Как определить концентрацию железа в воде. Фотометрическое определение железа в питьевой воде. Измерение массовой концентрации общего железа с ортофенантролином

Пробы воды, предназначенные для выявле­ния общего железа, не консервируют. Метод с роданистым аммонием основан на взаимодействии в сильнокислой среде окисного железа и роданида с обра­зованием окрашенного в красный цвет комплексного соединения роданового железа. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации железа.

Реактивы:

основной раствор железоаммонийных квасцов, содержащий в 1 мл 0,1 мг железа (для его приготовления берут 0,8636 г перекристаллизован­ных железоаммонийных квасцов и растворяют в мерной колбе, туда же для подкисления добавляют 2 мл крепкой соляной кислоты и объем доводят до метки 1 л. Путем разведения 1 мл раствора в 100 раз получают стандартный раствор с концентрацией 0,001 г в 1 мл);

50% -й раствор роданистого аммония или калия;

персульфат аммония в кристаллах;

соляная кислота (плотность - 1,19 г/см кубический) в разведении 1:1. Реактивы готовят на дистиллированной воде, концентрацию веществ устанавливают с точностью до 0,01 мг/л.

Методика исследования . В мерную колбу наливают 100 мл ис­следуемой воды, в другую колбу - 100 мл стандартного раствора. В каждую колбу вносят по 2 мл разведенной соляной кислоты, 2-3 кристаллика пер­сульфата аммония, перемешивают и добавляют по 2 мл роданистого аммо­ния. Колбы встряхивают и окрашенные растворы колориметрируют (синий светофильтр). Расчет концентрации железа в воде производят по формуле:

С 2 - концентрация железа в исследуемой пробе воды, мг/л; C 1 - концент­рация железа в стандартном растворе, мг/л; A 1 - оптическая плотность стандартного раствора; А 2 - оптическая плотность исследуемой воды; 1000 - перерасчет на 1 л.

Приближенный метод определения железа в воде : в про­бирку наливают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 2 мл соляной кисло­ты, 2-3 кристаллика персульфата аммония, перемешивают и добавляют по 2 мл роданистого аммония. Количество содержащегося железа определяют по таблице 42.

Таблица 42

Определение содержания железа в воде

Определение кислорода в воде по Винклеру

Данный метод определения кислорода в воде основан на том, что при добавлении хлористого марганца и едкого натра расстворенный в воде кис­лород связывается с гидратом закиси марганца, который переходит в гидрат окиси марганца. При растворении последнего серной кислотой в присут­ствии йодистого калия освобождается йод, в количестве, эквивалентном содержанию кислорода. Образовавшийся свободный йод титруют раствором тиосульфата и по израсходованному количеству устанавливают уровень ра­створенного кислорода.

Используется следующая посуда: склянки с притертой пробкой емко­стью 100-200 мл, бюретки, пипетки по 1 и 5 мл, конические колбы на 150-200 мл, мерные цилиндры на 100 мл.

Реактивы:

раствор хлористого марганца (32 г препарата растворяют в 100 мл прокипяченной дистиллированной воды);

щелочной раствор йодида калия (32 г едкого натра) и 10 г йодида калия растворяют в 100 мл дистиллированной воды;

раствор серной кислоты в разведении 1: 3 или концентрированный раствор фосфорной кислоты;

0,01 н раствор тиосульфата натрия (2,48 г препарата растворяют в 1 л дистиллированной воды);

0,2%-й раствор крахмала.

При отборе пробы воды для анализа необходимо исключить соприкосно­вение воды с атмосферным воздухом. Для этого берут склянку с притертой пробкой на 100-200 мл и заменяют пробку на резиновую с двумя стеклянными трубками (одна - на 20 см выше пробки, другая - на уровне таяще­го края пробки). Один конец трубки опускают до дна склянки, саму склянку опускают в водоем на глубину 20-30 см и заполняют водой до прекращения выхода пузырьков воздуха. После этого вновь заменяют пробку на притер­тую. Пробу воды в теплое время года сразу же фиксируют у водоема (добав­ляют раствор хлористого марганца и смесь едкого натра с йодидом калия из расчета по 1 мл каждого на 100 мл исследуемой воды).

Методика исследования . В склянку на 200 мл, заполненную до­верху пробой воды, добавляют 2 мл раствора хлористого марганца. Для этого наполненную пипетку погружают на дно склянки, затем открывают верхний конец и медленно вынимают пипетку. Другой пипеткой к пробе добавляют 2 мл раствора смеси йодида калия и едкого натра. Конец пипетки опускают только под уровень пробы в горлышке склянки. После этого склянку осторожно закрывают так, чтобы под пробкой не образовывались пузырьки воздуха. Перемешивают до тех пор, пока не будет хлопьевидного осадка. Затем добавляют 5-10 мл серной кислоты и перемешивают до полного ра­створения осадка. Далее в коническую колбу на 250 мл наливают из склян­ки 100 мл исследуемого раствора. Выделившийся при этом йод оттитровывают 0,5-1 мл 0,2%-го раствора крахмала - до обесцвечивания раствора.

Растворимость кислорода в воде при 0 0С и давлении 760 мм рт. ст. при­ведена в таблице 43.

Определение железа в воде

Железистые соединения из почвенных минералов и руд часто встречаются в грунтовой воде. Вкус при наличии их 1,5 мг в 1 л воды является неприятным и становится похожим на вкус чернил. В маслоделии железистая вода вызывает прогрессирующее разложение жиров и придает маслу металлический привкус.

Количественное определение всего железа. Соли закиси железа переводят в соли окиси, которые с роданистым аммонием или калием дают красное окрашивание.

Наливают в пробирку 10 мл испытуемой воды и добавляют 2 капли концентрированной соляной или азотной кислоты. Берут 1-2 капли 3%-ной перекиси водорода или персульфат аммония на кончике ножа. Добавляют 4 капли 50%-ного раствора роданистого калия или роданистого аммония. Приблизительное содержание железа определяется по таблице.

Определение железа в воде

Можно определять также закисное и окисное железо.

Определение окисного железа производится так же, как и суммарное определение его. Разница состоит в том, что не добавляется окислитель, состоящий из перекиси водорода или персульфата аммония.

Количество закисного железа определяется по разности содержания между суммарным и окисным железом.

Запись результатов исследования химического состава воды

Тема 13. Определение окисляемости воды

Цель занятия: освоить методику по определению окисляемости воды в полевых условиях. Освоить методику определения окисляемости воды методом титрования раствором марганцевокислого калия.

Окисляемость воды является важным санитарно-гигиеническим показателем загрязненности ее органическими веществами. Непосредственное определение органических веществ в воде трудно выполнимо, по этому их количество оценивают по окисляемости воды. Под окисляемостью воды понимается потребность в кислороде, необходимая для окисления органических веществ, содержащихся в воде. Окисляемость воды выражается показателем количества кислорода в мг, расходуемого на окисление веществ в 1 л воды. Чем больше органических веществ в воде, тем больше потребуется кислорода и, следовательно, тем больше количество титрованного раствора KMnO 4 должно разложиться. Конец разложения раствора KMnO 4 узнается по прекращению его обесцвечивания.

Реактивы : 1) 0,01 нормальный раствор KMnO 4 , 1 мл которого может в кислой среде дать 0,08 мг кислорода; 2) 0,01 нормальный раствор щавелевой кислоты, 1 мл которой нуждается для своего окисления в 0,08 мг кислорода; 3) 25%-ный раствор серной кислоты.

Ростов-на-Дону

Министерство образования Российской Федерации

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Нарежная Е.В., Аскалепова О.И., Евлашенкова И.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

кпрактическим занятиям по аналитической химии для студентов биолого-почвенногофакультета

Ростов-на-Дону

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ РАБОТА 8-9

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

1. ГРАВИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА Сущность метода.Гравиметрическое определение железа основано на

осаждении гидроокисью аммония ионов железа (III) в виде Fe(OH)3, получении весовой формы Fe2O3 прокаливанием Fe(OH)3, взвешивании весовой формы и пересчете на массу железа.

У с л о в и я п р о в е д е н и я р е а к ц и и о с а ж д е н и я

1)Осаждение ведут из кислого раствора при рН 2-3и при75-90оС.Заканчивают осаждение в нейтральной или слабощелочной среде при рН = 7- 9.

2)Катионы железа (II), возможно присутствующие в растворе, должны быть предварительно окислены до Fe3+.

3)Для предупреждения образования коллоидной системы и для быстрой коагуляции образующегося аморфного осадка в анализируемый раствор предварительно добавляют коагулянт – нитрат аммония.

до кипения). К горячему раствору приливают небольшими порциями 10 %- ный раствор аммиака до ощущения слабого запаха аммиака. После этого содержимое стакана перемешивают стеклянной палочкой и для уменьшения адсорбции посторонних веществ разбавляют 100 мл горячей дистиллированной воды. Дают 4-5мин отстояться, после чего проверяют на полноту осаждения осторожным добавлением1-2капель гидроксида аммония и фильтруют (осторожно, без перемешивания) через фильтр средней плотности–”белаялента”.

После того как вся жидкость над осадком будет слита, осадок в стакане промывают несколько раз декантацией 2-хпроцентным раствором нитрата аммония до отрицательной реакции на ион Cl- в промывных водах. Промытый осадок на фильтре в воронке подсушивают в сушильном шкафу и чуть влажным вместе с фильтром переносят в тигель. Тигель предварительно прокаливают до постоянной массы и взвешивают. Тигель с содержимым помещают в муфельную печь и осторожно обугливают фильтр с осадком. После чего прокаливают до постоянной массы при температуре1000-1100оС.Первое прокаливание следует проводить в течение30-40минут. Затем тигель вынимают, немного охлаждают на воздухе и ставят в эксикатор. Взвешивание проводят после полного охлаждения. Затем повторяется прокаливание(15-20мин) и взвешивание. Прокаливание проводят до тех пор, пока масса тигля с осадком после последнего прокаливания и предпоследнего будет различаться не более, чем на 0,0002 г (ошибка взвешивания).

Р а с ч е т

Расчет массы железа, в граммах, содержащейся в полученном растворе, проводят по формуле:

gFe = m 2M(Fe) / M (Fe2O3)

где m- масса весовой формы, г; M(Fe)- молярная масса железа;

M(Fe2O3)-молярнаямасса весовой формы определяемого вещества, г. Соотношение 2M(Fe)/M(Fe2O3) называют аналитическим множителем или фактором и обозначают какF2M(Fe)/M(Fe2O3). Следовательно формула для

расчета принимает вид:

gFe = m F2M(Fe) / M(Fe2O3) .

Пример. Предположим, что при анализе получены следующие данные: Масса тигля с осадком:1-евзвешивание – 16,3242 г

2-евзвешивание – 16,3234 г

3-евзвешивание – 16,3232 г Масса тигля без осадка: 16,1530 г Масса осадка – 0,1702 г Находим массу железа:

gFe = m 2M(Fe)/M(Fe2O3) = 0,1702 2 55,85/159,7 = 0,1190 г

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУЛЬФАТОВ Сущность метода.Метод основан на реакции взаимодействия сульфатионов с ионами бария, сопровождающейся образованием малорастворимого мелкокристаллического осадка сульфата бария. Осадок сульфата бария отфильтровывают, промывают, прокаливают, взвешивают и рассчитывают в нем содержание SO42- или серы. Для определения серы в каменном угле, рудах и минералах проводят предварительное окисление серы до сульфат-

SO42- + Ba2+ = BaSO4

Условия проведения реакции осаждения.

1)Осаждение ведут из кислого раствора при рН

2)Осаждению мешают некоторые анионы (SiO32-,SnO32-,WO42- и др.), выпадающие в осадок в виде соответствующих кислот при подкислении раствора, поэтому мешающие анионы должны быть предварительно удалены из анализируемого раствора.

3)Неудовлетворительные результаты анализа получаются также в

присутствии большого количества соосаждаемых вместе с сульфатом бария ионов Fe3+, Al3+,MnO4-,Cl- и др.

Выполнение определения.

К полученному раствору, содержащему сульфат-ионы,приливают 50 мл воды,2-3мл 2 М HСl и ставят нагревать раствор. В другом стакане нагревают 30 мл 3 % BaCl2, полученного смешиванием 10 мл 10% BaCl2 и 20 мл дистиллированной воды. Оба раствора нагревают до кипения. Хлористый

барий вливают в анализируемый раствор медленно по палочке, периодически осторожно помешивая раствор. Палочку оставляют в растворе и переносят стакан на горячую водяную баню для отстаивания. Когда раствор станет прозрачным (через 1,5-2часа), проверяют полноту осаждения. Для этого осторожно по стенке стакана приливают2-3капли горячего раствора осадителя, отсутствие помутнения подтверждает полноту осаждения BaSO4. Если помутнение появится, добавляют еще1-2мл BaCl2, хорошо перемешивают раствор и опять ставят на водяную баню.

Для фильтрования осадка используют беззольный фильтр “синяя лента”. Перед началом фильтрования раствор охлаждают. Осадок от раствора отделяют декантацией, раствор осторожно по палочке сливают на фильтр, стараясь не взмучивать осадок. Фильтрат должен оставаться совершенно прозрачным. Следят за тем, чтобы уровень раствора в воронке был на 0,5 см ниже края фильтра. Когда из стакана будет слит почти весь раствор, приступают к промыванию осадка. В стакан наливают около 10 мл дистиллированной воды, взмучивают осадок палочкой, дают отстояться и сливают жидкость с осадка на фильтр. В стакан снова наливают промывную жидкость. Промывание декантацией проводят не менее 3-храз. В стакане примеси отмываются от осадка легче, чем на фильтре. После окончания промывания декантацией осадок количественно переносят на фильтр. Для этого стакан несколько раз промывают дистиллированной водой, а частицы осадка, оставшиеся на стенках стакана и палочке снимают с помощью небольших кусочков беззольного фильтра, которые также помещаются в воронку. Осадок на фильтре промывают2-3раза из промывалки, направляя струю сначала на края фильтра и затем по спирали - к центру.

Воронку с фильтром помещают в сушильный шкаф и осторожно подсушивают. Слегка влажный фильтр вынимают из воронки, складывают и переносят в фарфоровый тигель. Тигель предварительно должен быть прокален и взвешен. Тигель помещают в муфельную печь и озоляют осадок. После полного озоления муфельную печь закрывают и прокаливают осадок в

течение 30-40мин при600-800оС.Прокаливание при слишком высокой температуре может привести к термическому разложению и восстановлению сульфата бария

BaSO4 =BaO + SO3

BaSO4 + 2С = 2CO2 + BaS

После прокаливания тигель помещают в эксикатор до полного остывания и делают первое взвешивание. Повторное прокаливание проводят в течение 15 минут. Если масса тигля с осадком после последнего прокаливания не отличается более чем на 0,0002 г от предыдущей, то считают, что осадок доведен до постоянной массы.

Расчет массы сульфата, в граммах, проводят по формуле: g=m.M(SO42-)/M(BaSO4),

где m-массавесовой формы, г;M(SO42-)- молярная массасульфат-иона;

M(BaSO4) - молярная масса весовой формы определяемого вещества. СоотношениеM(SO42-)/M(BaSO4)называют аналитическим множителем

или фактором и обозначают как FM(SO42-)/M(BaSO4) .Следовательно, формула для расчета принимает вид: g=m. FM(SO42-)/M(BaSO4)

Предположим, что при анализе получены следующие данные: Масса тигля с осадком: 1-евзвешивание - 19,4735 г

2-евзвешивание - 19,4721 г

3-евзвешивание - 19,4720 г Масса тигля без осадка: 19,3308 г Масса осадка - 0,1412 г Находим массу сульфата:

g=m.M(SO42-)/M(BaSO4)=0,1412.96,07/233,4=0,05812г.

Если вы приняли решение (так же как и я) самостоятельно собрать и запустить у себя на даче бюджетную, не боящуюся мороза водоочистную установку, то без навыка самостоятельного проведения теста получаемой воды вам не обойтись.
Показатель качества воды
Органолептические показатели
1. Запах при 20 град.
2. Запах при нагревании до 60 гр.
3. Привкус и привкус при 20 град.
4. Цветность
Обобщенные показатели
5. Водор. показ. / рН / конц. ионов водорода
6. Общая жесткость
7. Карбонатная жесткость
8. Перманганантная окисляемость
9. Общая минерализация /сухой остаток /
10. Щелочность
Химические показатели
11. Железо Fe Fe2+
12. Железо Fe общ.
13. Марганец
14. Натрия + калия
15. Кальция
16. Магний
17. Сульфаты /SO 4 " /
18. Хлориды /Cl" /
19. Нитраты / по NO 3 " /
20. Нитриты /ион/
21. Силикаты
22. Фториды / F /
23. Бикарбонаты
24. Азот амонийный
26. Сероводород / сульфиды
Не буду оригинальным, если скажу что самый первый анализ надо сделать в лаборатории и по максимально возможному количеству загрязнений.
На основании этого анализа выбрать превышающие нормы показатели и собирать систему способную очищать именно те загрязнения, которые выходят за рамки СНИП (ПДК). А так же купить наборы для тестирования воды только по этим загрязнениям.

И так. Моя вода протестированная лабораторией, на момент постройки колодца:
Проанализировав данную бумажку приходим к выводу что необходима система очищающая от железа (15,58 ед), марганца (1,7 ед), сероводорода и жесткости. А так же нужны тесты для проведения анализа по этим загрязнениям.

Купив и собрав нужные компоненты в систему (пока очистка только по железу, марганцу, сероводороду) беремся за анализ воды в домашних условиях.
Наборы для проведения анализа воды, которыми я пользуюсь.
Номера фоток соответствуют пунктам.
1. Очень хороший (точный) импортный набор для определения железа в воде. Набор куплен в зоомагазине и предназначен для определения железа в пресноводном аквариуме (предположительно с рыбками). Далее идут отечественные наборы, менее точные, но со своими задачами тоже справляются достойно.
2. Набор определения Ph воды. (Нужен при использовании загрузок обезжилеживателей зависимых от Ph, например BIRM)
3. Тест на Fe2, растворенное в воде железо не окрашивает воду, но придает ей характерный вкус и запах.
4. Тест на Fe3, не растворенное железо. Окрашивает воду в желтый цвет. В просторечии - ржавчина
5. Тест на марганец. При высоких концентрациях окрашивает воду от серого до черного.
Начинаем анализ воды
6. Начинаем тестирование воды с определения Fe2. Набираем воду напрямую из колодца, с глубины 4 метра. Вода имеет сильный запах железа, мутная. Читаем инструкцию на прилагаемой к тесту бумажке и заливаем в пузырек из шприца необходимое количество тестируемой воды. Затем добавляем реагенты.
7. Вода окрашивается в интенсивный красный цвет. Это говорит о том что железа Fe2 в воде больше чем может показать данный тест (точно больше 5, это мы и так знаем по анализу из лаборатории)
8. Тем же тестом проверяем воду после фильтров Fe2 = 0, это говорит что все железо после фильтров окислилось в Fe3 и задержалось системой очистки.
9. Та же вода, после системы очистки, но проверенная тестом на Fe3. Согласно теста в воде присутствует нерастворенное железо Fe3 в количестве до 0.3 ед, придающее ей немного желтоватый оттенок.
10. Начинаем тест импортным набором определяющим общее железо в воде. Там 2 пузырька, для точности.
11. Реагенты наливаются в один пузырек
12. Подставка с пузырьками ставиться на цветную линейку и заглядывая внутрь добиваемся чтобы в обоих пузырьках цвет был одинаковый. В окошке видим результат – 0.1 ед что в принципе не противоречит только что проведенному на отечественных компонентах тесту.
13. Если достать пузырьки из держателя то вода с реагентами имеет розоватый оттенок говорящий что в воде есть железо (правда не понятно Fe2 или Fe3, типа общее, но мы уже знаем по предыдущим тестам что это Fe3)
По произведенным тестам у меня возник вопрос к спецам водоподготовки.
Тесты говарят о том, что в воде Fe2 отсутствует - растворенного железа НЕТ, а тест Fe3 утверждает, что в воде есть НЕ растворенное железо в количестве до 0.3 ед. Данное железо не фильтруется 1 микронным картриджем и не полностью подбирается активированным углем (в этом году какай то неправильный уголь попался, что ли, раньше углем все подбиралось) Вода имеет едва заметный желтоватый оттенок.
Но если в эту воду с Fe3 добавить гипохлорид ("белизна"), то через несколько минут вода темнеет, а через несколько часов выпадают в осадок хлопья Fe3 и вода становиться абсалютно бесцветной.
Добавление в эту воду перикиси водорода или АкваАурата такого эффекта не вызывает, вода остается такой же как была - чуть желтоватой.
ЧТО ЭТО ТАКОЕ? Почему гипохлорид окисляет уже окисленное Fe3?

Железо – главный враг водопроводных труб и нагревательных элементов бытовых приборов. Определить наличие ферросодержащиех компонентов можно при помощи привычных аптечных препаратов или набора аквариумиста.

Для начала вспомним о вреде повышенного содержания железа в воде .

Железо в литосфере земли находится на четвертом месте по распространенности. Источником одного из самых главных элементов кровеносной системы являются горные породы и соединения подземных стоков металлургических, текстильных и лакокрасочных предприятий.

В питьевой воде повышенное содержание железа может свидетельствовать о:

1. Коррозии «черных» (чугунных или стальных водопроводных труб);
2. Использовании на муниципальных станциях водоочистки железосодержащих коагулянтов.

Согласно Санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПин 2.1.1074-01, суммарное содержание четвертого по распространенности химического элемента в питьевой воде не должно превышать 03, мг/л.

Как определить железо в воде в домашних условиях?

Из школьного курса химии известно, что железо в жидкости встречается в двухвалентной (растворенной) и трехвалентной (химически связанной) форме (Таблица 1). Кроме того, существуют органические соединения одного из самых распространенных элементов – железобактерии.

Таблица 1.

Определение общего содержания железа

Самый простой метод определения железа в воде основан на взаимодействии катионов четвертого по распространенности элемента с сульфосалициловой кислотой. Образуемое в щелочной среде соединение ярко-желтого цвета – первый «симптом» коррозии водопроводных труб

Ход эксперимента:

К 25 мл. воды добавляют 1 мл. нашатырного спирта, 1 мл сульфосалициловой кислоты (продается в аптеке) и 1 мл аммиака. Спустя 15 минут можно делать выводы о наличии (или отсутствии) в пробе катионов железа.

Как определить железо в воде с помощью перманганата калия (марганцовки)?

Марганцовка – один из самых «универсальных» домашних индикаторов. Для того чтобы определить наличие железа светло-розовый раствор перманганата калия смешивают с образцами пробы. В случае положительной реакции цвет среды меняется на желтовато-бурый.

При помощи «набора аквариумуста»

Набор аквариумиста состоит из индикатора, среды и реагентов. Для идентификации катионов двухвалентного железа водопроводную воду заливают в пузырек, содержащий раствор и реагенты с помощью шприца. По интенсивности изменения расцветки среды можно делать приблизительные выводы о количестве растворенного элемента.

Определение трехвалентного железа

Простейший способ выявить наличие трехвалентного железа – отстаивание пробы. Жители крупных городов хорошо знают, что водопроводная вода чистая и прозрачная только в первый день отстаивания. Появление характерного красно-бурого осадка является первым признаком наличия трехвалентного железа, которое, окисляясь, превращается в красноватый гидрооксид.

Железо – трудно усваиваемый организмом элемент. Употребление воды с характерным «бурым» оттенком может способствовать развитию аллергических реакций или заболеваний кроветворных органов. Кроме того, даже двум миллиграммам растворенного железа (ПДК согласно ВОЗ), будет очень непросто спрятаться в воде с очень «неаппетитным» видом и легкоузнаваемым запахом.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Лабораторная работа № 2.

ВОДОПОДГОТОВКА.

Цель работы:

Общие сведения.

Железо (Ferrum) Железо

Органическое железо

· Бактериальное железо

· Коллоидное железо

· Ионный обмен

· Дистилляция

где I

l

Или в логарифмической форме:

Величину lg(I оптической плотностью поглощением , или светопоглощением и обозначают буквой А (absorption) либо D (density).

Закон Бугера – Ламберта - Бера

А = f(С

через начало координат

фотоэлектроколориметры (ФЭК)

А = f(C

Практическая часть.

Fe 3+ + nSCN - « FeSCN n 3- n

C x .

Ход работы

Оборудование.

Фотоэлектроколориметр

Посуда и материалы

Реактивы

2. Рабочий стандартный раствор

5. Аммоний надсернокислый.

Вопросы для защиты

Информация для лаборантов.

Реактивы

1. железоаммиачные квасцы NH 4 Fe(SO 4) 2 ×12 H 2 O (додекагидрат сульфата аммония железа III), концентрация 0.1 г Fe 3+ в 1 см 3 .

Навеску свежеперекристаллизованных железоаммиачных квасцов массой 0.8836 г растворяют в мерной колбе объемом 1000 см 3 , добавляют 2 см 3 концентрированной соляной кислоты и доводят до метки дистиллированной водой.

2. Роданид аммония NH 4 SCN либо роданид калия KSCN концентрации 50 %. Навеску соли массой 50 г растворяют в 50 см 3 дистиллированой воды.

3. Соляная кислота, плотность 1.12 г/см 3 . К 65 см 3 дистиллированной воды приливают 100 см 3 концентрированной соляной кислоты.

4. Аммоний надсернокислый.

5. Вода дистиллированная

Посуда

1. 7 мерных колб объемом 50 см 3

2. пипетки на 1 (2) и 5 см 3 со шкалой

3. бумага фильтровальная

4. груша резиновая

Оборудование

1. ФЭК + кюветы

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Лабораторная работа № 2.

ВОДОПОДГОТОВКА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РАСТВОРЕННОГО ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ.

Цель работы: определить содержание железа в сточной или природной воде фотоколориметрическим методом.

Общие сведения.

Железо (Ferrum) – принадлежит к 8 группе химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, атомная масса 55,847, атомный номер 26, плотность 7,874 г/см 3 , серебристо – белый блестящий пластичный металл, температура плавления 1535 o С. Железо достаточно распространено в земле (4 место) находится на 2 месте после алюминия; процентное содержание 4,65 %.

Главными источниками попадания соединений железа в поверхностные воды являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. В питьевой воде железо может содержаться также из-за плохого состояния водопроводов и применения коагулянтов на основе солей железа.

Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмма, вблизи болот – единицы миллиграммов. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм 3) наблюдается в подземных водах с низкими значениями pH. Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме. Концентрация железа подвержена сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации ионов железа в придонных слоях воды. Предельно допустимая концентрация общего железа в воде водоемов 0.5 мг/л.

Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe 3+ в 1 дм 3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях. По органолептическим показателям воды содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0.3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0.2 мг/л). Лишь в отдельных случаях при использовании подземных вод без установок по обезжелезиванию по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы содержание железа в воде, поступающей в водопроводную сеть, допускается до 1 мг/л.

В поверхностных пресных водах железо содержится в очень не больших количествах, и, как правило, в трехвалентной форме. Повышенное содержание железа наблюдается в болотистых водах, до нескольких миллиграммов на литр, в таких водах повышенное содержание гумусовых веществ, которые соединены с трехвалентным железом. При высоких значениях pH железо в воде находится в коллоидной форме оксида железа Fe(OH) 3. В подземных водах с низкими значениями pHи при минимальном содержании растворенного кислорода железо присутствует в растворенной двухвалентной форме. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

При содержании в воде железа в концентрациях выше 0.3 мг/л вода после непродолжительного контакта с воздухом окисляется кислородом и становится желтовато – бурого цвета. Такая вода вызывает появление ржавых подтеков на сантехнике, отложения в котельном и бойлерном оборудовании. При концентрациях выше 1 мг/л вода мутная окрашивается в желто-бурый цвет при не длительном контакте с воздухом. Такая вода не допустима для использования, как в питьевых, так и в технических целях.

Железо человек получает в основном с пищей, из воды – максимально 10%. Также возможно попадание железа из воздуха, при этом вероятно возникновение профессиональных заболеваний. ВОЗ не дает рекомендуемой величины потребления железа по показаниям здоровья. В больших количествах железо, как и любое другое химическое вещество, способно вызвать в организме человека нарушения и даже патологии.

Виды железа, содержащегося в воде .

Как правило, в воде встречается несколько видов железа (таблица 1).

Двухвалентное железо (Fe +2) – в этой форме железо находится в растворенном состоянии. Иногда при определенных значениях pH гидроксид железа Fe(OH) 2 , выпадает в осадок.

Трехвалентное железо (Fe +3) - Хлорид (FeCl 3) и сульфат (Fe 2 (SO 4) 3) – в растворимой форме, гидроксид железа Fe(OH) 3 – в нерастворимом виде (существуют исключения при низком уровне pH).

Органическое железо – существует в различных комплексах, растворимых или в коллоидной форме. Органическое железо трудно удалить из воды. Органическое железо бывает следующих видов:

· Растворимое органическое железо . Способно связывать и удерживать кальций и другие металлы. Некоторые органические молекулы связывают железо в сложные растворимые комплексы – хелаты. Пример, таких органических соединений: порфириновая группа гемоглобина крови (удерживает железо), хлорофилл (удерживает магний), гуминовая кислота.

· Бактериальное железо . Существуют бактерии, использующие растворенное железо для жизни, они получают энергию, преобразуя двухвалентное железо в трехвалентное.

· Коллоидное железо . Коллоиды –частицы размером менее 1 микрона, которые не растворяются в воде, но трудно фильтруются из-за малого размера. К коллоидным частицам также относятся крупные органические молекулы (танины, лигнины). Коллоидные частицы обладают высоким поверхностным зарядом, поэтому они отталкивают друг друга и не укрупняются, образуя в воде суспензии, находящиеся во взвешенном состоянии, вода становится мутной.

Таблица 1 – Виды железа, содержащиеся в воде.

Процесс удаления из воды железа называется обезжелезиванием. Очистка воды от железа – одна из самых сложных задач в водоподготовке. Одного универсального экономически оправданного метода очистки, который можно было бы применить во всех случаях для любой воды, не существует. Основные методы обезжелезивания:

· Окисление (реагентное, каталитическое). В результате окисления загрязнения осаждаются (с помощью коагулянтов или без них), потом фильтруются с помощью специальных систем очистки воды.

· Ионный обмен

· Мембранные методы (осмос, обратный осмос, нанофильтрация)

· Дистилляция

Поскольку железо образует устойчивые окрашенные соединения, для его определения можно использовать фотоколориметрические методы.

Фотоколориметрия. Теоретические основы метода.
Закон Бугера – Ламберта - Бера

В основе оптических методов анализа лежит эффект избирательного поглощения света определенной длины волны веществом. Если вещество облучается видимым светом, этот раздел оптических методов анализа называется фотоколориметрией.

При прохождении потока излучения через частично поглощающую среду интенсивность прошедшего потока I согласно закону Бугера – Ламберта - Бера равна

где I 0 – интенсивность падающего потока;

ε λ – молярный коэффициент поглощения при данной длине волны;

l – толщина поглощающего слоя (кюветы);

с – концентрация поглощающего вещества, моль/дм 3 .

Или в логарифмической форме:

Величину lg(I 0 /I) в (2), характеризующую поглощающую способность вещества в растворе, называют оптической плотностью . В аналитической практике, стремясь подчеркнуть сущность процесса, лежащего в основе фотометрического определения, а именно поглощение квантов электромагнитного излучения оптического диапазона аналитической формой, эту величину называют поглощением , или светопоглощением и обозначают буквой А (absorption) либо D (density).

Закон Бугера – Ламберта - Бера : оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации вещества и толщине поглощающего слоя. Серию аналитических определений выполняют при постоянной толщине поглощающего слоя, тогда оптическая плотность линейно зависит от концентрации (рисунок 1).

Коэффициент линейной регрессии зависимости А = f(С ) представляет собой молярный коэффициент поглощения ε λ = tg a.

Рисунок 1. – зависимость оптической раствора плотности от концентрации.

Обратите внимание, что эта прямая линия проходит через начало координат . Для раствора поглощающего вещества при постоянных концентрациях и толщине поглощающего слоя оптическая плотность зависит от длины волны, поэтому измерения проводят при длине волны, соответствующей максимальному поглощению.

Приборами для фотоколориметрии служат фотоэлектроколориметры (ФЭК) , характеризующиеся простотой оптической и электрической схем. Большинство фотометров имеет набор из 10-15 светофильтров и представляет собой прибор, в которых пучок света от источника излучения (лампа накаливания, редко ртутная лампа) проходит через светофильтр и проходит через кювету с исследуемым раствором или раствором сравнения (рисунок 2).

1 – источник света, 2 – щель, 3 – монохроматор (светофильтр),
4 – измерительная ячейка (анализируемый образец, образец сравнения),
5 – детектор, 6 – усилитель, 7 – регистрирующее устройство
(графическое, визуальное, цифровое)

Рисунок 2 – Блок-схема фотоэлектроколориметра (упрощенная)

Количественное определение вещества по светопоглощению основано на применении закона Бугера - Ламберта - Бера. Концентрацию можно определить, пользуясь методом градуировочного графика А = f(C ), методом сравнения или методом добавок. Погрешности определения составляют около 5%.

Для перевода вещества в окрашенную форму используются химические реакции. Обязательное требование к реакциям, используемым в количественном анализе – они должны протекать избирательно, быстро и полностью воспроизводимо. Окраска образующейся аналитической формы должна быть устойчивой во времени и к действию света, а поглощение раствора, несущее информацию о концентрации поглощающего вещества, должно подчиняться физическим законам, связывающим поглощение и концентрацию, конкретно – закону Бугера – Ламберта – Бера.

Практическая часть.

Ион Fe 3+ с роданид-ионом в зависимости концентрации ионов железа и роданид-ионов дает ряд окрашенных в кроваво-красный цвет комплексов:

Fe 3+ + nSCN - « FeSCN n 3- n

Число роданид-анионов n в комплексе железа может изменяться от 1 до 6. В данной работе берется избыток роданид-ионов, при этом образуются комплекс FeSCN 6 3- .

Для построения градуировочной кривой используются стандартные растворы, отличающиеся друг от друга по концентрации не менее чем на 10 %.

Растворы готовят непосредственно перед колориметрированием, так как окраска растворов неустойчива.

По серии стандартных растворов соли железа строят градуировочную кривую, выражающую зависимость оптической плотности от концентрации. На оси ординат наносят значения оптической плотности, на оси абсцисс – концентрации. Обычно график строят по 5 – 6 точкам.

Определив плотность исследуемого раствора соли железа, по оси ординат находят точку, которая соответствует данному значению оптической плотности, проводят линию, параллельную оси абсцисс до пересечения ее с градуировочной кривой. Из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Находят C x .

Определению иона Fe 3+ данным методом мешают некоторые восстановители (S 2- , SO 3 2- , Sr 2+) и окислители, разрушающие роданид-ион (MnO 4 - , NO 3 - , H 2 O 2), а также ионы, образующие комплексные соединения с железом (F - , Cl - , PO 4 3-).

Ход работы

Оборудование.

Фотоэлектроколориметр

Посуда и материалы

Мерные колбы вместимостью 50 см 3 и 1000 см 3

Пипетки вместимостью 1, 5, 10, 25 см 3 .

Реактивы

1. Основной стандартный раствор железоаммиачных квасцов NH 4 Fe(SO 4) 2 ×12 H 2 O (додекагидрата сульфата аммония железа III) концентрации 0.1 мг Fe 3+ в 1 см 3 раствора.

2. Рабочий стандартный раствор железоаммиачных квасцов готовят в день анализа разбавлением основного стандартного раствора в 10 раз (5 см 3 основного раствора отмерить пипеткой, поместить в мерную колбу объемом 50 см 3 и довести до метки дистиллированной водой). В 1 см 3 рабочего стандартного раствора сожержится 0.01 мг железа Fe 3+ .

3. Роданид аммония NH 4 SCN либо роданид калия KSCN концентрации 50 %.

4. Соляная кислота, плотность 1.12 г/см 3 .

5. Аммоний надсернокислый.

Цель работы. Научиться определять содержание соединений железа в воде и осущест­влять первичную обработку результатов.

Реактивы и растворы.

1. Основной стандартный раствор железоаммонийных квасцов. 0,8636 г FеНН 4 (SО 4) 2 12Н 2 О на аналитических весах, растворяют в мерной колбе на 1 дм 3 в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см 3 НСl (ρ = 1,19 г/см 3) и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см 3 раствора содержит 0,1 мг Fе 3+ .

2. Рабочий стандартный раствор FеNH 4 (SO 4) 2 готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 20 раз. 1 см 3 раствора содержит 0,005 мг Fе 3+ .

3.Раствор сульфосалициловой кислоты. 20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе на 10 см 3 в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой во­дой до метки.

4.2М раствор NH 4 Cl. 107 г NН 4 Сl растворяют в мерной колбе на 1 дм 3 в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

5 Раствор аммиака (1:1) 100 см 3 25% раствора аммиака приливают к 100 см 3 дистилли­рованной воды и перемешивают.

Посуда и оборудование.

1 Фотоэлектроколориметр КФК-2.

2.Мерные колбы на 50 мл.

3.Пипетки на 1 мл - 3 шт.

4 Мерный цилиндр на 50 мл.

5.Нагревательный прибор.

6.Конические колбы на 300 мл по числу проб плюс одна.

Общие сведения. Железо является необходимым для жизни элементом, входя­щим в состав гемоглобина крови. Оно содержится в воде в виде ионов железа Fе 3+ и Fе 2+ , последние легко окисляются до ионов Fе 3+ . На окисление затрачивается большое количество кислорода, поэтому особенно строго надо следить за содержанием железа, первую очередь Fе 2+ , в зимовальных прудах, где подо льдом может складываться не­благоприятный газовый режим. При соединении ионов Fе 3+ с гуминовыми кислотами, растворенными в воде, выпадает рыхлый бурый осадок.

Несмотря на то, что железо - биогенный элемент, содержание его в количествах, превышающих оптимальные величины, может принести вред и привести к гибели рыбы. Вредное воздействие избыточных количеств железа повышается в кислой сре­де. Значительное количество железа может попадать в водоемы с промышленными сточными водами.

Принцип определения соединений железа основан на взаимодействии ионов Fе 3+ в щелочной среде с сульфаниловой кислотой с образованием окрашенного в жел­тый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную мас­совой концентрации железа измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон изме­рений массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм 3 .

Ход определения. При массовой концентрации общего железа не более 2 моль/л мерным цилиндром отмеривают 50 мл исследуемой воды (при большей концентрации пробу разбавляют дистиллированной водой), помещают в коническую колбу, нагре­вают до кипения и упаривают до объема 35-40 мл.

Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу на 50 мл. К полученному раствору прибав­ляют 1 мл раствора хлорида аммония, 1 мл сульфосалициловой кислоты, 1 мл раствора аммиака, тщательно перемешивая после прибавления каждого реактива. По инди­каторной бумаге определяют рН раствора, который должен быть больше 9. Если рН< 9, го прибавляют 2-3 капли раствора аммиака (1:1) до рН>9. Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 минут для раз­вития окраски.

Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр (λ = 400-430 нм) и кюветы с толщиной рабочего слоя 2,3 или 5 см по отношению к 50 мл дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы, что и в исследуемую пробу. Массовую концентрацию общего железа опре­деляют по градуировочному графику.

Построение градуировочного графика. В ряд мерных колб вместимостью 50 см 3 наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 см 3 рабочего стандартного раствора и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают, анализируют как иссле­дуемую воду. Получают шкалу растворов соответствующих массовой концентрации железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм 3 . Строят градуировочный график, отклады­вая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат соответствующие значения оптической плотности.

Обработка результатов анализа. В случае, если объем пробы, взятый для анализа, составляет меньше 50 мл, то концентрация железа вычисляется по формуле:

X = (С. 50)/V,

где С - массовая концентрация, найденная по градуировочному графику, мг/дм 3 Fe 3+ ; V - объем пробы, взятый для анализа, мл; 50 - объем стандартного раствора, мл.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое ре­зультатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между кото­рыми не должны превышать 25% при массовой концентрации железа на уровне ПДК.

Сходимость результатов анализа (А) в процентах вычисляют по формуле:

Отчет. Отчет по данной лабораторной работе состоит в устном собеседовании с преподавателем. Результаты измерений представляются по установленной форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 . Каковы формы железа растворенного в воде?

2. Каков принцип определения железа растворенного в природных водах?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14