С ионселективным электродом

Аммонийный азот в водах находится, главным образом, в растворенном состоянии в виде ионов аммония и недиссоциированных молекул NH₄ОН, количественное соотношение которых имеет важное экологическое значение и определяется величиной рН и температурой воды. В то же время некоторая часть аммонийного азота может мигрировать в сорбированном состоянии на минеральных и органических взвесях, а также в виде различных комплексных соединений.

Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано, главным образом, с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины. Естественными источниками аммиака служат прижизненные выделения гидробионтов. Кроме того, ионы аммония могут образовываться в результате анаэробных процессов восстановления нитратов и нитритов.

Источником антропогенного загрязнения водных объектов ионами аммония являются сточные воды многих отраслей промышленности, бытовые сточные воды, стоки с сельскохозяйственных угодий.

Сезонные колебания концентрации ионов аммония характеризуются обычно понижением весной, в период интенсивной фотосинтетической деятельности фитопланктона, и повышением летом при усилении процессов бактериального разложения органического вещества в периоды отмирания водных организмов, особенно в зонах их скопления: в придонном слое водоема, в слоях повышенной плотности фито- и бактериопланктона. В осенне-зимний период повышенное содержание ионов аммония связано с продолжающейся минерализацией органических веществ в условиях слабого потребления фитопланктоном.

Повышенное содержание ионов аммония указывает на ухудшение санитарного состояния водного объекта, причем, поскольку аммиак более токсичен, чем ионы аммония, опасность аммонийного азота для гидробионтов возрастает с повышением рН воды.

Увеличение концентрации аммонийного азота обычно является показателем свежего загрязнения.

Для водных объектов рыбохозяйственного назначения предельно допустимая концентрация (ПДК) ионов аммония 0,4 мг/дм³, аммиака - 0,04 мг/дм³ по азоту; для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения ПДК соответственно равны 2,0 мг/дм³ и 1,0 мг/дм³.

Метод измерения.В основу определения положено измерение потенциала электрода, селективного к ионам аммония. По величине электродного потенциала из градуировочной зависимости находят концентрацию в пробе ионов аммония.

Минеральные и органические вещества обычно присутствующие в поверхностных и очищенных сточных водах не мешают анализу.

Оборудование и реактивы:

- иономер «Эксперт-001», снабжённый магнитной мешалкой;

- электрод измерительный ионселективный «Элит-051»;

- электрод вспомогательный хлоридсеребрянный;

- весы аналитические;

- шкаф сушильный общелабораторного назначения;

- колбы мерные не ниже 2 класса точности вместимостью:

100 см³ – 4;

250 см³ – 1;

500 см³ – 1;

- пипетка градуированная вместимостью:

10 см³ – 1;

- пипетки Мора вместимостью:

10 см³ – 1;

20 см³ – 1;

- стаканы химические вместимостью:

100 см³ – 5;

150 см³ – 3;

500 см³ – 1;

- шприц медицинский вместимостью:

2 или 5 см³ – 1;

- воронка лабораторная диаметром 3 - 4 см – 1;

- хлорид аммония NH₄Cl х.ч., высушенный при температуре 105 ^ОС в течение 1 часа;

- буферный раствор трис-(оксиметил)-аминометана (рН – 7,5 – 8.0) или фосфатный буфер с аналогичным значением рН;

- насыщенный раствор хлорида калия;

- безамммонийная дистиллированная вода (перегнанный дистиллят из малинового раствора KMnO₄, подкисленного серной кислотой);

- вода дистиллированная;

- фильтровальная бумага.

Ход работы

1. Приготовление градуировочных растворов

Градуировочные растворы готовят из хлорида аммония.

1.1. Раствор хлорида аммония 0,1 моль/дм³.

1,337 г NH₄Cl, предварительно высушенного при температуре 105 ⁰С

до постоянной массы, растворяют в безаммиачной воде в мерной колбе вместимостью 250 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.2. Раствор хлорида аммония 0,01 моль/дм³ (pNH₄ = 2,0).

Отбирают 10 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 0,1 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.3. Раствор хлорида аммония 0,001 моль/дм³ (pNH₄ = 3,0).

Отбирают 10 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 0,01 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.4. Раствор хлорида аммония 6,00∙10^-4 моль/дм³ (pNH₄ = 3,2).

Отбирают 6,0 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 0,01 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.5. Раствор хлорида аммония 1,00∙10^-4 моль/дм³ (pNH₄ = 4,0).

Отбирают 10 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 1,00∙10^-3 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.6. Раствор хлорида аммония 5,00∙10^-5 моль/дм³ (pNH₄ = 4,3).

Отбирают 5,0 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 1,00∙10^-3 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

1.7. Раствор хлорида аммония 2,00∙10^-5 моль/дм3 (pNH₄ = 4,7).

Отбирают 2,0 см³ раствора NH₄Cl с концентрацией 1,00∙10^-3 моль/дм³ в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят безаммиачной водой до метки на колбе.

Градуировочные растворы хлорида аммония с концентрациями 1,00∙10^-1 - 1,00∙10^-2 моль/дм³ хранят не более 1 мес; 1,00∙10^-3 - 2,00∙10^-5 моль/дм³ готовят непосредственно перед использованием.

Растворы хранят в стеклянной посуде с плотно закрывающейся пробкой.

2. Подготовка прибора, измерительного и вспомогательного электродов к работе

Подготовку прибора, измерительного и вспомогательного электродов к работе осуществляют в соответствии с инструкцией по их эксплуатации.

3. Установление градуировочной зависимости

В стаканы вместимостью 100 см³ отбирают по 20 см³ раствора хлорида аммония с концентрацией 2,00⋅10^-5; 5,00∙10^-5; 1,00⋅10^-4; 6,00⋅10^-3; 1,0⋅10^-3 моль/дм³ и приливают по 1 см³ буферного раствора. Стаканы устанавливают на магнитную мешалку, погружают в раствор электроды и проводят измерение потенциала в градуировочных растворах от меньшей концентрации ионов аммония (2,00⋅10^-5 моль/дм³) к большей (1,00⋅10^-3 моль/дм³), строго следуя инструкции по проведению градуировки электрода (см. с. 3). Глубина погружения электродов и скорость перемешивания должны быть одинаковыми во всех измерениях. Показания прибора записывают после установления постоянного значения потенциала. Время его установления зависит от концентрации ионов аммония в градуировочных растворах и составляет от нескольких секунд до нескольких минут.

4. Определение содержания ионов аммония в природной или сточной воде.

20 см³ анализируемой пробы вносят в стакан вместимостью 100 см³, приливают 1 см³ буферного раствора. Стакан устанавливают на магнитную мешалку, погружают в анализируемую пробу электроды и после установления равновесного значения потенциала записывают показания прибора, строго следуя инструкции по измерению концентрации исследуемого иона (см. с. 3). По окончании измерения электроды отмывают дистиллированной водой. Отмывка электродов происходит достаточно быстро при её трехкратной замене, затем удаляют остатки воды фильтровальной бумагой. Проводят три измерения потенциала в одной анализируемой пробе воды и за истинное значение принимают два одинаковых показания прибора.

Температура анализируемой пробы должна быть одинакова с температурой растворов при установлении градуировочной зависимости.

Результат измерения представляют в виде:

где Δ - характеристика погрешности измерения для данной массовой концентрации ионов аммония (таблица 7.4).

Таблица 7.4. Значения характеристик погрешности и ее составляющих

(Р = 0,95)

Диапазон измеряемых концентраций ионов NH4,С, мг/дм3	Характеристика составляющих погрешности, %	Характеристика погрешности, %
Случайной, a (D¢)	Систематической, Dс
0,4 – 11,4
Свыше 11,4 – 180,0

Численные значения результата измерения должны оканчиваться цифрой того же разряда, что и значения характеристики погрешности.