Анализ солености воды (стр. 4 )

Подробнее данную методику мы рассмотрим чуть ниже.

Азотнокислотный.

Соленость определяется как общее содержание твердого вещества (в г) в 1 кг морской воды, после того как все карбонаты переведены в окислы, бром и йод замещены хлором, а все органическое вещество полностью окислено (Sverdrup et al., 1942). Для определения солености выведено следующее эмпирическое уравнение:

Соленость = 0,03 + 1,805 х хлорность.

Хлорность определяется как общее содержание хлора, брома и йода (в г) в 1 кг морской воды; при этом считается, что бром и йод замещены хлором. Для определения солености хлорность титруется азотнокислым серебром (в результате чего хлористое серебро выпадает в осадок). Титрование стандартизуется морской водой известной хлорности (стандартная морская вода).

Основным методом определения солёности морской воды является метод нитрования. Суть метода состоит в том, что к пробе воды добавляют некоторое количество азотнокислого серебра (AgNO3), которое в соединении с хлористым натрием морской воды выпадает в осадок в виде хлористого серебра. Так как отношение количества хлористого натрия к другим растворённым в воде веществам постоянно, то, взвесив осаждённое хлористое серебро, можно довольно просто рассчитать солёность воды. Имеются и другие способы определения солёности. Поскольку такие, например, показатели, как преломление света в воде, плотность и электропроводность воды зависят от её солёности, то, определив их, можно измерить солёность воды. Взять пробы морской воды для определения её солёности или других показателей – совсем непростое дело. Для этого пользуются специальными пробоотборниками – батометрами, обеспечивающими взятие проб с разных глубин или из разных слоёв воды. Этот процесс требует от гидрологов много внимания и осторожности.

Практическая часть.

Эксперимент 1: Лабораторное определение солености

Обычно соленость воды выражают в промилле (‰). 1‰= 0,1 %. Соленость воды некоторых морей (в промилле) приведена в таблице 1. Соленость океанов приблизительно одинакова и составляет ~35‰.

Таблица 1. Соленость некоторых морей в промилле

Море	Балтийское	Каспийское	Черное	Средиземное	Красное	Мертвое
Соленость	7	13	18	39	41	300

Соленость воды может быть определена по величине ее удельной электропроводности (ЭП), рис. 1а. Величина удельной ЭП раствора (к) рассчитывается на основе экспериментально измеренного его сопротивления R:

к = К/R,                         (1)

где К – геометрическая константа кондуктометрической ячейки, равная отношению расстояния между электродами l к их площади S. Константа ячейки К определяется путем измерения сопротивления растворов KCl (RКСl), величина ЭП которых (кКСl) измерена с высокой точностью. Из выражения (1) получаем для константы ячейки:

К = кКСlRКСl.         (2)

Удельная ЭП растворов измеряется в См/м или в См/см (один сименс равен 1/Ом). Удельная проводимость водных растворов KСl приведена в таблице 2 .

Таблица 2. Удельная электропроводность кКСl стандартных растворов КС1

Молярность KCl	Удельная электропроводность кКСl, См/см
0 °C	18 °C	20 °C	25 °C
0,010	0,00077512	0,0012227	0,0012757	0,0014114
0,100	0,00715430	0,0111919	0,0116676	0,0128862
1,000	0,065430	0,0982010	0,102024	0,111733

Измерение ЭП растворов проводится с использованием цифровых автоматических мостов переменного тока (Е7-13, Е7-20, Р-5083). Схема установки для измерения сопротивления растворов приведена на рис. 1б.

Рис. 1. Зависимость удельной ЭП от солености (а) и схема кондуктометрической установки (б): 1 – ячейка с раствором, 2 – термостат, 3 –мост переменного тока

Для расчета удельной ЭП к по измеренным значениям сопротивления R раствора необходимо сначала определить константу ячейки К. Для этого в промытую дистиллированной водой ячейку заливается 0,01 М раствор KCl и измеряется его сопротивление RКСl. Раствор в ячейке должен термостатироваться в течение 5 – 7 минут (до установления постоянного значения R). По уравнению (2) рассчитывается константа ячейки К (в см–1). Все измеренные и расчетные данные записываются с точностью до четырех значащих цифр (например, 2,306·10–3).

Для получения калибровочной кривой (рис. 1а) в промытую дистиллированной водой ячейку последовательно заливаются калибровочные растворы морской соли, измеряется их сопротивление и по уравнению (1) рассчитывается удельная ЭП. Измеряется также сопротивление дистиллированной и водопроводной воды. Результаты заносятся в таблицу 3. На миллиметровой бумаге или в Exel строят график зависимости удельной ЭП от солености, рис. 1а.

Таблица 3. Сопротивление и электропроводность воды и калибровочных растворов

Название раствора	k - , СМ/см	R - Удельное сопротивление, Ом	K - Константа ячейки, 1\СМ	Соленость,‰
KCl	0,0128862	63,609	0,819678296
Водопроводная вода	0,00048013	1707,2
Дистилированная вода	6,36742E-06	128730	0
0.1‰	0,000241202	3398,3	0,1
0.5‰	0,001007174	813,84	0,5
1‰	0,002035709	402,65	1
2.5‰	0,004722465	173,57	2,5
5‰	0,009114119	89,935	5
7.5‰	0,013418212	61,087	7,5
10‰	0,017998294	45,542	10
15‰	0,024861337	32,97	15
20‰	0,032358703	25,331	20
25‰	0,039401927	20,803	25
30‰	0,046459122	17,643	30
50‰	0,071301174	11,496	50
100‰	0,151436122	5,4127	100
200‰	0,198565479	4,128	200
300‰	0,229891543	3,5655	300

В таблице видно, что с уменьшением удельного сопротивления, повышается удельная ЭП раствора и его соленость.

В промытую кондуктометрическую ячейку заливается вода с неизвестной соленостью, измеряется ее сопротивление, рассчитывается удельная ЭП и с использованием калибровочной кривой, рис. 1а, определяется ее соленость.

 

Образцы воды были собраны в период с сентября по октябрь 2016г.

Таблица 4.

Название раствора	k - , СМ/см	R - Удельное сопротивление, Ом	Соленость,‰
Родник, деревня Голубоново, Московская область	0,000746996	1097,3	0,37083751
река Москва	0,000336513	2435,8	0,139514738
река Лыбедь, Рязанская область	0,000773792	1059,3	0,38414047
река Волга	0,000201252	4072,9	0,083436863
Персидский залив	0,057017132	14,376	36,81761269
Средиземное море	0,05585542	14,675	36,06746167
Южно-китайское море	0,04711878	17,396	30,42595999
Тихий океан	0,00107299	763,92	0,532673578
Атлантический океан	0,041559514	19,723	26,3689601
Мертвое море	0,16717893	4,903	110,3956761
Тайваньский залив	0,04662031	17,582	30,10408372
Головинский пруд	0,000499347	1641,5	0,207024063
Пруд СНТ Заря, Московская область	0,000244629	3350,7	0,101420599
Колодец, деревня Голубоново, Московская область	0,000985368	831,85	0,489174731
Пикалевский пруд, Московская область	0,00026651	3075,6	0,110492262
Водопроводная вода, Нью-йорк	9,07025E-05	9037	0
Водопроводная вода, Сингапур	0,000167049	4906,8	0,06925695

В таблице видно, что даже та вода, которую мы привыкли называть пресной, содержит соли. Самый соленый из исследованных водоемов – Мёртвое море, а самая пресная вода из водопровода г. Нью-Йорка.