Способ определения жесткости природных вод

Изобретение относится к физико-химическим способам анализа природных вод. Способ определения жесткости природных вод включает этапы, на которых осуществляют определение концентрации мг⋅экв/л ионов Са2+, Mg2+, при этом процесс определения концентрации ионов кальция, магния предусматривает измерение удельной электропроводности от 3 до 20 мкА/см3 сильно разбавленных природных вод с содержанием ионов кальция, магния меньше 0,3 мг⋅экв/л с использованием градуировочного графика, с которого считывается концентрация ионов кальция, магния по численному значению удельной электропроводности природных вод. Технический результат – повышение точности, исключение использования химических реактивов, значительное ускорение и упрощение определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ в природных водах. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа природных вод в водоканалах при подготовке питьевых вод.

Уровень техники

Природные воды характеризуются содержанием в них ионов Са2+, Mg2+, Na+, НСО3-, CO32-, Cl-, SO42- и др. газов О2, N2, CO2 и др. Жесткость природных вод обусловлена содержанием в них ионов Са2+ и Mg2+.

Растворенный в воде углекислый газ в зависимости от рН среды находится в равновесии с ионами HCO3- и ионами CO32-. В природных водах устанавливается динамическое равновесие, которое описывается обратимой реакцией

.

Значение рН 6,5-8,5 большинства природных вод обусловлено содержанием в них ионов HCO3-. Ионы НСО3- содержатся во всех водах, кроме вод с рН ниже 4.

Для устойчивости ионов НСО3- в воде необходимо содержание равновесного CO2. Содержание ионов СО32- в природных водах при наличии ионов Са2+ невелико вследствие малой растворимости CaCO3 (ПР=5⋅10-9). Ион Са2+ главный ион в маломинерализованных природных водах.

Жесткость природных вод выражают числом миллиграммов или миллиграмм эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+ в 1 л воды. Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость, сумма которых равна общей жесткости воды.

Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, т.е. карбонатная жесткость - это количество ионов Са2+ и Mg2+, связанное HCO3- ионами. Эквивалентная концентрация ионов HCO3- равна сумме эквивалентных концентраций катионов Са2+ и Mg2+.

Некарбонатная жесткость воды обусловлена содержанием в природных водах солей хлоридов и сульфатов кальция и магния.

По величине общей жесткости Ho природные воды характеризуют следующим образом:

В природных водах концентрация магниевых солей обычно меньше концентрации кальциевых солей. Общая жесткость природной питьевой воды должна быть не более 8 мг⋅экв/л.

Для определения концентрации ионов кальция и магния в природных водах используют комплексонометрический метод и метод атомной спектрометрии. Комплексонометрический метод основан на образовании ионами Са2+ и Mg2+ прочных этилендиаминтетраацетатных (ЭДТА) комплексов.

Недостатки метода: определению могут мешать некоторые органические вещества и ионы других металлов. Требуется приготовление титровянного раствора ЭДТА и использование индикаторов эриохрома и мурексида. Погрешность определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ составляет ±10%.

Методом атомной спектрометрии определяют поглощение каждого элемента при аналитической длине волны для кальция 422,7 нм, для магния 285,2 нм.

Недостатки метода: высокая стоимость определения концентрации ионов кальция, магния, ограниченная возможность широкого использования метода.

Раскрытие изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового амперометрического способа определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ в природных водах. Амперометрический способ основан на измерении удельной электропроводимости сильно разбавленных природных вод.

Поставленная задача решается при использовании постоянного электрического тока. В данном случае способность природных вод проводить электрический ток характеризуется концентрацией электрического тока, т.е. концентрацией электронов, переносимых через 1 см3 воды при напряжении электрического поля в 1 В при 20°C.

выражается в А/см3. Следовательно, концентрация электрического тока, т.е. плотность электрического тока А/см3, является единицей измерения удельной электропроводности δ, которая соответствует физической природе электропроводности воды, δ А/см3.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема установки для измерения электропроводности природных вод на постоянном электрическом токе:

1 - батарея на 4 В;

2 - магазин электрического сопротивления на 1000 Ом;

3 - микроамперметр постоянного тока на 50 мкА;

4 - вольтметр постоянного тока на 3 В;

5 - электролитическая ячейка из стекла со съемными медными электродами.

При этом использовали электролитическую ячейку из стекла со съемными медными электродами, изготовленными из гладкой листовой меди. Площадь поверхности электрода S=1 см2, расстояние между электродами L=1 см, постоянная ячейки С=1 см-1.

Погрешность измерения электропроводности в ячейке ±2,5%. Электролитическая ячейка работает в режиме электронной электропроводности воды. Электронную электропроводность следует характеризовать концентрацией электронов, переносимых через 1 см3 воды, заключенной между электродами в ячейке, т.е. концентрацией электрического тока при напряженности электрического поля в 1 В при 20°C. Единица измерения удельной электропроводности δ, мкА/см3.

На фиг. 2 представлен градуировочный график измеренной удельной электропроводности стандартных водных растворов солей CaCl2 и MgSO4. Эквивалентная концентрация ионов Са2+, ионов Mg2+ и суммы Σ(1/2 Са2++1/2 Mg2+) в приготовленных стандартных водных растворах составила, мг⋅экв/л: 0,1; 02; 0,3.

Для данных сильно разбавленных водных растворов с ионной силой J<10-4 М коэффициент активности fi равен 1. Следовательно, активность ионов Са2+ и Mg2+ равна аналитической концентрации ионов:

ai=ci.

В водных растворах соли, содержащие ионы Са2+, Mg2+ не подвергаются гидролизу.

Для измерения электропроводности водных растворов использовали амперометрический способ.

Из фиг. 2 видно, что под воздействием приложенного электрического поля в 1В при 20°C для ячейки (-)Cu (раствор) Cu(+) с увеличением концентрации ионов Са2+, Mg2+ до 0,3 мг⋅экв/л удельная электропроводность повышается прямолинейно от 3 до 20 мкА/см3.

При этом удельная электропроводность дистиллированной воды равна 3 мкА/см3.

Таким образом, построенный градуировочный график можно использовать для амперометрического определения эквивалентной концентрации мг⋅экв/л, ионов Са2+, Mg2+ с содержанием их в сильно разбавленной природной воде меньше 0,3 мг⋅экв/л.

На фиг. 3 представлен фрагмент структуры цепи молекул H2O с атомом кальция и атомом магния. В исследуемых природных водах вследствие энергии электростатического взаимодействия все ионы кальция и магния присоединяются к цепям молекул H2O. В цепях молекул H2O на атомах H, Ca, Mg сосредоточены положительные электрические заряды с пониженной непрерывной электронной плотностью.

Разрешенный объем, занятый атомами Н, Са, Mg в цепях молекул H2O, является зоной проводимости электронов. Такая структура допускает свободный перенос электронов от источника постоянного электрического тока через атомы Н, Са, Mg в приложенном электрическом поле природной воды.

Осуществление изобретения

Ход определения жесткости природных вод.

Перед анализом измеряют рН природной воды, чтобы определить кислотно-основные свойства, которые обусловлены содержанием НСО3- ионов. В природных водах в области рН 6,5-7,5 основными компонентами являются CO2 и НСО-3 - ионы, в области рН 7,5-8,5 присутствуют, главным образом НСО-3 - ионы.

Пробу воды разбавляют дистиллированной водой до тех пор пока удельная электропроводность не окажется меньше 20 мкА/см3. При этом эквивалентная концентрация ионов Са2+, Mg2+ должна быть меньше 0,3 мг⋅экв/л (см. фиг. 2). Величина разбавления воды может быть от 1:10 до 1:100 и более.

Перед каждым измерением электроды промывают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой. Поверхность электродов должна быть чистой и сухой. Зачищать электроды наждачной бумагой запрещено, чтобы не нарушить оксидную фазовую пленку меди (эвтектику Cu-Cu2O).

Продолжительность измерения удельной электропроводности после погружения электродов в воду 10 мин. Это время упорядоченного, параллельного расположения цепей молекул H2O вдоль силовых линий приложенного электрического поля.

Через 10 мин от начала измерения считывают концентрацию ССа2+, Mg2+ мг⋅экв/л с градуировочного графика по измеренному значению удельной электропроводности δ, мкА/см3 (см. фиг. 2). Далее определяют общую жесткость воды по формуле

Ho Са2+, Mg2+⋅D мг⋅экв/л,

где D - величина разбавления пробы воды.

Определению концентрации ионов Са2+, Mg2+ не мешает ничтожно малое содержание ионов других металлов.

Определение карбонатной жесткости Нк природных вод по содержанию ионов

НСО3-.

При анализе воды в расчетах обычно пользуются следующими соотношениями: 100 мл воды титруют 0,1 N раствором HCl (индикатор - метиловый оранжевый) 1 мл 0,1 N раствора HCl соответствует 1 мг⋅экв/л HCO3-. Число мл 0,1 N раствора HCl=Нк мг⋅экв/л.

Некарбонатная жесткость Нн воды обусловлена содержанием в воде других солей кальция и магния, например сульфатов, хлоридов и др.

Некарбонатную жесткость природной воды определяют по формуле

Ннок мг⋅экв/л.

Способ определения жесткости природных вод, включающий определение концентрации мг⋅экв/л ионов Са2+, Mg2+, отличающийся тем, что процесс определения концентрации ионов кальция, магния предусматривает измерение удельной электропроводности от 3 до 20 мкА/см3 сильно разбавленных природных вод с содержанием ионов кальция, магния меньше 0,3 мг⋅экв/л с использованием градуировочного графика, с которого считывается концентрация ионов кальция, магния по численному значению удельной электропроводности природных вод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу количественного анализа состава газовой смеси, в частности атмосферы гермооболочки (4) ядерной установки. Согласно предложенному изобретению предусмотрено измерительное устройство (2), содержащее детектор (16) теплопроводности с первым измерительным мостом, детектор (14) тепловыделения реакции со вторым измерительным мостом и общий блок (26) обработки результатов.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для проведения исследований по оценке влияния химического реагента на свойства продукции скважин.

Изобретение относится к области медицины, биологии и биотехнологии и предназначено для определения генотипа человека по полиморфизму в гене цитохрома Р450 CYP2D6*6 (1707delT) rs5030655.

Изобретение относится к медицине, биологии, биотехнологии, фармакологии и может быть использовано для оценки цитотоксичности компонентов, входящих в состав скаффолдов, используемых в тканевой инженерии, а именно при пластике или замещении дефектов тканей организма с обеспечением стимуляции их регенерации.

Группа изобретений относится к пищевой промышленности и может быть использована для определения сроков хранения плодов и ягод, способов их транспортирования и хранения.

Представленные изобретения касаются способа детектирования наличия аналита в жидком образце, способа детектирования наличия патогена в образце цельной крови, способа детектирования наличия вируса в образце цельной крови, способа детектирования присутствия нуклеиновой кислоты-мишени в образце цельной крови, способа детектирования наличия организмов, относящихся к видам Candida в жидком образце, системы для детектирования одного или более аналитов нуклеиновой кислоты в жидком образце и сменного картриджа для размещения реагентов для анализа и расходных материалов в указанной системе.

Изобретение относится к области термических методов анализа полимеров и может быть использовано для анализа электропроводности полимеров от условий его нагрева. Заявлен способ термического анализа полимеров, включающий нагрев исходного образца полимера в инертной среде, определение и анализ его свойства за счет структурных изменений в полимере.

Изобретение относится к измерительному устройству и к способу отбора образцов. Способ содержит следующие этапы: а) добавление образца в камеру, в которой обеспечены магнитные частицы, при этом образец содержит целевой компонент, и камера имеет поверхность обнаружения; b) приложение силы магнитного поля к магнитным частицам, чтобы притянуть магнитные частицы к поверхности обнаружения.

Изобретение относится к области ветеринарии и медицины, а именно гематологии. Способ определения пригодности слизи кожи рыб для осуществления гемостаза путем активации агрегации тромбоцитов и свертывания крови IN VITRO включает внесение слизи в плазму крови овец, обогащенную тромбоцитами (ОТП), в нативную кровь и определение времени образования сгустка визуально и путем фотометрии на фотоэлектроколориметре (ФЭК) в опытной и контрольной пробах.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для количественной оценки степени окислительного стресса в клетках. Для этого на первом этапе проводят инкубацию 0,25 мл лизированных 1% раствором тритона Х-100 клеток с 0,5 мл 10 мМ раствора 2,4-динитрофенилгидразина в 2 М НСl, связывающегося с карбонильными группами белков.

Изобретение относится к области биологии, аквакультуре и представляет собой способ оценки пригодности морской воды для выращивания промысловых двустворчатых моллюсков, заключающийся в том, что в качестве тест-объекта оценки качества воды используют оплодотворенные яйцеклетки двустворчатых моллюсков Mytilus galloprovincialis, развитие которых осуществляют в тестируемой воде и в контроле, после чего сравнивают воздействие тестируемой среды и контроля на развитие эмбрионов, отличающийся тем, что через 12 мин после оплодотворения яйцеклетки промывают профильтрованной морской водой, разделяют на равные части и выдерживают 2 часа 36 мин в тестируемой среде и в контроле при оптимальной плотности посадки оплодотворенных яйцеклеток 50 тыс.

Изобретение относится к биотехнологии и охране окружающей среды в области контроля загрязненности воды органическими веществами. Биосенсор для определения наличия органических веществ в воде состоит из пустотелого цилиндрического корпуса, в нижнем основании которого расположен анод, а в верхнем основании цилиндра - катод, которые через токоотводящие провода соединены с измерительным электронным блоком.

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в ряде отраслей промышленности для определения эффективной концентрации ингибиторов кристаллизации солей или антискалантов.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в агроэкологии при определении нитрификационной способности почв. Для этого проводят компостирование почвы в термостате и определяют количество нитратов, накопившихся в почве в результате нитрификационных процессов.
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для экологического картирования, выявления неблагоприятных участков исследуемых регионов и дифференцированной оценки Cа-Sr статуса различных по площади территорий.

Изобретение относится к медицине и ветеринарии и представляет собой способ определения в одной постановке цист лямблий и ооцист криптоспоридий в биологическом материале - кале, в смывах объектов окружающей среды и в почве, заключающийся в подготовке пробы, внесении в пробу иммуномагнитных частиц, иммунохимическом связывании, в результате чего образуются агрегаты цист и ооцист с магнитными частицами, улавливании агрегатов цист и ооцист в магнитном поле, отмывке зафиксированных агрегатов цист и ооцист буферным раствором, диссоциации меркаптоэтанолом или соляной кислотой, разделении цист, ооцист и магнитных частиц в магнитном поле, переносе выделенных цист и ооцист на предметное стекло для последующего иммунофлуоресцентного мечения и последующей оценки микроскопированием с применением насадки «Опти-Люм» на микроскоп, где результат учитывают исходя из того, что цисты лямблий представляют собой сверкающие и флюоресцирующие яблочно-зеленым светом объекты, от округлых до овальных от 8 до 14 мкм в длину на 7-10 мкм в ширину, с ярко подсвеченными краями, ооцисты же криптоспоридий представляют собой сверкающие и флюоресцирующие яблочно-зеленым светом объекты, от овальных до сферических от 3 до 5 мкм в диаметре, с ярко подсвеченными краями.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для оценки трофности водных объектов (ВО). Для этого с помощью спектрометра измеряют значения спектральной яркости восходящего от ВО излучения в диапазоне длин волн 420-750 нм, по сравнению со спектральной яркостью эталона, в качестве которого выбирают ортотропно рассевающую белую пластину; затем расчитывают коэффициенты спектральной яркости (КСЯ), в дальнейшем обозначаемый ρλ, как отношение измеренных спектральных яркостей ВО и эталона; в качестве критерия трофности выбирают форму спектра ρλ; по форме спектра ρλ делят на шесть категорий, а именно: категория I с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630>ρ645; ρ645>ρ675; ρ675>ρ700; ρ700>ρ740 характеризует олиготрофный ВО, категория II с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630>ρ645; ρ645>ρ675; ρ675=ρ700; ρ700>ρ740 характеризует мезотрофный ВО, категория III с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630≈ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740 характеризует мезотрофноэвтрофной ВО, категория IV с соотношением ρ560>ρ620; ρ620<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ645≈ρ700 характеризует эвтрофной ВО, категория V с соотношением: ρ560>ρ630; ρ630<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ700>ρ645 характеризует полиэвтрофный ВО, категория VI с соотношением: ρ560>ρ630; ρ630<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ700>>ρ645; ρ675<ρ740 характеризует гиперэвтрофный ВО.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для качественного и количественного определения пиридоксина, в условиях контрольно-аналитических лабораторий.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения гидрокарбонат-ионов при анализе минеральных вод методом потенциометрического титрования, включающего титрование пробы минеральной воды кислотным титрантом и измерение рН в растворе потенциометрической ячейки при добавлении каждой порции титранта.

Настоящее изобретение относится к устройству, применяемому для детектирования аффинностей связывания, а также способу детектирования аффинностей связывания согласно соответствующему независимому пункту. Устройство (1) для применения при детектировании аффинностей связывания содержит планарный волновод (2), расположенный на подложке (22). Волновод (2) имеет внешнюю поверхность (21) и множество вводящих линий (31) для ввода пучка когерентного света внутрь планарного волновода (2) таким образом, чтобы параллельный пучок когерентного света (62) распространялся вдоль волновода (2). Вводящие линии (31) являются изогнутыми и имеют уменьшающееся расстояние между смежными вводящими линиями (31). Расходящийся пучок когерентного света (61) заданной длины волны вводится внутрь волновода (2) так, чтобы он распространялся вдоль волновода (2). Множество сайтов (51) связывания присоединено к внешней поверхности (21) вдоль по меньшей мере одного дополнительного множества дифракционных линий, расположенных в выводящей секции волновода (2). Эти дифракционные линии содержат множество изогнутых выводящих линий (41), имеющих уменьшающееся расстояние между смежными выводящими линиями. Они выводят дифрагированную часть когерентного света из планарного волновода (2), и выведенная часть когерентного света (63) сходится в заданном втором фокусном положении (631). Технический результат – сокращение искажений результатов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к физико-химическим способам анализа природных вод. Способ определения жесткости природных вод включает этапы, на которых осуществляют определение концентрации мг⋅эквл ионов Са2+, Mg2+, при этом процесс определения концентрации ионов кальция, магния предусматривает измерение удельной электропроводности от 3 до 20 мкАсм3 сильно разбавленных природных вод с содержанием ионов кальция, магния меньше 0,3 мг⋅эквл с использованием градуировочного графика, с которого считывается концентрация ионов кальция, магния по численному значению удельной электропроводности природных вод. Технический результат – повышение точности, исключение использования химических реактивов, значительное ускорение и упрощение определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ в природных водах. 3 ил.

Наверх