RU2689404C1 - Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration - Google Patents
Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689404C1 RU2689404C1 RU2018110468A RU2018110468A RU2689404C1 RU 2689404 C1 RU2689404 C1 RU 2689404C1 RU 2018110468 A RU2018110468 A RU 2018110468A RU 2018110468 A RU2018110468 A RU 2018110468A RU 2689404 C1 RU2689404 C1 RU 2689404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titration
- solution
- titrant
- conductometric
- cell
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000003918 potentiometric titration Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000402 conductometric titration Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000003643 water by type Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title abstract description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 238000004448 titration Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 42
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- 230000035622 drinking Effects 0.000 claims description 5
- 238000004313 potentiometry Methods 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims 2
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 claims 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 45
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 18
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 12
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 10
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 10
- 238000002479 acid--base titration Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000000954 titration curve Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 4
- 235000020682 bottled natural mineral water Nutrition 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 4
- 241000270722 Crocodylidae Species 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010669 acid-base reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/16—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using titration
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к анализу минеральных вод для определения гидрокарбонатной щелочности в объектах исследования.The invention relates to the field of analytical chemistry, in particular to the analysis of mineral waters for the determination of hydrocarbon alkalinity in the objects of study.
В аналитической химии известен способ определения гидрокарбонат-ионов рН-потенциометрическим методом (ГОСТ) [1]. Метод основан на установлении конечной точки титрования по наибольшему изменению величины рН, фиксируемому с помощью стеклянного электрода (ΔрН=pHVn-pHVn+1). Результаты оформляют в виде табл. 1.In analytical chemistry, a method for determining bicarbonate ions by the pH-potentiometric method (GOST) is known [1]. The method is based on the establishment of the end point of the titration on the largest change in the pH value, fixed by means of a glass electrode (ΔpH = pH Vn -pH Vn + 1 ). The results are made in the form of a table. one.
Массовую концентрацию гидрокарбонат-ионов (X), мг/дм3, вычисляют по формулеMass concentration of bicarbonate ions (X), mg / dm 3 , is calculated by the formula
где V - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, см3; Н - нормальность раствора соляной кислоты, моль/дм3; 61 - грамм-эквивалент гидрокарбонат-ионов; V1 - объем воды, взятый на анализ, см3.where V is the volume of hydrochloric acid solution consumed for titration, cm 3 ; H is the normality of hydrochloric acid solution, mol / dm 3 ; 61 is the gram equivalent of bicarbonate ions; V 1 - the volume of water taken for analysis, cm 3 .
Недостатком метода является расход больших объемов исследуемых образцов для проведения анализа, продолжительность и «ручная» обработка полученного эксперимента.The disadvantage of the method is the consumption of large volumes of the studied samples for analysis, the duration and "manual" processing of the obtained experiment.
Известен способ получения экспериментальных данных для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методом потенциометрического и кислотно-основного титрования [2. Патент RU №2631618].A method of obtaining experimental data for the determination of bicarbonate ions in mineral waters by the method of potentiometric and acid-base titration [2. Patent RU No. 2631618].
Недостатком метода является то, что при использовании кислотно-основного титрования с применением индикатора точность метода зависит от опыта и квалификации химика-аналитика.The disadvantage of the method is that when using acid-base titration using an indicator, the accuracy of the method depends on the experience and qualifications of the analyst chemist.
Известен проточно-инжекционный кондуктометрический способ определения гидрокарбонат-ионов в бутилированных питьевых водах различного солевого состава [3].Known flow-injection conductometric method for determining bicarbonate ions in bottled drinking water of different salt composition [3].
Недостатком этого метода является использование достаточно дорогостоящей установки, требующей опытных операторов. Метод также требует для проведения анализа достаточно больших объемов исследуемых образцов, что влияет на расход реактивов, и продолжительности эксперимента.The disadvantage of this method is the use of a rather expensive installation, requiring experienced operators. The method also requires a sufficiently large volume of the samples to be analyzed, which affects the consumption of reagents, and the duration of the experiment.
Наиболее близким техническим решением по способу определения гидрокарбонат-ионов, выбранным в качестве прототипа, является способ получения экспериментальных данных для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методами кондуктометрического и кислотно-основного титрования [4]-Патент RU №2562546]. В выбранном прототипе для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах предложено проводить титрование 10 см3 пробы минеральной воды в кондуктометрической ячейке с двумя платиновыми электродами со строго зафиксированным между ними расстоянием кислотным титрантом (хлористоводородная кислота) в присутствии одной капли 0,1%-ного раствора индикатора метилового оранжевого. При титровании получают экспериментальные данные одновременно двумя методами - методом кислотно-основного титрования (нейтрализация) и кондуктометрическим титрованием. После прибавления каждой порции титранта (до 20 замеров) определяют значение сопротивления (R) анализируемого раствора (кондуктометрическое титрование), а после изменения цвета раствора в присутствии индикатора, а именно перехода розового цвета раствора в желтый, измеряют общий объем титранта (VТЭ) по бюретке (метод кислотно-основного титрования), далее аналогично описанному выше, подвергают анализу еще 3 пробы воды каждая объемом 10 см3. Содержание гидрокарбонат-ионов в минеральной воде рассчитывают в соответствии с известными из уровня техники соотношениями. Способ реализуют с помощью установки, включающей настольный портативный цифровой LCR-метр ELC-131D прибор, электрохимическую ячейку с двумя платиновыми электродами со строго зафиксированным между ними расстоянием, бюретку для титрования, магнитик и магнитную мешалку для перемешивания раствора в ячейке.The closest technical solution for the method of determining bicarbonate ions, selected as a prototype, is a method of obtaining experimental data for determining bicarbonate ions in mineral waters by methods of conductometric and acid-base titration [4] -Patent RU No. 2562546]. In the selected prototype for the determination of bicarbonate ions in mineral waters it was proposed to titrate 10 cm 3 samples of mineral water in a conductometric cell with two platinum electrodes with an acid titrant (hydrochloric acid) strictly fixed between them in the presence of one drop of a 0.1% solution Methyl Orange Indicator. During the titration, experimental data are obtained simultaneously by two methods - by the method of acid-base titration (neutralization) and conductometric titration. After adding each portion of titrant (up to 20 measurements) determine the resistance value (R) of the analyzed solution (conductometric titration), and after the solution color changes in the presence of an indicator, namely the pink color of the solution turns yellow, measure the total volume of titrant (V TE ) A burette (method of acid-base titration), further similarly to that described above, is analyzed by another 3 samples of water, each with a volume of 10 cm 3 . The content of bicarbonate ions in mineral water is calculated in accordance with the ratios known from the prior art. The method is implemented using an installation that includes an ELC-131D desktop portable digital LCR meter device, an electrochemical cell with two platinum electrodes with a strictly fixed distance between them, a titration burette, a magnetic and a magnetic stirrer for mixing the solution in the cell.
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Использование одновременно кислотно-основного и кондуктометрического титрования для получения экспериментальных данных и определения содержания гидрокарбонат-ионов в питьевых минеральных водах не отменяет необходимости применения третьего (арбитражного) метода в случае возникающих разногласий, а это влияет на продолжительность эксперимента и требует дополнительного расхода как реактивов, так и исследуемых образцов. Кроме того, использование кислотно-основного титрования с применением индикатора связано с необходимостью определения перехода его окраски, что не всегда бывает резким. Визуальное наблюдение за сменой окраски индикатора зависит от субъективных наблюдений экспериментатора. При титровании с индикатором бывает так, что одна единственная слишком большая добавка титранта может привести к ошибкам в измерении объемов и являться причиной ошибки в расчете результатов анализа. В этом случае точность определения зависит от опыта и квалификации химика-аналитика.However, the known method has the following disadvantages. The use of both acid-base and conductometric titration to obtain experimental data and determine the content of bicarbonate ions in drinking mineral waters does not eliminate the need to use the third (arbitration) method in case of disagreements, and this affects the duration of the experiment and requires additional consumption of both reagents and and test specimens. In addition, the use of acid-base titration using an indicator is associated with the need to determine the transition of its color, which is not always abrupt. Visual observation of the change in the color of the indicator depends on the subjective observations of the experimenter. When titrating with an indicator, it happens that a single, too large addition of a titrant can lead to errors in the measurement of volumes and cause an error in the calculation of the analysis results. In this case, the accuracy of the determination depends on the experience and qualifications of the analyst chemist.
Изобретение направлено на ускорение и повышение точности анализа, уменьшение трудоемкости, повышение экспрессности, снижение стоимости и сложности проведения экспресс-анализа.The invention is aimed at accelerating and improving the accuracy of the analysis, reducing labor intensity, increasing express speed, reducing the cost and complexity of conducting rapid analysis.
Это достигается тем, что в способе определения содержания гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методами кондуктометрического и потенциометрического титрования, включающим титрование пробы минеральной воды кислотным титрантом и измерение сопротивления R в растворе кондуктометрической ячейки при добавлении каждой порции титранта, всего до 20 замеров, причем в качестве титранта при определении гидрокарбонат-ионов в минеральной воде используют раствор хлористоводородной кислоты (HCl). Для этого 10-15 см3 минеральной воды вносят в электрохимическую ячейку с двумя платиновыми электродами со строго зафиксированным между ними расстоянием, затем в электрохимическую ячейку опускают два электрода - стеклянный (измерительный) и хлорсеребряный (вспомогательный) и магнитик для перемешивания раствора в ячейке на магнитной мешалке. Электрохимическую ячейку подключают к рН-метру-милливольтметру (рН-150) и к настольному портативному цифровому LCR-метр ELC-131D прибору; бюретку для титрования заполняют раствором хлористоводородной кислоты (HCl), причем при определении содержания гидрокарбонат-ионов в питьевых минеральных водах предварительно устанавливают точную концентрацию титранта HCl по буре (натрий тетраборнокислый -Na2B4O7⋅10Н2О). Экспериментальные данные при титровании получают одновременно двумя методами - методом кондуктометрического титрования и методом потенциометрического титрования, для этого после прибавления каждой порции титранта фиксируют значение сопротивления R анализируемого раствора, что соответствует кондуктометрическому титрованию, и значение рН этого же раствора, что соответствует потенциометрическому титрованию, массовую концентрацию гидрокарбонат-ионов, X мг/дм3, рассчитывают по формуле:This is achieved by the method of conductometric and potentiometric titration in the method for determining the content of bicarbonate ions in mineral waters, including titration of a sample of mineral water with acid titrant and measuring the resistance R in a solution of the conductometric cell with each portion of the titrant added, totaling up to 20 measurements, and titrant in the determination of bicarbonate ions in mineral water using a solution of hydrochloric acid (HCl). To do this, 10-15 cm 3 of mineral water are introduced into an electrochemical cell with two platinum electrodes with a fixed distance between them, then two electrodes are placed in an electrochemical cell - glass (measuring) and silver chloride (auxiliary) and a magnet for mixing the solution in a cell on a magnetic stirrer The electrochemical cell is connected to a pH-meter-millivoltmeter (pH-150) and to an ELC-131D desktop portable digital LCR meter; The titration burette is filled with a solution of hydrochloric acid (HCl), and when determining the content of hydrocarbon-ions in drinking mineral waters, the exact concentration of HCl titrant over the storm is pre-set (sodium tetraborate-Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O). Experimental data during titration are obtained simultaneously by two methods — by a method of conductometric titration and by a method of potentiometric titration; for this, after adding each portion of the titrant, the resistance value R of the analyzed solution is fixed, which corresponds to conductometric titration, and the pH value of the same solution, which corresponds to potentiometric titration, mass concentration bicarbonate ions, X mg / DM 3 , calculated by the formula:
где 61 - грамм-эквивалент гидрокарбонат-ионов, VТЭ - объем титранта, соответствующий конечной точке титрования в кондуктометрическом методе или конечной точке титрования в потенциометрическом методе пробы минеральной воды, см3, VВ - объем воды, взятый на анализ, см3, НТ - нормальность титранта, моль/дм3, аналогично описанному выше анализируют еще 3 пробы воды с проведением статистической обработки полученных результатов.where 61 is a gram-equivalent of bicarbonate ions, V TE - the volume of titrant corresponding to the end point of the titration in the conductometric method or the end point of the titration in the potentiometric method samples of mineral water, cm 3 , V In - the volume of water taken for analysis, cm 3 , N T - normality of the titrant, mol / dm 3 , similarly to that described above, 3 more water samples are analyzed with statistical processing of the obtained results.
Таким образом, реализовано назначение предлагаемого способа: определение содержания гидрокарбонат-ионов в минеральных водах с помощью полученных экспериментальных данных (R; рН).Thus, the intended purpose of the proposed method is realized: determination of the content of bicarbonate ions in mineral waters using the obtained experimental data (R; pH).
В развитии предлагаемого способа достигается дополнительно повышение экспрессности, уменьшение трудоемкости и повышение экономичности последующего определения содержания гидрокарбонат-ионов тем, что по экспериментальным данным, полученным одновременно обоими указанными методами, рассчитывают с проведением статистической обработки содержание гидрокарбонат-ионов в анализируемой минеральной воде одновременно по известным математическим соотношениям метода кондуктометрического титрования, связывающим содержание гидрокарбонат-ионов с совокупностью измеренных значений сопротивления анализируемого раствора и соответствующих им объемов титранта и по известным математическим соотношениям метода потенциометрического титрования, связывающим содержание гидрокарбонат-ионов с совокупностью измеренных значений рН анализируемого раствора и соответствующих им объемов титранта.In the development of the proposed method, an additional increase in expressivity, a reduction in labor intensity and an increase in the economics of the subsequent determination of the hydrocarbon-ion content are achieved by the fact that according to experimental data obtained simultaneously by both indicated methods, the content of hydrocarbonate ions in the analyzed mineral water is calculated simultaneously by known mathematical ratios of the method of conductometric titration linking the content of hydrocarbonate and with a set of measured values of the resistance of the analyzed solution and the volumes of titrant corresponding to them and by the well-known mathematical relationships of the method of potentiometric titration linking the content of bicarbonate ions with the set of measured pH values of the analyzed solution and the corresponding volumes of the titrant.
Указанный расчет содержания гидрокарбонат-ионов в анализируемой минеральной воде по экспериментальным данным объема титранта в точке эквивалентности, полученным одновременно двумя методами, предпочтительно ведут с помощью технических средств вычисления, например, с помощью компьютера и компьютерной программы [5], которая может вести обработку экспериментальных данных как двух, так и трех методов анализа. Компьютерная программа как таковая не является предметом настоящего изобретения. Однако использование автоматизированной программы для ЭВМ позволяет облегчить труд аналитика, заменив многие ручные, трудоемкие операции автоматическими, снизить погрешности отдельных операций, увеличить скорость проведения анализа, снизить его стоимость.The above calculation of the content of bicarbonate ions in the analyzed mineral water according to experimental data on the volume of the titrant at the equivalence point obtained simultaneously by two methods, preferably carried out using technical means of calculation, for example, using a computer and a computer program [5], which can process experimental data both two and three methods of analysis. A computer program as such is not the subject of the present invention. However, the use of an automated computer program makes it easier for the analyst to work, replacing many manual, labor-intensive operations with automatic ones, reducing the inaccuracies of individual operations, increasing the speed of analysis, reducing its cost.
Указанный расчет в части кондуктометрического титрования характеризуется тем, что использует, в частности, нижеприведенные известные соотношения 2-9 (см., например, [6]: А.П. Крешков. Основы аналитической химии. Издание второе переработанное. Т. 3. М.: Изд-во «Химия». 1977. С. 125, с. 280) для расчета объема титранта в точке эквивалентности по измеренным значениям сопротивления (R), которые преобразуются в значения электропроводности (W) раствора, аналогично значениям оптической плотности D для спектрофотометрического титрования.This calculation in the part of conductometric titration is characterized by the fact that it uses, in particular, the following known relations 2-9 (see, for example, [6]: AP Kreshkov. Fundamentals of analytical chemistry. Second edition revised. T. 3. M .: “Chemistry” publishing house. 1977. P. 125, p. 280) for calculating the volume of titrant at the equivalence point from the measured resistance values (R), which are converted into the conductivity values (W) of the solution, similar to the values of optical density D for spectrophotometric titration.
Электропроводность раствора W представляет собой величину, обратную сопротивлению R раствораThe conductivity of the solution W is the reciprocal of the resistance R of the solution
В моменты, достаточно удаленные от точки эквивалентности, реакция проходит количественно. Проводя через соответствующие им точки прямые, можно найти точку эквивалентности графически. Если реакция проходит количественно, кривая титрования имеет вид двух прямых, пересекающихся в точке эквивалентности. Объем VТЭ титранта, пошедшего на титрование до точки эквивалентности (ТЭ), можно рассчитать, решив систему уравнений этих двух прямых относительно общей точки пересечения, которая отвечает точке эквивалентности:In moments sufficiently distant from the equivalence point, the reaction is quantitative. By drawing straight lines through the corresponding points, one can find the equivalence point graphically. If the reaction is quantitative, the titration curve has the form of two straight lines intersecting at the equivalence point. The volume V of the TE of the titrant, which went on titration to the equivalence point (TE), can be calculated by solving the system of equations of these two straight lines with respect to the common intersection point, which corresponds to the equivalence point:
где (3) - уравнение прямой до точки эквивалентности, а (4) - после нее.where (3) is the equation of a line to the equivalence point, and (4) is after it.
Коэффициенты a1, b1, а2, b2 вычисляются по формулам, полученным по методу наименьших квадратов:The coefficients a 1 , b 1 , and 2 , b 2 are calculated by the formulas obtained by the method of least squares:
В точке эквивалентностиAt the equivalence point
Объем титранта, израсходованного до точки эквивалентности (эквивалентный объем), составляет:The volume of titrant consumed to the equivalence point (equivalent volume) is:
Этот метод расчета эквивалентного объема титранта применим для всех случаев линейных титрований, например, кондуктометрического, амперометрического и др. Специалисту понятно, что графические построения могут быть выполнены виртуально, с помощью известных программных методов обработки экспериментальных данных, например, [5].This method of calculating the equivalent volume of the titrant is applicable to all cases of linear titrations, for example, conductometric, amperometric, etc. It will be clear to the skilled person that graphical constructions can be performed virtually using known software methods for processing experimental data, for example [5].
Указанный расчет в части потенциометрического титрования характеризуется тем, что использует, в частности, нижеприведенные известные расчеты и соотношения - табл. 2 и (10-12) [7, 8] для расчета объема титранта в точке эквивалентности по измеренным значениям рН.This calculation in terms of potentiometric titration is characterized by the fact that it uses, in particular, the following well-known calculations and ratios - table. 2 and (10-12) [7, 8] to calculate the volume of titrant at the equivalence point from measured pH values.
Как было сказано выше, в потенциометрическом титровании конечную точку титрования (КТТ) находят по резкому скачку рН измерительного электрода, отвечающему моменту завершения реакции [1]. Для более четкого выявления особенностей процесса титрования и в прикладных целях чаще всего строят дифференциальные кривые титрования, откладывая по оси абсцисс объем прибавляемого титранта VT, а по оси ординат - первую производную от логарифма концентрации прибавляемого титранта dlgc(x)/dV(x). Такие кривые титрования обычно широко используются в физико-химических методах анализа, например, при потенциометрическом титровании. На дифференциальных кривых титрования положение точки эквивалентности (ТЭ) соответствует максимуму кривой и поэтому определяется достаточно надежно [8, стр. 69-70]; [6, стр. 62-63].As mentioned above, in potentiometric titration, the end point of titration (CTT) is found by a sharp jump in the pH of the measuring electrode, which corresponds to the moment of completion of the reaction [1]. For a clearer identification of the features of the titration process and for practical purposes, differential titration curves are most often constructed, setting off the volume of the added titrant V T along the abscissa axis and the first derivative of the logarithm of the concentration of the added titrant dlgc (x) / dV (x) along the ordinate axis. Such titration curves are usually widely used in physico-chemical methods of analysis, for example, during potentiometric titration. On differential titration curves, the position of the equivalence point (TE) corresponds to the maximum of the curve and therefore is determined quite reliably [8, pp. 69-70]; [6, pp. 62-63].
Графические построения, как и в методе кондуктометрического титрования, также могут быть выполнены виртуально, с помощью известных программных методов обработки экспериментальных данных, например, [5].Graphic constructions, as in the method of conductometric titration, can also be performed virtually using known software methods for processing experimental data, for example, [5].
В предлагаемой заявке в потенциометрическом титровании конечная точка титрования (КТТ) определяется графическим способом, связанным с построением по полученным экспериментальным данным дифференциальной кривой титрования по первой производной ΔpH/ΔV (см. табл. 2),In the proposed application in potentiometric titration, the end point of the titration (CTT) is determined graphically by the method of constructing a differential titration curve for the first derivative ΔpH / ΔV from the experimental data obtained (see Table 2),
где положению ТЭ соответствует точка пересечения экстраполированных ветвей кривых [8, стр. 70, рис. 3,1-в; стр. 456, рис. 10, 1-б]; [6, стр. 63, рис. 3/2]. По построенной кривой титрования определяют объем титранта V(T3) в ТЭ [8, стр. 455-456].where the position of the TE corresponds to the intersection point of the extrapolated branches of the curves [8, p. 70, fig. 3.1-in; p. 456, fig. 10, 1-b]; [6, p. 63, fig. 3/2]. Based on the constructed titration curve, the volume of titrant V (T3) in FC is determined [8, pp. 455-456].
Использование дифференциальной кривой для определения ТЭ позволяет более точно определить объем титранта, соответствующий этому моменту, кроме того, надо отметить, такой способ определения ТЭ и объема титранта, соответствующего ей, является еще и очень наглядным.The use of the differential curve to determine the TE allows you to more accurately determine the volume of the titrant corresponding to this point, in addition, it should be noted, this method of determining the TE and the volume of the titrant corresponding to it is also very intuitive.
Для этого экспериментальные данные обрабатывают, как показано в табл. 2, [8, стр. 454-456], [1], (результаты определений и расчетов в потенциометрическом титровании приведены аналогично [8, стр. 456] с учетом наличия в растворе гидрокарбонат-ионов, обладающих щелочной реакцией).To do this, the experimental data are processed as shown in Table. 2, [8, pp. 454-456], [1], (the results of determinations and calculations in potentiometric titration are given similarly to [8, p. 456], taking into account the presence of hydrocarbon-ions with alkaline reaction in solution).
По окончании всех расчетов и внесения соответствующих значений в табл. 2 по полученным данным (графы 6 и 2) строят дифференциальную кривую потенциометрического титрования по первой производной в координатах 
Из точки максимума этой кривой опускают перпендикуляр на ось абсцисс и определяют объем титранта V(T3), соответствующий точке эквивалентности в потенциометрическом титровании [8, стр. 456, рис. 10.1, б].From the point of maximum of this curve, a perpendicular is lowered onto the abscissa axis and the volume of the titrant V (T3) is determined, which corresponds to the equivalence point in potentiometric titration [8, p. 456, fig. 10.1, b].
Из найденных значений объемов титранта в ТЭ получают точную нормальность титранта HCl для каждого метода, используя формулу:From the found values of the titrant volumes in TE, the exact normality of the HCl titrant for each method is obtained using the formula:
где НТ - точная нормальность титранта (HCl), определенная в методе кондуктометрического или потенциометрического титрования; VТЭ - объем титранта, соответствующий конечной точке титрования в методе кондуктометрического или потенциометрического титрования, см3; Н2 - нормальность буры; V2 - объем аликвоты буры в ячейке, см3.where N T is the exact normality of the titrant (HCl), determined in the method of conductometric or potentiometric titration; V TE - the volume of titrant corresponding to the end point of the titration in the method of conductometric or potentiometric titration, cm 3 ; H 2 - normality of borax; V 2 - the volume of aliquots of borax in the cell, cm 3 .
Из найденного значения Нт точной нормальности титранта для каждого метода получают массовую концентрацию X гидрокарбонат-ионов, мг/дм3, по соотношению:From the found value of N t the exact normality of the titrant for each method, the mass concentration X of hydrocarbonate ions, mg / dm 3 , is obtained by the ratio:
где 61 - грамм-эквивалент гидрокарбонат-ионов,where 61 is the gram equivalent of bicarbonate ions,
VТЭ - объем титранта, соответствующий точке эквивалентности в методе кондуктометрического или в методе потенциометрического титрования пробы минеральной воды, см3;V TE - the volume of titrant corresponding to the equivalence point in the method of conductometric or in the method of potentiometric titration of a sample of mineral water, cm 3 ;
VB - объем воды, взятый на анализ, см3 (см. указанное соотношение 12 в [1, стр. 3]; [9, гл. 6.3.1]; [7, гл. 1, § 10]).V B is the volume of water taken for analysis, cm 3 (see the indicated
Это обусловлено тем, что при кондуктометрическом и потенциометрическом титровании в растворе протекает одна и та же кислотно-основная реакция взаимодействия гидрокарбонат-ионов с титрантом HCl, при этом титрование гидрокарбонат-ионов НСО3 - (среда щелочная, рН 8,34) идет до Н2СО3 (среда кислая, рН раствора равен 4,25). Это создает условия для одновременного получения экспериментальных данных в одной анализируемой пробе как кондуктометрическим, так и потенциометрическим методом анализа. Особенностью методов потенциометрического и кондуктометрического титрования является то, что оба метода можно использовать также для проведения анализа в мутных и цветных растворах. Получение экспериментальных данных одновременно двумя методами в пробе минеральной воды обеспечивает достижение основной части технического результата - ускорение и упрощение анализа, повышение точности и экспрессности, уменьшение трудоемкости и удешевлении анализа.This is due to the fact that during conductometric and potentiometric titration in solution the same acid-base reaction of bicarbonate ions with HCl titrant proceeds, while titration of bicarbonate ions HCO 3 - (alkaline medium, pH 8.34) goes to H 2 CO 3 (acidic medium, pH of the solution is 4.25). This creates the conditions for the simultaneous acquisition of experimental data in a single sample to be analyzed by both conductometric and potentiometric methods of analysis. A special feature of potentiometric and conductometric titration methods is that both methods can also be used for analysis in turbid and colored solutions. Obtaining experimental data simultaneously by two methods in a sample of mineral water ensures the achievement of the main part of the technical result - accelerating and simplifying the analysis, improving accuracy and expressivity, reducing labor intensity and reducing the cost of analysis.
В развитии предложенного способа одновременный расчет содержания гидрокарбонат-ионов с их статистической обработкой по полученным экспериментальным данным обоими методами с помощью, например, автоматизированной программы для ЭВМ [5] обеспечивает дополнительное повышение точности и экспрессности, уменьшение трудоемкости, упрощение и удешевление анализа.In the development of the proposed method, the simultaneous calculation of the content of bicarbonate ions with their statistical processing according to experimental data obtained by both methods using, for example, an automated computer program [5] provides an additional increase in accuracy and expressivity, reducing labor intensity, simplifying and cheapening the analysis.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации показали, что заявляемый способ одновременного получения экспериментальных данных и определения гидрокарбонат-ионов методами кондуктометрического и потенциометрического титрования неизвестен в заявляемой совокупности признаков.Studies conducted on the sources of patent and scientific and technical information have shown that the claimed method for simultaneously obtaining experimental data and determining bicarbonate ions by methods of conductometric and potentiometric titration is unknown in the claimed combination of features.
На фиг. 1 изображена установка, реализующая предлагаемый способ.FIG. 1 shows the installation that implements the proposed method.
Она включает настольный портативный цифровой LCR-метр ELC-131D (прибор) (1) и рН-метр-милливольтметр (рН-150) (измерительный блок) (2) с ручками управления (11) измерительным блоком (2), электрохимическую (кондуктометрическую) ячейку (3) с двумя платиновыми электродами (4) со строго зафиксированным между ними расстоянием и с опущенными в электрохимическую ячейку двумя электродами (5) - стеклянным и хлорсеребряным; магнитную мешалку (6), магнитик (7), бюретку вместимостью 25 см3 (8), электрические провода (9), компьютер (10) и штатив для бюретки (12).It includes a desktop portable digital LCR meter ELC-131D (instrument) (1) and a pH meter millivoltmeter (pH-150) (measuring unit) (2) with control knobs (11) measuring unit (2), an electrochemical (conductometric ) a cell (3) with two platinum electrodes (4) with a distance strictly fixed between them and two electrodes (5) lowered into an electrochemical cell - glass and silver chloride; a magnetic stirrer (6), a magnet (7), a burette with a capacity of 25 cm 3 (8), electrical wires (9), a computer (10), and a burette stand (12).
В качестве компьютерной программы может быть использована не только [5], но и любая известная программа математической обработки данных химического эксперимента, настроенная на работу в соответствии с обработкой этих экспериментальных данных согласно табл. 2 и известным из уровня техники соотношениям (2 - 12).As a computer program, not only [5] can be used, but also any known program of mathematical processing of chemical experiment data, which is configured to work in accordance with the processing of these experimental data according to Table. 2 and ratios known from the prior art (2-12).
Способ осуществляется следующим образом. Для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах заполняют бюретку (8) титрантом HCl с точно установленной предварительно концентрацией по буре. В ячейку (3) с двумя платиновыми электродами (4) со строго зафиксированным между ними расстоянием вносят 10-15 см3 выбранной для анализа минеральной воды, опускают в ячейку (3) два электрода - стеклянный и хлорсеребряный (5). На дно ячейки опускают магнитик (7). Включают мешалку (6) для перемешивания раствора, настольный портативный цифровой LCR-метр ELC-131D (прибор) (1) и прибор рН-метр-милливольтметр (рН-150) (2), на приборе (1) нажимают клавишу «L/C/R» 2 раза для выбора режима измерения сопротивления, при этом на дисплее прибора (1) высветится обозначение сопротивления R. Соединяют проводами (9) прибор (1) с ячейкой (3). Для этого одни концы проводов с помощью «крокодилов» присоединяют к электродам (4) ячейки, а другие концы - с помощью штекеров вставляют в измерительные гнезда на передней панели прибора (1), нажимают клавишу - «1 kHz/120 Hz» - для выбора рабочей частоты 1 кГц или 120 Гц и на дисплее прибора (1) появится измеренное значение сопротивления R для исходного анализируемого раствора (минеральная вода), на приборе (2) на передней панели включают кнопку для снятия показаний рН, шкала в этом случае оказывается проградуированной в единицах рН, а на световом табло прибора (2) появится измеренное значение рН для исходного анализируемого раствора (минеральная вода). Раствор перемешивают до установления постоянных показаний значений рН и R на табло приборов (1 и 2). Полученные значения сопротивления R и рН записывают в таблицу и приступают к титрованию. Для этого к анализируемой пробе добавляют из бюретки (8) порциями титрант (от 0,05 до 1,0 см3) в зависимости от концентрации гидрокарбонат-ионов, указанной в сертификате качества торговой продукции и определяют после каждой добавленной порции сопротивление (R) и рН раствора в ячейке (3). После добавления каждой порции титранта HCl раствор в ячейке перемешивают до установления постоянных показаний значений R и рН, замеряют сопротивление и рН, и все полученные экспериментальные данные записывают в таблицу. Титрование продолжают до 20-25 замеров значений сопротивления (R) и рН, записывая их каждый раз в таблицу. Таким образом, результаты всех измерений -сопротивления (R) и соответствующие им объемы (V) титранта, рН и соответствующие им объемы (V) титранта - записывают в таблицу. Окончив измерения, отключают прибор (1) от ячейки (3), нажав клавишу «POWER». Отключают провода (9) от электродов ячейки (3), отключают прибор (2) и магнитную мешалку (6). Убирают электроды (5) из ячейки (3). Содержимое ячейки (3) выливают, а затем ополаскивают ее дистиллированной водой (не потеряв магнитик (7) из ячейки (3)). Затем экспериментальные данные, полученные одновременно с помощью двух методов, обрабатывают в соответствии с табл. 2 и соотношениями (2 - 12) с помощью ПК (10), используя программу для ЭВМ [5], и таким образом определяют содержание гидрокарбонат-ионов в минеральной воде одновременно двумя методами - кондуктометрическим и потенциометрическим (ГОСТ) титрованием. Далее проводят статистическую обработку с использованием этой же программы [5], подвергнув анализу предварительно еще 3-4 пробы взятой минеральной воды.The method is as follows. To determine the hydrocarbon-ions in the mineral waters, fill the burette (8) with HCl titrant with exactly determined concentration on the drill. In the cell (3) with two platinum electrodes (4) with a distance fixed strictly between them, 10-15 cm 3 of mineral water selected for the analysis are introduced, two electrodes are placed in the cell (3) - glass and silver chloride (5). The magnet (7) is lowered to the bottom of the cell. The mixer is turned on (6) for mixing the solution, the ELC-131D desktop portable digital LCR meter (device) (1) and the pH meter-millivoltmeter (pH-150) device (2), on the device (1) press the “L / C / R »2 times to select the resistance measurement mode, while the instrument display (1) shows the resistance symbol R. Connect the wires (9) to the instrument (1) with the cell (3). To do this, one end of the wires with the help of "crocodiles" is attached to the electrodes (4) of the cell, and the other ends - with the help of plugs are inserted into the measuring sockets on the front panel of the device (1), press the key - "1 kHz / 120 Hz" - to select
Способ иллюстрируется следующими примерами:The method is illustrated by the following examples:
- установление точной концентрации титранта HCl с помощью натрия тетраборнокислого (буры);- determination of the exact concentration of the HCl titrant using sodium tetraborate (borax);
- анализ лечебно-столовой природной минеральной воды «Ессентуки 4» средней минерализации (7,0-10,0 г/дм3); (3400-4800 НСО3 -);- analysis of medical-table natural mineral water "Essentuki 4" of average salinity (7.0-10.0 g / dm 3 ); (3400-4800 HCO 3 - );
- анализ лечебно-столовой природной минеральной воды «Нарзан» маломинерализованной (до 3,0-4 г/дм3); (1000-1700 НСО3 -);- analysis of medical-table natural mineral water "Narzan" low-mineralized (up to 3.0-4 g / dm 3 ); (1000-1700 HCO 3 - );
- анализ природной минеральной воды «Evian» слабоминерализованной (0,3-0,75 г/дм3); (100-360 НСО3 -);- analysis of natural mineral water "Evian" slightly mineralized (0.3-0.75 g / dm 3 ); (100-360 HCO 3 - );
- анализ питьевой артезианской природной воды «Аква-баланс» с низкой минерализацией (0,3-0,5 г/дм3); (200-300 НСО3 -).- analysis of drinking artesian natural water "Aqua-balance" with low mineralization (0.3-0.5 g / dm 3 ); (200-300 HCO 3 - ).
Пример 1.Example 1
Установление точной концентрации титранта HCl с помощью натрия тетраборнокислого (буры).Establishing the exact concentration of titrant HCl using sodium tetraborate (borax).
Для этого 10 см3 ОДМ (молярная концентрация эквивалента) раствора буры вносят в электрохимическую ячейку (3) с двумя платиновыми электродами (4) со строго зафиксированным между ними расстоянием, опускают в ячейку (3) два электрода - стеклянный и хлорсеребряный (5). На дно ячейки опускают магнитик (7). Бюретку для титрования (8) заполняют раствором с приблизительной ОДМ раствором хлористоводородной кислоты. Включают мешалку (6) для перемешивания раствора, настольный портативный цифровой LCR-метр ELC-131D (прибор) (1) и прибор рН-метр-милливольтметр (рН-150) (2), на приборе (1) нажимают клавишу «L/C/R» 2 раза для выбора режима измерения сопротивления, при этом на дисплее прибора (1) высветится обозначение сопротивления R. Соединяют проводами (9) прибор (1) с ячейкой (3). Для этого одни концы проводов с помощью «крокодилов» присоединяют к электродам (4) ячейки, а другие концы - с помощью штекеров вставляют в измерительные гнезда на передней панели прибора (1), нажимают клавишу -«1 kHz/120 Hz» - для выбора рабочей частоты 1 кГц или 120 Гц и на дисплее прибора (1) появится измеренное значение сопротивления R; на приборе (2) на передней панели включают кнопку для снятия показаний рН, шкала в этом случае оказывается проградуированной в единицах рН, а на световом табло прибора (2) появится измеренное значение рН, оба измеренных значения (R и рН) соответствуют исходному анализируемому раствору (бура). Раствор перемешивают до установления постоянных показаний значений рН и R на табло приборов. Полученные значения сопротивления R и рН записывают в таблицу и приступают к титрованию.To do this, 10 cm 3 ODM (molar concentration equivalent) of the borax solution is introduced into an electrochemical cell (3) with two platinum electrodes (4) with a distance between them strictly fixed, two electrodes are placed in the cell (3) - glass and silver chloride (5). The magnet (7) is lowered to the bottom of the cell. The titration burette (8) is filled with a solution with an approximate ODM solution of hydrochloric acid. The mixer is turned on (6) for mixing the solution, the ELC-131D desktop portable digital LCR meter (device) (1) and the pH meter-millivoltmeter (pH-150) device (2), on the device (1) press the “L / C / R »2 times to select the resistance measurement mode, while the instrument display (1) shows the resistance symbol R. Connect the wires (9) to the instrument (1) with the cell (3). To do this, one end of the wires with the help of "crocodiles" is attached to the electrodes (4) of the cell, and the other ends - with the help of plugs are inserted into the measuring sockets on the front panel of the device (1), press the key - "1 kHz / 120 Hz" - to select
При титровании получают экспериментальные данные одновременно двумя методами - кондуктометрическим и потенциометрическим титрованием. После прибавления каждой порции титранта фиксируют по прибору (1) значение сопротивления (кондуктометрическое титрование), а по прибору (2) - значение рН анализируемого раствора (потенциометрическое титрование) и записывают полученные данные в таблицу. Титрование продолжают до получения 20-25 замеров значений сопротивления и рН при титровании. По экспериментальным данным, полученным одновременно двумя методами, рассчитывают с помощью ПК и автоматизированной программы для ЭВМ [5] точную концентрацию титранта HCl одновременно для каждого метода, используя формулу (11):During the titration, experimental data are obtained simultaneously by two methods - conductometric and potentiometric titration. After adding each portion of the titrant, the resistance value (conductometric titration) is fixed by the instrument (1), and the pH value of the analyzed solution (potentiometric titration) is recorded by the instrument (2) and the obtained data is recorded in a table. Titration is continued until 20-25 measurements of resistance and pH values are obtained during titration. According to experimental data obtained simultaneously by two methods, the exact concentration of HCl titrant for each method is calculated using a PC and an automated computer program [5] simultaneously using formula (11):
HT=Н2×V2/VТЭ H T = H 2 × V 2 / V TE
где НТ - точная нормальность титранта (HCl), VТЭ - объем титранта, соответствующий точке эквивалентности в методе кондуктометрического титрования или в методе потенциометрического титрования, см3; Н2 - нормальность буры, V2 - объем аликвоты буры в ячейке, см3.where N T is the exact normality of the titrant (HCl), V TE - the volume of the titrant corresponding to the equivalence point in the method of conductometric titration or in the method of potentiometric titration, cm 3 ; H 2 - normality of borax, V 2 - the volume of aliquots of borax in the cell, cm 3 .
Концентрацию исходного ~0,1 моль/л раствора HCl уточняют еженедельно. Далее этот раствор HCl с установленной точной концентрацией по буре используется в анализе минеральных вод разной степени минерализации в качестве титранта.The concentration of the initial ~ 0.1 mol / l HCl solution is refined weekly. Further, this HCl solution with an established exact concentration over the storm is used in the analysis of mineral waters of various degrees of mineralization as a titrant.
Пример 2.Example 2
В качестве объекта исследования выбрана лечебно-столовая природная маломинерализованная (до 3,0-4,0 г/ мг/дм3) минеральная вода «Нарзан» со следующим составом:The medical-table natural low-mineralized (up to 3.0-4.0 g / mg / dm 3 ) mineral water “Narzan” with the following composition was chosen as the object of study:
Состав минеральной воды «Нарзан»The composition of mineral water "Narzan"
Работу выполняют на установке (фиг. 1). В качестве титранта при определении гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Нарзан» используют раствор хлористоводородной кислоты (HCl), точную концентрацию которой устанавливают по буре (пример 1). Для этого 10 см3 минеральной воды «Нарзан» вносят в электрохимическую ячейку (3) с двумя платиновыми электродами (4) со строго зафиксированным между ними расстоянием, опускают в ячейку (3) два электрода - стеклянный и хлорсеребряный (5). На дно ячейки опускают магнитик (7). Бюретку для титрования (8) заполняют раствором хлористоводородной кислоты. Включают мешалку (6) для перемешивания раствора, настольный портативный цифровой LCR-метр ELC-131D (прибор) (1) и прибор рН-метр-милливольтметр (рН-150) (2), на приборе (1) нажимают клавишу «L/C/R» 2 раза для выбора режима измерения сопротивления, при этом на дисплее прибора (1) высветится обозначение сопротивления R. Соединяют проводами (9) прибор (1) с ячейкой (3). Для этого одни концы проводов с помощью «крокодилов» присоединяют к электродам (4) ячейки, а другие концы - с помощью штекеров вставляют в измерительные гнезда на передней панели прибора (1), нажимают клавишу - «1 kHz/120 Hz» - для выбора рабочей частоты 1 кГц или 120 Гц и на дисплее прибора (1) появится измеренное значение сопротивления R; на приборе (2) на передней панели включают кнопку для снятия показаний рН, шкала в этом случае оказывается проградуированной в единицах рН, а на световом табло прибора (2) появится измеренное значение рН, оба измеренных значения (R и рН) соответствуют исходному анализируемому раствору (минеральная вода «Нарзан»). Раствор перемешивают до установления постоянных показаний значений рН и R на табло приборов. Полученные значения сопротивления R и рН записывают в таблицу и приступают к титрованию. При титровании получают экспериментальные данные одновременно двумя методами -кондуктометрическим и потенциометрическим титрованием. После прибавления каждой порции титранта фиксируют по прибору (1) значение сопротивления (кондуктометрическое титрование), по прибору (2) - значение рН анализируемого раствора (потенциометрическое титрование), каждый раз записывая их в таблицу. Титрование продолжают до получения 20-25 замеров значений сопротивления и рН при титровании. По экспериментальным данным, полученным одновременно двумя методами, рассчитывают содержание гидрокарбонат-ионов в анализируемой воде «Нарзан» одновременно кондуктометрическим и потенциометрическим титрованием, используя для этих целей ПК и автоматизированную программу для ЭВМ [5], действующую в соответствии с табл. 2 и известными из уровня техники соотношениями (2-12). Далее аналогично описанному выше подвергают анализу еще 3 пробы воды «Нарзан» каждая объемом 12 см3. После получения экспериментальных данных их вводят в ПК в программу для ЭВМ [5], обрабатывают и далее с помощью этой же программы проводят их статистическую обработку.Work is performed on the installation (Fig. 1). As a titrant in the determination of bicarbonate ions in the mineral water “Narzan”, a solution of hydrochloric acid (HCl) is used, the exact concentration of which is determined by the storm (Example 1). For this, 10 cm 3 of Narzan mineral water is introduced into an electrochemical cell (3) with two platinum electrodes (4) with a distance between them strictly fixed, two electrodes are placed in the cell (3) - glass and silver chloride (5). The magnet (7) is lowered to the bottom of the cell. The titration burette (8) is filled with a solution of hydrochloric acid. The mixer is turned on (6) for mixing the solution, the ELC-131D desktop portable digital LCR meter (device) (1) and the pH meter-millivoltmeter (pH-150) device (2), on the device (1) press the “L / C / R »2 times to select the resistance measurement mode, while the instrument display (1) shows the resistance symbol R. Connect the wires (9) to the instrument (1) with the cell (3). To do this, one end of the wires with the help of "crocodiles" is attached to the electrodes (4) of the cell, and the other ends - with the help of plugs are inserted into the measuring sockets on the front panel of the device (1), press the key - "1 kHz / 120 Hz" - to select
В табл. 3 представлены данные определения содержания гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Нарзан», полученные предложенным способом и обработанные на ПК с помощью специальной программы [5], действующей в соответствии с табл. 2 и с известными из уровня техники соотношениями (2-12).In tab. 3 presents the data for determining the content of bicarbonate ions in the mineral water "Narzan", obtained by the proposed method and processed on a PC using a special program [5], operating in accordance with the table. 2 and with the ratios known from the prior art (2-12).
Расчет показывает, что содержание гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Нарзан», определенное с помощью двух методов, не превышает значений, заявленных в сертификате, а погрешность определения находится в пределах 3,8-8,9%. Статистическая обработка данных двух методов показала одинаковую воспроизводимость методов, незначимость систематической погрешности и возможность объединения выборок двух методов в одну общую совокупность, причем относительная погрешность измерения в этом случае составила 9,0%.The calculation shows that the content of bicarbonate ions in the mineral water “Narzan”, determined using two methods, does not exceed the values stated in the certificate, and the determination error is within 3.8–8.9%. Statistical data processing of the two methods showed the same reproducibility of the methods, the insignificance of the systematic error and the possibility of combining the samples of the two methods into one common set, and the relative measurement error in this case was 9.0%.
Пример 3.Example 3
В качестве объекта исследования выбрана лечебно-столовая природная минеральная вода «Ессентуки 4» средней минерализации (7-10 г/дм3) со следующим составом:As the object of the study, the medical-table natural mineral water “Essentuki 4” of average mineralization (7-10 g / dm 3 ) with the following composition was chosen:
Подготовку, измерения и расчет проводили как в примере 2, только для анализа брали 4 пробы воды «Ессентуки 4» - каждая объемом по 10 см3.Preparation, measurement and calculation were carried out as in example 2, only 4 samples of water "Essentuki 4" were taken for analysis - each with a volume of 10 cm 3 .
Расчет показывает, что содержание гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Ессентуки 4», определенное с помощью двух методов, не превышает значений, заявленных в сертификате, а погрешность определения находится в пределах 4,5-6,6%. Статистическая обработка данных двух методов показала одинаковую воспроизводимость методов, незначимость систематической погрешности и возможность объединения выборок двух методов в одну общую совокупность, причем относительная погрешность измерения в этом случае составила 6,4%.The calculation shows that the content of bicarbonate ions in mineral water "Essentuki 4", determined using two methods, does not exceed the values stated in the certificate, and the determination error is in the range of 4.5-6.6%. Statistical data processing of the two methods showed the same reproducibility of the methods, the insignificance of the systematic error and the possibility of combining the samples of the two methods into one common set, and the relative measurement error in this case was 6.4%.
Пример 4.Example 4
В качестве объекта исследования выбрана лечебно-столовая природная слабоминерализованная (до 2,0-2,6 г/ мг/дм3) минеральная вода «Evian» со следующим составом:The medical-table natural low-mineralized (up to 2.0-2.6 g / mg / dm 3 ) mineral water “Evian” with the following composition was selected as the object of study:
Состав минеральной воды «Evian»The composition of mineral water "Evian"
Подготовку, измерения и расчет проводили как в примере 2, только для анализа брали 4 пробы воды «Evian» - две пробы объемом по 10 см3 и две пробы объемами 12 и 14 см3 соответственно.Preparation, measurement, and calculation was performed as in Example 2, only for the analysis of water samples taken 4 «Evian» - two sample volume of 10 cm 3 and two
Расчет показывает, что содержание гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Evian», определенное с помощью двух методов, не превышает значений, заявленных в сертификате, а погрешность определения находится в пределах 3,6-7,2%. Статистическая обработка данных двух методов показала одинаковую воспроизводимость методов, незначимость систематической погрешности и возможность объединения выборок двух методов в одну общую совокупность, причем относительная погрешность измерения в этом случае составила 7,0%.The calculation shows that the content of bicarbonate ions in the mineral water "Evian", determined using two methods, does not exceed the values stated in the certificate, and the error of determination is within 3.6-7.2%. Statistical data processing of the two methods showed the same reproducibility of the methods, the insignificance of the systematic error and the possibility of combining the samples of the two methods into one common set, and the relative measurement error in this case was 7.0%.
Пример 5.Example 5
В качестве объекта исследования выбрана питьевая артезианская природная вода «Аква-баланс» с низкой минерализацией (0,3-0,5 г/л) со следующим составом:As an object of study, the selected artesian natural water “Aqua-Balance” with low mineralization (0.3-0.5 g / l) with the following composition was chosen:
Состав артезианской природной столовой воды «Аква-баланс»The composition of the artesian natural table water "Aqua Balance"
Подготовку, измерения и расчет проводили как в примере 2, только для анализа брали 4 пробы воды «Аква-баланс» объемами 10, 12, 14 и 15 см3.Preparation, measurement and calculation were carried out as in Example 2, only 4 samples of Aqua Balance water with volumes of 10, 12, 14 and 15 cm 3 were taken for analysis.
В табл. 9 представлены данные определения содержания гидрокарбонат-ионов в минеральной воде «Аква-баланс», полученные предложенным способом и обработанные на ПК с помощью программы для ЭВМ [5].In tab. 9 presents the data for determining the content of bicarbonate ions in the mineral water “Aqua-Balance”, obtained by the proposed method and processed on a PC using a computer program [5].
Расчет показывает, что содержание гидрокарбонат-ионов в артезианской питьевой воде «Аква-баланс», определенное с помощью двух методов, не превышают значений, заявленных в сертификате, а погрешность определения находится в пределах 3,09-6,4%. Проверка правильности заявленного способа проводилась путем сопоставления полученных данных методов потенциометрического и кондуктометрического титрования. Сравнение результатов показывает одинаковую воспроизводимость методов, незначимость систематической погрешности и возможность объединения выборок двух методов в одну общую совокупность, т.е. полученные данные обоих методов принадлежат к одной генеральной совокупности, причем относительная погрешность измерения составляет 6,43%.The calculation shows that the content of bicarbonate ions in artesian drinking water “Aqua-Balance”, determined using two methods, does not exceed the values stated in the certificate, and the determination error is within 3.09-6.4%. Verification of the correctness of the claimed method was carried out by comparing the data obtained methods of potentiometric and conductometric titration. Comparison of results shows the same reproducibility of methods, the insignificance of systematic error and the possibility of combining samples of the two methods into one common set, i.e. The data obtained by both methods belong to the same general population, and the relative measurement error is 6.43%.
В качестве компьютерной программы может быть использована не только [5], но и любая известная программа математической обработки данных химического эксперимента, настроенная на работу в соответствии с обработкой этих данных согласно табл. 2 и известными соотношениями (2-12). Авторы же изобретения использовали программу собственной разработки [5], действующую в соответствии с табл. 2 и известными из уровня техники соотношениями (2-12).As a computer program, not only [5] can be used, but also any known program of mathematical processing of chemical experiment data, which is configured to work in accordance with the processing of these data according to Table. 2 and the known relations (2-12). The authors of the invention used a proprietary program [5], acting in accordance with Table. 2 and known from the prior art relations (2-12).
Использование предлагаемого способа определения содержания гидрокарбонат-ионов в минеральных водах и специальной программы для ЭВМ [5] на ПК позволяет значительно экономить время, затрачиваемое на общий анализ, позволяет повысить точность эффективность работы пользователя. Увеличить скорость расчета и обработки информации, сократить время ручного труда, минимизировать ошибки при проведении расчетов, обусловленные часто недостаточной квалификацией сотрудников. Использование электрохимических методов (методов кондуктометрического и потенциометрического титрования) для определения точек эквивалентности позволяет повысить точность определения и объективность получаемых результатов анализа. В процессе электрохимического титрования наблюдение ведут не за изменением окраски раствора (как в прототипе, где используется индикатор), а за изменением электрохимических показателей титруемого раствора: сопротивления (или электропроводности) - кондуктометрическое титрование, или рН - потенциометрическое титрование. При этом титрование выполняется обычным способом, но вместо визуального наблюдения за изменение окраски индикатора пользуются приборами, показания которых не зависят от субъективных наблюдений экспериментатора [7, С. 413]. Таким образом, предлагаемый способ определения содержания гидрокарбонат-ионов по сравнению с прототипом позволяет определять содержание гидрокарбонат-ионов одновременно двумя методами - кондуктометрическим и потенциометрическим (ГОСТ) титрованием.Using the proposed method for determining the content of bicarbonate ions in mineral waters and a special computer program [5] on a PC allows you to significantly save time spent on the overall analysis, allows you to improve the accuracy of user efficiency. To increase the speed of calculation and information processing, to reduce the time of manual labor, to minimize errors during the calculations, due to the often insufficient staff qualifications. The use of electrochemical methods (methods of conductometric and potentiometric titration) to determine the points of equivalence improves the accuracy of determination and the objectivity of the results of the analysis. In the process of electrochemical titration, the observation is not a change in the color of the solution (as in the prototype, where the indicator is used), but a change in the electrochemical indicators of the solution being titrated: resistance (or electrical conductivity) - conductometric titration, or pH - potentiometric titration. In this case, the titration is performed in the usual way, but instead of visual observation of the indicator color change, instruments are used, whose readings do not depend on the experimenter's subjective observations [7, p. 413]. Thus, the proposed method of determining the content of bicarbonate ions compared with the prototype allows to determine the content of bicarbonate ions simultaneously by two methods - conductometric and potentiometric (GOST) titration.
Источники информацииInformation sources
1. ГОСТ 23268.3-78 Воды минеральные питьевые, лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения гидрокарбонат-ионов (с Изменением №1) //Государственный контроль качества минеральной воды и напитков: Сб. М.: Изд-во стандартов, 2003. С. 369-372.1. GOST 23268.3-78 Drinking, medicinal, medicinal table and natural table mineral waters. Methods for the determination of hydrocarbon-ions (with a change in number 1) // State control of the quality of mineral water and beverages: Sat. M .: Publishing house of standards, 2003. p. 369-372.
2. Патент на изобретение №2631618 С1, Российская Федерация, Способ получения экспериментальных данных для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методами потенциометрического и кислотно-основного титрования. Чернышева А.В., Стожко Н.Ю., Подшивалова Е.М., Татауров В.П.. Белышева Г.М.; Заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный экономический университет» (УрГЭУ). -№2016121572; заявл. 31.05.2016; зарегистрировано 25.09.2017 г.; опубл. 25.09.2017 г., Бюлл. №27.2. Patent for invention No. 2631618 C1, Russian Federation, A method for obtaining experimental data for the determination of hydrocarbon-ions in mineral waters by methods of potentiometric and acid-base titration. Chernysheva AV, Stozhko N.Yu., Podshivalova EM, Tataurov VP, Belysheva G.M .; Applicant and patent holder Federal State Educational Institution of Higher Education "Ural State Economic University" (USUE). -№2016121572; declare 05/31/2016; Registered 25.09.2017; publ. 09/25/2017, Bull. №27.
3. Елипашева Е.В., Куликов П.Н., Сергеева В.П., Сергеев Г.М. Проточно-инжекционный анализ питьевых вод. Кондуктометрическое определение минерализации и гидрокарбонатов. Ж. «Аналитика и контроль». Т. 15, №2, 2011 г, стр. 187-193.3. Elipasheva E.V., Kulikov P.N., Sergeeva V.P., Sergeev G.M. Flow-injection analysis of drinking water. Conductometric determination of salinity and bicarbonates. J. "Analytics and Control". Vol. 15, No. 2, 2011, pp. 187-193.
4. Патент на изобретение №2562546 С2, Российская Федерация, Способ получения экспериментальных данных для определения гидрокарбонат-ионов методами кондуктометрического и кислотно-основного титрования. Чернышева А.В., Стожко Н.Ю., Подшивалова Е.М., Татауров В.П.; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет». - №2013136626/15; заявл. 05.08.2013; зарегистрировано 12.08.2015 г.; опубл. 10.09.2015 г., Бюлл. №25 (прототип).4. Patent for invention No. 2562546 C2, Russian Federation, A method for obtaining experimental data for determining bicarbonate ions by methods of conductometric and acid-base titration. Chernysheva AV, Stozhko N.Yu., Podshivalova EM, Tataurov V.P .; Applicant and patent holder of Ural State Economic University. - # 2013136626/15; declare 08/05/2013; Registered 12.08.2015; publ. 09/10/2015, Bull. No. 25 (prototype).
5. Подшивалова Е.М., Чернышева А.В., Стожко Н.Ю., Татауров В.П. Программа одновременного автоматизированного определения концентрации гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методами кондуктометрического, потенциометрического и кислотно-основного титрования (Экспресс-Результат). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619414. Зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ от 02.09.2015 г. Опубл. 20.09.2015. Бюлл. №9, 2015.5. Podshivalova EM, Chernysheva AV, Stozhko N.Yu., Tataurov V.P. The program of simultaneous automated determination of the concentration of bicarbonate ions in mineral waters by the methods of conductometric, potentiometric and acid-base titration (Express-Result). Certificate of state registration of computer programs №2015619414. Registered in the Register of computer programs from 09/02/2015. Publ. 09/20/2015. Bull №9, 2015.
6. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Физико-химические и инструментальные методы анализа, книга 3, М., «Химия», 1977, С.62-63, С. 125, С. 280.6. Kreshkov A.P. Fundamentals of analytical chemistry. Physico-chemical and instrumental methods of analysis,
7. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ, книга 2, М., «Химия», 1971, гл. 1, § 10; С. 413.7. Kreshkov A.P. Fundamentals of analytical chemistry. Theoretical basis. Quantitative Analysis, Book 2, M., “Chemistry”, 1971, ch. 1, § 10; S. 413.
8. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. М. «Высшая школа», 2001 г., С. 69-70, С. 448, С. 454-456.8. Kharitonov Yu.Ya. Analytical chemistry. Analytics 2. Quantitative analysis. Physico-chemical (instrumental) methods of analysis. M. "Higher School", 2001, p. 69-70, p. 448, p. 454-456.
9. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами, гл. 6.3.1. Карбонаты, гидрокарбонаты, карбонатная жесткость и щелочность. Изд-е 3-е, - СПб: Крисмас +, 2004.9. Muravev A.G. Guidelines for the determination of water quality indicators by field methods, ch. 6.3.1. Carbonates, bicarbonates, carbonate hardness and alkalinity.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110468A RU2689404C1 (en) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110468A RU2689404C1 (en) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689404C1 true RU2689404C1 (en) | 2019-05-28 |
Family
ID=67037136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018110468A RU2689404C1 (en) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689404C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562546C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный экономический университет" (ФГБОУ ВПО "УрГЭУ") | Method of production of experimental data for determining hydrogen carbonate-ions by methods of conductometric and acid-base titration |
| RU2631618C1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-09-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный экономический университет" (УрГЭУ) | Method of experimental data receipt for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by potentiometric and acid-base titration methods |
-
2018
- 2018-03-23 RU RU2018110468A patent/RU2689404C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562546C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный экономический университет" (ФГБОУ ВПО "УрГЭУ") | Method of production of experimental data for determining hydrogen carbonate-ions by methods of conductometric and acid-base titration |
| RU2631618C1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-09-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный экономический университет" (УрГЭУ) | Method of experimental data receipt for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by potentiometric and acid-base titration methods |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОСТ 23268.3-78. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения гидрокарбонат-ионов. Введен в действие 01.01.1980. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dickson | The measurement of sea water pH | |
| Asuero et al. | Comprehensive formulation of titration curves for complex acid-base systems and its analytical implications | |
| Dickson et al. | Metrological challenges for measurements of key climatological observables. Part 3: seawater pH | |
| Sharp et al. | Interpreting measurements of total alkalinity in marine and estuarine waters in the presence of proton-binding organic matter | |
| CN106442515B (en) | A kind of visual quantitative detecting method of simple silver ion | |
| RU2631618C1 (en) | Method of experimental data receipt for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by potentiometric and acid-base titration methods | |
| Bargrizan et al. | Development of a spectrophotometric method for determining pH of soil extracts and comparison with glass electrode measurements | |
| Sahoo et al. | Pulsating potentiometric titration technique for assay of dissolved oxygen in water at trace level | |
| Dafner | Segmented continuous‐flow analyses of nutrient in seawater: Intralaboratory comparison of Technicon AutoAnalyzer II and Bran+ Luebbe Continuous Flow AutoAnalyzer III | |
| RU2562546C2 (en) | Method of production of experimental data for determining hydrogen carbonate-ions by methods of conductometric and acid-base titration | |
| RU2689404C1 (en) | Method of obtaining experimental data for determination of hydrocarbonate ions in mineral waters by conductometric and potentiometric titration | |
| González et al. | A practical way to ISO. GUM measurement uncertainty for analytical assays including in-house validation data | |
| CN104076080A (en) | Method for measuring modifier content of SBS (styrene butadiene styrene) modified asphalt | |
| Thajee et al. | Colorimetric ionophore-based coextraction titrimetry of potassium ions | |
| Camões et al. | Mass and volume in analytical chemistry (IUPAC Technical Report) | |
| Lahav et al. | Measurement of pH, alkalinity and acidity in ultra-soft waters | |
| CA3027984C (en) | A method for measuring the concentration of a chemical species using a reagent baseline | |
| Borges et al. | Chemical aspects of ocean acidification monitoring in the ICES marine area | |
| Surkar et al. | Automatic testing of soil samples using ion selective electrodes (ISEs) | |
| CN103983624A (en) | Fluorescence method for determining the chemical oxygen demand | |
| Nazarenko | Optical sensors for manual and automatic titration in undergraduate laboratory | |
| CN103529034B (en) | Differentiate the method for milk freshness | |
| Ritgen | Quality Assurance and Calibration | |
| Rice | Potentiometric and photometric methods for determining the solubility of lead iodide | |
| Kinyanjui | Development of a Differential Normal Pulse Voltammetric Method for Phosphate Determination in Water |