Определение общей жесткости воды проводят несколькими методами: комплексометрический, как наиболее быстрый и удобный, спирто-мыльный, олеатный или пальмитатный методы.

Комплексометрический метод определения общей жесткости воды

Определение общей жесткости воды комплексометрическим методом проводят путем титрования пробы исследуемой воды раствором трилона Б — двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты, связывающей в слабощелочной среде катионы кальция и магния в комплексные соединения:

При этом в комплекс сначала связываются катионы кальция, а затем уже катионы магния.

Титрование проводят в присутствии хромовых красителей как индикаторов, из которых обычно применяют хромовый черный специальный (кислотный хром черный специальный, хромоген черный ЕТ-00) или хромовый темно-синий (кислотный хром темно-синий). Эти индикаторы образуют с катионами кальция и магния комплексные соли, придающие раствору окраску, резко отличающуюся (особенно у комплексов магния) от окраски в присутствии обычных солей этих индикаторов. Устойчивость комплексов катионов жесткости с индикаторами меньше, чем с трилоном Б. Эти индикаторы обладают также свойствами кислотно-основных индикаторов, изменяя окраску растворов в зависимости от pH среды, а поэтому титрование трилоном Б ведут при значении pH = 9-10, обеспечивая это введением аммиачного или боратного буферных растворов.

Индикаторы хром черный или хром темно-синий, введенные в исследуемую воду перед титрованием, образуют с катионами жесткости комплексные соединения, окрашивающие соответственно раствор в винно-красный или в розовато-красный цвет. Трилон Б в конце титрования извлекает катионы жесткости из их соединений с индикаторами, и раствор приобретает голубой или синевато-сиреневый цвет.

Концентрация катионов жесткости в исследуемой пробе должна быть до 5 мг-экв/л, что обеспечит хорошо заметный переход окраски. Воду, имеющую более высокую жесткость, разбавляют дистиллированной водой.

Для титрования воды с жесткостью больше 20 мг-экв/л можно применять 0,1 н. растворы трилона Б: для воды с жесткостью 0,5—20 мг-экв/л применяют 0,05 н. растворы, а для воды с жесткостью меньше 0,5 мг-экв/л — 0,01 н. растворы трилона Б. При анализе воды с жесткостью до 0,5 г-экв/л в качестве индикатора используют хром темно-синий, переход окраски у которого в этих условиях более заметен, чем у хром черного.

Комплексометрический метод применяют для анализа воды с жесткостью более 0,015 мг-экв/л, ошибка в анализе по этому методу обычно не превышает 1%. Определению жесткости комплексометрическим методом может мешать присутствие в воде катионов железа, алюминия, марганца, меди, цинка, а также высокое содержание гидрокарбонат- и карбонат-ионов.

Ионы железа, которые чаще других ионов, мешающих определению катионов жесткости, могут присутствовать в воде, при концентрациях выше 1 мг/л придают индикатору грязно-серый цвет и снижают четкость перехода его окраски. Для устранения влияния ионов железа и алюминия следует разбавлять испытуемую пробу дистиллированной водой, что снижает концентрацию этих ионов.

Подобное влияние небольших количеств катионов марганца может быть устранено добавлением к пробе раствора гидроксиламина. При большом содержании железа и марганца их выделяют из воды окислением и осаждением в щелочной среде.

Влияние катионов меди и цинка можно исключить, вводя в исследуемую пробу воды перед титрованием небольшое количество раствора сульфида натрия, вызывающего осаждение меди и цинка в виде сульфидов.

Чтобы устранить влияние карбонат- и гидрокарбонат-ионов, которые в щелочной среде вызывают образование малорастворимых карбонатов кальция и магния, медленно реагирующих с трилоном Б, пробу воды предварительно нейтрализуют соляной кислотой для разложения карбонатов, а затем кипятят 5 минут для удаления углекислого газа.

При анализе применяют следующие реактивы:

трилон Б, 0,05 н. или 0,01 н. раствор;

аммиачный буферный раствор, приготовляемый смешиванием 100 мл 20%-ного раствора хлорида аммония со 100 мл 20%-ного раствора аммиака и доведением объема смеси до 1 л, или борат-ный буферный раствор, приготовляемый смешиванием 800 мл 5%-ного раствора буры со 100 мл 10%-ного раствора едкого натра с доведением объема смеси до 1 л дистиллированной водой;

кислотный хром темно-синий или кислотный хром черный специальный, 0,5%-ные аммиачно-спиртовые растворы или 0,5%-ные сухие смеси с хлоридом натрия или нитратом калия;

дистиллированную воду.

При отсутствии ионов, мешающих анализу, объем воды, взятый для этого определения, должен быть не менее 500 мл. Если анализ на определение общей жесткости будет проведен позднее чем через 2 ч, то воду следует подкислить 0,1 н. раствором соляной кислоты до слабокислой реакции по лакмусовой бумажке. Мутную воду предварительно отстаивают в течение 2 ч, переливают в чистую склянку, а затем подкисляют.

В коническую колбу емкостью 250 мл пипеткой отбирают при температуре не ниже 15°С определенный объем исследуемой воды, в котором суммарное содержание катионов кальция и магния не превышает 0,5 мг-экв.

Рекомендуемые объемы пробы воды

Затем, если нужно, добавляют дистиллированную воду до общего объема 100 мл, вносят 5 мл аммиачного буферного раствора (при жесткости воды ниже 0,5 мг-экв/л можно вместо аммиачного внести 1 мл боратного буферного раствора), вводят 5—6 капель раствора индикатора или 0,1 г сухой смеси индикатора с солью и медленно титруют 0,05 н. раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до перехода винно-красной окраски раствора в голубовато-синюю.