Přírodní vody obsahující do 0,1 % rozpuštěných látek se nazývají čerstvé, od 0,1 do 2,5 % – mineralizované (brakické), od 2,5 do 5 % – vody s mořskou slaností, více než 5 % – solanky (viz Fyzika roztoků). Z anorganických sloučenin je většina solí kyselin a zásad rozpustných ve vodě. Roztoky těchto látek jsou elektrolyty.
Mezi hlavní rozpuštěné minerální složky přírodních vod patří ionty Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, H +, Cl -, HCO3 – , TAK3 2-, SO4 2- a O plyny2, N2, CO2 a H2S. Obsahuje Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Br – , I – , F – , BO ionty v malém množství2 — , HPO4 2-, SO3 2-, HSO4 — , S2O3 2-, HS-, HSiO3 — , HSO3 – a CH plyny4, Ar, He, Rn. Ostatní látky se ve vodě vyskytují v extrémně malých množstvích. Podle obsahu nerozpuštěných látek a barevných humusových sloučenin se rozlišují vody silně zakalené a silně zabarvené. Kromě barevných organických nečistot obsahují přírodní vody také bezbarvé organické látky – odpadní produkty mikroorganismů a sloučeniny pocházející z odpadních vod. Přírodní ohniště obsahují největší množství hydrouhličitanů, chloridů a síranů alkalických zemin a alkalických kovů; v menších – jejich dusičnany, dusitany, křemičitany, fluoridy, fosforečnany a soli jiných kyselin.
Voda je slabý amfolyt, a proto vždy obsahuje malé množství iontů H + a OH -. Aktivní koncentrace vodíkových iontů v přírodních a odpadních vodách je obvykle charakterizována hodnotou pH. Výsledek měření pH vody je velmi důležitý pro charakterizaci iontových rovnováh v roztoku a biologických faktorů prostředí. V destilované vodě, zbavené rozpuštěných solí, v důsledku rozpuštění CO2 ze vzduchu hodnota pH klesne na 5,7, voda mírně okyselí; nejnižší hodnota pH (asi 2,8) je pozorována, pokud je nad vodou pouze CO2. V některých případech je pH přírodních nízkomineralizovaných (zejména bažinných) vod nižší než 4 v důsledku přítomnosti organických kyselin, převážně huminového původu; Hodnoty pH jsou také nízké ve železitých vodách. pH většiny přírodních vod je v rozmezí 6,5-8,5, což se vysvětluje přítomností iontů HCO v nich3 — . Typické je pH povrchových vod kvůli jejich nižšímu obsahu CO2 vyšší než pH podzemní vody. pH vod horských jezer je nižší než 6, protože jsou málo mineralizované a množství iontů HCO3 – není v nich mnoho. Během letní intenzivní fotosyntézy prováděné planktonem CO ve vodě otevřených nádrží klesá a dokonce mizí2a pH se zvýší na 9 a vyšší; v zimě, kdy fotosyntéza slábne a CO se hromadí2 Snižuje se pH vody. Kromě sezónních výkyvů pH vody jsou pozorovány výrazné změny její hodnoty i ve dne v důsledku zastavení fotosyntézy v noci; tyto výkyvy jsou malé kvůli pufračnímu účinku iontů HCO3 — . Uhlovodíkové ionty se v přírodních vodách objevují v důsledku rozpouštění oxidu uhličitého přítomného ve vápencích obsažených v sedimentárních horninách. Tyto anionty jsou přítomny ve všech vodách kromě měkkých vod s pH pod 4. Ve sladkovodních zdrojích dominují. Hodnoty pH většiny přírodních vod jsou určeny přítomností těchto iontů v nich. Obsah hydrouhličitanových iontů v povrchových vodách obvykle zřídka přesahuje 250 mg/l a ve vodách severních nádrží a řady horských řek je jejich koncentrace kolem 50 mg/l. Tento jev je způsoben tím, že pro stabilitu iontů HCO3 — ve vodě je nezbytná přítomnost vhodných množství rovnovážného CO2, jehož obsah je omezen nízkým parciálním tlakem oxidu uhličitého ve vzduchu. Uhličitanové ionty se tvoří v přírodních vodách z iontů HCO3 — při ztrátě části rovnovážného CO2 nebo když se zvýší alkalická reakce prostředí. Jejich obsah ve sladkých vodách za přítomnosti Ca 2+ iontů je zpravidla nízký kvůli nízké rozpustnosti CaCO3. Značná část přírodních vod je obvykle ve stavu nasycení uhličitanem vápenatým.
koncentrace iontů SO4 2- v přírodních vodách obsahujících ionty Ca 2+ nepřesahuje 1500 mg/l kvůli nízké rozpustnosti CaSO4ve vysoce mineralizovaných vodách se však v důsledku poklesu aktivity iontů koncentrace iontů SO4 2 – často vyšší. Tedy v mořské vodě s obsahem soli 35 g/kg a Ca 2+ – 0,0104 mol/kg koncentrací SO4 2- dosahuje 2,7 g/kg. Sírany se v přírodních vodách objevují především při rozpouštění sádrovce (CaSO4 * 2H2O); Existují také procesy spojené s oxidací nativní síry a sulfidových sloučenin na sírany. Za anaerobních podmínek jsou síranové ionty redukovány bakteriemi redukujícími sírany na sirovodík. Takové jevy jsou pozorovány v mořích, stejně jako ve vodách ropných nádrží. Halogenidové ionty jsou v přírodních vodách zastoupeny převážně chloridovým iontem. Zbývající halogenidy jsou ve vysoce rozptýleném stavu a jsou obvykle přítomny ve vodě v malých množstvích. Obsah chloridových iontů ve vodě přírodních nádrží se velmi liší. V říčních a jezerních vodách, zejména v severních oblastech naší země, je jejich koncentrace nízká. Se zvyšující se mineralizací vody však roste absolutní i relativní množství Cl; v mořích a většině slaných jezer je hlavním aniontem; v mořské vodě tvoří chloridové ionty 87 % hmotnosti všech aniontů. To se vysvětluje dobrou rozpustností vápníku, hořčíku, chloridů sodných a nízkou rozpustností CaSO4 a CaCO3. Výskyt chloridových iontů v přírodních vodách je spojen se vznikem chloridů ze sedimentárních hornin a kolosálních ložisek NaCl, jakož i z produktů zvětrávání vyvřelých hornin, ve kterých je chlor obsažen ve formě chlorapatitu; se také dostává do vody v důsledku sopečných emisí. Konečně průmyslová a fyziologická lidská činnost přispívá k širokému rozptylu iontů chlóru: iont Cl není absorbován živými organismy.
Koncentrace fluoru v povrchových vodách je obvykle nízká – pod hygienickou normou (0,7-1,5 mg/l); V podzemních vodách obsah fluoru někdy výrazně překračuje tyto normy.
Je známo, že ionty kovů alkalických zemin – hořčíku a vápníku – určují celkovou tvrdost vody. Tvrdost vody se obvykle vyjadřuje v miligramových ekvivalentech na litr. Existuje uhličitanová a nekarbonátová tvrdost, jejichž součet se rovná celkové tvrdosti vody. První způsobují uhličitany a hydrouhličitany Ca 2+ a Mg 2+ rozpuštěné ve vodě, druhou zbylé soli těchto kationtů (chloridy, sírany atd.). Nechybí ani vápníková a hořčíková tvrdost vody. V jiných zemích se tvrdost vody vyjadřuje v konvenčních stupních: německý stupeň odpovídá 10 mg CaO v 1 litru vody (1 mg MgO odpovídá 1,4 mg CaO); Francouzský stupeň – 10 mg CaCO3 v 1 litru vody; Americký stupeň odpovídá 1 mg CaCO3 v 1 litru vody (1 zrno v 1 americkém galonu); Anglický stupeň – 10 mg CaCO3 v 0,7 litru vody (1 zrno v 1 anglickém galonu). Hořčíkový iont je velmi běžný v přírodních vodách; z hlediska celkového obsahu ve vodě je na druhém místě mezi kationty, na druhém místě za iontem sodíku. Je však málo vod, kde je dominantním kationtem Mg 2+ – u nízkomineralizovaných vod patří první místo Ca 2+, u vysoce mineralizovaných – Na +. Hořčíkové ionty vstupují do vody, když se v ní obsažený dolomitový oxid uhličitý (MgCO) rozpustí3 + CaCO3), opuky a produkty zvětrávání horninového podloží, jako je biotit, olivín atd.; rozpustnost MgCO3 výrazně vyšší než rozpustnost CaCO3. Iont vápníku je hlavním kationtem v nízko mineralizovaných vodách. Vzhledem k nízké rozpustnosti CaCO3 a CaSO4 koncentrace Ca 2+ v přírodních vodách velmi zřídka překračuje 1 g/l. Obvykle je mnohem nižší. V hydrouhličitanových vodách s mineralizací do 500 mg/l se poměr Ca 2+ /Mg 2+ pohybuje od 4/1 do 2/1, což se vysvětluje vyšším obsahem vápníku v sedimentárních horninách než hořčíku. Při zvýšení mineralizace vody na 1000 mg/l dosahuje tento poměr 1/1, při dalším zvýšení mineralizace obsah Mg 2+ obvykle převyšuje obsah Ca 2+. Ionty vápníku se dostávají do přírodních vod při rozpouštění vápence a sádry. K rozpouštění vápenců, stejně jako hlinitokřemičitanů obsahujících vápník, dochází pod vlivem oxidu uhličitého přítomného ve vodě. Tato reakce je reverzibilní, koncentrace výsledných hydrokarbonátových iontů závisí, jak bylo uvedeno výše, na obsahu rovnovážného oxidu uhličitého ve vodě; při poklesu jeho množství dochází k opačnému procesu oddělování nerozpustného uhličitanu vápenatého na sraženinu. Takové jevy jsou pozorovány, když je bohatý Ca(HCO3)2 podzemní vody s tvorbou tufů. Obrovské množství hydrogenuhličitanu vápenatého je unášeno řekami do moří a oceánů, kde v důsledku částečné ztráty oxidu uhličitého vznikají přesycené roztoky CaCO3. Uhličitan vápenatý se používá ke stavbě koster mořských organismů, které po smrti klesají ke dnu a vytvářejí silné vápencové usazeniny.
Z iontů alkalických kovů se v přírodních, zejména mořských vodách nacházejí ve velkém množství sodíkové ionty, v menším množství draselné ionty, dále rubidium (asi 0,2 mg/l) a lithium (asi 0,1 mg/l). Na+ zaujímá první místo v množství v přírodních vodách, tvoří více než polovinu všech kationtů v nich obsažených. Množství K + je obvykle 4-10 % z počtu iontů Na + přítomných ve vodě (v nízko mineralizovaných vodách – vyšší procento). Ve sladkých vodách koncentrace Na + + K + obvykle nepřesahuje několik miligramů na litr; se zvyšující se mineralizací prudce stoupá obsah sodíku. Ve vodách se slaností několik gramů na 1 kg se obvykle dominantním kationtem stává Na +; v mořské vodě je jeho obsah téměř 84 % hmotnosti všech kationtů v ní přítomných. Vstup iontů Na + a K + do přírodních vod je dán jejich vyplavováním při zvětrávání horninového podloží obsahujícího hlinitokřemičitany sodné (olivín, albit, nefelin aj.) a kyselých hornin vulkanického původu obsahující draslík (ortoklas, muskovit, plagioklas, biotit , atd. .). Ionty Na + se objevují také v důsledku rozpouštění NaCl, který je přítomen v sedimentárních horninách ve formě obrovských usazenin, a také v důsledku výměnné adsorpce roztoků Ca 2+ v horninách: místo absorbovaných vápenatých iontů ekvivalentní množství Na + se objeví ve vodě. V horninách vulkanického původu je obsah sodíku a draslíku přibližně stejný. Vysoká hodnota poměru Na + /K + ve vodě se vysvětluje lepší sorpcí K + absorbčním komplexem půd a hornin a také tím, že je rostlinami extrahován ve větším množství než sodík. Sloučeniny dusíku v přírodních vodách jsou přítomny kromě již zmíněného amoniaku, který je obvykle přítomen ve formě nonone NH4 + , dále dusitany a dusičnany, které jsou produkty jeho oxidace pod vlivem fyzikálně-chemických a biochemických faktorů. Proces rozkladu organických látek na NH3 probíhá mnohem rychleji než proces jejich mineralizace na NO2 – a žádná3 — . Ve druhém procesu má první fáze nejvyšší rychlost – přeměnu NH4 + na NE2 – , druhou fází je oxidace NO2 — v NO3 – – postupuje mnohem pomaleji. Rychlost nitrifikace je silně ovlivněna teplotou – pod 9 °C se zpomaluje; optimální hodnota pH pro dusitanové bakterie je od 5,5 do 7,3 a pro dusičnanové bakterie – od 7,0 do 9,3. Příčinou výskytu sloučenin dusíku ve vodě, kromě biologických nečistot, je přímá fixace dusíku z atmosféry nodulovými bakteriemi. Zdrojem obohacení vody dusičnany jsou i oxidy dusíku vznikající při výbojích blesku a spadnutí do nádrží s dešťovou vodou. Nejmenší množství nitrifikačního meziproduktu NO2 – obsažené v povrchových vodách – setiny a tisíciny, v podzemních vodách – setiny a desetiny miligramu na litr; koncentrace N03 – ve vodě je mnohem více, v podzemních vodách horních horizontů jeho množství někdy dosahuje několika desítek miligramů na litr. Sloučeniny dusíku jsou živinami pro rostlinné organismy a během vegetačního období jejich množství v povrchových vodách prudce klesá. V zimním období po odumírání biologických objektů dochází k obnovení regenerace dusičnanů v důsledku mineralizace organické hmoty. ŽÁDNÝ iont3 – může se rozkládat i vlivem denitrifikačních bakterií: k tomuto procesu dochází při nedostatku kyslíku ve vodě a přítomnosti bezdusíkatých organických látek (škrob, kyseliny atd.).
Železo se v přírodních vodách vyskytuje ve formě dvoj- a trojmocných iontů, dále ve formě organických a anorganických sloučenin v koloidním stavu nebo ve formě jemně dispergovaných suspenzí (organokomplexy železa, hydroxidy oxidu a železnatého železa sulfidy atd.). V povrchových vodách se železo, obvykle ve formě oxidu, nachází především v organických komplexech (humátech), dále ve formě koloidních a jemných suspenzí. V podzemních vodách se železo v nepřítomnosti rozpuštěného kyslíku vyskytuje převážně ve formě dvojmocných iontů. Obsah železa v povrchových vodách někdy dosahuje 1 mg/l; v podzemí – do 10 mg/l i více. Vody obsahující vysoké množství železa mají obvykle kyselou reakci. Železo se v přírodních vodách objevuje v důsledku jeho přenosu z různých hornin pod vlivem oxidačních činidel (kyslík) nebo kyselin (uhličité, organické). Mangan se v přírodních vodách obvykle vyskytuje v nižších koncentracích než železo a je méně běžný. V podzemních vodách, které neobsahují rozpuštěný kyslík, se nachází ve formě dvojmocných iontů, ve vysoce zbarvených povrchových vodách – ve formě organických sloučenin, a to i v koloidním stavu.
Ostatní kovy se v přírodní vodě vyskytují ve velmi malých koncentracích. Podrobnější informace jsou k dispozici pro mořskou vodu. Vody řek a sladkých jezer obsahují v průměru mg/l: Co – 0,0048, Ni – 0,001, Zn – 0,02. Cu – od 0,0001 do 0,01; V blízkosti rudných ložisek dochází k mírnému zvýšení obsahu těchto kovů ve vodě. Vysoké koncentrace kovů ve vodě jsou důsledkem průmyslového znečištění.
Radioaktivní prvky jsou v extrémně rozptýleném stavu téměř ve všech vodách, což je způsobeno jejich distribucí v horninách a sedimentárních horninách. Říční voda obsahuje asi 2*10 -8 g/l uranu, asi 10 -9 mg/l radia; při vysokých koncentracích těchto prvků je voda považována za radium. Radioaktivní vody se obvykle dělí na vody radonové, obsahující pouze jednu emanaci radia, a radiové vody, obsahující zvýšené koncentrace radia s rovnovážným množstvím radonu; Podle obsahu radia se rozlišují: vody s nízkým obsahem radia – do 10 -7 mg/l; středně silné radiové vody – od 10 -7 do 10 -6 mg/l, vysoce radiové vody – vyšší
10-6 mg/l.
Většinu stanovení iontových nečistot ve vodě lze provádět na fotoelektrokolorimetru pomocí barevných reakcí a také pomocí různých automatických laboratorních tiometrů fotometrického nebo elektrometrického typu. Pro měření pH vody se hojně používají laboratorní i průmyslové pH metry se skleněnými elektrodami. V některých případech lze použít elektrody z oxidů kovů, např. antimon, molybden atd. Existují také skleněné elektrody pro stanovení obsahu sodíku a draslíku v roztoku; Obvykle se jejich koncentrace stanovuje pomocí plamenového fotometru. Elektrody s iontově selektivními membránami jsou vyráběny pro stanovení fluoru, chloru, bromu, jodu, sulfidů a síranů ve vodě. Byly také vyvinuty elektrodové systémy pro měření koncentrace iontů vápníku, hořčíku, dusičnanů atd. Je však třeba poznamenat, že pomocí elektrod se stanovuje pouze aktivní koncentrace iontů.
Koncentrace vodíkových iontů je vyjádřena hodnotou pH. pH v odpadní vodě se stanovuje elektrometricky pomocí skleněné elektrody. Metoda je založena na tom, že při změně pH o jedna se potenciál skleněné elektrody změní při 25 °C o 59,1 mV, při 20 °C o 58,1 mV.
Pro měření pH se vyrábějí speciální přístroje – pH metry, ke kterým je přiložen návod k jejich použití.
Skleněné elektrody těchto přístrojů musí být kalibrovány proti tlumivým roztokům se specifickými hodnotami pH. Vzhledem k tomu, že vztah mezi potenciálem elektrody a hodnotou pH roztoku, ve kterém je ponořen, je lineární, stačily by pro kalibraci dva tlumivé roztoky. Přesto jsou někdy pozorovány odchylky od lineární závislosti, proto je vhodné provést srovnání s tlumivým roztokem, jehož pH se co nejvíce blíží pH analyzované odpadní vody. Níže jsou uvedeny způsoby přípravy několika roztoků pufrů s různými hodnotami pH.
Pufrový roztok, pH = 1,68 při 20 °C. Rozpustí se 12,710 g hydroxalátu draselného KNз(Z24)2-2H20 analytické čistoty v čerstvě destilované a ochlazené destilované vodě a doplňte objem na 20 litr při 1 °C.
Pufrový roztok, pH = 4,00 při 20 °C (4,01 při 25 °C). Rozpustí se 10,211 g hydroftalátu draselného KNS vysušeného při 110 °C8Н4О4 analytické kvality v destilované vodě a upravte objem při 20 °C na 1 litr.
Pufrový roztok, pH = 6,88 při 20 °C (6,86 při 25 °C). Rozpustí se 3,40 g vodného dihydrogenfosforečnanu draselného KN2R04 a 3,55 g bezvodého hydrogenfosforečnanu | sodík Na2NPO4, předsušené při 130°C, v čerstvě převařené a vychlazené destilované vodě a doplňte objem při 20°C na 1 litr.
Pufrový roztok, pH = 9,23 při 20 °C (9,18 při 25 °C). Rozpustit ,814 g 1Ma2B407-YUN20 analytické čistoty, uchovávané po dlouhou dobu nad rozpadavými krystaly bromidu sodného, v čerstvě převařené a ochlazené destilované vodě a při 20 °C upravit objem na 1 litr.
Pufrový roztok, pH = 11,0 při 20 °C. Připravte dva roztoky: 11 rozpusťte 12,367 g kyseliny borité H3V3 do čerstvě převařené a vychladlé destilované vody přidejte 100 ml 1N. roztok hydroxidu sodného se zředí na 1 litr; 2) připravte přesně 0,1 N. roztok hydroxidu sodného IaOH. Poté smíchejte 501 ml roztoku 1 se 499 ml roztoku 2.
Tlumivé roztoky se skladují v polyethylenových nebo skleněných lahvích.
Při použití pH metrů pro stanovení pH odpadní vody je třeba věnovat zvláštní pozornost čistotě obou elektrod, protože odpadní voda často obsahuje tuky, oleje, ropné produkty a další látky, které potahují elektrody filmy. Elektrodu otírejte tenkým měkkým hadříkem navlhčeným éterem nebo roztokem syntetického čisticího prostředku, poté několikrát opláchněte destilovanou vodou a po každém umytí otřete stejným kusem látky, abyste odstranili čisticí prostředek. V případě potřeby se elektroda regeneruje ponořením na 2 hodiny do 2% roztoku kyseliny chlorovodíkové a důkladně promyje destilovanou vodou. Když se elektroda nepoužívá, měla by být uložena v destilované vodě.
Laboratoř Monitoringu životního prostředí se zabývá stanovením pH v pitné a vodovodní vodě. Stanovení pH nebo analýzu vody si můžete objednat zasláním požadavku na sales@chemanalytica.ru nebo pomocí formuláře zpětné vazby.
V naší laboratoři můžete provést kompletní chemickou analýzu:
Pro organizace a výrobní podniky nabízíme služby pro
Klíčová slova: jak stanovit hladinu ph, ukazatele kvality vody, hodnota ph, stanovení ukazatelů pH, doporučená hodnota pH pH, metody stanovení ph.
