Расчет электропроводности воды

20.12.2014 | Автор: bur

Хороший денек!
Подскажите, существует ли какой или теореточеский способ определения проводимости воды с растворенными в ней соединениями, если известна начальная проводимость воды и четкое количественное содержание растворенных в воде соединений.

Заблаговременно благодарю!

Четкий расчет удельной электропроводности создают по особым эмпирическим формулам с внедрением откалиброванных смесей хлористого калия с заблаговременно известной величиной УЭП. Измеренную величину принято показывать с внедрением единицы измерения Сименс, 1 См обратен 1 Ом. При этом для соленой воды результаты исследовательских работ показываются См/м, а пресной воды – в мкСм/метр, другими словами в микросименсах. Измерение электропроводности аква смесей дает для дистиллированной воды величину УЭП от 2 до 5 мкСм/метр, для осадков величину от 6 до 30 и поболее мкСм/метр, а для пресных речных и озерных вод в тех районах, где воздушная среда очень загрязнена, величина УЭП может колебаться в границах 20-80 мкСМ/см.

Для ориентировочной оценки УЭП можно пользоваться эмпирически отысканным соотношением зависимости УЭП от содержания солей в воде (минерализация):

УЭП (мкСм/cм) = содержание солей (мг/л) / 0,65

Другими словами, для определения УЭП (мкСм/cм) показатель содержание солей (минерализацию воды) (мг/л) делят на поправочный коэффициент 0,65. Величина этого коэффициента колеблется зависимо от типа вод в спектре 0,55-0,75. Смеси хлористого натрия проводят ток лучше: содержание NaCl (мг/л) = 0,53 мкСм/cм либо 1 мг/л NaCl обеспечивает электропроводность в 1,9 мкСм/cм.

Для приблизительного расчета УЭП по содержанию солей в воде (минерализации) можно пользоваться последующим графиком (рис. 1):

Рис. 1. График зависимости УЭП от содержания в воде солей (минерализации).

УЭП также измеряется с помощью специального прибора – кондуктометра, состоящего из платиновых либо железных электродов, погружаемых в воду, через которые пропускается переменный ток частотой от 50 Гц (в маломинерализованной воде) до 2000 Гц и поболее (в соленой воде), методом измерения электронного сопротивления.

Принцип деяния кондуктометра основан на прямой зависимости электроводности воды (силы тока в неизменном электронном поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений. Широкий диапазон соответственного оборудования позволяет на данный момент определять проводимость фактически хоть какой воды, от сверхчистой (очень низкая проводимость) до насыщенной хим соединениями (высочайшая проводимость).

Кондуктометр можно приобрести даже в зоомагазинах, при всем этом вероятны композиции такового прибора с рН метром. Не считая того, таковой прибор можно приобрести в конторах и фирмах, торгующих оборудованием для экологических исследовательских работ www.tdsmeter.ru/com100.html.

Умельцы, отлично владеющие паяльничком, могут сами сделать прибор для измерения электропроводности конструкции И.И.Ванюшина. (журнальчик «Рыбное хозяйство», 1990 г., №5, стр. 66-67. Не считая того, во всех деталях это устройство и методы его калибровки описаны в очень полезной книжке «Современный аквариум и химия», создатели И.Г.Хомченко, А.В.Трифонов, Б.Н.Разуваев, Москва, 1997 г). Прибор изготовлен на всераспространенной микросхеме К157УД2, которая представляет собой два операционных усилителя. На первом собран генератор переменного тока, на втором – усилитель по стандартной схеме, с которого снимаются показания цифровым либо аналоговым вольтметром (рис. 2).

Рис. 2. Самодельный кондуктометр.

Для исключения воздействия температуры измерения эоектропроводности выполняются при неизменной температуре 200С, так как значение электропроводности и итог измерений зависят от температуры, как температура увеличивается хотя бы на 10С, измеряемая величина электропроводности тоже возрастает примерно на 2 %. В большинстве случаев ее пересчитывают по отношению к 200С по корректировочной таблице, или приводятся к ней с внедрением эмпирических формул.

Корректировочная таблица для расчета УЭП.

Температура, °С

Поправочный коэффициент

Температура, °С

Поправочный коэффициент

Температура, °С

Поправочный коэффициент

1,492

1,151

0,937

1,444

1,132

0,919

1,400

1,095

0,901

1,359

1,071

0,840

1,319

1,046

0,810

1,282

1,023

0,790

1,247

1,000

0,770

1,213

0,979

0,750

1,182

0,958

—

Расчет удельной электропроводности воды в этом случае делается по формуле:

УЭП = Cп / R

где Cп — емкость датчика прибора, зависящий от материала и размеров электродов и имеющий размерность см-1, определяется при тарировке прибора по растворам хлористого калия с известной величиной удельной электропроводности; K — температурный коэффициент для приведения измеренной величины при хоть какой температуре к принятому неизменному ее значению; R — измеренное электронное сопротивление воды прибором, в Омах.

Прибор нужно отградуировать в значениях сопротивления. Для градуировки можно советовать последующие сопротивления: 1 кОм (электропроводность 1000 мкСм), 4 кОм (250 мкСм), 10 кОм (100 мкСм).

Для того, чтоб поточнее найти удельную электропроводность, необходимо знать постоянную сосуда для измерения СX. Для этого нужно приготовить 0,01 М раствора хлорида калия (KCl) и измерить его электросопротивление RKCl, (в кОм) в приготовленной ячейке. Емкость сосуда определяется по формуле:

Cп = RKC • УЭПKCl

где УЭПKC — удельная электропроводность 0,01М раствора KCl при данной температуре в мкСм/см, отысканная по корректировочной таблице.

Расчет УЭП после чего делается по формуле:

УЭП = Cп {KТ} / R

где Cп — емкость датчика прибора, зависящий от материала и размеров электродов и имеющий размерность см-1, определяется при калибровке прибора по растворам хлористого калия с известной величиной УЭП; Kт — температурный коэффициент для приведения измеренной величины при хоть какой температуре к принятому неизменному ее значению; R — измеренное электронное сопротивление воды прибором, в Омах.

УЭП соленой воды принято выражать в См/м (См — Сименс, величина, оборотная Ому), пресной воды — в микросименсах (мкСм/см). УЭП дистиллированной воды равна 2—5 мкСм/см, осадков — от 6 до 30 мкСм/см и поболее, в районах с очень грязной воздушной средой, речных и пресных озерных вод 20—800 мкСм/см.

Нормируемые величины минерализации примерно соответствуют удельной электропроводности 2 мСм/см (1000 мг/дм3) и 3 мСм/см (1500 мг/дм3) в случае как хлоридной (в пересчете на NaCl), так и карбонатной (в пересчете на CaCO3). минерализации.

Незапятнанная вода в итоге ее своей диссоциации имеет удельную электронную проводимость при 25 С равную 5,483 мкСм/м.

Более тщательно о способах расчета УЭП смотрите в соответственных разделах нашего веб-сайта.

К.х.н. О.В. Мосин

Ниже приводятся методические по расчету общей минерализации, ионной силы, жесткости и определения содержания сульфат-ионов в природных и сточных водах по величине удельной электропроводности как обобщенного показателя их свойства.

Определение электропроводности (L) воды сводится к измерению оборотной ее величины — сопротивления (R), которое вода оказывает приходящему через нее току. Таким макаром, L= 1:R, и потому величина электропроводности выражается в оборотных Омах, а по современной систематизации СИ — в Сименсах (См).

Величина удельной электропроводности сохраняется постоянной в границах допускаемой погрешности (10%) при наличии в природных и сточных водах разных по природе органических соединений (до 150 мг/дм) и взвешенных веществ (до 500 мг/дм3).

Для измерения удельной электропроводности (кси) могут быть применены любые кондуктометры с спектром от 1*10(-6) См/см до 10*10(-2) См/см.

Значения содержания ингредиентов и неких гидрохимических характеристик обычно даются в размерности мг-экв/дм.куб, обычно применяемой в гидрохимии и справочной литературе; они численно равны значениям, выраженным в согласовании с Интернациональной системой единиц СИ в молях либо миллимолях эквивалента на дм.куб. воды.

1. ПОЛУЧЕНИЕ И КОНТРОЛЬ Свойства ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ

1.1. НОРМАТИВЫ Свойства

В лабораториях по контролю свойства природных и сточных вод дистиллированная вода является главным растворителем для изготовления реактивов, разбавителем исследуемых проб, экстрагентом, также употребляется для ополаскивания лабораторной посуды. Потому для удачной работы хоть какой химико-аналитической лаборатории вместе с выполнением таких критерий, как высочайшая квалификация профессионалов, наличие четких поверенных устройств, внедрение реактивов требуемой степени чистоты, стандартных образцов и стандартной мерной посуды, огромное внимание должно быть уделено качеству дистиллированной воды [14], которая по своим физико-химическим показателям должна соответствовать требованиям ГОСТ 670972 [1] (см. таблицу).

Таблица

НОРМАТИВЫ

Свойства ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ ПО [1]

рН ¦ 5,4-6,6 ¦

Вещества, восстанавливающие КМnО4 ¦ 0,08 ¦

Остаток после выпаривания ¦ 5,0 ¦

Остаток после прокаливания ¦ 1,0 ¦

Аммиак и соли аммония ¦ 0,02 ¦

Нитраты ¦ 0,20 ¦

Сульфаты ¦ 0,50 ¦

Хлориды ¦ 0,02 ¦

Алюминий ¦ 0,05 ¦

Железо ¦ 0,05 ¦

Кальций ¦ 0,80 ¦

Медь ¦ 0,02 ¦

Свинец ¦ 0,05 ¦

Цинк ¦ 0,20 ¦

Удельная электропроводность при 20 град. С менее 5*10(-6) См/см

Если все характеристики соответствуют установленным нормам, то дистиллированная вода применима для использования в лабораторных исследовательских работах, и ее качество не воздействует на метрологические свойства выполняемых в лаборатории анализов. Нормативы периодичности проведения контроля свойства дистиллированной воды не установлены.

1.2. ПОЛУЧЕНИЕ И КОНТРОЛЬ Свойства

Дистиллированную воду получают в дистилляторах разных марок. Дистиллятор устанавливают в отдельном помещении, воздух которого не должен содержать вещества, просто поглощаемые водой (пары аммиака, соляной кислоты и др.). При начальном пуске либо при пуске дистиллятора после долговременной консервации использование дистиллированной водой разрешается только после 40 часов работы дистиллятора и после проверки свойства получаемой воды в согласовании с требованиями ГОСТ [1].

Зависимо от состава начальной воды может быть получена дистиллированная вода различного свойства.

При высочайшем содержании в воде солей кальция и магния на поверхности нагревательных частей, внутренних стенах парообразователя и холодильной камеры появляется накипь, в итоге чего ухудшаются условия термообмена, приводящие к понижению производительности и сокращению срока службы дистиллятора. В целях умягчения начальной воды и уменьшения образования накипи аппарат целенаправлено эксплуатировать в комплексе с противонакипным магнитным устройством либо хим водоподготовителем (на базе ионообменных смол в натриевой форме), к примеру марки КУ-2-8чс.

Вопрос о сроках проведения повторяющейся профилактической промывки дистиллятора и чистки от накипи решается опытным методом, руководствуясь при всем этом данными о качестве дистиллированной воды при повторяющемся контроле [14]. После чистки и промывки дистиллятора дистиллированная вода вновь анализируется по всем показателям согласно ГОСТ [1].

Все результаты анализов воды следует заносить в журнальчик, где сразу нужно отражать режим работы дистиллятора. Анализ приобретенных результатов позволит установить для каждой начальной воды собственный режим работы аппарата: период эксплуатации, срок его отключения для проведения профилактической очистки, мойки, промывки и т.д.

Если в качестве начальной воды употребляется вода с высочайшим содержанием органических веществ, то часть их может перейти с отгоном в дистиллят и повысить контрольную величину окисляемости. Потому ГОСТ [1] предугадывает определение содержания органических веществ, восстанавливающих марганцовокислый калий.

Для освобождения перегоняемой воды от органических примесей и улучшения свойства дистиллята рекомендуется использовать хим водоподготовители с гранулированным сорбентом из березового активированного угля либо с макропористым гранулированным анионитом марки АВ-17-10П.

При обнаружении в дистиллированной воде веществ, восстанавливающих перманганат калия в концентрации более 0,08 мг/дм нужно провести вторичную перегонку дистиллята с добавлением в него перед отгоном раствора 1% КМnО4, из расчета 2.5 см.куб на 1 дм воды. Общая издержка времени на контроль свойства дистиллированной воды по всем 14 показателям, обозначенным в таблице, составляет 11 часов рабочего времени аналитика (65 лабораторных единиц [2]). Определение удельной электропроводности воды прибыльно отличается по временным затратам от обычного хим анализа при определении отдельных характеристик, т.к. издержка времени на ее определение составляет менее 1 лабораторной единицы (10 минут) и рекомендуется как экспресс — способ при контроле свойства дистиллированной воды.

По величине удельной электропроводности можно обобщенно охарактеризовать всю сумму составляющих остаточного количества минеральных веществ (в том числе нитраты, сульфаты, хлориды, алюминий, железо, медь, аммиак, кальций, цинк, свинец).

По мере надобности получения экспрессных сведений о содержании в воде сульфат-ионов последнее может быть рассчитано по величине удельной электропроводности и содержанию гидрокарбонати хлорид-ионов [3, 4] (см. раздел 2).

Согласно ГОСТ [1] итог намерения величины дистиллированной воды выражается при 20 град. С

1.3. УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ

Дистиллированная вода для лабораторных исследовательских работ должна быть свежеперегнанной. По мере надобности воду можно хранить в герметически закрытых полиэтиленовых либо фторопластовых бутылях. Для предотвращения поглощения из воздуха углекислоты бутыли с дистиллированной водой должны быть закрыты пробками с хлоркальциевыми трубками. Безаммиачная вода хранится в бутыли, закрытой пробкой с «гуськом», содержащим раствор серной кислоты.

3. УСТАНОВЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ОБЩЕЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ

3.1. ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ

Одним из более принципиальных характеристик свойства воды является величина общей минерализации, обычно определяемая гравиметрически по сухому остатку. Используя данные хим анализа о содержании хлорид-, гидрокарбонати сульфат-ионов, при помощи переводных множителей можно высчитать величину общей минерализации (М, мг/дм.куб.) исследуемой воды по формуле (2) [3]:

М=[НСО(3-)*80+[Сl-]-55+[SO4(2-)]*67

(2)

где [НСО(3-)], [Сl], [SO4(2-)] — концентрации гидрокарбонат-, хлорид-, сульфат-ионов в мг-экв/дм.куб. соответственно. Численные множители примерно отвечают среднеарифметическим значениям молярных масс эквивалентов солей соответственного аниона с кальцием, магнием, натрием и калием.

3. Метод ОЦЕНКИ ИОННОЙ СИЛЫ Аква РАСТВОРА

В практике гидрохимических исследовательских работ величина ионной силы воды применяется при контроле ионного состава воды при помощи ионселективных электродов, также при экспрессном расчете общей жесткости.

Расчет ионной силы (мю) природных и сточных вод делается по результатам двукратного измерения величины удельной электропроводности воды: неразбавленной (кси1) и разбавленной в соотношении 1:1 (кси2).

Вычисление ионной силы делается по формуле (4) [3]:

(мю)=К*См10 (4)

где См — общая минерализация воды, рассчитанная по величине удельной электропроводности как а * 10(4) и выраженная в мг-экв/дм.куб;

К — ионный показатель, устанавливаемый при помощи корректировочной таблицы по величинам См и кси2/кси1.

Рассчитанные данным методом значения (мю) природных и сточных вод (даже содержащих огромное количество взвешенных частиц) согласуются с величинами (мю), определенными по данным хим анализа содержания основных ионов; расхождение результатов 2-ух методов не превосходит 10%, что согласуется с допускаемыми нормативами воспроизводимости.

Данный экспрессный метод определения ионной силы природных и сточных вод более экономичен и имеет преимущество при контроле мутных и окрашенных вод.

4. Метод ОЦЕНКИ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Смещая твердость является одним из важных групповых характеристик свойства воды для всех типов водопользования. Принятое комплекснометрическое определение жесткости [12] имеет существенное ограничение и не может быть применено при анализе мутных и окрашенных вод, также при значимом содержании ряда металлов. Такие воды при определении общей жесткости должны подвергаться специальной обработке [12], что связано с повышением расхода хим реактивов и дополнительными затратами рабочего времени на проведение анализа.

Ускоренный метод оценки приблизительной величины общей жесткости (Ж общ.) основан на данных, получаемых по результатам измерения электропроводности. Расчет создают по формуле (5) [3]%

Ж общ.= 2(мю) * 10(3) — (2См + SO4(2-)]) (5)

где (мю) — величина ионной силы воды (расчет по данным электропроводности, см. раздел 4); См — общая минерализация, мг-экв/дм.куб. (расчет по данным электропроводности, см. раздел 4); [SO4(2-)] — концентрация сульфат-ионов, мг-экв/дм.куб. (расчет по данным электропроводности, см. раздел 2, либо другого способа). Погрешность определения жесткости данным методом находится в границах допустимых норм (5% [9]). Метод рекомендуется как ускоренный для оценки общей жесткости в критериях массового анализа проб в системе экологического мониторинга, в особенности в случае мутных, окрашенных вод и вод, очень грязных ионами ряда томных металлов.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ 6709-72 «Вода дистиллированная».

[2] Указания по организации и структуре лабораторного контроля в системе Минжилкомхоза РСФСР. М. 1986.

[3] Воробьев И.И. Применение измерения электропроводности для свойства хим состава природных вод. М., Изд-во АН СССР, 1963-141 с.

[4] Почкин Ю.Н. Определение электропроводности воды при исследовании солевого режима открытых водоемов // Гигиена и санитария. 1967, N 5.

[5] ГОСТ 17403-72. Гидрохимия. Главные понятия. Определения и определения.

[6] Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., Химия, 1984.-447 с.

[7] РД 52.24.58-88. Методика выполнения измерений содержания сульфат-ионов титриметрическим способом с солью бария.

[8] РД 52.24.53-88. Методика выполнения измерении содержания сульфат-ионов с солью свинца.

[9] ГОСТ 27384-87. Вода. Нормы погрешности измерения показателен состава и параметров.

[10] ГОСТ 26449.1-85. Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Способы хим анализа соленых вод.

[11] Информационный листок N 29-83. Определение содержания котловой воды. ЦНТИ, Архангельск. 1983.

[12] Управление по хим анализу поверхностных вод суши. Л., Гидрометеоиздат. 1977. — 537 с.

[13] Ускоренное установление общей минерализации, общей жесткости, ионной силы, содержания сульфат-ионов и свободной СО2 по удельной электропроводности. Казань. ГИДУВ. 1989. — 20 с.

[14] Методические советы по контролю свойства дистиллированной воды. Казань. ГИДУВ. 1986. — 8 с.

Рубрика: Все о воде | Метки: воды, уэп, электропроводности