Методика определения взвешенных веществ сточных водах. Взвешенные вещества. Оперативный контроль процедуры измерений по оценке повторяемости
Оборудование, реактивы, материалы
Сушильный шкаф;
Эксикатор;
Аналитические весы;
Беззольный фильтр;
Колба коническая на 250 см 3 ;
Цилиндр на 100 см 3 ;
Чашка фарфоровая;
Водяная баня;
Электроплитка;
Стеклянная воронка;
Муслиновая подложка.
1. Сухой остаток
В СВ сухой остаток характеризует загрязненность воды примесями, находящимися во всех агрегатных состояниях. Его определяют выпариванием пробы СВ с последующим высушиванием при температуре 105°С. В него входят как растворенная, так и взвешенные вещества.
Ход определения. Отмеренную цилиндром пробу СВ в количестве 100 см 3 выпаривают на водяной бане в предварительно высушенной и взвешенной фарфоровой чашке. Содержимое чашки дополняют по мере выпаривания. После полного выпаривания пробы чашку ставят в сушильный шкаф и сушат при температуре 103-105°С в течение 1 ч. После охлаждения в эксикаторе чашку быстро взвешивают, так как осадок гигроскопичен.
Сухой остаток (в мг/дм 3) определяют по формуле 1.
где а – масса чашки вместе с сухим остатком,
b – масса чашки, мг,
Объем выпаренной пробы, см 3
2. Прокаленный сухой остаток
Его получают путем прокаливания сухого остатка при температуре 600°С. Он дает представление о соотношении органической и неорганической частей в общей массе примесей.
Ход определения. Высушенную и взвешенную фарфоровую чашку с сухим остатком (х 1) ставят в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 500-600°С, и прокаливают в течение 1 ч. Чашку сначала немного охлаждают на открытом воздухе, затем в эксикаторе и после полного охлаждения взвешивают.
Прокаленный остаток (мг/дм 3) определяют по формуле 2.
, (2)
где с – масса фарфоровой чашки вместе с прокаленным остатком, мг;
b – масса пустой чашки;
Объем выпаренной пробы.
В прокаленном остатке остаются минеральные вещества, тогда содержание органических веществ (х 3), мг/дм 3 может быть определено по формуле 3.
х 3 = х 1 – х 2, (3)
3. Взвешенные вещества
Этот показатель характеризует количество осадка, образующегося в процессе очистки СВ при отстаивании и используется при расчете отстойников. Он указывает на количество примесей, остающихся на фильтре после фильтрования СВ и последующего высушивания фильтра до постоянной массы.
Во взвешенных веществах содержатся частицы загрязнений различной степени дисперсности. Количественное определение грубодисперсных примесей следует, по возможности, проводить сразу после отбора проб для анализа.
Для определения таких примесей их отделяют, фильтруя СВ через различные пористые материалы: мембранные фильтры, стеклянные, кварцевые или фарфоровые фильтры.
В данной работе определение взвешенных веществ осуществляют путем фильтрования через бумажный фильтр, укрепленный тканью из муслина.
Ход определения. Складчатый беззольный бумажный фильтр помещают в бюкс, высушивают в сушильном шкафу при температуре 105°С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе в закрытом бюксе и взвешивают на аналитических весах с точностью до четвертого знака после запятой. Высушенный фильтр достают из бюкса расправляют и укладывают в стеклянную воронку для фильтрования на тканевую подложку. Бюкс вместе с крышкой сохраняют. Сточную воду в количестве 100 см 3 профильтровывают через бумажный фильтр. Бумажный фильтр вместе с муслиновой подложкой подсушивают в сушильном шкафу при 105°С. Подсушенный фильтр отделяют от подложки, помещают в прежний бюкс и досушивают до постоянной массы при той же температуре.
, (4)
где e – масса бюкса вместе с фильтром со взвешенными веществами после высушивания, мг;
f – масса бюкса с высушенным фильтром, мг;
Объем сточной воды, взятой для анализа, см 3 .
4. Прокаленный остаток взвешенных веществ
Он позволяет дать приближенное представление о доли неорганических и органических веществ во взвешенных веществах, так как при прокаливании разрушаются карбонаты, аммиачные соли и др.
Ход определения. Сухой бумажный фильтр со взвешенными веществами сминают в комочек, поджигают и помещают в предварительно прокаленный и взвешенный тигель. Бумажный фильтр в бюксе дожигают на электроплитке до полного обугливания, затем тигель помещают в муфель предварительно нагретый до 500-600°С и выдерживают в течение 1 ч. Тигель некоторое время охлаждают на воздухе, а затем в эксикаторе и после полного охлаждения взвешивают.
Прокаленный остаток взвешенных веществ (мг/дм 3) определяют по формуле 5.
, (5)
где g – масса тигля с прокаленным остатком взвешенных веществ, мг;
h – масса пустого прокаленного тигля, мг;
Объем СВ, взятый для анализа взвешенных веществ, см 3 .
В прокаленном остатке от взвешенных веществ содержатся только минеральные вещества, тогда содержание органических веществ (мг/дм 3) можно определить по формуле 6:
х 6 = х 4 – х 5, (6)
5. Плотный остаток
Он характеризует суммарное количество растворенных органических и неорганических веществ. Его определяют аналогично показателю «сухой остаток», для чего используют фильтрат, полученный при определении взвешенных веществ (п.3).
Ход определения. Весь объем фильтрата, оставшегося от определения взвешенных веществ, выпаривают на водяной бане в предварительно прокаленной в муфеле и взвешенной фарфоровой чашке. После полного выпаривания и подсушивания в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение часа, чашку охлаждают в эксикаторе и быстро взвешивают.
Плотный остаток (в мг/дм 3) определяют по формуле 7:
где k – масса чашки вместе с плотным остатком, мг;
l – масса пустой чашки, мг;
Объем сточных вод, взятых для определения взвешенных веществ, см 3 .
6. Прокаленный остаток от плотных веществ.
Этот показатель дает приближенное представление о доли неорганических и органических веществ, находящихся в сточной воде в растворенном состоянии.
Ход определения. Высушенные и взвешенные плотные вещества, находящиеся в фарфоровой чашке (х 7) ставят в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 500-600°С, прокаливают в течение 1 ч. Чашку вынимают из муфельной печи и вначале охлаждают на воздухе, затем в эксикаторе. После полного охлаждения взвешивают.
Прокаленный остаток от плотных веществ (мг/дм 3) определяют по формуле 8:
Х 8 = 
, (8)
где m – масса фарфоровой чашки с прокаленным остатком, мг;
n – масса пустой фарфоровой чашки, мг;
Объем сточных вод, взятый для определения взвешенных веществ, см 3 .
В прокаленном остатке содержатся минеральные вещества, растворенные в сточной воде. Органические растворенные вещества (мг/дм 3) определяют по разности, по формуле 9:
Х 9 = Х 7 – Х 8 , (9)
Контрольные вопросы
1. Что характеризует в сточной воде показатель «сухой остаток»?
2. Как в сточной воде определяют показатель «сухой остаток»?
3. Как определяют в сточной воде показатель «прокаленный сухой остаток» и для чего это делают?
4. Что характеризует в сточной воде показатель «взвешенные вещества»?
5. Для чего определяют в сточной воде показатель «взвешенные вещества»?
6. Как в сточной воде определяют показатель «взвешенные вещества»?
7. Зачем определяют показатель «прокаленный остаток взвешенных веществ»?
8. Что означает показатель «плотный остаток» в сточной воде, как его определяют?
9. С какой целью, выделенный из сточных вод плотный остаток дополнительно прокаливают в муфельной печи?
10. Как консервируют сточную воду для определения взвешенных, плотных веществ?
Взвешенное вещество - это множество различных частиц, которые могут присутствовать в воде и воздухе. К таким веществам можно отнести различные органические и неорганические соединения. Это могут быть частички пыли, глины, остатки растений, всевозможные микроорганизмы, чаще всего это различные грубодисперсные примеси.
Сточные воды
Именно в сточных водах большое количество взвешенных веществ. Их концентрация зависит от множества факторов. Например, один из них - это сезон. В различные времена года сточные воды обладают не только разной концентрацией взвешенных веществ, но также и различными их видами. Также влияет порода, из которой состоит русло водоема. Помимо этого, большое влияние оказывает находящееся поблизости сельское хозяйство, всевозможные застройки, предприятия и т. д.
Влияние на сточные воды
Взвешенные вещества влияют на различные свойства сточных вод. Так как сточные воды в дальнейшем используются человеком, то необходимо контролировать их концентрацию. На какие же характеристики воды оказывают влияние взвешенные частицы? Прежде всего на прозрачность. Если концентрация сильно превышена, то, даже не пользуясь специальными методами определения, можно заметить, что вода становится менее прозрачной.
Взвешенные частицы влияют на то, как свет проникает в воду. Это является важным фактором при исследовании сточных вод. Взвешенные частицы способны на себе адсорбировать токсичные соединения, а еще они влияют на то, как распределяются отложения, и с какой скоростью будет происходить образование осадка.
ПДК взвешенных веществ
Для реакционного использования нельзя брать воду, в которой содержится большое количество сетона. Сетон - это взвешенные вещества, которые являются особенностью экосистемы воды, выполняющие структурную и функциональную роль.
Существуют определенные требования, которые предъявляют к составу питьевых, хозяйственных вод. Необходимо, чтобы концентрация сетона при спуске сточных вод не превышала значения 0,25 мг/дм 3 . Если вода имеет культурно-бытовое значение, то к ней предъявляются требования, чтобы количество взвешенных частиц не превышало норму в 0,75 мг/дм 3 . Для различных водоемов допускается увеличение концентрации до 5 %, но такая поправка возможна в определенных условиях, например если в период межени концентрация сетона не больше 30 мг/дм 3 .
Необходимо проводить контроль сточных вод и водоемов. Важно, чтобы с определенной периодичностью проводилась оценка состояния воды. Такую оценку можно проводить различными способами, применяя либо биологические методы исследования, либо физико-химические.
Определение сетона
Определение взвешенных веществ можно проводить различными методами. Главным фактором при выборе метода служит размер примесей. Крупнодисперсные вещества возможно определить при помощи гравиметрии. Данный способ заключается в том, что крупные частички имеют такой размер, что способны оставаться на фильтре во время фильтрования образца воды. Для данного метода используют различную фильтровальную бумагу, которую подбирают, исходя из размера примесей. Например, для воды с прозрачностью 10 см используют фильтровальную бумагу с синей лентой.
Помимо крупных частичек в пробе находятся и тонкодисперсные. Их размер настолько мал, что они свободно проходят сквозь фильтр и не задерживаются на нем, таким образом, гравиметрический способ не подходит для их определения. Такими тонкодисперсными веществами могу быть неорганические и органические соединения, которые образовывают коллоидный раствор. Для определения используют термин «мутность» и «опалесценция». Для воды, пригодной для употребления, есть норма мутности, которая не должна быть больше, чем 1,5 мг/дм 3 по каолину.
Очищение воды от мелкодисперсных частиц может проводиться при помощи колонок со специальным наполнением - специфическим сорбентом. Адсорбенты бывают различные, которые подбираются в зависимости от того, от каких веществ следует очищать пробу воды.
Показатель цветности
Взвешенные вещества также влияют и на цвет воды. Определяют их содержание при помощи платиново-кобальтовой шкалы. Определение происходит путем сравнения цвета и интенсивности пробы с эталонной водой.
Изменяется из-за того, что взвешенные вещества - это гумусовые соединения либо примеси, содержащие в своем составе железо. Количество данных веществ зависит от природных условий, где находится водоем.
ПДК цветности составляет 35 градусов. Из-за присутствия взвешенных частиц насыщение воды кислородом не происходит в нужной мере, так как он расходуется на реакции окисления с железом и другими соединениями. Это приводит к тому, что растения и животные организмы не могут получить необходимое количество кислорода.
Помимо водных сред, взвешенные вещества в воздухе также находятся, и их количество тоже необходимо контролировать. Пыль - взвешенные вещества, находящиеся в воздушных массах. В газовой среде распределены частицы различного размера и разной природы. Существуют различные виды пыли, которую классифицируют для определения нормы содержания взвешенных веществ. Промышленной пыли и саже приписывают 3-й класс опасности. Необходимо следить за содержанием этих веществ на объектах промышленного назначения.
Какое влияние оказывают?
Взвешенные вещества влияют на комфортное существование всех живых организмов и растений. При большой их концентрации в воздухе они способны поглощать часть солнечного света, что приводит к ослаблению адаптивных свойств организмов. Помимо этого, такие примеси оседают на листьях растений, что препятствует прохождению солнечной энергии. Это ведет к замедлению реакции фотосинтеза и ухудшает их общее состояние.
Частицы, которые находятся в воздухе, способны к адсорбции ядовитых и опасных соединений. Это приводит к тому, что они могут распространяться на дальние расстояния. Взвешенные частицы являются переносчиками токсичных соединений.
Таким образом, взвешенные вещества - это крупно- и мелкодисперсные частицы, которые могут находиться в водных системах и в газовых средах. Их количество необходимо контролировать, чтобы существование живых организмов и растений было безопасным и комфортным.
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ
В СФЕРЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОД
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
В ПРОБАХ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
ПНД Ф 14.1:2:3.110-97
Методика допущена для целей государственного
экологического контроля
МОСКВА
(Издание 2016 г)
Методика измерений аттестована Центром метрологии и сертификации «СЕРТИМЕТ» Уральского отделения РАН (Аттестат аккредитации № RA.RU.310657 от 12.05.2015), рассмотрена и одобрена федеральным государственным бюджетным учреждением «Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия» (ФГБУ «ФЦАО»).
Настоящее издание методики введено в действие взамен предыдущего издания ПНД Ф 14.1:2.110-97 и действует с 01 декабря 2016 года до выхода нового издания.
Сведения об аттестованной методике измерений переданы в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений.
Разработчик: © ООО НПП «Акватест»
1 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий нормативный документ устанавливает методику измерений массовой концентрации взвешенных веществ в диапазоне от 3,0 до 5000 мг/дм 3 в пробах природных (поверхностных и подземных) и сточных (производственных, хозяйственно-бытовых, ливневых, очищенных) вод гравиметрическим методом.
Результаты измерений могут быть некорректными при наличии в пробе значительных количеств нефтепродуктов и жиров, поэтому при отборе пробы не допускают попадания в нее поверхностной пленки, а также плавающих частиц (кусочков бумаги, листьев, травы и т.п.).
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
Значения показателя точности методики используют при:
Оформлении результатов измерений, выдаваемых лабораторией;
Оценке деятельности лабораторий на качество проведения испытаний;
Оценке возможности использования результатов измерений при реализации методики в конкретной лаборатории.
| Показатель точности (границы относительной погрешности при вероятности Р = 0,95), ±δ, % | Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемости), σ r , % | Показатель воспроизводимости (относительное среднеквадратическое отклонение воспроизводимости), σ R , % |
|
| От 3,0 до 10,0 включ. | |||
| Св. 10,0 до 50,0 включ. | |||
| Св. 50,0 до 5000 включ. |
5 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ
5.1 Средства измерений, лабораторная посуда, устройства вспомогательные
| Весы лабораторные общего назначения специального или высокого класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г | |
| Цилиндры мерные исполнения 1, 3 вместимостью 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 см 3 | |
| Часы механические с сигнальным устройством | |
| Воронки лабораторные диаметром 75, 100 и 150 мм | |
| Стакан В-1, ТХС вместимостью 500 см 3 | |
| Стаканчики для взвешивания (бюксы) низкие СН-45/13 или СН-60/14 | |
| Чашки биологические низкие (Петри) диаметром 100 - 150 мм | |
| Эксикатор исполнения 2 | |
| Пинцет медицинский | |
| Шкаф сушильный общелабораторного назначения, обеспечивающий поддержание температуры нагрева (105 ± 2)°С | ТУ 64-1-909-80 |
| Электроплитка с закрытой спиралью и регулируемой мощностью нагрева | |
| Прибор вакуумного фильтрования ПВФ-35 или ПВФ-47 | ТУ-3616-001-32953279 |
| Склянки для хранения проб вместимостью 500, 1000 и 2000 см 3 или | |
| Бутыли полиэтиленовые (полипропиленовые) для хранения проб вместимостью 500, 1000 и 2000 см 3 |
Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки.
Допускается использование других, в том числе импортных, средств измерений утвержденных типов и вспомогательных устройств с характеристиками не ниже указанных в п. .
5.2 Реактивы и материалы
Допускается использование реактивов и материалов, изготовленных по другой нормативно-технической документации, в том числе импортных, с характеристиками не ниже указанных в п. .
6 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
6.1. При выполнении измерений необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007 .
6.2. Электробезопасность при работе с электроустановками обеспечивается по ГОСТ Р 12.1.019 .
6.3. Организация обучения работающих безопасности труда проводится по ГОСТ 12.0.004 .
6.4. Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.
7 ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ
К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие квалификацию техника-химика или лаборанта-химика и владеющие техникой гравиметрического анализа.
8 УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:
Температура окружающего воздуха (22 ± 6) °С;
Атмосферное давление (84 - 106) кПа;
Относительная влажность не более 80 % при температуре 25 °С;
Частота переменного тока (50 ± 1) Гц;
Напряжение в сети (220 ± 22) В.
9 ОТБОР И ХРАНЕНИЕ ПРОБ
9.1. Отбор проб для выполнения измерений массовой концентрации взвешенных веществ производится в соответствии с ГОСТ 31861 и ГОСТ 17.1.5.05 .
9.2. Оборудование для отбора проб должно соответствовать ГОСТ 31861 , ГОСТ 17.1.5.04 и ГОСТ 17.1.5.05 .
9.3. Пробы отбирают в стеклянную или пластиковую посуду, предварительно промытую раствором соляной кислоты, а затем дистиллированной водой. При отборе посуду ополаскивают отбираемой водой.
9.4. Объем отбираемой пробы должен быть не менее 1000 см 3 при массовой концентрации взвешенных веществ ниже 50 мг/дм 3 и не менее 500 см 3 при массовой концентрации взвешенных веществ выше 50 мг/дм 3 .
9.5. Пробу анализируют как можно скорее, но не позднее 24 ч после отбора.
9.6. При отборе проб составляется сопроводительный документ по утвержденной форме, в котором указывается:
Цель анализа;
Место, дата и время отбора;
Номер (шифр) пробы;
Должность, фамилия сотрудника, отбирающего пробу.
10 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
10.1 Подготовка мембранных фильтров
Фильтры кипятят в дистиллированной воде 5 - 10 мин. Кипячение проводят 3 раза, сливая после каждого раза воду и заменяя ее свежей. Затем фильтры помещают в чашки Петри, подсушивают на воздухе в течение 25 - 30 мин и сушат в сушильном шкафу при (105 ± 2) °С в течение 1 ч. Чистые фильтры хранят в закрытых чашках Петри.
Непосредственно перед использованием фильтры маркируют карандашом с мягким грифелем, с помощью пинцета помещают в маркированные бюксы, сушат при (105 ± 2) °С в течение 1 ч, охлаждают в эксикаторе и, закрыв бюксы крышками, взвешивают. Повторяют процедуру сушки до тех пор, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг.
10.2 Подготовка бумажных фильтров
Бумажные обеззоленные фильтры «синяя лента» маркируют, складывают, помещают в воронки и промывают 150 - 200 см 3 дистиллированной воды. Затем пинцетом вынимают фильтр из воронки, складывают, помещают в маркированные бюксы и высушивают в сушильном шкафу при (105 ± 2) °С в течение 2 ч. Охлаждают бюксы с фильтрами в эксикаторе и, закрыв их крышками, взвешивают. Повторяют процедуру сушки до тех пор, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг.
По готовности фильтра выполняют измерения в соответствии с п. 12.2. Если невозможно выполнить измерения сразу после подготовки фильтра, его хранят в закрытом бюксе в эксикаторе или в закрытой емкости, исключающей попадание пыли на поверхность бюкса.
10.3 Раствор соляной кислоты
30 см 3 соляной кислоты смешивают с 170 см 3 дистиллированной воды. Раствор хранят в плотно закрытой посуде не более 1 года.
10.4 Подготовка прибора для вакуумного фильтрования
Подготовку прибора для вакуумного фильтрования осуществляют в соответствии с инструкцией по его эксплуатации.
11 ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
11.1 Измерение массовой концентрации взвешенных веществ с использованием мембранного фильтра
Подготовленный и взвешенный мембранный фильтр пинцетом извлекают из бюкса и закрепляют в ячейке прибора вакуумного фильтрования. Затем анализируемую пробу воды тщательно перемешивают энергичным взбалтыванием и переливают нужный для фильтрования объем в мерный цилиндр. Этот объем зависит от содержания взвешенных веществ в воде и подбирается с таким расчетом, чтобы масса осадка взвешенных веществ на фильтре была не менее 3 мг и не превышала 250 мг. Рекомендуемые объемы пробы для фильтрования приведены в таблице .
| Предполагаемый диапазон массовой концентрации взвешенных веществ, мг/дм 3 | Отбираемый для фильтрования объем пробы воды, см 3 |
| 3 - 100 | 1000 |
| 100 - 500 | |
| 500 - 2000 | |
| 2000 - 5000 |
После пропускания пробы воды через фильтр ополаскивают мерный цилиндр дважды 4 - 5 см 3 дистиллированной воды, переносят смывы на фильтр, а приставший к стенкам ячейки для фильтрования осадок дважды смывают фильтратом порциями по 10 см 3 на фильтр.
Фильтр с осадком извлекают пинцетом из устройства для фильтрования, помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования, подсушивают сначала 15 - 20 мин на воздухе, а затем в сушильном шкафу при (105 ± 2) °С в течение 1 ч со снятой крышкой. Крышка бюкса должна находиться возле бюкса. После этого бюкс охлаждают в эксикаторе, закрывают крышкой и взвешивают.
Повторяют процедуру сушки до тех пор, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка до 50 мг и 1 мг при массе более 50 мг.
11.2 Измерение массовой концентрации взвешенных веществ с использованием бумажного фильтра
Использование бумажных фильтров допускается в случае отсутствия в лаборатории устройства для вакуумного фильтрования с мембранным фильтром. В этом случае в рабочем журнале указывается, что результат измерений получен с использованием бумажного фильтра.
Подготовленный бумажный фильтр помещают в воронку, смачивают небольшим количеством дистиллированной воды для хорошего прилипания и пропускают отмеренный объем тщательно перемешанной анализируемой пробы воды, подобранный с таким расчетом, чтобы масса осадка взвешенных веществ на фильтре находилась в пределах от 3 до 250 мг (таблица ).
После пропускания пробы воды через фильтр ополаскивают мерный цилиндр дважды 4 - 5 см 3 дистиллированной воды, перенося смывы на фильтр. Промывают фильтр 10 см 3 дистиллированной воды, дают воде полностью стечь, пинцетом осторожно вынимают фильтр с осадком и помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования. Фильтр высушивают 2 ч при (105 ± 2) °С, охлаждают в эксикаторе и, закрыв бюкс крышкой, взвешивают.
Повторяют процедуру сушки, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка до 50 мг и 1 мг при массе более 50 мг.
12 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Массовую концентрацию взвешенных веществ в анализируемой пробе воды X , мг/дм 3 , рассчитывают по формуле:
где m фо - масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром с осадком взвешенных веществ, г;
m ф - масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром без осадка, г;
V - объем профильтрованной пробы воды, дм 3 .
Расхождение между результатами измерений, полученными в условиях воспроизводимости, не должно превышать предела воспроизводимости (таблица ).
| Диапазон измерений массовой концентрации взвешенных веществ, мг/дм 3 | Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных измерений), r,% | Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, % |
| От 3,0 до 10,0 включ. | ||
| Св. 10,0 до 50,0 включ. | ||
| Св. 50,0 до 5000 включ. |
При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение.
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов анализа согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6 .
13 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Результат измерений массовой концентрации взвешенных веществ X в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде:
где Δ - границы характеристики погрешности результатов измерений для данных массовых концентраций взвешенных веществ.
Значение Δ рассчитывают по формуле:
при условии Δ л < Δ,
где X - результат измерений, полученный в соответствии с прописью методики;
±Δ л - значение характеристики погрешности результатов измерений, установленное при реализации методики в лаборатории, и обеспечиваемое контролем стабильности результатов измерений.
Численные значения результата измерения должны оканчиваться цифрой того же разряда, что и значения характеристики погрешности.
14 КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Контроль точности результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает:
Оперативный контроль процедуры выполнения измерений на основе контроля повторяемости при реализации отдельно взятой контрольной процедуры;
Оперативный контроль процедуры выполнения измерений на основе контроля воспроизводимости при реализации отдельно взятой контрольной процедуры.
14.1 Оперативный контроль процедуры измерений по оценке повторяемости
Контрольную процедуру при контроле повторяемости осуществляют с использованием рабочей пробы, разделенной на две части. Пробоотборник при выполнении контрольной процедуры должен иметь вместимость, обеспечивающей получение для измерений двух проб нужного объема (таблица ). Пробу воды сразу после отбора с использованием воронки диаметром 150 мм разливают в две одинаковые бутыли (проба 1 и проба 2) в такой последовательности: заполняют каждую бутыль до половины вместимости, затем, периодически энергично перемешивая оставшуюся в пробоотборнике часть пробы, поочередно порциями переливают ее в каждую бутыль до опустошения пробоотборника. Переливание из пробоотборника должно проводиться быстро, чтобы поступающие в него пузырьки воздуха перемешивали пробу, препятствуя тем самым агломерации и седиментации взвешенных веществ. Одну из проб маркируют, как контрольную.
В условиях воспроизводимости.
Расхождение между результатами измерений пробы 1 и пробы 2, полученными в условиях воспроизводимости, не должно превышать предела воспроизводимости:
|
|
где X 1 и Х 2 - результаты контрольных измерений массовой концентрации взвешенных веществ в пробе 1 и 2, мг/дм 3 ;
R - предел воспроизводимости (таблица ), %.
При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений и в качестве окончательного может быть использовано их общее среднее значение.
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов измерений согласно разделу 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 .
Примечание - Оценка приемлемости проводится при необходимости сравнения результатов измерений, полученных двумя лабораториями.
Взвешенные твердые вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные вещества попадают в открытые водоемы вместе с талыми или дождевыми водами, в результате размыва русел рек, со сточными водами. В больших водоемах мутность воды увеличивается около берегов вследствие взмучивания осадка при сильном ветре. Взвешенные частицы уменьшают прозрачность воды, тем самым уменьшая проникновение в нее света, что в свою очередь снижает фотосинтез водных растений и аэрацию водной среды. Взвешенные вещества влияют на температуру и состав растворенных компонентов поверхностных вод, они способствуют заилению дна в зонах с малой скоростью течения, оказывают неблагоприятное воздействие на жизнедеятельность водных организмов. На взвешенных частицах могут сорбироваться различные загрязняющие вещества; оседая на дно, они могут стать источником вторичного загрязнения воды.
Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и режимом стока, зависит от пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п.
Концентрация взвешенных веществ в поверхностных водотоках может достигать значительных величин – до 3000-10000 мг/дм 3 , обычное содержание 100-1500 мг/дм 3 .
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно более, чем на 0,25 мг/дм 3 и 0,75 мг/дм 3 .
Определение концентрации растворенных веществ
Метод измерения массовой концентрации растворенных веществ основан на выпаривании досуха 5-1000см 3 профильтрованной пробы воды в предварительно прокаленной и взвешенной фарфоровой чашке, высушивании сухого остатка в течение 3-х часов при температуре 105 О С и взвешивании его на аналитических весах. Масса сухого остатка должна находиться в пределах 50-500мг, в ином случае для анализа берут больший объем воды.
Масса сухого остатка или концентрация растворенных веществ характеризует суммарное содержание минеральных веществ в воде ; обычно выражается в мг/дм 3 (до 1000 мг/дм 3) и ‰ (промилле или тысячная доля при минерализации более 1000 мг/дм 3). ПДК – не более 1000 мг/дм 3 .
Вода с большим содержанием солей отрицательно влияет на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывает образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв .
Жесткость воды
Жесткость воды - это совокупность свойств воды, обусловленных наличием в ней многозарядных катионов, прежде всего катионов Са 2+ и Мg 2+ . Различают общую, временную и постоянную жесткость воды.
Общая жесткость складывается из гидрокарбонатной (временной или устранимой) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая - наличием водорастворимых сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и гидрофосфатов этих металлов. Количественно общая жесткость воды выражается суммарным числом миллимолей эквивалентов ионов Са 2+ и Мg 2+ , содержащихся в 1 л воды (ммоль экв/дм 3). Для определения жесткости воды используют титриметрический (комплексонометрический) метод.
В естественных условиях ионы кальция, магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.
Гидрокарбонатная жесткость легко устраняется кипячением воды, и поэтому ее называют временной жесткостью : гидрокарбонаты кальция и магния при кипячении превращаются в карбонаты кальция и магния и оседают на стенках сосуда в виде накипи
Са(НСО 3) 2 СаСО 3 + CO 2 + Н 2 О,
Mg(НСО 3) 2
MgСО 3
+ CO 2
+
Н 2 О
Гидрокарбонатную жесткость можно устранить, добавляя гашеную известь
Са(НСО 3) 2 + Са(OН) 2 2СаСО 3 + 2Н 2 О
Mg(НСО 3) 2 + 2Са(OН) 2 Mg(OH) 2 + 2СаСО 3 + 2Н 2 О.
Постоянную жесткость устранить кипячением не удается. В этом случае для удаления ионов Са 2+ и Мg 2+ в воду добавляют карбонат или фосфат натрия. При этом будут протекать реакции:
СаCl 2 + Na 2 СО 3 СаСО 3 + 2NaCl,
3СаCl 2 + 2Na 3 PО 4 Са 3 (PО 4) 2 + 6NaCl.
В настоящее время для устранения жесткости воды широко применяют ионообменные смолы - иониты, с помощью которых можно осуществить полное обессоливание воды.
Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с общей жесткостью менее 2 ммоль экв/дм 3 считается мягкой, от 2 до 10 – средней жесткости, более 10 ммоль экв/дм 3 – жесткой. Гидрокарбонатная жесткость составляет до 70–80% от общей жесткости.
Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды. Вода с жесткостью свыше 10 ммоль экв/дм 3 имеет горьковатый вкус и оказывает действие на органы пищеварения, оказывает влияние на почки, способствует появлению дерматитов. В жесткой воде плохо развариваются мясо и овощи. Для питьевых целей рекомендуется вода средней жесткости. Жесткая вода не дает пены с мылом, так как содержащиеся в мыле растворимые натриевые соли жирных кислот переходят в нерастворимые кальциевые соли тех же кислот. На стенках паровых котлов при кипячении жесткой воды образуется накипь, которая затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание котлов. Для хозяйственных и промышленных целей рекомендуется мягкая вода.
Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования определенного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.
Для анализа берут 500 – 1000 мл воды. Фильтр перед работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы при 105°C, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Весы должны обладать высокой чувствительностью, лучше использовать аналитические весы.
где m 1 – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц, г;
m 2 – масса бумажного фильтра до опыта, г;
V – объем воды для анализа, л.
Лабораторная работа № 8.
«Подготовка проб почвы к анализу»
Цель работы : освоить методику пробоподготовки почвы к последующему анализу.
Большинство анализов почвы проводят из образцов, просушенных до воздушно-сухого состояния, измельченных в ступке и просеянных через сито с отверстиями 1 мм. Поэтому подготовка почвы к анализу заключается в доведении образца до воздушно-сухого состояния, отделении включений и новообразований (корней, валунов, журавчиков, железо-марганцевых конкреций и др.), взятии средней пробы, измельчении образца и просеивании почвы через сито.
Оборудование и материалы:
1.Фарфоровая ступка с пестиком.
2.Почвенное сито с отверстиями 1 мм.
3.Картонные коробки размером 20 × 10 × 8 и 10 × 8 × 5 см с крышками.
4.Листы плотной бумаги, совочки, шпатели.
Ход работы:
Образец воздушно-сухой почвы весом 0.5-1 кг рассыпают в виде прямоугольника на листе плотной бумаги. Совочком или шпателем прямоугольник почвы делят по диагонали на четыре части. Одну часть помещают в фарфоровую ступку и осторожно растирают деревянным пестиком (или пестиком с резиновым наконечником), чтобы разрушить комки, но не механические элементы, остальные три части смешивают и ссыпают в картонную коробку размером 20 × 10 × 8 см на длительное хранение и для повторных анализов.
Растертую в ступке почву просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Не прошедшую через сито почву вновь измельчают и просеивают. Так продолжают до тех пор, пока на сите не останется только каменистая часть почвы (гравий, камни).
Растертую и про сеянную через сито почву помещают в небольшую (10 × 8 × 5 см) картонную коробку, снабженную этикеткой.эту часть почвы и используют для большинства анализов.
Для каждого вида анализа берут из растертого образца свою среднюю пробу различного веса. С этой целью образец почвы высыпают на лист бумаги, разравнивают тонким слоем и делят на квадраты со сторонами 5- 6 см. Из каждого квадрата ложкой или шпателем берут немного почвы, составляя из взятого среднюю пробу необходимого веса.
Лабораторная работа № 9.
«Анализ водной вытяжки почв»
Цель работы: установление количества и качества воднорастворимых солей, находящихся в почве и ее отдельных горизонтах. Наибольшее количество этих солей содержится в солончаковых почвах и в нижних горизонтах черноземов, сероземов и каштановых почв.
Реактивы: Дистиллированная вода без СО 2 . Бутыль емкостью 5-10 л заполняют на ¾ объема дистиллированной водой специальной установки. Если требуется 2/3 объема. Воду хранят в бутыли или колбе, закрытой пробкой, с сифоном и хлоркальциевой трубкой, заполненной аскаритом или натронной известью.
Приготовление водной вытяжки:
На технических веса берут навеску, соответствующую 50 или 100 г сухой почвы. Навеску помещают в сухую колбу емкостью 500 – 750 мл и приливают 5 – кратный объем дистиллированной воды, не содержащей CO 2 , так как в присутствии CO 2 происходит растворение карбонатов кальция и магния с образованием гидрокарбонатов. В этом случае сухой остаток и общая щелочность вытяжки получаются завышенными.
Колбу закрывают резиновой пробкой и встряхивают 2-3 мин, после чего вытяжку пропускают через сухой беззольный складчатый фильтр. Фильтрование следует производить в комнате, свободной от паров кислот и аммиака. Воронка для фильтрования должна иметь диаметр 15 – 20 см. Край фильтра должен лежать на 0,5 – 1 см ниже края воронки. Если фильтр возвышается над краем воронки, по краю фильтра образуется выцветы солей, и концентрация их в фильтрате снижается. Чтобы фильтр не прорвался под тяжестью почвы и вытяжки, под него следует подложить простой беззольный фильтр диаметром 9 см. Предварительно фильтр рекомендуется 2-3 раза промыть дистиллированной одной удаления адсорбированных кислот.
Если используют фильтры из обычной (необеззоленной) фильтровальной бумаги, их следует заранее обрабатывать 1%-ным раствором HCl (до отсутствия реакции на Ca 2+), а промыть дистиллированной водой от Cl - (проба с AgNO 3), после чего фильтры высушивают на воздухе или в сушильном шкафу при температуре выше 50°С. Такая обработка необходима потому, что простая фильтрованная бумага содержит примеси минеральных веществ и среди этих примесей больше всего кальция. Перед тем как вылить на фильтр, содержимое колбы встряхивают, чтобы взмутить на навеску, и на фильтр стараются перенести, по возможности, всю почву. Это необходимо для того, чтобы частички почвы забили поры фильтра, что способствует получению прозрачного фильтрата. При вливании струю суспензии направляют на боковую стенку фильтра, чтобы он не прорвался. Первую порцию фильтрата (~10 мл) собирают в химический стакан и выбрасывают. Это делают для того, бы исключить влияние компонентов фильтра на состав вытяжки. Последующие порции перефильтровывают до тех пор, пока вытяжка не станет прозрачной. Поэтому вытяжку фильтруют сначала в ту же колбу, из которой была вылита суспензия. Как только фильтрат станет прозрачным, его собирают в чистую колбу емкостью 250 – 500 мл, а мутный фильтрат из первой колбы выливают на фильтр.
Во время фильтрования следят за скоростью фильтрования, окраской и прозрачностью фильтрата. Если почва не блочная и содержит много растворимых солей, то фильтрация идет быстро и фильтрат получается прозрачным, бесцветным, так как катионы солей препятствуют пентизации почвенных коллоидов. Если же солей в почве мало, коллоиды забивают поры фильтра, что ведет к снижению скорости фильтрации. В кислых и особенно щелочных вытяжках растворяется органическое вещество, поэтому они всегда окрашены. При длительной фильтрации во избежание и рения вытяжки воронку прикрывают часовым стеклом горло колбы вставляют тампон ваты. В рабочем журнале до всегда отмечать фильтруемость вытяжки, а также прозрачность и окраску фильтрата.
К анализу вытяжки приступают по окончании фильтрации, перемешав круговым движением содержимое колбы, так как состав первой и последней порций фильтрата может быть различным в отношении некоторых компонентов. Пои анализе вытяжек обязательно следует проводить холостой опыт. Для этого с 250 – 500 мл дистиллированной воды выполняют все операции анализа, включая фильтрование. Результаты анализа «холостого» раствора вычитают из результатов каждого из определений.
Водные вытяжки анализируют сразу после их получения так как под влиянием микробиологической деятельности может изменяться их состав (щелочность, окисляемость). Хранят вытяжку в колбе закрытой пробкой.
Качественные испытания вытяжки. Перед тем как приступить к анализу водной вытяжки, следует провести качественные реакции на содержание в ней ионов Cl - , SO 4 2- , Ca 2+ . Эти реакции позволяют установить объем вытяжки для количественного определения указанных ионов в соответствии с содержанием их в анализируемом растворе, что немаловажно для получения точных результатов анализа.
П р о б а на Cl - . Берут в пробирку 5 мл водной вытяжки, подкисляют азотной кислотой для разрушения бикарбонатов, которые образуют осадок углекислого серебра по реакции
Ca(HCO 3) 2 + 2AgNO 3 = Ag 2 CO 3 + Ca(NO 3) 2 + H 2 O + CO 2
Прибавляют несколько капель раствора азотнокислого серебра и перемешивают. По характеру осадка AgCl устанавливают объем вытяжки для определения хлоридов, исходя из табл.3.
П р о б а на SO 4 2 - . В пробирку приливают 5 мл водной вытяжки, подкисляют для разрушения карбонатов и бикарбонатов бария двумя каплями 10%-ного раствора HCl (не содержащей H 2 SO 4), прибавляют 2-3 капли 5%-ного раствора BaCl 2 и перемешивают. По характеру осадка BaSO 4 устанавливают объем вытяжки для определения SO 4 2- (табл.3).
П р о б а на Са 2+ . 5 мл вытяжки помещают в пробирку. Подкисляют каплей 10%-ного раствора CH 3 COOH, прибавляют 2-3 капли 4%-ного раствора (NH 4) 2 C 2 O 4 и перемешивают. По характеру осадка СаС 2 О 4 устанавливают объем вытяжки для определения Са 2+ (таблица 3).
Анализ водной вытяжки почвы:
В анализ водной вытяжки входит определение рН ионов СО 3 2- , НСО 3 - , Cl - , SO 4 2- , Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , сухого и прокаленного остатка вытяжки. Это наиболее широко распространенный набор определений, который называется сокращенным анализом водной вытяжки. В окрашенных вытяжках кроме этих основных можно определять углерод водорастворимых органических веществ и другие компоненты.
Таблица 1 - Объем водной вытяжки для количественного определения ионов Cl - , SO 4 2- , Ca 2+ в зависимости от результатов качественных реакций
Начинают анализ с определения pH водной вытяжки и содержания ионов CO 3 2- , HCO 3 - , Cl - . Сложным является анализ темноокрашенных и мутных вытяжек. Щелочность в них определяют потенциометрически, а Cl - , SO 4 2- , Ca 2+ , Mg 2+ - в прокаленных остатках, из которых хлор выщелачивается дистиллированной водой. Для определения SO 4 2- , Ca 2+ , Mg 2+ прокаленный остаток в фарфоровой чашке смачивают несколькими каплями концентрированной HCl, высушивают содержимое на песчаной бане, еще раз обрабатывают остаток концентрированной HCl, приливают 2 – 3 мл дистиллированной воды и отфильтровывают SiO 2 через маленький беззольный фильтр. Фильтр и осадок промывают 1%-ным раствором HCl. Если необходимо, фильтр высушивают, помещают в тигель, озоляют, прокаливают и определяют SiO 2 . В фильтрате и промывных водах определяют SO 4 2- , Ca 2+ , Mg 2+ .
Результаты определения в водных вытяжках содержания анионов и катионов выражают в процентах и мг-экв/100г почвы. Первый способ (в %) позволяет рассчитать запас солей в почве, проверить точность анализа. Второй дает возможность оценить роль отдельных ионов в составе солей, расчетным путем установить их состав, по сумме анионов и катионов вычислить содержание натрия без непосредственного его определения.
Концентрация ионов в водной вытяжке рассчитывают по формулам С 1 = V N 100/a и C 2 = C 1 k, где С 1 и С 2 – концентрация иона соответственно в мг-экв/100 г почвы и в %; V – объем раствора в мл, затраченный на титрование; N – нормальность раствора; а – навеска, соответствующая аликвоте, г; k – масса в граммах 1 мг-экв.