РОЗДІЛ 3. Органічнічні сполуки

Органічні сполуки є обов'язковими компонентами природних вод. Від їх якісного та кількісного складу значною мірою залежить життєдіяльність водяних організмів − гідробіонтів, які відіграють важливу роль у формуванні якості води.

У поверхневих водах суходолу органічні речовини містяться в розчиненому, колоїдно-дисперсному стані та входять до складу зависей. їх можна розділити методом мембранної фільтрації. У рутинних гідрохімічних аналізах розрізняють вміст розчинених органічних речовин, які визначають у пробі, профільтрованій крізь мембранний фільтр із розміром пор 0,45 мкм, а також загальний вміст органічних сполук, який визначають у нефільтрованій пробі. За різницею між цими величинами розраховують вміст органічних речовин у зависях.

Методики визначення органічних речовин можна розподілити на три групи. До першої належать методики, які полягають у визначенні певних показників, що характеризують сумарний вміст органічних речовин без розшифровування їх компонентного складу: визначення хімічного споживання кисню (ХСК, дихроматна окиснюваність(ДО)), перманганатної окиснюваності (ПО), біохімічного споживання кисню (БСК), вуглецю органічних сполук (С_орг). До цієї групи можна віднести також методики визначення азоту та фосфору органічних сполук (N_орг та Р_орг). Величина ХСК адекватна загальному вмісту органічних сполук, а величина ПО — вмісту найбільш доступних для гідробіонтів органічних сполук, що легко окиснюються. Відношення ПО/ДО завжди менше за одиницю і змінюється в різні пори року залежно від життєдіяльності гідробіонтів.

Методики визначення цих показників − титриметричні та фотометричні − найпростіші, вони ввійшли у практику гідрохімічних моніторингових досліджень.

Другу групу становлять в основному фотометричні та електрохімічні методики визначення вмісту окремих груп органічних сполук − гумусових речовин, амінів, амінокислот, органічних кислот, нафтопродуктів тощо.

Нарешті, використовуючи в основному екстракційно-, сорбційно-хроматографічні, а також оптичні методики, визначають третю групу речовин − індивідуальні органічні сполуки, такі як пестициди, феноли, сечовина та інші речовини природного чи антропогенного походження.

Лабораторна робота № 6

Хімічне  і біохімічне споживання кисню

Хімічне споживання кисню (ХСК)

Принцип методу. Органічні речовин природних вод практично повністю окиснюють надлишком дихромату калію в сірчанокислому середовищі під час кип'ятіння за наявності каталізатора Аg₂SO₄:

Сr2O₇^2- + 6е^- + 14Н⁺   → 2Сr³⁺ + 7Н₂O.

Залишок дихромату після окиснення органічних речовин визначають, титруючи розчином солі заліза(ІІ):

Сr₂O₇^2- + 6Fе²⁺ +14Н⁺ → 2Сr³⁺ + 6Fе³⁺ +7Н₂O.

За різницею між кількостями введеного та визначеного дихромату розраховують його кількість, витрачену на окиснення органічних речовин, і виражають у мг О/дм³, користуючись при розрахунках молярною масою еквівалентe кисню.

ХСК визначають у свіжовідібраних пробах води. Якщо це неможливо, то проби консервують додаванням 1 см³ Н₂SO₄ (1: 3) до 1 дм³ води.

Визначенню ХСК заважають хлориди, сульфіди, сульфіти, нітрити, залізо(ІІ) та інші неорганічні відновники. Всі ці речовини, крім хлоридів, зазвичай містяться в поверхневих водах у незначних кількостях. Їх враховують попереднім титруванням проби води дихроматом калію в сірчанокислому середовищі на холоді. Для цього в конічну колбу місткістю 250 см³ вносять 20 см³або менший об'єм проби, доведений до 20 см³ бідистильованою водою, добавляють 10 см³ 0,025 моль-екв/дм³ розчину дихромату калію, 100 см³ бідистильованої води, 30 см³ концентрованої сірчаної кислоти й охолоджують. Потім добавляють 15 крапель розчину індикатору N-фенілантранілової кислоти і надлишок дихромату, який не прореагував, титрують 0,025 моль-екв/дм³ розчином солі Мора до зміни забарвлення розчину від фіолетового до синьо-зеленого. Одночасно проводять «холостий» дослід з бідистильованою водою.

Вміст відновників С_в (мг О/дм³ ) обчислюють за рівнянням

де V₁ − об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування «холостої» проби, см³; V₂ − об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування проби води, см³; С − концентрація розчину солі Мора, моль-екв/дм³; V − об'єм проби води, см³; 8 — молярна маса еквівалента кисню (M 1/2 O).

Значення вмісту відновників С_в віднімають від результату визначення ХСК проби. Якщо С_в ≤ 0,1 мг О/дм³, то наявністю неорганічних відновників можна знехтувати.

Вплив хлоридів, що заважають аналізу, усувають зв'язуванням їх у малодисоційовану сполуку НgСІ₂, як описано в методиці визначення.

Стандартний дихроматний метод

Методика визначення. У круглодонну колбу зі шліфом місткістю 250 см³ вносять 20 см³ проби (або менший об'єм, доведений до 20 см³ бідистильованою водою), добавляють 10 см³ 0,025 моль-екв/дм³ розчину дихромату калію, 100 мг Н₂SO₄ на кожні 10 мг хлоридів, концентрації яких менші за 1 г/дм³ (якщо концентрація хлоридів понад 1 г/дм³, добавляють 15-разовий надлишок концентрованої H₂SO₄ обережно доливають 30 см³ розчину сульфату срібла в концентрованій сірчаній кислоті й кладуть кілька кип'ятильних камінців для забезпечення рівномірності кипіння. Колбу з'єднують зі зворотним холодильником і суміш кип'ятять упродовж 2 год. Після охолодження холодильник від'єднують і промивають його стінки 26 см³ бідистиляту. Вміст колби, споліскуючи її стінки 100 см³ бідистиляту, переливають у конічну колбу місткістю 750 см³ і знову охолоджують. Потім добавляють 15 крапель індикатору N-фенілантранілової кислоти і надлишок дихромату титрують 0,025 моль-екв/дм³ розчином солі Мора до зміни забарвлення розчину від фіолетового до синьо-зеленого, енергійно перемішуючи суміш.

Одночасно проводять «холостий» дослід з бідистильованою водою.

Величину ХСК (мг О/дм³) обчислюють за рівнянням

де V₁ − об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування «холостої» проби, см³; V₂ − об'єм розчину солі Мора, витраченої на титрування проби води, см³; С − концентрація солі Мора, моль-екв/дм³; V − об'єм проби води,см³; 8 − молярна маса еквівалента кисню; С − вміст неорганічних відновників, мг О/дм³.

Примітка. Після кип'ятіння проби з дихроматом калію залишок останнього не повинен становити менш ніж 30 − 40 % кількості введеного. Якщо дихромату залишилося менше, то аналіз повторюють з меншим об'ємом проби.

Нижня межа визначення становить 5 мг О/дм³ за об'єму проби 20 см³ і різниці (V₁-V₂) = 0,5 см³.

За значенням ХСК можна приблизно розрахувати вміст органічного вуглецю, мг С/дм³, використовуючи коефіцієнт 0,375, який дорівнює відношенню атомної маси вуглецю (12) до молекулярної маси кисню (32)

С_орг ≈ 0,375ХСК.

Реактиви

Сірчана кислота Н₂SO₄ , х.ч., концентрована.

Розчин сірчаної кислоти (1 : 1): до 50 см³ бідистильованої води невеликими порціями за перемішування добавляють 50 см³ концентрованої сірчаної кислоти.

Розчин сульфату срібла в концентрованій сірчаній кислоті: 13 г Ag₂SО₄, ч.д.а., розчиняють в 1 дм³ концентрованої сірчаної кислоти.

Розчин їдкого натру, 0,1 М: 0,1 г NаОН, ч.д.а., розчиняють у 25 см³ бідистильованої води.

Сульфат ртуті HgSO₄, ч.д.а.

Розчин індикатору N-фенілантранілової кислоти: 0,25 г N-фенілантранілової кислоти C₁₃H₁₁O₂N розчиняють у 12 см³ 0,1 М розчину NaOH і розбавляють бідистильованою водою до 250 см³.

Розчин дихромату калію, 0,25 моль-екв/дм³: 12,258 ± 0,001 г К₂Сr₂О₇, х.ч., попередньо висушеного упродовж 2 год при 105 °С, розчиняють у бідистильованій воді й доводять об'єм розчину до 1 дм³ у мірній колбі.

Розчин дихромату калію, 0,025 моль-екв/дм³: 100 см³ 0,025 моль-екв/дм³ розчину дихромату калію розбавляють бідистильованою водою до 1 дм³ у мірній колбі.

Розчин солі Мора (залізоамонійного галуну), 0,25 моль-екв/дм³: 98,0 ±0,1 г Fe(NH₄)₂(SO₄)₂∙6H₂O, ч.д.а., розчиняють у бідистильованій воді, добавляють 20 см³ концентрованої сірчаної кислоти, охолоджують і доводять об'єм розчину бідистильованою водою до 1 дм³ у мірній колбі.

Розчин солі Мора, 0,025 моль-екв/дм³: 100 см³ 0,25 моль-екв/дм³ розчину солі Мора розбавляють бідистильованою водою до 1 дм³ у мірній колбі.

Точну концентрацію розчину встановлюють так: у конічну колбу місткістю 750 см³ наливають 25 см³ 0,025 моль-екв/дм³ розчину дихромату калію, добавляють 175 см³ бідистильованої води, 15 см³ розчину сірчаної кислоти (1: 1), 15 крапель індикатору N-фенілантранілової кислоти і титрують розчином солі Мора до зміни забарвлення суміші від червоно-фіолетового до синьо-зеленого.

Концентрацію розчину солі Мора С_х (моль-екв/дм³) обчислюють за рівнянням

де V − об'єм розчину дихромату калію, см³; С − його концентрація, моль-екв/дм³; V₁ − об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування, см³.