Арбитражный метод определения ХПК

 

Определение основано на окислении органических веществ избытком бихромата калия в растворе серной кислоты (1:1) при нагревании в присутствии катализатора - сульфата серебра. Остаток бихромата калия находят титрованием раствором соли Мора и, исходя из этого, определяют количество K₂Cr₂O₇ , израсходованное на окисление органических веществ.

Бихромат-ион при этом восстанавливается согласно уравнению:

Cr₂O₇^2- +14H⁺+6e^- = 2Cr³⁺ +7H₂O

Для ускорения окисления органических веществ в реакционную смесь вводят катализатор – сульфат серебра. В результате окисления отдельных элементов органических веществ образуются Н₂О, СО₂, Р₂О₅, SО₃^-, азот превращается в аммонийную соль. При этом кислород, входивший в состав окисляемых органических веществ, участвует в процессе окисления, а водород этих соединений отдаёт по 3 атома на каждый атом азота при образовании аммонийных солей

Органические соединения алифатического ряда с неразветвленной углеродной цепью и некоторые соединения других классов окисляются не полностью.

Определению мешают хлориды, сульфиды, соединения железа (II), нитриты и другие неорганические вещества, способные окисляться бихроматом в кислой среде.

Мешающее влияние хлоридов при концентрациях менее 300 мг/дм³ устраняется за счет присутствия в пробе катализатора (сульфата серебра). При больших содержаниях хлоридов к пробе добавляют сульфат ртути (II) из расчёта 100 мг/дм³ на 10 мг/дм³ хлоридов.

Мешающее влияние сульфидов и соединений железа (II) устраняют предварительной продувкой пробы воды воздухом, если она не содержит летучих органических соединений, или учитывают при расчете ХПК. В последнем случае определяют их концентрации и пересчитывают на величины ХПК, исходя из того, что 1 мг Н₂S и 1 мг Fe²⁺ эквивалентны соответственно 0,47 и 0,14 мг О₂. Таким же образом учитывают влияние нитритов (1 мг NO₃^- эквивалентен 0,35 мг О₂).

Сложность арбитражного метода заключается в использовании для анализа достаточно громоздкой стеклянной установки, состоящей из колбы, в которой проводится реакция окисления, и обратного холодильника. Кипячение окислительной смеси с образцом воды в собранной установке проводится в течение 2 часов на колбонагревателе или электроплитке. Поэтому при выполнении серии анализов возникает проблема в оборудовании большого количества установок, значительно занимающих рабочее пространство лаборатории. Поэтому при выполнении регулярных поточных анализов используют ускоренный метод определения ХПК.

 

Ускоренный метод определения ХПК

Этот метод предназначен для постоянных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоеме. Результаты определения, как правило, получаются ниже, чем при анализе арбитражным методом, но они обычно достаточно хорошо воспроизводимы. Рекомендуется периодически проводить определения обоими методами, ускоренным и арбитражным, для нахождения приблизительного коэффициента пересчета. Следует учитывать, что расхождения между результатами обоих методов особенно велики, когда проба содержит трудноокисляемые вещества, такие, как уксусная кислота, аланин, бензол и др. При величине ХПК воды ниже 50 мг/л, этот метод применять нельзя.

Главная особенность ускоренного метода – использование концентрированной серной кислоты. Нагревания извне не требуется, температура повышается за счёт тепла выделяющегося при смешении воды с концентрированной серной кислотой (внимание: во избежание возможного разбрызгивания кислота наливается в воду, а не наоборот!)

 

Ход определения.

Для выполнения анализа потребуется:

1. Термостойкая коническая колба объёмом 150 мл – 2 шт.

2. Термостойкая коническая колба объёмом 500 мл – 2 шт.

3. Коническая колба объёмом 250 мл – 1 шт.

4. Пипетка для отбора аликвоты воды объемом 5 мл.

5. Пипетка для бихромата калия объемом 2,5 мл – 1 шт.

6. Пипетка для серной кислоты объемом 10 мл – 1 шт.

7. Мерный цилиндр объемом 25 мл – 1 шт.

8. Шпатель и листок кальки для навески сульфата ртути.

9. Бюретка для раствора соли Мора – 1 шт.

10. Концентрированная серная кислота.

11. Сульфат ртути (II) (или сульфат серебра) кристаллический.

12. Раствор N-фенилантраниловой кислоты (0,25 гр кислоты растворяют в 12 мл 0,1 н.раствора едкого натра и разбавляют водой до 250 мл).

13. Стандартный раствор 0,25 н. бихромата калия (12,258 г бихромата калия, предварительно высушенного при 105⁰С в течение 2 ч, растворяют в дистиллированной воде и разбавляют водой до 1 дм³).

14. Раствор приблизительно 0,25 н. соли Мора (98 г соли Мора растворяют в дистиллированной воде, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты и разбавляют дистиллированной водой до 1 дм³). Титр раствора устанавливается по стандартному раствору бихромата калия. 25 мл стандартного раствора 0,25 н. бихромата калия пипеткой помещают в коническую колбу на 500 мл, добавляют цилиндром 20 мл концентрированную серную кислоту и дают остыть. Затем добавляют 10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора до перехода окраски из фиолетового в зелёный цвет (точка перехода достаточно хорошо выражена.)

Точную концентрацию раствора соли Мора находят по формуле:

См=С_б ·V_б/ V_м

где С_м - концентрация раствора соли Мора, моль/дм³ эквивалента;

С_д - концетрация раствора дихромата калия, моль/дм³ эквивалента;

V_д - объём раствора дихромата калия, взятый для титрования, см³;

V_м - объём раствора соли Мора, пошедший на титрование, см³.

 

Анализ проводят в следующей последовательности:

1. Берут термостойкую плоскодонную коническую колбу объемом 150 мл пипеткой помещают в неё аликвоту пробы, определенную, исходя из следующих соображений:

– если значение ХПК ожидается в пределах 500-4000 мг/л – берут для анализа 1 мл пробы,

– если ХПК 50-500 мг/л – отбирают 5 мл пробы,

– если ХПК выше 4000 мг/л, пробу предварительно разбавляют.

 

2. В колбу с отобранной аликвотой пипеткой вводят 2,5 мл 0,25 н. раствора бихромата калия,

3. На листке кальки берут навеску 0,2 г сульфата ртути (II) и высыпают её при перемешивании в колбу с аликвотой пробы.

4. Отмеряют пипеткой 7,5 мл концентрированной серной кислоты на 1 мл пробы или цилиндром 15 мл на 5 мл пробы. Кислота выливается в колбу быстро. При этом температура раствора поднимается выше 100⁰С. (Внимание: Все работы проводятся в вытяжном шкафу с включённой вентиляцией с использованием средств индивидуальной защиты: халат, резиновые перчатки, защитные очки).

5. Через 2 мин раствор охлаждают в эксикаторе заполненном холодной водой до комнатной температуры.

6. Количественно переносят раствор в колбу на 200–250 мл, промывая колбу в которой проводилось окисление 100 мл дистиллированной воды.

7. Добавляют в раствор 10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты.

8. Оттитровывают избыток бихромата раствором соли Мора с уточненным титром в присутствии индикатора (10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты). Уточнение титра раствора соли Мора проводится перед выполнением анализа.

9. Параллельно проводят холостое определение (тот же самый анализ по п.1–8, только в качестве анализируемой пробы используют дистиллированную воду).

10. Расчет величины ХПК, выраженной числом миллиграммов кислорода на 1 дм³ воды, производят по следующей формуле:

, мгО₂/дм³

где - объём раствора соли Мора, израсходованный на титрование в холостом опыте, см³;

- объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование пробы воды,см³.

- концентрация раствора соли Мора, н.;

- объем пробы воды, взятый для определения, см³

8 - масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг.

 

После выполнения анализа тщательно вымыть использованную посуду и пипетки водопроводной, затем несколько раз дистиллированной водой; привести рабочее место в порядок!

Задание для выполнения лабораторной работы:

1. Выполнить ускоренным методом определение ХПК представленного образца воды.

2. С использованием полученного значения ХПК рассчитать требуемую величину кратности разбавления воды для определения величины БПК₅.