МИНИСТЕРСТВО ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОД
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
ИОНОВ ХРОМА В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ
ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ С ДИФЕНИЛКАРБАЗИДОМ
ПНД Ф 14.1:2.52-9
Методика допущена для целей государственного экологического контроля
Москва 1996 г.
(издание 2004 г.)
Методика рассмотрена и одобрена Главным управлением аналитического контроля и метрологического обеспечения природоохранной деятельности (ГУАК) и Главным метрологом Минприроды РФ.
В соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 ÷ ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 и на основании свидетельства о метрологической аттестации № 224.01.03.026/2004 в МВИ внесены изменения (Протокол № 1 заседания НТС ФГУ «ФЦАМ» МПР России от 03.03.2004).
Настоящий документ устанавливает методику количественного химического анализа проб природных и сточных вод для определения в них ионов хрома общего, трех- и шестивалентного при массовой концентрации от 0,01 до 1,0 мг/дм3.
Если массовая концентрация ионов хрома в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация ионов хрома соответствовала регламентированному диапазону.
Если массовая концентрация ионов хрома в анализируемой пробе ниже минимально определяемой, то допускается концентрирование.
Определению мешают присутствующие в высоких концентрациях (свыше 200 мг/дм3) Hg++ и Нg2++ - ионы. С дифенилкарбазидом вступают в реакцию и окрашивают раствор также ванадий и молибден(+6), оба эти элемента допустимы в концентрациях до 200 мг/дм3.
Мешает определению также железо (1 мг/дм3), образующее с этим реактивом соединение, окрашивающее анализируемый раствор в желтобурый цвет. Влияние железа можно частично устранить добавлением фосфорной кислоты, что предусматривается в ходе определения (см. п. 9.1).
Марганец при большом его содержании в пробе при окислении персульфатом может выпасть в осадок в виде гидрата диоксида марганца: осадок тогда отделяют фильтрованием через пористую пластинку или через стеклянную вату (см. п. 9.2).
При определении хрома(+6) на результаты может повлиять то обстоятельство, что хромат и бихромат могут окислять некоторые содержащиеся в пробе вещества в интервале времени между отбором пробы и анализом. В подобных случаях хром определяют непосредственно после отбора пробы.
В водах с высоким содержанием растворенных веществ могут оказывать мешающее влияние повышенные концентрации кальция, которые при использовании серной кислоты в ходе определения дают помутнение, вызванное выделением сульфатов. В таких случаях рекомендуется применять вариант определения, при котором вместо серной кислоты применяют трихлоруксусную кислоту (см. п. 9.3).
В нейтральных или водах раздельное определение хрома(+6) и хрома(+3) затруднено тем, что при подкислении таких вод, если они (как это обычно бывает) содержат восстановители - соли железа, сульфиты, многие органические вещества и т.п., происходит восстановление хрома (+6) до хрома(+3).
В водах, окрашенных органическими веществами, определить хром(+6) фотометрическим методом трудно даже тогда, когда эти воды имеют кислую реакцию, и поэтому определяют только общее содержание хрома (см. п. 9.2).
Фотометрический метод определения массовой концентрации ионов хрома основан на реакции дифенилкарбазида в кислой среде с бихромат-ионами с образованием соединения фиолетового цвета, в котором хром содержится в восстановленной форме в виде хрома(+3), а дифенилкарбазид окислен до дифенилкарбазона.
Измерение проводят при длине волны λ = 540 нм.
В одной порции пробы проводят окисление хрома(+3) до хрома(+6) персульфатом и определяют суммарное содержание в пробе обеих форм хрома, в другой порции пробы окисление хрома(+3) не проводят и определяют только содержание хрома(+6). По разности между полученными результатами находят содержание хрома(+3).
Настоящая методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностью, не превышающей значений, приведённых в таблице 1.
Значения показателей точности, повторяемости и воспроизводимости методики
Показатель точности (границы относительной погрешности при вероятности Р = 0,95), ± δ, % |
Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемости), σr, % |
Показатель воспроизводимости (относительное среднеквадратическое отклонение воспроизводимости), σR, % |
|
от 0,01 до 0,1 вкл. |
40 |
10 |
15 |
св. 0,1 до 1,0 вкл. |
18 |
5 |
7 |
Значения показателя точности методики используют при:
- оформлении результатов анализа, выдаваемых лабораторией;
- оценке деятельности лабораторий на качество проведения испытаний;
- оценке возможности использования результатов анализа при реализации методики в конкретной лаборатории.
3.1. Средства измерений, оборудование и материалы
Спектрофотометр или фотоколориметр, позволяющий измерять оптическую плотность при длине волны λ = 540 нм.
Кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 и 50 мм.
Весы лабораторные, 2 класса точности, ГОСТ 24104.
Стандартный образец с аттестованным содержанием ионов хрома.
Баня водяная, ТУ 10-23-103.
Фильтры обеззоленные, ТУ 6-09-1678.
Бумага индикаторная, универсальная, ТУ-6-09-1181.
3.2. Посуда
Колбы мерные, наливные 2-50-2;
Пипетки 4 (5)-2-1;
4 (5)-2-2;
6 (7)-2-5;
6 (7)-2-10;
Колбы конические КН-2-100-34, ГОСТ 25336.
Бюретка 6-2-2;
1-2-25-0,1, ГОСТ 29251.
Цилиндры мерные 2-100;
Воронки стеклянные для фильтрования ГОСТ 25336.
Бутыли из стекла или полиэтилена с притертыми или винтовыми пробками вместимостью 500 - 1000 см3 для отбора и хранения проб и реактивов.
3.3. Реактивы
Калий двухромовокислый, ГОСТ 4220.
Аммоний надсернокислый, ГОСТ 20478.
Спирт этиловый, ГОСТ 18300.
Серная кислота, ГОСТ 4204.
Натрия гидроокись, ГОСТ 4328.
Дифенилкарбазид, ГОСТ 5859.
Фосфорная кислота, ГОСТ 6552.
Азотная кислота, ГОСТ 4461.
Трихлоруксусная кислота, ТУ 6-09-1926-77.
Вода дистиллированная, ГОСТ 6709.
Все реактивы должны быть квалификации х.ч. или ч.д.а.
4.1. При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами ГОСТ 12.1.007.
4.2. Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019.
4.3. Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004.
4.4. Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.
Выполнение измерений может производить химик-аналитик, владеющий техникой фотометрического и спектрофотометрического анализов, изучивший инструкцию по работе с соответствующими приборами.
Измерения проводятся в следующих условиях:
температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С;
атмосферное давление (84,0 - 106,7) кПа (630 - 800 мм рт.ст);
относительная влажность (80 ± 5) %;
напряжение сети (220 ± 10) В;
частота переменного тока (50 ± 1) Гц.
Отбор проб производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».
7.1. Подготовка посуды для отбора проб
Бутыли для отбора и хранения проб воды обезжиривают раствором CMC, промывают водопроводной водой, обрабатывают раствором азотной кислоты (1:1), тщательно промывают водопроводной, затем 3 - 4 раза дистиллированной водой.
7.2. Пробы воды (объем не менее 500 см3) отбирают в стеклянные или полиэтиленовые бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой водой.
7.3. Пробы анализируют не позже, чем через 2 часа после отбора; при определении общего содержания хрома допускается консервирование (5 см3 концентрированной HNО3 на 1 дм3 воды) - срок хранения пробы в течение месяца.
7.4. Проба воды не должна подвергаться воздействию прямого солнечного света. Для доставки в лабораторию сосуды с пробами упаковывают в тару, обеспечивающую сохранность и предохраняющую от резких перепадов температуры. При отборе проб составляют сопроводительный документ по утвержденной форме, в котором указывают:
цель анализа, предполагаемые загрязнители;
место, время отбора;
номер пробы;
должность, фамилия отбирающего пробу, дата.
8.1. Подготовка прибора к работе
Подготовку спектрофотометра или фотоэлектроколориметра к работе проводят в соответствии с рабочей инструкцией по эксплуатации прибора. Прибор должен быть поверен.
8.2. Приготовление вспомогательных растворов
8.2.1. Гидроокись натрия, водный раствор.
40 г NaOH растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 1 дм и доводят до метки дистиллированной водой. Хранят под защитой от контакта с воздухом.
8.2.2. Серная кислота, водный раствор.
27,3 см3 серной кислоты пл. 1,84 г/см3 вносят небольшими порциями при перемешивании в 150 - 200 см3 дистиллированной воды, переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят до метки дистиллированной водой.
8.2.3. Серная кислота, разбавленный раствор (1:1).
Смешивают равные объемы серной кислоты и дистиллированной воды, осторожно приливая кислоту в воду.
8.2.4. Фосфорная кислота, концентрированная, 85 %-ная.
8.2.5. Азотная кислота, разбавленный, раствор (1:1).
Смешивают равные объемы кислоты и дистиллированной воды, приливая кислоту в воду.
8.2.6. Дифенилкарбазид, 1,0 %-ный спиртовой раствор.
Растворяют 0,50 г дифенилкарбазида в 50 см3 этилового спирта. Раствор хранят в темной склянке. Если раствор приобретает при хранении окраску, он непригоден для использования.
8.2.7. Персульфат аммония, 0,1 %-ный раствор.
0,1 г персульфата аммония растворяют в 100 см3 дистиллированной воды. Раствор применяют свежеприготовленным.
8.2.8. Трихлоруксусная кислота, раствор.
Растворяют 163,4 г трихлоруксусной кислоты ~ в 500 см3 дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 1 дм3 и доводят до метки этой же водой.
8.2.9. Приготовление основного градуировочного раствора из ГСО с аттестованным содержанием.
Раствор готовят в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией.
1 см3 раствора должен содержать 1 мг хрома. Срок хранения - один месяц.
8.2.10. Приготовление рабочего градуировочного раствора (I).
Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 100 раз бидистиллированной водой. В 1 см3 раствора содержится 0,010 мг хрома.
8.2.11. Приготовление рабочего градуировочного раствора (II).
Раствор готовят в день проведения анализа разбавлением рабочего раствора (I) в 10 раз бидистиллированной водой.
1 см3 раствора должен содержать 0,001 мг хрома.
Для приготовления реактивов и разбавления пробы используют бидистиллированную воду, полученную в стеклянном приборе.
8.3. Построение градуировочного графика
Для построения градуировочного графика необходимо приготовить образцы для градуировки с концентрациями ионов хрома примерно 0,01 - 1,0 мг/дм3. Условия анализа, его проведение должны соответствовать описанным в пунктах 6 и 9.1 или п. 9.3 (если предполагается работать с высоким содержанием кальция в пробах).
Состав и количество образцов дня построения градуировочных графиков приведены в таблице 2. Погрешность, обусловленная процедурой приготовления, для образцов для градуировки не превышает 2,8 %.
Состав и количество образцов для градуировки при анализе хрома
Массовая концентрация ионов хрома в градуировочных растворах, мг/дм3 |
Аликвотная часть растворов, помещенных в мерную колбу на 100 см3 |
||
Рабочий раствор (II) с концентрацией 0,001 мг/см3. График 1 (кювета 50 мм) |
Рабочий раствор (I) с концентрацией 0,010 мг/см3. График 2 (кювета 10 мм) |
||
1 |
0,00 |
0,00 |
|
2 |
0,01 |
1,00 |
|
3 |
0,02 |
2,00 |
|
4 |
0,03 |
3,00 |
|
5 |
0,05 |
5,00 |
|
6 |
0,08 |
8,00 |
|
7 |
0,10 |
10,00 |
1,00 |
8 |
0,20 |
2,00 |
|
9 |
0,30 |
3,00 |
|
10 |
0,50 |
5,00 |
|
11 |
0,80 |
8,00 |
|
12 |
1,00 |
10,00 |
Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их концентрации. Для построения градуировочного графика каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения данных.
Строят градуировочньй график в координатах оптическая плотность - концентрация в мг/дм3.
8.4. Контроль стабильности градуировочной характеристики
Контроль стабильности градуировочной характеристики проводят не реже одного раза в квартал или при смене партии реактивов. Средствами контроля являются вновь приготовленные образцы для градуировки (не менее 3 образцов из приведенных в таблице 2).
Градуировочную характеристику считают стабильной при выполнении для каждого образца для градуировки следующего условия.
где X - результат контрольного измерения массовой концентрации хрома в образце для градуировки;
С - аттестованное значение массовой концентрации хрома в образце для градуировки;
- среднеквадратическое отклонение внутрилабораторной прецизионности, установленное при реализации методики в лаборатории.
Примечание. Допустимо среднеквадратическое отклонение внутри-лабораторной прецизионности при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения: , с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов анализа.
Значения σR приведены в таблице 1.
Если условие стабильности градуировочной характеристики не выполняется только для одного образца для градуировки, необходимо выполнить повторное измерение этого образца с целью исключения результата, содержащего грубую погрешность.
Если градуировочная характеристика нестабильна, выясняют причины и повторяют контроль с использованием других образцов для градуировки, предусмотренных методикой. При повторном обнаружении нестабильности градуировочной характеристики строят новый градуировочный график.
9.1. Определение хрома шестивалентного (Сr+6)
Отбирают такой объем предварительно профильтрованной, анализируемой воды, чтобы в нем содержалось от 0,001 до 0,1 мг хрома(+6), переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3. Пробу нейтрализуют раствором едкого натра (по п. 8.2.1) или раствором серной кислоты (по п. 8.2.2.). Необходимое количество щелочи или кислоты устанавливают титрованием отдельной порции пробы. Затем приливают 1 см3 серной кислоты (по п. 8.2.3), 0,3 см3 фосфорной кислоты (по п. 8.2.4) и доводят объем дистиллированной водой до 100 см3, перемешивают и вносят 2 см3 раствора дифенилкарбазида (по п. 8.2.6), снова перемешивают и через 10 - 15 мин измеряют оптическую плотность.
Из полученной величины вычитают оптическую плотность холостого определения и по графику находят содержание хрома.
9.2. Определение суммарного содержания хрома (Сr+6 и Сr+3)
100 см3 первоначально неразбавленной, разбавленной или сконцентрированной пробы, содержащей в этом объеме 0,001 - 0,1 мг хрома, нейтрализуют раствором едкого натра (по п. 8.2.1) или раствором серной кислоты (по п. 8.2.2). Необходимое количество щелочи и кислоты определяют титрованием другой порции пробы. Затем прибавляют 0,3 см3 раствора серной кислоты (по п. 8.2.2) и 5 - 10 см3 раствора персульфата аммония (по п. 8.2.7) и кипятят 20 - 25 мин (весь персульфат должен разложиться, так как даже следы неразложившегося персульфата аммония мешают последующему фотометрическому определению с дифенилкарбазидом).
Если выпал осадок диоксида марганца, его отфильтровывают через стеклянную фильтрующую пластинку или через стекловату. Раствор выпаривают примерно до 50 см3, охлаждают, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3, разбавляют до метки дистиллированной водой и дальше продолжают анализ, как при определении хрома(+6).
Определив суммарное содержание обеих форм хрома и содержание хрома шестивалентного, по разности находят содержание хрома(+3).
9.3. Определение содержания хрома(+6) при высоком содержании кальция
Отбирают такой объем, предварительно профильтрованной, анализируемой воды (рН ~ 7,0), чтобы в нем содержалось от 0,001 до 0,1 мг хрома(+6), переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3, добавляют 2 см3 раствора трихлоруксусной кислоты (по п. 8.2.8) и 1 см3 раствора дифенилкарбазида (по п. 8.2.6).
Объем доводят дистиллированной водой до 100 см3, хорошо перемешивают и через 15 мин измеряют оптическую плотность.
Содержание ионов хрома X (мг/дм3) рассчитывают по формуле
где С - концентрация хрома, найденная по гравировочному графику, мг/дм3;
100 - объем, до которого была разбавлена проба, см3;
V - объем, взятый для анализа, см3.
За результат анализа Хср принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений Х1 и Х2
для которых выполняется следующее условие:
где r - предел повторяемости, значения которого приведены в таблице 3.
Значения предела повторяемости при вероятности P = 0,95
Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных определений), r, % |
|
от 0,01 до 0,1 вкл. |
28 |
св. 0,1 до 1,0 вкл |
14 |
При невыполнении условия (1) могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов параллельных определений и установления окончательного результата согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6.
Расхождение между результатами анализа, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата анализа, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 4.
Значения предела воспроизводимости при вероятности P = 0,95
Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, % |
|
от 0,01 до 0,1 вкл |
42 |
св. 0,1 до 1,0 вкл. |
20 |
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов анализа согласно раздела 5 ГОСТ РИСО 5725-6.
11.1. Результат анализа Xср в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде: Хср ± Δ, Р = 0,95,
где Δ - показатель точности методики.
Значение Δ рассчитывают по формуле: Δ = 0,01 × δ × Хср. Значение 8 приведено в таблице 1.
Допустимо результат анализа в документах, выдаваемых лабораторией, представлять в виде: Хср ± Δл, Р = 0,95, при условии Δл < Δ,
где Xср - результат анализа, полученный в соответствии с прописью методики;
± Δл - значение характеристики погрешности результатов анализа, установленное при реализации методики в лаборатории, и обеспечиваемое контролем стабильности результатов анализа.
Примечание. При представлении результата анализа в документах, выдаваемых лабораторией, указывают.
- количество результатов параллельных определений, использованных для расчета результата анализа;
- способ определения результата анализа (среднее арифметическое значение или медиана результатов параллельных определений).
11.2. В том случае, если массовая концентрация хрома в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы массовая концентрация хрома соответствовала регламентированному диапазону.
Результат анализа Хср в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде Хср ± Δ′, Р = 0,95, где ± Δ - значение характеристики погрешности результатов анализа, откорректированное на величину погрешности взятия аликвоты.
11.3. Если массовая концентрация ионов хрома в анализируемой пробе ниже минимально определяемой по методике концентрации, то допускается концентрирование. В этом случае одновременно с анализируемой пробой ведут анализ аттестованного раствора с содержанием ионов хрома соответствующим содержанию их в исходной рабочей пробе. Результат анализа исходной рабочей пробы признают удовлетворительным, если выполняется следующее условие:
где X - результат контрольного измерения массовой концентрации ионов хрома в образце для контроля (стандартном растворе);
С - аттестованное значение массовой концентрации ионов хрома в образце для контроля (стандартном растворе);
К - норматив оперативного контроля процедуры анализа.
К = Δ"
Δ" - значение характеристики погрешности результатов анализа, откорректированное на величину концентрирования пробы.
Контроль качества результатов анализа при реализации методики в лаборатории предусматривает:
- оперативный контроль процедуры анализа (на основе оценки погрешности при реализации отдельно взятой контрольной процедуры);
- контроль стабильности результатов анализа (на основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения повторяемости, среднеквадратического отклонения внутрилабораторной прецизионности, погрешности).
12.1 Алгоритм оперативного контроля процедуры анализа с использованием метода добавок
Оперативный контроль процедуры анализа проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры Кк с нормативом контроля К
Результат контрольной процедуры Кк рассчитывают по формуле
где X′ср - результат анализа массовой концентрации хрома в пробе с известной добавкой - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (1) раздела 10;
Xср - результат анализа массовой концентрации хрома в исходной пробе - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (1) раздела 10.
Норматив контроля К рассчитывают по формуле
где , - значения характеристики погрешности результатов анализа, установленные в лаборатории при реализации методики, соответствующие массовой концентрации хрома в пробе с известной добавкой и в исходной пробе соответственно.
Примечание. Допустимо характеристику погрешности результатов анализа при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения: Δл = 0,84 × Δ, с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов анализа.
Процедуру анализа признают удовлетворительной, при выполнении условия
При невыполнении условия (2) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (2) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.
12.2. Алгоритм оперативного контроля процедуры анализа с применением образцов для контроля
Оперативный контроль процедуры анализа проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры Кк с нормативом контроля К.
Результат контрольной процедуры Кк рассчитывают по формуле:
где Сср - результат анализа массовой концентрации хрома в образце для контроля - среднее арифметическое двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми удовлетворяет условию (1) раздела 10;
С - аттестованное значение образца для контроля.
Норматив контроля К рассчитывают по формуле:
К = Δл,
где ± Δл - характеристика погрешности результатов анализа, соответствующая аттестованному значению образца для контроля.
Примечание. Допустимо характеристику погрешности результатов анализа при внедрении методики в лаборатории устанавливать на основе выражения: Δл = 0,84 × Δ, с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов анализа.
Процедуру анализа признают удовлетворительной, при выполнении условия:
При невыполнении условия (3) контрольную процедуру повторяют. При повторном невыполнении условия (3) выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.
Периодичность оперативного контроля процедуры анализа, а также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов анализа регламентируют в Руководстве по качеству лаборатории.
СОДЕРЖАНИЕ