[Приложение методов] ИНВЕРСИОННОЕ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ ЦИНКА, КАДМИЯ, СВИНЦА И МЕДИ В ВОДЕ

По данным международных регистров в мире зарегистрировано около 16 млн. химических соединений, а общее число потенциально загрязняющих окружающую среду веществ определяется в пределах 40 - 60 тыс. Известно, что в сточных водах различных производств идентифицировано до 12 тыс. химических ингредиентов, в поверхностных и питьевых водах разных стран доказано присутствие до тысячи соединений. В Российской Федерации в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения установлены гигиенические нормативы содержания около 800 веществ, в поверхностных водах - около 1500. Однако не для всех нормируемых в воде веществ существуют методы аналитического контроля.

Для совершенствования аналитического контроля качества воды следует исходить из следующего алгоритма:

- проведение обзорного анализа, включающего идентификацию и количественное определение возможно более полного спектра загрязняющих веществ в водах практически неизвестного состава;

- выбор ведущих показателей на основе выявленного компонентного состава по степени их гигиенической значимости с учетом комплекса критериев: уровни концентраций, групповая принадлежность, специфичность для сточных вод местных источников загрязнения, способность веществ к трансформации, возможность образования более токсичных продуктов трансформации;

- текущий контроль с использованием целевых анализов по выбранным ведущим показателям.

Настоящие методические указания устанавливают методику количественного химического анализа воды централизованных систем питьевого водоснабжения для определения в ней содержания ионов цинка, свинца и меди в диапазоне концентраций от 0,0025 мг/куб. дм до 0,025 мг/куб. дм и кадмия от 0,00025 мг/куб. дм до 0,025 мг/куб. дм.

Предельно допустимые концентрации в воде централизованных систем питьевого водоснабжения составляют для:

    цинка                       5 мг/л;

    кадмия                     0,001 мг/л;

    свинца                     0,03 мг/л;

    меди                        1 мг/л.

Измерения концентраций ионов цинка, кадмия, свинца и меди выполняют методом инверсионной вольтамперометрии, основанным на восстановлении данных ионов на вращающемся стеклоуглеродном (или углеситалловом) электроде и последующем окислении электрохимического концентрата при анодной развертке потенциала.

Нижний предел измерения при времени 100 - 200 с для ионов цинка, свинца и меди составляет 0,001 мг/куб. дм (0,001 мкг/куб. см) и 0,0005 мг/куб. дм (0,0005 мкг/куб. см) - для иона кадмия.

Потенциалы пиков окисления (относительно хлоридсеребряного электрода сравнения) соответственно равны:

    цинка                                                  1,02,

    кадмия                                                 0,62,

    свинца                                                 0,49,

    меди                                                   0,08 В.

Не требуется деаэрации раствора и специальной пробоподготовки.

Измерению не мешают катионы железа, кальция, магния и анионы сульфата, хлорида, фосфата. Мешают ионы таллия и сульфида. Мутные воды должны быть отцентрифугированы, сильноокрашенные (выше 100 °С) и содержащие значительные количества органических веществ (величина перманганатной окисляемости > 5 мгО/куб. дм) - минерализованы по ГОСТу 18293-72.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА КАЛИЯ

В 450 мл дистиллированной воды растворяют при нагревании 175 г хлорида калия, кипятят 3-5 минут. Горячий раствор фильтруют, охлаждают до комнатной температуры и хранят в контакте с небольшим количеством кристаллов хлорида калия.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ 0,01 МОЛЬ/Л РАСТВОРА НИТРАТА РТУТИ (II)

Навеску нитрата ртути (II)  0,343 г помещают в колбу вместимостью 100 мл, растворяют в нескольких каплях концентрированной азотной кислоты, доводят до метки дистиллированной водой.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ФОНОВОГО РАСТВОРА

В мерную колбу вместимостью 250 мл помещают 125 мл насыщенного раствора KCl, 25 мл раствора 1М HCl и 25 мл дистиллированной воды. После перемешивания добавляют 6,25 мл раствора 0,01 моль/л Hg(NO3)2, доводят раствор до метки дистиллированной водой и снова тщательно перемешивают.

ОТБОР И ПОДГОТОВКА ПРОБЫ

Пробу тщательное перемешивают, мерной пипеткой отбирают рабочую пробу воды объёмом 250 мл, помещают в стакан, добавляют 2 мл раствора азотной кислоты (1:1) и упаривают при слабом нагревании до влажных солей. Кислотную обработку повторяют 2 раза до осветления остатка.

К остатку прибавляют 1 мл 1 М соляной кислоты, 1 мл концентрированной перекиси водорода и упаривают досуха.

После охлаждения остаток растворяют в 5 мл концентрированного фонового раствора, при необходимости раствор подкисляют 1 М HCl до рН = 2. Затем раствор с разбавленной пробой фильтруют через обеззоленный фильтр, переносят в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Весь рабочий объем переносят в стеклоуглеродную ячейку.

ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Процедура измерений включает следующие этапы:

– установка условий измерений;

– регистрация вольтамперных кривых: фона, пробы, пробы с добавкой;

– анализ контрольной пробы.

6.1 Условия измерений для определения свинца

1 стадия – регенерация индикаторного электрода: E = + 350 мВ, τ = 20 сек (для стеклоуглеродного электрода);

2 стадия – накопление определяемого металла. E = (– 1200)– (–1300) мВ, τ = 60–80 сек;

3 стадия – успокоение раствора. E = (– 1200)– (–1300) мВ, τ = 20 сек;

4 стадия – измерительная. Скорость развертки потенциала – 200 мВ/сек.

6.3 Регистрация вольтамперной кривой фона

Выполняют операции по пп. 8–13 в соответствии с Приложением Е.

6.4Регистрация вольтамперной кривой пробы

Выполняют операции по пп. 14–20 в соответствии с Приложением Е.

6.5 Регистрация вольтамперной кривой пробы с добавкой

Выполняют операции по пп. 21–26 в соответствии с Приложением Е.

В качестве добавки вносят 0,2 см³ стандартного раствора смеси ионов металлов.

6.6 Анализ контрольной пробы

Выполняют операции по пп. 21–26 в соответствии с Приложением Е.

7 Обработка и вычисление результатов измерений

Обработку результатов измерений каждой параллельной пробы анализируемой и контрольной проб, а также расчет концентрации аналитов в пробе выполняет система сбора и обработки данных анализатора.

Выполняют операции по пп. 32–33 в соответствии с Приложением Е.

По запросу программы вводят следующие данные:

– объем ячейки – 20 см³;

– объем добавки – 0,2 см³;

– концентрация Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ в добавке – 2000 мкг/дм³;

– масса навески – 50±0,05 г;

– объем пробы – 25 см³.

Абсолютная погрешность измерения при вероятности P = 0,95 не превышает для Cd – 47, Cu – 39, Pb – 49 и Zn – 42%.