Анализ вод

Вашему вниманию предлагаются две статьи, посвященные анализу вод с использованием двух аналитических методов:

• Ионная хроматография
• Элементный анализ (определение общего органического углерода)

Анализ воды методом ионной хроматографии. Возможности метода и технические решения компании корпорации Dionex, США.

Статья, автор Рыбакова Е.В.

Ионная хроматография - позволяет определять неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие органические соединения в ионной форме. Хотя для анализа воды используется множество различных методов - ионная хроматография (ИХ) во всем мире является приоритетным методом и обеспечивает многокомпонентное определение в любых водах. Воды каждого типа имеют свои особенности и компоненты могут существенно различаться по уровню концентраций - от долей мкг/л до единиц г/л. Особенно важным является определение загрязняющих воду компонентов, присутствие которых в воде нежелательно или недопустимо. До появления ИХ не было эффективного метода определения ионов с такой чувствительностью, селективностью, воспроизводимостью и скоростью анализа. При этом анализ методом ИХ в большинстве случаев не требует пробоподготовки: при необходимости проба фильтруется и разбавляется. Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат методом ИХ многие годы является самым распространенным и рутинным анализом во всем мире. Разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки для определения хлорита, хлората, прехлората и др. Высокоэффективные колонки Dionex позволяют проводить одновременное определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов и алифатических и ароматических аминов на одной колонке ИХ - прекрасно разработанный, высокоэффективный и быстрый метод анализа для очень широкого ряда наиболее часто определяемых аналитов в водах любого типа. Отсутствие сложной пробоподготовки, высокая чувствительность определения, быстрота анализа и большое разнообразие определяемых компонентов в воде делают эту метод идеальным для аналитических лабораторий, проводящих рутинный анализ воды любого состава - от высокочистой и питьевой до стоков и выбросов предприятий и коммунальных хозяйств.

Неорганические анионы

Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным и рутинным анализом во всем мире.

Кроме ионохроматографических колонок для определения основных неорганических анионов разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки для определения наряду со стандартными анионами и оксианионов таких, как оксихалиды: хлорит, хлорат, прехлорат и др.

Органические кислоты

Наряду с неорганическими анионами в водах различного типа могут присутствовать и анионы органических кислот, например: ацетат, формиат, пропионат, оксалат, цитрат и др. Для таких задач используются высокоэффективные аналитические колонки большой емкости.

Неорганические катионы

Высокочувствительное и высокоэффективное ионохроматографическое определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов также является рутинным методом анализа в мировой аналитической практике. На рисунке приведена хроматограмма быстрого изократического разделения катионов I и II групп.

Рис. Быстрое изократическое разделение катионов I и II групп на колонке IonPac СS12А 3х150 мм, Dionex, США.

Амины

Создание высокоэффективных сорбентов для катионного анализа позволяет проводить одновременное определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов и алифатических и ароматических аминов на одной колонке.

Переходные металлы

Если перед аналитиком стоит задача определение только подвижной формы переходных металлов или металлов в определенной степени окисления - только ионная хроматография способна решить эту задачу. Компания Dionex поставляет колонки для одноколоночной катионной хроматографии для одновременного определения щелочных, щелочноземельных металлов, а также ряда переходных металлов. Альтернативный вариант определения переходных металлов - в виде окрашенных комплексов с ПАР. В отличие от предыдущих примеров, где детектирование аналитов происходит на кондуктометрическом детекторе, высокочувствительное детектирование определяемых компонентов происходит после пост-колоночной дериватизации на адсорбционном детекторе.

Заключение

Ионная хроматография - прекрасно разработанный, высокоэффективный и быстрый метод анализа для очень широкого ряда наиболее часто определяемых аналитов в водах любого типа. Отсутствие сложной пробоподготовки, высокая чувствительность определения, быстрота анализа и большое разнообразие определяемых компонентов в воде делают эту метод идеальным для аналитических лабораторий, проводящих рутинный анализ воды любого состава -от высокочистой до стоков и выбросов предприятий и коммунальных хозяйств.

Общий органический углерод - показатель содержания органических веществ в воде.

Статья, автор Куцева Н.К., ЗАО "РОСА (печатается с сокращениями)

По мнению зарубежных специалистов, органический углерод является наиболее надежным показателем суммарного содержания органических веществ в воде. Этот показатель входит в группу интегральных показателей качества воды, таких как перманганатная и бихроматная окисляемость и БПК. При этом часто содержание органического углерода составляет примерно 1/3 величины ХПК, хотя это справедливо в основном для бытовых сточных вод и аналогичных им производственных стоков. Для природной воды поверхностных водоисточников Московского региона содержание органического углерода примерно равно значению перманганатной окисляемости (100-120%), а величина БПК 5 в 4-6 раз меньше содержания органического углерода.

По литературным данным в незагрязненных природных водах наименьшая концентрация растворенного органического углерода составляет примерно 1 мг/л, наибольшая - порядка 20 мг/л. В воде, богатой гумусовыми веществами, в частности, в болотной воде, содержание органического углерода достигает сотен мг/л.

Особенно важно контролировать содержание органического углерода в дистиллированной воде, используемой в электронике или в фармацевтическом производстве.

До настоящего времени содержание органического углерода нормируется только в воде, расфасованной в емкости СанПиН 2.1.4.1116-02. Для бутилированной воды 1 категории - 10 мг/л, для воды высшей категории - 5 мг/л. В процессе водоподготовки для дезинфекции питьевой воды обычно используют хлор или другие хлорирующие агенты (дезинфектанты), которые взаимодействуют с природными органическими веществами, присутствующими в воде, с образованием токсичных продуктов реакции. Количество побочных продуктов зависит в первую очередь от содержания в воде органических веществ. Вероятно, по этой причине в один из вариантов Проекта «Технического регламента о питьевой воде и питьевом водоснабжении» включен показатель «Общий органический углерод», норматив для которого составляет 5 мг/л.

Различают:

• Общий органический углерод (ТОС) - массовая концентрация углерода, присутствующего в воде в виде органических соединений в растворенном и нерастворенном состоянии.
• Растворенный органический углерод (DOC) - массовая концентрация углерода, присутствующего в воде в виде органических соединений, проходящих при фильтрации через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм, включая цианаты и тиоцианаты.

Помимо простого измерения значения абсорбции при 254 нм, которое является показателем содержания органических веществ в воде, методы определения органического углерода предполагают предварительную деструкцию органических веществ, присутствующих в воде.

Процедура определения общего органического углерода обычно разделяется на три стадии:

1. Подкисление пробы и продувка для удаления неорганического углерода
2. Окисление оставшегося органического углерода до СО₂. При этом окисление может проводиться двумя основными способами:
   - термическое окисление - сжигание в токе кислородсодержащего газа;
   - УФ окисление или каталитическое химическое окисление персульфатом калия.
3. Детектирование образующегося СО₂.

Следует обратить внимание, что на практике приведенные производителями ТОС анализаторов пределы определения получить весьма сложно. Реально при использовании дополнительно очищенного воздуха в качестве газа-окислителя предел определения составляет примерно 0,5 мг/л. При работе с кислородом пределы определения ниже.

В связи с этим особое внимание при определении органического углерода рекомендуется обращать на процедуры предупредительного контроля.

• контроль чистоты посуды: посуду высушивают при 120 °С. Допускается мытье кислотой и высушивание при более низкой температуре;
• подготовка фильтров при определении растворенного органического углерода: мембранные фильтры предварительно промывают 0,1 м соляной кислотой;
• качество дистиллированной воды: дистиллированную воду готовят без использования резиновых пробок, шлангов, используют УФ-облучение, двойную дистилляцию со смесью перманганата и бихромата калия;
• чистота газа-окислителя

При отборе проб следует руководствоваться следующими правилами:

• Объем пробы - 50-100 мл. Пробы наливают доверху, используют стеклянную посуду.
• Анализ выполняют в течение суток или консервируют пробы о-фосфорной кислотой (0,1 мл на 100 мл пробы), соляной или серной кислотой до рН<2;
• Пробы хранят в холодильнике не более месяца.

Известно большое число международных стандартов по определению органического углерода в воде (ASTM D 4839, 4779, 2579,4129; ISO 8245; EPA 415.1, 415.2, 415.3; Standard Method 5310A, 5310B, 5310C, 5310D). В настоящее время подготовлен проект ГОСТа на метод определения общего и растворенного органического углерода, в котором достаточно подробно описаны все необходимые процедуры и который в ближайшее время будет утвержден ТК 343 «Качество воды».