Химический анализ воды

Химический анализ воды проводится для выявления и количественной оценки химических компонентов и свойств проб воды. Тип и чувствительность анализа зависят от целей анализа и предполагаемого дальнейшего использования воды. Химический анализ применяется к воде, которая используется в промышленных процессах, к сточным водам, на реках и ручьях, к осадкам и в море.

Рекомендации UNICEF указывают на приоритет выявления в ходе независимой экспертизы воды фторида, мышьяка и нитратов. В районах, где земля богата минералами, уровни содержания фтора и мышьяка могут оказаться достаточно высокими, чтобы оказывать негативное воздействие на здоровье человека. В ходе химического анализа воды показатели содержания железа, марганца и общего количества растворенных твердых веществ (РТВ) приобретают особое значение. Эти вещества могут ухудшать вкус и запах воды, а также могут побудить потребителей искать более привлекательные (и потенциально менее безопасные) источники воды.

В зависимости от местных условий, при анализе воды в полевых условиях могут быть добавлены дополнительные химические тесты, в частности, для проверки щелочности и твердости (наличие кальция и магния), выявления хлоридов (индикатор проникновения дорожной соли или морской воды), растворенного кислорода, органического углерода, агрохимикатов, промышленных загрязнителей и тяжелых металлов (свинец, ртуть, медь, хром и т.д.).

Полный химический анализ воды является основой исследования загрязнения почв и геотермальных источников. Стандартные аналитические методы, включая элементный анализ, газовую хроматографию и масс-спектрометрию позволяют выявлять и измерять количественно все природные элементы и их неорганические соединения, а также очень широкий спектр органических химических соединений. На очистных сооружениях, которые производят питьевую воду, и в ходе некоторых промышленных процессов для выявления загрязнения воды могут использоваться специализированные органолептические методы и продукты с характерным вкусом и запахом. Типичные низкотехнологичные, портативные методы полного анализа воды делятся на три категории:

Тест-полоски

Тест-полоска для анализа воды

Тест-полоска для анализа воды

Небольшие одноразовые полоски, изменение цвета которых указывает на концентрацию определенного химического вещества. В зависимости от конкретного теста исследователь «активирует» бумажную или пластиковую полоску, погружая ее в пробу воды и размахивая ускорения высыхания, либо удерживая полоску в потоке воды. После короткого ожидания исследователь сравнивает цвет тест-полоски с цветовой диаграммой, чтобы рассчитать концентрацию химических веществ. Эти наборы чрезвычайно просты, но они менее точны, чем другие методы, особенно если инструкции выполняются не точно.

Наборы цветных дисков

Наборы цветных дисков доступны для широкого спектра проб воды. В типичной установке исследователь добавляет пакет порошка или несколько капель жидкого реагента к образцу воды в многоразовой пластиковой трубке. Затем помещает пробирку с образцом в небольшую пластиковую коробку, которая содержит пластиковый диск с напечатанным на нем цветным градиентом. Пользователь вращает цветной диск, чтобы найти ту часть, которая лучше всего соответствует цвету образца, а затем рассчитывает концентрацию химического вещества. Работа с наборами цветных дисков требует дополнительного времени ожидания, поэтому они немного сложнее и дороже, но в целом более точны.

Цифровые приборы

фотометр для анализа воды

фотометр для анализа воды

Для тестирования воды также применяются легкие портативные цифровые измерители, колориметры и фотометры. Такие приборы обеспечивают наиболее точные результаты, но также являются более дорогими и деликатными, чем предыдущие варианты. Такие приборы требуют наличия мощных батарей и постоянной калибровки. В целом, цифровые приборы для анализа воды полезны в полевых условиях и являются неотъемлемой частью любой сети мониторинга качества водных ресурсов.

Лабораторный анализ воды

Для обеспечения последовательности и повторяемости методы химического анализа согласовываются на международном уровне. Их публикации часто называют «синей книгой». Химический анализ питьевой воды может проводится следующими методами.

Лабораторный анализ воды

Мокрая химия – метод Винклера для растворенного кислорода, осаждения и фильтрации твердых веществ, подкисления, нейтрализационного титрования и т. д.; колориметрические методы для выявления поверхностно-активных веществ; сравнительные методы для выявления хлора и хлораминов. Эти методы, как правило, надежны, хорошо опробованы и недороги, а также обеспечивают разумную степень точности при умеренной чувствительности.

В мокрой химии отлично зарекомендовавшие себя селективные колориметрические измерения, однако их массовое применение требует времени и в конечном итоге приводит к снижению пропускной способности и увеличению затрат на анализ. Кроме того, требуются значительные инвестиции в регулярное обучение персонала и техническое обслуживание приборов. Выходом может стать применение дискретных анализаторов, которые автоматизируют и оптимизируют измерения, а также удешевляют их. 

Дискретный анализатор объединяет и одновременно тестирует до 20 различных влажных химических параметров и требует лишь одного оператора. Дискретный анализатор с миниатюрными компонентами и уникальной малообъемной конструкцией кюветы вмещает небольшие объемы реагентов, минимизирует отходы и, как следствие, снижает стоимость анализа.

Электрохимия – выявление количества растворенного кислорода, определение уровней рН и проводимости. Эти методы предполагают использование электронного оборудования, которое передает результаты исследования непосредственно в лабораторную систему управления данными, они дают очень точные результаты.

Спектрофотометрия – используется, в частности, для выявления металлов. Дает результаты с очень высокой чувствительностью, но может потребовать подготовки образцов, а также специальных методов отбора проб, чтобы избежать ухудшения их качества при транспортировке.

Хроматография – используется для выявления многих органических соединений, которые являются загрязнителями. 

Ионная хроматография – чувствительный и стабильный метод с использованием технологии ионного обмена, который позволяет выявлять низкие концентрации катионов и анионов в воде.

Система автоматизированной ускоренной экстракции ASE 350

Система автоматизированной ускоренной экстракции ASE 350

Газовая хроматография – может использоваться для выявления органических летучих и полулетучих загрязнителей при разумной чувствительности.

Масс-спектрометрия – используется там, где требуется высокая чувствительность, а также определение большого количества потенциальных контаминантов в пробах. Сочетается как с газовой хроматографией для низкомолекулярных, неполярных и летучих компонентов, таких, например, как бензол в низких концентрациях, или винилхлорид, или тригалогенметаны, так и с жидкостной хроматографией для определения полярных, не летучих или высокомолекулярных загрязнителей, таких как перхлораты, нонифенолы, микроцистины. 

В зависимости от компонентов применяются различные методы определения количеств или соотношений компонентов. В то время как одни методы могут быть выполнены со стандартным лабораторным оборудованием, другие требуют современных устройств, таких как масс-спектрометры индуктивно связанной плазмы (ICP-MS).