От каких факторов зависит качество поверхностных вод? Зачем нужен химический анализ состава вод суши, что он позволяет выявить. Что такое поверхностные воды, их классификация и особенности. Характеристика качества поверхностных вод. Очистка вод суши, различные методы, их преимущества и недостатки. Качество поверхностных вод напрямую связано с климатическими и геологическими особенностями региона. Химический анализ различных водоёмов позволяет выявить различные элементы и микроорганизмы, чтобы сделать выводы о пригодности данных вод для жизнедеятельности человека.
Поверхностными водами называются водотоки, собирающиеся на поверхности земли в крупные водоёмы. Все они делятся на:
- Озёрные водоёмы
- Речные воды
- Болотные скопления
- Морские водоёмы
Данные воды могут находиться в комплексе поверхностных водных объектов непостоянное время или на протяжении длительного промежутка времени (постоянно). В перечень водных объектов включаются болота, озёра, моря, реки и другие скопления воды. Вода в этих водоёмах может быть пресной или солёной.
Чистота поверхностных вод может быть разной. В процессе движения воды по суше она собирает и несёт в своих потоках различные минеральные элементы, части грунта и песка. Некоторые из частиц могут осесть на дно в процессе движения, некоторые растворятся, а другие попадут в большой водоём. Так во время прохождения потоком скалистой местности, различных препятствий и водопадов вода насыщается частицами кислорода. За счёт наличия различных органических и неорганических веществ, кислорода и при достаточном поступлении солнечного света в воде развивается и процветает множество форм жизни. Это простейшие, грибы, представители водной флоры, рыбы и ракообразные. За счёт опавшей с деревьев листвы в составе воды появляются ионообменные смолы.
Химический и физический состав поверхностной воды способен со временем меняться. А природные катаклизмы могут вызвать молниеносное изменение состава и чистоты таких вод. Поэтому так важно постоянно контролировать качество поверхностных вод.
Основное влияние на качество поверхностных вод оказывают такие факторы:
- Климатические изменения
- Геологические особенности
Точнее говоря, влияние оказывает не каждый фактор по отдельности, а их совокупность. Если говорить о климатическом факторе, то основное влияние оказывает частота и объём выпадающих осадков. Не менее важна и экологическая ситуация в данном районе. С дождевой водой водоёмы насыщаются нерастворёнными частицами пыли, пепла, микроорганизмами, растительной пыльцой, грибными спорами и различными бактериями. Не меньшее воздействие на состояние вод суши оказывает хозяйственная и промышленная деятельность человека. Так, атмосферные выбросы с различных предприятий попадают с осадками в воду. Это могут быть частицы серы и азота.
Среди геологических факторов можно назвать особенности русла рек, а именно то, какими породами оно образовано. Например, известняковое русло даёт прозрачную воду с высокой жёсткостью. А в русле, образованном непроницаемыми породами, образуется мягкая и мутная водная среда. Это связано с попаданием в водоток большого числа взвешенных частиц различного происхождения.
Анализ поверхностных вод позволяет выявить показатели из трёх разных групп:
- Ионные составляющие воды и общий уровень насыщения минералами. Уровень минерализации воды вычисляется по принципам «венецианской» экологической концепции, а ионные составляющие находятся по методике Алекина.
- Группа эколого-санитарных показателей, куда относятся насыщенность воды торфом и сапробность. В данном случае рассматриваются показатели, влияющие на биотические и абиотические составляющие жидкостных систем, а именно бактериологические, гидрофизические и гидрохимические показатели. Все они выполняют важные функции при жизнедеятельности системы. В группу гидрофизических показателей попадают такие характеристики воды, как цвет, мутность, количество взвешенных части. К гидрохимическим показателям можно отнести кислотность среды, насыщенность кислородом, концентрацию азотных содержаний и фосфорных включений, а также окисляемость среды. Гидробиологические показатели характеризуют способность системы к самозагрязнению и самоочищению, описывают биологическую активность колоний.
- Концентрация токсических веществ и радионуклеидных компонентов. Данный показатель характеризует наличие в водной среде элементов, поступающий с дренажных, промышленных, почвенных или бытовых загрязнителей. Также к данной группе относится загрязнение воды веществами техногенного происхождения, к которым можно отнести частицы фармакологических препаратов, ПАВы, отравляющие вещества, пестициды, углеводороды, цианиды и др.
Химический анализ поверхностных вод позволяет выявить различные загрязнения, которые должны быть удалены перед подачей воды в трубопроводы. Принципы очистки поверхностных вод подразумевают дезинфекцию с целью уничтожения всех опасных микроорганизмов, к которым относятся микроскопические водоросли, бактерии, вирусы.
Существует несколько методов очистки поверхностных вод:
- Окислительная методика (хлорирование)
- Облучение ультрафиолетом
Хлорирование воды – это самый недорогой метод очищения вод от вредных микроорганизмов. Конечно, для этого могут использоваться различные реагенты, но хлор наиболее доступный. Однако его вредность может изменить состав воды в худшую сторону. Более эффективным, менее опасным является обработка озоном, но цена такой процедуры будет намного выше.
Самым безопасным и эффективным способом очистки воды является её обработка ультрафиолетовыми лучами. За счёт попадания таких лучей в ядра клеток структура ДНК необратимо повреждается, чем вызывает нарушения в репродуктивной способности микроорганизмов.
Хотите оценить качество поверхностных вод? Такой химический анализ вы можете заказать в нашей лаборатории, позвонив по указанным на сайте телефонам.
источник
Под окисляемостъю понимают способность органических веществ, находящихся в воде, окисляться атомарным кислородом. Величину окисляемости выражают количеством кислорода (мг), необходимого для окисления органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Источником атомарного кислорода в этих реакциях служит перманганат калия или бихромат, а окисляемость соответственно называется перманганатной или бихроматной. Обычно окисляемость определяют в кислой воде, но при содержании в воде хлоридов более 300 мг/л и очень загрязненной исследование проводят в щелочной среде.
Перманганатный метод (по Кубелю). Основан на способности перманганата калия в кислой среде выделять кислород. По количеству затраченного кислорода судят об окисляемости воды.
Приборы и посуда: бюретки, пипетки на 5 мл, колбы на 250-300 мл, мерные цилиндры на 100 мл, пробирки, стеклянные бусы, воронки диаметром 5-7 см.
1)раствор перманганата калия (0,01 н) — для этого в 1 л дистиллированной воды растворяют 0,316 г препарата; 1 мл такого раствора соответствует 0,08 мг кислорода. Раствор хранят в темной склянке с притертой
крышкой и проверяют при каждой серии исследований;
2)раствор щавелевой кислоты (0,01 н) — для приготовления его отвешивают 0,63 г кислоты и растворяют в 1 л дистиллированной воды; 1 мл раствора требует для своего окисления 0,08 мг кислорода;
3)раствор серной кислоты (25%) плотностью 1,84 г/см кубический по
объему (1 : 3) в дистиллированной воде.
1) В коническую колбу емкостью 250 мл помещают несколько стеклянных шариков и наливают 100 мл воды, добавляют 5 мл серной кислоты (1 : 3) и 10 мл раствора перманганата калия (0,01 н). Смесь быстро нагревают до кипения (за 5 мин) и выдерживают на слабом огне около 10 мин. После этого колбу снимают (раствор должен иметь розовый цвет) и к горячему раствору добавляют 10 мл раствора щавелевой кислоты (0,01 н). Обесцвеченный горячий раствор (при температуре 80 0 С) титруют раствором перманганата калия (0,01 н) до устойчивого слабо-розового окрашивания. Если исследуемая жидкость во время кипячения обесцветится или станет светло-бурой, то дальнейшее исследование прекращают и раствор выливают. Берут новую порцию воды и предварительно ее разбавляют дистиллированной водой в 2 или 5 раз и повторяют анализы, как было указано выше.
2) Нормальность раствора перманганата калия (величина К) устанавливают следующим образом. В колбу емкостью 250 мл наливают 100 мл дистиллированной воды, добавляют 5 мл серной кислоты (25%) и 10 мл раствора перманганата калия (0,01 н). Жидкость нагревают и кипятят в течение 10 мин на малом огне. Затем в горячую жидкость добавляют 10 мл раствора щавелевой кислоты (0,01 н), в результате чего наступает обесцвечивание. После этого в горячем состоянии ее титруют раствором перманганата калия (0,01 н) до бледно-розового окрашивания.
Поправочный коэффициент (К) титра 0,01 н раствора перманганата калия вычисляют по формуле:
где 10 — количество 0,01 н раствора щавелевой кислоты, мл; b — количество 0,01 н раствора перманганата калия, прилитое до кипячения и затем пошедшее на титрование, мл.
3) Окисляемость воды вычисляется по формуле:
где X — окисляемость кислорода в мг на 1 л воды; а — количество КМпО4 в мл, прилитое до кипячения; b — количество КМпО4, израсходованное на титрование в мл; К — поправочный коэффициент к нормальности КМпО4; 10 — количество КМпО4, израсходованное на окисление щавелевой кислоты; 0,08 — количество кислорода, соответствующее 1 мл 0,01 н раствора КМпО4; 1000 — перевод на 1 л воды; С — объем воды, взятой для анализа, мл.
Примечание: если исследуемую пробу воды разводят дистиллированной водой, то необходимо проверить ее на содержание органических веществ и при расчете окисляемости вычитать то количество КМпО4, которое пошло на окисление органических веществ в дистиллированной воде.
В связи с тем, что в воде могут окисляться и некоторые минеральные (закисные) соединения — железо, марганец, нитриты, сероводород, при значительном их содержании необходимо учитывать влияние на величину окисляемости (опыт проводят без подогревания).
Определение окисляемости в щелочной среде (по Шульцу). Этот метод применим для определения окисляемости воды, загрязненной хлоридами и др.
1)раствор перманганата калия (0,01 н) — для этого в 1 л дистиллированной воды растворяют 0,316 г препарата;
2) 50%-й раствор едкого натра;
3)раствор щавелевой кислоты (0,01 н) — для приготовления его отвешивают 0,63 г кислоты и растворяют в 1 л дистиллированной воды;
4)20% -й раствор серной кислоты.
В коническую колбу наливают 100 мл воды, добавляют 0,5 мл 50%-го раствора едкого натра и 10 мл раствора перманганата калия (0,01 н). Жидкость нагревают и кипятят 10 мин от начала появления первых пузырьков, охлаждают до 50-60°С, добавляют 5 мл серной кислоты, 10 мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты (жидкость должна обесцвечиваться; если этого нет, то добавляют еще несколько мл щавелевой кислоты). Затем титруют 0,01 н раствором перманганата калия до появления слабо-розовой окраски, которая не исчезает в течение 3-5 мин. Расчет производят по той же формуле, что и по методике Кубеля, результат выражают в мг кислорода на литр.
Экспресс-метод определения окисляемости. В пробирку наливают 10 мл воды и добавляют 0,5 мл раствора серной кислоты в разведении 1 : 3 и 1 мл 0,01 н раствора перманганата калия. Смесь основательно перемешивают и оставляют в покое на 20 мин при температуре 20 0 С и на 40 мин при температуре 10-20 0 С. После этого раствор рассматривают сбоку и сверху и по окраске определяют окисляемость, которая зависит от цветности. Так, яркий медово-розовый цвет соответствует 1, лилово-розовый — 2, слабый лилово-розовый — 4, бледно-лилово-розовый — 6, бледно-розовый — 8, розово-желтый — 12, желтый — 16 мг О2/л и выше.
Азот аммиака и аммонийных солей. Количество азота аммиака и аммония в воде определяют колориметрическим способом, сущность которого состоит в том, что при добавлении к исследуемой воде реактива Несслера образуется йодистый меркураммоний, окрашивающий воду в желтый цвет различной интенсивности в зависимости от содержания аммиака. Пробу воды после добавления реактива Несслера сравнивают со стандартным раствором хлористого аммония, содержащим заведомо известное количество азота аммония. Для колориметрирования пригодна вода с концентрацией аммиака в пределах 0,1-10 мг/л.
Приборы и посуда: фотоэлектроколориметр — ФЭК, пипетки на 1 и 5 мл, колбы на 100 мл, мерный цилиндр на 100 мл и пробирки.
2) стандартный раствор хлорида аммония, с содержанием азота 0,001 мг
в 1 мл;
3) 50%-й водный раствор сегнетовой соли;
4) щелочная смесь, состоящая из 50 г едкого натра и 100 г углекислого
натра, растворенная в 300 мл дистиллированной воды (приготовленный раствор кипятят 15 мин и фильтруют через асбестовую вату);
Подготовка воды к анализу: на точность определения содержания азота аммиака и аммонийных солей в воде оказывают влияние ее цветность и жесткость, содержащиеся железо, сульфиты и свободная углекислота. Для обесцвечивания 500 мл воды добавляют 0,5 г гидроокиси алюминия и отстаивают осадок в течение 2 ч,
Сульфиды определяют так: в 10 мл воды вносят 1 мл реактива Несслера и затем 2 мл раствора серной кислоты (1 : 3). Если муть не исчезнет после подкисления воды, то в ней содержатся сульфиды, которые следует удалить, добавив на 100 мл воды 10 капель 30%-го раствора уксуснокислого цинка. После этого воду отстаивают 2 ч, сливают прозрачную часть и отбирают из нее пробы для исследований.
При жесткости воды более 3,5 мг/экв. л ее умягчают, для этого к 100 мл воды добавляют 2 мл едкого натра и отстаивают раствор 2 ч.
Методика исследования. В одну колбу наливают 100 мл стандартного раствора хлорида аммония, а в другую — 100 мл испытуемой воды. Затем в обе колбы добавляют по 3 мл 50% -го раствора сегнетовой соли и по 2 мл реактива Несслера. Содержимое колб взбалтывают и оставляют в покое около 10 мин до появления окраски.
Колориметрию проводят на ФЭК при синем светофильтре (№ 4) в кюветах толщиной 1-5 см. На ФЭК определяют оптическую плотность стандартного раствора исследуемой воды точно через 10 мин после добавления реактива Несслера (учитывают очередность внесения реактивов и их колориметрию). Расчет ведут по формуле:
где С2 — концентрация азота аммиака и аммония в исследуемой воде, мг/л; С1 — то же в стандартном растворе хлорида аммония, мг/л; А1 — оптическая плотность стандартного раствора хлорида аммония (по красной шкале); А2 — оптическая плотность исследуемой воды (по красной шкале); 1000 — перевод на 1 л.
Определение аммиака приближенным методом. В пробирку наливают
10 мл исследуемой воды, добавляют 0,2-0,3 мл 50%-го раствора сегнетовой
соли, хорошо перемешивают и вносят реактив Несслера. Определение аммиака
ведут по таблице 38.
Азот нитритов. Принцип исследования состоит в том, что вода, содержащая нитриты, при добавлении реактива Грисса окрашивается в розовый цвет. Для выявления нитритов пользуются реактивом Грисса — раствор альфа-нафталамина и сульфаниловой кислоты в уксусной кислоте. При содержании в воде нитритов больше, чем 0,3 мг/л вода окрашивается в желтый цвет. Предел чувствительности реактива — 0,01 мг/л нитритов.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
источник
РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ
Правила ведения учета поверхностных вод
Учет поверхностных вод суши по качественным показателям
Настоящий раздел Методических указаний устанавливает правила учета качества вод рек, озер и водохранилищ, включая организацию системы наблюдений, характеристику методов химического анализа и их точности, формы первичного учета и обобщения гидрохимической информации, а также контроля за правильностью учета качества вод.
1. СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ ЗА КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ
1.1. Государственный учет поверхностных вод суши по качественным показателям осуществляется Общегосударственной службой наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды (ОГСНК).
ОГСНК обеспечивает наблюдение и контроль за уровнем загрязненности поверхностных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям и представление заинтересованным предприятиям, организациям и учреждениям систематической информации об уровне загрязненности водных объектов и о возможном его изменении под влиянием хозяйственной деятельности и гидрометеорологических условий, а также экстренной информации о резких изменениях уровня загрязненности поверхностных вод.
1.2. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков по физическим, химическим и гидробиологическим показателям в рамках ОГСНК установлены ГОСТ 17.1.3.07-82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков».
Принципы организации системы наблюдений и контроля за качеством воды водоемов и водотоков на сети Госкомгидромета в рамках ОГСНК изложены в Методических указаниях /42, 43/.
1.3. Размещение гидрохимической сети в системе ОГСНК применительно к задачам государственного учета вод, обусловленное необходимостью оценки качества вод и контроля за его изменением под влиянием хозяйственной деятельности и гидрометеорологических условий, должно удовлетворять следующим основным требованиям:
1) сеть пунктов (створов) гидрохимических наблюдений на водных объектах должна быть увязана с размещением на них пунктов забора и сброса вод водопользователями, связанными в первую очередь с водоемкими видами производства;
2) полнота пространственного охвата водных объектов и их участков сетью наблюдений должна обеспечивать получение надежной информации о качестве забираемых водопользователями поверхностных вод (наблюдения проводятся в условном фоновом створе — выше города, промышленной зоны и т.д.), а также данных об изменении качества воды в результате ее использования (наблюдения проводятся ниже сброса сточных вод за створом их полного смешения с речными водами);
3) в целях обеспечения достаточной частоты наблюдений во времени отбор проб воды должен производиться в соответствии с категорией пункта учета вод;
4) выделение перечня определяемых загрязняющих веществ и показателей загрязнения водного объекта должно быть обоснованным и поставлено в зависимости от специфики состава сточных вод, сбрасываемых в водный объект главными водопользователями.
1.4. Наблюдения за качеством воды и изменением уровня ее загрязненности в результате хозяйственной деятельности и изменения гидрометеорологических условий на водотоках проводятся в створах, ограничивающих:
промышленные города и крупные рабочие поселки, сточные воды которых сбрасываются в водоемы и водотоки;
сбросы сточных вод отдельно стоящих крупных промышленных предприятий (заводы, рудники, шахты, нефтепромыслы, электростанции, и т.п.), территориально-промышленных комплексов, а также организованные сбросы сельскохозяйственных сточных вод;
места нереста и зимовья ценных и особо ценных видов промысловых организмов;
предплотинные участки рек, являющихся важными для рыбного хозяйства.
Кроме того, наблюдения за качеством воды необходимо проводить:
в местах пересечения реками государственной границы СССР и границ союзных республик;
в замыкающих створах больших и средних рек;
в устьях загрязненных притоков больших водоемов и водотоков.
1.5. Контроль качества воды в пунктах ОГСНК проводят с заданной периодичностью и по определенным программам в соответствии с категорией пункта /42, 43/.
1.6. Отбор проб воды на химический анализ, выполнение некоторых определений по программе «анализ первого дня», гидрометрические измерения, консервирование и пересылка отобранных проб воды в лабораторию осуществляют наблюдатели гидрологических постов (в случае совмещения пунктов гидрохимических наблюдений с гидрологическими постами) или работники гидрологических станций (при отсутствии гидрологических постов и гидрохимлабораторий).
Химический анализ проб воды, обработку полученных результатов анализа выполняют работники стационарных гидрохимических лабораторий Госкомгидромета.
Оперативный контроль за состоянием водных объектов с особо высокими уровнями загрязненности, отбор проб воды и проведение гидрохимических работ осуществляется передвижными оперативными гидрохимическими отрядами.
2.1. Химический анализ поверхностных вод суши в системе Госкомгидромета осуществляется чисто химическими и инструментальными методами.
К чисто химическим методам отнесены:
а) объемные (титрометрические) методы;
б) весовой метод;
К инструментальным методам:
а) электрохимические (потенциометрические) методы;
б) спектральные (оптические) методы, включая:
атомно-абсорбционные;
спектрофотометрические;
колориметрические;
турбидиметрические;
люминисцентные;
фотометрические;
пламенно-фотометрические;
в) хроматографические методы, включая:
методы тонкослойной хроматографии;
газохроматографические методы.
Все перечисленные методы унифицированы для территории СССР и их применение регламентируется Руководством /81/.
При выборе метода первостепенное значение отдается точности определения, второстепенное — быстроте выполнения анализа. Описание каждого метода в руководстве сопровождается его метрологическими характеристиками; данными о минимально-определенном содержании, воспроизводимости метода и интервале концентраций, для которых метод применим.
2.2. При выполнении химического анализа воды в лабораториях имеют место те или иные отклонения от указанных в прописи метода показателей его характеристик. Это обстоятельство обязывает все лаборатории проводить систематическую оценку фактической величины погрешности и сравнение ее с указанной в прописи метода. Оценка фактической погрешности, допускаемой при выполнении анализа, должна осуществляться каждой лабораторией в соответствии с методикой, изложенной в инструкции /21/.
2.3. Порядок отбора проб воды на химический анализ, предварительной обработки их и хранение изложен в руководстве /81/, правила отбора, подготовки проб воды и проведения анализа первого дня — в методических указаниях /5/.
3.1. На сети ОГСНК учет вод по качественным показателям выполняется путем взятия пробы воды в определенное время и в определенном месте с последующим ее анализом. Анализ включает работы, выполняемые:
непосредственно у водного объекта и на гидрологическом посту или станции;
в стационарной гидрохимической лаборатории.
3.2. Наблюдатель гидрологического поста или станции осуществляет отбор проб воды, определение физических показателей и неустойчивых компонентов химического состава (анализ первого дня), консервацию и отправку проб воды в стационарную гидрохимическую лабораторию на полный химический анализ. При этом заполняется талон полевой книжки, препровождаемый вместе с пробой воды в гидрохимическую лабораторию.
Форма полевого журнала и порядок его заполнения даны в методических указаниях /5/.
3.3. После получения пробы воды и талона в гидрохимической лаборатории сведения, не требующие пересчета, заносятся без изменений в сводную ведомость по форме Приложения 1. В эту же ведомость заносятся соответствующие сведения после пересчета, а также результаты полного химического анализа, выполненного непосредственно в гидрохимической лаборатории.
4.1. Информация о состоянии загрязненности поверхностных вод суши делится на:
оперативную (штормовую) о возникших или ожидаемых опасных и особо опасных явлениях (ОЯ и ООЯ);
Режимную (систематическую), которая готовится в строго установленные сроки.
4.2. Оперативная (штормовая) информация передается соответствующим УГКС в следующие сроки:
информация об ООЯ немедленно;
краткая справка с анализом причин возникновения ООЯ и их последствий в течение двух недель с момента поступления сообщения;
месячная телеграмма об ОЯ — второго и семнадцатого числа следующего месяца (соответственно сведения за вторую половину предыдущего и первую половину текущего месяца).
4.3. Порядок сбора и передачи режимной информации потребителям peгламентируется специальной Инструкцией, утвержденной приказом Госкомгидромета.
Инструкцией определяется:
порядок сбора подразделениями Госкомгидромета информации о состоянии загрязненности поверхностных вод суши;
виды и сроки обеспечения информацией республиканских (областных, краевых и городских) партийных, советских органов, а также народнохозяйственных организаций;
порядок обеспечения информацией центральных партийных и советских органов, общесоюзных и союзно-республиканских министерств и ведомств.
5.1. Контроль за ведением учета вод по качественным показателям осуществляется путем:
систематических проверок состояния работ на сети ОГСНК;
систематических проверок материалов гидрохимических наблюдений;
внутриведомственных инспекций.
5.2. Систематический контроль за состоянием учета поверхностных вод суши по качественным показателям осуществляется непосредственно в гидрохимических лабораториях, отделах УГКС, региональных НИИ Госкомгидромета и в гидрохимическом институте. Систематически контролируются следующие виды работ:
порядок проведения гидрохимических наблюдений, в том числе: репрезентативность выбранных пунктов (створов) наблюдений, правильность составления программы наблюдений на данном пункте и полнота ее выполнения;
качество химического анализа поверхностных вод суши (внутрилабораторный и межлабораторный контроль);
состояние оборудования, своевременность внедрения новых методов анализа вод и новой аппаратуры в гидрохимических лабораториях;
материалы гидрохимических наблюдений и первичные формы их обобщения в отношении полноты и достоверности помещаемой в них информации, а также своевременности ее представления потребителям;
своевременность обнаружения случаев опасных и особо опасных явлений (ОЯ и ООЯ) и представления штормовой информации об ОЯ и ООЯ.
5.3. Внутриведомственные инспекционные проверки состояния выполнения гидрохимических работ по учету поверхностных вод суши проводятся непосредственно на гидрологических станциях или постах, осуществляющих отбор проб воды на химический анализ, анализ первого дня и отправку пробы воды на полный анализ в гидрохимическую лабораторию. Инспекции проводятся специалистами-гидрохимиками стационарных гидрохимических лабораторий ГМО и центров УГКС. Целью инспекции является оказание своевременной методической и организационной помощи наблюдателям в проведении контроля качества вод на сети ОГСНК.
5.4. Одним из методов эффективного контроля данных государственного учета вод и их использования по качественным показателям является метод баланса химических веществ (БХВ).
5.4.1. БХВ может быть составлен по рекам или их участкам в пределах крупных городов или развитой промышленной зоны, водохранилищ, в местах интенсивного орошения или обводнения полей за месяц или год, в отдельных случаях за характерные периоды водохозяйственного использования вод (за вегетационный период, период промывки полей от засоления и др.).
5.4.2. Для расчета элементов БХВ используются данные непосредственных наблюдений за химическим составом воды, измерений расходов воды во всех характерных точках расчетного участка реки и определений водных ресурсов водоемов.
5.4.3. БХВ представляет собой равенство, учитывающее количественно все виды прихода и расхода веществ на расчетном участке водного объекта за конкретный промежуток времени.
Поскольку удельный вес отдельных составляющих незначителен, то при расчете баланса, особенно для небольшого участка водного объекта, ими можно пренебречь (например, расходом вещества при испарении с водной поверхности, поступлением вещества с атмосферными осадками). Некоторые составляющие баланса зачастую не учитываются из-за недостатка сведений (например, приход или расход вещества в результате подземного водообмена).
5.4.4. Наиболее часто БХВ составляют по упрощенному уравнению:
где * — количество вещества, поступившего с водой реки в верхнем створе; — то же с водой боковых притоков; , , — количество вещества, поступившего соответственно с коммунальными (хозяйственно-бытовыми), промышленными сточными водами, а также с возвратными водами с оросительных систем; — количество вещества, вынесенного водой реки через нижний створ; , , — количество вещества, расходуемого на водозаборах из реки соответственно для целей коммунального и промышленного водоснабжения, орошения и обводнения полей; — изменение количества вещества в результате процессов руслового регулирования; — остаточный член уравнения (невязка баланса), компенсирующий погрешности определения, а также неучтенные элементы баланса.
______________
* Количество вещества выражается в тоннах.
Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».
источник
Объем гидрохимических работ, количество, сроки, место и способы взятия проб зависят от целей гидрохимических исследований.
Для рыбохозяйственных целей могут быть выполнены:
1)газовый анализ воды (определяют физические свойства воды, содержание растворенного кислорода, углекислого газа, концентрацию ионов водорода (рН), наличие и количество сероводорода, аммиака);
2)краткий анализ воды (кроме определений, перечисленных в газовом анализе, определяют окисляемость, щелочность, карбонатную жесткость воды и общее содержание растворенного железа);
3)полный общий анализ воды, который включает определение физических свойств (температуры, прозрачности, цвета, запаха и вкуса); содержания кислорода, углекислого газа, сероводорода, аммиака; концентрации ионов водорода (рН) и щелочности, общей, карбонатной жесткости; окисляемости нефильтрованной и фильтрованной воды; содержания альбуминоидиого азота, солевого аммиака, нитритов, нитратов, фосфатов, различных форм железа, кремния; сульфатов, хлоридов, кальция и магния.
Целью специальных исследований может быть определение содержания металлов и микроэлементов.
Полученные результаты сравнивают с нормативными значениями показателей качества воды, приведенными в таблице.
Большинство природных вод мало минерализовано, поэтому для количественного определения многих компонентов, растворенных в воде, требуются точные методики. Вместе с тем они должны быть достаточно простыми, не требующими сложного и дорогостоящего оборудования, доступными для выполнения в полевых условиях и в относительно небольших гидрохимических лабораториях рыбоводных хозяйств.
Методики исследования химического состава воды должны быть едиными при изучении водоемов в различных целях; для того чтобы полученные данные можно было сравнить и использовать.
Определения не должны занимать много времени, так как надо стремиться все необходимые показатели определить в течение 1 -2 сут.
Используемые в настоящее время в практических целях методы химического анализа природных вод можно разделить на:
1) химические (весовые, объемный анализ); 2) электрохимические (потенциометрический, кондуктометрический, полярографический); 3) оптические (фотометрические и спектрофотометрические, люминесцентный, спектральный анализ); 4) фотохимические, 5) хроматографичсские (жидкостная колоночная хроматография, тонкослойная хроматография, газовая хроматография и т.д.).
Наиболее распространены в гидрохимии первые три группы методов. К химическим методам относятся методы, предусматривающие проведение химической реакции и последующее количественное определение образующихся продуктов. Из химических методов при анализе природных вод широко используется метод объемного анализа. Основным преимуществом объемного анализа являются простота, быстрота определения, а также широкие возможности использования разнообразных химических свойств веществ. Именно благодаря этим достоинствам метода объемного анализа в настоящее время являются основными при определении макрокомпонентов природных вод. Суть объемного метода заключается во взаимодействии исследуемого компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрованный раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования — точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, т.е. вещества, которое изменяет вою окраску при концентрациях реагирующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентности или была, возможно, ближе к последней.
Процесс титрования осуществляется следующим образом.
В коническую колбу помещают исследуемую пробу воды, раствор индикатора, по каплям добавляют из бюретки титрующий раствор при постоянном перемешивании. Титрование продолжают до изменения цвета окраски в колбе. Обычно для установления конечной точки титрования используют «свидетель», в качестве которого обычно применяется проба, оттитрованная до эквивалентной точки. Сравнение окрасок следует производить на белом фоне. По окончании титрования по бюретке отмечают количество затраченного на титрование раствора.
В зависимости от типа реакций методы объемного анализа делятся на четыре большие группы: 1) кислотно-основное титрование, 2) титрование окислителями и восстановителями; 3) методы осаждения; 4) методы, основанные на образовании комплексов.
При кислотно-основном титровании в качестве титрованных растворов обычно применяют кислоты и щелочи. Определять этим методом можно кислоты, щелочи, соли слабых кислот и оснований; в частности, в гидрохимии этим методом определяют диоксид углерода и гидрокарбонаты.
Титрование окислителями и восстановителями применяется в гидрохимии в основном при определении растворенного кислорода и окисляемости.
Методы объемного анализа, основанные на реакциях осаждения, используются при определении сульфатов и хлоридов.
Примером титрования с образованием комплексов могут служить реакции взаимодействия ионов кальция и магния с трилоном Б, которые лежат в основе определения общей жесткости воды.
Электрохимические методы основаны на измерении электрохимических свойств компонентов — окислительного потенциала, электрической проводимости, силы полярографического тока и т.д. Простота выполнения определений, легкость автоматизации, высокая чувствительность делают эти методы весьма перспективными в анализе вод.
В основе оптических методовлежит способность всех веществ поглощать лучистую энергию в виде квантов, соответствующих определенным длинам волн. Линии или полосы поглощения при этом располагаются в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях спектра и могут использоваться для количественной оценки (см. лаб. раб.№2.).
В процессе выполнения анализа записи следует вести в табличной форме. При применении объемного метода рекомендуется форма табл.1(приложение), фотоколориметрического — табл.2(приложение) и при определении окисляемости перманганатным методом — табл.3 (приложение).
Такие таблицы позволяют легко произвести расчет, устранить неясности и при необходимости быстро проверить правильность вычислений.
Пользуясь указанными выше методами, результаты анализа выражают в виде
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