Гравиметрические методы контроля и качества воды

Введение
Значительное количество экологических, гидрохимических, почвенных, санитарных и других исследований, проводимых в настоящее время в науке, промышленности и сельском хозяйстве, связанные с проведением трудоемкого химического анализа природных вод и водных вытяжек почв. Проведение химического анализа требует значительного количества времени, трудозатрат, химических реактивов и соответствующего оборудования. Основными характеристиками природной воды являются водородный показатель, минерализация, ионный состав и жесткость. Для определения общей минерализации в настоящее время преимущественно используется гравиметрический метод определения общего солесодержания, который заключается в выпаривании точного количества воды и взвешивании осадка.
Существенным недостатком этого метода является то, что при этом не учитывается соотношение между различными солями, содержащимися в анализируемой пробе и концентрации отдельных катионов и анионов. Полученный результат выражается в единицах массы на объем, тогда как при других анализах, особенно в случаях анализов, основанных на определениях электролитических характеристик растворов, результат получают в молярных (ионных) концентрациях, что затрудняет или делает вообще невозможным сравнение.
Методы, основанные на других принципах (химический анализ, фото-, и калориметрия, гравиметрия, спектроскопические методы и тому подобное) или требуют сложной и достаточно громоздкой аппаратуры, или не могут обеспечить требуемый уровень точности определения качества воды, особенно в области малых концентраций химических компонентов. Таким образом, повышение точности измерения минерализации и жесткости воды позволит повысить вероятность контроля ее качества, что обуславливает актуальность темы курсовой работы.
Объект исследования – гравиметрический анализ.
Предмет исследования – использование гравиметрического анализа для контроля качества воды.
Цель исследования – проанализировать особенности использования гравиметрического анализа для контроля качества воды.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1. Охарактеризовать особенности применения метода гравиметрического анализа.
2. Проанализировать гравиметрический анализ как инструмент контроля качества воды.


 
1. Особенности применения метода гравиметрического анализа
1.1 Сущность и классификация методов гравиметрического анализа
Гравиметрическим (весовым) анализом называют метод количественного химического анализа, основанный на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделенных в химически чистом состоянии или в виде соединений известного постоянного состава.
Гравиметрический метод базируется на выделении из раствора анализируемого вещества исследуемого компонента в виде труднорастворимого соединения с последующим определением массы этого соединения. В гравиметрическом методе используется ряд последовательных химических операций:
1. Растворение навески анализируемого вещества. При анализе раствора эта операция заменяется отбором определенного объема раствора.
2. Осаждения исследуемого компонента в виде важкорозчинної соединения.
3. Отфильтровывания осадка.
4. Промывание осадка.
5. Высушивание осадка
6. Прокаливание осадка.
7. Взвешивание осадка на аналитических весах 2, с. 31.
Гравиметрический анализ является одним из важнейших методов количественного анализа. Он сыграл большую роль при установлении законов постоянства состава химических веществ, кратных отношений и периодического закона. Его применяли и в настоящее время применяют при определении химического состава самых разнообразных природных и технических объектов, горных пород и руды, минералов, металлов, сплавов, неорганических и органических веществ.
Гравиметрический анализ широко применяется также как арбитражный метод анализа, если другие методы анализа дают сомнительные результаты. Гравиметрические методы анализа основаны на законах сохранения массы и постоянства состава веществ. Они характеризуются высокой точностью (до 0,01-0,005%) и хорошей воспроизводимостью. Основная операция гравиметрического анализа – взвешивание на аналитических весах.
Существенным недостатком гравиметрического анализа является долгая продолжительность определения, которая намного превышает продолжительность определений, выполняемых, например, титриметрическими методами. По этой причине гравиметрический анализ несколько потерял свое предыдущее значение; в практике их заменяют современными экспрессными химическими и физико-химическими методами.
Гравиметрические методы по способу получения продукта реакции делят на следующие группы:
- химиогравиметрические (или гравиметрические. Посредством данных методов измеряют массу продукта химической реакции);
- электрогравиметрические (измеряют массу продукта, полученного в результате электролиза т. е. электрохимической реакции);
- термогравиметрические (измеряют массу образца в процессе его термической обработки) 9, с. 54.
Гравиметрические методы анализа в зависимости от процессов, использующих при определении, разделяют на три группы:
1. Методы выделения;
2. Методы отгонки;
3. Методы осаждения.
Методы выделения. В методах выделения компонент, который определяют, выделяют в свободном состоянии и взвешивают на аналитических весах. Например, методом выделения количественно определяют золото и медь в сплаве. При растворении определенной навески сплава в царской водке (смеси HCl и HNO3) получают раствор, содержащий ионы Au(III) I Cu (II). Добавлением к полученному раствору пероксида водорода, который восстанавливает ионы золота до элементного золота и не влияет на Ионы Cu (II), все золото выделяют в элементном состоянии. Золото, которое выделилось отфильтровывают, промывают разведенным раствором хлористоводородной кислоты от посторонних примесей, переносят вместе с фильтром в предварительно взвешенный фарфоровый тигель, высушивают, прокаливают для удаления летучих примесей и после остывания взвешивают. По массе выделившегося золота рассчитывают его содержание в сплаве. Если через промывочные воды и фильтр, который остался после отделения золота, пропустить при определенных условиях постоянный электрический ток, то на предварительно взвешенном платиновом катоде количественно выделится металлическая медь. По увеличению массы катода рассчитывают массу меди, а затем ее содержание в сплаве. Описанный метод определения золота в сплаве называют гравиметрическим, а меди – электрогравиметрическим.
Методы отгонки. В методах отгонки определяемый компонент количественно отгоняют в виде летучего соединения. Определяемую часть отгоняют путем нагревания анализируемого вещества или действием соответствующих реагентов, которое сопровождается выделением летучих продуктов. Методы отгонки бывают прямые и косвенные. Прямые методы отгонки. Определяемый летучий компонент поглощают специфическим поглотителем и по увеличению его массы рассчитывают массу определяемого компонента. Примером прямого гравиметрического определения летучего вещества является определение СО2 в карбонатных породах, основанное на разложении карбонатов кислотами 5, с. 107:
CaCO3 + 2H+ → CO2↑ + Ca2+ + H2O (1)
Образец карбоната разлагают в специальных приборах, которые позволяют уловить CO2, который выделяется. Содержимое CO2