Концентрация железа в воде как определить. Методика определения подвижных форм железа с помощью роданида аммония. Измерение массовой концентрации общего железа с ортофенантролином

Методические указания МУ 31-17/06 устанавливают методику выполнения измерений массовой концентрации общего железа в питьевых, природных, сточных водах и технологических водных растворах методом катодной вольтамперометрии.
Методика внесена в Федеральный реестр методик измерений под номером: ФР.1.31.2007.03300 .

Диапазоны измерений содержания железа в воде и технологических растворах

Методические указания МУ 31-17/06 устанавливают методику определения железа в диапазоне концентраций от 0,03 до 5,0 мг/дм 3 .

Метод измерений

Измерение содержания общего железа выполняют методом катодной вольтамперометрии. В процессе окислительной пробоподготовки различные формы железа переходят в железо (3+). При линейном изменении потенциала от плюс 0,7 В до плюс 0,2 В ионы железа (3+) в слабокислом растворе соляной кислоты восстанавливаются на золото-углеродсодержащем электроде до железа (2+). Сигнал железа при дифференцировании (dI/dE-E) в виде пика при потенциале 0,5 В прямо пропорционально зависит от концентрации железа (3+) в растворе.
Массовую концентрацию общего железа в пробе воды определяют методом добавок аттестованной смеси железа (3+) в раствор предварительно подготовленной пробы воды.

Применяемые электроды

При определении железа используют трехэлектродную ячейку. В качестве рабочего электрода применяют , покрытый золотом (золото-углеродсодержащий электрод); в качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода - . Электроды входят в состав
Срок службы электродов - не менее 1 года.

Для реализации методики необходимо приобрести

• или - для проведения подготовки проб.

Применение следующего оборудования улучшает точность результатов измерений по ГОСТ 31866-2012

• - для внесения растворов на стадии подготовки проб к измерениям.
• - для внесения пробы в стаканы и разведения обработанной пробы.
• или - для проведения подготовки пробк измерениям при контроле температуры и времени.

Используемые реактивы

*Расход реактивов приведен для получения трех результатов единичных измерений.

4. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 25.12.91 N 2120

5. ИЗДАНИЕ с Изменениями N 1, 2, утвержденными в сентябре 1981 г., январе 1987 г. (ИУС 11-81, 4-87)


Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает колориметрические методы измерения массовой концентрации общего железа.

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ

1.1. Пробы воды отбирают по ГОСТ 2874 * и ГОСТ 24481 **.
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51232-98 .

** На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51593-2000 .

1.2. Объем пробы воды для измерения массовой концентрации железа должен быть не менее 200 см.

1.3. Способы консервирования, сроки и условия хранения проб воды, предназначенных для измерения массовой концентрации общего железа, - по ГОСТ 24481 .

1.2., 1.3 (Измененная редакция, Изм. N 2).

2. ИЗМЕРЕНИЕ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА С СУЛЬФОСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТОЙ

2.1. Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации железа, измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью =0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм.

2.2. Аппаратура, реактивы

Фотоколориметр любого типа с фиолетовым светофильтром (= 400-430 нм).



Весы аналитические лабораторные, класс точности 1, 2 по ГОСТ 24104 *.
______________
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 24104-2001 **.

** На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53228-2008 , здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Колбы мерные 2-го класса, вместимостью 50, 100, 1000 см по ГОСТ 1770 .

Пипетки мерные без делений вместимостью 50 см и пипетки мерные с ценой наименьшего деления 0,1-0,05 см, вместимостью 1, 5 и 10 см, 2-го класса по ГОСТ 29169 и ГОСТ 29227 .

Колбы стеклянные лабораторные конические номинальной вместимостью 100 см, типа Кн по ГОСТ 25336 .

Аммоний хлористый по ГОСТ 3773 .

Аммиак водный по ГОСТ 3760 , 25%-ный раствор.



Кислота соляная по ГОСТ 3118 .

Кислота сульфосалициловая по ГОСТ 4478 .

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 .

Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации химически чистые (х.ч.) или чистые для анализа (ч.д.а).

2.3. Подготовка к анализу

2.3.1. Приготовление основного стандартного раствора железо-аммонийных квасцов

0,8636 г железоаммонийных квасцов FeNH(SO)·12HO взвешивают с точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см соляной кислоты плотностью 1,19 г/см и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см раствора содержит 0,1 мг железа.

Срок и условия хранения раствора - по ГОСТ 4212 .

2.3.2. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 20 раз. 1 см раствора содержит 0,005 мг железа.

2.3.3. Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

2.3.4. Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм

107 г NHCl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

2.3.5. Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см 25%-ного раствора аммиака приливают к 100 см дистиллированной воды и перемешивают.

2.4. Проведение анализа

При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм отбирают 50 см исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу вместимостью 100 см. Если пробу при отборе не консервировали кислотой, то к 50 см добавляют 0,20 см соляной кислоты плотностью 1,19 г/см. Пробу воды нагревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см. Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см, ополаскивают 2-3 раза по 1 см дистиллированной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см хлористого аммония, 1,00 см сульфосалициловой кислоты, 1,00 см раствора аммиака (1:1), тщательно перемешивая после добавления каждого реактива. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее 9, то прибавляют еще 1-2 капли раствора аммиака (1:1) до рН9.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр (400-430 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному графику.

Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 см рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и анализируют, как исследуемую воду. Получают шкалу растворов, соответствующих массовым концентрациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм.

Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии реактивов и не реже одного раза в квартал.

2.5. Обработка результатов

Массовую концентрацию железа () в анализируемой пробе, мг/дм, с учетом разбавления вычисляют по формуле

где - концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм;

- объем воды, взятый для анализа, см;

50 - объем, до которого разбавлена проба, см.

За окончательный результат анализа принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных измерений, допустимое расхождение между которыми не должно превышать 25% при массовой концентрации железа на уровне предельно допустимой. Результат округляют до двух значащих цифр.

Сходимость результатов анализа () в процентах вычисляют по формуле

где - больший результат из двух параллельных измерений;

- меньший результат из двух параллельных измерений.

Разд.2. (Измененная редакция, Изм. N 2).

3. ИЗМЕРЕНИЕ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА С ОРТОФЕНАНТРОЛИНОМ

3.1. Сущность метода

Метод основан на реакции ортофенантролина с ионами двухвалентного железа в области рН 3-9 с образованием комплексного соединения, окрашенного в оранжево-красный цвет. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации железа. Восстановление железа до двухвалентного проводится в кислой среде гидроксиламином. Окраска развивается быстро при рН 3,0-3,5 в присутствии избытка фенантролина и устойчива в течение нескольких дней. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,05-2,0 мг/дм. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью 0,95 находится в пределах 0,01-0,02 мг/дм.

3.2. Аппаратура, материалы и реактивы

Фотоэлектроколориметр различных марок.

Кюветы с толщиной рабочего слоя 2-5 см.

Плитка электрическая.

ГОСТ 1770 , вместимостью 50 и 1000 см.

Пипетки мерные без делений вместимостью 10, 25 и 50 см и пипетки мерные с делениями 0,1-0,01 см вместимостью 1, 2 и 5 см, 2-го класса точности по ГОСТ 29169 и ГОСТ 29227 .

Колбы плоскодонные по ГОСТ 25336 , вместимостью 150-200 см.

Аммоний уксуснокислый по ГОСТ 3117 .

Гидроксиламин солянокислый по ГОСТ 5456 .

Квасцы железоаммонийные по нормативно-техническому документу.

Кислота соляная по ГОСТ 3118 .

Кислота уксусная по ГОСТ 61 .

Ортофенантролин.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 .

Аммиак водный по ГОСТ 3760 , 25%-ный раствор.

Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации чистые для анализа (ч.д.а.).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.3. Подготовка к анализу

3.3.1. Приготовление раствора ортофенантролина

0,1 г моногидрата ортофенантролина (CНN·HO), взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, растворяют в 100 см дистиллированной воды, подкисленной 2-3 каплями концентрированной соляной кислоты. Реактив сохраняют на холоде в темной склянке с притертой пробкой. 1 см этого реактива связывает в комплекс 0,1 мг железа.

3.3.2. Приготовление 10%-ного раствора солянокислого гидроксиламина

10 г солянокислого гидроксиламина (NHOH·HCl), взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 см.

3.3.1, 3.3.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3.3.3. Приготовление буферного раствора

250 г уксуснокислого аммония (NНСНO), взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в 150 см дистиллированной воды. Добавляют 70 см уксусной кислоты и доводят объем до 1 дм дистиллированной водой.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2)

3.3.4. Приготовление основного стандартного раствора железоаммонийных квасцов - по п.2.3.1.

3.3.5. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов - по п.2.3.2.

3.3.4, 3.3.5. (Измененная редакция, Изм. N 2).

3.4. Проведение анализа

Определению мешают цианиды, нитриты, полифосфаты; хром и цинк в концентрации, превышающей в 10 раз массовую концентрацию железа; кобальт и медь в концентрации более 5 мг/дм и никель в концентрации 2 мг/дм. Предварительное кипячение воды с кислотой превращает полифосфаты в ортофосфаты, добавлением гидроксиламина устраняется мешающее влияние окислителей. Мешающее влияние меди уменьшается при рН 2,5-4.

При отсутствии полифосфатов исследуемую воду тщательно перемешивают и отбирают 25 см (или меньший объем, содержащий не более 0,1 мг железа, разбавленный до 25 см дистиллированной водой) в мерную колбу вместимостью 50 см. Если при отборе пробы вода была подкислена, то ее нейтрализуют 25%-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге. Затем добавляют 1 см солянокислого раствора гидроксиламина, 2,00 см ацетатного буферного раствора и 1 см раствора ортофенантролина. После прибавления каждого реактива раствор перемешивают, затем доводят объем до 50 см дистиллированной водой, тщательно перемешивают и оставляют на 15-20 мин для полного развития окраски.

Окрашенный раствор фотометрируют при сине-зеленом светофильтре (490-500 нм) в кюветах с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.



В присутствии полифосфатов 25 см исследуемой пробы помещают в плоскодонную колбу вместимостью 100-150 см, прибавляют 1 см концентрированной соляной кислоты, нагревают до кипения и упаривают до объема 15-20 см. После охлаждения раствора его переносят в мерную колбу вместимостью 50 см, добавляют дистиллированную воду до объема примерно 25 см и доводят 25%-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге.

Далее прибавляют реактивы и проводят анализ, как указано выше (при отсутствии полифосфатов).

Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 см вносят 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 10,0; 20,0 см рабочего стандартного раствора, содержащего в 1 см 0,005 мг железа, доводят объем дистиллированной водой приблизительно до 25 см и анализируют так же, как и исследуемую воду. Получают шкалу стандартных растворов с массовой концентрацией железа 0,0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0 и 2,0 мг/дм. Фотометрируют в тех же условиях, что и пробу. Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию общего железа в мг/дм, а на оси ординат - соответствующие значения оптической плотности.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

3.5. Массовую концентрацию общего железа вычисляют по п.2.5.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

4. ИЗМЕРЕНИЕ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА С 2,2-ДИПИРИДИЛОМ

4.1. Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов двухвалентного железа с 2,2-дипиридилом в области рН 3,5-8,5 с образованием окрашенного в красный цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски пропорциональна массовой концентрации железа. Восстановление трехвалентного железа до двухвалентного проводится гидроксиламином. Окраска развивается быстро и устойчива в течение нескольких дней. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,05-2,00 мг/дм.

В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью 0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм.

4.2. Аппаратура, материалы, реактивы

Фотоэлектроколориметр любой марки.

Кюветы с толщиной оптического слоя 2-5 см.

Колбы мерные 2-го класса точности по ГОСТ 1770 , вместимостью 50, 100 и 1000 см.

Пипетки мерные без делений, вместимостью 25 см и пипетки мерные с делениями 0,1-0,01 см, вместимостью 1, 5 и 10 см 2-го класса точности по 4.3. Подготовка к анализу

4.3.1. Приготовление основного стандартного раствора железоаммонийных квасцов - по п.2.3.1.

4.3.2. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов - по п.2.3.2.

4.3.1, 4.3.2. (Измененная редакция, Изм. N 2).

4.3.3. Приготовление 10%-ного раствора солянокислого гидроксиламина - по п.3.3.2.

4.3.4. Приготовление ацетатного буферного раствора - по п.3.3.3.

4.3.5. Приготовление 0,1%-ного раствора 2,2-дипиридила.

0,1 г 2,2-дипиридила, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, растворяют в 5,00 см этилового спирта и разбавляют в 100 см дистиллированной воды.

4.4. Проведение анализа

Для определения массовой концентрации общего железа исследуемую воду тщательно перемешивают и отбирают 25 см (или меньший объем, содержащий не более 0,1 мг железа) в мерную колбу вместимостью 50 см. Прибавляют 1 см раствора гидроксиламина солянокислого, 2,00 см ацетатного буферного раствора, 1,00 см раствора 2,2-дипиридила и доводят до метки дистиллированной водой. После добавления каждого реактива содержимое колбы перемешивают. Раствор оставляют на 15-20 мин для полного развития окраски. Окрашенный раствор фотометрируют, применяя зеленый светофильтр (540 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2-5 см, по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.

Массовую концентрацию железа находят по градуировочному графику.

Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 см вносят 0,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 см рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов. Добавляют дистиллированной воды до объема примерно 25 см. Далее растворы проводят через весь ход анализа так же, как исследуемую воду. Получают шкалу стандартных растворов с массовой концентрацией железа 0,0; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм. Оптическую плотность измеряют в тех же условиях, что и пробы. Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа в мг/дм, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности.

4.5. Обработка результатов

Массовую концентрацию общего железа вычисляют по п.2.5.

4.3.5, 4.4, 4.5. (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:

официальное издание

Контроль качества воды:
Сб. ГОСТов. - М.: ФГУП
"СТАНДАРТИНФОРМ", 2010

Фотометрические методы определения железа

В связи с тем что и Fe 2+ и Fe 3+ обладают хромофорными свойствами (электронная конфигурация атома железа -- 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 6 4s 2), для фотометрического определения железа используют различные типы химических реакций, которые приводят к образованию окрашенных соединений.

Для определения общего содержания железа в почвах разработаны фотометрические методы, основанные на образовании окрашенных соединений как двух-, так и трехвалентного железа. В России наиболее широко используют фотометрический сульфосалицилатный метод определения Fe(III).

Сульфосалициловая кислота в зависимости от рН раствора образует с Fe(III) три различно окрашенных комплекса. При рН 2-3 образуется красно-фиолетовый комплекс +, при рН 4-8 коричневато-оранжевый комплекс - и при рН 8--10 в аммиачном растворе образуется устойчивый желтый комплекс 3- .

Красно-фиолетовый комплекс, образующийся в кислой среде, может быть использован для селективного определения Fe(III) в присутствии Fe(II); вариант метода малочувствительный, молярный коэффициент поглощения при длине волны 490 нм равен 2,6-103. Этот комплекс используют при комплексонометрическом определении железа в почвах, предварительно переведя Fe(II) в Fe(III).

Для фотометрического определения валового содержания железа в почвах используют комплекс желтого цвета, устойчивый в щелочной среде. Этот вариант метода позволяет определить общее содержание железа в почвах, так как в условиях эксперимента Fe(II) легко окисляется до Fe(III). Максимум светопоглощения находится в области длин волн 420-430 нм, молярный коэффициент поглощения равен 5,8-103. Кривые светопоглощения сульфосалицилатных комплексов железа приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Кривые свстопоглощения сульфосалицилатных комплексов железа при рН 2 (1) и рН 9 (2) молярный коэффициент поглощения

Сульфосалициловая кислота образует устойчивые комплексные соединения со многими металлами. При проведении анализа добавляют избыток реагента, чтобы предотвратить осаждение алюминия, магния, кальция при подщелачивании раствора. Комплексы этих элементов с сульфосалициловой кислотой бесцветны. Окрашенные комплексы сульфосалициловая кислота образует с металлами, обладающими хромофорными свойствами.

Для предотвращения выпадения в осадок гидроксида Mn(IV) при подщелачивании в раствор предварительно добавляют гидроксиламин.

Валовое содержание железа может быть определено по окрашенному комплексу двухвалентного железа с бртофенантролином (Methods of soil analysis, 1982). В этом случае железо восстанавливают гидроксиламином до двухвалентного состояния. Затем в раствор добавляют ортофенантролин, с которым Fe(II) образует устойчивый, имеющий красноватую окраску, комплекс -- Fe(C 12 H 10 N 2) 2+ 3 . Эта цветная реакция специфична для Fe2+. Присутствующие в почвах химические элементы, как правило, не влияют на результаты анализа.

Ортофенантролин может быть использован для раздельного определения Fe(II) и Fe(III). В этом случае анализируют две аликвоты исследуемого раствора. В одной из них определяют суммарное содержание Fe(II) и Fe(III) после предварительного восстановления трехвалентного железа, в другой -- Fe(II). Определение Fe(II) рекомендуется проводить в темноте или при слабом красном свете, чтобы предотвратить фоторедукцию комплекса Fe(III) с ортофенантролином.

Окрашенный комплекс Fe(II) с ортофенантролином образуется сразу после добавления реагента и устойчив в течение нескольких суток. Окраска развивается в интервале значений рН от 2 до 9. Однако при проведении анализа почв оптическую плотность измеряют при рН 3--5, так как при высоком содержании кальция и фосфора в условиях меньшей кислотности может произойти образование труднорастворимого фосфата кальция.

Методика определения общего содержания железа сульфосалицинатным методом

В мерную колбу вместимостью 100 мл помещают 10-25 мл фильтрата, полученного после отделения кремниевой кислоты. В колбу добавляют 0,5 г гидроксиламина, приливают 5--10 мл 25%-ного раствора сульфосалициловой кислоты. Раствор в колбе перемешивают и приливают аммиак до появления слабого запаха. Раствор снова перемешивают и добавляют еще 2 мл аммиака. Объем жидкости в колбе доводят водой до метки, раствор тщательно перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность.

Для построения калибровочного графика в мерные колбы вместимостью 100 мл помещают 1, 2, 4, 5, 7 мл стандартного раствора с содержанием Fe 0,1 мг/мл. В колбы приливают 25 мл воды и проводят анализ, как указано выше, для испытуемых растворов.

Строят график зависимости оптической плотности от концентрации Fe 2 O 3 и находят содержание железа в почве.

Реагенты:

1. 25%-ный раствор сульфосалициловой кислоты. Навеску сульфосалициловой кислоты массой 25 г растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Раствор хранят в темной склянке с притертой пробкой.

2. 25%-ный раствор аммиака, не содержащий С02.

3. Гидроксиламин солянокислый NH 2 OH HCl.

4. Стандартный раствор железа. Навеску [(NH 4) 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 *24 Н 2 O] массой 0,8637 г растворяют в 1 л 5%-ного раствора H2S04 и тщательно перемешивают. Полученный раствор должен содержать в 1 мл 0,1 мг железа. Концентрацию железа в растворе проверяют гравиметрическим методом.

Стандартный раствор железа может быть получен растворением 0,1000 г металлического железа в 5%-ном растворе серной кислоты. Если для полного растворения железа необходимо, раствор подогревают.

Методика определения подвижных форм железа с помощью роданида аммония

Навеску воздушно-сухой почвы 5 г, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и приливают 250 мл 0,2 Н раствора HCL, перемешивают и настаивают в течение суток.

Суспензии фильтруют, пипеткой отбирают 5 мл фильтрата в колбу на 100 мл и приливают 5 мл HNO 3 , затем перемешивают и по каплям добавляют раствор KMnO 4 с м.д. 0,3% до образования неисчезающей слабо-розовой окраски от одной капли, затем добавляют 80-90 мл дистиллированной воды и 5 мл аммония роданистого. Доводят водой до метки и колориметруют.

Из рабочего раствора соли Мора готовят эталонные растворы. Для этого в колбы на 100 мл наливают количество раствора по таблице 2, доливают дистиллированной воды около 80 мл, приливают 5 мл аммония роданистого, доводят водой до метки, перемешивают колориметрируют сразу в течение 15 - 30 мин.

Таблица 2. Таблица эталонных растворов для проведения анализа

По результатам фотометрирования эталонных растворов строят градуировачный график. По оси абсцисс откладывают массу железа в миллиграммах, соответствующую объему соли Мора в эталонных растворах, а по оси ординат - соответствующие им показания прибора. Пользуюсь градуировачным графиком, по результатам анализа определяют массу железа в анализируемых пробах.

Для вычисления массы подвижных форм железа при натуральной влаге используют следующие уравнение:

Fe % = m*250*100/V*m 1

где m - масса Fe по градуировачному графику; 250 - объем HCL, приливаемый к навеске; V - объем вытяжки, взятый на определение, в мл; m 1 - масса навески, в г.

Для вычисления массы подвижных форм железа в пересчете на оксид железа при натуральной влаге используют следующие уравнение:

Fe % = m*250*1,43*100/V*m 1

где 1,43 - коэффициент пересчета на оксид железа.

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.

Чистая или относительно очищенная вода – залог здорового самочувствия и слаженного функционирования человеческого организма. Стоит отметить, что в жидкости может содержаться большое количество примесей и металлов различного характера, которые при попадании в человеческий организм провоцируют воспаления, инфекции и массовые заражения тканей. Особо опасным считается повышенное содержание железа в воде. Если при проведении экспертизы была выявлена повышенная концентрация железа в воде – такую жидкость нужно подвергнуть срочной фильтрации и очищению.

Как влияет железо в питьевой воде на организм человека?

Однако, важно помнить также о том, что потеря железа происходит в человеческом организме постоянно и этот фактор никак нельзя изменить. Железо выделяется с потом, кровью в процессе менструаций или порезов, может выделяться при бритье или мочеиспускании. Эти факты говорят о том, что определение содержания железа в воде является крайне необходимым и полезным.

В зависимости от возраста человека и его жизненных факторов, железо может способствовать потере веса, набору мышечной массы, помогать в процессе протекания простудных заболеваний или инфекций, влиять на качество и скорость свертываемости крови и формирование многих жизненно важных функций и процессов. От определения ионов железа в воде напрямую зависит здоровое состояние зубов, волос, ногтей, кожи, а также стабильное состояние психической системы, психологического настроя и эмоционального баланса.

Поэтому, на качество воды не влияет наличие в ней железа, но его концентрация. Как наличие железа влияет на качество воды? Регламентированные нормы содержания в воде металлов обуславливают нормированное количество железа в питьевой воде, которое не вредит человеческому организму, но является полезным и жизненно необходимым. Стоит отметить тот факт, что на железо включает в себя проведение целого комплекса мероприятий и процедур, направленных на максимально качественное выявление не только данного элемента, но и многих других побочных примесей и веществ, которые в совокупности могут провоцировать химические реакции и негативно сказываться на самочувствии человека.

Как появляются примеси железа в питьевой воде?

Исследование образцов воды на наличие ионов железа показало, что первой и наиболее главной причиной появления железа являются источники и подземные водохранилища. Грунтовые породы и пласты грунта содержат повышенное количество различных минеральных веществ и микроэлементов, которые в процессе своего распада и постепенного разрушения попадают в грунтовые воды и становятся частью их состава. Однако большая часть повышенного содержания железа в воде, которое появляется из грунтовых источников, может окисляться и содержаться в качестве осадка, не попадая в набранную через кран воду в жилых помещениях.

Второй причиной появления примесей железа принято считать системы водоснабжения. По результатам недавно проведенных исследований и определения железа в воде в домашних условиях, большой процент всех систем водоснабжения в стране находится в критическом или изношенном состоянии. Об этом факте может свидетельствовать рыжий цвет жидкости, который изредка проявляется в процессе проведения ремонтных работ или замены труб. Рыжий цвет – это концентрированный анализатор содержания железа в воде, которое скапливается из-за коррозии труб и примешивается к воде в процессе ее набора.

Причиной повышенного уровня железа в воде может также быть система очистки жидкости в некоторых скважинах, для которой нередко используются коагулянты с повышенным содержанием железа.
В некоторых случаях определение железа в воде остро необходимо в жилых помещениях или промышленных зданиях, которые расположены неподалеку от металлургических заводов, сельскохозяйственных сооружений или фабрик, которые занимаются производством красок и лаков.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Какие примеси железа могут быть в питьевой воде?

• Двухвалентное железо в питьевой воде. Такой тип примесей не оказывает влияние на смену цвета воды и не окрашивает ее в рыжий оттенок. Реактивы для определения железа в воде такого типа показывают, что высокая концентрация таких примесей может способствовать тому, что при долгом нахождении на свету вода постепенно приобретает желтый или оранжевый оттенок. В питьевой жидкости такие примеси могут быть найдены только в том случае, если скважина качает воду из подземных источников и недостаточно очищает ее перед отправкой в систему водоснабжения.
• Трёхвалентные железные примеси попадают в воду в результате загрязнения и устаревания водопроводных труб. Определение железа в воде фотометрическим методом показало, что когда жидкость проходит по системе водоснабжения, она оказывает воздействие на материал, из которого сделаны трубы, окисляя его. За много лет эксплуатации такие трубы могут подвергаться коррозии и накапливать большое количество окисленных металлических примесей, которые смываются водой и попадают в человеческий организм. Вода с такими примесями должна максимально тщательно очищаться и подвергаться комплексной аналитике с помощью прибора для определения железа в воде.
• Органическое железо в питьевой воде. Методика определения содержания железа в воде показывает, что данный вид примесей появляется по причине осуществления химических реакций с биологическими элементами, в результате которых возникает максимально опасный и патогенный вид железных вкраплений.

Как производится проверка наличия железа в воде?

1. Повышенная концентрация железа в питьевой воде способствует, как правило, появлению характерного желтого или оранжевого оттенка.
2. В воде с повышенной концентрацией примесей металлов всегда выявляется осадок.
3. Вкус воды с металлическими примесями имеет характерные отличительные особенности.
4. Нагревание и кипячение воды с повышенным содержанием железа приводит к тому, что на поверхности появляется большое количество аномальных хлопьев или металлических крошек.
5. Посуда, в которую с регулярностью набирается загрязненная железом вода, со временем приобретает также рыжие или красные оттенки, может иметь небольшой слой накипи и толстых металлических наростов.

Обнаружение вышеуказанных признаков должны стать весомым поводом для обращения в лабораторию и проведения тщательной экспертизы питьевой воды или использования экспресс-метода определения железа в воде. Регламентированное количество железа в жидкости бытового или промышленного употребления составляет не более 3 мг на литр. Превышение этого показателя может не только губительно сказаться на здоровье человека, но и навредить промышленному оборудованию, стать причиной многих неисправностей, поломок и накипи.