Відбір проб води для визначення концентрації розчиненого кисню
ВИЗНАЧЕННЯ КИСНЮ, РОЗЧИНЕНОГО У ВОДІ
І. Теоретичне введення
Фактори, що визначають розчинність і концентрацію кисню у воді
Під розчинністю газів приймають його массу, що міститься в одному літрі води за даних температурі та тиску. При збільшенні температури розчинність газів змкншується, а при підвищенні тиску – збільшується.
В природних умовах у воді, яка містить мінеральні (оксиди заліза, нітнити натрію, амоні., калію) і органічні домішки кисень витрачається на окиснення цих речовин, а також на процеси дихання мікроорганізмів. Тому концентрація кисню у природній воді залежить не тільки від температури та тиску, але й від домішок.
За всіх різних рівних умов концентрація кисню у чистій воді більша, ніж у забрудненій; влітку при хорошій аерації – більшою, ніж взимку, коли шар води вкритий льодом.
ТЬаким чином вміст кисню у природній воді є величиною змінною, що залежить від температури, парціального тиску кисню, ступеня забруднення і ступеня аерації води, від характеру життєдіяльності зелених рослин та різних тварин. Зелені рослини поглинають вуглекислий газ та виділяють кисень, а тварини поглинають кисень та виділяють вуглдекислий газ.
Біологічне та технічне значення кисню, що міститься у воді
Кисень, розчинений у воді, відіграє значну біологічну роль, забезпечує нормальні умови існування флори і фауни водойм. Тому при скиді стічних вод у водойми прагуть зберегти більшу кількість розчиненого киснюу воді і розрахунок допустимих до скиду забруднень проводять з врахуванням того, що концентрація кисню у воді після скиду стічних вод не стала нижче 4 мг/л. Отже, концентрація кисня у воді тієї чи іншої водойми є одним з основних технічних показників, які визначають кількість забруднень, яке може бути допущене до скиду у водойму.
Концентрація кисню у природній воді, якщо враховувати температуру води і ступінь її аерації, дає можливість судити про ступені забруднення води мінеральними та оранічними киснепоглинаючими речовинами, що має важливе значення для оцінки санітарно-гігієнічних властивостей води.
Концентрація кисню у воді є одним з основних показників, за якими оцінюють придатність води для живлення парових котлів. Вода, що примінюється для котлів високих параметрів не повинна містити розчиненого кисню. При концентрації кисню у живильнії воді вище 0,1-0,001 мг/л при високих температурах, що існують в котлах, спостерігається сильна корозія металу котла і тракту живильної води. Наведені приклади показують, що визначення концентрації кисню у воді є одним з найважливіших визначень, що виконуються при аналізі природної води.
Розчинність кисню у воді
Розчинність кисню у воді із повітря при загальному тиску (повітря і парів води) 760 мм рт. ст. і парціальному тиску кисню 0,2095 атм, виражається наступними величинами:
| 0 0С | Розчинність кисню, мг/л |
| 14,56 | |
| 11,25 | |
| 9,08 | |
| 7,49 | |
| 6,42 | |
| 5,51 | |
| 4,68 | |
| 2,80 | |
Приведені значення розчинності кисню у воді зіставляють з аналітично визначеними концентраціями кисню з тією метою, щоб перевірити правильність проведеного визначення чи встановити величину дефіциту у воді.
4. Принцип визначення концентрації кисню, розчиненого у воді (за Вінклером)
Визначення концентрації кисню у воді грунтується на використанні ряду окисно-відновних процесіві, і зокрема, на властивості гідрату окису марганцю окислюватися в лужному середовищі і кількісно зв’язувати розчинений у воді кисень. При добавленні до досліджуваної проби води розчину хлористого або сірчанокислого марганцю і лужного розчину йодистого калію проходе утворення білого драглистого осаду гідрату осиду марганцю
MnCl2+2NaOH=2NaCl+Mn(OH)3.
Останній легко окислюється розчиненим киснем і перетворюється при цьому в гідрат оксиду марганцю бурого забарвлення
2Mn(OH)2+O2+2H2O=4Mn(OH)3.
При розчиненні осаду Mn(OH)3 в кислоті іони Mn3+ окислюють іони Mn2+, що знаходяться в тому ж розчині.
В результаті цього виділяється вільний йод в кількості, еквівалентній поглиненому кисню, за рівнянням
2Mn(OH)3+3H2SO4+2KI=2MnSO4+K2SO4+I2+6H2O.
Йод, що виділився, відтитровується з антинормальним розчином гіпосульфіту за рівнянням
I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6.
Один мілілітр 0,01н. тіосульфату /0,01 мг-екв, витраченого на титрування проби, відповідає 0,01 мг-екв йоду або 0,01 мг-екв кисню (0,08 мг).
Спосіб Вінклера дає точні результати лише в тому випадку, коли вода містить незначну кількість нітритів (не більше 0,1 мг/л) та органічних речовин. В іншому випадку задовольняючі результати можуть бути отримані тільки після попереднього окислення солей азотної кислоти та органічних речовин.
Необхідні реактиви
1. Розчин хлористого марганцю, що містить 80 г MnCl2•4H2O в 100 мл води. Розчин не повинен містити з’єднань окисного заліза та викликати виділення йоду із підкисленого розчину йодистого калію.
2. Лужний розчин йодистого калію, що містить 32 г NaOH і 10 г KI в 100 г води, розчин, підкислений сірчаною кислотою (1:3), не повинен давати з крохмалем синього забарвлення. При наявності окиснювачів в їдкому натрієві останній готується із соди в гашеному вапні за рівнянням
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH.
3. Хімічно чиста сірчана кислота, розбавлена у відношенні 1:3, що не містить нітритів і не викликає появу синього забарвлення з крохмалом в розчині йодистого калію при підкислюванні його сірчаною кислотою.
4. 0,01 н. розчин тіосульфату натрію (Na2S2O3•5H2O), що містить 2,48 г солі в 1 л розчину. 1,мл такого розчину, що пішов на титрування йоду при визначенні кисню, відповідає 0,08 мг О2. Титр розчину Na2S2O3 встановлюється за 0,01 н. розчином йоду.
5. 1 %-ий розчин крохмалу.
Відбір проб води для визначення концентрації розчиненого кисню
Воду, що знаходилася протягом довгого часу в контакті з повітрям і прийшла з ним в рівновагу, можна наливати в кисневу склянку з попередньо визначеним об’ємом (150-250 мл), забезпечену пришліфованою пробкою. В тих випадках коли передбачається, що вода містить меншу (на великих глибинах, в забруднених джерелах, живильна вода для парових котлів) чи більшу кількість розчиненого кисню, яка відповідає його рівноважному насиченню на повітрі при даній температурі, взяття проби для аналізу проводиться з таким розрахунком, щоб в процесі відбору її не міг змінитись вміст розчиненого кисню за рахунок за рахунок переходу його з води в повітря чи навпаки. Це досягається тим, що при відборі проби воду в кисневій склянці змінюють не менше трьох разів з тією метою, що перші порції води, що надходять в неї і контактують з повітрям, були витіснені наступними порціями.
Після відбору проб гумову пробку з кисневої склянки обережно виймають і закривають склянку пришліфованою скляною пробкою, не допускаючи при цьому потрапляння в склянку пухирців повітря. Останнього можна уникнути, якщо гумову пробку занурити на невелику глибину в горло кисневої склянки, так, щоб після видалення пробки і трубки в горлі залишився деякий надлишок води, витіснений скляною пробкою.