7.3. Відбір та підготовка проби води

Рідка проба вимагає інших способів підготовки. Уже в процесі відбору можна вважати, що рідка проба є однорідною, однак може бути гомогенною, а може містити каламуть, частинки, які з часом осідають, тобто гетерогенною. Часто, особливо у випадку природних та стічних вод, склад води при зберіганні у посуді змінюється, що приводить до похибок в аналізі. Тоді воду треба на місці забору консервувати.

Гомогенну пробу води перед аналізом достатньо перемішати.

Гетерогенну пробу перед аналізом або гомогенізують, або відстоюють чи відфільтровують. У цьому випадку окремо аналізують розчин і важкорозчинну фазу.

Місце відбору проби залежить від завдання аналізу.

Результати аналізу води лише тоді є правильними, якщо правильно виконано відбір проби.

Посуд для відбору проб води може бути скляним, а для визначення вмісту лужних та лужноземельних металів використовують поліетиленовий посуд. Перед відбором проби посуд промивають теплим мильним розчином, миючим засобом, скляний посуд промивають розчином хлоридної кислоти або хромовою сумішшю, після чого дистильованою водою, потім висушують. Скляні та гумові корки обгортають поліетиленовою плівкою. Стічні води можуть руйнувати скло, то в цьому випадку бажано використовувати посуд з боросилікатного скла або поліетилену. Посуд повинен бути заповнений водою до самого верху, щоб не залишалось повітря, і закритий корком.

Після відбору проби зазначають, з якого місця відібрана вода, дату та час забору, а також дані про працівника, який проводив забір.

Якщо воду відбирають з незначної глибини, то це можна зробити скляним посудом місткістю 1,0-1,5 л. Часто використовують спеціальні пристрої, які можна занурити на потрібну глибину і лише тоді відкрити ємність та набрати рідину. Якщо глибина водойми значна, то використовують батометр – скляний посуд з важким дном та з корком, який можна за допомогою прикріпленого шнура вийняти на потрібній глибині водойми. При потребі воду відбирають на різних глибинах.

Проби води для визначення газів відбирають псевдобатометром або двома спареними псевдобатометрами різних об’ємів, з яких на глибині водойми відсмоктують повітря і набирають воду так, щоб вона двічі-тричі повністю змінилася в склянці меншого об’єму (рис.7.2). При цьому способі відбору проби води в склянці зовсім не залишається повітря та усувається контакт води з повітрям.

а б	Рис.7.2. Псевдобатометр (а), два спарені псевдобатометри (б): менший повністю заповнений водою, більший наполовину.

Відбір проби природних вод. Оскільки перемішування великих об'ємів рідини часто не можна здійснити (наприклад, води в озері), то відбирають проби у різних місцях водойми і обов'язково на різних глибинах. Пробу можна відбирати як одноразово – це проста проба, так і багаторазово – змішана проба. Змішана проба може бути сумішшю однакових за величиною проб, відібраних у різних точках водойми, а може бути сумішшю проб, відібраних через однаковий проміжок часу. Такий спосіб відбору найчастіше застосовують для аналізу стічних вод. У цьому випадку слід зважати, що склад води змінюється з часом, а також є іншим біля берегів та посередині водойми. Тому пробу води беруть якнайдальше від берега. Для визначення середньорічного складу води у водоймі відбирають декілька проб у різні пори року.

Відбір проби води з криниць та свердловин. Перш ніж відбирати проби, усувають застояну воду, оскільки її склад не такий, як у водоносному горизонті.

Відбір проби стічних вод. Стічні води промислових підприємств відбирають у місцях найінтенсивнішого змішування з природною водоймою. Їх склад змінюється залежно від технологічного процесу. Тому відбирають або середні, або середньо-пропорційні проби протягом доби чи декількох діб. Середня проба – це однакові кількості рідини, відібрані через однакові проміжки часу. Середньо-пропорційна проба – порція, пропорційна до об’єму стічної води. Так відбирають проби при нерегулярному спуску промислових вод.

Для характеристики зміни складу стоків відбирають проби води у різний час дня, переважно через одну-дві години, іноді через декілька хвилин. Для перевірки ефективності очищення стічної води відбирають забруднену й очищену воду періодично з того ж потоку, а також вище та нижче від впадання стоку у водойму.

Об’єм проби води залежить від типу аналізу та його завдання: визначення сольового складу природної води; використання води для охолодження та нагрівання; придатності води для споживання; агресивності води до залізобетонних конструкцій. Залежно від типу аналізу відбирають:

• 0,5 л – для визначення фізичних властивостей, твердості, pH, вмiсту Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, CO₃^2-, якiсного виявлення Fe²⁺, Fe³⁺, NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺;

• 1,0 л – тi самі визначення, а також сухого залишку, окиснюваності, вмісту Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺;

• 2,0 л – тi самі визначення, а також вмiсту Na⁺, K⁺, Mn²⁺, SiO₂, H₂S;

• понад 2,0 л – спеціальні визначення.

Підготовка лабораторної проби води до аналізу

Консервують воду тоді, коли її аналізують не раніше, ніж через 12 год після відбору. Якщо воду аналізують через 2-3 год після забору, то її можна не консервувати. Консервування води необхідне, оскільки процеси у пробі можуть проходити інакше, ніж у природній водоймі, деякі компоненти адсорбуються стінками посуду, може відбуватись взаємодія речовин води з посудом та між собою. Чим імовірніші ці процеси, тим швидше треба провести аналіз.

Суть консервування полягає в тому, щоб запобігти процесам гідролізу, редокспроцесам, розмноженню мікроорганізмів. У деяких випадках, консервуючи воду, осаджують визначуваний інгредієнт, а розчинивши осад, визначають його. Так у процесі консервування починають аналіз на визначуваний інгредієнт. Оскільки універсального консерванту нема, то для визначення різних компонентів використовують різні консерванти. Однак, для визначення деяких характеристик води пробу недопустимо консервувати. У цьому випадку пробу зберігають при температурі, не вищій за 4С і нетривалий час.

З метою стабілізації води її насичують СО₂, а для пригнічення біологічних процесів додають хлороформ (1 мл на 1 л). Законсервована вода може зберігатись до 3 місяців.

Для визначення загального вмісту вуглекислоти до води додають Ba(OH)₂, але попередньо через воду продувають повітря без СО₂. Колбу закривають і зважують. Одержаний осад BaCO₃ розчиняють в кислоті і визначають у розчині загальний вміст СО₃^2-. Паралельно визначають у воді вмісту НСО₃^-, а по різниці – вміст вільної Н₂СО₃.

Для виявлення агресивної вуглекислоти до колби з водою додають розтертий мармур і закупорюють ємність. Одночасно в такій же пробі води визначають вміст НСО₃^-. За різницею обчислюють вміст агресивної вуглекислоти.

При визначенні зв’язаного нітрогену, піридину, окиснюваності до 1 л води додають 2 мл H₂SO₄ (1:3).

Для визначення фенолу воду пiдлужнюють (5 г лугу на 1 л води) і відразу аналізують. Без консервування вода може зберігатися 5 діб.

Для визначення всіх форм сульфідів до води додають Cd(CH₃COO)₂. Одержаний осад CdS зважують або розчиняють у HCl і визначають вміст сульфіду.

При визначенні алюмінію воду не консервують, а зберігають не більше як 4 год. Можна воду консервувати додаванням СHCl₃ (12 мл) і HNO₃ (5 мл), тоді пробу можна зберігати 1-2 місяці.

Для визначення загального вмісту феруму до води додають 2-4 мл СHCl₃.

Для визначення важких металів (Cd, Pb, Co, Ni, Cu, Mn, Cr) до води додають 3-5 мл розчину HNO₃ або 5 мл розчину HCl (1:1) на 1 л води.

Для визначення загального вмісту сполук меркурію всі його форми окиснюють до Hg²⁺ дією концентрованої H₂SO₄ та KMnO₄.

Якщо аналізують воду на вміст пестицидів та аніоноактивних миючих засобів, то воду консервують додаванням CHCl₃ (2-4 мл на 1 л).

Не консервують воду перед визначенням кислотності, вмісту макроелементів.

При визначенні загального вмісту органічних речовин (окиснюваності або хімічного споживання кисню ХСК) воду теж не консервують, а зберігають при температурі 3-4С і, по можливості, аналізують протягом 4 год. Якщо доводиться почати аналіз через добу, то воду можна консервувати додаванням на 1 л води 50 мл H₂SO₄ (1:3) для визначення окиснюваності перманганатом або 1 мл концентрованої H₂SO₄ для визначення окиснюваності дихроматом.

Гомогенізація води. Стічна вода – переважно двофазна система. Тверду фазу відділяють відстоюванням з наступною фільтрацією або центрифугуванням. Аналізують переважно відфільтровану воду, бо саме розчинні речовини вказують на її забруднення. Якщо фільтрування недопустиме (у воді є речовини, які легко окиснюються на повітрі), то її тривалий час відстоюють і відбирають для аналізу верхній шар.

Якщо необхідно проаналізувати воду разом із суспензією, то пробу води гомогенізують, перемішуючи на швидкісній мішалці. Після цього проба стабільна протягом 10-15 хв. Кращий спосіб гомогенізації – до води додають рідке скло з розрахунку 100 мг SiO₂ на 1 л води та перемішують швидкісною мішалкою протягом 20 хв. Така проба води залишається стабільною значно довший час.

Для аналізу воду з проби відбирають піпеткою, занурюючи її до половини рівня рідини у ємності. Так відбирають воду, поки рівень її не зменшиться в два рази. Тоді забір рідини припиняють.

Розклад сполук металів. Оскільки неорганічні компоненти у воді перебувають у різних формах, зокрема, у формі комплексів з органічними речовинами, фульвокислотами, то перед виконанням аналізу на вміст важких металів ці комплекси руйнують.

Термічний розклад. Пробу відфільтрованої води випаровують і прожарюють в тиглі при 450С, іноді при 600С, поки сухий залишок не побіліє. Одержаний залишок розчиняють у розведеному розчині HCl, нейтралізують. Такий спосіб використовують найчастіше для аналізу зависів.

Кислотний розклад. Порцію води підкислюють HNO₃ та випарюють досуха; нагрівають до кипіння з HNO₃, поки не перестане виділятись NO₂, під час кип’ятіння додають по краплях 30% розчин H₂O₂. (Коли вода містить відновники, то їх попередньо окиснюють дією NaClO протягом 5 хв). У процесі випаровування до проби можна додати концентровану H₂SO₄, а якщо утвориться осад, то його відфільтровують. Залишок розчиняють в кислоті та аналізують.

Фотохімічне окиснення – найчистіший спосіб. Однак ним можна розкласти лабільні органічні речовини. Воду підкислюють розчином H₂SO₄ до рН=1 і поміщають у світло ртутної лампи потужністю 1000 Вт на 50-60 хв, склянки охолоджують повітрям під тиском. Якщо до води додати каталізатор HgCl₂, то процес скорочується до 15-20 хв.

При всіх способах руйнування органічних речовин повноту їх розкладу можна проконтролювати за біхроматним окисненням проби.

Розкладу не проводять, якщо такої вимоги до аналізу нема.