Сульфаты в воде водоемов

15.09.2016
Концентрация сульфатов в воде водоемов — источников водоснабжения допускается до 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и т. п. В водоемах северной части России сульфатов, как и хлоридов, обычно немного, в южных районах, где воды более минерализованы, увеличивается и содержание сульфатов. Сульфаты попадают в водоемы и со сбросами различных сточных вод.

Гравиметрическое определение


Принцип метода. Определение основано на осаждении сульфатов в кислой среде хлоридом бария в виде сульфата бария. Осадок отфильтровывают, прокаливают и взвешивают. Метод применим в широком диапазоне концентраций. Мутные воды отфильтровывают.

Реактивы. 1. Хлорид бария, 5% раствор. В дистиллированной воде растворяют 5 г ВаСl2*2Н2O, доводят объем до 100 мл и фильтруют через беззольный фильтр «синяя лента».

2. Хлористоводородная кислота пл. 1,19 г/см3 и разбавленный (1:5) раствор.

3. Нитрат серебра, 10% раствор. Растворяют 10 г AgNO3 в 100 мл дистиллированной воды, подкисляют 0,5 мл азотной кислоты пл. 1,42 г/см3.

4. Метиловый оранжевый индикатор, 0,05% раствор.

5. Стандартные растворы сульфата калия. а) Основной раствор. В мерной колбе вместимостью 1 л растворяют 0,9071 г безводного K2SO4 и доводят объем до метки. В 1 мл содержится 0,5 мг сульфатов/ б) Рабочий раствор получают разбавлением основного в 10 раз. В 1 мл содержится 0,05 мг сульфатов.

Ход определения. Качественная проба с приближенной количественной оценкой. В колориметрическую пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, добавляют 0,5 мл хлористоводородной кислоты (1:5). Готовят шкалу стандартных растворов: вносят в первые пробирки 2—4—8 мл рабочего стандартного раствора сульфата калия и в последующие 1,6—3,2—6,4 мл основного раствора, объем во всех пробирках доводят дистиллированной водой до 10 мл. Получается шкала растворов с содержанием 10—20—40—80—160—320 мг/л сульфатов. Во все пробирки прибавляют по 0,5 мл хлористоводородной кислоты (1:5). Затем в пробирки с исследуемой водой и стандартными растворами вносят по 2 мл 5% хлорида бария, перемешивают. Сравнивают исследуемую воду со шкалой стандартных растворов. Приближенное содержание сульфатов можно определить и визуально по количеству выпадающего осадка в пробе воды.
Сульфаты в воде водоемов

Количественное определение. Объем воды для проведения анализа зависит от предполагаемого содержания сульфатов. При содержании менее 50 мг/л следует брать 500 мл исследуемой воды, 50—100 мг/л — 250 мл, 200—500 мг/л — 100 мл, более 500 мг/л — 50 мл. Отмеренный объем исследуемой воды помещают в стакан, прибавляют 2—3 капли индикатора метилового оранжевого и хлористоводородную кислоту до розовой окраски раствора. Смесь нагревают до кипения и выпаривают до 50 мл, дают отстояться и при наличии мути или хлопьев фильтруют через беззольный фильтр «синяя лента». Фильтр промывают дистиллированной водой, подкисленной хлористоводородной кислотой, фильтрат вместе с промывными водами вновь выпаривают в стаканчике до 50 мл.

В кипящий раствор при помешивании вносят 10 мл 5% горячего хлорида бария, раствор с осадком нагревают на водяной или песчаной бане при 80—90 °C. Когда раствор осветлится, проверяют полноту осаждения, прибавляя 1—2 капли 5% хлорида бария. Отсутствие мути свидетельствует о полном осаждении сульфатов. Стакан накрывают часовым стеклом и нагревают 1—2 ч на водяной или песчаной бане, после чего оставляют при комнатной температуре до следующего дня. Затем раствор фильтруют через плотный беззольный фильтр «синяя лента», который необходимо предварительно промыть горячей дистиллированной водой, а для уплотнения — этанолом. Осадок сульфата бария несколько раз декантируют дистиллированной водой, отфильтровывая воду через фильтр, затем количественно на этот же фильтр переносят осадок стеклянной палочкой с резиновым наконечником. Осадок на фильтре промывают несколько раз горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлор-ион (к пробе фильтрата в пробирке прибавляют несколько капель нитрата серебра). Фильтр с осадком помещают в предварительно прокаленный взвешенный тигель, просушивают, обугливают, не допуская воспламенения, затем прокаливают в муфельной печи при температуре не выше 800 °C до получения осадка белого цвета. Охлаждают в эксикаторе, взвешивают, вновь прокаливают до постоянной массы.

Концентрацию сульфатов (мг/л) рассчитывают по формуле:

X = (A - B)*0,4115*1000/v,


где А, В — масса тигля с осадком и пустого тигля, мг; 0,4115 — коэффициент для пересчета сульфата бария на сульфат-ион; V — объем пробы, взятой для определения, мл.

Турбидиметрическое определение


Принцип метода. Метод основан на определении сульфат-ионов в виде сульфата бария в кислой среде с помощью гликолевого реагента. Гликоль (этиленгликоль) при осаждении сульфата бария играет стабилизирующую роль и делает возможным турбидиметрическое или нефелометрическое определение сульфатов.

Предел обнаружения сульфатов 1 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций сульфатов без разбавления пробы I— 20 мг/л.

Реактивы. 1. Гликолевый реагент. Реактив А. Смешивают один объем 5% водного раствора хлорида бария с тремя объемами гликоля (этиленгликоля) и тремя объемами 96% этанола. Величину pH регулируют хлористоводородной кислотой (1:1) в пределах 2,5—2,8 и оставляют раствор на 2 сут. Раствор устойчив в течение 3—6 мес. Реактив Б. Готовят так же, как реактив А, но вместо раствора хлорида бария добавляют дистиллированную воду.

2. Хлорид бария, 5% раствор.

3. Хлористоводородная кислота, раствор 1:1.

4. Стандартные растворы сульфата калия.

Ход определения. К 5 мл исследуемой воды или соответствующим образом разбавленной или сконцентрированной пробы (оптимальная концентрация 2—25 мг/л сульфатов) прибавляют 1—2 капли хлористоводородной кислоты (1:1) и 5 мл гликолевого реагента (реактив А), тщательно перемешивают. После 30 мин экспозиции фотометрируют в кюветах с толщиной оптического слоя 2 см при светофильтре нефелометра с длиной волны 364 нм по отношению к исследуемой воде с добавлением гликолевого реагента без хлорида бария (реактив Б). Концентрацию сульфатов (мг/л) находят по калибровочному графику или визуально сравнивая интенсивность помутнения пробы и шкалы стандартных растворов. Пробирки просматривают сверху на черном матовом фоне.

Калибровочный график. В ряд мерных колб вместимостью 50 мл вносят 0—0,1—0,2—0,4—0,6—0,8—1—1,2—1,4—1,6—1,8—2 мл основного стандартного раствора (в 1 мл 0,5 мг сульфат-иона), что соответствует 0—1—2—4—6—8—10—12—14—16—18—20 мг/л сульфатов, и доводят объем до метки дистиллированной водой. Из каждого раствора отбирают по 5 мл в колориметрические пробирки на 10 мл, прибавляют 1—2 капли хлористоводородной кислоты (1:1) и 5 мл гликолевого реагента (реактив А), тщательно перемешивают и фотометрируют, как пробу, но по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлен реактив Б. Калибровочный график строят в координатах оптическая плотность — концентрация сульфатов (мг/л).

Комплексонометрическое определение


Принцип метода. Метод основан на осаждении сульфат-ионов хлоридом бария. Осадок сульфата бария растворяют в титрованном растворе этилендиаминтетраацетата натрия, избыток которого определяют титрованием хлоридом магния. Метод применим для малых концентраций сульфатов. При содержании сульфатов менее 50 мг/л пробу концентрируют упариванием, а более 250 мг/л — пробу разбавляют. Оптимальный интервал концентраций сульфатов для определения — от 5 до 25 мг в анализируемом объеме.

Реактивы. 1. Бидистиллированная вода, перегнанная в стеклянном приборе, не содержащая меди. Проверяют, как указано далее. На этой воде готовят все реактивы и этой водой разбавляют пробы.

2. Хлорид бария, 0,05 н. раствор. В дистиллированной воде растворяют 6,108 г BaCl2*2Н2O и доводят объем до 1 л.

3. Хлорид магния, 0,05 н. раствор. Растворяют 5,085 г MgCl2*5H2O в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л. Поправочный коэффициент к титру раствора устанавливают по точному раствору трилона Б.

4. Этилендиаминтетраацетат натрия (трилон Б, комплексен III, Nа2ЭДТА), 0,05 н. раствор.

5. Хлорид цинка, 0,05 н. раствор.

6. Сульфат магния, 0,05 н. раствор. Готовят из фиксанала.

7. Индикатор эриохром черный T (хромоген черный, хром черный ЕТ-00, кислотный хром черный).

8. Аммиачный буферный раствор.

9. Аммиак, 9 н. раствор. Разбавляют 67 мл 25% аммиака дистиллированной водой до 100 мл.

10. Хлористоводородная кислота пл. 1,19 г/см3.

Ход определения. В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают 100 мл исследуемой воды (при необходимости разбавленной). В этой же колбе, если необходимо, концентрируют сульфаты выпариванием подкисленного раствора, не допуская кипения, подливая по мере выпаривания новую порцию исследуемой воды. Раствор подкисляют 3 каплями концентрированной хлористоводородной кислоты до кислой реакции, прибавляют 25 мл 0,05 н. хлорида бария, нагревают до кипения, кипятят точно 10 мин от начала кипения и оставляют на водяной бане около 1 ч.

Через 1 ч раствор фильтруют обычным способом через небольшой беззольный фильтр «синяя лента», предварительно промытый горячей дистиллированной водой. Фильтруют, по возможности не перенося осадок сульфата бария на фильтр. Колбу с осадком промывают 5—6 раз умеренно горячей водой (40—50 °С), не счищая приставшего к стенкам колбы осадка, и пропускают промывные воды через тот же фильтр.

Фильтр с частью попавшего на него осадка сульфата бария промывают 2—3 раза водой до отрицательной реакции на хлор-ион. Когда вода стечет, фильтр с осадком помещают в ту же колбу, в которой проводили осаждение. Приливают 5 мл 9 н. аммиака, фильтр осторожно разворачивают стеклянной палочкой и расправляют на дне колбы. Затем добавляют 6 мл 0,05 н. трилона Б на каждые 5 мг предполагаемого количества сульфатов во взятом объеме исследуемой воды (приближенное определение описано в гравиметрическом методе).

Содержимое колбы осторожно нагревают на песчаной бане до кипения и кипятят до растворения осадка (3—5 мин), держа колбу в наклонном положении и периодически помешивая жидкость. Раствор охлаждают, приливают 50 мл дистиллированной воды, 5 мл аммиачного буферного раствора и прибавляют индикатор (0,1 г сухого индикатора или 5 капель спиртового раствора). Избыток трилона Б титруют 0,05 н. раствором хлорида магния до перехода окраски из синей в лиловую.

Концентрацию сульфатов (мг/л) рассчитывают по формуле:

X = (A*Ka - B*Kb)*2,4*1000/V


где А — объем прибавленного раствора трилона Б, мл; Ka — поправочный коэффициент к титру раствора трилона Б; В — объем раствора хлорида магния, израсходованного на титрование, мл; Kb — поправочный коэффициент к титру раствора хлорида магния; 2,4 — количество сульфатов, эквивалентное 1 мл 0,05 и. трилона Б; V — объем пробы воды, взятой для анализа, мл.

Определение с ионами свинца в присутствии дитизона


Принцип метода. Метод основан на способности сульфатных ионов образовывать слаборастворимый осадок сульфата свинца. Избыток введенных в раствор ионов свинца находят по изменению окраски дитизона (из сине-зеленой в краснофиолетовую), который в эквивалентной точке титрования образует дитизонат свинца. Для уменьшения растворимости осадка сульфата свинца титруют в водно-спиртовой или водноацетоновой слабокислой среде (pH 3,5—4,5).

Предел обнаружения 10 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций без изменения объема пробы 20—300 мг/л. При содержании сульфатов менее 20 мг/л пробу упаривают, более 300 мг/л — разбавляют.

Проведению анализа мешают окрашенные, взвешенные вещества и катионы, реагирующие с дитизоном. Взвешенные вещества удаляют фильтрованием через мембранный фильтр Или бумажный «синяя лента». Гуминовые соединения удаляют фильтрованием через колонку с активированным углем марки БАУ (колонка диаметром 1,5—2 см, высотой 30 см) со скоростью 2 мл/мин, первые 100 мл фильтрата отбрасывают. Для удаления катионов пробу воды фильтруют через катионит в Н+-форме.

Мешают фосфаты при содержании более 5 мг/л, а также другие анионы, осаждаемые ионами свинца в слабокислом растворе: хроматы, арсенаты, фториды, йодиды, оксалаты, но они обычно присутствуют в воде водоемов в ничтожных количествах.

Реактивы. 1. Уголь активированный марки БАУ.

2. Катионит КУ-2 в Н+-форме,

3. Нитрат свинца, 0,02 н, раствор. Растворяют 3,31 г Рb(NО3)2 в бидистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 1 л. Титр устанавливают по стандартному раствору сульфата натрия.

4. Дитизон, индикатор. Кристаллический дитизон смешивают с бензойной кислотой в соотношении 1:50 и растирают в ступке в порошок.

5. Ацетон или этанол 96%.

6. Хлористоводородная кислота, разбавленный 1:3 раствор.

7. Стандартный раствор сульфата натрия 0,02 н. раствор. Кристаллический сульфат натрия нагревают при 100—105 °C до тех пор, пока он не превратится в рыхлый белый порошок. В мерной колбе вместимостью 1 л в бидистиллированной воде растворяют 1,4204 безводного сульфата натрия.

Ход определения. Для освобождения от мешающего влияния катионов воду пропускают через колонку с катионитом КУ-2 в Н+-форме. Первые 100 мл фильтрата отбрасывают. Отбирают такой объем исследуемой воды, в котором содержится 0,5—3 мг сульфатов (10—20 мл, при необходимости сконцентрированной упариванием или разбавленной). Добавляют хлористоводородную кислоту (1:3) до pH 3,5—4,5, контролируя по универсальной индикаторной бумаге, затем приливают двойной (по отношению к объему пробы) объем ацетона или этанола и понемногу всыпают индикатор дитизон в таком количестве, чтобы раствор стал зеленым (или сине-зеленым). Затем подогревают раствор до 50 °C и титруют 0,02 н. нитратом свинца при постоянном перемешивании до перехода зеленой окраски в красно-фиолетовую, не исчезающую при стоянии. При появлении синеватого оттенка прибавляют по 1 капле нитрата свинца, интенсивно встряхивая до тех пор, пока она окончательно не исчезнет.

Концентрацию сульфатов (мг/л) рассчитывают по формуле:

X = А*К*н*48,03*1000/V


где А — объем раствора нитрата свинца, израсходованного на титрование пробы, мл; К — поправочный коэффициент к титру раствора нитрата свинца; н — нормальность раствора нитрата свинца; V — объем пробы, взятой для анализа, мл; 48,03 — эквивалент сульфат-иона.