Определение растворенного кислорода

Принцип метода. Метод основан на взаимодействии в щелочной среде гидроокиси марганца с растворенным в воде кислородом. Гидроокись марганца, количественно связы­вая растворенный в воде кислород, переходит в нераство­римое соединение четырехвалентного марганца коричнево­го цвета. При подкислении раствора в присутствии избыт­ка йодистого калия образуется под, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и учи­тывается титрованием раствором тиосульфата:

Мп²⁺ + 2ОН^-—> Мп(ОН)₂ (белый);

2Мп(ОН)₂ + О₂ —> 2МпО(ОН)₂ (коричневый);

МпО(ОН)₂ + 4Н⁺ + 2I^- —> Мп²⁺ + I₂↑ + ЗН₂О;

I₂ +2S₂O₃^2- —> 2 I ^- + S₄O₆^2-

Характеристика метода. Минимально определяемая концентрация 0,05 мгО₂/дм³. Относительное стандартное отклонение U при концентрациях 7–10мг О₂/дм³ составляет 0,3% (п=20).

 

МУ РД 52.24-419-95.

Формы миграции. Растворенный кислород в повер­хностных водах находится в виде молекул О₂. Раствори­мость его растет с понижением температуры и минерализа­ции, с повышением давления. Величину растворимости кис­лорода при нормальном давлении называют нормальной кон­центрацией. Насыщение воды кислородом, соответствую­щее нормальной концентрации, принимается равным 100%. В случае высокой интенсивности фотосинтеза вода может быть значительно пересыщена кислородом. При этом часть его может переходить в газообразную форму.

Содержание в поверхностных водах. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от О до 14мг/дм³ и подвержено значительным се­зонным и суточным колебаниям. Суточные колебания за­висят от соотношения интенсивности процессов его проду­цирования и потребления, могут достигать 2,5 мг/дм³ и бо­лее. В речных водах наиболее высокие концентрации на­блюдаются обычно в осеннее время, наиболее низкие – зи­мой, когда в результате образования ледяного покрова пре­кращается поступление кислорода из атмосферы.

Дефицит кислорода чаще наблюдается в эвтрофных водоемах, а также в водоемах, содержащих большое коли­чество загрязняющих и гумусовых веществ.

Свойства, цели наблюдения. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минималь­ное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мгО₂/дм³. Понижение его до 2 мг/дм³ вызывает массовую гибель рыб (ПДКвр=2,0 мгО₂/дм³). Неблагоприятно сказывается на их состоянии и пересыщение воды кислородом.

Определение кислорода в поверхностных водах вклю­чено в программы наблюдений с целью оценки условий оби­тания гидробионтов, в том числе рыб, косвенной характе­ристикой качества воды, интенсивности процессов проду­цирования и деструкции органических веществ, самоочи­щения водоемов и т.д. Концентрацию кислорода выражают либо в миллиграммах на дециметр кубический, либо в процентах – % насыщения.

Иодометрическое определение. Кислород является неустойчивым компонентом, определение которого должно производиться на месте отбора проб.

Принцип метода. Титриметрический метод йодометрического определения основан на взаимодействии в щелочной среде гидроокиси марганца с растворенным в воде кислородом. Гидроокись марганца, количественно связы­вая растворенный в воде кислород, переходит в нераство­римое соединение четырехвалентного марганца коричнево­го цвета. При подкислении раствора в присутствии избыт­ка йодистого калия образуется под, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и учи­тывается титрованием раствором тиосульфата:

Мп²⁺ + 2ОН-—> Мп(ОН)₂ (белый);

2Мп(ОН)₂ + О₂ —> 2МпО(О Н)₂ (коричневый);

МпО(ОН)₂ + 4Н⁺ + 2I^- —> Мп²⁺ + I₂↑ + ЗН₂О;

I₂ +2S₂O₃^2- —> 2 I ^- + S₄O₆^2-

Характеристика метода. Минимально определяемая концентрация 0,05 мгО₂/дм³. Относительное стандартное отклонение U при концентрациях 7–10мг О₂/дм³ составляет 0,3% (п=20). Продолжительность определения единичной пробы с учетом ее отстаивания 40 мин. Серия из 6 проб определяется в течение 1,5ч.

Ход работы

I. Определение точной вместимости кислородных склянок и склянок БПК₅

I) Калибровка кислородных склянок

Склянки для определения О₂ тщательно вымыть снаружи и изнутри, высушить и взвесить вместе с пробкой на технических весах, с точностью до 0,01 г.

Для измеренияобъёма сухую чистую склянку наполнить дистиллированной водой до краёв и закрыть стеклянной пробкой так, чтобы под пробкой не оставалось пузырьков воздуха.

Обтереть склянку досуха и снова взвесить с точностью до 0,01 г.

Разность в весе даст массу воды в объёме склянки, которую для перевода на объём, следует разделить при температуре воды 15^оС на 0,998, при 20^оС – на 0,997, при 25^оС – на 0,996.

 

Масса сухой склянки, г	Масса склянки с водой, г	Масса воды в объеме склянки, см3	Температура, °С	Объем воды, см3

II) Фиксирование растворенного кислорода

1) Отобранной пробой заполнить кислородную склянку, с помощью сифона, предварительно ее ополоснув 2-3 раза;

2) в склянку пипетками поместить по 1(2) см³ растворов хлорида марганца или сульфата марганца и KI+NaOH;

3) склянку закрыть пришлифованной пробкой и перемешать переворачиванием 15-20 раз;

4) поставить склянку на 10 мин. в темное место.

III) Определение точной концентрации раствора тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃):

1) В коническую колбу для титрования внести 10 см³ 0,02 н р-ра дихромата калия;

2) добавить 90 см³ дистиллированной воды;

3) добавить 1 г сухого иодида калия;

4) добавить 10 см³ раствора соляной кислоты (2:1) или серной кислоты (1:4) (Колбу закрыть крышкой!);

5) поставить склянку в темное место на 5-10 мин.;

6) титровать полученный раствор до светло-желтой окраски;

7) добавить 1 см³ крахмала;

8) оттитровать раствор до исчезновения окраски;

9) определение повторить (расхождения между результатами не должно быть более 0,05 см³);

10) рассчитать точную концентрацию тиосульфата натрия по формуле:

_, где

С т – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм³-эквивалента;

С д – концентрация раствора дихромата калия, моль/дм³-эквивалента;

V т – объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см³ (среднее из двух определений);

V д – объём раствора дихромата калия, взятый для определения, см³.

IV) Определение концентрации растворенного кислорода

1) Достать кислородную склянку (с зафиксированным кислородом) из темного места;

2) добавить в склянку 5-10 см³ р-ра серной кислоты (1:4) или соляной кислоты (2:1);

3) закрыть склянку стеклянной пробкой и перемешать переворачиванием до растворения осадка;

4) отобрать пипеткой Мора аликвоту исследуемого раствора – 50 см³;

5) оттитровать раствором тиосульфата натрия до светло-желтой окраски;

6) добавить 1 см³ р-ра крахмала;

7) оттитровать до обесцвечивания раствора;

8) Расчет:

а) Массовую концентрацию растворённого в анализируемой пробе воды кислорода (С_х, мг/дм³) найти по формуле:

C_{x =} (1), где

С – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм³-эквивалента;

n – объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см³;

V – точная вместимость кислородной склянки, см³;

а – суммарный объём растворов хлорида марганца и иодида калия, добавленных в склянку при фиксации растворённого кислорода, см³ (при V ≤150 см³ а=2, при V ³150 см³ а=4);

б) Процент насыщения (Н) пробы кислородом рассчитать по формуле:

Н = С_х · 100 / С₀ (1), где

С_х – концентрация кислорода, найденная экспе­риментально, мг/дм³;

С₀ – нормальная концентрация при данной темпе­ратуре и нормальном атмосферном давлении (находят из табл.).

В) Дефицит кислорода (D) в % найти по формуле: D = 100 – Н.

Таблица

Зависимость концентрации кислорода (С₀) в воде от температуры (Атм. давление 760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода р=0,209 атм.)

Темпера-	Растворенный кислород, мг/дм3
тура, °С	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
	14,65	14,61	14,57	14,53	14,49	14,45	14,41	14,37	14,33	14,29
	13,86	13,82	13,79	13,75	13,71	13,68	13,64	13,60	13,56	13,53
	12,79	12,76	12,72	12,69	12,66	12,62	12,59	12,56	12,53	12,49
	11,27	11,24	11,22	11,19	11,16	11,14	11,11	11,08	11,06	11,03
	10,03	10,01	9,99	9,97	9,95	9,92	9,90	9,88	9,86	9,84
	9,02	9,00	8,98	8,97	8,95	8,93	8,91	8,90	8,88	8,86
	8,18	8,16	8,14	8,13	8,11	8,10	8,08	8,07	8,06	8,04
	7,72	7,71	7,69	7,68	7,66	7,65	7,64	7,62	7,61	7,59
	7,44	7,42	7,41	7,40	7,38	7,37	7,35	7,34	7,32	7,31

 

ПДКв. О₂ = 4,0 мг/дм³ в любой период года, ПДКв.р. О₂ = 4,0 мг/дм³ в зимний период и 6,0 мг/дм³ – в летний период.

Вывод. Сравнить полученное содержание растворенного кислорода в воде с ПДКв., ПДКвр.

2. Определение БПК₅

МУ РД 52.24-420-95.

При хранении в склянке с притертой пробкой в темноте содержание в ней растворенного кислорода убывает за счет жизнедеятельности микроорганизмов. БПК₅ – убыль растворенного кислорода в аэробных условиях за пять суток, мг О₂/дм³.

Диапазон определения – 1,0-11,0 мг О₂/дм³.

Предварительные указания: необходимо обеспечить хорошие условия для аэробных биохимических процессов:

– исходная концентрация кислорода должна быть близка к равновесной концентрации с воздухом – 9 мг/дм³.

– минимальное потребление кислорода – не менее 2 мг/дм³, а оставшаяся концентрация не менее 3 мг/дм³ (через пять суток).

ПДКвр. БПК₅≤2 мг/дм³.

Ход работы

а) Анализируемую пробу проаэрировать в течение 15 мин. для достижения равновесной концентрации с воздухом (энергичным встряхиванием в течение 10 мин. или с помощью компрессора).

б) Зафиксировать растворенный кислород, предварительно проведя калибровку кислородных склянок (указано выше).

в) Рассчитать исходную концентрацию растворенного кислорода (Сх1) по формуле (1). г) Склянку на БПК5, плотно закрытую, инкубировать в темном месте в термостате при температуре 25°С с водным затвором в течении пяти суток. д) Спустя пять суток, инкубируемую склянку достать из темного места, зафиксировать и определить растворенный кислород. д) Рассчитать оставшуюся концентрацию растворенного кислорода (Сх2) по формуле (1). е) Величину БПК5 найти по формуле: БПК5=Сх1-Сх2; Оформление результатов анализа Результат измерения представить в виде: Сх ± D, мг О2/дм3 (Р=0,95), где D – характеристика погрешности измерения для данной величины БПК5 (табл. 2). При выполнении измерений в пробах с величиной БПК5 свыше 11,0 мг/дм3 после соответствующего разбавления погрешность измерения не превышает величины D · n, где D – погрешность измерения БПК5 в разбавленной пробе; n – степень разбавления. Таблица 2. Значение характеристик погрешностей и ее составляющих (Р=0,95) Значение измеряемых величин БПК5, С, мг/дм3 Характеристика случайной составляющей погрешности, s (D),С, мг/дм3 Характеристика погрешности, D, мг/дм3 1,0-11,0 0,2+0,03 · С 0,3+0,06 · С Таблица 3. Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности Степень загрязнения (классы водоемов) БПК5, мг O2/дм3 Очень чистые 0,5–1,0 Чистые 1,1–1,9 Умеренно загрязненные 2,0–2,9 Загрязненные 3,0–3,9 Грязные 4,0–10,0 Очень грязные 10,1 В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. ПДКвр (для водных объектов рыбохозяйственного назначения) (БПК5) при 20оС не должна превышать 2 мг O2/дм3. Вывод. Дать оценку состояния водного объекта по классам загрязненности, сравнить полученную величину БПК5 с ПДК для разных категорий водных объектов 3. Определение удельной электропроводности (УЭП)

МУ РД 52.24-495-95.

УЭП – численная характеристика способности воды проводить электрический ток. В физическом смысле это величина обратно пропорциональная электрическому сопротивлению воды при t=25°С, находящаяся между двумя электродами с поверхностью в 1 см², расстояние между которыми 1 см, мкСм/см.

УЭП характеризует суммарную концентрацию неорганических электролитов в воде: Na⁺, К⁺, Са²⁺, SO₄^2-, Cl^-, НСО₃^-.

Измерения УЭП провести на кислородомере «Анион – 410 D» в соответствии с рекомендациями, приведенными в паспорте прибора.

Вывод. Дать оценку исследуемой пробы по величине УЭП.