2.3. Определение общей жесткости воды комплексометрическим методом

Сущность метода. Комплексометрический метод определения общей жесткости воды наиболее точный и распространенный. Он основан на образовании катионами Са₂⁺ и Mg₂⁺ прочных внутрикомплексных соединений с трилоном Б, Трилон Б - натриевая соль этилендиаминотетрауксусной кислоты, образующая растворимые в воде внутрикомплексные соединения с катионами различных двух- и трехвалентных металлов. Трилон Б образует также комплексные соединения с кати­онами меди, цинка, марганца, кадмия, никеля, двух- и трехвалент­ного железа, алюминия и др.

Если в раствор, содержащий ионы одного из упомянутых металлов, ввести индикатор, дающий непрочное цветное соединение с ионами это­го металла, то при добавлении трилона Б к такому окрашенному раство­ру в эквивалентной точке произойдет изменение окраски. В качестве индикаторов при определении общей жесткости используют эриохром черный (кислотный хромоген черный ЕТ-00), кислотный хром синий К и кислотный хром темно-синий.

Так, при титровании пробы воды трилоном Б в присутствии эриохрома черного комплексы кальция и магния разрушаются, образуются комплексонаты этих металлов с трилоном Б, не имеющие окраски. Поэ­тому в точке эквивалентности красная окраска раствора переходит в синюю, обусловленную окраской аниона индикатора.

Чувствительность комплексометрического метода определения общей жесткости воды практически составляет 1 мкг.экв/кг. Опреде­лению общей жесткости воды мешают ионы железа, цинка, меди, мар­ганца и др. (если они имеются в исходной поде).

Ионы марганца, меди, цинка осаждают в виде сульфитов, вводя в пробу воды 1 мл 2-5%-ного раствора сернистого натрия. Во избежа­ние окисления марганца прибавляют 3-5 капель 1%-ного раствора солянокислого гидроксиламина. Ионы железа и марганца окисляют перманганатом калия в присутствии хлористого аммония.

При этом катионы железа из двухвалентных переходят в трехва­лентные, а катионы двухвалентного марганца - в четырехвалентные и осаждаются в виде МnO₂. Железо осаждают в виде Fe(OH)₃ прибавляя гидроокись аммония до слабощелочной среды.

Реактивы и их приготовление.

 Дистиллированная вода и проверка ее качества. Рекомендуется пользоваться водой, полученной в стеклянном дистилляторе, или Н-катионированной. Качество дистиллированной воды испытывают следующим образом: к 100 мл дистиллята добавляют 1 мл аммиачного буферного, раствора и 5-7 капель индикатора кислотного хром темно-синего (хро­моген черного). Голубая с сиреневым оттенком окраска раствора ука­зывает на частицу воды.

 Раствор трилона Е. Для приготовления его берут следующие количества: для 0,1н. - 18,6 г; для 0,5 н. - 9,3 г; для 0,01 н. -1,86 г. Отведенное количество трилона Б растворяют в дистиллирован­ной воде и фильтруют, если раствор мутный. Объем раствора доводят до 1 л.

Точную нормальность 0,1 н. (децинормального) раствора трилона Б устанавливают с помощью 0,01 н. (сантинормального) раствора сер­нокислого магния. Отвешивают на аналитических весах 1,232 г пере­кристаллизованного химически чистого MgSO₄  7H₂O и раство­ряют, в мерной колбе на 1 л дистиллята. В коническую колбу отмери­вают пипеткой 100 мл 0,01 н. раствора сульфита магния, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, 5-7 капель индикатора кислотно­го хром темно-синего и медленно титруют при интенсивном перемешива­нии 0,1 н. раствором трилона Б до перехода красной окраски в синюю.

При установке титров раствора трилона Б 0,05; 0,01 нор­мальности берут соответственно 50 и 10 мл 0,01 н. раствора сульфа­та магния и доводят дистиллированной водой до 100 мл.

Поправочный коэффициент раствора трилона Б к данной нормаль­ности вычисляют по формуле:

K_тр=10К_Мg/g,

где К_Мg - поправочный коэффициент 0,01 н. раствора сульфата магния (коэффициент сантинормальности) при точно 0,01 н. Раствора K_Мg=1;

g- расход трилона Б на титрование, мл.

 Буферный раствор: 20 г хлористого аммония (химически чисто­го) растворяют в дистиллированной воде, добавляют 100 мл 20%-го раствора аммиака и объем раствора доводят до 1 л дистиллированной водой.

 Растворы индикаторов (хромоген черный, кислотный хром тем­но-синий): 0,5 г одного из индикаторов растворяют в 20 мл аммиачнoго буферного раствора. Объем раствора доводят до 100 мл этиловым спиртом. Раствор хромоген чёрного ЕТ-00 следует готовить на срок, не превышающий 10 суток.

Подготовка пробы воды. При анализе воды с жесткостью 0,5 мгэкв/кг и менее объем пробы составляет 100 мл. При жесткости воды 0,5 мгэкв/кг и более объем пробы берут не 100 мл, а 50 или 25 мл, разбавляют дистиллированной водой до 100 мл, обеспечивая содержа­ние солей жесткости в пробе менее 0,5 мгэкв/кг. Воду, имеющую температуру ниже 10-12^оС, перед титрованием следует подогревать.

Порядок анализа. К 100 мл соответственно подготовленной для титрования воды добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора и 5-7 капель индикатора эриохрома черного или кислотного хром темно-" синего. После этого медленно титруют воду из бюретки раствором трилона Б требуемой концентрации в зависимости от предполагаемой жесткости. При титровании необходимо обеспечить интенсивное пере­мешивание раствора. Титрование проводят до перехода окраски раство­ра от розово-красного до синевато-сиреневого цвета, что соответ­ствует эквивалентной точке связывания всех катионов кальция и магния. Окраска раствора от избытка трилона Б остается неизменной, поэтому в конце титрования рабочий раствор трилона Б следует при­бавлять по каплям.

Расчет результатов анализа. Расчет результатов анализа осно­ван на том, что каждый 1 мл нормального раствора трилона Б оттитровывает 1 мгэкв жесткости. Соответственно этому 1 мл децинормаль­ного (0,1 н.) раствора трилона Б оттитровывают 0,1 мгэкв жесткости, а 1 мл сантинормального (0.1 н.) раствора оттитровывают 0,01 мгэкв жесткости.

Следовательно, общая жесткость определяется по формуле

, (3)

где Ж - общая жесткость воды, мгэкв/кг;

Б - расход трилона Б на титрование, мл;

К - коэффициент нормальности раствора трилона Б;

V - объем пробы воды, взятый для анализа без учета конденсата для разбавления пробы, мл;

1000 - для пересчета миллилитров в литры.

При Ж = 100 мл и К = 0,01 Ж =0,1 Б мгэкв/кг. Для воды с общей жесткостью менее 0,5 мгэкв/кг её величину принято выражать в микрограмм-эквивалентах на литр (килограмм). В этом случае при К - 0,01 Ж - 100 Б мкгэкв/кг.