CC BY
207
химия
ББК 24.4 УДК 543
Л. С. Егорова, М. И. Минин, А. Г. Алиева
Тест-метод определения общей жесткости воды L. S. Egorova, M. I. Minin, A. G. Alieva Test Method to Determine Total Hardness of Water
Предложена тест-система для определения общей жесткости воды по интенсивности окраски шкалы. Данный метод является быстрым и недорогим способом провести анализ как в лаборатории, так и за ее пределами.
Ключевые слова: тест-система, общая жесткость, тест-полоски, тест-полосы, цветовая шкала, Эриохром черный Т, карбонат натрия.
DOI 10.14258/izvasu(2013)3.2-37
It is proposed to use test system to determine the total hardness of the water according to color intensity scale. This method is a quick and inexpensive way to analyze water in the laboratory and beyond.
Key words: test system, total hardness, test strips, test strips, color scale, Eriohrom Black T, sodium carbonate.
В настоящее время возникает все большая потребность в проведении быстрого и точного анализа во внелабораторных условиях, поскольку необходим постоянный контроль состава окружающих нас объектов. Вода является одним из наиболее распространенных и важнейших веществ на Земле. Помимо использования в быту, ее широко применяют в промышленной деятельности, поэтому контроль состава воды производится регулярно. Одним из важнейших критериев является общая жесткость [1].
Общая жесткость воды определяет содержание в воде растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей в воде и называют общей жесткостью [2].
Различают два вида жесткости воды: временную (карбонатную) и постоянную, иногда детализируют суммарную жесткость на жесткость по кальцию и магнию.
Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния — Са (НС03)2 и Mg (НСО)2.
Наличие этих солей в воде объясняется растворением карбонатов кальция и магния под действием природной воды и растворенного в ней углекислого газа (диоксида углерода) при контакте с породами, содержащими эти соли, например:
СаСО3! + СО2 + Н20 = Са (НСО3)2.
Карбонатная жесткость называется временной потому, что эти соли разлагаются при кипячении воды.
Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде главным образом сульфатов и хлоридов кальция и магния — CaSO4, MgSO4, СаС12, MgCI2.
По содержанию катионов кальция и магния воду можно классифицировать по степени жесткости (табл. 1) [3].
Для определения общей жесткости воды тест-методом за основу взята методика В. Г. Амелина, где в качестве тест-системы предложено тест-устройство для визуального определения общей жесткости при помощи импрегнированной эриох-ромом черным-Т и тетраборатом натрия (вводят для создания буферной смеси с рН~9.20), фильтровальной бумаги марки «красная лента». Диапазон определяемых суммарных содержаний ионов щелочноземельных металлов составляет 0.0010000.1000 ммоль/л.
Методика модифицирована следующим образом:
1. Для определения общей жесткости воды предложен визуально-колориметрический метод определения интенсивности по разности окраски растворов (из синей через фиолетовую в малиновую).
2. Раствор тетрабората натрия заменен на аммиачный буферный раствор. Он является более дешевым и обладает большей буферной емкостью.
3. В качестве тест-устройства выбран шприц вместимостью 2,0 мл.
4. Диапазон определяемых содержаний составил
0.001000-0.5000 ммоль/л.
Для создания стандартной индикаторной шкалы необходимо приготовить индикаторный раствор. Он готовится путем приливания к раствору эриохрома черного Т (0,5-0,8 г/л) 1,00 мл аммиачной буферной смеси (рН~9.20) (от количества второго зависит интенсивность окраски).
Тест-метод определения общей жесткости воды
Таблица 1
Классификация воды по содержанию солей кальция и магния
Общая жесткость воды, ммоль/л Справочник по гидрохимии Водоподготовка Германия DIN 19643 United States Environmental Protection Agency (US EPA)
0-1,5 Мягкая вода Очень мягкая Мягкая Мягкая
1,5-1,6 Мягкая Умеренно жесткая
1,6-2,4 Средней жесткости
2,4-3,0 Достаточно жесткая
3,0-3,6 Умеренно жесткая Жесткая
3,6-4,0 жесткая
4,0-6,0 Средней жесткости
6,0-8,0 Жесткая Очень жесткая Очень жесткая
8,0-9,0 Жесткая
9,0-12,0 Очень жесткая
Свыше 12,0 Очень жесткая
Готовят растворы с суммарным содержанием ионов кальция и магния в диапазоне от 0,001000 до 0,5000 ммоль/л (табл. 2).
Таблица 2
Суммарные содержания ионов кальция и магния в стандартных растворах
Z Са2+ и Mg2+, ммоль/л ■ 103 Са2+ ■ 103 ммоль/л Mg2+ ■ 103 ммоль/л
1,0 0,5 0,5
10,0 5,0 5,0
25,0 12,5 12,5
50,0 25,0 25,0
75,0 37,5 37,5
100,0 50,0 50,0
150,0 75,0 75,0
250,0 125,0 125,0
500,0 250,0 250,0
Таблица 3
Результаты титрования пробы раствором ЭДТА
В тест-устройство шприц набирают 1,0 мл индикаторного раствора и вводят 1,0 мл раствора с известным содержанием ионов кальция и магния.
По известным концентрациям готовят индикаторную шкалу в диапазоне 0,001000 до 0,5000 ммоль/л с переходом окраски из синей через фиолетовую в малинове..
В качестве исследуемого объекта проверки модифицированного тест-метода использовалась речная вода. Лабораторные пробы были отобраны путем взятия четырех проб в р. Оби на равных расстояниях друг от друга. Пробы отбирались в Барнауле, в районе речного вокзала, на равных расстояниях от центрального моста. Проба отбиралась в один день в разное время суток—утро, день, вечер. Объем пробы составлял 1500 мл в емкость, изготовленную из полимерных материалов. Анализ проводился в течение нескольких часов после отбора пробы. Результаты анализа комплексонометрического титрования приведены в таблице 4.
Таблица 4
Сравнение результатов анализа пробы речной воды тест-методом и титриметрическим методом
№ пробы V , мл ал.’ V3flTA, пошедший на титрование, мл
о & 1 50,00 мл 6,30
2 6,25
3 6,30
4 6,40
день 5 6,30
6 6,40
7 6,30
8 6,30
вечер 9 6,40
10 6,30
11 6,40
12 6,40
№ Общая жесткость, ммоль/л 10 2
Титриметрический метод Тест-метод
1 12,6 ± 0,2 12 ± 2
2 12,5 ± 0,2 10 ± 2
3 12,6 ± 0,2 12 ± 2
4 12,8 ± 0,2 10 ± 2
5 12,6 ± 0,2 12 ± 2
6 12,8 ± 0,2 10 ± 2
7 12,6 ± 0,2 12 ± 2
8 12,6 ± 0,2 10 ± 2
9 12,8 ± 0,2 10 ± 2
10 12,6 ± 0,2 12 ± 2
11 12,8 ± 0,2 10 ± 2
12 12,8 ± 0,2 10 ± 2
химия
Данный тест-метод удовлетворяет установленным ранее условиям. Тест-устройство удобно, мобильно, доступно, обладает низкими затратами как по времени на приготовление тест-устройства, так и по материальным средствам. Тест-метод подходит для полуколичественного анализа общей жесткости речных и озерных вод, это дает возможность контролировать качество вод в «поле».
Недостатком метода является невысокая чувствительность и недостаточная точность по сравнению с титриметрическим методом, а растворы сравнения теряют свою окраску через две недели после их создания в результате разложения индикатора.
Тест-метод подходит для определения общей жесткости воды речных и озерных вод, где среднее содержание катионов кальция и магния в среднем составляет 0,1-0,2 ммоль/л.
Библиографический список
1. Золотов Ю. А., Иванов В. М., Амелин В. Г. Химические тест-методы анализа. — М., 2002.
2. Амелин В. Г. Тест-метод определения суммарных показателей качества вод с использованием инди-
каторных бумаг // Журнал аналитической химии. — 2000. — № 5.
3. Станкевич М. Е., Радионов В. В. Методы определения и устранения жесткости воды. — Саратов, 2002.
