Техника безопасности! После работы обязательно вымыть руки.

Если для членов научного кружка доступны аналитические приборы, то они могут быть успешно применены для анализа катионов свинца в окружающей среде. Так, в вышеописанной методике вместо стандартной шкалы может быть применен фотоэлектроколориметр.

Хороших результатов при определении катионов свинца в окружающей среде можно добиться, применяя амперометрические методы анализа. Наиболее простым является метод амперометрического титрования ионов свинца раствором дихромата калия [41].

Для определения свинца этим методом можно использовать амперометрическую установку с платиновым вращающимся электродом. В ее состав входят: сосуд с исследуемым раствором, индикаторный и сравни­тельный электроды, микробюретка, микроамперметр, источник питания (батарейка).

За счет разности потенциалов между электродами в системе возника­ет электрический ток, сила которого зависит от концентрации восстанав­ливающихся на катоде ионов свинца или дихромат-ионов (какой из этих ионов восстанавливается, зависит от рН раствора и приложенной разно­сти потенциалов). Титрование проводят в ацетатном буфере (рН=4,2) . При добавлении в раствор титранта (раствора дихромата калия - рабо­тать осторожно, не допуская разбрызгивания и разлива реакти­ва!) образуется малорастворимое соединение - хромат свинца, часть ионов свинца связывается, и сила тока в цепи изменяется.

Изменение силы тока регистрируется микроамперметром. Точка эк­вивалентности определяется по излому кривой титрования.

Расчет концентрации ионов свинца проводят по формуле:

где С_св - концентрация ионов свинца, моль/л;

С₁ - концентрация раство­ра дихромата калия, моль/л;

V₁ - объем дихромата калия, пошедшего на титрование, мл;

V_р-ра - объем исследуемого раствора, мл.

Чувствительность метода (0,01 мг/л) вполне достаточна для надеж­ной регистрации превышения ПДК.

8.2.4.6. Обнаружение сероводорода, гидросульфидов и сульфидов [37]

Качественное определение в воде сероводорода и его солей можно проводить по наличию специфического запаха (пороговая концентрация восприятия запаха находится в пределах 0,1-0,3 мг/л) на месте отбора пробы, так как он быстро исчезает за счет окисления сероводорода.

Другой метод качественной оценки основан на реакции сероводорода и сульфидов с ионами свинца с образованием темного сульфида свинца. Определяют сероводород на месте отбора пробы.

Приготовление свинцовой бумаги. Бумагу готовят смачиванием фильтровальной бумаги 5%-ным слабоподкисленным уксусной кислотой раствором ацетата свинца. После сушки бумагу, разрезанную на узкие полоски, хранят в банке с притертой пробкой.

Ход определения. В бутыль, наполненную на 3/4 исследуемой водой, помещают полоску свинцовой бумаги, смоченную дистиллированной во­дой, зажимая ее между пробкой и горлышком. Потемнение бумаги указы­вает на присутствие свободного сероводорода. При отрицательной реакции воду подкисляют. Потемнение бумаги при подкислении указывает на наличие сульфидов.

8.2.4.7. Обнаружение нефтепродуктов [37, 42]

Нефть - сложная смесь органических веществ. Основные компонен­ты нефти:

- парафины (предельные углеводороды);

- циклопарафины (циклические предельные углеводороды);

- ароматические углеводороды;

- соединения серы, азота, металлоорганические комплексы;

- естественные радиоактивные элементы (уран, торий). Нефтяные загрязнения (табл. 8.17) чаще возникают из-за экологически неграмотной деятельности человека.

После разгрузки нефтеналивные суда заполняют морской водой, кото­рая образует с нефтепродуктами устойчивую эмульсию. Эту эмульсию затем сливают в море недалеко от порта. Попавшая в море или океан нефть быстро растекается в виде тонкой пленки, препятствующей поступ­лению в воду свободного кислорода.

Часть нефти, оказавшаяся в водоеме, дает с водой эмульсию, губи­тельно действующую на живые организмы. При концентрациях, больших 0,05 мг/л, уменьшается количество фитопланктона, погибает молодь. Вред­ное воздействие особенно губительно для обитателей прибрежной зоны и мелководья.

Наибольшую опасность для живых организмов представляют арома­тические углеводороды, содержащиеся в нефти, их присутствие в количе­ствах 10^-10^% вызывает быстрые и нередко существенные изменения в биологической среде водоема, за счет чего происходит нарушение тон­ко сбалансированных процессов в цепях питания.

Морские хищники, например, охотятся на мелких животных и рыб, ре­агируя на выделяемые ими органические вещества, концентрация кото­рых в морской воде составляет 10"-10⁷%.

Ароматические компоненты нефти подавляют работу соответствую­щих рецепторов морских хищников, нарушают важные для отлаженной работы экосистем процессы.

При авариях на нефтеналивных судах и при значительных выбросах нефти может происходить практически полное вымирание морских рыб, птиц и других животных.

Простейшие способы обнаружения примесей нефти

Признаки наличия нефтепродуктов в воде:

- радужная пленка на поверхности воды;

- масляное пятно на фильтровальной бумаге после высыхания нане­сенной пробы воды;

- обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия.

Обнаружение загрязнения водоемов пленочной нефтью проводят визу­ально-описательно как показатель «плавающие примеси» по приведенной ниже шкале (табл. 8.18).

8.2.4.8. Обнаружение фенолов [37]

Фенол, оксибензол, карболовая кислота С₆Н,ОН - бесцветные, розовеющие при хра­нении кристаллы с характерным запахом. Обладает слабокислыми свойствами, в воде растворяется плохо, образуя азеотропную смесь.

Применяют для производства фенолформальдегидных смол (бакелитов), капролактама, пикриновой кислоты, всевозможных красителей, пестицидов, лекарств, как анти­септик для дезинфекции. На основе фенола синтезируются алкилфенолы, которые слу­жат присадками к высококачественным маслам и сырьем для производ­ства поверхностно-активных веществ.

Фенол и его производные - сильные яды. Механизм отравления таков: блокируются сульфгидрильные группировки жизненно важных ферментов, а в итоге нарушаются окислительно-восстановительные реакции в клет­ках организма.

Пары фенола в воздухе становятся опасными при концентрации > 0,001 мг/л. Почти 90% паров задерживается в легких. При сублетальном хро­ническом отравлении раздражаются дыхательные пути, появляются тош­нота, мышечная слабость и потливость.

ПДК фенола варьирует от 0,1 мг/л в нехлорированной воде до 0,001 мг/л в хлорированной. Такая разница не случайна. Основной метод обез­зараживания воды в нашей стране - это хлорирование. При этом фенол, если он присутствует в воде, превращается в пентахлорфенол (в 250 раз более токсичный, чем фенол) и 2,4,6-трихлорфенол (канцероген). А даль­нейшее превращение этих веществ ведет к диоксинам.

Все промышленные стоки, которые могут содержать фенол, подлежат обязательной очистке. К сожалению, фенол часто, минуя очистку, попа­дает в реки и озера. А кроме того, фенол может образовываться в водо­емах при гниении остатков древесины. Особенно опасны затопленные вырубки лесов, заторы бревен на лесосплавах. В воде фенол интенсивно поглощает кислород, возникают заморы, вода становится неприятной на вкус, а рыба, накапливая фенол в тканях, превращается в несъедобную. Лабораторные методы определения фенолов трудоемки, длительны и требуют специальных приборов и реактивов. Самое простое определение -качественное (по появлению запаха хлорфенолов).

Качественное определение. В коническую колбу емкостью 200 мл вносят 100 мл исследуемой воды и затем добавляют раствор хлорной извести (Осторожно!) или хлорную воду в небольшом объеме. Через 10 мин. определяют (сначала на холоде, потом при нагревании), появился ли характерный для хлорфенолов «аптечный» запах.

8.2.4.9. Качественное обнаружение катионов тяжелых метал­лов в воде [8]

Находящиеся в питьевой воде и в поверхностных водах примеси тя­желых металлов, как правило, имеют очень малые концентрации (10^–6— 10^–8 моль/л). Для того, чтобы определить присутствие этих загряз­нителей с помощью качественных реакций, следует предварительно про­вести концентрирование примесей (например, вымораживанием или ка­ким-либо другим способом). При выполнении качественных реакций не­обходимо строго придерживаться условий, при которых данная реакция протекает и дает заметный аналитический эффект. Для сравнения следу­ет взять эталонный раствор, содержащий ПДК определяемого иона, или приготовить серию стандартных растворов с известными концентрациями.

Железо. Предельно допустимая концен­трация общего железа в воде водоемов и пи­тьевой воде 0,3 мг/л, лимитирующий пока­затель вредности органолептический.

Общее железо. В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Железо (II). Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe^:2+ осадок турнбулевой сини темно-синего цвета:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3– = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓

К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кисло­ты и 2-3 капли раствора реактива.

Железо (III). 1. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] в слабокислой среде с катионом Fe³⁺ образует темно-синий осадок берлинской лазури: 4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4– = Fe₄[Fe(CN)₆]↓.

К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кис­лоты и 2 капли раствора реактива.

2. Роданид аммония NH₄SCN или калия KSCN образуют в кислой сре­де с Fe³⁺ роданиды железа, окрашенные в кроваво-красный цвет. В зави­симости от концентрации роданид-иона могут образовываться комплексы различного состава:

Fe³⁺ + SCN^–→ [Fe(SCN)]²⁺

Fe³⁺ + 2SCN^– → [Fe(SCN)₂]⁺

Fe³⁺ + 3SCN^–→ Fe(SCN)₃. К 1 мл исследуемой воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кис­лоты и 2-3 капли раствора реактива.

Колориметрический экспресс-метод

1. Железо (III). К 5 мл исследуемой воды прибавить 3 капли роданида аммония (или калия), перемешать и сравнить окраску пробы со шкалой (табл. 8.20).

2. Общее железо. К 5 мл исследуемой воды прибавить 1 каплю бром­ного раствора и 3 капли раствора соляной кислоты. Через 5 мин. приба­вить 3 капли раствора роданида аммония (калия), перемешать и сравнить со шкалой (табл. 8.19).

3. Железо (II). Определяют расчетным путем - по разности между содержанием общего железа и железа (III).

Приготовление растворов

Роданид аммония. 3,8 г NH₄SCN растворить в 100 мл дистиллирован­ной воды. Гексацианоферрат (III) калия. 5,5 г K₃[Fe(CN)₆] растворить в 100 мл дистиллированной воды.

Гексацианоферрат (II) калия. 5,25 г K₄[Fe(CN)₆] растворить в 100 мл дистиллированной воды.

Бромный раствор. К 2,5 г КВrO₃ прибавить 5 г КВг и растворить в 100 мл дистиллированной воды:

Раствор № 1. К 2 мл 10%-ного раствора хлорида платины прибавить 10 мл концентрированной соляной кислоты и довести до 100 мл дистилли­рованной водой.

Раствор № 2. 2,5 г СоС1₂ ∙ 6Н₂O растворить в 50 мл дистиллированной воды, прибавить 10 мл концентрированной соляной кислоты и довести объем до 100 мл.

Марганец. ПДК марганца в воде водоемов 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение. В колбу помещают 25 мл исследуемой воды, подкисляют несколькими каплями 25%-ной азотной кислоты, при­бавляют по каплям 2%-ный раствор нитрата серебра до тех пор, пока продолжается помутнение. Затем вводят 0,5 г персульфата аммония или несколько кристалликов диоксида свинца, нагревают до кипения. В при­сутствии марганца при концентрации 0,1 мг/л и выше появляется бледно-розовая окраска:

Медь. ПДК меди в воде 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вреднос­ти органолептический.

Качественное обнаружение

Первый способ. В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии Сu²⁺:

Cu²⁺ + 4NH₄OH→{Cu(NH₃)₄}²⁺+4Н₂О.

Второй способ. 5-10 мл исследуемой воды встряхнуть в цилиндре с небольшим количеством (10-20 мг) адсорбента - фторида кальция или талька. Ионы меди (II), находящиеся в воде, адсорбируются на его поверхности. Осадок отделить, осторожно слив воду, поместить на часовое стекло или в углубление на фарфоровой пластинке. Рядом для сравнения нанести каплю дистиллированной воды («холостой опыт»). К испытуемому осадку и воде одновременно прибавить по капле раствора хлорида железа (III) и по капле 0,2 М раствора тиосульфата натрия, перемешать стеклянной палочкой и сравнить скорость обесцвечивания обеих проб.

В «холостом опыте» наблюдается медленное обесцвечивание интенсивно окрашенного в фиолетовый цвет комплексного аниона [Fe(S₂O₃)₂]^– ; в присутствии же ионов меди, играющих роль катализатора, фиолетовый раствор обесцвечивается моментально.

Количественное определение. К 7,5 мл сконцентрированной пробы прибавить 2,5 мл концентрированного раствора аммиака, перемешать, визуально сравнить окраску со шкалой стандартных растворов (табл. 8.20) или определить содержание ионов меди на фотоэлектроколориметре. Чувствительность метода невысока, поэтому исследуемая вода должна быть сконцентрирована не менее чем в 20-30 раз.

Приготовление растворов

0,2 М раствор тиосульфата натрия. 0,5 г Na₂S₂O₃∙5Н₂O растворить в 100 мл дистиллированной воды.

Раствор хлорида железа (III). 4,5 г соли растворить в 100 мл дистиллированной воды.

Стандартный раствор. 1,95 г CuSO₄ ∙ 5Н₂O растворить в 1 л дистиллированной воды (в 1 мл раствора содержится 0,5 мг меди).

Ртуть.ПДК ртути в воде водоемов 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический.

Количественные методы определения ртути в воде трудоемки, поэто­му в школьных условиях можно ограничиться качественными методами анализа. В связи с тем, что ПДК ртути очень низка, особое внимание должно быть уделено концентрированию анализируемой пробы.

Ртуть (I) и ртуть (II). На стеклянную пластинку поместить по капле испытуемой пробы, азотной кислоты и раствора дифенилкарбазида. В присутствии ионов ртути (I и II) появляется интенсивно-синее окрашивание раствора.

Ртуть (I). Хромат калия дает с катионами одновалентной ртути красный осадок хромата ртути:

а гидроксиды - черный осадок оксида ртути (1):

{Hg₂}²⁺+2OH^–→Hg₂O↓ + H₂O.

В две пробирки поместить по 1 мл исследуемой воды; в первую про­бирку добавить 1-2 капли раствора хромата калия, а в другую - 1-2 капли раствора щелочи. Появление красного и черного осадков свиде­тельствует о наличии в пробе ионов ртути (I).

Ртуть (II). В пробирку поместить 4-5 капель испытуемой воды и ос­торожно опустить палочку, смоченную раствором йодида калия. Вокруг палочки образуется ярко-красное кольцо йодида ртути, которое быстро исчезает:

Hg²⁺ + 2J^– → HgJ₂↓

HgJ₂+2J^– → {HgJ₄}^2–.

Приготовление растворов

Раствор йодида калия. 0,83 г KJ растворяют в 10 мл дистиллирован­ной воды.

Раствор дифенилкарбазида. 0,1 г реактива растворяют в 10 мл 96%-ного этилового спирта.

Техника безопасности! После работы вымыть руки.

Раствор хромата калия. 0,48 г К₂СrO₄ растворяют в 10 мл дистилли­рованной воды.

8.2.4.10. Остаточный хлор в водопроводной воде [37]

Для обеспечения надежности обеззараживания воды необходимо, чтобы после завершения процесса хлорирования в ней содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора.

В коническую колбу емкостью 500 мл наливают 250 мл водопроводной воды (перед отбором пробы воды следует пропускать ее из крана длительное время), 10 мл буферного раствора с рН 4,6 и 5 мл 10%-ного раствора йодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. ра­створом тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1%-ного раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения си­ней окраски.

Содержание остаточного хлора в воде (X) вычисляют по формуле:

где V₁ - объем 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование, мл;

К - поправка к концентрации тиосульфата;

0,177 - масса активного хлора, соответствующая 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, мг;

V - объем воды, взятой для анализа, мл.

Приготовление буферного раствора. Для приготовления буферного ацетатного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл 1 М раствора уксусной кислоты (60 г 100%-ной кислоты в 1 л воды) и 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1 г кристаллической соли в 1 л воды) и доводят объем до 1 л прокипяченной дистиллированной водой.