Analiza apei

Analizele de apă sunt utilizate pentru a determina parametrii chimici, fizici și microbiologici care descriu natura probei respective. Astfel de analize sunt efectuate, de exemplu, la evaluarea apei subterane , a apei medicinale , a apei de izvor și altele asemenea. Analizele de apă potabilă și brută au o importanță deosebită . Numărul și domeniul de aplicare al analizelor sunt cerute de lege în multe țări, iar în Germania prin Ordonanța privind apa potabilă . Un alt domeniu important de aplicare este pescuitul .

Cel mai frecvent, apa este examinată pentru a găsi clorură , sulfat , azotat , nitrit , amoniu , valoarea pH - ului , conținutul de oxigen , conductivitatea electrică , conținutul de fosfați și duritatea apei . Așa-numiții parametri de sumă sunt de asemenea examinați frecvent . Aceasta include, de exemplu, sarcina organică, adică TOC , cererea chimică de oxigen sau oxidabilitatea de către permanganat de potasiu, precum și cererea biologică de oxigen .

prelevarea de probe

Tipul de eșantionare a apei se bazează de obicei pe cerințele eșantionului, adică depinde de parametrii care urmează să fie determinați. Unele dintre ele trebuie încă stabilite în timpul sau cel puțin imediat după prelevare, deoarece valorile s-ar schimba pe parcursul depozitării. Acestea includ temperatura și valoarea pH-ului, conținutul de oxigen, dar și miros , tulbure și altele asemenea. În apa de izvor, sedimentele agitate și particulele care plutesc la suprafață nu trebuie să pătrundă în vasul de probă. În același timp, trebuie evitată îndiguirea sau scăderea nivelului apei de izvor.

Sticlele curate, incolore din sticlă sau polietilenă servesc drept vase, care trebuie clătite de mai multe ori cu apa care trebuie examinată înainte de analiză. Sticlele sunt închise cu dopuri sau capace filetate din același material pentru transport. Dacă trebuie examinate și poluarea organică, cum ar fi HAP ( hidrocarburi policiclice aromatice ), sunt adecvate și vasele metalice, prin care trebuie excluse reacțiile chimice dintre sticlă și proba de apă.

Prelevarea eșantionului începe numai atunci când apa nu mai este afectată de influențe externe, adică poate fi considerată reprezentativă pentru corpul de apă care urmează să fie examinat. În general, această stare este atinsă atunci când conductivitatea electrică este constantă.

În zonele de analiză a apei potabile, sunt prelevate așa-numitele probe de stagnare pentru a determina poluarea cu metale grele. Aici, conducta este mai întâi clătită timp de aproximativ 5 minute (până când temperatura este constantă) cu robinetul pornit și o primă fracțiune de 1 litru este luată ca așa-numita probă SO. Analiza acestui eșantion permite o evaluare a calității apei furnizate de furnizorul de apă potabilă. Robinetul este apoi închis și nu mai este extrasă apă, în mod ideal în întreaga clădire. După un timp de așteptare de 4 ore în medie (stagnare), se prelevează încă două probe de un litru unul după altul. Prima fracție (eșantion S1) oferă informații despre metalele grele eliberate de fitinguri în timpul analizei. De regulă, aici există concentrații crescute de nichel și plumb. Conținutul următoarei fracțiuni de 1L (eșantion S2) este examinat pentru metale grele care sunt eliberate în apa potabilă prin conductele de apă ale instalației casei. Stagnarea oferă apei posibilitatea de a reacționa cu metalele. Concentrația de metale grele oferă informații despre starea de coroziune și proprietățile materialelor armăturilor și țevilor utilizate. Această metodă poate fi utilizată, de exemplu, pentru a verifica dacă instalațiile de plumb au fost așezate fără a fi nevoie să deschideți deschiderile de perete sau să inspectați subsolul.

Analiza de teren

Parametrii organoleptici și fizico-chimici sunt determinați la fața locului. Pentru proprietățile organoleptice se numără mirosul, culoarea, turbiditatea, sedimentele și probele de apă potabilă calitatea gustului. Parametrii fizico-chimici ai temperaturii apei, valorii pH-ului, conținutului de oxigen și potențialului redox , precum și saturația totală a gazului pot fi măsurați corect in situ, deoarece depind nu numai de conținutul eșantionului, ci și de mediu. Deci, dacă este posibil, aceste valori trebuie determinate la fața locului în momentul prelevării. Pe lângă acești parametri, dioxidul de carbon trebuie de asemenea determinat cât mai curând posibil după prelevare (în special măsurarea pH-ului necesară pentru aceasta).

Temperatura apei, conductivitatea electrică și valoarea pH-ului

Acești trei parametri sunt determinați, de exemplu, folosind un multimetru. În acest scop, senzorii de măsurare corespunzători sunt atașați la dispozitiv și, dacă este necesar, calibrate înainte de măsurare.

Conductivitatea electrică sau specifică indică cât de mult curent este transportat într-o soluție de anioni și cationi, deci este o măsură a ionilor dizolvați în apă . Măsurarea se efectuează cu ajutorul unui metru de conductivitate și este specificată în unitatea µS / cm. De regulă , se poate spune că 90 µS / cm (la 25 ° C) corespunde unei durități carbonatice de 1 mEq / L (2,8 ° dH), prin care, de regulă, se datorează aproximativ 80 ± 60 µS / cm la alți ioni. În caz contrar, valoarea măsurată este o măsură a expunerii la sărurile dizolvate . O valoare între 500 și 1000 µS / cm se aplică adesea apei de suprafață. Valori mai mari indică expunerea excesivă (de exemplu, clorură de sodiu ).

Valoarea pH - ului este definită ca negativă decadic logaritmul activității (în mol / l) de H ⁺ ioni și este o măsură a caracterului acid sau alcalin al soluțiilor. Dacă valoarea pH-ului este determinată electrometric , aceasta înseamnă că o diferență de potențial este măsurată folosind un electrod combinat al unui pH-metru și valoarea pH-ului este calculată automat din aceasta. Înainte de măsurare, dispozitivul trebuie calibrat folosind soluții tampon cu valori de pH definite (de exemplu, 4, 7, 9). Valoarea pH-ului ar trebui să fie de aproximativ 7 în apele naturale. Valorile mai mici (de exemplu, între 3 și 6) indică expunerea la acizi , valorile mai mari (peste 8) indică expunerea la baze .

Analiza ionilor de clorură

Apa de suprafață normală și apa subterană conțin 10-30 mg Cl ^- / L. Cu toate acestea, valoarea poate fi mult mai mare în apropierea coastelor. Conținutul de clorură poate fi, de asemenea, crescut foarte mult în apropierea depozitelor de sare. De asemenea, datorită industriei de potasiu, apele uzate produse acolo și astfel râurile pot avea un conținut mai mare de clorură. Un conținut de clorură mai mare de 250 mg Cl ^- / L conferă apei un gust sărat. Limita de comestibilitate este de aproximativ 400 mg Cl ^- / L, deși acest nivel este inofensiv din punct de vedere fiziologic . Un conținut ridicat de clorură favorizează, de asemenea, coroziunea țevilor și armăturilor de fier. Desalinizarea ar trebui luată în considerare pentru apa de serviciu . De obicei, conținutul de clorură se datorează clorurii de sodiu . 400 mg Cl ^- / L corespund la aproximativ 660 mg / L clorură de sodiu dizolvată.

Determinarea ionilor de clorură poate fi efectuată titrimetric folosind metoda argentometriei . Metoda azotatului de mercur (II) poate fi utilizată
pentru cantități mici de clorură : Aici, proba de apă este titrată cu o soluție de Hg (NO ₃ ) ₂ cu o concentrație de 0,01 mol / L și indicatorul difenil carbazonă. Clorura de mercur nedisociat (II) se formează cu ionii de clorură . La sfârșitul titrării, indicatorul reacționează cu excesul de ioni Hg ²⁺ din soluția de Hg (NO ₃ ) ₂ pentru a forma un compus complex violet.

Analiza sulfatului

Apa normală are un conținut de sulfat de până la 50 mg SO ₄²⁻ / L. În anumite zone (de exemplu, zone de lignit) conținutul de sulfat poate fi semnificativ mai mare. La fel, apele poluate pot avea un conținut de sulfat semnificativ mai mare. Conținutul de sulfat se datorează în principal gipsului dizolvat . Apa bogată în sulfat dăunează structurilor din beton. Apa cu un conținut ridicat de sulfat (mai mare de 250 mg / L), în special datorită sulfatului de sodiu , are un efect laxativ. Sulfatul este componenta principală a durității necarbonatate .

Ionii sulfat pot fi determinați cu o precizie suficientă utilizând următoarea metodă: Aici, turbiditatea este determinată fotometric după adăugarea soluției de clorură de bariu (precipitarea sulfatului de bariu ) . Dacă nu este disponibil un fotometru, se poate face și o determinare vizuală, deși cu o inexactitate mai mare. Pentru comparație, sulfatul de bariu este precipitat dintr-o soluție de sulfat cu o concentrație cunoscută.

Pentru apa cu un conținut de sulfat mai mare de 100 mg / L, se recomandă metoda gravimetrică după precipitare ca sulfat de bariu.

Sulfatii pot fi determinati titrimetric cu soluție de perclorat de bariu și torin ca indicatori: În timpul titrării, se formează sulfat de bariu atâta timp cât sunt prezenți ioni de sulfat. La final, torinul reacționează cu excesul de ioni de bariu pentru a forma un compus complex roșu-portocaliu . Înainte de a face acest lucru, cu toate acestea, cationii metalici trebuie eliminați folosind un schimbător de ioni, deoarece ar reacționa cu torinul.

Analiza oxigenului

Apele de suprafață conțin adesea oxigen până la saturație (9,2 mg / L la 20 ° C, 14,5 mg / L la 0 ° C). Ocazional, însă, activitatea planctonului poate duce la suprasaturare. Pe de altă parte, oxigenul poate scădea prin procese anaerobe . Pentru pești ar trebui să existe un conținut de oxigen de cel puțin 5 mg / L. Apa subterană pură este de obicei lipsită de oxigen.

Determinarea se efectuează conform metodei Winkler sau electrochimic cu un electrod de oxigen .

Analiza hidrogen carbonatului

Pentru a determina hidrogen carbonatul (HCO ₃^- ), trebuie stabilită mai întâi capacitatea acidă . Capacitatea acidă (KS _4.3 sau capacitatea de legare a acidului „SBV”) este exprimată ca raportul dintre cantitatea de substanță a ionilor de hidroniu n (H ₃ O ⁺ ) care poate absorbi o cantitate corespunzătoare de apă până la atingerea valorii pH-ului, până la volumul V (H ₂ O) definit. Spre deosebire de unitatea SI [mol / m³], unitatea aleasă este de obicei [mmol / L] sau cantitatea echivalentă [meq / L].

Pentru a determina capacitatea de acid, acidul clorhidric cu o concentrație de 0,1 mol / L este titrat într-un anumit volum de probă, de obicei 100 ml, după ce i s-au adăugat câteva picături de indicator Cooper. Schimbarea culorii de la albastru de oțel la galben soare are loc atunci când se atinge valoarea pH-ului necesar de 4,3. Indicatorul convențional utilizat este portocaliu de metil , care se schimbă și la pH 4,3. Acesta este motivul pentru care această capacitate acidă a fost denumită și „valoarea m”. Dacă conținutul cationilor a metalelor alcalino - pământoase , adică duritatea totală, este mai mare decât această valoare, capacitatea acidă determinată în acest mod corespunde la duritatea carbonatului și este convertită în „grade de duritate german“ (° dH) cu factor de 2,8 de la mEq / L.

Calculul capacității acide se bazează pe formula

KS _4.3 [mol / L] = V (acid clorhidric) [ml] · c (acid clorhidric) [mol / L] / volumul probei [ml]

Concentrația de hidrogen carbonat este apoi calculată din cantitatea de acid clorhidric consumată. Pentru a face acest lucru, trebuie scăzută mai întâi cantitatea de acid clorhidric care este responsabilă pentru valoarea pH-ului 4,3, respectiv 0,05 mmol / L. Formula este utilizată pentru calcul

HCO ₃^- = (KS de _4,3 - 0,05 mmol / l) · 61.017 g / mol

unde 61,017 g / mol este masa molară de hidrogen carbonat ( HCO ₃^- ).

Alternativ, concentrația de carbonat de hidrogen poate fi, de asemenea, determinată prin HPLC ionică sau prin electroforeză capilară .

Analiza dioxidului de carbon liber

Acidul carbonic liber total (CO ₂ ) al unei probe de apă este determinat prin titrare până la o valoare a pH-ului de 8,2 [KB _8,2 ] (determinarea capacității de bază ), care poate fi văzută, de exemplu, printr-o schimbare de culoare a fenolftaleinei de la incolor la roz (această metodă Indicator este foarte imprecisă; mai bine: pH-metru). In acest punct carbonic anterior liber Acidul este transformat complet în carbonat acid (HCO ₃^- ) în conformitate cu echilibrul de disociere a acidului carbonic .

În tehnologia apei, o valoare p pozitivă sau negativă este dată în mval / L sau mmol / L pentru conținutul de acid carbonic sau carbonat (sau alcali), în funcție de dacă pH-ul este 8,2 sau mai mic sau de la valori inițiale mai ridicate ale pH-ului (Și în consecință cu alcalii sau acidul ca Titrand). („P” este derivat din indicatorul fenolftaleinei.) O valoare p negativă indică conținutul de CO ₂ liber _într- o apă, în timp ce o valoare p pozitivă conține conținutul de carbonat (sau OH ^- ioni, dacă este necesar din alte substanțe libere Leşie).

Analiza concentrațiilor în mare parte scăzute de CO ₂ este mai precisă, totuși, de obicei printr-o determinare precisă a capacității de acid și a valorii pH-ului probei de apă, cu calculul ulterior al CO _{2 în} funcție de echilibrul de disociere al acidului carbonic. Temperatura și conductivitatea electrică trebuie luate în considerare ca reprezentative ale puterii ionice.

Analize în tratarea apei în scopuri tehnice

Spre deosebire de analiza apei potabile, atunci când se tratează apa în scopuri tehnice, doar câțiva parametri sunt importanți pentru evaluarea apei. Cunoașterea conținutului de oligoelemente din apa brută este de obicei lipsită de importanță.

Pentru proiectarea, controlul și monitorizarea sistemelor tehnice de deacidificare , decarbonizare , înmuiere sau desalinizare parțială și completă , numai valorile pentru diferitele valori pozitive și negative m și p (denumite după indicatorul utilizat, roșu metilic / metil orange și fenolftaleină ), duritatea totală, conținutul de dioxid de siliciu (SiO ₂ ) și oxidabilitate ( consumul de permanganat de potasiu sunt necesare) apei.

Notă: În tehnologie, unitatea mval / L este încă predominant utilizată în loc de mmol / L, deoarece acest lucru înseamnă că nu este necesară cunoașterea precisă a valenței ionilor. Valorile m și p sunt, prin urmare, adesea date în mval / L. În însumarea ionilor , dar atunci trebuie sa fie numai cu meq / L sau de așteptat mmol / L.

Următorul tabel conține informații mai detaliate despre valorile individuale, semnificația lor respectivă, calculul și una dintre metodele analitice utilizate în mod obișnuit:

Valoare de analiză / grup de ioni	Tipul ionilor din proba de apă	Prima dimensiune 2a calcul	una dintre metodele analitice uzuale
+ m valoare	este conținutul de carbonat la	mval / L sau mmol / L se măsoară direct	Analiza HCO ₃ și Analiza CO ₂
- valoarea p	este conținutul de dioxid de carbon liber la	mval / L sau mmol / L se măsoară direct	Analiza CO ₂
Duritate necarbonatată	Descompunerea durității totale în non-duritate și duritate carbonatică	mval / L sau mmol / L Duritatea totală minus + valoarea m	Duritatea totală (cantitatea de ioni calciu și magneziu ) este tratată cu EDTA determinată + valoare m vezi mai sus
- valoarea m	indică suma conținutului de anioni puternic acizi (Cl, SO ₄ , NO ₃ )	mval / L sau mmol / L prin adăugarea valorilor anionilor puternic acizi	dacă nu se calculează prin determinarea valorii - m dintr-o probă de apă care a fost trecută printr-un schimbător de cationi puternic acid
Sodiu și potasiu	Determinarea sumei alcalinilor	mval / L sau mmol / L (- valoarea m plus + valoarea m) minus duritatea totală	dacă nu se calculează prin determinare directă cu un fotometru cu flacără
Valoarea KMnO ₄	oferă conținutul org. Substanțe (de exemplu, acizi humici)	mg KMnO ₄ / L se măsoară direct	Se fierbe proba de apă cu permanganat de potasiu , mai multe detalii în manganometrie .
Valoarea SiO ₂	indică conținutul de compuși de siliciu ca SiO ₂ la	mg / L se măsoară direct	SiO ₂ forme galben de acid heteropoliacizi cu heptamolibdat de amoniu , cu formula H ₄ [SiO ₄ (Mo ₃ O ₉ ) ₄ ], care este evaluată fotometric.

Cu valorile enumerate, conținutul de apă naturală este înregistrat pentru toate ingredientele diferite. Valoarea + p , care nu este listată, indică conținutul de ioni OH ^- în apă. Acesta este, de exemplu, excesul de hidroxid de calciu din apa decarbonizată. Cu excepția rarei ape moi cu conținut de hidrogen carbonat de sodiu , această valoare poate apărea numai în apa tratată chimic și nu în apa naturală.

Suma totală de cationi și anioni din apa respectivă se calculează folosind aceste valori după cum urmează:

Suma cationilor = + valoarea m plus - valoarea m
Suma de anioni = + m-valoare plus - m-plus valoare SiO - valoarea p , plus ₂ conținut

Pentru proiectarea și monitorizarea operațională a instalațiilor de desalinizare parțială și completă, conținutul de carbonați și anioni slab acizi este adesea calculat separat. Acest lucru este posibil și cu valorile de mai sus.

Cunoașterea conținutului KMnO ₄ și SiO ₂ este importantă pentru proiectarea și alegerea rășinilor schimbătoare de ioni într-o instalație de desalinizare.

Eroare de echilibru ionic

Balanța ionică este cea mai importantă verificare a plauzibilității în analiza chimică a apei. În general, se presupune o neutralitate electrică pentru apă, astfel încât același număr de sarcini electrice pozitive și negative ar trebui să apară în fiecare probă . Pentru a le compara, constituenții principali încărcați sunt exprimați ca echivalenți de ioni (în mmol / l, a se vedea concentrația echivalentă ) și calculați conform DIN 38402-62 după cum urmează:

${\ displaystyle IBF = {\ frac {(\ Sigma cations \ mid \ Sigma anions \ mid) \ times 100} {(\ Sigma cations + \ mid \ Sigma anions \ mid) \ times 0.5}}}$

Eroarea echilibrului ionic este generată ca procent și corespunde abaterii relative bazată pe valoarea medie a sumelor de cationi și anioni . Principalele ingrediente considerate de obicei includ cationii de Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , Na ⁺ și K ⁺ precum și anioni HCO ₃ , CI ^- , SO ₄^2- și NO ₃^- .

Abaterea maximă admisă este de obicei de 5%, dar cu sume mici de cationi sau anioni (sub 1 mmol / l), chiar analizele cu o abatere de ≤ 0,1 mmol / l sunt considerate a fi suficient de precise.

Link-uri web

Parametrii pentru evaluarea unui eșantion de apă pe site-ul web al Catedrei de Geologie Aplicată de la Universitatea din Erlangen

literatură

Walter Kölle: Analizele apei - apreciate corect - elementele de bază, parametrii, tipurile de apă, ingredientele, valorile limită conform Ordonanței privind apa potabilă și Directiva UE privind apa potabilă. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-30661-7 .
Leonhard A. Hütter: Investigarea apei și a apei - metodologie, teorie și practică a procedurilor de investigare chimică, chimico-fizică, biologică și bacteriologică. Sauerländer, Frankfurt 1994, ISBN 3-7935-5075-3 .
Hans H. Rump, H. Krist: Manual de laborator pentru investigarea apei, apelor uzate și a solului. VCH, Weinheim 1992, ISBN 3-527-28414-1 .
Leo ML Nollet: Manual de analiză a apei. Marcel Dekker, New York 2000, ISBN 0-8247-8433-2 .
Philippe Quevauviller, K. Clive Thompson: Metode analitice pentru apa potabilă - progrese în eșantionare și analiză. Wiley, Chichester 2006, ISBN 0-470-09491-5 .
Thomas R. Crompton: Analiza apei de mare - un ghid pentru chimistul analitic și de mediu. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-26762-X .
Karl Höll: Apă: utilizare în ciclu, igienă, analiză și evaluare . Walter de Gruyter, 2002, ISBN 3-11-012931-0 ( previzualizare limitată în căutarea de carte Google).

Dovezi individuale

↑ Eșantioane de stagnare în analiza apei: eșantionare eșalonată pentru a determina poluarea cu metale grele (fișier PDF; 345 kB).
↑ Evaluarea calității apei potabile în ceea ce privește parametrii plumb, cupru și nichel: Recomandarea Agenției Federale de Mediu (fișier PDF; 139 kB).
↑ ^a^b^c Alois Schwendner: Domeniul de aplicare al unei "analize chimico-tehnice a apei" pentru procesarea problemelor chimice ale apelor subterane și ale apei potabile. În: Biroul de stat bavarez pentru mediu. Adus la 14 februarie 2021 .
↑ echilibru ionic. În: Lexicon of Geosciences. Spectrum, accesat la 14 februarie 2021 .
↑ Eroare de echilibru ionic. În: Aqion. 18 februarie 2014, accesat la 14 februarie 2021 .

[1] Eșantioane de stagnare în analiza apei: eșantionare eșalonată pentru a determina poluarea cu metale grele (fișier PDF; 345 kB).

[2] Evaluarea calității apei potabile în ceea ce privește parametrii plumb, cupru și nichel: Recomandarea Agenției Federale de Mediu (fișier PDF; 139 kB).

[:0-3] Alois Schwendner: Domeniul de aplicare al unei "analize chimico-tehnice a apei" pentru procesarea problemelor chimice ale apelor subterane și ale apei potabile. În: Biroul de stat bavarez pentru mediu. Adus la 14 februarie 2021 .

[4] echilibru ionic. În: Lexicon of Geosciences. Spectrum, accesat la 14 februarie 2021 .

[5] Eroare de echilibru ionic. În: Aqion. 18 februarie 2014, accesat la 14 februarie 2021 .

Languages