Фотоколориметрическое определение массовой доли фенола в сточных водах

Метод состоит в том, что содержащийся в испытуемой воде фенол отгоняется с водяным паром. Затем в кислой среде при действии хлористого нитродиазобензола получается азосоединение, которое окрашивает раствор в слабо-оранжевый цвет. Этот раствор колориметрируют на фотоэлектроколориметре. По интенсивности окраски раствора с помощью градуировочного графика находят содержание фенола.

Рабочий раствор хлористого n-нитродиазобензола приготовляется из n-нитроанилина и азотистой кислоты по следующей схеме:

Реакция азосочетания n-нитродиазобензола с фенолом описывается уравнением:

При наличии в воде одноатомных фенола образуется гидроксиазо-n-нитробензол, который окрашивает раствор в оранжевый цвет.

Реакция с пирамидоном, характерная для фенола и его произ­водных, протекает при pH 9,3. При концентрации фенола в сточной воде выше 0,03 мг/л опреде­ление проводят в водной среде; при более низких концентрациях необходимо предварительно экст­рагировать фенолы смесью изоамилового спирта с хлороформом в соотношении 2 : 1.

Аппаратура. Перегонная установка, состоящая из отгонной и приемной колб вместимостью по 500 мл каждая и змеевикового холодильника с впаянным кожу­хом, собирается на шлифах.

В приемную колбу для уравнения давления паров с атмосферным давлением впаяна трубка с откры­тым концом.

Делительные воронки на 500 мл. Мерные колбы на 25 мл. Фотоэлектроколориметр, синий светофильтр (λ=570 мкм). Потенциометр.

Реактивы. Раствор пирамидона. В 100 мг бидистиллята раст­воряют 3,5 г пирамидона. Раствор годен в течение 3—5 сут.

Спиртовой раствор пирамидона. В 100 мл этилового спирта растворяют 7 г пирамидона. Раствор годен в течение 1 мес.

Раствор персульфата аммония. В бидистилляте растворяют 50 г соли, нейтрализуют концентрированным аммиаком до перехода окраски лакмусовой бумаги в синюю, доводят объем до 250 мл и фильтруют. Раствор годен в течение 1 мес.

Буферная смесь, pH 9,3. В 900 мл бидистиллята растворяют 50 г хлористого аммония, добавляют 40 мл концентрированного аммиака и доводят объем до 1 л.

Сернокислая медь, 10%-ный водный раствор.

Серная кислота (плотность 1,84 г/см³).

Натр едкий, 10%-ный водный раствор.

Этиловый спирт, ректифицированный, ГОСТ 5962—67.

Стандартные растворы фенола готовят только в день анализа:

а) основной раствор; 10 г свежеперегнанного фенола (темп. кип. 181° С) растворяют в 1 л бидистиллята, титр раствора 10 мг/мл;

б) рабочий раствор; 5 мл основного раствора фенола (а) раз­бавляют водой до 500 мл; титр раствора 0,1 мг/мл; растворы приго­товляют перед употреблением.

Экстракционная смесь: 200 мл очищенного изоамилового спирта и 100 мл предварительно высушенного и перегнанного хлороформа.

Очистка изоамилового спирта. Для работы необходим изоами- ловый спирт, не содержащий пиридиновых оснований, фурфурола и его производных. Для очистки к изоамиловому спирту прибавляют 5%-ный раствор серной кислоты из расчета 1 ч. кислоты на 5 ч. изо­амилового спирта. Энергично встряхивают в делительной воронке, сливают водный слой и промывают несколько раз дистиллированной водой. Для удаления фурфурола изоамиловый спирт взбалтывают в делительных воронках с насыщенным водным раствором бисуль­фита натрия, сливают водный слой, промывают спирт водой, под­кисленной серной кислотой, кипятят с обратным холодильником для удаления SO₂^2- и промывают бидистиллятом. Эту операцию повто­ряют два раза. Очищенный изоамиловый спирт высушивают прока­ленным K₂SO₄ и перегоняют, собирая фракцию с температурой кипе­ния 128-132 °С. Изоамиловый спирт можно считать чистым, если при растворении в нем бромистого циана и добавлении анилиновой воды окраска не появляется в течение 3 ч. Хранят спирт в темном прохладном месте в темной склянке. Работать с изоамиловым спир­том следует в вытяжном шкафу.

Консервация и хранение проб сточной воды. В разбавленных растворах фенолы при стоянии быстро разлагаются, поэтому пробы необходимо анализировать не позже чем через 4 ч после отбора. В противном случае пробу консервируют, добавляя на каждый литр сточной воды 5 мл 10%-ного раствора едкого натра. В щелочном растворе образуется фенолят натрия, в таком виде проба может храниться в темном и прохладном месте.

Ход определения. В колбу для отгона отбирают на анализ такое количество воды, чтобы содержание в ней фенолов не превы­шало 1 мг/л. При концентрации фенола до 1 мг на анализ берут 25—50 мл воды, а при концентрации 0,01—0,08 мг/л (в очищенной воде) — 500 мл. Небольшие объемы разбавляют бидистиллятом до 300—400 мл, добавляют сульфат меди из расчета 2 мл на каждые 10 мл поступающей сточной воды и 2 мл на каждые 100 мл очищен­ной воды.

Подкисляют 5 мл концентрированной серной кислоты, для равно­мерного кипения опускают несколько стеклянных капилляров, при­соединяют к холодильнику и нагревают на электрической плитке. Фенолы перегоняют до тех пор, пока в отгоняемой пробе остается примерно 50 мл смеси. Отгон переносят в мерный цилиндр на 500 мл, измеряют объем, переливают в делительную воронку на 500 мл, опо­ласкивают небольшими порциями приемную колбу и цилиндр, сли­вают в делительную воронку и объем дистиллированной водой доводят до 500 мл. Прибавляют 10 мл буферного раствора, 5 мл

водного раствора пирамидона (2,5 мл спиртового раствора) и 15 мл раствора персульфата аммония, тщательно перемешивая содер­жимое делительной воронки после добавления каждого реактива. Через 45 мин в делительную воронку вносят 10 мл экстракционной смеси и встряхивают в течение 2 мин. После разделения слоев отде­ляют окрашенный слой экстрагента, фильтруют через ватный фильтр в мерную колбу на 25 мл. Экстрагируют еще 2 раза со свежими порциями экстракционной смеси. Объем доводят до метки. Парал­лельно с рабочими пробами экстрагируют контрольную, обрабатывая ее, как описано выше.

Оптическую плотность окрашенных экстрактов исследуемых проб, холостого опыта и стандартных растворов определяют на фотоэлектроколориметре.

Расчет. Содержание фенола (мг/л) определяют по формулам:

где С—концентрация фенола, определенная по калибровочной кривой, постро­енной по оптической плотности стандартных растворов, мг; V — объем иссле­дуемой воды, взятой для отгона, мл;

или

где C₁/D₁ — отношение концентрации фенола в стандартном растворе к опти­ческой плотности стандартизации раствора; D₂ — оптическая плотность иссле­дуемой пробы; V — объем пробы воды, взятой для отгона, мл.

Второе уравнение удобно тем, что отпадает необходимость постоянно строить калибровочную кривую при определении фенолов.

Результат округляют до сотых и тысячных долей миллиграмма [6, стр. 213; 7, стр. 86].