Курсовая. Курсовая работа По дисциплине Физикохимические методы анализа На тему Физикохимические методы исследования качества воды
 Скачать 498.33 Kb.
|
1 2 Проблемы выбора электродов. Общие замечания.Оптимальный подбор электродов для выполнения конкретной задачи достаточно сложная проблема. Необходимо учесть множество факторов, таких как: Параметры анализируемой среды a. Диапазон концентраций анализируемого иона b. Температура и диапазон ее изменения, если она переменная c. Наличие мешающих ионов d. Наличие веществ, агрессивных к материалу электрода е. Ограничения на объем пробы f. Физическое состояние анализируемого материала Методика анализа a. Метод - прямая потенциометрия, потенциометрическое титрование или методы добавок b. Режим измерений - непрерывный или периодический Точность измерений Требования и ограничения со стороны применяемых измерительных приборов и прочего оборудования а. Габаритные размеры электродов b. Конфигурация электродов и форма чувствительной мембраны с. Длина соединительного кабеля и тип разъема Современные ионселективные электроды можно разделить на несколько классов в соответствии с материалом чувствительной мембраны: стеклянные, с кристаллической и ПВХ-мембранами. Стеклянные ионселективные электроды из всех обладают лучшими эксплуатационными характеристиками. Применение стеклянных электродов невозможно в растворах, содержащих плавиковой кислоты или ее соли. Наиболее часто применяемыми электродами из этой группы является Na-селективные. Модификации ЭЛИС-112Na и ЭЛИС-142Na имеют одинаковые основные характеристиками, а отличаются устройством. Электрод ЭЛИС-142Na твердо внутренний контакт. Электроды с твердым внутренним контактом обеспечивают наиболее стабильные параметры, особенно при эксплуатации их в жестких условиях. Однако они обладают более высокими потенциалами по сравнению с традиционными электродами (более минус 2000 мВ по хлорсеребряного электрода сравнения). Поэтому для работы с этими электродами нужны измерительные приборы со шкалой до 3000 мВ и более. ЭЛИС-112Na и ЭЛИС-142Na предназначены для лабораторного анализа растворов, содержащих достаточно высокие концентрации ионов Na +. Основным ионом, что мешает является ион водорода (H +), поэтому при измерении должны соблюдать соотношение pH-pNa> 3,5. Электрод ЭЛИС-212Na предназначен для определения малых концентраций ионов Na в растворах. Измерения обычно проводятся в специальных проточных ячейках, с соблюдением мер предосторожности от случайного загрязнения пробы. Для анализируемого раствора также нужно соблюдать соотношение величин pH-pNa> 3,5. Стеклянный Li-селективный электрод имеет ограниченную сферу применения, так как он обладает равной чувствительностью к ионам Na. Электроды с кристаллической мембраной. Электроды изготавливаются в пластиковых корпусах. Не допускается эксплуатация этих электродов в растворах, содержащих сильные окислители и органические растворители, которые разрушают или растворяют материал корпуса (ПВХ). При потере чувствительности электроды этого типа (все кроме фторидно) могут быть восстановлены зачисткой рабочей поверхности на мелкой наждачной бумагой. F-селективный электрод является одним из самых высокоселективных электродов - единственным мешает ионом является ион ОН -, поэтому измерения рекомендуется проводить при pH 5,5 ... 6,5. Материал чувствительной мембраны - монокристалл LaF 3 обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, что обеспечивает значительный ресурс работы электрода. Зачистка рабочей поверхности электрода абразивными материалами не допускается. Cl-, Br-, I-селективные электроды выполнены по стандартной технологии. Материалом мембраны является прессованный порошок Ag 2 S с добавлением соответствующего галогенида серебра. Нижняя граница диапазона измерения определяется растворимостью материала мембраны. Например, произведение растворимости AgCl составляет 1,8 х10 10, следовательно, в приэлектродном слое концентрация ионов Cl - составляет величину Ц ПР = 1,3 х10 -5 моль / л, это и есть естественная граница обнаружения. Расширить диапазон определения можно несколькими приемами, которые снижают растворимость мембраны: охлаждение раствора, введение органических растворителей (не растворяющих ПВХ) или применения метода добавок, мешающих действием обладают все ионы, которые могут взаимодействовать с материалом мембраны с образованием менее растворимых солей, в частности это ионы Hg 2+ и S 2 -. Селективность электродов растет в ряду Cl-Br-I. Так для хлорид-селективного электрода Br - и I - есть мешающих ионами, а для определения йода с помощью соответствующего электрода ионы Cl - и Br - не мешают. Источником погрешностей и ошибок при анализе низких концентраций галогенидов может быть электролит, заканчивается с електрода с электрода сравнения, обычно это насыщенный раствор KCl. В первую очередь этот эффект наблюдается при анализе хлоридов, однако он может проявляться и при анализе Br - и I -, так как соль KCl, с которой готовится электролит для заправки электрода сравнения, может содержать заметные количества других галогенидов. Поэтому при определении хлоридов обязательно, а бромидов и йодидов желательно, применять двоключовий электрод сравнения, заправленный раствором KNO 3, например ЕСР-10101.Електроды обладают некоторой фоточувствительностью, поэтому не рекомендуется их эксплуатация и хранение под воздействием прямого солнечного света. Так же нежелательно присутствие в анализируемых растворах сильных окислителей или восстановителей. Cd-, Pb-, Cu-селективные электроды также выполнены по общепринятой технологии. Материал мембраны - прессованный порошок Ag 2 S c добавлением сульфида соответствующего металла. Предел обнаружения определяется растворимостью сульфида металла. Рекомендации по расширению диапазона измерения те же, что и при определении галогенов дев, мешающих действием обладают все ионы, которые могут взаимодействовать с материалом мембраны с образованием менее растворимых солей. При определении свинца следует применять двухключевого электрод сравнения, заправленный раствором KNO 3 вместо KCl, для предотвращения искажения результатов измерения и засорения электролитического ключа из-за образования малорастворимого соли PbCl 2. Для Ag-селективного электрода материалом мембраны является прессованный порошок Ag 2 S. Мешает ион Hg 2+. При определении серебра следует применять двоключовий электрод сравнения, заправленный раствором KNO 3замисть KCl, так как при взаимодействии ионов Cl - с ионами Ag + образуется малорастворимая соль AgCl. Электроды с ПВХ-мембраной. Материал мембраны ПВХ с добавлением специальных веществ-переносчиков. Мембрана требует бережного обращения, ее нельзя тереть или механически чистить. Материал корпуса тоже ПВХ. При работе с этими электродами не допускается присутствие веществ, которые растворяют или разрушают ПВХ. K-селективный електрод.Измерения нитратов достаточно широко применяется в аналитической практике для анализа сельскохозяйственной продукции, природных вод и почв при экологическом мониторинге. Следует иметь в виду, что для каждого объекта исследований требуется своя методика анализа. Для комфортной работы с ионоселективных электродов, особенно при прямой потенциометрии, в качестве измерительного прибора нужен ионометр. Конечно, может применяться и pH-метр с миливольтовой шкале. В этом случае калибровочный график строится на бумаге и по нему определяется концентрация анализируемых ионов в растворе. Однако в настоящее время это практикуется редко. Кроме того, с развитием микропроцессорной техники появились измерительные приборы, которые реализуют различные методики измерения. Например, существуют приборы в программы, которые заложены методы добавок или титрования по методу Грана. И хотя отечественное приборостроение значительно отстает от западного, у нас легко найти производителя, который за очень умеренную плату разработает и заложит в свой прибор нужную потребителю методику измерений. 3.Физико-химические методы исследования качества воды 3.1 Выявление железа, меди и цинка в природных водах методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Природные воды содержат много элементов. Допустимые концентрации для питьевой воды составляют 1 мкг * мл-1 железа, меди, 5 мкг * мл-1 марганца, 0,03 мкг * мл-1 свинца. Сильноминерализированные грунтовые воды анализируют без предварительного концентрирования, тогда как питьевую воду концентрируют, как правило, выпаривают. Реагент: стандартные растворы железа, 0,05 мг * мл-1; меди, 0,5 мг * мл-1; цинка, 0,1 мг * мл-1. Выявление: для изготовления градуированного графика (рис.3.1) в четыре мерные колбы емкостью 50 мл вводят стандартные растворы так, чтобы количество элементов была, мкг * мл-1: Fe - 5,10, 20, 40; Cu - 5, 10, 20, 40; Zn - 1, 2, 4, 8 Разбавляют до метки дистиллированной водой. Измеряют атомное поглощение А каждый эталонного раствора на атомно-абсорбционном спектрофотометре, используя для каждого элемента соответствующую лампу с полым катодом при длине волны резонансной линии (нм): Fe - 248,3; Cu - 324, 7 Zn - 213,9. Промывают горелка распылением дистиллированной воды и измеряют А анализируемой воды.  Рис. 3.1. Градуированный график, построенный на основании фотометрических измерений. 3.2 Выявление ионов калия и натрия в речной или водопроводной воде методом добавок (эмиссионная фотометрия пламени) Речные и водопроводные воды имеют разнообразный состав. Примеси различных элементов могут сильно исказить результаты выявления натрия и калия. Поэтому целесообразно применять метод добавок, при котором влияние примесей на аналитический сигнал не является большим. Метод добавок допустим только при соблюдении прямолинейной зависимости сигнала и от концентрации, поэтому сначала проверяют линейность градуировочного графика по серии эталонных растворов. Реагенты: стандартные растворы хлорида калия, 100 мкг * мл-1; хлорида натрия, 500 мкг * мл-1. Выявление: для проверки линейности зависимости И -с в пять мерных колб вместимостью 50 мл вводят стандартные растворы натрия и калия так, чтобы в конечном объеме емкость составляла, мкг * мл-1: для Na - 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; для К - 2,5; 4,0 6,0; 8,0; 10,0. Разводят дистиллированной водой до метки, перемешивают, измеряют И. Если зависимость И - с линейная, то в три мерные колбы вместимостью 50 мл вводят стандартный раствор натрия так, чтобы в конечном объеме количество добавки составляла,, мкг * мл-1: раствор 2 раствор 3 раствор Натрий ....................................... .. 0 5,0 10,0 Калий ........................................... 0 2,5 5,0 Наливают в каждую колбу исследуемую воду до метки, перемешивают и измеряют И. Находят неизвестную концентрацию графическим методом. 3.3 Выявление фторид-иона в питьевой воде с помощью фтора-селективного электрода Количество фтора ионов в воде можно контролировать методом ионометрии с помощью фтора-селективного электрода. Выявлению фтор-ионов не мешает 1000-кратный избыток Cl-, Br-, NO3-, SO4- других анионов. Мешают только ОН и SiO32- Выявление концентрации фтора ионов проводят по градуировочному графику, построенному по стандартным растворам NaF. Для поддержания постоянной ионной силы используют раствор КNO3. Реагенты: Стандартный раствор фторида натрия 0, 1000 М; раствор нитрата калия, 0,1 М. Выявление Для построения градуировочного графика готовят в пяти колбах вместимостью 50 мл стандартные растворы с концентрациями F-ионов: 1 * 10-1 М (1,0) 1 * 10-2 М (2,0) 1 * 10-3 М (3,0); 1 * 10-4 М (4,0) 1 * 10-5 М (5,0). Для этого в первую колбу помещают исходный стандартный раствор фторида натрия (раствор 1). Во вторую колбу вводят пипеткой 5, 0 мл раствора 1, добавляя 4,5 мл 0,1 М раствора нитрата калия, разбавляя до метки водой, получают раствор 2. В третью колбу вводят пипеткой 5, 0 мл раствора 2, добавляют 4,5 мл 0,1 М раствора нитрата калия и разводят до метки водой (раствор 3). В четвертую колбу вводят пипеткой 5,0 мл раствора 3, добавляют 4,5 мл 0,1 М раствора нитрата калия и разводят до метки водой (раствор 4). В пятую колбу вводят пипеткой 5, 0 мл раствора 4, добавляют 4,5 мл 0,1 М раствора нитрата калия и разводят до метки водой. Полученные растворы наливают в пять чистых стаканчиков и, погрузившы в раствор фторид-селективный индикаторный электрод и хлорид-серебряный электрод сравнения, измеряют потенциал индикаторного электрода. Измерения проводят, переходя от раствора с меньшей концентрацией в раствор с более высокой концентрацией (в этом случае электрод можно не мыть, а лишь вытирать фильтровальной бумагой). Измерив потенциал электрода для всех пяти растворов, строят график в координатах E-pF. Затем измеряют потенциал электрода в исследуемой пробе воды и по графику находят значение РF. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В анализе природных вод наиболее широко используются титриметрические и фотометрические методы. На втором месте по распространению стоят методы атомной абсорбции, эмиссионной спкетроскопии и хроматографии. Другие методы применяются значительно реже. Довольно мало используются при анализе природных вод кинетические методы, люминесцентные, хотя последние являются чрезвычайно чувствительными, что позволяет работать с малыми объемами пробы. При выборе метода учитывают следующие факторы: ожидаемый содержание компонента, приборные возможности лаборатории, стоимость анализа и некоторые другие факторы. Информационное здоровья биосферы обеспечивается естественным круговоротом воды в природе. В последнее время, несмотря на загрязнение атмосферы, эта функция круговорота воды в природе изменилась в обратную. Изменение усиливается не только химическим засорением атмосферы, но и «эмоциональным» информационным засорением гибнущей биосферой. В результате на землю попадает не живительная влага, а что-то ядовитое, что требует очистки. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части Земного пара обеспечивается преимущество осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужную им для жизни, количество воды. Водная и воздушная оболочки Земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата. Принятие законов, разработка программ, издание приказов и распоряжений при недостаточном финансировании не улучшат качество питьевой воды а, следовательно, и здоровья населения. Проблема, по-прежнему ждет кардинальных решений. И каждый день этих ожиданий связан с немалым риском для множества наших соотечественников. Анализ методов определения микроколичеств веществ в сложных многокомпонентных системах показал, что лучшим является атомно-абсорбционной, поскольку он позволяет устанавливать низкий предел обнаружения концентраций элемента, обладает высокой селективностью и возможность определения большого количества элементов, хорошую воспроизводимость, требуется минимальный объем пробы, сравнительно высокая стоимость оборудования. Разработан программно-аппаратный комплекс обеспечивает: автоматическое построение калибровочного графика и проведение расчета концентрации; возможность проведения обработки математической зависимости калибровочной кривой; наличие, встроенной в программу, базы данных, которую можно обрабатывать (добавлять или удалять результаты измерений). Список использованной литературы http://search.ligazakon.ua/l_doc2.nsf/link1/REG1940.html https://docs.cntd.ru/document/1200003120 https://kvanta.ru/analiz-vody/organolepticheskaya-otsenka-kachestva-pitevoj-vody http://anchem.ru/literature/books/01.asp 1 2 |