Мониторинг природных вод с использованием ИСЭ

Ионоселективные электроды (ИСЭ) являются довольно удобным средством постоянного наблюдения за изменением состава природных вод. Процедура анализа довольно проста: опусти электроды в речку и проводи измерения. По крайней мере, так это описывается в рекламных проспектах. Однако таким образом могут использоваться только часть электродов.

Что же мешает использовать другую часть электродов в мониторинге природных вод?

Во-первых, это высокие пределы обнаружения ряда электродов. Вопреки бытующим в среде химиков представлениям, ПДК не является ориентиром реального содержания анализируемого иона в природных водах. Как правило, в водах существенно меньше интересующих нас ионов! Одна московская фирма наплодила уйму методик определения ионов в природных водах. Использовались все известные электроды. Однако в действительности пригодными оказались 5-6 методик, а остальные методики определяли скорее отсутствие ионов, чем их присутствие.

Во-вторых, некоторые электроды требуют различного рода добавок, маскирующих негативное влияние примесей и создающих необходимый рН среды. К таким электродам относится, например, фторидный электрод, использование которого требует маскирование ионов Al и Fe, а также рН среды равного 5-6 единицам.

Без особых хлопот в природной воде можно определять следующие ионы: Cl^-, NO₃^-, Na⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺, NH₄⁺. Рассмотрим подробнее условия применения электродов, обратимых к этим ионам.

При определении хлоридов с помощью электродов на основе AgCl/Ag₂S обычно ничего не мешает анализу. Исключение составляют ионы S^2- и OH^-. Однако природные воды, содержащие сульфиды не так часто встречаются, а воды с концентрацией OH^- более 10^-4 М тоже надо поискать!

Использовать стеклянный электрод (ЭСЛ-51) можно только в том случае, если концентрация ионов H⁺ в анализируемом объекте меньше в 10⁴ - 10⁵ раз, чем ионов Na. Если принимать во внимание то обстоятельство, что в природных водах концентрация Na превышает 10^-4М, то рН среды должен быть меньше 8-9. Такое значение рН обычно и бывает в речных природных водах. Таким образом, в большинстве случаев нет нужды в специальной коррекции рН.

При определении нитратов нужно всегда оценивать ситуацию с хлоридами, используя данные о природном образце и свойствах используемого электрода. Слишком большие концентрации хлоридов мешают анализу.

Электрод следует всегда перед использованием тщательно отмывать в проточной воде. Полученные результаты нуждаются в корректировке на содержание калия. Большое содержание калия в пробах делают невозможным коррекцию результатов.

Определение кальция в природных водах всегда сопряжено с трудностями, связанными с мешающим влиянием магния на результаты анализа. Но поскольку коэффициент селективности к магнию у ЭМ-Са-01 равен 0.2, а магния обычно меньше кальция раз в 5, то влиянием магния, в некоторых случаях, можно пренебречь.

Интересны для анализа так называемые электроды на жесткость. Эти электроды обладают равной чувствительностью как к ионам Са, так и к ионам Mg.

Проводя аналитические измерения, не мешает проводить оценку ионной силы природной воды. Если этого не делать, то ошибка анализа может достигать 5-20%. На это указывают следующие расчеты.

В природной воде очень часто преобладает гидокарбонат кальция в концентрации около 10^-3 М, что соответствует ионной силе 3 10^-3 М. При такой ионной силе коэффициент активности для одновалентных ионов составляет 0.94, а для двухзарядных - 0.8. Таким образом, если проводить калибровку электродов в растворах, содержащих только анализируемый ион, то это может привести к ошибке анализа в 20%!

Очень важную роль в мониторных измерениях играет исправность электрода сравнения, т.е. нормированное истечение электролита и хлорсеребряного электрода. Нарушения режима истечения может быть вызвано 3 причинами:

1. Падением температуры анализируемой воды. Результатом понижения температуры является кристаллизация соли (KCl) в солевом ключе, что снижает скорость истечения. Иногда это приводит к тому, что электролит совсем не течет. В связи с этим очевидна необходимость насыщения раствора солью KCl при той температуре, при которой может эксплуатироваться электрод.
2. Водорослями, которые забивают солевой ключ.
3. Ионами серебра из электрода сравнения, которые могут восстанавливаться, соприкасаясь с анализируемой средой, что будет приводить к нарушению истечения раствора электролита. (Эта неисправность проявляется только в том случае, если раствор электрода сравнения специально насыщается хлоридом серебра для продления срока службы электрода.)