Фотометр КФК 3-01 для анализа содержания ионов тяжелых металлов в воде

Схема оптическая принципиальная приведена на рисунке 1.

Нить лампы 1 изображается конденсором 2 в плоскости входной  щели Д, заполняя ее светом. Далее входная  щель изображается вогнутой дифракционной  решеткой 4 и вогнутым зеркалом 5 в  плоскости выходной щели Д2. Вращая дифракционную решетку вокруг оси, параллельной ее штрихам, выделяют выходной щелью излучение в узких спектральных интервалах в диапазоне от 315 до 990 нм. Объектив 7,8 изображает с увеличением выходную щель перед линзой 10. Линза 10 создает в плоскости фотоприемника 11 световое пятно.

Для уменьшения рассеянного  излучения при работе в диапазоне  длин волн 315 -400 нм после входной  щели автоматически вводится (а затем  автоматически выводится) светофильтр 3.

В кюветное отделение (между  объективом 7,8 и линзой 10) устанавливаются прямоугольные кюветы 9.

Устройство  и работа составных частей фотометра.

Внешний вид фотометров представлен на рисунке 2. Фотометры  выполнены в виде одного блока. На металлическом основании 1 закреплены отдельные узлы, которые закрываются кожухом 2. Кюветное отделение закрывается съемной крышкой 5. Ввод в световой пучок одной или другой кюветы осуществляется перемещением ручки 4 до упора влево или вправо. При установке ручки до упора влево в световой пучок вводится кювета с “холостой пробой” (растворителем или контрольным раствором), при установке ручки до упора вправо в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором. При открытой крышке кюветного отделения шторка автоматически перекрывает световой поток. Ручка 3 служат для поворота дифракционной решетки и установки требуемой длины волны.

Рисунок 1.7-Общий вид фотометра

Эксплуатационные  ограничения.

Если фотометры внесены  в помещение с мороза, то нужно  оставить их в упаковке на 24 ч и  только после этого приступать к распаковке.

Составные части нужно  извлекать из футляра осторожно  и ни в коем случае не брать их за ручки управления.

После распаковки следует  проверить комплектность фотометра  на соответствие паспорту, а затем  ознакомиться с его работой, конструкцией и назначением всех органов управления.

Запрещается приступать к работе на фотометре, не изучив его  предварительно по руководству по эксплуатации.

Вблизи фотометра не должны находиться мощные источники  света и нагревательные устройства. Не допускается попадания прямых солнечных лучей.

Установку длин волн необходимо выполнять подводкой со стороны  коротких длин волн к более длинным. Если при установке значение длины  волны превысило требуемое, необходимо вновь вернуться на 20 - 30 нм к более  коротким волнам и повторно подвести к требуемому значению длины волны.

Рабочие поверхности  кювет перед каждым измерением должны тщательно протираться спирто-эфирной  смесью.

При установке кювет  в кюветодержатели нельзя касаться рабочих участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете). Наличие загрязнений или капель раствора на рабочих поверхностях кюветы приводит к получению неверных результатов измерений.

Жидкость наливается в кюветы до метки на боковой стенке. Жидкость в ограниченном объеме кюветы в некоторых случаях образует мениск. По капиллярам, в особенности по углам кюветы, жидкость поднимается на высоту до 6 мм. Если уровень жидкости превышает метку на боковой стенке кюветы, то наблюдается затекание жидкости по углам, что создает впечатление протекания кюветы.

После заполнения кювет жидкостью закрыть последние крышками. Не наклонять кювету с жидкостью при установке ее в кюветодержатель.

При загрязнении защитного  стекла МПС, мешающего работе, необходимо протереть его сухой ветошью  при отключенном фотометре. Не допускается применение растворителей.

Указание мер  безопасности.

Работа на фотометрах должна производиться в чистом помещении, свободном от пыли, паров кислот и щелочей. Вблизи фотометров не должны располагаться громоздкие изделия, создающие неудобства в работе оператора.

К работе на фотометрах оператор допускается только после изучения руководства по эксплуатации на фотометр, глав Э1.3, Э2.12, Э2.13 “Правил технической  эксплуатации электроустановок потребителей”, утвержденных 21 декабря 1984 г. Главгосэнергонадзором.

Все регулировочные работы, связанные с проникновением в  корпус фотометров к токоведущим  частям, замена неисправных деталей, разъединение и подключение штепсельных  разъемов, должны производиться после  отсоединения фотометров от сети.

Включаются фотометры в сеть через электрошнур. Розетка у потребителя должна быть подсоединена к заземляющей шине.

Для выключения при токовых  перегрузках фотометры имеют  вставку плавкую.

В качестве световой индикации  включения сетевого питания служит появление информации на индикаторе [3].

 

Глава 3 Обзор методик  реализирующих фотометрический  метод

В соответствии с ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая» определение железа в питьевых водах можно проводить следующими методами:

- Фотометрия (ГОСТ 4011)

- ААС (атомно-абсорбционная  спектрофотометрия)

- АЭС (атомно-эмиссионная  спектрометрия)

Определение ионов железа в воде можно проводить по ГОСТ 4011-72.

Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой.

Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации железа, измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р=0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм³.

Приготовление растворов

Приготовление основного стандартного раствора железоаммонийных квасцов 0,8636г железоаммонийных квасцов FeNH₄(SO₄)₂*12H₂O взвешивают с точностью , не превышающей ,00002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³ и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см³ раствора содержит 0,1 мг железа.

Срок и условия хранения раствора – по ГОСТ 4212

Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов:

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 20 раз. 1 см³ раствора содержит 0,005 мг железа.

Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки

Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм³ 107г NH₄Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см³ 25 %-ного раствора аммиака приливают к 100 см³ дистиллированной воды и перемешивают.

Проведение анализа.

При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм³ отбирают 50 см³ исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу вместимостью 100 см3. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см³ добавляют 0,20 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³. Пробу воды нагревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см³. Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, ополаскивают 2-3 раза по 1 см³ дистиллированной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см³ хлористого аммония, 1,00 см³ сульфосалициловой кислоты, 1,00 см³ раствора аммиака (1:1), тщательно перемешивая после добавления каждого реактива. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее 9, то прибавляют еще 1-2 капли раствора аммиака (1:1) до рН 9.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр ( = 400-430 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см³ дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному графику.

Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см³ наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0. 10,0; 15,0; 20,0 см³ рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и анализируют, как исследу емую воду. Получают шкалу растворов, соответствующих массовым концентрациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм³.

Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии реактивов и не реже одного раза в квартал [4]

Измерение массовой концентрации общего железа с ортрофенантролином.

Сущность метода

Метод основан на реакции ортофенантролина с ионами двухвалентного железа в области рН 3-9 с образованием комплексного соединения, окрашенного в оранжево-красный цвет. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации железа. Восстановление железа до двухвалентного проводится в кислой среде гидроксиламином. Окраска развивается быстро при рН 3,0-3,5 в присутствии избытка фенантролина и устойчива в течение нескольких дней. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,05-2,0 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р = 0,95 находится в пределах 0,01-0,02 мг/дм³.

Проведение анализа

Определению мешают цианиды, нитриты, полифосфаты; хром и цинк в концентрации, превышающей в 10 раз массовую концентрацию железа; кобальт и медь в концентрации более 5 мг/дм³ и никель в концентрации 2 мг/дм³. Предварительное кипячение воды с кислотой превращает полифосфаты в ортофосфаты, добавлением гидроксиламина устраняется мешающее влияние окислителей. Мешающее влияние меди уменьшается при рН 2,5-4.

При отсутствии полифосфатов исследуемую воду тщательно перемешивают и отбирают 25 см³ (или меньший объем, содержащий не более 0,1 мг железа, разбавленный, до 25 см³ дистиллированной водой) в мерную колбу вместимостью 50 см³. Если при отборе пробы вода была подкислена, то ее нейтрализуют 25 %-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге. Затем добавляют 1 см³ солянокислого раствора гидроксиламина, 2,00 см³ ацетатного буферного раствора и 1 см³ раствора ортофенантролина. После прибавления каждого реактива раствор перемешивают, затем доводят объем до 50 см³ дистиллированной водой, тщательно перемешивают и оставляют на 15-20 мин для полного развития окраски.

Окрашенный раствор фотометрируют при сине-зеленом светофильтре ( = 490-500 нм) в кюветах с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.

Массовую концентрацию железа находят по градуировочному графику.

В присутствии полифосфатов 25 см³ исследуемой пробы помещают в плоскодонную колбу вместимостью 100-150 см³, прибавляют 1 см³ концентрированной соляной кислоты, нагревают до кипения и упаривают до объема 15-20 см³. После охлаждения раствора его переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, добавляют дистиллированную воду до объема примерно 25 см³ и доводят 25 %-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге.

Далее прибавляют реактивы и проводят анализ, как указано выше (при отсутствии полифосфатов).

Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 см³ вносят 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3.0; 4,0; 5,0; 10,0; 20,0 см³ рабочего стандартного раствора, содержащего в 1 см3 0,005 мг железа, доводят объем дистиллированной водой приблизительно до 25 см³ и анализируют так же, как и исследуемую воду. Получают шкалу стандартных растворов с массовой концентрацией железа 0,0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0 и 2,0 мг/дм³. Фотометрируют в тех же условиях , что и пробу. Строят градуировочный график, откладывая по оси абс цисс массовую концентрацию общего железа в мг/дм³ а на оси ординат -соответствующие значения оптической плотности.

Измерение массовой концентрации общего железа с 2.2-дипиридилом.

Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов двухвалентного железа с 2,2-дипиридилом в области рН 3,5-8,5 с образованием окрашенного в красный цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски пропорциональна массовой концентрации железа. Восстановление трехвалентного железа до двухвалентного проводится гидроксиламином. Окраска развивается быстро и устойчива в течение нескольких дней. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,05-2,00 мг/дм³.

В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р=0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм³.

 

Проведение анализа

Для определения массовой концентрации общего железа исследуемую воду тщательно перемешивают и отбирают 25 см³ (или меньший объем, содержащий не более 0,1 мг железа) в мерную колбу вместимостью 50 см³. Прибавляют 1 см³ раствора гидроксиламина солянокислого, 2,00 см³ ацетатного буферного раствора, 1,00 см³ раствора 2,2-дипириднла и доводят до метки дистиллированной водой. После добавления каждого реактива содержимое колбы перемешивают. Раствор оставляют на 15-20 мин для полного развития окраски. Окрашенный раствор фотометрируют, применяя зеленый светофильтр ( =540 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2-5 см, по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.