Tvrdost vody je způsobena rozpuštěnými minerály, především dvojmocnými kationty, včetně vápníku (Ca 2+ ), železa (Fe 2+ ), stroncia (Sr 2+ ), zinku (Zn 2+ ) a manganu (Mn 2+ ). Ionty vápníku a hořčíku jsou obvykle jediné ionty přítomné ve významných koncentracích; proto se věří, že tvrdost je měřítkem obsahu vápníku a hořčíku ve vodě. Je však třeba vzít v úvahu případy, kdy jsou ve významném množství přítomny jiné kationty ovlivňující tvrdost.
Stanovení tvrdosti vody titrací
Tvrdost vody lze rychle určit titrimetrickou metodou pomocí indikátorů. Při správné volbě pH můžete samostatně měřit celkovou tvrdost (Ca 2+ a Mg 2+) nebo podíl vápníku a hořčíku. Tradiční test tvrdosti zahrnuje úpravu pH na 10,1 pomocí amoniakového pufru, přidání eriochromové černi T indikátoru [1-(1-hydroxy-2-naftylazo)-6-nitro-2-naftol-4-sulfonová kyselina] a titraci Na2 roztok EDTA (disodná sůl kyseliny ethylendiamintetraoctové).
Některé indikátory jsou stabilnější, poskytují rychlejší odezvu a jasnější koncový bod než eriochromová čerň T. Jedním z nejlepších je kalmagit, kyselina 1-(1-hydroxyl-4-methyl-2-fenylazo)-2-naftol-4sulfonová. který se používá v testovacích soupravách a reagenciích Hach Lange ke stanovení celkové tvrdosti vody.
Stanovení tvrdosti vody kolorimetrickou metodou
Kolorimetrická metoda měření tvrdosti doplňuje tradiční titrační metodu, protože kolorimetrickou metodou lze měřit velmi nízké hladiny vápníku a hořčíku (0,05 – 4,00 mg/l Ca a Mg jako CaCO3). Interakce některých kovů s titračními metodami se stane nevýznamnou, jakmile se vzorek zředí a spadá do rozsahu tohoto testu. Test používá kalmagitový indikátor a dvě chelatační činidla, EGTA (etylenglykol bis(β-aminoethylether)-N,N,N’,N’-tetraoctová kyselina) a EDTA.
Popis chemických reakcí
Stanovení celkové tvrdosti
Dále si popíšeme některé roztoky a náplně od výrobce Hach Lange pro titraci připravených vzorků vody, které obsahují indikátor calmagite. TitraVer tvrdost titračního činidla (0,020N EDTA) je nejrozšířenější. Rozsah zahrnuje další koncentrace titračního činidla TitraVer určené pro vzorky s vysokou úrovní tuhosti. Titrační činidlo HexaVer, které je také k dispozici, je kyselina cyklohexan-trans-1,2-diamintetraoctová. Vytváří jasnější koncové body a dokáže odolat vyšším úrovním hardwarového rušení než TitraVer.
Indikátor Calmagit je dostupný ve speciálních složeních ManVer a UniVer. Formulace ManVer Calmagite jsou speciálně navrženy tak, aby zvýšily stabilitu a zabránily interferenci většiny prvků ve vzorku. Rušení způsobené kovovými ionty, jako je měď nebo železo, lze odstranit nebo maskovat pomocí hořečnaté soli CGDTA, která je účinná a zároveň bezpečná. K odstranění interference lze také použít sloučeniny obsahující kyanid. Jejich použití by se mělo zabránit, kdykoli je to možné, z důvodu potenciálních rizik pro životní prostředí a zdraví.
Reakce kalmagitu je závislá na pH; pH 10,1 bylo určeno jako ideální. Tradičně byly používány amoniakové pufry; mají však silný, specifický zápach. Metody Hach používají pufr tvrdosti 1 (2-amino-2-methyl-1-propanol), který je stabilní, bezpečný pro použití a méně urážlivý.
Analytická sekvence při zkouškách tvrdosti začíná úpravou pH a přidáním inhibitorů s následnou tvorbou komplexů Mg2+ a Ca2+ s kalmagitem. Při této hodnotě pH tvoří vápník slabý komplex s kalmagitem. Roztok se titruje pomocí TitraVer (EDTA) nebo HexaVer (CGDTA). Titrační činidlo nejprve váže případný vápník, poté hořčík. Změna barvy z vínově červené na modrou znamená, že veškerý vápník a hořčík byly z kalmagitu odstraněny a vytvořily se komplexy s titrantem.
Vyjádření výsledků titrace tvrdosti je mg/l CaCO3. Reakce TitraVer s Ca2+ a Mg2+ je v poměru 1:1.
Stanovení tvrdosti vápníku
Zkouška vápenaté tvrdosti vzorku vody je velmi podobná zkoušce celkové tvrdosti. Typicky po indikátoru murexid (purpurát amonný) nebo indikátoru eriochromové modročerné barvy R následuje titrace EDTA. Indikátor CalVer 2 byl vyvinut společností Hach, aby nahradil tyto indikátory. CalVer 2 (hydroxynaftolová modř) je citlivější s ostřejší koncovou změnou barvy.
Indikátor CalVer 2 tvoří červenofialový komplex s vápníkem a změní barvu na modrou poté, co TitraVer odstraní vápník z komplexu. Úroveň pH se zvýší alespoň na 13, aby se vysrážel hořčík. K reakční směsi lze přidat několik kapek standardního roztoku hořčíku, aby se zvýšila barevná změna konečného bodu. To se může zdát neintuitivní, protože hořčík se vysráží při zvýšení pH. Přidaný hořčík je však výhodně chelátován barvivem a množství je velmi malé; tedy jakékoli zkreslení způsobené přidáním hořčíku je zanedbatelné.
Úprava pH se provádí přidáním hydroxidu draselného před přidáním CalVer 2. K navázání interferujících kovů lze před přidáním CalVer 2 přidat kyanid draselný.
Vápník a celkovou tvrdost lze stanovit postupně pomocí stejného vzorku. Po stanovení vápenaté tvrdosti se pH vzorku sníží pomocí kyseliny sírové. Poté se přidají pufry tvrdosti 1 a ManVer 2 a titrace se provede pomocí TitraVer.
NEPOUŽÍVEJTE tento postup, pokud byl pro stanovení tvrdosti vápníku použit kyanid draselný! Přidání kyseliny sírové způsobí uvolnění velmi škodlivého plynného kyanovodíku.
Kolorimetrická metoda
Kalagit obsažený v roztoku indikátoru vápníku a hořčíku se přidá ke vzorku a pH se zvýší na přibližně 12,5 pomocí pufru. Přidání kalmagitu před úpravou pH zabraňuje srážení vápníku a hořčíku, které je typické při této úrovni pH. Vzorek se pak rozdělí na tři stejné části.
Do první šarže se přidává EDTA, aby vázala vápník a hořčík, čímž se ničí komplexy Ca/Mg-kalmagit. Tento roztok se používá jako slepý vzorek pro standardizaci spektrofotometru. Vlnová délka měření je 522 nm pro spektrofotometry nebo 520 nm pro kolorimetry.
Do druhé části vzorku se přidá EGTA (kyselina ethylenglykolbis(β-aminoethylether)-N,N,N’,N’-tetraoctová). EGTA selektivně chelatuje vápník; Zbývá jen změřit optickou hustotu komplexu Mg-kalmagit. Výsledek je vyjádřen v mg/l Mg jako CaCO3.
Optická hustota třetí části vzorku (neobsahující chelatační činidlo) se měří za účelem stanovení mg/l Ca jako CaCO3. Po změření druhé části vzorku vynulujte spektrofotometr, aby se kompenzovala absorbance způsobená přítomností hořčíku ve vzorku.
Společnost Hach Lange se specializuje na výrobu činidel, laboratorních a průmyslových přístrojů pro analýzu a kontrolu kvality více než 90 parametrů vody pomocí testovacích metod krok za krokem. AquaAnalytics® je oficiálním zástupcem společnosti Hach v Rusku a zemích SNS. Chcete-li poradit s měřením parametru, který vás zajímá, v laboratoři nebo ve výrobě, kontaktujte nás způsobem, který vám vyhovuje.
Zastoupení v Rusku: +7 (495) 201-53-02 info@aquaanalytics.ru
Zastoupení v Uzbekistánu: +998 (90) 174-57-84 info@aquaanalytics-tekhnika.ru
