Марганец в воде водоемов

17.09.2016
Предельно допустимая концентрация марганца в воде водоемов 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное определение


В коническую колбу помещают 25 мл исследуемой воды, подкисляют несколькими каплями 25% азотной кислоты, прибавляют по каплям 2% нитрат серебра до тех пор, пока продолжается помутнение. Затем вводят 0,5 г персульфата аммония или калия, нагревают до кипения. В присутствии марганца в концентрации 0,1 мг/л и выше появляется бледно-розовая окраска.

Определение с окислением до перманганат-иона


Принцип метода. Методы определения марганца основаны на окислении его соединений до иона MnO4- (перманганатион) в кислой среде персульфатом аммония или калия в присутствии ионов серебра в качестве катализатора. Интенсивность появляющегося розового окрашивания пропорциональна содержанию марганца.

Предел обнаружения 0,05 мг/л при объеме пробы 100 мл. При необходимости выявления меньших концентраций берут больший объем пробы и его упаривают. Диапазон измеряемых количеств марганца в пробе 0,005—0,1 мг.

Проведению анализа мешают органические вещества (при ХПК более 15 мг О/л) и хлориды более 5 мг/л, которые в условиях анализа окисляются, в результате чего окислителя может не хватить на реакцию с соединениями марганца. Железо(Ш) более 5 мг/л, а также медь, никель, бихроматы мешают окраской своих ионов.

Влияние органических веществ устраняют кипячением исследуемой воды в сернокислой среде, введением большого количества персульфата аммония или калия (до 1 г) или же минерализацией пробы в более жестких условиях; влияние же хлоридов — добавлением сульфата ртути, либо предварительным выпариванием пробы с серной кислотой, либо осаждением марганца гидроксидом магния, а железа — добавлением ортофосфорной кислоты. Влияние окраски за счет ионов меди, никеля, бихромата исключают двойным измерением оптической плотности. Для этого сначала измеряют оптическую плотность перманганата, затем розовую окраску уничтожают, добавляя по каплям 5% нитрат натрия, вновь измеряют оптическую плотность в тех же условиях и вычитают результат из полученного ранее первого измерения.

Ниже приведены 3 варианта определения марганца в воде после окисления его до перманганат-иона, отличающиеся способом устранения мешающего влияния сопутствующих веществ.

Реактивы. 1. Дистиллированная вода, не содержащая мешающих примесей. Подкисляют 1 л дистиллированной воды 10 мл азотной кислоты пл. 1,42 г/см3, нагревают до кипения, прибавляют 0,2 г персульфата аммония или калия и 0,05 г нитрата серебра. Воду кипятят 10—15 мин, охлаждают и используют для приготовления всех реактивов, шкалы, стандартных растворов и при обработке пробы. Хранят в склянке с притертой пробкой,

2. Серная кислота пл. 1,84 г/см3, разбавленные 1:4 и 1:2 растворы.

3. Азотная кислота пл. 1,42 г/см3, 25% и разбавленный 1:1 растворы.

4. Ортофосфорная кислота, 85 и 20% растворы,

5. Персульфат аммония или калия кристаллический.

6. Специальный реактив. Растворяют 75 г сульфата ртути HgSO4 в 400 мл азотной кислоты пл. 1,42 г/см3 и 200 мл дистиллированной воды. Добавляют 200 мл 85% ортофосфор-ной кислоты и 0,035 г нитрата серебра. После охлаждения объем раствора доводят до 1 л дистиллированной водой и перемешивают.

7. Гидроксид натрия, 4% раствор.

8. Нитрат серебра, 0,1 н. и 1% растворы.

9. Сульфат магния, 10% раствор. Растворяют 10 г MgSO4*7Н2О в 90 мл дистиллированной воды. Реактив должен быть проверен на чистоту, поскольку препарат часто бывает загрязнен солями марганца. Для проверки в мерную колбу вместимостью 50 мл вливают 5 мл 10% сульфата магния, 10 мл дистиллированной воды, 10 мл 20% ортофосфорной кислоты, 1 мл 1 % нитрата серебра, 0,2 г персульфата аммония или калия, помещают в кипящую водяную баню, выдерживают 5 мин. Раствор охлаждают и доводят объем до метки дистиллированной водой. Появление розовой окраски указывает на присутствие марганца в реактиве. В этом случае к 1 л 10% сульфата магния добавляют на холоду 5 мл гидроксида натрия по каплям при тщательном перемешивании. Выпадающий осадок гидроксида магния соосаждает марганец. После полного осветления прозрачный раствор отделяют сифонированием или фильтруют.

10. Стандартные растворы марганца, а) Основной раствор. Сульфат марганца МnSO4*5Н2O предварительно прокаливают при 500 °C. Растворяют 0,2748 г прокаленного MnSO4 в 10 мл горячей разбавленной (1:4) серной кислоты в мерной колбе вместимостью 1 л и доводят объем до метки дистиллированой водой. В 1 мл содержится 0,1 мг марганца. б) Рабочий раствор готовят разбавлением основного в 10 раз. В 1 мл содержится 0,01 мг марганца. Применяют свежеприготовленным.

Ход определения. А. Определение со специальным реактивом. Определению не мешают железо (III) до 200 мг и хлориды до 100 мг в пробе.

В коническую колбу вместимостью 100 мл помещают 45 мл исследуемой воды (при необходимости упаренный больший объем или меньший, разбавленный до 45 мл дистиллированной водой), добавляют 2,5 мл специального реактива, 0,5 г персульфата аммония или калия, нагревают до кипения на электрической плитке и кипятят 1 мин.

Снимают с плитки, через 1 мин охлаждают под струей холодной воды, количественно переносят раствор в мерную колбу вместимостью 50 мл и доводят объем до метки дистиллированной водой.

Фотометрируют при зеленом светофильтре (λ 540 нм) в кюветах с толщиной оптического слоя 2—5 см по отношению к дистиллированной воде, обработанной, как исследуемая проба.

Содержание марганца (мг) находят по калибровочному графику или визуально по интенсивности окраски пробы и шкалы стандартных растворов.

Б. Определение после выпаривания с серной кислотой. Проведению анализа не мешают хлориды. Помещают в фарфоровую чашку 100 мл исследуемой воды (или меньший объем, разбавленный до 100 мл, или больший), прибавляют 5 мл серной кислоты (1:2) и выпаривают сначала на водяной бане, а затем на электрической плитке или песчаной бане до полного удаления кислоты. К сухому остатку вливают I—2 мл дистиллированной воды и 5 мл азотной кислоты (1:1). Содержимое вновь выпаривают досуха. Эту операцию повторяют 2—3 раза. Затем сухой остаток растворяют в 10 мл горячей дистиллированной воды, подкисленной 0,1 мл азотной кислоты (1:1). Фильтруют в коническую колбу вместимостью 100 мл через фильтр «синяя лента», предварительно промытый подкисленной дистиллированной водой [1 мл азотной кислоты (1:1) на 100 мл воды]. Чашку ополаскивают несколькими порциями дистиллированной воды и промывают ими осадок на фильтре. Общий объем фильтрата должен быть около 30 мл.

В присутствии железа (III) более 5 мг/л в пробу (фильтрат) вводят несколько капель 20% ортофосфорной кислоты. Затем фильтрат нагревают на электрической плитке до кипения, прибавляют 0,2 г персульфата аммония и 3 мл 0,1 н. нитрата серебра, кипятят до тех пор, пока интенсивность окраски не перестанет нарастать. После охлаждения раствор количественно переносят в мерную колбу на 50 мл и доводят объем до метки дистиллированной водой. Фотометрически или визуально определяют содержание марганца (мг) в условиях, указанных в варианте А.

В. Определение после соосаждения марганца гидроксидом магния. Проведению анализа не мешают железо(III) и хлориды до 300 мг/л.

Если исследуемую воду консервировали кислотой, то ее нейтрализуют 4% гидроксидом натрия до pH 8—9, контролируя по универсальной индикаторной бумаге. Помещают в стакан 100 мл исследуемой воды (или меньший объем, разбавленный до 300 мл дистиллированной водой, или больший), добавляют на каждые 100 мл 1 мл 4% гидроксида натрия, перемешивают, приливают 1 мл 10% сульфата магния, перемешивают и оставляют. Образующийся гидроксид магния Mg(OH)2 оседает на дно стакана, вместе с ним соосаждается и марганец. После отстаивания большую часть раствора над осадком сливают сифоном, а остаток отфильтровывают через фильтр «белая лента».

Осадок на фильтре растворяют в 10 мл 20% ортофосфорной кислоты, собирают фильтрат в мерную колбу на 50 мл. Промывают фильтр 2—3 раза дистиллированной водой, собирая промывные воды в ту же колбу. Общий объем раствора должен быть не более 30 мл. Вносят 10 мл 1% нитрата серебра, перемешивают. Если не наблюдается сильного помутнения раствора за счет образования хлорида серебра, то прибавляют 0,3 г персульфата аммония или калия, помещают в горячую водяную баню, нагревают и выдерживают в кипящей бане 5 мин. После охлаждения объем доводят до метки дистиллированной водой. Фотометрически или визуально определяют содержание марганца в условиях, указанных в варианте А.

Если после добавления нитрата серебра образовался белый осадок или раствор сильно помутнился от хлорида серебра, то колбу резко встряхивают, пока осадок не соберется в комья и раствор не осветлится. В противном случае добавляют еще 5 мл 1 % нитрата серебра (должен быть избыток ионов серебра), после чего раствор фильтруют через сухой фильтр «синяя лента» в другую мерную колбу, осадок промывают небольшим количеством дистиллированной воды, собирая фильтрат в ту же колбу, и отбрасывают. К фильтрату с промывными водами добавляют 0,3 г персульфата аммония или калия и продолжают анализ, как указано выше.

Калибровочный график. В ряд колб вместимостью 100 мл вносят 0—0,5—1—2—4—6—8—10 мл рабочего стандартного раствора, что соответствует содержанию марганца 0—0,005—0,01—0,02—0,04—0,06—0,08—0,1 мг. Наливают дистиллированную воду до объема не более 30 мл. Проводят операции, как в варианте определения, применявшегося при анализе пробы (для варианта Б и В — начиная с введения ортофосфорной кислоты, предварительное выпаривание, соосаждение, фильтрование можно исключить). Фотометрируют в тех же условиях, что и пробы. Окраска устойчива в течение рабочего дня. Строят калибровочный график в координатах оптическая плотность — содержание марганца (мг).

Концентрацию марганца (мг/л) рассчитывают по формуле:

X = А*1000/V,


где А — содержание марганца, найденное по калибровочному графику или визуально по интенсивности окраски пробы и шкалы стандартных растворов, мг; V — объем пробы, взятой для анализа, мл.