< Попер   ЗМІСТ   Наст >

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ВОДИ

Є два підходи до вимірювання якості води. Перший дозволяє визначити параметри якості води in situ, в польових умовах, де вода знаходиться в рівновазі з навколишнім середовищем. Другий підхід грунтується на збиранні проб води у водоймах й вимірюванні якості води в лабораторних умовах з використанням аналітичних інструментів.

Вимірювання in situ параметрів якості води

Вимірювання розчиненого кисню

Природні води, які знаходяться у рівновазі з атмосферою, містять розчинений кисень (РК) у діапазоні концентрацій від 14,5 до 5 мг О2 на 1 літр залежно від температури, солоності та широти місцевості. Розчинений кисень потрапляє у воду з атмосфери завдяки процесам дифузії, аерації та як продукт фотосинтетичної активності рослинного покриву.

Аналіз розчиненого кисню дуже важливий, оскільки дає інформацію щодо біологічних та біохімічних процесів, що відбуваються у водоймах. Якщо кількість розчиненого кисню у водоймах падає нижче нормального рівня, відбувається евтрофікація, яка супроводжується збільшенням швидкості надходження органічної речовини та погіршенням якості води, що впливає на виживання гідробіонтів.

Вимірювання розчиненого кисню здійснюється завдяки застосуванню електрометричної техніки, яка базується на гальванічних або вольтамперних мембранних сенсорах. Типовий пристрій (електрод Кларка) наведено на рис. 20.1.

Він складається з платинового катода у формі диска, на якому підтримується потенціал -0,6 В відносно кільцеподібного срібного анода та тонкої (близько 20 мкм товщиною) мембрани, виконаної з поліетилену або тефлону. Електроди занурені у буферний розчин електроліту КСІ, причому проміжок між електродами та мембраною, заповнений цим розчином, має товщину близько 10 мкм.

Коли пристрій занурюють у воду, якість якої аналізується, молекулярний кисень дифундує через мембрану та плівку електроліту та під впливом прикладеної напруги бере участь у таких електрохімічних реакціях: а) на катоді:

(20.1)

(20.2)

б) на аноді:

(20.3)

(20.4)

Електрод Клерка

Рис. 20.1. Електрод Клерка

Завдяки електроліту КСІ складається замкнутий електричний ланцюг, по якому протікає електричний струм, якщо подати на електроди напругу. Цей результуючий струм прямо пропорційний концентрації молекулярного кисню у розчині.

Вимірювання окисно-відновного потенціалу

Окисно-відновні реакції у природі – це реакції, пов'язані з передачею або приєднанням електронів. При цьому електричні потенціали обох речовин змінюються; речовина, що віддає електрони, набуває позитивний заряд, тоді як та, що приєднує електрони, отримує негативний заряд. Різниця електричних зарядів потенціалів між цими двома речовинами отримала назву окисно- відновного потенціалу (ОВП).

Окисно-відновний потенціал – міра окиснювальної або відновлювальної здатності середовища, яка залежить від зміни в розчині концентрацій іонів Н+ та ОРТ.

Потенціали окисно-відновних реакцій визначаються за припущенням, що електрони, які беруть участь у процесах 2Н+ + - Н2(g), мають потенціал, рівний нулю. Значення всіх інших окисно-відновних потенціалів оцінюються порівняно з цим рівнем.

Вода є складною сумішшю, що містить атоми водню, кисню та інших хімічних елементів, які присутні у воді як домішки. Протікання у воді різноманітних окисно-відновних реакцій пояснює, чому значення окисно-відновного потенціалу води варіює в межах від –400 до +700 мВ. Значення ОВП характеризують хімічний склад води.

Прилади для вимірювання окисно-відновних потенціалів називаються ОВП-метрами. Сучасні ОВП-метри містять два електроди: один із них реагує на зміну концентрації речовини, що визначається. Цей електрод називається індикаторним або робочим. Щоб він не реагував із компонентами речовини, його виготовляють з благородних металів (Au, Pt, Hg) або інертних матеріалів (наприклад, з графіту). Так, золото має високий потенціал відновлення (~ +1600 мВ), а платина має теж високий потенціал відновлення (~ +1200 мВ), високу електропровідність, твердість та характеризується високою інертністю до іонів хлору, які можуть утворювати стабільні комплекси з золотом та сріблом.

Другий електрод називають електродом порівняння; його використовують як точку відліку для параметра, що вимірюється індикаторним електродом. Зазвичай використовують хлоридсрібні (AgCl) або каломельні (Hg2Cl2) електроди.

Процес вимірювання ОВП полягає в тому, що в розчин, який аналізують, занурюють індикаторний електрод і вимірюють його потенціал відносно електрода порівняння.

Рівноважний потенціал зв'язаний з концентрацією рівнянням Нернста:

(20.5)

де E – стандартний електродний потенціал, В; R – молярна газова стала (8,31441 Дж•К-1•моль-1); Т – абсолютна температура, К; F – стала Фарадея (96487 Клмоль'1), п – кількість електронів, які беруть участь у реакції; С(Ох) і C(Red) – концентрації окислювача і відновника відповідно, моль/л.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >