Методики

Определение взвешенных частиц и запыленности

Этот показатель качества талой воды определяют путем фильтрования определенного объема талой воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.

Для анализа берут 500-1000 мл талой воды. Фильтр перед работой взвешивают на аналитических весах и высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы. После фильтрования осадок с фильтром также высушивают до постоянной массы при температуре 100-105˚С, охлаждают и взвешивают.

Содержание взвешенных веществ в г/л в испытуемой пробе определяют по формуле:

С = (m₂-m₁)*1000/V

где m₂ – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц, г;

m₁ – масса бумажного фильтра до опыта, г;

V – объем пробы, мл.

 

Подбор оборудования: фильтр «синяя лента», пластмассовая воронка, банка трехлитровая, мерные стаканы на 500 и 1000 мл, пластмассовая бутыль на 500 мл, пинцет, технические и аналитические весы, сушильный шкаф.

Порядок выполнения работы:

1. чистый фильтр занумеровала и вложила в бюкс;

2. бюкс с вложенным фильтром поместила в сушильный шкаф;

3. высушила фильтр в сушильном шкафу при температуре 105˚С в течение одного часа;

4. охладила бюкс с вложенным фильтром на воздухе;

5. взвесила бюкс с фильтром на аналитических весах;

6. довела до постоянной массы бюкс с фильтром (m₁);

7. в журнале записала массу m₁;

8. вложила фильтр в пластмассовую воронку;

9. воронку с фильтром вставила в пластмассовую бутыль (V = 500 мл);

10. порциями сливала талую воду на фильтр;

11. по мере накопления фильтрата в пластмассовой бутыли, сливала его в мерный стакан на 1000 мл, тем самым измеряя объем фильтрата, а затем в трехлитровую банку;

12. переместив количественно взвешенные частицы анализируемой пробы на фильтр, подсушила его на воздухе;

13. поместила подсушенный фильтр в тот же самый бюкс и сушила при 105˚С в течение одного часа;

14. охладила бюкс с вложенным фильтром на воздухе;

15. взвесила бюкс с фильтром на аналитических весах;

16. довела до постоянной массы бюкс с фильтром (m₂);

17. записала массу m₂;

18. содержание взвешенных частиц (г/л) рассчитала по формуле.

 

Содержание взвешенных частиц в снежном покрове является важным показателем загрязненности атмосферного воздуха, определяющая его запыленность.

Пылевая нагрузка – это количество твердых выпадений за единицу времени на единицу площади и рассчитывается по формуле:

Р_n=P/(S·t)

где Р – масса пыли в пробе (мг; кг);

S – площадь шурфа (м²; км²);

t – время от начала снегостава (количество дней).

 

 

Определение удельной электропроводности и минерализации

 

Удельная электропроводность – это электрическая проводимость слоя электролита, находящегося между сторонами куба с длиной сторон 1см, численно равная току, проходящему через слой раствора электролита с площадью поперечного сечения 1 см² при градиенте приложенного электрического потенциала 1 В/см. Удельная электропроводность зависит от природы электролита и растворителя, от концентрации раствора и от температуры.

Удельная электрическая проводимость и минерализация проб определяется на кондуктометре «Анион-7020».

Порядок выполнения измерений

1. Перед работой промыть кондуктометрическую ячейку (ДКВ-1) дистиллированной водой и просушить фильтровальной бумагой.

2. Подключить ячейку к измерительному устройству.

3. Погрузить ячейку в дистиллированную воду и включить установку (включить «СЕТЬ» и нажать «ПУСК»).

4. Датчик погрузить в раствор так, чтобы полностью закрыть кондуктометрическую ячейку раствором (водой). Расстояние между корпусом датчика и стенками сосуда не менее 1 см.

5. Прогреть прибор не менее 5 минут при периодическом перемешивании раствора. Для перемешивания можно использовать датчик ДКВ-1.

6. Снять показания удельной электропроводности и минерализации.

7. После окончания работы датчик промыть дистиллированной водой и высушить фильтровальной бумагой. Хранить в сухом состоянии.

Примечание:

Относительная погрешность при измерении УЭП:

- в диапазоне до 20 мкСм/см ± 2,5%;

- в диапазоне свыше 20 мкСм/см ± 4,0%.

Относительная погрешность при измерении с NaCl ± 5,0%.

 

Определение содержания сульфатов

 

Турбидиметрический метод основан на использовании зависимости между ослаблением интенсивности светового потока, проходящего через светорассеивающую среду, за счет рассеивания света частицами этой среды, и их концентрацией. При турбидиметрических измерениях через светорассеивающую среду пропускают световой поток с интенсивностью I₀, измеряют его интенсивность I после прохождения им светорассеивающей среды. При наличии частиц, рассеивающих свет (рэлеевское рассеяние), очевидно, что I < I₀. В таком случае справедливо соотношение

S = lg I₀ / I = kcl = τl, аналогичное соотношению для основного закона светопоглощения. В выражении величину S, играющую роль оптической плотности, иногда называют мутностью; k – коэффициент пропорциональности, зависящий от размера рассеивающих частиц, длины волны падающего (рассеиваемого) света, коэффициентов светопреломления частиц и среды; с – концентрация светорассеивающих частиц; l – толщина рассеивающего слоя; τ = kc – коэффициент мутности, иногда называемый также мутностью.

Для измерения мутности S используют обычные фотоэлектроколориметры, а также специальные приборы – турбидиметры.

Турбидиметрический метод основан на измерении интенсивности помутнения пробы талой воды, содержащей сульфат-ионы, при взаимодействии с хлоридом бария. Для стабилизации образующейся суспензии в смесь вводят гликолевый или желатиновый реагенты. Чувствительность метода 2 мг/л.

 

Приготовление основного стандартного раствора сульфата калия. 0,9071 г K₂SO₄ растворяют в мерной колбе вместимостью 1 л в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1мл раствора содержит 0,5 мг сульфат-иона SO₄^2-.

Приготовление 5%-ого раствора хлорида бария. 5 г BaCl₂∙2H₂O растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 мл.

Приготовление 1%-ого раствора желатина. 1 г желатина растворяют в 100 мл дистиллированной воды.

Приготовления раствора соляной кислоты (1:1). В стакан вместимостью 200 мл вносят 50 мл дистиллированной воды и добавляют при перемешивании 50 мл концентрированной соляной кислоты.

Для построения калибровочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 мл вносят 0,0 (нулевой раствор); 0,2; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 мл основного стандартного раствора сульфата калия (0,5 мг SO₄^2- в 1 мл) и доводят объем до метки дистиллированной водой. Приготовленные растворы содержат 0,0; 2,0; 5,0; 8,0; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0; 30,0; 40,0 мг/л SO₄^2-.

Отмеривают по 5 мл из каждого раствора в мерные пробирки на 15 мл. В каждую пробирку с образцовым раствором прибавляют по 2 мл раствора соляной кислоты (1:1) и 5%-ого раствора хлорида бария, 3мл 1%-ого раствора желатина, тщательно перемешивают и выдерживают в течение 10 – 15 минут.

Выбор оптимального светофильтра и рабочей кюветы. Для этого на ФЭК марки КФК-2 измеряют интенсивность выходящего светового потока (мутность) S на различных длинах волн относительно нулевого раствора в стандартных кюветах. Строят кривую S = f (λ;, нм) и подбирают оптимальный светофильтр. Затем подбирают размер рабочей кюветы.

Анализ пробы. К 5 мл талой воды добавляют по 2 мл раствора соляной кислоты (1:1) и 5%-ого раствора хлорида бария, 3мл 1%-ого раствора желатина, тщательно перемешивают и выдерживают в течение 10 – 15 минут. Затем измеряют мутность S.

Анализ холостой пробы. К 5 мл талой воды добавляют 2 мл раствора соляной кислоты (1:1) и 3мл 1%-ого раствора желатина, тщательно перемешивают и выдерживают в течение 10 – 15 минут. Затем измеряют мутность S’.

Массовую концентрацию сульфатов в пробе С, мг/л, в пробе талой воды определяют по формуле:

С = S - S’/b (13),

где S – оптическая плотность пробы талой воды;

S’ – оптическая плотность холостой пробы;

b – угловой коэффициент (наклон) градуировочной характеристики.

Порядок выполнения измерений на «КФК-2МП»:

1. открыть крышку кюветного отделения (рукоятка кюветодержателя при этом должна быть в положении 1 «влево до упора»);

2. включить прибор в сеть и включить тумблер «СЕТЬ»;

3. нажать клавишу «ПУСК», загорится светодиод «Р»;

4. при использовании циклического режима нажать клавишу «Ц/Р», загорится светодиод «Ц»;

5. нажать клавишу «Ш(0)», загорится символ «0»;

6. установить ручками нужный светофильтр и фотоприемник;

7. вставить кюветы (контроль – в дальнее гнездо, анализируемый раствор – в ближнее);

8. закрыть крышку кюветного отделения;

9. нажать клавишу «К1» (соблюдать паузы в 3-5 секунд), загорится символ «1»;

10. рукоятку кюветного отделения повернуть в положение 2 «вправо до упора»;

11. нажать клавишу «Т2» или»Д5» (соблюдать паузы в 3-5 секунд), загорится символ «2» или «5», соответственно;

12. снять показания прибора;

13. рукоятку кюветного отделения повернуть в положение 1 «влево до упора»;

14. открыть крышку кюветного отделения;

15. повторить операции 5, 8-14 три раза и найти среднее арифметическое измеряемого параметра;

16. сменить кювету и повторить операции 4-15;

17. по окончании работы выключить прибор из сети и закрыть его чехлом.

 

λ, нм
А каж.	0,357	0,415	0,574	0,538	0,495	0,311	0,208	0,169	0,133	0,103	0,076

 

 

Выбор рабочей кюветы

l, см
А каж.	0,574	0,754

 

 

Построение калибровочного графика

№	С (SO42-), мг/л	Акаж.измер.	Акаж.расчит.	Арасчит. = а +b∙С
		0,038	0,051	а = 0,0132 b = 0,0193 r = 0,9978
		0,103	0,109
		0,166	0,167
		0,205	0,206
		0,308	0,303
		0,416	0,400
		0,505	0,496
		0,614	0,583
		0,754	0,765

 

Подбор реактивов и оборудования:K₂SO₄ (крист.), BaCl₂∙2H₂O (крист.), желатин, HCl (конц.), дистиллированная вода, мерные колбы с пробками на 50 мл (10 штук) 100 мл и 250 мл, стакан на 200 мл, набор мерных пипеток (2, 5 и 10 мл), набор мерных пробирок на 15 мл (10 штук), чистые склянки с пробками для хранения растворов, водяная баня, технические и аналитические весы, набор кювет, КФК-2МП.

Приготовление основного стандартного раствора сульфата калия (С SO₄^2- –0,5 мг/мл).

Для приготовления раствора необходимо растворить 0,9071 г K₂SO₄ в 1 л дистиллированной воды.

Приготовила 0,25 л раствора.

0,9071 г K₂SO₄ – 1,00 л

Х г K₂SO₄ – 0,25 л

Х = 0,9071 г ∙0,25 л/1,00 л = 0,2267 г

g _(теор.) = 0,2267 г

Взятие навески:

m _{(пустой капсулы)} = 0,7761 г

g _(теор.) + m _{(пустой капсулы)} = 0,7761 г + 0,2267 г = 1,0028 г

m _{(капсулы + навеска)} = 1, 0038 г

m _{(капсулы с остатками)} = 0,7767 г

g _{(практич.)} = m _{(капсулы + навеска)} - _{(капсулы с остатками)} = 1,0038 г – 0,7767 г = 0,2271 г

Растворение навески – см. стр.

Раствор перелила в чистую посуду.

Приготовление 5%-ого раствора хлорида бария.

Взвесила 5,00 г BaCl₂∙2H₂O(крист.) на технических весах, растворила навеску в 100 мл дистиллированной воды в колбе на 100 мл. Раствор перелила в чистую посуду.

Растворение навески – см.стр.

Приготовление 1%-ого раствора желатина.

Мерную колбу (V = 100 мл) заполнила на 1/2 дистиллированной водой и всыпала 1 г желатина и перемешала. После набухания желатина колбу поставила на водяную баню для гомогенизации раствора. Далее довела объем до метки дистиллированной водой. Колбу закрыла пробкой и перемешала. Раствор перелила в чистую посуду.

Приготовления раствора соляной кислоты (1:1).

В стакан на 200 мл налила 50 мл дистиллированной воды и аккуратно при перемешивании добавила 50 мл концентрированной соляной кислоты. Раствор перелила в чистую посуду.

 

Приготовила нулевой и стандартный (C (SO₄^2-) = 40,0 мг/л) растворы. Отмерила по 5 мл каждого из них в мерные пробирки на 15 мл и добавила необходимые реагенты.

 

 

Выбор длины волны.

Поместила в кюветное отделение стандартный и нулевой растворы в кюветах на 1,0 см и измерила оптическую плотность на всех длинах волн. Максимум светопоглощения наблюдается при длине волны равной 400,0 нм.

Полученные данные в графической зависимости представлены в таблице

Выбор кюветы.

Рабочую кювету подбирала, измеряя стандартный раствор (C (SO₄^2-) = 40,0 мг/л) относительно нулевого в различных кюветах при λ = 400,0 нм. Результаты представлены в таблице (приложение). Оптимальная величина А для стандартного раствора с С_max составляет 0,6-0,8 – этому условию соответствует кювета на 2 см.

Анализ проб

К 5 мл пробы добавила необходимые реагенты, и измерила оптическую плотность относительно нулевого раствора при λ = 400,0 нм и в кювете на 2 см.

 

 

Определение содержания хлоридов

 

Подготовка к анализу

Приготовление растворов сравнения:

Калибровочные растворы необходимой концентрации от 10^-1 до 10^-6 М готовят последовательным разбавлением исходного раствора концентрации 10^-1 моль/л. Для его приготовления надо взять 5,8450 г хлорида натрия, растворить в 1 л дистиллированной воды.

Подготовка электродов к работе

Измерительный электрод подключают к высокоомному входу измерительного прибора, а электрод сравнения – к низкоомноому.

Перед началом работы электрод следует промыть дистиллированной водой в течение 10-15 минут с двукратной сменой воды. Электрод сравнения должен быть снабжен солевым мостиком, заполненным 0,1 М раствором нитрата калия.

Начать калибровку следует с дистиллированной воды, затем последовательно в калибровочных растворах, начиная с наименьшей концентрации хлорид-ионов. Измерения проводить при постоянном перемешивании раствора.

По полученным результатам построить калибровочный график Е=f(lga_Cl-). Зависимость логарифма активности хлорид-ионов от концентрации хлорида натрия указана в таблице:

 

Зависимость логарифма активности хлорид-ионов

от концентрации хлорида натрияЗависимость логарифма активности хлорид-ионов

от концентрации хлорида натрия

Концентрация раствора хлорида натрия, моль/л	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5
Логарифм активности, (lg aCl-)	-1,12	-2,05	-3,02	-4,02	-5,00

 

После проведения калибровки необходимо проконтролировать отмывку электрода дистиллированной водой. Считать электрод готовым к работе, если его потенциал в воде отличается от измеренного ранее не более чем на 20-30 мВ. В противном случае отмывку повторить.

Измеряют величину потенциала электрода в анализируемом растворе и по калибровочному графику определяют концентрацию хлорид-ионов. Время установления потенциала обычно не превышает 1 мин. Крутизна электродной функции 56±2 мВ.

По окончании работы электрод промыть дистиллированной водой и хранить в сухом месте.

По результатам определения ЭДС в растворах сравнения на масштабно-координатной бумаге (миллиметровке) строят градуировочный график.

По оси абсцисс откладывают значение –рCl растворов сравнения, а по оси ординат – соответствующие им показания прибора.

Используя градуировочный график определяют pCl анализируемых растворов.

Определение рабочих характеристик электрода проводим по серии стандартных растворов с заданными концентрациями хлорид-ионов в пределах от 1 до 10^-7 М.

Приготовление серии стандартных растворов

Исходный 1М раствор хлорида калия готовим, растворяя навеску 5,850 г KCl в 100 мл дистиллированной воды.

Расчет навески: g_теор = С•V•М = 1,0·0,1·58,5 = 5,850 г.

g_прак = m_{капсулы+соль} – m_{пустой капсулы} = 5,9880 – 0,1344 = 5,8536 г.

С_прак = g_прак/V·М = 5,854 / 0,1 · 58,5 = 1,001 моль/л

Другие стандартные растворы готовим последовательным десятикратным разбавлением исходного раствора. Снимаем показания прибора по каждой концентрации, измерения ведем в трёх повторностях. Результаты представлены в таблице.

 

Построение градуировочного графика

pCl
Е,	-268,2	-254,6	-226,3	-202,4	-180,2	-152,0	-137,6	-125,2

 

По полученным данным построили градуировочный график

Рабочие характеристики хлорселективного электрода:

1. Нернстовская область электродной функции лежит в интервале
концентраций хлорид-ионов от 10^-1 до 10^-5 М;

2. Крутизна электродной функции составляет 56 мВ (теоретическая
крутизна 58±2 мВ);

3. Время отклика составляет 2±1 мин.

 

Проведение анализа

Измеряем величину потенциала электрода в анализируемом растворе и по калибровочному графику определяем концентрацию хлорид-ионов.

 

 

Определение содержания нитратов

 

 

1. Приготовление стандартных растворов нитрата калия. Используя исходный раствор 1М KNO₃, последовательным разбавлением приготовить растворы с концентрацией KNO₃ 0,1М; 0,01М; 0,001М; 0,0001М; 0,00001М.

2. Калибровка нитрат-селективного электрода по стандартным растворам. Полученные стандартные растворы налить в чистые стаканчики и, погрузив в раствор нитрат-селективный индикаторный электрод и хлорид-серебряный электрод сравнения, измерить ЭДС ячейки (Е,мВ). Измерения проводить, переходя от раствора с меньшей концентрацией к раствору с более высокой концентрацией (в этом случае электрод можно не мыть, а лишь вытирать фильтровальной бумагой). Полученные данные обработать методом наименьших квадратов. Построить калибровочный график Е = f (pNO₃^ˉ)

3. Измерить ЭДС анализируемого раствора. Используя калибровочный график, определить pNO₃^ˉ и концентрацию нитрат-ионов в пробе.

 

Назначение электрода

1. Электрод является преобразовательным элементом, предназначенным для потенциометрического измерения концентрации нитрат-ионов NO₃^¯ в водных растворах.

2. Электрод может быть использован для работы в лабораторных условиях в составе аналитических средств измерения в паре с электродом сравнения и рН-метром или иономером.

Технические характеристики

1. Диапазон рабочих температур анализируемой среды: от 5 до 50⁰С.

2. Диапазон измеряемых концентраций нитратов: 2*10^-1 до 2*10^-5 моль/л.

3. Оптимальное значение рН анализируемой среды: от 1 до 10.

4. Электрическое сопротивление электрода при температуре 25⁰С: не более 50 Мом.

5. Крутизна электродной характеристики при температуре 25⁰С, 54 ± 3 мВ/рNO₃.

6. Электрод допускает избыточное присутствие ионов (при концентрации основного иона 0,1 М); NO₂^¯ – в 10 раз; Cl^¯ – в 50 раз; НРО₄^2-, СН₃СОО^¯, НСО₃^¯, СО₃^2- - в 10 раз; SO₄ ^2-– в 1000 раз.

Время отклика, не более 3 мин; электрическое сопротивление электрода <100 МОм; потенциал электрода относительно хлорсеребряного электрода сравнения в растворе 10^-2, < NO₃^¯ при 25⁰ С 110 ± 20 мВ.

Принцип работы, подготовка электрода и калибровка

1. Принцип работы электрода основан на селективном обмене между ионами мембраны и нитрат-ионами, содержащимися в растворе, в результате чего возникает скачок потенциала, описываемый уравнением:

Е = Е₀ – RT/ZF * lnα _NO3-

где Е – измеренный потенциал электрода, В; Е₀ – стандартный потенциал электрода, В; R – газовая постоянная, Дж/моль^-1, К^-1; Т – абсолютная температура, ⁰К; F – число Фарадея; Z – заряд нитрат-иона; α_NО3– активность ионов NO₃^¯_.

Такая зависимость выполняется, как правило на участке концентраций нитратов 10^-2 до 10^-4 моль/л. При меньших и больших концентрациях наблюдаются отклонения от линейности. Однако для вышеуказанного диапазона определения концентраций 2*10^-1 до 2*10^-5моль/л. Эти отклонения воспроизводимы и могут быть учтены при измерениях концентраций нитрат-ионов. Для этого либо при калибровке строят зависимость Е от логарифма активности нитратов и используют затем ее при расчетах, либо при наличии микропроцессора в приборе заводят такую зависимость в программу расчетов концентраций нитратов.

2. Для определения концентрации нитрат-ионов в исследуемом растворе измеряют потенциал электрода относительно электрода сравнения. Концентрацию нитрат-ионов определяют по калибровочному графику.

3. Электрод состоит из пластмассового корпуса с ионочувствительной мембраной, приклеенной к нижней части корпуса. Внутри корпуса находится хлорсеребряный полуэлемент, герметично закрытый сверху колпачком. Раствор электролита для внутреннего полуэлемента приготавливается и заливается через заливное отверстие в корпус электрода потребителем.

4. Подготовка электрода к работе:

- приготовить раствор следующего состава: 0,01 m KNO₃(NaNO₃) + 0,01 m KCl (1: 1).

- залить через отверстие в верхней части электрода (на 10мм ниже колпачка) этот раствор с помощью шприца. Заливку следует провести так, чтобы внутри не остались воздушные пузырьки, которые могут препятствовать контакту электролита с мембраной. Рекомендуется делать заливку порциями – залить часть электролита и затем сильно встряхнуть электрод (как стряхивают градусник), чтобы электролит сместился вниз к мембране, и так повторять до тех пор, пока не заполнится весь электрод.

- после заполнения электролитом можно заклеить заливное отверстие скотчем, и проколоть небольшое отверстие с помощью иголки в том месте, где расположено заливное отверстие (это необходимо, чтобы выровнить давление снаружи и внутри корпуса электрода при изменении температуры).

- поместить электрод в раствор 0,01 М KNO₃ и вымочить в течение 2-3 суток.

5. Проверка работоспособности и калибровка.

Проверку работоспособности электрода лучше проводить, погрузив нитратный и вспомогательный электроды в раствор 0,01 М KNO₃. Измерительный прибор перевести в режим измерения «мВ». В случае если показания прибора будут устойчивы и воспроизводимы в интервале 130 ±30 мВ, то электрод пригоден для дальнейших измерений. Если показания неустойчивы, то следует проверить заливку электрода электролитом (возможно, внутри электрода остались воздушные пузырьки).

Калибровку электрода следует проводить на основе растворов, близких по составу и ионной силе с исследуемым раствором при температуре, близкой к температуре исследуемого раствора.

6. Определение значения pNO₃^¯ в анализируемом растворе.

Проверка рабочих характеристик первого электрода.

 

Определение Нернстовской области

С, моль/л	pNO3-	Е, мВ
	0,15	89,2±0,1
10-1	1,12	102,3±0,1
10-2	2,05	156,4±0,1
10-3	3,02	205,2±0,1
10-4	4,01	264,3±0,1
10-5	5,00	314,0±0,1
10-6	6,00	324,8±0,1

 

Рабочие характеристики нитрат-селективного электрода

1. Нернстовская область электродной функции лежит в интервале концентраций нитрат-ионов от 10^-1 до 10^-5моль/л

2. Крутизна электродной функции составляет 54,6 мВ (теоретическая крутизна 54±3 мВ).

3. Время отклика составляет 2±1 мин.

4. У раствора с концентрацией 10^-2 моль/л Е= 156,4 мВ (теоретически 130±30 мВ).

 

Построение калибровочного графика

 

Приготовили раствор с концентрацией KNO₃ 1 М.

q = C*M*V

q = 1*101,103*0.05 = 5,0552 г

Навеску отвесили на аналитических весах и растворили дистиллированной водой в мерной колбе на 50 мл. Взяли 5 мл раствора и налили в мерную колбу на 50 мл, довесли до метки. Аналогично приготовили ещё 4 раствора. Измерили ЭДС.

 

 

С, моль/л	pNО3-	Е, мВ
10-1	1,12	102,3
10-2	2,05	156,4
10-3	3,02	205,2
10-4	4,01	264,3
10-5	5,00	314,0

 

 

а = 42,3

в = 54,7

r = 0,999

 

Определение содержания ионов натрия и калия

 

Для построения калибровочных графиков используются стандартные растворы хлоридов калия и натрия с концентрацией 10^-5 – 1,0 моль/л. Исходный 1 моль/л раствор готовят весовым методом. Остальные растворы готовят последовательным десятикратным разбавлением дистиллированной водой. Для этого берут 2 мерные колбы на 100 мл. В колбу 1 отмеряют из мерной пипетки 10 мл исходного раствора, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Полученный стандартный раствор 1 имеет концентрацию (КС1, NaCl) = 1 моль/л. Затем 10 мл раствора 1 переносят пипеткой в колбу 2 и доводят водой до объема 100 мл. Получают стандартный раствор 2 с концентрацией 0,1 моль/л. Таким образом получают стандартные растворы 3, 4 и 5 с концентрациями 10^-3 моль/л, 10^-4 моль/л и 10^-5 моль/л.

Калибровка ионоселективного электрода по стандартным растворам

Полученные стандартные растворы наливают в чистые стаканчики и, погрузив в раствор ионоселективный индикаторный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения, измеряют ЭДС (мВ) ячейки. Измерения проводят переходя от раствора с меньшей концентрацией к раствору с более высокой концентрацией (в этом случае электрод не моют, а лишь вытирают фильтровальной бумагой). Измерения потенциала при калибровке и последующем определении концентрации катионов (натрия и калия) в анализируемом растворе проводят при постоянном перемешивании с фиксированной скоростью и при постоянном времени измерения – 2 мин. По полученным данным строят график: E = f(pX), после предварительной обработки методом наименьших квадратов. Величина b (метод наименьших квадратов) соответствует крутизне электродной функции и далее ее сравнивают с данными паспорта электрода.

Анализ пробы

Объем талой воды (50 мл) переносят в стакан для измерения. Затем погружают ионоселективный электрод и хлорсеребряный электрод. Перед погружением электрода в исследуемый раствор его следует ополос­ нуть дистиллированной водой и просушить фильтровальной бумагой. Измеря­ ют ЭДС (мВ) гальванического элемента, и по калибровочному графику находят значение рМе в исследуемом растворе.

 

Подбор реактивов и оборудования: дистиллированная вода, КCl (крист.), NaCl (крист.), NH₄NO₃ (крист.), фильтровальная бумага, калий-селективный электрод, натрий-селективный электрод, хлорсеребряный электрод, электролитический ключ, иономер лабораторный И-160М, мерный цилиндр на 100 мл, стакан химический на 100 мл (7 штук), мерная пипетка на 10 мл, аналитические и технические весы, мерная колба с пробкой на 50 мл (2 штуки).

 

Порядок выполнения работы:

1. за 30 минут до работы включила прибор в сеть;

2. подключила хлорсеребряный и натрий- (калий)-селективный электроды;

3. рассчитала необходимое количество солей для приготовления 50 мл 1 М растворов:

g = C_м∙M∙V

где g – навеска вещества, г;

C_м – молярная концентрация вещества, моль/л;

M – молярная масса вещества, г/моль;

V – объем, который раствора этого вещества, л;

M (КCl) = 74,555 г/моль;

M (NaCl) = 58,443 г/моль;

g (КCl) = 1 моль/л∙74,555 г/моль∙0,05 л = 3,7277 г;

g (NaCl) = 1 моль/л∙58,444 г/моль∙0,05 л = 2,9222 г;

4. приготовила 1М растворы хлорида натрия хлорида калия:

 

Взятие навески

Вещество	КСl	NaCl
gT, г	3,7277	2,9222
m капсулы+навеска, г	4,1884	3,3829
m капсулы с ост, г	0,4607	0,4607
g практ., г	3,7277	2,9222
СM, моль/л.	1,0000	1,0000

 

Растворение навески: заполнила мерную колбу на 50 мл на 1/3 дистиллированной водой. Высыпала навеску в мерную колбу через сухую воронку. Смыла небольшим объемом воды остатки навески с воронки и горлышка колбы. Растворила соль в налитом объеме воды. Довела объем раствора в колбе дистиллированной водой до метки по нижней границе мениска (последние капли воды добавила глазной пипеткой). Закрыла колбу пробкой и перемешала 15-20 раз. Содержимое колбы вылила в чистую посуду;

5. провела калибровку натрий-селективного электрода:

калибровка натрий-селективного электрода проводилась согласно паспорту на электрод ионселективный ЭЛИС-112Na.

Техническая характеристика натрий-селективного электрода:

диапазон измеряемых концентраций – 10^-1 - 10^-4 моль/л;

крутизна электродной функции (при 20 ⁰С) – 55,0 ± 3мВ/pNa;

оптимальный диапазон pH – не менее 6.

 

Результаты потенциометрического измерения

№ п/п.	V стандарт. раствора, мл	CM, моль/л	pNa = - lg а Na+	Е, мВ (измеренная)	Регрессионные хар-ки
			0,09	51,0	r = - 0,999 a = 51,613 b = -52,101
		0,1	1,05	-5,7
		0,01	2,02	-56,7
		0,001	3,01	-107,4
		0,0001	4,00	-153,0

 

Электрод имеет Нернстовскую электродную функцию в интервале активности, где зависимость потенциала от pNa линейна. Для определения Нернстовской области построили график зависимости Е = f(pNa)) для концентраций больших и меньше на порядок по сравнению с теоретическими, прямой участок на графике будет отвечать Нернстовской области.

Y = -52,101х + 51,613

Крутизна электродной функции натрий-селективного электрода составляет 52,1 мВ/pNa (теоретическая крутизна составляет 55,0 ± 3) мВ/pNa.

Нернстовская область – 1,05-3,01 pNa.

6. провела калибровку калий-селективного электрода:

калибровка калий-селективного электрода проводилась согласно паспорту на электрод ионселективный ХС-К-001 (приложение).

Техническая характеристика калий-селективного электрода:

диапазон измеряемых концентраций – 1*10^-1-5*10^-5 моль/л.

урутизна электродной функции (при 20 ⁰С) – 55 ± 3 мВ/pК.

Оптимальный диапазон pH – 0-8,5.0.

В качестве солевого мостика использовался 0,3 молярный раствор NH₄NO₃

Результаты потенциометрического измерения

№ п/п.	V стандарт. раствора, мл	CM, моль/л	pК = - lg а К+	Е, мВ (измеренная)	Регрессионные хар-ки
			0,33	455,0	r = -0,999 a = 473,355 b = -47,061
		0,1	1,11	424,0
		0,01	2,04	380,0
		0,001	3,01	328,7
		0,0001	4,00	285,5

 

Электрод имеет Нернстовскую электродную функцию в интервале активности, где зависимость потенциала от pК линейна. Для определения Нернстовской области построили график зависимости Е = f(pК) для концентраций больших и меньше на порядок по сравнению с теоретическими, прямой участок на графике будет отвечать Нернстовской области.

Y = -47,061х + 473,355

Крутизна электродной функции калий-селективного электрода составляет 47,1 мВ/pК (теоретическая крутизна составляет 55 ± 3 мВ/pК).

Нернстовская область – 1,11-3,01 рК.

.

Характеристика электродов

Ион	Марка электрода	Нернстовская областьпрактическая, pA	Крутизна электродной функции, мВ/pА	Время отклика, мин.	Рабочий диапазон
			теор.	практ.
Na+	ЭЛИС 112Na	1,05-3,01	55 ± 3	52,1	не более 2	10-1 – 10-4
К+	ХС-К-001	1,11-3,01	55 ± 3	47,1	не более 2	1∙10-1–5∙10-5

 

 

Определение рН

 

pH анализируемых проб измеряется с помощью карманного рН-метра.

Карманные рН-метры типа «CHECKER» предназначены для определения численных показателей степени кислотности или щелочности водной среды и могут использоваться как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Основные технические данные и характеристики

Диапазон измерения: 0,00÷14,00 рН

Разрешение: 0,01 рН

Точность: ± 0,2 рН

Калибровка: по двум точкам с помощью винтов

Порядок выполнения измерений

1. Включить прибор с помощью включателя ON/OFF.

2. Снять с электрода защитный колпачок.

3. Погрузить электрод в раствор. Не при каких обстоятельствах не погружать электрод более чем на 5 см.

4. Слегка помешать электродом анализируемый раствор, пока не стабилизируются показания на дисплее. Для получения точных показаний, перед тем как погрузить электрод в новый образец, рекомендуется сполоснуть его исследуемым раствором.

5. После работы электрод необходимо вымыть и хранить в защитном колпачке.

Калибровка прибора

Одноточечная калибровка: погрузить электрод в буферный раствор с рН, близким к исследуемым растворам и подкрутить с помощью отвертки калибровочный винт «рН 7,0».

Двухточечная калибровка: погрузить электрод в буферный раствор с рН = 7,01и подвести показания прибора до 7,01 с помощью калибровочного винта «рН 7,0». Затем, погрузить электрод в буферный раствор с рН = 4,01 или рН = 10,01и подкрутить отверткой винт «рН 4,0», пока индикатор не покажет соответствующее значение рН.

 

Подбор реактивов и оборудования: дистиллированная вода, насыщенный раствор гидрофталата калия – KC₈H₅O₄ (рН = 4,01), 0,05 М раствор тетрабората натрия – Na₂B₄O₇∙10H₂O (рН = 9,18), стакан на 100 мл (2 штуки), фильтровальная бумага, портативный рН-метр.

Порядок выполнения работы:

8. включила прибор и сняла защитный колпачок;

9. промыла электрод дистиллированной водой и просушила фильтровальной бумагой;

10. в стакан (V = 100 мл) налила 80 мл дистиллированной воды и погрузила электрод;

11. измерила рН;

12. просушила электрод фильтровальной бумагой;

13. налила во второй стакан 80 мл буферного раствора – насыщенного KC₈H₅O₄ (рН = 4,01);

14. измерила рН;

15. подкрутила отверткой винт «рН 4,0», пока индикатор не стал показывать соответствующее значение рН;

16. промыла стакан и электрод дистиллированной водой, электрод просушила фильтровальной бумагой;

17. налила в стакан 80 мл буферного раствора – 0,05 М Na₂B₄O₇∙10H₂O (рН = 9,18);

18. измерила рН;

19. промыла стакан и электрод дистиллированной водой, электрод просушила фильтровальной бумагой;

20. ополоснула стакан обработанной пробой талой воды;

21. налила в стакан 80 мл обработанной пробы талой воды;

22. измерила рН и записала в журнал

23. промыла электрод