помощью пипетки 1,0 мл анализируемой воды в стаканчик для выпаривания. Если в воде содержатся соединения железа в концентрации свыше 0,5 мг/л, , в стаканчик следует внести также 0,1 г сегнетовой соли. Содержимое стаканчика выпарить досуха на кипящей водяной бане в течение 10-15 мин. Охладить стаканчик до комнатной температуры в течение 5-10 мин.
Далее добавить в стаканчик пипеткой-капельницей 4-5 капель раствора салициловой кислоты так, чтобы смочить весь сухой остаток. Добавить другой пипеткой 26-27 капель концентрированной серной кислоты (около 0,5 мл). Сухой остаток смешать с кислотой стеклянной палочкой и растереть его по дну и стенкам стаканчика. Не вынимая палочку из стаканчика, оставить его содержимое на 5 минут. После этого добавить пипеткой 3-4 мл дистиллированной воды таким образом, чтобы обмыть внутренние стенки стаканчика, далее добавить к содержимому стаканчика 4-5 мл 20% раствора гидроксида натрия. При наличии в воде нитрат-ионов раствор в стаканчике окрашивается в желтый цвет. Содержимое стаканчика количественно перенести в склянку с меткой «10 мл», дистиллированной водой довести объем раствора до 10 мл. Окраску раствора сравнить с приготовленной заранее контрольной шкалой (0 — 50 мг/л нитрат-иона). За результат анализа принять значение концентрации нитрат-ионов в мг/л того образца шкалы, который более всего соответствует окраске полученного раствора. Если окраска содержимого склянки для колориметрирования окажется интенсивнее крайнего образца (50 мг/л), анализируемую воду разбавляют в 5 раз дистиллированной водой и определение повторяют. При вычислении результатов учитывают степень разбавления пробы.
Нитриты. Нитрит-ионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийные соединения в нитриты в аэробных условиях. Некоторые виды бактерий в процессе своей жизнедеятельности также могут восстанавливать нитраты до нитритов, однако это происходит уже в анаэробных условиях. Нитриты часто используются в промышленности как ингибиторы коррозии, в пищевой промышленности как консерванты. В поверхностных водах нитриты, как правило, отсутствуют. Поэтому наличие в анализируемой воде повышенного содержания нитритов свидетельствует о загрязнении воды.
Метод определения концентрации нитрит-иона основан на его реакции в кислой среде (в виде азотистой кислоты) с реактивом Грисса (смесью сульфаниловой кислоты и альфа-нафтиламина). При этом протекают реакции диазотирования и азосочетания, в результате которых образуется азосоединение (азокраситель), имеющее пурпурную окраску:
Концентрацию нитрит-анионов определяют визуально-колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.
Выполнение анализа. Налить анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».Добавить около0,05 г реактива Грисса. Перемешать содержимое пробирки встряхиванием до растворения смеси. Оставить пробирку на 20 мин. для завершения реакции. Провести визуальное колориметрирование пробы. Окраску раствора в пробирке на белом фоне сравнить с контрольной шкалой образцов окраски. Контрольная шкала образцов окраски для определения нитрит-иона (0; 0,02; 0,10; 0,50; 1,0 мг/л) готовится перед анализом в лабораторных условиях.
Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. По этой причине катионы аммония в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах. Повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений. Определение концентрации катиона аммония основано на его реакции с реактивом Несслера с образованием окрашенного в щелочной среде в желтый цвет соединения :
Мешающее влияние железа устраняют добавлением к пробе сегнетовой соли. Концентрацию катионов аммония определяют, сравнивая окраску полученного раствора с контрольной шкалой, приготовленной заранее в лабораторных условиях Контрольная шкала образцов окраски для определения катиона аммония приготовлена для концентраций 0; 0,2; 0,7; 2,0; 3,0 мг/л . ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л (или 2,0 мг/л по аммонийному азоту). Лимитирующий показатель вредности — общесанитарный.
Выполнение анализа. Налить 5 мл анализируемой воды в колориметрическую пробирку. Добавить туда 0,1 г сегнетовой соли, влить 1 мл реактива Несслера, перемешать содержимое пробирки. Оставить смесь на 1-2 мин. До завершения реакции. После этого на белом фоне сравните окраску раствора с окраской контрольной шкалы, определить концентрацию анализируемого компонента по окраске ближайшего по цвету образца контрольной шкалы.
Фосфор в природных водах может присутствовать в разных химических формах: в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4) и ее анионов, в виде мета-, пиро- и полифосфатов, в виде фосфорорганических соединений (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, фосфолипиды и др.).Фосфор может содержаться и в нерастворенном состоянии, присутствуя в виде взвешенных в воде труднорастворимых фосфатов, включая природные минералы, белковые, органические фосфорсодержащие соединения, остатки умерших организмов и др. Фосфор в твердой фазе в природных водоемах обычно находится в донных отложениях, однако может встречаться в загрязненных природных водах.
Фосфаты в природных водах определяются по реакции с молибдатом аммония в кислой среде. Образующийся при этом комплекс (продукт желтого цвета), далее под действием хлорида олова (II) — восстановителя- превращается в синий краситель сложного состава -«молибденовую синь»:
Концентрацию ортофосфатов в анализируемой воде определяют по окраске пробы, сравнивая ее с окраской образцов по контрольной шкале. Контрольная шкала образцов окраски для концентраций ортофосфатов (0; 0,2; 1,0; 3,5; 7,0 мг/л). В реакцию с молибдатом аммония из всех присутствующих в воде фосфатов непосредственно вступают только ортофосфаты. Для перевода в ортофосфаты всех соединений фосфора проводят: а) кислотный гидролиз (в присутствии серной кислоты), б) минерализацию пробы, которая заключается в кипячении пробы с добавлением кислоты и сильного окислителя — персульфата калия или перекиси водорода.
Выполнение анализа (ортофосфаты, общий фосфор). Налить в склянку 20 мл отстоянной воды. Добавить к пробе 15 капель сульфаминовой кислоты (для связывания нитритов), 1 мл раствора молибдата аммония. Склянку закрыть пробкой, перемешать содержимое, оставить на 5-10 мин для завершения реакции. Далее добавить в склянку 2-3 капли раствора хлорида олова, закрыть пробкой, перемешать. При наличии в пробе ортофосфатов раствор окрасится в синий цвет.
При анализе фосфатов в гидролизованной пробе непосредственно определяются сумма ортофосфатов и полифосфатов; концентрация же полифосфатов рассчитывается как разность между результатами анализа гидролизованной и негидролизованной пробы. Гидролиз полифосфатов протекает в присутствии серной кислоты (20%) при кипячении пробы, а также при проведении минерализации, т.к. ее проводят в сильнокислой среде. Диапазон определяемых концентраций ортофосфатов в воде при визуально-колориметрическом определении — от 0,2 до 7,0 мг/л. Определение визуально-колориметрическим методом возможно и при концентрации ортофосфатов более 7,0 мг/л после соответствующего разбавления пробы чистой водой.
При анализе загрязненных вод выполняются операции, позволяющие устранить мешающее влияние силикатов, соединений железа (III), сульфидов и сероводорода. При наличии сильнощелочной среды пробу необходимо нейтрализовать раствором серной кислоты до значений рН 4-8; если в анализируемой воде ожидается присутствие силикатов (более 50 мг/л) и соединений железа (III) (более1 мг/л), следует разбавить пробу перед анализом чистой водой. Влияние сульфидов и сероводорода устраняется добавлением в пробу нескольких капель перманганата калия (разбавленного раствора). Если в пробе возможно присутствие хроматов, следует изменить порядок прибавления растворов: первым прибавить раствор хлорида олова, затем сульфаминовую кислоту и только после этого — раствор молибдата аммония.
Для определения общего фосфора в фарфоровую чашку наливают 50 мл анализируемой воды, добавляют 0,5 г персульфата аммония и 1 мл серной кислоты (1:3). Пробу выпаривают досуха, подвергают термическому разложению (1600С, 6 часов), охлаждают до комнатной температуры. В чашку добавляют дистиллированную воду, раствор количественно переносят в мерную колбу. Отбирают аликвоту раствора 20 мл, определяют содержание ортофосфатов. Содержание общего фосфора определяют по градуировочному графику, построенному ранее для стандартных растворов.
Ионы металлов в природных водах. Наиболее опасно для гидробионтов загрязнение природных вод тяжелыми металлами (Cd, Pb, Zn, Cr, Ni, Co, Hg и др.). Тяжелые металлы в природных водах могут существовать в различных химических формах (виде растворимых солей, комплексных соединений , коллоидных частиц, осадков нерастворимых соединений) . Метод определения сумы тяжелых металлов в природных водах основан на групповой реакции катионов металлов (цинка, меди и свинца, а также некоторых других) с дитизоном, в результате которой образуются окрашенные в оранжево-красный цвет дитизонаты металлов. Реакцию проводят в слабощелочной среде благодаря чему определяются ионы металлов, находящиеся в воде в виде растворимых соединений. Металлы экстрагируют из воды органическим растворителем. Концентрацию суммы металлов определяют визуально-колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.
Выполнение анализа. В делительную воронку налить 20 мл анализируемой воды. Прибавить в воронку 1 мл буферного раствора (рН=8) и 2 мл дитизона. Встряхивать воронку 20-30 мин, затем внести 2 капли раствора аммиака и снова встряхивать 20-30 с. Воронку оставить в вертикальном положении до полного разделения жидкости на два слоя — водный и органического растворителя. Далее нижний (органический) слой слить в пробирку. Окраску раствора в пробирке сравнить с контрольной шкалой, определить концентрацию сумы тяжелых металлов в пробе.
Железо всегда встречается практически во всех природных водах в различных химических формах, содержащих Fe2+ и Fe3+. При рН>3,5 железо (III) существует в водном растворе только в виде комплекса, постепенно переходящего в гидроксид. При рН>8 железо (II) тоже существует в виде аквакомплекса, легко окисляется до железа (III): Fe (II) ->Fe (III) ->FeO (ОН) хН2О. При анализе определяют суммарное содержание железа в воде во всех его формах, так называемого «общего железа».
Перевод железа в растворимую форму, пригодную для анализа, проводят, добавляя к пробе определенное количество сильной кислоты (азотной, соляной, серной) до рН 1-2. Метод определения железа в природных водах основан на способности катиона железа (II) в интервале рН 3-9 образовывать с орто-фенантролином комплексное оранжево-красное соединение. При наличии в воде железа (Ш), оно восстанавливается до железа (II) солянокислым гидроксиламином в нейтральной или слабокислой среде. Концентрацию железа в анализируемой воде определяют по окраске пробы, визуально сравнивая ее с окраской образцов на контрольной шкале.
Выполнение анализа. В склянку отобрать пробу воды объемом 10 мл. Определить рН воды, довести при необходимости рН до значения 4-5 , используя растворы гидроксида натрия (10%) или соляной кислоты (1:10). В склянку добавить 4-5 капель раствора солянокислого гидроксиламина (10%), содержимое перемешать. поочередно добавить 1,0 мл ацетатного буферного раствора и 0,5 мл раствора орто-фенантролина (0,1%). Раствор перемешать и оставить на 20 мин для развития окраски. Далее определите концентрацию железа общего, сравнивая цвет полученного анализируемого раствора с ближайшим по оттенку цветом образца контрольной шкалы
Консервирование и хранение проб воды
Анализы, проводимые в полевых условиях, не отличаются большой точностью. Результаты определений нельзя использовать для принятия управленческих и правовых решений. Как правило, при полевых исследованиях только отбирают пробы воды для дальнейших лабораторных исследований. Однако не все компоненты проб устойчивы, часть их в процессе переноса проб воды в лаборатории может быть безвозвратно потеряна вследствие испарения, окисления кислородом воздуха, биохимического окисления и др. Для предотвращения изменения состава анализируемых проб в процессе транспортировки и временного хранения в лаборатории применяют операции консервирования проб.
Универсальных консервирующих средств не существует, поэтому сразу отбирают несколько проб воды в разные емкости, в каждую из которых добавляют свой консервант, необходимый для сохранения определенных компонент пробы. В табл.1 приведены способы консервации, а также особенности отбора и хранения проб.
Таблица 1. Способы консервации, особенности отбора и хранения проб
Способ консервации и количество консерванта на 1 л воды
источник