Комплексонометрическим методом

Принцип метода. Метод основан на образовании комплексных соединений трилона Б с ионами щелочноземельных элементов. Определение проводят титрованием пробы раствором трилона Б при рН 10 в присутствии индикатора эриохром черного Т.

При рН 10 трилон Б способен образовывать с ионами магния и кальция малодиссоциированные комплексы:

Na₂H₂Y + Ca²⁺ ↔ Na₂CaY + 2H⁺;

Na₂H₂Y + Mg²⁺ ↔ Na₂MgY + 2H⁺.

Индикатор эриохром черный Т (хромоген черный специальный ЕТ−100) при добавлении в пробу воды образует с ионами магния красно-фиолетовое комплексное соединение. При титровании трилон Б соединяется с ионами кальция, а затем с ионами магния и вытесняет индикатор, который в свободной форме имеет голубую окраску. В точке эквивалентности индикатор дает резкий переход окраски:

Такого четкого изменения окраски индикатора ионы Са²⁺ не дают, а поэтому отдельно ионы Са²⁺ в присутствии индикатора эриохром черного Т определить нельзя.

Для получения воспроизводимых результатов необходимо, чтобы титруемый раствор имел рН = 10 ± 0,2 и достаточное количество ионов магния.

Если исследуемая проба была подкислена для консервации или проба имеет кислую среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор гидроксида натрия молярной концентрации 0,2 моль/дм³ до рН 6 – 7. Если проба воды имеет сильнощелочную среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор соляной кислоты молярной концентрации 0,1 моль/дм³ до рН 6 – 7. Контроль рН проводят по универсальной индикаторной бумаге или с использованием рН-метра.

Устранение мешающих влияний. Присутствие в воде более 10 мг/дм³ ионов железа, более 0,05 мг/дм³ каждого из ионов меди, кадмия, кобальта, свинца, более 0,1 мг/дм³ каждого из ионов марганца (II), алюминия, цинка, никеля, олова, а также цветность более 200º и повышенная мутность вызывают при титровании нечеткое изменение окраски в точке эквивалентности, и приводит к завышению результатов определения жесткости. Ортофосфат- и карбонат-ионы могут осаждать кальций в условиях титрования при рН 10. Мешающее влияние ионов Zn²⁺ до 200 мг/дм³; Al³⁺, Cd²⁺, Pb²⁺ до 20 мг/дм³; Fe³⁺ до 5 мг/дм³; Mn²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ до 1 мг/дм³ устраняют прибавлением к титруемой пробе раствора сульфида натрия с массовой долей 0,05 (5 %). Для уменьшения влияния марганца до 1 мг/дм³, железа, алюминия до 20 мг/дм³, меди до 0,3 мг/дм³ добавляют от 5 до 10 капель раствора гидроксиламина гидрохлорида. Мутность пробы устраняют фильтрованием через мембранные фильтры с порами диаметром 0,45 мкм или бумажные обеззоленные фильтры «синяя лента».

Если мешающее влияние устранить невозможно, то определение жесткости проводят методами атомной спектроскопии.

Выбор объема пробы для анализа. Перед выполнением анализа пробы воды с неизвестной величиной жесткости проводят оценочное титрование. Для этого берут 10 см³ воды, добавляют 0,5 см³ буферного раствора, индикатор и титруют раствором трилона Б с с (1/2 Na₂H₂Y) = 0,05 моль/дм³ до перехода окраски в голубую. По величине израсходованного на титрование объема раствора трилона Б выбирают из табл. 13.1 соответствующий объем пробы воды.

Ход определения. В коническую колбу вместимостью 250 см³ отмеряют пипеткой требуемый объем пробы, доводят, если необходимо, до 100 см³ дистиллированной водой, добавляют 5 см³ буферного раствора, от 0,05 до 0,1 г сухой смеси индикатора. Пробу тщательно перемешивают и титруют раствором трилона Б с с (1/2 Na₂H₂Y) = 0,05 моль/дм³ до перехода красно-фиолетовой окраски в голубую. Повторяют титрование и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает 0,05 см³ при объеме раствора трилона Б 5 см³ или менее 0,1 см³ при объеме более 5 см³, за результат принимают среднее значение объема раствора трилона Б. В противном случае повторяют титрование до получения допустимого расхождения результатов.

Таблица 13.1

Объем пробы воды, рекомендуемый для определения жесткости по результатам оценочного титрования

Расчет. Общую жесткость воды Х, ммоль/дм³, вычисляют по формуле

где с (1/2 Na₂H₂Y) – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм³;

V (Na₂H₂Y) – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы, см³;

V – объем пробы воды, взятый для определения, см³.

13.2. Определение массовой концентрации ионов кальция и магния комплексонометрическим методом. Расчет жесткости воды в градусах жесткости (ºЖ)

Метод основан на способности ионов кальция образовывать устойчивые комплексы с трилоном Б в сильнощелочной среде (рН = 12 − 13). Подобный комплекс ионов магния в этой среде разрушается с выделением гидроксида магния. При титровании раствором трилона Б изменение окраски индикатора (мурексида) от лиловой до красно-малиновой свидетельствует о полном связывании ионов кальция:

Титрование ионов кальция возможно при совместном присутствии ионов тяжелых металлов в концентрациях, не превышающих значений: для меди – 0,2 мг/дм³; цинка, свинца, никеля, марганца, железа, алюминия – 1 мг/дм³ и магния – 3 мг в определяемом объеме. При более высоких концентрациях ионов тяжелых металлов в пробу добавляют сульфид натрия. Мешающее влияние ионов магния устраняют или уменьшением объема пробы, взятого для анализа, или при высоком содержании магния (соотношение Mg:Ca более 1), осаждением ионов магния раствором едкого натра, имеющим концентрацию 2 моль/дм³ (рН 12 − 13) в мерной колбе вместимостью 100 см³. Для этого 20−40 см³ пробы разбавляют дистиллированной водой до 90 см³ и медленно по каплям добавляют раствор NaOH, хорошо перемешивают, при этом незначительное количество ионов кальция соосаждается с Mg(OH)₂. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и после отстаивания осадка в течение 1,5 – 2 часов отбирают прозрачную аликвоту для титрования. Для уменьшения потерь кальция время отстаивания не должно превышать 2 часа.

Ход определения. В коническую колбу вместимостью 250 см³ отмеряют требуемый объем пробы, доводят, если необходимо, до 100 см³ дистиллированной водой, добавляют 2 см³ раствора NaOH с массовой долей 0,08 (8 %), 0,1 – 0,2 г индикатора мурекида и медленно титруют раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до перехода окраски от красно-малинового цвета к лиловому. Повторяют титрование и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает приведенных в табл. 13.2, за результат принимают среднее значение трилона Б. В противном случае повторяют титрование до получения допустимого расхождения результатов.

Расчет. Массовую концентрацию и количество вещества эквивалента ионов кальция в анализируемой пробе воды находят по формулам:

где m (Ca²⁺) – массовая концентрация ионов кальция в воде, мг/дм³;

n (1/2Ca²⁺) – количество вещества эквивалента ионов кальция в воде, ммоль/дм³;

c (1/2Na₂H₂Y) – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм³;

V (Na₂H₂Y) – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы, см³;

M (1/2Ca²⁺) − молярная масса эквивалента ионов кальция, мг/ммоль;

V – объем пробы воды, взятый для определения, см³.

Массовую концентрацию ионов магния в мг/дм³ в анализируемой пробе воды определяют по формуле

где m (Mg²⁺) − массовая концентрация ионов магния в воде, мг/дм³;

X – общая жесткость воды, ммоль/дм³;

n (1/2Ca²⁺) − количество вещества эквивалента ионов кальция в воде, ммоль/дм³;

M (1/2Mg²⁺) – молярная масса эквивалента Mg²⁺, мг/ммоль.

Таблица 13.2

Допустимые расхождения между параллельными титрованиями в зависимости от объема раствора трилона Б

В соответствии с ГОСТ Р 52029-2003 жесткость воды выражается в градусах жесткости (ºЖ).

Градус жесткости соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2его моля, выраженной в мг/дм³ (г/м³).

Жесткость воды Ж, ºЖ, при раздельном количественном определении ионов щелочноземельных элементов вычисляют по формуле

где m (Ca²⁺) – масса кальция в пробе воды, мг/дм³;

m (Mg²⁺) – масса магния в пробе воды, мг/дм³;

M (Ca²⁺) − молярная масса кальция, мг/моль;

M (Mg²⁺) − молярная масса магния, мг/моль.

Поиск по сайту: