Визначення сульфатів у стічній воді комплексонометричним та турбидиметричним методами аналізу
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА
1.1 Характеристика стічної води за якісним та кількісним складом
1.2 Хімічні та фізичні властивості сульфатної кислоти та її сполук
2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Теоретичні основи визначення сульфатів
2.1.1 Титриметричним методом аналізу
2.1.2 Турбидиметричним методом аналізу
2.2 Обладнання методів визначення сульфатів у стічній воді
3. ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3.1 Методики визначення сульфатів у стічній воді
3.1.1 Комплексонометричним методом аналізу
3.1.2 Турбидиметричним методом аналізу
3.2 Експеримент по визначенню сульфатів у стічній воді
3.2.1 Комплексонометричним методом аналізу
3.2.2 Турбидиметричним методом аналізу
3.3 Математична обробка отриманих результатів аналізу по визначенню сульфатів у стічній воді
3.3.1 Комплексонометричним методом аналізу
3.3.2 Турбидиметричним методом аналізу
4. СТАТИСТИЧНО – МАТЕМАТИЧНА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ АНАЛІЗУ
5. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ТА ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
5.1 Загальні вимоги техніки безпеки у хімічній лабораторії
5.2 Протипожежні заходи безпеки
5.3 Міри безпеки при роботі з електричним струмом
5.4 Заходи під час нещасних випадків
5.5 Гігієна праці лаборанта
5.6 Охорона природи та навколишнього середовища
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
ВСТУП
Згідно вимог ГОСТ у складі властивості стічної води повинні забезпечувати безпечність її в епідеміологічному відношенні та не шкідливість хімічного складу.
До складу коксохімічного виробництва входять багато цехів, які виконують різні функції.
Опис основних цехів коксохімічного виробництва:
1) Вуглепідготовчий цех (продукція – вугільна шихта, сировина – різні марки вугілля), який складається з:
- відділу вуглепідготовки, який забезпечує прийом, зберігання та підготовку вугільних концентратів для коксування, а також подачу
вугільної шихти в коксові цехи.
- відділу приготування зв′язуючого та брикетування в складі 5 брикетних агрегатів японської фірми „Ніплон – Стілно"
В теперішній час відділ прийому, зберігання, приготування зв′язуючого та відділ брикетування виведені з експлуатації та потребують відновлення.
2) Коксовий цех №1 (продукція – кокс, сировина – вугільна шихта) – забезпечує виробництво коксу та коксового газу з вугільної шихти. З 6 коксових батарей – 4 діючих, батареї №3, №4 – виведені з експлуатації.
3) Коксовий цех №2 (продукція – кокс, сировина - вугільна шихта) – виробляє кокс та коксовий газ з вугільної шихти. В складі цеху 2 робочі батареї - №7 і №9, батареї №8, №10 виведені з експлуатації.
4) Цех улавлювання хімічних продуктів коксування (продукт – очищений газ, сировина – прямий неочищений коксовий газ) –забезпечує охолодження коксового газу і виділення з нього хімічних продуктів. Частина обладнення підлягає капітальному ремонту і заміні.
5) Цех сіроочистки (сировина – очищений коксовий газ, продукція – чистий гаг) – виконує очистку коксового газу від сірководню та отримання сірчаної кислоти.
6) В складі коксохімічного виробництва також входять допоміжні цехи:цех по ремонту та експлуатації електрообладнання, ремонтно – механічний цех, спеціалізований цех по ремонту коксохімічного обладнання (АСУП) та цех енергозабезпечення.
Цех енергозабезпечення має 2 відділи:
- відділ очистки аміачних і фенольних стічних вод;
- відділ, де відбувається виробництво пару для технологічних потреб
цехів коксохімічного виробництва, здійснюється на піковій котельні.
У відділі очистки аміачних і фенольних стічних вод проводиться очистка стічної води коксохімічного виробництва. У лабораторії постійно аналізують воду яка надходить на очистку, воду яка подається на дільницю №3 БХУ, воду яка подається у реактор та очищена вода на БХУ, яка подається на башти тушіння. Контролюється, згідно ГОСТ, вміст таких речовин у стічних водах як: феноли, родоніти, ціаніди, аміак загальний та летючий, смоли і масла, фосфор, ХПК, хлориди, вміст ілу, зважені речовини та сульфати. Вміст цих речовин суворо контролюється лабораторією.
У лабораторії цеху енергозабезпечення визначення сульфатів проводять комплексонометричним (одним із різновидів титриметричного методу аналізу) та турбидиметричним методами аналізу.
Тому тема моєї курсової роботи і є визначення сульфатів у стічній воді комплексонометричним та турбидиметричним методами аналізу.
1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА
1.1 Характеристика стічної води за якісним та кількісним складом
Стічні води – це будь-які води і атмосферні опади, що відводять у водойми з територій промислових підприємств і населених місць через систему каналізації або самопливом, властивості яких виявилися погіршеними в результаті діяльності людини.
Стічні води можуть бути класифіковані за наступними ознаками:
По джерелу походження стічні води можуть бути класифіковані на:
а) виробничі (промислові) стічні води ( що утворяться в технологічних процесах при виробництві або видобутку корисних копалин), приділяються через систему промислової каналізації;
б) побутові (господарсько – фекальні) стічні води ( що утворяться в житлових приміщеннях, а також у побутових приміщеннях на виробництві, наприклад, душові кабіни, туалети), відводяться крізь систему господарсько – побутової каналізації;
в) атмосферні стічні води (діляться на дощові й талі, тобто сніги, що утворяться при таненні, льоду, граду), відводяться як правило через систему ливневої каналізації. Так само можуть називатися "ливневі стоки".
Виробничі стічні води, на відміну від атмосферн і побутових, не мають постійної складу й можуть бути розділені:
1) по складу забруднювачів на:
- забруднені по перевазі мінеральними домішками;
- забруднені по перевазі органічними домішками;
- забруднені як мінеральними, так й органічними домішками.
2) по концентрації забруднюючих речовин:
- с змістом домішок 1-500 мг/л
- с змістом домішок 500-5000 мг/л
- с змістом домішок 5000-30000 мг/л
- с змістом домішок більше 30000 мг/л
3) по властивостях забруднювачів
4) по кислотності:
- неагресивні (p 6,5-8)
- слабоагресивні (слаболужні – pН 8 – 9 і слабокислі – pН 6-6,5)
- сильноагресивні (сильнолужні – pН > 9 і сильнокислі – pН <6)
- по токсичній дії і дії забруднювачів на водні об'єкти:
- утримуючі речовини, що впливають на загальсанітарний стан водойми (наприклад, на швидкість процесів самоочищення)
- утримуючі речовини, що змінюють органолептичні властивості (смак, запах та ін.)
- утримуючі речовини, токсичні для людини і які містяться у водоймах тварин і рослин
У складі стічних вод виділяють дві основних групи забруднювачів - консервативні, тобто такі, які важко вступають у хімічні реакції й практично не піддаються біологічному розкладанню (приклади таких забруднювачів солі важких металів, феноли, пестициди) і неконсервативні, тобто такі, які можуть піддаватися процесам самоочищення водойм.
До складу стічних вод входять як неорганічні (частки ґрунту, руди й порожньої породи, шлаків, неорганічні солі, кислоти, луги); так й органічні (нафтопродукти, органічні кислоти), у тому числі біологічні об'єкти (грибки, бактерії, дріжджі, у тому числі хвороботворні).
Очищення стічних вод - це руйнування або видалення з них певних речовин, знезаражування й видалення патогенних організмів.
Вода яка надходить на очистку постійно перевіряється на вміст наступних показників:
Фенольна вода:
- рН 6,5 – 8,0;
- феноли не менше 400;
- родоніти 600 мг/дм3;
- ціаніди 100 мг/дм3;
- аміак летючий 200 мг/дм3;
- аміак загальний 2200 мг/дм3;
- смоли і масла 500 мг/дм3;
- іон сульфату 2200 мг/дм3;
- ХПК 3000 мг/дм3.
Аміачна вода:
- рН 7,8 – 8,8;
- феноли не менше 850;
- родоніти 150 мг/дм3;
- ціаніди 6 мг/дм3;
- аміак летючий 100 мг/дм3;
- аміак загальний 600 мг/дм3;
- смоли і масла 100 мг/дм3;
- ХПК 3200 мг/дм3.
Вода, яка подається на дільницю БХУ №3 постійно перевіряється на міст наступних показників:
Фенольна вода:
- рН 6,5 – 8,0;
- феноли не менше 400;
- родоніти 450 мг/дм3;
- ціаніди 50 мг/дм3;
- аміак летючий 200 мг/дм3;
- аміак загальний 2200 мг/дм3;
- смоли і масла 30 мг/дм3;
- іон сульфату 2500 мг/дм3;
- ХПК 3000 мг/дм3;
- фосфор15 мг/дм3.
Аміачна вода:
- рН 7,8 – 8,8;
- феноли не менше 850;
- родоніти 150 мг/дм3;
- ціаніди 6 мг/дм3;
- аміак летючий 100 мг/дм3;
- аміак загальний 550 мг/дм3;
- смоли і масла 30 мг/дм3;
- ХПК 3200 мг/дм3;
- фосфор 15 мг/дм3.
Аміачна вода і фенольна очищена на БХУ вода, яка подається на башти тушіння постійно перевіряється на вміст наступних показників:
- рН 6,8 – 8,0;
- феноли не менше 1,0;
- родоніти 5,0 мг/дм3;
- ціаніди 1,0 мг/дм3;
- аміак летючий 100 мг/дм3;
- хлориди 2000 мг/дм3;
- смоли і масла 10 мг/дм3;
- ХПК 400 мг/дм3;
- сульфати 2500 мг/дм3;
- зважені речовини 600мг/дм3.
Саме по всім цим показникам і аналізують стіну воду на очистку абоперед тим, як випустити її на дільницю №3 БХУ, чи на башти тушіння.
1.2 Хімічні та фізичні властивості сульфатної кислоти та її сполук
Безводна сульфатна кислота – безбарвна оліїста речовина, з густиною 1,84 г/см3.
Під час взаємодії оксиду сірки ( VI ) ( SO3 )з водою виділяється теплота і утворюється сульфатна кислота за реакцією:
SO3 + H2O = H2SO4 + 88 кДж
Добування сульфатної кислоти з оксиду сірки ( VI ) є основним способом виробництва сульфатної кислоти ( H2SO4 )( контактний спосіб ). Розчин оксиду сірки ( VI ) ( в концентрованому розчині H2SO4 розчиняють SO3 ) в сульфатній кислоті має технічну назву олеум. У промисловості добувають олеум, що містить від 20 до 65 % SO3.
Сульфатна кислота – сильна кислота, яка дисоціює ступінчасто:
H2SO4 ↔ Н+ + HSO4 К1 = 1 · 10 3
H2SO4 ↔ Н+ + SO4 -2 К2 = 1,2 · 10 -2
У реакціях сульфатна кислота утворює кислі та середні солі:
NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl
2 NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2 HCl
Нагрівання гідросульфатів приводить до утворення піросульфатів:
NaHSO4
Na2S2O7 + H2O
Сульфатна кислота витісняє менш сильні або леткі кислоти :
2 Na2SO3 + 2 H2SO4 = 2 NaHSO4 + SO2 ↑ + H2O
Концентрована сульфатна кислота – сильний окисник. Так, активні метали ( Mg, Zn тощо ) здатні відновити концентровану сульфатну кислоту до сірководню; вільної сірки і оксиду сірки ( ІV ):
4 Zn0 + 5 H2S+6 O4 ( конц. ) = 4 Zn+2SO4 + H2S -2 ↑ + 4 H2O
3 Zn0 + 5 H2S+6O4 ( конц. ) = 3 Zn2+SO4 + S0 + 4 H2O
Zn0 + 2 H2SO4 ( конц. ) = Zn+2SO4 + S+4O2 + 2 H2O
Такі метали, як Cu, Ag і Hg під час взаємодії з концентрованою соляною кислотою утворюють відповідні солі та оксид сірки ( VI ):
Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 ↑ + 2 H2O
Концентрована сульфатна кислота за звичайних умов пасивує алюміній, хром, залізо, тому її транспортують у залізних цистернах. Концентрована H2SO4 здатна окислювати вуглець, фосфор, сірку:
2 H2S+6O4 + C0 = C+4O2 + 2 S+4O2 ↑ + 2 H2O
5 H2S+6O4 + 2 P0 = 2 H3P+5O4 + 5 S+4O2 ↑ + 2 H2O
2 H2S+6O4 + S0 = 3 S+4O2 ↑ + 2 H2O
Гідроген бромід і гідроген йодид ( але не гідроген хлорид! ) окислюються концентрованою H2SO4 до вільних галогенів:
2 HBr -1+ 2 H2S6+O4 ( конц. ) = Br20 + S+4O2 + 2 H2O
8 HI -1 + H2S6+O4 = 4 I20 + H2S -2 + 4 H2O
6 NaBr -1 + 4 H2S6+O4 = 3 Br20 + 3 Na2SO4 + S0 + 4 H2O
H2S 2-+ 3 H2S6+O4 = 4 S+4O2 ↑ + 4 H2O
У розведених розчинах сульфатна кислота втрачає властивості кислоти – окисника. У розведеному розчині H2SO4 окисником є йон гідрогену, тому вона взаємодіє тільки з металами, які стоять у ряду електрохімічних потенціалів до гідрогену, наприклад:
Zn0 + H21+SO4 ( розв. ) = Zn2+SO4 + H20 ↑
стічний вода сульфатний турбидиметричний
Розведена сульфатна кислота не пасивує залізо, хром і алюміній, а також не взаємодіє з неметалами. На сульфат аніон якісною реакцією є утворення білого осаду BaSO4, який не розчиняється у мінеральних кислотах:
Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓
Важливими солями сульфатної кислоти є купороси: мідний купорос CuSO4 · 5 H20 і нікелевий купорос NiSO4 · 7 H2O, гіпс CaSO4 · 2 H2O, залізний купорос FeSO4 · 7 H2O, алюмо – калієвий галун KAl(SO4)2 · 12 H2O.
Сульфатна кислота інтенсивно поглинає пару води і тому її часто застосовують для осушування газів. Зневоджування багатьох органічних речовин, наприклад, вуглеводів ( клітковина, цукор та ін. ) пояснюється здатністю сульфатної кислоти ( H2SO4 ) поглинати воду.
Якщо сульфатну кислоту розчинити у воді, то утворюються гідрати і виділяється дуже велика кількість теплоти. Тому змішувати концентровану сульфатну кислоту з водою слід дуже обережно. Для приготування водного розчину H2SO4 кислоту слід обережно лити у воду тонким струменем, інтенсивно перемішуючи. Ні в якому разі не можна лити воду в концентровану сульфатну кислоту – відбувається бурхливе – подібне до вибуху, закипання рідини, що супроводжується розбризкуванням.
2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Теоретичні основи визначення сульфатів
2.1.1 Титриметричним методом аналізу
Титриметричний метод аналізу заснований на точному вимірі кількості реактиву, витраченого на реакцію з обумовленою речовиною. Ще недавно цей метод аналізу називали об'ємним у зв'язку з тим, що найпоширенішим у практиці способом виміру кількості реактиву був вимір об'єму розчину, витраченого на реакцію. Однак останнім часом його називають титриметричним аналізом, тому що поряд з виміром об'ємів широко використаються інші методи ( зважування, електрохімічне перетворення та інше ).
Основним видом концентрації у титриметричному аналізі є титр. В аналітичній хімії титр — один із способів вираження концентрації розчину. Титр показує число грамів розчиненої речовини в 1 моль розчину. Титрований, або стандартний, розчин - розчин, концентрація якого відома з високою точністю. Титрування – додавання титрованного розчину до аналізованого для визначення точно еквівалентної кількості. Розчин, яким титрують, часто називають робочим розчином або титрантом. Наприклад, якщо кислота титрується лугом, розчин лугу називається титрантом. Момент титрування, коли кількість доданого титранта хімічно еквівалентно кількості титруємої речовини, називається точкою еквівалентності.
У титриметричному аналізі не може бути використана будь-яка хімічна реакція. Реакції, які застосовують в титриметрії, повинні задовольняти наступним основним вимогам:
1) Реакція повинна протікати кількісно, тобто константа рівноваги реакції повинна бути досить велика;
2) Реакція повинна протікати з великою швидкістю;
3) Реакція не повинна ускладнюватися протіканням побічних реакцій;
4) Повинен існувати спосіб визначення закінчення реакції.
Якщо реакція не задовольняє хоча б одному із цих вимог, вона не може бути використана в титриметричному аналізі.
У титриметричному аналізі використовують реакції різного типу: кислотно-основної взаємодії, комплексоутворення та інші, що задовольняють тим вимогам, які ставляться до титриметричних реакцій. Окремі титриметричні методи одержали назву по типу основної реакції, що протікає при титруванні або за назвою титранта (наприклад, в аргентометричних методах титрантом є розчин AgNO3, у перманганатометричних - розчин КМпО4 і т.д.). По способу фіксування точки еквівалентності виділяють методи титрування з кольоровими індикаторами, методи потенціометричного титрування, кондуктометричного, фотометричного та інші. В даній курсовій роботі я використовую один із методів титриметричного аналізу – комплексонометричний методом аналізу.
Комплексонометричний метод аналізу заснований на тому, що речовина, яка міститься у робочому розчині, утворює з аналізуючим катіоном міцнну комплексну сполуку, яке розчиняється у воді. Хоча у ході титрування осад не утворюється, концентрація визначаємого іона по мірі титрування зменшиться, так як все більша кількість його зв’язується в комплекс. В цьому відношені процес комплексоутворення аналогічний процесу осадження. Осадження відбувається тим повніше, чим менше розчинність утворюючегося осаду. Визначаємий іон зв’язується у комплекс тим повніше , чим прочніше цей комплекс, тобто чим менша константа його нестійкості.
В наш час для хімічного аналізу широко приміняють групу органічних реактивів, об’єднаних під загальною назвою – комплексони. Найбільш широкого використовують комплексон під назвою трилон Б, з якого готують робочий розчин для титрування методом комплексоутворення. Трилон Б (скорочено Na2H2Tr) – кисла двунатрієва сіль етилендіамінотетраоцтова кислота.
Трилон Б, як і інші комплексони, утворює міцні, розчинні у воді комплексні сполуки з іонами магнію, барію, марганцю, лужноземельних металів, рідко земельних і інших металів. Наприклад:
2.1.2 Турбидиметричним методом аналізу
При проходженні пучка світла крізь суспензію дрібних твердих часток у розчиннику (дисперсна система) відбувається бічне розсіювання світла (візуально спостерігається мутність). Якщо довжина хвилі менше лінійних розмірів часток, то розсіювання обумовлене заломленням на границі розділу частка — розчинник і відбиттям його частками. Якщо довжина хвилі більше лінійних розмірів часток, то відбувається дифракція світлової хвилі; виникає ефект Тиндаля. Інтенсивність розсіювання зростає зі збільшенням числа часток, що розсіюють. На цьому засновані два подібних аналітичних методів визначення концентрації речовини: нефелометрія й турбидиметрія. При турбидиметричних визначеннях вимірюють потужність світла W, що виходить із кювети в напрямку падаючого світлового проміню. При нефелометричних визначеннях вимірюють потужність розсіювання світла (WP) у напрямку, перпендикулярному напрямку первинного пучка (рис. 2.1). Турбидиметричною (нефелометричною) суспензією називають суспензії малорозчинних речовин при їхньому вмісті 100 мг на 1 л і менше. Частки відбивають постійну частку світла протягом проміжку часу, достатнього для виміру. Потужність світлового потоку, що розсіює дрібними Частками суспензії, описується рівнянням Релея, формула 2.1:
(2.1)
де k1 — коефіцієнт;
V — середній об'єм частки суспензії;
C — концентрація часток;
δ — густина речовини частки;
λ — довжина хвилі падаючого світла;
n1 — показник заломлення часток суспензії;
n2 — показник заломлення розчинника.
Рисунок 2.1. Схема виміру світлових потоків у нефелометрії і турбидиметрії.
Значення V, δ, n залежать для даної суспензії від умов її одержання й виміру: швидкості змішування реагентів, швидкості перемішування, температури, кислотності середовища, присутності сторонніх іонів, довжини хвилі падаючого світла. При сталості умов величини n1, n2, λ, α, V; поєднуючи всі постійні величини в рівнянні (2.1) в одну константу, можемо записати формулу 2.2:
Wp=kC (2.2)
тобто потужність розсіяного світлового проміню прямопропорційна концентрації часток суспензії. Для двох мутних середовищ із частками однакової форми й розмірів відношення потужностей розсіяного світла пропорційно відношенню концентрацій часток:
Звідки
(2.3)
Формулу 2.3 використовують при нефелометричних визначеннях.
При турбидиметричних вимірах зв'язок між потужністю світлового променю, що пройшов крізь суспензію і розміром часток суспензії описується наближеним рівнянням 2.4:
(2.4)
де А — здатність, що розсіює (величина, аналогічна оптичному поглинанню) ;
W0 - потужність падаючого на суспензію світлового проміню;
W - потужність пройшовшого через суспензію світлового потоку;
l - товщина поглинаючого шару;
r - середній діаметр часток;
λ – довжина хвилі падаючого світла;
k1 — коефіцієнт пропорційності, що залежить від природи суспензії і методу виміру;
α - константа, що залежить тільки від методу виміру. Рівняння (2.4) справедливо тільки для сильно розведених суспензій.
При турбидиметричному визначенні користуються тим самим приладом, суспензії готують строго по певному прописі, тобто всі виміри проводять при певних значеннях k1, r, α і λ.
Об’єднуючи в рівнянні (2.4) всі постійні величини в одну, одержимо більш просте рівняння 2.5:
A = kLC (2.5)
Це відношення аналогічно рівнянню Бугера-Ламберта-Бера для поглинання світла кольоровими розчинами. З рівнянь (2.1) і (2.4) ми бачимо, що інтенсивність розсіяного й поглиненого світла залежить від розміру часток суспензії.
Для запобігання коагуляції часток у суспензії часто вводять стабілізуючі колоїди (желатину, крохмалю та ін.).
Нефелометричні й турбидиметричні визначення в практиці виробничих лабораторій застосовують обмежено, тому що важко одержати однакові по розмірах частки суспензії, осади повинні мати дуже малу розчинність. Отримання правильних результатів у турбидиметричному методі аналізу залежить від: порядку змішання реактивів, швидкості перемішування розчинів, часу отримання дисперсної системи, співвідношення концентрації осаджуваної речовини і осаджувача, температури, а також зміна струму в мережі дає помилку при вимірюванні аналітичного сигналу, що призводить до недостатньо точних результатів.Нефелометричні й турбидиметричні визначення заміняють, коли це можливо, іншими методами (фотометричними, електрометричними).
2.2 Обладнання методів визначення сульфатів у стічній воді
Двопроменеві фотоколориметри типу ФЕК
Фотоелектроколориметр використовують для визначення концентрації речовини у розчині по величині поглинання монохроматичного світла. Його використовують для кількісного та якісного аналізів. На рисунку 1 представлена принципова схема фотоколориметру типу ФЕК.
Рисунок 1. Принципова схема фотоколориметру типу ФЕК
1 - джерело світла; 2 - теплозахисні світлофільтри; 3 - розподільча призма;4,4' - поворотні призми; 5,5' - кольорові світлофільтри; 6,6' - кюветні відділення; 7,7' - щілинні діафрагми з відліковими барабанами; 8,8' - фотоелементи; 9 - обернений підсилювач; 10 - нуль-гальванометр.
Фотоелектроколориметр – нефелометр ФЕК – 56 має оптику яка дає можливість вимірювати в області спектра від 315 до 630 ммк. Прилад може використовуватись як нефелометр. Для цьохо необхідно в отвір, де поміщаються лінзи, розміщеніі перед кюветним відділенням, вставити точечні діафрагми, сильно звужуючи світлові промені і поставити рукоятку у положення „нефелометр". Для нефелометричних визначень мається три світлофільтра - № 9, 10 і 11. В решті принцип роботи на цьому приладі нічим не відрізняється от принципу роботи на ФЕК–М. Необхідно лише пам’ятати, що перед початком вимірів необхідно проводить установку електричного нуля.
Принцип дії двопроменевих фотоколориметрів заснований на принципі зрівняння потужності двох світлових потоків з допомогою рухливої щілинної діафрагми.
Два світлових променя (1 та 1') попадають на однакові фотоелементи (8 та 8'). Струм, який створюється, тече по рамці нуль-гальванометра 10 у протилежних напрямках. Коли у кюветах 6 та 6' знаходяться однакові розчини порівняння (дистильована вода або нульовий розчин), то при однаковій потужності світлового променю фотоструми будуть однакові по значенню, але протилежні по напрямку. Тобто має місце компенсації струмів і стрілка гальванометру 10 не буде відхилятися від "0". Якщо в один із потоків (правий) ввести досліджуваний розчин, то потужності світлових променів, що попадають на фотоелементи, різні, а, отже, різні і фотоструми. Тобто компенсація струмів порушується і стрілка гальванометру відхиляється на величину цього порушення, тобто на величину, пропорційну концентрації введеного розчину. Змінюючи площу вхідного отвору щілинної діафрагми, зрівнюємо світлові промені, що попадають на обидва фотоелемента. Про те, то світлові промені рівні, свідчить встановлення стрілки на "0". Значення оптичного поглинання знімають по відліковому барабану..
Старі фотоколориметри ФЕК мають чотири світлофільтри (ФЕК-56). ФЕК-60 (нове покоління) має 9 світлофільтрів і дає можливість досліджувати розчини в діапазоні 400-950 нм.
Рисунок 2. Зовнішній вигляд фотоколориметру ФЕК-М
1 - корпус; 2 - кришка відділення світлофільтрів; 3 - сектори зі світлофільтрами; 4 - лампа; 5 - кришка кюветного відділення; 6 - рукоятка шторки; 7 - кювето-тримач; 8 - відлікові шкали; 9-барабани; 10 - нуль-гальванометр; 11 - маховичок світлофільтрів; 12 - маховичок сірого клину тонкого настроювання; 14 - перемикач чутливості.
Порядок операцій при вимірах на фотоколориметрі типу ФЕК – М:
1. Вмикають прилад у мережу. При цьому загорається лампа 4. Рукояткою 11 встановлюють потрібний світлофільтр. Перемикач шторки 6 при цьому повинен бути в положенні "зачинено". Через 30 хвилин відкривають шторку, і через 5 хвилин знову її закривають.
2. Компенсують темновий струм ("електричний 0"). Для цього поворотом рукоятки 12,13 встановлюють стрілку мікроамперметра 10 на "0".
3. В лівий світловий потік па весь час вимірів встановлюють кювету з розчином порівняння 7. В правий кюветотримач встановлюють: в одне гніздо- кювету з розчином порівняння, в друге - кювету з досліджуваним розчином.
4 В лівий і правий світловий потік встановлюють розчин порівняння. Закривають кришку кюветного відділення 5. Індекс правого відлікового барабану 9 встановлюють на "0" по шкалі 8. Відкривають шторку 6 і повертаючи барабани 12 (точно) і 13 (грубо), встановлюють стрілку мікроамперметра 10 на "0"
5. Відкривають кюветне відділення 7 і в правий світловий потік вводять кювету з досліджуваним розчином. Кришку кюветного відділення 7 закривають, стрілка мікроамперметра 10 при цьому відхиляється від "0".
6. Поворотом правого відлікового барабану 9 встановлюють першопочаткове нульове значення стрілки "0"-гальванометра і відліковують по червоній шкалі барабану 8 значення оптичного поглинання.
7. Відкривають кюветне відділення, закривають шторку 6.
8. Виймають кювети з кюветного відділення, промивають їх, вимикають прилад із мережі. Охолоджують прилад при відкритому кюветному відділенні.
3. ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3.1 Методики визначення сульфатів у стічній воді
3.1.1 Комплексонометричним методом аналізу
Метод заснован на осадженні іонів SO42- хлоридом барію.
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2 HCl
Осад сульфату барію розчиняють в титрованому розчині трилону Б, залишок якого визначають титруванням розчином хлориду магнію.
Кількість трилону Б , витраченого на розчинення сульфату барію еквівалентного кількості сульфат– іонів у взятому об’ємі води. Точність методу ± 2,0 мг/дм3 SO42-.
Оптимальні інтервали концентрацій для комплексно-метричного визначення сульфат – іонів находяться у межах 5–25мг.
Засоби вимірної техніки, дослідницьке і допоміжне обладнання, матеріали і реактиви:
1. Баня водяна.
2. Електроплитка.
3. Посуд мірна лабораторна скляна по ГОСТ 1770 – 74 і ГОСТ 20292 – 74, місткістю 50, 100, 250, 500, 1000 см3.
4. Бюретки місткістю 25 см3 з краном.
5. Воронки скляні по ГОСТ 25336 – 82.
6. Фільтри беззольні паперові „синя стрічка".
7. Хлорид барію по ГОСТ 4108 – 72.
8. Хлорид магнію по ГОСТ 4209 – 77.
9. Трилон Б по ГОСТ 10652 – 73.
10. Сульфат магнію фіксонал по ГОСТ 4523 – 77.
11. Хлорид амонію по ГОСТ 3773 – 72.
12. Аміак по ГОСТ 3760 – 79.
13. Хлорид натрію по ГОСТ 4233 – 77.
14. Цинк металічний.
15. Кислота соляна по ГОСТ 3188 – 77.
16. Хромоген чорний ЕТ – 00.
17. Спирт етиловий ректифікований по ГОСТ 5962 – 67.
Підготовка до аналізу
Всі реактиви готують на двічі перегінній дистильованій воді в скляному приладі ( вода не повинна мати у своєму складі міді ).
Хід визначення
100см3 досліджуємої води (при необхідності концентрують або розбавляють) поміщають в конічну колбу ємністю 250 см3. В цій же колбі, якщо необхідно, випаровуванням ( не досягає кипіння ) підкисленого розчину концентрують SO42-, підливаючи по мірі випаровування нову порцію досліджуваної води.Розчин підкислюють трьома краплинами концентрованої соляної кислоти ( до кислої реакції ), додають 25,00 см 3 з молярною концентрацією еквівалентів 0,05 моль/л розчину хлориду барію, нагрівають до кипіння, кип’ятять 10 хвилин від початку кипіння і залишають на водяній бані біля 1 години.
Через 1 годину розчин фільтрують звичайним способом крізь невеликий беззольний фільтр „синя стрічка", попередньо промитий гарячою дистильованою водою. Фільтрування проводять, по можливості, не переміщаючи осад сульфату барію на фільтр. Колбу с осадом промивають 5 – 6 разів помірно гарячою водою ( 40 – 50 0 С ), не зчищаючи приставшого до стінок колби осаду, пропускають промивні води через той же фільтр. Фільтр с частиною потрапившого на нього осаду BaSO4 промивають 2 – 3 рази водою до негативної реакції на Cl-. Коли вода стече, осад поміщають у ту ж колбу, в якій проводилось осадження. Приливають 5 см3 розчину аміаку з молярною концентрацією еквівалентів 9 моль/л, фільтр обережно розгортають скляною паличкою і розправляють по дну колби. Потім приливають 6см3 розчину трилону Б з молярною концентрацією еквівалентів 0,05 моль/л на кожні 5 мг припустимого вмісту сульфат – іонів у взятому для визначення об’ємі дослідж. води.
Склад сульфат – іонів може бути приблизно визначено по попередньо проведеній якісній реакції.
Вміст колби обережно нагрівають на пісчаній бані до кипіння і кип’ятять до розчинення осаду ( 3 – 5 хвилин ), тримаючи колбу під нахилом, періодично перемішують рідину.
Розчин охолоджують, приливають 50 см 3 дистильованої води, 5 см 3 аміачного буферного розчину і додають суху суміш індикатора ~ 0,1 г ( або додають 5 крапель спиртового розчину індикатора ). Залишок трилону Б титрують розчином хлориду магнію до переходу забарвлення з синього у лілове.
1 см 3,з молярною концентрацією еквівалентів 0,05 моль/л, розчину трилону Б містить 2,4 мг SO42-.
Вміст сульфатів ( Х ), мг/л, розраховують за формулою:
,
де n – кількість доданого розчину трилону Б, см3;
K – поправочний коефіцієнт до нормальності розчину трилону Б;
m – кількість хлориду магнію, витраченого на титрування,см3;
К1 – поправочний коефіцієнт до нормальності розчину хлориду магнію;
V – об’єм досліджуємої води, взятий для визначення, см3;
При вмісті у воді сульфатів SO42- більше 250 мг/дм3 пробу води необхідно розвести водою.
При вмісті сульфатів менше 50 мг/дм 3 необхідно брати для визначення великий об’єм досліджуємої води і концентрувати його.
Припустиме відхилення між повторними визначеннями сульфатів: 3 – 5 мг/дм3, якщо їх вміст не перевищує 25 мг/дм3, 5 – 10 мг/дм3, якщо їх вміст не перевищує 25 – 300 мг/дм 3 при більш високих концентраціях – 3 % відношення.
3.1.2 Турбидиметричним методом аналізу
Метод заснований на визначенні сульфат – іону у вигляді BaSO4 і солянокислому середовищі за допомогою гліколєвого реагента. Гліколь, введений в реакційну суміш при осаджувані сульфату барія, стабілізує утворюючу суспензію BaSO4 і робить можливим турбидиметричне мікровизначення сульфатів. Чутливість методу 2 мг/дм3 SO42- .
Засоби вимірної техніки, дослідницьке і допоміжне обладнання, матеріали і реактиви:
1. Баня водяна.
2. Електроплитка.
3. Плита муфельна ( 800 0 С ).
4. Щипці тигельні.
5. Фотоелектроколориметр.
6. Кювета l = 20 мм.
7. Ексикатор.
8. Посуд мірний лабораторний скляний по ГОСТ 1770 – 74 і ГОСТ 20292 – 74, місткістю: піпетки 50 і 100 см3 без ділень, піпетки 5 і 10 см3 с діленням на 0,1 см3, циліндри мірні 10 см3.
9. Колби мірні місткістю 250, 500 і 1000 см3.
10. Стакан хімічний місткістю 250, 400 і 600 см3 по ГОСТ 25336 – 82.
11. Крапельниці скляні лабораторні по ГОСТ 25336 – 82.
12. пробірки колориметричні с притертою пробкою і відміткою на 10 м по ГОСТ 25336 – 82.
13. Палички скляні.
14. Скельця годинникові.
15. Фільтри беззольні „синя стрічка".
16. Воронки скляні по ГОСТ 25336 – 82.
17. Тиглі лабораторні.
18. Сульфат калію по ГОСТ 4145 – 74.
19. Кислота азотна по ГОСТ 4461 – 77.
20. Хлорид барію по ГОСТ 4108 – 72.
21. Кислота соляна по ГОСТ 3118 – 77.
22. Метиловий оранжевий.
23. Етиленгліколь по ГОСТ 10164 – 75.
24. Нітрат срібла по ГОСТ 1277 – 75.
25. Спирт етиловий ректифікований по ГОСТ 5962 – 67.
26. Вода дистильована по ГОСТ 6709 – 72.
Усі реактиви для аналізу повинні бути кваліфікації „чисті для аналізу".
Хід визачення
До 5 см3 досліджуваної проби або концентрату води, відібраної в мірний циліндр місткістю 10 см3, додають 1 – 2 краплини соляної кислоти (1:1) і 5 см3 гліколієвого реагенту, ретельно перемішують. Після 30 хвилин експозиції вимірюють оптичну густину розчину фотоелектроколориметром, в кюветах l = 20 мм і світлофільтром с довжиною хвилі 364 нм. Досліджувана проба води с додаванням гліколєвого реагента, приготованого без BaCl2, являється розчином порівняння. Вміст сульфатів находять по каліброваній кривій.
Для побудови каліброваної кривої в ряд мірних колб місткістю 50 см3 вносять 0,0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 см3 основного стандартного розчину K2SO4 ( 0,5 мг SO42- в 1 см3 ) і доводять об’єм до мітки дистильованою водою. Приготовані розчини містять: 0,0; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 14,0; 16,0; 18,0; 20 мг/дм3 SO42-. Вимірюють по 5 см3 з кожного розчину у мірні циліндри місткістю 10 см3 ( або в мірні колориметричні пробірки с відміткою 10 см3 ).
В кожний циліндр з утвореним розчином додають 1 – 2 краплини соляної кислоти (1:1) і 5 см3 гліколєвого реагенту, ретельно перемішують, через 30 хвилин вимірюють оптичне поглинання, потім будують калібрований графік. Оптимальні інтервали концентрацій для турбидиметричного визначення сульфат – іона знаходиться в межах 2 – 25 мг/дм 3. При концентрації SO42- менше 2 мг/дм3 необхідно попередньо концентрування проби води упарюванням.
Для побудови каліброваного графіку беремо стандартні зразки з вмістом сульфату 0,5 мг/см 3 та готуємо з нього стандартні розведення та вимірюємо їх аналітичний сигнал.
3.2 Експеримент по визначенню сульфатів у стічній воді
3.2.1 Комплексонометричним методом аналізу
Виконуємо аналіз по визначенню сульфатів у стічній воді комплексонометоричним методом аналізу згідно з інструкцією описаною в розділі 3.1.1 „Методики визначення сульфатів у стічній воді комплексонометричним методом аналізу".
Таблиця 3.1 Об′єм MgCl2 який пішов на титрування розчину трилону Б
| № | Vx (досл.зр.) , см3 | VTp Б, см3 |
Подобные работы:
Актуально:
|