УСКОРЕННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к промышленной санитарии и может быть использовано на предприятиях пищевой промышленности при определении пригодности конденсата вторичных паров молока вакуум-выпарных аппаратов для использования в технологических целях (для питания паровых котлов, мойки оборудования и др.)
Известен способ определения химического потребления кислорода (ХПК) в растворах, содержащих органические соединения (сточные воды), предусматривающий отмеривание определенного объема пробы, внесение ее в реакционный сосуд, внесение в этот же сосуд воды, бихромата калия, серной кислоты и катализаторов сульфата ртути и сульфата серебра, кипячение смеси в течение 2 ч, охлаждение, титрование неизрасходованного в процессе реакции бихромата калия раствором соли Мора и вычисление величины ХПК по количеству раствора соли Мора, затраченного на титрование /1/.

Недостаток известного способа заключается в большой продолжительности и вредных условиях труда (кипячение серной кислоты). Необходимость использования солей ртути делает данный способ неприемлемым для лабораторий предприятий молочной промышленности, так как согласно требованиям Минздрава такая лаборатория, работающая с ртутью и ее соединениями, должна располагаться в отдельно стоящем здании. Последнее, в свою очередь, не соответствует нормам и правилам проектирования предприятий молочной промышленности (согласно этим правилам контрольная лаборатория должна находиться в производственном здании).

Необходимость использования солей серебра делает этот способ неприемлемым для массового анализа по причине больших затрат драгоценного металла (около 0,5 г сульфата серебра на 1 анализ).

В качестве прототипа принят ускоренный способ определения ХПК растворами, содержащими органические соединения (сточными водами), предусматривающий отмеривание определенного объема пробы, внесение ее в реакционный сосуд, внесение в этот же сосуд бихромата калия, серной кислоты и катализатора - сульфата ртути, выдерживание смеси в течение 2 мин, охлаждение, титрование неизрасходованного в процессе реакции бихромата калия раствором соли Мора и вычисление величины ХПК по количеству раствора соли Мора, затраченного на титрование.

Недостаток способа по прототипу заключается в малой его чувствительности, что делает известный способ непригодным для анализа растворов, содержащих малые количества органических соединений, например, конденсата вторичных паров вакуум-выпарных аппаратов, концентрирующих молоко. Так, ХПК конденсата вторичных паров обычно равно 10.50 мг/л, а способ по прототипу пригоден лишь для определения ХПК более 50 мг/л /2/. Кроме того, способ по прототипу требует использования соединений ртути, что недопустимо для лабораторий предприятий пищевой промышленности (об этом было сказано выше).

Целью изобретения является повышение чувствительности (снижение нижнего предела определения) известного способа и исключение использования соединений ртути.

Поставленная цель достигается тем, что объем пробы раствора принимают равным от 20 до 25 куб.см, количество бихромата калия от 0,0153 до 0,0184 г, серной кислоты от 45 до 50 куб.мм, а время выдержки от 3 до 5 мин.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В коническую колбу, изготовленную из термостойкого стекла, вносят 20.25 куб.см исследуемого раствора, 2,5.3,5 куб.см 0,125 н раствора бихромата калия (0,0153.0,0215 г) и 45.50 куб.см концентрированной серной кислоты. Смесь саморазогревается за счет реакции серной кислоты с водой. Смесь выдерживают в течение 3.5 мин, затем охлаждают водой до комнатной температуры, приливают 100 куб. см дистиллированной воды, вносят 3.4 капли раствора индикатора "ферроин" и титруют раствором соли Мора до перехода окраски раствора из светложелтой в коричневую.

Пример. Реактивы. Серная кислота плотностью 1840 кг/куб.м. Ферроин - 1,485 г 1,10 фенантролина и 0,695 г сульфата железа (II) семиводного растворили в мерной колбе вместимостью 100 куб.см и довели водой до метки. 0,125 н раствор бихромата калия 6,129 г реактива растворили в мерной колбе вместимостью 1 л и довели водой до метки. Раствор соли Мора конц. около 0,125 н растворили 98 г соли Мора в мерной колбе вместимостью 1 л, довели водой до метки и установили титр по раствору бихромата калия.

Выполнение определения. В коническую термостойкую колбу внесли 22,5 куб. см конденсата вторичных паров молока вакуум-выпарной установки, 3,0 куб.см 0,0125 н раствора бихромата калия (0,0184 г), перемешали и внесли 47,5 куб. см серной кислоты. Содержимое колбы разогрелось. Через 4 мин колбу охладили под водой, внесли в нее 100 куб.см дистиллированной воды и 3 капли ферроина. Смесь титровали раствором соли Мора до перехода окраски из светло-желтой в красно-коричневую.

Результаты анализа
ХПК, мг кислорода/л 46,9
Случайная погрешность анализа (относительная), 6,5
Тот же образец молока был подвергнут анализу в условиях, которые приведены в графах 2, 3, 4 табл. 1. Результаты анализа изложены в графах 5, 6 той же таблицы.

Рассмотрение данных примера показывает, что оптимальные условия проведения анализа соответствуют следующим условиям:
количество образца, куб.см 22,5;
количество бихромата, г 0,0184;
количество кислоты, куб.см 47,5.

Этим условиям соответствует минимальная случайная погрешность 6,5% При отклонении от этих условий погрешность растет сначала незначительно анализы 1 и 2, а затем очень резко анализы 3 и 4. Средние результаты, полученные при оптимальных условиях проведения эксперимента и в опытах 1 и 2 различаются незначимо (различие находится в пределах случайной погрешности). Результаты, полученные в опытах 3 и 4, отличаются от остальных различие выходит за пределы случайной погрешности.

Анализ этого же образца по прототипу дал результат 40,9 мг/л с относительной случайной погрешностью 35% Это явное занижение результата при неприемлемо большой погрешности. Причина заключается в том, что способ по прототипу неприемлем для анализа образцов с малыми значениями ХПК (менее 50 мг/л), т.е. имеет слишком малую чувствительность.

В качестве арбитражного способа (способа с нулевой систематической и минимальной случайной погрешностью) был использован способ по аналогу. Он дал результат, незначимо отличающийся от полученного заявленным способом, 47,2 мг/л и относительную погрешность 3%
Таким образом, заявленный способ позволяет получить чувствительность выше, чем по прототипу.

Так как при использовании заявленного способа соединения ртути не применяются, техника безопасности повышается.

Сравнение основных показателей предложенного способа и способа по прототипу приведено в табл. 2.

Выигрыш в чувствительности достигается за счет увеличения объема пробы. При этом количество серной кислоты увеличивается, но не пропорционально объему пробы, а несколько меньше, так как чрезмерное количество серной кислоты увеличивает погрешность определения (см. табл. 1). Необходимое соотношение между объемом пробы и количеством кислоты было найдено экспериментально с помощью полного факторного плана, откликом в котором служила величина погрешности определения.

Количество бихромата несколько уменьшено по сравнению с прототипом (оптимум найден экспериментально аналогичным образом), так как излишек бихромата, равно как и его недостаток значимо увеличивают погрешность.

Время выдержки увеличено по сравнению с прототипом (оптимум найден экспериментально с помощью все того же полного факторного плана). Отклонение от оптимума приводит к повышению погрешности.

Использование: промышленная санитария, исследование и внедрение систем оборотно-повторного водоснабжения и нормирование расходов сточных вод на предприятиях пищевой промышленности. Сущность: анализируемый раствор приводят в контакт с 0,125 н раствором бихромата калия и серной кислотой в объемном соотношении (8-10): (1-1,4):(18-20), полученную смесь выдерживают в течение 3-5 мин, охлаждают до комнатной температуры, добавляют индикатор ферроин и титруют избыток бихромата калия раствором соли Мора. 2 табл.

Ускоренный способ определения химического потребления кислорода водными растворами, содержащими органические соединения, включающий приведение анализируемого раствора в контакт с раствором бихромата калия и серной кислотой, выдержку, охлаждение смеси до комнатной температуры, добавление индикатора ферроина, титрование избытка бихромата калия раствором соли Мора, отличающийся тем, что концентрация раствора бихромата калия составляет 0,125н, а объемное соотношение анализируемого раствора, раствора бихромата калия и серной кислоты составляет 8 10 1 1,4 18 20, выдержку осуществляют в течение 3 5 мин.