СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО КОЛИЧЕСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИАКРИЛАМИДНЫХ КАТИОННЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ В ОЧИЩЕННОЙ ВОДЕ Российский патент 1999 года по МПК G01N33/18 G01N21/00 

Изобретение относится к методам аналитического определения остаточного количества синтетических полиакриламидных катионных флокулянтов в питьевой воде, после очистки сточных вод и может быть использовано в пищевой промышленности.

Известен способ количественного определения полиакриламидных флокулянтов, основанный на измерении скорости фильтрации растворов через мембранные фильтры. Концентрацию флокулянта определяют по градуировочному графику, который строят на основании измерений фильтруемости растворов, содержащих известные количества полиакриламида (Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды, -М.: Стройиздат, 1975, с. 50).

Недостатком данного метода является низкая воспроизводимость результатов измерения и необходимость полного удаления взвешенных веществ из анализируемой пробы, а также невысокая чувствительность определения.

Известен нефелометрический метод определения синтетических полиакриламидных флокулянтов в водных растворах, основанный на понижении растворимости флокулянта в присутствии органического растворителя, в котором анализируемую пробу обрабатывают глицерином, подкисляют до pH 1-3, нагревают до получения прозрачного раствора и фототурбидиметрируют после охлаждения (SU 868490, G 01 N 21/00, 1981).

Недостатками способа являются невысокая чувствительность определения и необходимость тщательного удаления посторонних примесей.

Известен фотоколориметрический метод определения водорастворимых акрилатных флокулянтов в водных растворах, основанный на образовании окрашенных комплексов с медью, в котором анализируемую пробу, содержащую 0,3-500 млн^-1 полимера, при pH 3-8 смешивает с водорастворимой солью меди Cu(NO₃)₂ и колориметрируют образовавшийся окрашенный комплекс (US 3516795, G 01 N 33/28, 1970).

Недостатком способа является низкая чувствительность определения.

Известен способ определения остаточного количества синтетического катионного флокулянта - четвертичной аммониевой соли на основе полистирола и поливинилтолуола в питьевой воде, основанный на адсорбционном концентрировании с использованием гидроксиксантенового красителя, в котором образующийся специфически окрашенный нерастворимый адсорбционный комплекс красителя с флокулянтом осаждают при помощи коагулянта - соли алюминия, осадок отстаивают в течение 10 ч, отфильтровывают на бумажном фильтре и визуально сравнивают окраску фильтра со стандартной шкалой; границы определяемых содержаний флокулянта 0,01 - 0,14 мг/л (RU 2080595 Cl, G 01 N 33/18, 27.05.97).

Недостатками способа являются большая продолжительность и трудоемкость определения, связанная с длительностью стадий коагуляционного осаждения и фильтрования, а также невозможность количественных измерений и метрологической аттестации результатов определения вследствие визуальной оценки интенсивности окраски анализируемого образца и стандартной шкалы.

Наиболее близким по технической сущности является седиментационный метод определения полиакриламида в питьевой воде, основанный на ускорении осаждения (седиментации) водной суспензии глины-каолина, которая вносится в воду, содержащую полиакриламид (ГОСТ 19355-85 СССР. Методы определения полиакриламида, с. 6-10). Способ включает приготовление индикаторной водной суспензии глины-каолин, заполнение сосудов (пробирок) стандартными растворами флокулянта с возрастающей концентрацией и анализируемой пробой очищенной воды, добавление в стандартные растворы и анализируемую пробу одинакового количества индикаторной суспензии, их последовательное перемешивание переворачиванием каждого сосуда, отстаивание полученной суспензии, отбор из каждого сосуда части осветленного слоя жидкости после фиксированного времени отстаивания суспензии, турбидиметрическое измерение мутности отобранных проб осветленной жидкости и расчет количества флокулянта в анализируемой пробе по градуировочному графику.

Способ предназначен для определения только продуктов "Полиакриламидгель", являющихся нейтральными или слабоанионными флокулянтами. Недостатками способа являются невозможность определения катионных флокулянтов на основе полиакриламида в концентрациях ниже 0,2 мг/л вследствие малой эффективности взаимодействия индикаторной суспензии каолина с флокулянтами данного типа, а также невысокая точность результатов измерений вследствие невозможности соблюдения идентичности условий добавления и перемешивания индикаторной суспензии с растворами флокулянтов.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и точности определения остаточного количества катионных синтетических полиакриламидных флокулянтов в очищенной воде.

Предложенный способ включает приготовление индикаторной водной суспензии, содержащей, мас.%:
Глина HFF-специальная - 20-30
Зерновая мука - 3-7
Вода - До 100
заполнение сосудов стандартными растворами флокулянтов с возрастающей концентрацией в диапазоне 0,025-0,15 мг/л и анализируемой пробой очищенной воды, введение в стандартные растворы и анализируемую пробу 0,004-0,01 мас.% минеральной соли калия, добавление в стандартные растворы и анализируемую пробу на дно сосудов под слой жидкости одинакового количества индикаторной суспензии 0,8-1,2 об.%, последующее одновременное перемешивание стандартных растворов и анализируемой пробы с индикаторной суспензией в идентичных условиях путем переворачивания сосуда при помощи вращающегося штатива (рамки) с закрепленными в нем сосудами, отстаивание полученной суспензии, отбор из каждого сосуда части осветленного слоя жидкости после фиксированного времени отстаивания суспензии, турбидиметрическое измерение мутности отобранных проб осветленной жидкости, обработку результатов турбидиметрического измерения методом компарирования.

Для приготовления индикаторной суспензии отмеривают 140-147 г (67-70 мас. %) воды, добавляют 48-63 г (23-30 мас.%) глины HFF-специальная и 7-15 г (3-7 мас.%) зерновой муки, тщательно перемешивают суспензию до получения однородной массы и выстаивают не менее 20 мин.

Глина HFF-специальная содержит 60 мас.% каолинита, 25 мас.% иллита, 2 мас.% монтмориллонита и 13 мас.% кварца и является товарным продуктом, выпускаемым фирмой "H.J.BRAUN TONBERGBAU" (копия сертификата прилагается).

Для приготовления разбавляющей воды для стандартных растворов флокулянта отбирают на водоочистных сооружениях воду до введения в нее флокулянта и фильтруют через бумажный фильтр "синяя лента" или мембранный фильтр N 6 (предварительный), диаметр пор 3-5 мкм. Для приготовления серии стандартных растворов флокулянта используют порошкообразный продукт - катионный флокулянт на основе полиакриламида с известным содержанием основного вещества. По навеске готовят исходный раствор флокулянта с установленной концентрацией. Затем разбавлением исходного раствора готовят серию из 5 стандартных растворов с возрастающими концентрациями: 0,025; 0,050; 0,075; 0,10; 0,15 мг/л. Для этого во вращающийся штатив устанавливают 6 цилиндрических сосудов (цилиндров) одинакового диаметра. Пять цилиндров заполняют приготовленной разбавляющей водой без флокулянта примерно на 2/3 объема. В каждый из 5 цилиндров помещают соответствующие концентрациям стандартной серии количества исходного раствора флокулянта, доводят объем в цилиндрах разбавляющей водой до 500 мл, закрывают цилиндры затворной планкой и перемешивают переворачиванием штатива с цилиндрами.

В шестой цилиндр помещают 500 мл анализируемой пробы очищенной воды.

В каждый из 6 цилиндров добавляют по 2-5 мл 1%-ного раствора (0,004- 0,01 мас.%) соли калия (хлорида или нитрата калия) и перемешивают переворачиванием штатива с цилиндрами.

Затем при помощи поршневой пипетки с насадкой в виде трубки под слой жидкости на дно каждого из 6 цилиндров помещают по 4-6 мл (0,8-1,2 об.%) индикаторной суспензии и перемешивают содержимое цилиндров переворачиванием штатива с цилиндрами.

После 5-20-минутного отстаивания суспензии из каждого цилиндра с равной глубины отбирают одинаковые количества осветленной жидкости, достаточные для заполнения кюветы фотометрического прибора, и проводят турбидиметрическое измерение мутности отобранных проб (Крешков А.П. Основы аналитической химии. Ч. 3. Физические и физико-химические (инструментальные) методы анализа. -М: Химия, 1977, с. 285-286).

Для дальнейшего измерения методом компарирования (Советский энциклопедический словарь. -М.: Советская энциклопедия, изд. 4, 1987, с. 163) выбирают стандартный раствор, в котором измеренная остаточная мутность наиболее близка к остаточной мутности анализируемой пробы очищенной воды.

Для количественного определения концентрации флокулянта в очищенной воде методом компарирования в штатив устанавливают 6 цилиндров одинакового диаметра. В трех из них готовят по 500 мл стандартного раствора, идентифицированного с анализируемой пробой в ходе предыдущего измерения. В три оставшиеся цилиндра помещают по 500 мл анализируемой пробы очищенной воды. Затем проводят обработку растворов в цилиндрах и турбидиметрические измерения по вышеописанной методике.

Получают по 3 параллельных значения оптической плотности стандартного раствора известной концентрации и анализируемой пробы.

За результат измерения принимают значение концентрации анализируемой пробы C_п, рассчитанное по формуле

где C_с - концентрация стандартного раствора флокулянта, мг/л;
Д_с - остаточная мутность стандартного раствора флокулянта, рассчитанная как среднее арифметическое значение результатов трех параллельных измерений;
Д_п- остаточная мутность анализируемой пробы очищенной воды, рассчитанная как среднее арифметическое значение трех параллельных измерений.

Предложенный состав индикаторной суспензии, введение фонового электролита - минеральный соли калия, приемы обработки растворов стандартной серии и анализируемой пробы, т.е. добавление индикаторной суспензии на дно сосудов под слой жидкости и идентичность условий перемешивания с индикаторной суспензией одновременно всех растворов стандартной серии и анализируемой пробы очищенной воды, а также использование метода компарирования для обработки результатов турбидиметрических измерений приводит к повышению чувствительности и точности определения остаточного количества катионных синтетических полиакриламидных флокулянтов в очищенной воде и позволяет определить их на уровне концентраций 0,025-0,15 мг/л.

Пример 1. Определение остаточного количества полиакриламидного катионного флокулянта Праестол 650TR в питьевой воде.

Для приготовления индикаторной водной суспензии отмеривают 14 г (67 мас. %) воды, добавляют 63 г (30 мас.%) глины HFF-специальная и 7 г (3 мас.%) пшеничной муки, тщательно перемешивают компоненты суспензии и отстаивают в течение 20 мин; для приготовления разбавляющей воды для стандартных растворов флокулянта отбирают на очистных сооружениях воду до точки введения флокулянта и отфильтровывают ее через бумажный фильтр "синяя лента"; для приготовления исходного раствора флокулянта используют порошкообразный товарный продукт Праестол 650TR, содержащий 99,95 мас.% основного вещества (производство "Штокхаузен ГмбХ и КГ", Германия); по навеске порошкообразного продукта исходный раствор N 1, с массовой концентрацией флокулянта 1 г/л. Затем разбавлением готовят исходный раствор N 2 с массовой концентрацией флокулянта 5 мг/л.

Во вращающийся штатив устанавливают 6 пронумерованных цилиндров вместимостью по 600 мл в порядке возрастания номеров. Цилиндры 1-5 заполняют на 2/3 объема разбавляющей водой без флокулянта. Помещают в каждый цилиндр соответственно N1 2,5 мл; N2 5,0 мл; N3 7,5 мл; N4 10,0 мл; N5 15 мл исходного раствора Праестола N 2 с содержанием флокулянта 5 мг/л, доводят объемы в цилиндрах до 500 мл разбавляющей водой, закрывают цилиндры затворной планкой и перемешивают десятикратным переворачиванием штатива с цилиндрами. Содержание Праестола в стандартной серии: 0,025; 0,05; 0,075; 0,10; 0,15 мг/л соответственно. В цилиндр N 6 помещают 500 мл анализируемой пробы питьевой воды с известным содержанием Праестола 0,025 мг/л.

В каждый из 6 цилиндров при помощи мерной пипетки вводят по 2 мл 1% раствора (0,004 мас.%) хлорида калия и перемешивают 10-кратным переворачиванием штатива с цилиндрами. Затем при помощи поршневой пипетки на дно каждого цилиндра под слой жидкости помещают по 4 мл (0,8 об.%) индикаторной суспензии и перемешивают содержимое цилиндров десятикратным переворачиванием. После 5-минутного отстаивания суспензии из каждого цилиндра при помощи мерной пипетки отбирают по 5 мл раствора на глубине ~10 см от поверхности жидкости, помещают в чистые пробирки и измеряют остаточную мутность отобранных проб турбидиметрическим методом путем измерения оптической плотности на фотоэлектроколориметре. Непосредственно перед измерением каждую пробирку тщательно взбалтывают.

Результаты измерений приведены в табл. 1.

Для количественного измерения по методу компарирования выбирают стандартный раствор, в котором измеренная оптическая плотность наиболее близка к оптической плотности анализируемой пробы: это стандартный раствор с концентрацией флокулянта 0,025 мг/л.

Устанавливают в штатив 6 пронумерованных цилиндров. В трех из них готовят стандартный раствор с концентрацией Праестола 0,025 мг/л. Для этого в цилиндры N 1-3 помещают по 2,5 мл исходного раствора N 2 с содержанием Праестола 5 мг/л, доводят объем в цилиндрах до 500 мл разбавляющей водой, закрывают цилиндры затворной планкой и перемешивают переворачиванием штатива с цилиндрами. В оставшиеся цилиндры N 4-6 помещают по 500 мл анализируемой пробы питьевой воды.

Затем выполняют обработку растворов в цилиндрах и турбидиметрические измерения по вышеописанной методике. Получают по 3 параллельных значения оптической плотности стандартного раствора известной концентрации и анализируемой пробы (табл. 2).

Расчет результата:

Найденное остаточное содержание флокулянта Праестол 650TR в питьевой воде - 0,027 мг/л. Истинное значение - 0,025 мг/л. Относительная погрешность определения - 8%.

Пример 2. Способ по примеру 1, отличающийся тем, что для приготовления индикаторной водной суспензии смешивают 147 г (70 мас.%) воды, 48 г (23 мас. %) глины HFF-специальная и 15 г (7 мас.%) зерновой муки, в цилиндр N 6 помещают анализируемую пробу питьевой воды с содержанием Праестола 0,15 мг/л, в каждый из 6 цилиндров вводят по 5 мл 1% (раствора (0,01 мас.%) нитрата натрия и по 6 мл (1,2 об.%) индикаторной суспензии.

Результаты измерений приведены в табл. 3 и 4.

Измеренные значения оптической плотности для расчета остаточной концентрации флокулянта по методу компарирования
Расчет результата:

Найденное остаточное содержание флокулянта Праестол 650TR в питьевой воде - 0,18 мг/л. Истинное значение - 0,15 мг/л. Относительная погрешность определения - 20%.

По данным статистической обработки результатов определений катионных синтетических полиакриламидных флокулянтов, проведенных с целью метрологической аттестации предложенного способа, погрешность измерений не превышает: ±20% в интервале концентраций флокулянтов 0,025-0,05 г/л; ±40% в интервале концентраций 0,05-0,15 мг/л. По ГОСТ 19355-85 "Методы определения полиакриламида" (прототип) погрешность определений нейтральных и слабоанионных флокулянтов "Полиакриламид-гель" составляет ±25% и ±60% соответственно.

Изобретение относится к методам аналитического определения остаточного количества синтетических полиакриламидных катионных флокулянтов в питьевой воде после очистки сточных вод и может быть использовано в пищевой промышленности. Способ включает приготовление индикаторной водной суспензии, содержащей мас. %: глина HFF-специальная - 20-30; зерновая мука - 3-7; вода - до 100, заполнение сосудов стандартными растворами флокулянтов с возрастающей концентрацией в диапазоне 0,025-0,15 мл/л и анализируемой пробой очищенной воды, введение в стандартные растворы и анализируемую пробу 0,004-0,01 мас.% минеральной соли калия, добавление в стандартные растворы и анализируемую пробу на дно сосудов под слой жидкости одинакового количества индикаторной суспензии 0,8-1,2 об.%, последующее одновременное перемешивание стандартных растворов и анализируемой пробы с индикаторной суспензией в идентичных условиях путем переворачивания сосудов при помощи вращающегося штатива с закрепленными в нем сосудами, отстаивание полученной суспензии, отбор из каждого сосуда части осветленного слоя жидкости после фиксированного времени отстаивания суспензии, турбидиметрическое измерение мутности отобранных проб осветленной жидкости, обработку результатов турбидиметрического измерения методом компарирования, что обеспечивает повышение чувствительности и точности определения остаточного количества катионных синтетических полиакриламидных флокулянтов в очищенной воде. 1 з. п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ определения остаточного количества синтетических полиакриламидных катионных флокулянтов в очищенной воде, включающий приготовление индикаторной водной суспензии на основе глины, заполнение сосудов стандартными растворами флокулянта с возрастающей концентрацией и анализируемой пробой очищенной воды, добавление в стандартные растворы и анализируемую пробу одинакового количества индикаторной суспензии, перемешивание их переворачиванием сосудов, отстаивание полученной суспензии, отбор из каждого сосуда части осветленного слоя жидкости после фиксированного времени отстаивания суспензии, турбидиметрическое измерение мутности отобранных проб осветленной жидкости и расчет количества флокулянта в анализируемой пробе, отличающийся тем, что используют индикаторную водную суспензию, содержащую, мас.%.

Глина HFF-специальная - 23 - 30
Зерновая мука - 3 - 7
Вода - До 100
и стандартные растворы с возрастающей концентрацией в диапазоне 0,025 - 0,15 мг/л, перед добавлением индикаторной суспензии в стандартные растворы и анализируемую пробу вводят 0,004 - 0,01 мас.% минеральный соли калия, индикаторную суспензию добавляют в количестве 0,8 - 1,2 об.% под слой жидкости на дно сосудов, перемешивают стандартные растворы и анализируемую пробу с индикаторной суспензией одновременно в идентичных условиях при помощи вращающегося штатива с закрепленными в нем сосудами и обработку результатов турбидиметрического измерения проводят методом компарирования.