АЗОТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
В обычных условиях N2- физиологически индифферентный газ. Почти все летучие соединения N2 ядовиты. Аммиак NH3 сильно раздражает верхние дыхательные пути и глаза, а в больших концентрациях также возбуждает центральною нервную систему. Сходно действуют на нервную систему гидразин N2H4 и его производные, обладающие одновременно сильным гепатотоксическим действием. Гидроксиламин NH2OH вызывает преимущественно превращения гемоглобина в метгемоглобин и - вторично - распад красных кровяных телец. Распад эритроцитов вызывает, по-видимому, также и азотистоводородная кислота HN3, в то же время она действует на окислительные процессы в организме, сильно раздражает верхние дыхательные пути и глаза и снижает кровяное давление. Раздражающее действие оказывает и хлористый азот NCI3.
Закись азота N2O действует практически как индифферентный газ, а в очень больших концентрациях в смеси с кислородом - как наркотик. Окись азота NO вызывает быстрое превращение гемоглобина крови в метгемоглобин и действует на центральную нервную систему. Двуокись азота NO2 (N2O4) раздражает главным образом легкие, вызывает отек их. Сходно действуют азотная кислота HNO3 и нитрозилхлорид NOСL. Нитриты, а также эфиры азотистой кислоты сильно расширяют сосуды и снижают кровяное давление и переводят гемоглобин крови в метгемоглобин. Нитраты раздражают кожу. Эфиры азотной кислоты действуют наркотически, поражают сердечно-сосудистую систему, а также образуют метгемоглобин.
АЗОТ
N2 M=28,01
Применяется для синтеза аммиака; как хладагент; как инертная среда для ряда химических реакций.
Получается сжижением и фракционированной перегонкой воздуха. Физические и химические свойства. Бесцветный газ. Раств. в воде 2,3 мл/ИХ) г (0); 0,8 мл/ЮО г (60). В обычных условиях химически инертен и только с литием образует Li3N; при высоких температурах его активность возрастает.
Токсическое действие. Действие N2 проявляется только *при резком снижении давления O2. При давлении О2 100 мм рт. ст. сказываются последствия аноксии. Насыщение организма происходит быстро; выделяется N2 быстро при снижении давления воздуха.
Животные. При давлении N2 5-7 кгс/см2 у белой мыши изменяется способность к суммации подпороговых импульсов (Карев), легкая атаксия наблюдается при 12-18, полный наркоз при 25-34 кгс/см2 (Лазарев). Наркотическое действие при экспозиции 30 мин наблюдается при давлении N2 для кроликов 50 кгс/см2, собак 49, кошек 40, морских свинок 40, голубей 37, мышей 35, крыс 33 кгс/см2. Симптомы наркотического действия: расстройство координации, общее возбуждение, автоматизм движений, снижение реактивности и, наконец, развитие наркоза (Чжан Чунь). В случаях успешной декомпрессии последействие N2 сказывается у животных в течение 1-2 дней в виде резких двигательных расстройств.
Человек. При давлении воздуха 4 км/см2 (т. е. при давлении N2 3,2 км/см2) отмечались смешливость и болтливость, замедление реакции на зрительные, слуховые, обонятельные раздражения, на прикосновение, ослабление умственной деятельности. При 10 кгс/см2 (давление N2 8 кгс/см2) резкое расстройство мышечных движений. Водолаз после 5 мин пребывания на глубине 100 м (давление N2 8 кгс/см2) жаловался на головокружение, цветные круги перед глазами, возбуждение, как бы опьянение, помутнение сознания, расстройство координации движений. На глубине свыше 100 м наркотическое действие N2 уже не дает водолазу возможности работать. При повышенном давлении (кессонные, водолазные работы) N2 воздуха растворяется в крови и тканях тела и, выделяясь из них в виде пузырьков при быстрой декомпрессии, вызывает декомпрессионные заболевания, или кессонную болезнь (Якобсон).
Индивидуальная защита. Меры предупреждения. При работе с жидким N2 защитные перчатки, очки; вентиляция помещений, обеспечение безопасного транспорта. При водолазных работах применение гелия вместо N2, смеси Не и О3 вместо воздуха.
Аммиак
NH3 M=17,03
Встречается при очистке воды, керосина и некоторых минеральных масел; на сахарных заводах; при дублении кожи; в воздухе помещений, где стоит скот; входит в состав клоачных газов (вместе с сероводородом); содержится в неочищенном ацетилене.
Применяется для производства азотной кислоты, нитрата и сульфата аммония, жидких удобрений (аммиакатов), мочевины, соды, в органическом синтезе, при крашении тканей, светокопировании (на диазониевой бумаге), в качестве хладагента в холодильниках, при серебрении зеркал.
Получается прямым синтезом из газообразных водорода и азота при давлении обычно 280-350 ат и 450-500 (в присутствии катализаторов). В меньших количествах получается при коксовании каменного угля перегонкой с известью аммиачной воды (первая фракция при сухой перегонке угля).
Физические и химические свойства. Бесцветный газ с удушливым резким запахом (порог восприятия 0,037 мг/л) и едким вкусом. Т. плавл. -77,75; т. кип. -33,35; плоти. 0,771 г/л (0), 0,59 г/л (25). Раств. в воде около 750г/л, или 526 г/л; коэфф. раств. в воде 762,6. Растворим в эфире и других органических растворителях. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 15- 28%, в кислороде 13,5--79%, в закиси азота 2,2-72%. На воздухе NH3 быстро переходит в (NH4)2CO3 или поглощается влагой. При обычной температуре устойчив. Весьма реакционноспособен, вступает в реакции присоединения, замещения и окисления. Водный раствор, имеет щелочную реакцию вследствие образования гидрата окиси аммония NH*H. В продажу поступает в виде водных растворов, содержащих 28-29% (объемн.) NH3, 10% раствора NH3 (нашатырный спирт) или сжиженного NH3 в стальных цилиндрах.
Острое отравление. Животные. Сильное раздражение верхних дыхательных путей, конъюнктивы и роговицы глаз; изо рта и носа выделения пенистой жидкости, иногда с примесью крови. Нарушение свертываемости крови в результате прямого действия на протромбин, повышение содержания остаточного N2 в крови за счет быстрого- накопления в ней NH3; лейкоцитоз, увеличение содержания общего белка и сахара. При еще больших концентрациях обнаруживается прижигающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и рта, возможен отек легких. Рефлекторно вызываемые остановки дыхания и кровообращения могут привести к смерти. На вскрытии - признаки отека легких, кровоизлияния под плеврой. Окись углерода потенцирует действие NH3.
Пороговая концентрация, вызывающая при 2-часовой экспозиции у белых мышей изменения активности холинэстеразы и каталазы в крови, 0,01 мг/л; изменение нервно-мышечной возбудимости - 0,03 мг/л. Пороговая концентрация по . изменению нервно-мышечной возбудимости для белых крыс 0,085 мг/л. У белых крыс, морских свинок, кроликов и кошек легкое раздражение замечается при 4-часовом воздействии около 0,35 мг/л; 3,5-5 мг/л при воздействии 1,5-4 ч опасны для жизни или ведут к воспалению легких. Концентрация 7,0 мг/л при воздействии до 3,5 ч приводит к смерти. При концентрациях свыше 14 мг/л - быстрая смерть. Абсолютно смертельная концентрация для мышей при 2-часовой экспозиции 6 мг/л, ЛК50= 4,6 мг/л. Для
крыс ЛК50=18,6 мг/л (при экспозиции 5 мин), 12,1 мг/л (15 мин), 7,04 мг/л (30 мин) и 7,87 мг/л (60 мин). При накожных аппликациях для крыс ЛК5о= 112 мг/л (экспозиция 15 мин), 71.9мг/л (30 мин) и 48,4 мг/л (60 мин).
Человек. Высокие концентрации вызывают обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, головокружение, боли в желудке, рвоту, задержку мочи. Тяжелое отравление протекает на фоне резкого уменьшения легочной вентиляции, острой эмфиземы, увеличения печени, ацидоза, повышения глутаминоксалатной и глутамнипируватной активности. По данным Bittersohl, уже через несколько минут после массивного воздействия NH3 наступает мышечная слабость с повышенной рефлекторной возбудимостью, тетанические судороги; резко снижается порог слуха, вследствие чего сильный звук вызывает новый приступ судорог. Нарушается обмен глутаминовой и кетоглутаровой кислот в коре головного мозга, значительно уменьшается способность тканей утилизировать кислород; NH3 обладает также курареподобным действием. После действия очень высоких концентраций пострадавшие иногда сильно возбуждены, находятся в состоянии буйного бреда, не способны стоять. Наблюдаются резкие расстройства дыхания и кровообращения; в ближайшие часы (иногда и в первые минуты) после отравления может наступить смерть от сердечной слабости или остановки дыхания в фазе вдоха при спазме голосовой щели (рефлекс тройничного нерва). Чаще смерть наступает через несколько часов или дней после несчастного случая от отека гортани или легких. В ряде случаев причиной гибели является воспаление бронхов и легких. Возможен химический ожог глаз и верхних дыхательных путей . На вскрытий людей, погибших на 2 день после острого отравления, обнаружен, помимо отека легких, некроз слизистой оболочки мелких бронхов; у погибших на 4 и 14 день - множественные абсцессы легких и межуточный нефрит.
Последствиями перенесенного острого отравления могут быть помутнение хрусталика, роговицы, даже ее прободение и потеря глаза; охриплость или полная потеря голоса, хронический бронхит, эмфизема легких, бронхоэктазы, субатрофический фаринголарингит; кровохарканье; возможна активизация туберкулезного процесса. Dupuy et al. обнаружили у рабочего, перенесшего острое отравление, тяжелый геморрагический гастрит. После отравления с потерей сознания в дальнейшем отмечались изменения личности, снижение интеллектуального уровня с выпадением памяти, неврологические микросимптомы (тремор рук, нарушение равновесия, тики, понижение тактильной и болевой чувствительности); головокружения, нистагм, гиперрефлексия. При небольших концентрациях - более легкое раздражение глаз и слизистой носа, чихание, слюнотечение, легкая тошнота и головная боль, покраснение лица, потливость, боль в груди, позывы на мочеиспускание.
Порог обонятельного ощущения (в мг/л) 0,00050-0,00055: минимально действующая концентрация 0,00045; минимальная концентрация, вызывающая изменение биопотенциалов головного мозга, 0,00035. По данным Алпатова, 0,01 мг/л не вызывает изменений электрической активности мозга, дыхания и кожно-гальванического рефлекса. При концентрациях 0,04-0,08мг/л резкое раздражение глаз, верхних дыхательных путей, вплоть до рефлекторной задержки дыхания, головная боль. Вдыхание 0,003 мг/л в течение 8 ч вызывает тенденцию к уменьшению утилизации кислорода и замедление пульса. При кратковременном вдыхании (в мг/л) 0,07-0,1 раздражение в носу и в полости рта, при 0,49 - раздражение глаз, при 1,2 - кашель, диспноэ, возможен отек легких 0,25 мг/л можно выдержать, хотя и с трудом, в течение часа. По другим данным, работа возможна при 0,07-0,14 мг/л NH3, затруднительна при 0,14-0,21 мг/л, невозможна при 0,35-0,7 мг/л, причем последние концентрации могут оказаться опасными для жизни.
Хроническое отравление. Животные. Кролики, кошки и собаки привыкают к NH3 и потому могут месяцами выдерживать ежедневное вдыхание (по 8 ч) 0,7-1,0 мг/л . Но при концентрациях 1 мг/л морские свинки и кролики погибали через 4-10 дней. На вскрытии - гнойное воспаление дыхательного горла и бронхов, воспаление легких, иногда геморрагическое, фибринозный или гнойный плеврит. Непрерывное в течение 30 дней вдыхание 0,47 мг/л сопровождалось раздражением слизистых оболочек глаз и -верхних дыхательных путей, а также кровоизлияниями в легких и жировой дистрофии печени у собак. Отравление морских свинок в течение 18 недель концентрациями 0,12 мг/л вызывало патологические изменения со стороны внутренних органов, особенно печени и селезенки. Круглосуточное отравление крыс в течение 84 дней или ежедневное (по 5-6 ч) в течение 7 месяцев 0,02 мг/л вызывает изменение функционального состояния нервной системы, угнетение активности холинэстеразы и окислительно-восстановительной функции крови, уменьшение содержания в крови и печени общего и свободного витамина В), повышение экскреции копропорфирина и аммиака с мочой. Концентрация 0,002 мг/л изменяла только окислительно-восстановительные функции крови, а 0,0002 мг/л оказалась недействующей.
Человек. Концентрации 0,0008-0,0036 и 0,0002-0,016 мг/л при транспортировке жидкого NH3 на морских судах вызывали у моряков жалобы на снижение трудоспособности, головные боли, плохой сон и аппетит, повышенную раздражительность. Объективно зарегистрированы значительные сдвиги высшей нервной деятельности, тенденция к гипотонии, тахикардия, эозинопения, снижение фагоцитарной активности лейкоцитов, активности пропердиновой системы крови и титра комплемента; сначала стимуляция (при стаже до года), позже угнетение (при стаже более года) гемопоэза. У рабочих химических заводов выявлены (при 0,0005-0,024 мг/л) аносмия или гипосмия, неврастения, понижение биоэлектрической активности головного мозга, повышение активности глутаминопировиноградной трансаминазы и снижение уровня витамина С в крови, уменьшение выведения мочевины, увеличение потребности в витамине В1. Повышена заболеваемость катарами верхних дыхательных путей, ангинами, тонзилитами. Отмечены сдвиги в жировом и белковом обмене и учащение заболеваний катаром верхних дыхательных путей у подростков, проходящих практику на заводе, даже при 3-часовом рабочем дне и концентрациях, не превышающих предельно допустимые. Совместное действие NH3 и H2S вызывало у рабочих канализационной сети потерю обоняния, хронические катары носа, носоглотки и бронхов.
Действие на кожу. При концентрации 1% (объемн.)-7 мг/л - наблюдается легкое раздражение влажной кожи, при 2% заметное раздражение, а 3% через несколько минут могут вызвать ожог с образованием пузырей. При попадании в струю газа, например при авариях с аммиачными холодильными машинами, могут, наряду с проявлениями общего отравления, наблюдаться краснота кожи, отек, отдельные фиолетово-красные пятна с фестончатыми, хорошо очерченными краями, напряженные серозные пузыри на воспаленном фоне размером с гусиное яйцо, нарушение целостности поверхностных слоев кожи, резко очерченные, мокнущие, с желтоватой окраской дефекты кожи. У лаборантов, имеющих контакт с NH3, Цыркунов наблюдал
дерматит с гиперемией, пузырьками, папулами и шелушением на боковых по-
верхностях пальцев рук. Morris сообщает о крапивнице у двух рабочих, развившейся через час после того, как они покидали помещение, где в воздухе был NH3. Нашатырный спирт действует на кожу слабее других щелочей, но все .же может вызвать сильную боль, покраснение и - при более длительном воздействии - образование пузырей. Попадание его в глаза может привести к полной слепоте.
Неотложная терапия. При попадании брызг NH4OH в глаза немедленно обильное промывание широко раскрытого глаза водой или 0,5-1% раствором квасцов; вазелиновое или оливковое масло. При резких болях - 1-2 капли 1% раствора новокаина или 1 капля 0,5% раствора диканна с адреналином (1:1000). Надеть очки-консервы. В последующем применяют закапывание 0,1% раствора ZnSO4, 1% раствора Навоз или 30% раствора альбуцида. При поражении кожи - обмывание чистой водой, наполнение примочки из 5% раствора уксусной, лимонной, виннокаменной или, соляной кислот. При отравлении NH3 через дыхательные пути - свежий воздух, вдыхание теплых водяных паров (лучше с добавлением уксуса или нескольких кристаллов лимонной кислоты), 10% раствора ментола в хлороформе. Пить теплое молоко с боржомом или содой. Кодеин (по 0,015 г) или дионин (по 0,01 г). При удушье-кислород (вдыхать до уменьшения одышки или цианоза); при спазме голосовой щели- тепло на область шеи, теплые водные ингаляции, атропин (подкожно. 1 млО,1% раствора), при необходимости - трахеотомия. При нарушениях или остановке дыхания - искусственное дыхание. По показаниям - камфара, кофеин, кордиамин, коразол, успокаивающие средства (настойка валерьяны, бромиды). Лечение развивающегося отека легких.
Распределение в организме. В дыхательных путях у собаки определялось. 75-80%. В крови здоровых людей содержится 0,05-0,90 мкг/мл плазмы крови.
Предельно допустимая концентрация 20 мг/м3.
Индивидуальная защита. Меры предупреждения. Промышленный противогаз КД. Время защитного действия при концентрации NH3 2,3 мг/л 240 мин, для противогаза КД с фильтром 120 мин. При отсутствии в воздухе органических веществ возможно использование противогаза марки М с защитным временем 90 мин. Противогазы должны сменяться немедленно при ощущении самого слабого запаха. Защитные очки марки ПО-3 и др. Перчатки из щелочестойкой резины. Спецодежда из плотной ткани. Герметизация всей аппаратуры, коммуникаций, транспорта самого NH3, аммиачной воды и т. д. Местная н общая вентиляция рабочих помещений, где возможно образование н выделение в воздух NH3. Меры предосторожности при получении NH3 путем синтеза из азота и водорода или с использованием природного газа см. у Косоурова, при использовании в качестве удобрения см. Правила и нормы техники безопасности и пром. санитарии для проектирования, строительства, эксплуатации и производства углеаммонийных солей (водного аммиака и др.)
Рекомендуется периодическое обследование верхних дыхательных путей работающих с NH3, организация ингаляториев, включение в ежедневный рацион работающих с NH3 160 мг витамина С, 2,5 мг витамина B1 и 1 г глутаминовой кислоты.
Определение в воздухе основано на образовании окрашенного в желто- бурый цвет иодида димеркураммония при взаимодействии NH3 с реактивом Несслера. Чувствительность 1 мкг в анализируемом объеме. Определению мешают аммонийные соли, сероводород, альдегиды и некоторые амины жирного ряда. Другой метод основан на образовании окрашенного в синий цвет индофенола при взаимодействии NH3 с гюпохлоритом и фенолом в присутствии нитропруссида натрия. Чувствительность 0,1 мкг в анализируемом объеме.
Нитрит натрия
NaNO2 М = 69,00
Применяется в производстве органических красителей; в пищевой промышленности; для пассивирования стальных изделий; в резиновой и текстильной промышленности, в гальванотехнике.
Получается абсорбцией раствором соды нитрозных газов производства азотной кислоты и очисткой, упариванием и кристаллизацией полученной емки нитрита и нитрата натрия.
Физические и химические свойства. Бесцветные или желтоватые кристаллы. Т. плавл. 271; плоти. 2,17: выше 320 разл., не доходя до кипения; раств. в воде 81,8 г/ЮО г (20). 163 г/ЮО г *О').
Токсическое действие. Вызывает расширение сосудов вследствие пареза сосуда - двигательного центра (при больших дозах - и вследствие непосредственного действия на кровеносные сосуды), а также образование в крови метгемоглобина.
Животные. При вдыхании белыми крысами аэрозоля в течение 4 ч ЛК100=0,0079 мг/л, ЛК50=0,0055 мг/л, пороговая (по действию на активность каталазы крови и фосфатазы нейтрофилов)-0,0012 мг/л. Молодые животные более чувствительны. Повторное воздействие аэрозоля (0.000Змг/л, 4 ч ежедневно, 30 дней) снижает активность каталазы и повышает активность щелочной фосфатазы в нейтрофилах крыс, начиная со 2 недели опытов; отмечена также адинамия и цианоз кожных покровов; молодые животные отставали в росте. Хроническое отравление (0,000125 мг/л, 4 ч ежедневно, 5 месяцев) изменяет порог нервно-мышечной возбудимости крыс, повышает активность щелочной фосфатазы; 0,000025 мг/л не изменяет этих показателей. Воздействие небольших доз может привести к образованию канцерогенных нитрозаминов.
Человек. Прием 3 г вызывал головокружение, рвоты, бессознательное состояние. В крови при этом - тельца Гейнца. Описаны случаи тяжелой метгемоглобинсмии у детей при использовании колодезной воды с высоким содержанием нитритов, но возможно и бессимптомное течение нитритной метгемоглобинемни. Рабочие, имеющие контакт со смазочно-охлаждающими жидкостями, содержащими 3% NaNO2, жалуются на слабость, быструю утомляемость, головные боли, плохой аппетит и сон, тянущие боли в конечностях и суставах. По данным Мадорского и Воронина, сходная картина наблюдается при работе с жидкостью, состоящей из смеси 0,3% NaNО2 и 1% раствора триэтанол- амина (в зоне дыхания рабочих 0,0009-0,0015 мг/л NaNO2). Головная боль, появляющаяся обычно через 3-5 месяцев после начала работы, локализуется преимущественно в височной области; рабочие жалуются также на боли в области сердца и онемение пальцев рук. При обследовании-сосудистая дистония, главным образом периферических и церебральных сосудов, заметное отижотие височно-плечевого коэффициента, ангиоспазмы (симптом белого пальца), снижение умственной работоспособности, ослабление нервных процессов, признаки атрофии слизистой оболочки носоглотки, небольшое снижение содержания гемоглобина, эритроцитов и тромбоцитов, смещение кислотно-щелочного равновесия в сторону щелочности. У подростков, работающих при 0,000023-0,000049 мг/л, - преходящее повышение кровяного давления, незначительное возбуждение центральной нервной системы, замедление восстановления пульса и кровяного давления после дозированной физической нагрузки.
Действие на кожу. Многократные аппликации 0,5-10% водных растворов на кожу морских свинок и белых мышей (60 дней) раздражения и сенсибилизации не вызывают. Однако после повторного смачивания кожи на лапках морских свинок (3% раствор, 8 ч ежедневно) часть
животных погибаем. На вскрытии - кровоизлияния в миокарде, селезенке, печени, легких и мозге, что характерно для отравления метгемоглобино - образователями.
У рабочих отмечают пожелтение кожи на ладонях, гиперемию, цианоз и отечность кистей рук, а иногда и тыла стоп; шелушение, трещины, пузырьковые высыпания, ломкость ногтей; значительные изменения капилляров.
Превращения в организме и выделение. Нитриты находятся в виде следов в организме здорового человека; они обнаружены в слюне, слизи из носа, бронхов, в слюнных железах, легочной ткани, почках, белом веществе мозга, лимфатических железах. Малые количества нитритов в организме человека окисляются в нитраты; только при введении больших доз нитритов последние появляются в моче. Предполагается, что в организме образуются также нитрозамины.
Предельно допустимая концентрация. Рекомендуется 0,05 мг/м3 в виде аэрозоля.
Индивидуальная защита. Меры предупреждения. Защита кожи рук. Замена NaNO2 при использовании в качестве антикоррозионного покрытия и в охлаждающих ваннах при обработке металлов. В случаях невозможности замен - снижение концентрации NaNO2 в растворах до 1,5% и ниже. Исключение прямого контакта работающих с NaNО2 и его растворами. Местные укрытия и вытяжные устройства над ваннами с растворами. Контроль за концентрацией аэрозоля NaNO2 в воздухе рабочей зоны.
Определение в крови можно выполнять с помощью автоматического анализатора. Кровь подвергают диализу. В диализате проводят диазотирование нитритов сульфаниловой кислотой, а затем реакцию с N-(1-нафтилэтилендиамином).
Нитрит калия
KNO2 M=85,ll
Применяется в производстве азокрасителей н некоторых органических соединений.
Получается восстановлением расплавленного KNО2 свинцом; пропусканием SO2 через нагретую смесь KNO3 и СаО.
Физические и химические свойства. Бесцветные или желтоватые кристаллы, расплывающиеся на воздухе. Т. плавл. 387; плоти. 1,915; раств. в воде 280 г/100г (0); 413 г/100 г (100).
Токсическое действие, по-видимому, сходно с действием NaNO2.
Животные. Хроническое воздействие (с питьевой водой в дозе 4 г/л в течение 100-240 дней) вызывает у морских свинок снижение рождаемости; при 5-10 г/л потомство не появлялось, часть самок погибала, на вскрытии - дистрофические изменения плаценты, воспалительные изменения шейки матки.
Человек. 0,1 г при приеме внутрь вызывает у человека покраснение лица, учащение пульса, понижение кровяного давления, шум в голове. Дозы 0,3-0,5 г вызывают, кроме того, желудочно-кишечные расстройства, обильное отделение пота, синюху, одышку, головокружение, сонливость, преходящие расстройства зрения.
Нитрат натрия
(Натриевая селитра, чилийская селитра)
NaNO3 М = 84.99
Применяется как удобрение; в пищевой, стекольной, металлообрабатывающей промышленности; для получения взрывчатых веществ, ракетного топлива и пиротехнических смесей.
Получается из природных залежей выщелачиванием горячей водой и кристаллизацией; абсорбцией раствором соды окислов азота; обменным разложением кальциевой или аммиачной селитры с сульфатом, хлоридом или карбонатом натрия.
Физические и химические свойства. Бесцветные кристаллы. Т. плавл. 309,5; плоти. 2,257; разл. при 380на нитрит и кислород; раств. в воде 88 г/100 г (20), 176 г/100 г (100).
Токсическое действие.
Животные. При добавлении в корм кроликам 0,5-1,0 г/кг NaNO3 через несколько дней увеличенное отделение мочи, усиленное выделение продуктов азотистого обмена с мочой. При более длительных опытах - также пониженный аппетит, исхудание, понос. Добавление к обычному корму кроликов и крыс NaNO3 вызывало повышенное содержание в крови метгемоглобина; у крыс введение в желудок в течение 30 дней по 40,8 мг/кг снижало активность пищеварительных ферментов - кишечной щелочной фосфатазы, энтерокиназы и панкреатической липазы.
Человек. У рабочих, занятых добычей селитры на севере Чили, примерно через год появлялись (главным образом, на ладонях и подошвах ног) утолщения кожи, достигавшие 1,3 см в диаметре и болезненные при надавливании. В ряде случаев, даже если рабочий давно оставил работу, через 12-15 лет эти утолщения превращались в раковые опухоли.
Способность нитратов восстанавливаться в организме в нитриты часто приводит к образованию метгемоглобнна. При употреблении в пищу воды, содержащей 50-100 мг/л нитратов, резко увеличивается число лиц с повышенным содержанием метгемоглобина в крови. Особенно страдают дети. Описано много смертельных отравлений грудных детей; при 20-40 мг/л содержание метремоглобина у детей может возрастать до 5% и выше.
Нитрат калия
(Калийная селитра)
KNO3 М=101,ll
Применяется как удобрение, а также в производстве порохов, в пиротехнике, в пищевой и стекольной промышленности. Получается конверсией NaNO3 и KCl при 80-122С.
Физические и химические свойства. Бесцветные кристаллы. Т. плавл. 334; плоти. 2,11; разл. выше 338 на нитрит н кислород; раств. в воде 31,5 г/100 г (20), 245 г/100 г (100).
Токсическое действие.
Животные. При введении в желудок белым крысам смеси калийной и . аммиачной селитры (10 и 100 мг/л) через 10 дней отмечена метгемоглобинемия, отставание в росте, нарушение эмбриогенеза; у морских свинок способность к воспроизведению потомства нарушалась при больших дозах Н. К.
Человек. В производстве черного пороха (смесь селитры, серый угля) у рабочих наблюдались изъязвления слизистой носа и даже прободение носовой перегородки уже после нескольких месяцев работы. см. также Нитрат натрия.
Нитрат кальция
(Кальциевая селитра, норвежская селитра)
Ca(NO3)2 М=164.09
Применяется как удобрение.
Получается на основе нитрозных газов производства азотной кислоты.
Физические и химические свойства. Т. плаил. 561; разл. при 500; плота. 2,36; растя, в воде 126 г/ЮО г (20), 363 г/ЮО г (100). Безводная соль и кристаллогидраты очень гигроскопичны.
Токсическое действие. Имеет значение лишь раздражающее и прижигающее действие технического продукта, выражающееся в покраснении кожи, зуде, изъязвлениях, иногда глубоких и занимающих обширную поверхность, медленно заживающих и оставляющих большие рубцы. Поражаются участки кожи, на которых имеются хотя бы незначительные ранки, царапины и другие нарушения ее целостности.
Индивидуальная защита.
Меры предупреждения. Мытье после работы, применение защитных мазей типа мази ХИОТ и других ожиряющих смазок. Защитные перчатки.
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТО6
И ИХ ИОНОВ
7.1. АММОНИЙНЫЕ ИОНЫ И АММИАК
При относительно высоком содержании аммонийных ионов или аммиака, превышающем 10 мг/л, рекомендуется титриметрический метод определения с предварительной отгонкой аммиака в раствор борной кислоты. Следует учитывать, что если отгонку проводить из сильнощелочного раствора, то при этом возможен гидролиз некоторых азотсодержащих органических веществ с образованием аммиака. Поэтому отгонку надо вести при соответствующем рН исходного раствора.
При низком содержании NH+4 и NH3, когда отсутствуют мешающие вещества, можно отгонку не проводить, но она все же обязательна при
наличии мути, сильно окрашенных в растворе веществ, кислотности, превышающей 100 мг/л, и щелочности, превышающей 500 мг/л. Из приведенных фотометрических методов на первое место следует поставить фенольно-гипохлоритный метод, поскольку применимость его значительно меньше зависит от присутствия мешающих веществ. Все нейтральные летучие соединения, которые могли бы помешать определению, например альдегиды, кетоны, спирты, рекомендуется предварительно удалить подкислением пробы и отгонкой. Одновременно удалится и сероводород, сильно мешающий определению. Последний можно также удалить введением небольшого количества карбоната свинца перед отгонкой аммиака из слабощелочной среды.
7.1.1. Предварительная отгонка
Предварительную отгонку аммиака рекомендуется проводить при pH=9.5 (если предполагается присутствие цианатов, а также большинства азотсодержащих органических соединений, при рН = 7,4 (когда предполагается присутствие карбамида) и из сильнощелочной среды (если анализируют сточные воды, содержащие большие количества фенолов-сточные воды коксохимических заводов, газогенераторных предприятий и др.). Если наряду с фенолами присутствуют вещества, гидролизующиеся в щелочной среде, то отгонку надо провести дважды: сначала при рН = 7,4, собирая отгон в разбавленный раствор сильной кислоты, потом подщелочив этот отгон до сильнощелочной реакции.
Поглотителем аммиака служит раствор борной кислоты, когда определение заканчивают титрованием или фотометрическим методом с реактивом Несслера. При применении фенол-гипохлоритного метода отогнанный аммиак поглощают раствором серной кислоты. Отгонку проводят из круглодонной колбы вместим мастью от 800 до 2000 мл с вертикальным холодильником, конец которого (или форштосс) надо погрузить в раствор кислоты, нахолящейся в приемнике.
Реактивы
Боратный буферный раствор), рН = 9,5. К 500 мл 0,025 М раствора тетрабората натрия содержащего 9,5 г/л Na2B4O7 10H2O) приливают 88 мл 0,1 н. раствора NaOH и разбавляют безаммиачной водой до 1 л.
Фосфатный буферный раствор, рН = 7,4. В дистиллированной воде, не содержащей аммиака и аммонийных солей, растворяют 14,3 г безводного KH2PO4 и 68,8 г безводного К2НРО4 и разбавляют такой же водой до 1 л.
Дехлорирующий раствор, 1 мл одного из нижеследующих растворов может восстановить до 1 мг/л остаточного хлора в 500 мл пробы.
Арсенат натрия, 1 г NaAsO2 растворяют в безаммиачной воде и разбавляют до 1 л.
Сульфит натрия, 0,9 г Na2SO3 растворяют в безаммиачной воде н разбавляют до 1 л.
Тиосульфат натрия, 3,5 г Na2S2O3 5H2O растворяют в безаммиачной воде и разбавляют до 1 л.
Поглощающий раствор. Растворяют 40 г Н3ВО3 в безаммиачной воде и разбавляют такой же водой до 1 л. При определении фенолгипохлоритным методом поглощающим раствором служат 40 мл 0,2 н. 1-12504 или НС1.
Ход отгонки. Отгонку следует проводить в комнате, воздух которой не содержит аммиака. В колбу для отгонки вместимостью 800-1000 мл помещают 400 мл анализируемой сточной воды (или меньший объем, разбавленный до 400 мл безаммиачной водой), Если проба содержит активный хлор, ее предварительно дехлорируют добавлением эквивалентного количества одного из перечисленных выше дехлорирующих реагентов. Нейтрализуют, если надо, пробу до рН = 7 разбавленной кислотой или щелочью, определив необходимое количество титрованием отдельной порции. Затем приливают 25 мл буферного раствора (pH=9.5 или 7,4 в зависимости от предполагаемых загрязнений) или 20 мл раствора едкого натра при анализе фенольных вод. В приемник наливают 50 мл поглощающего раствора. Отгоняют 300 мл жидкости, количественно переносят отгон в мерную колбу вместимостью 500 мл, разбавляют до метки безаммиачной дистиллированной водой и перемешивают.
7.1.2. Титриметрический метод
Реактивы
Бромфеноловый синий. В 3,00 мл 0,05 н. раствора едкого натра растворяют 0,1 г бромфенолового синего и разбавляют до 100 мл дистиллрованной водой.
Метиловый красный. В 7,4 мл 0,05 н. раствора едкого натра растворяют 0,1 г метилового красного и разбавляют до 100 мл дистиллированной водой.
Стандартный раствор серной кислоты, 0,02 н.; 1 мл этой кислоты соответствует 0,28 мг аммонийного азота, 0,36 мг NH+4, 0,34 мг NH3.
Ход анализа. К аликвотной части полученного после перегонки раствора (или ко всему раствору, не разбавляя его в мерной f колбе) прибавляют несколько капель того или другого индикатора и титруют 0,02 н. раствором серной кислоты до изменения окраски индикатора. В качестве раствора-свидетеля используют дистиллированную воду, освобожденную от СО2 кипячением, прибавляют те же количества раствора борной кислоты и индикатора. Проводят холостой опыт со всеми примененными в анализа реактивами.
Расчет. Содержание аммонийных ионов (х) в мг/л находят по формуле
если отбирали аликвотную часть
если титровали весь отгон
где а - объем 0,02 н. серной кислоты, израсходованной на титрование пробы, мл; b - объем той же кислоты, израсходованной в холостом опыте, мл; К - поправочный коэффициент для приведения концентрации серной кислоты к точно 0,02 н.; V - объем сточной воды, взятой для анализа, мл, V1 - объем отобранной аликвотной части; 500 - вместимость мерной колбы, мл; 0,36 - количество NH+4, эквивалентное 1 мл точно 0,02 н. серной кислоты, мг.
7.1.3. Фотометрический фенол-гипохлоритный
метод
При взаимодействии аммиака с гипохлорит-ионами образуется монохлорамин, который далее с фенолятом даст n-аминофенол:
Последний, реагируя со второй молекулой фенола, образует сначала 4,4-дигидрксидифениламин, а затем краситель индофенол:
Предполагалось, что добавляемый в раствор нитропруссид натрия служит в этих процессах катализатором, однако наши исследования показали, что он вступает в реакцию с парааминофенолом с образованием продукта, имеющего также синюю окраску. Реакция идет в обоих направлениях, и в результате интенсивность получаемой окраски возрастает и повышается чувствительность метода:
В качестве катализатора и стабилизирующего агента вводят соль марганца.
Мешающие вещества. Определению NH+4 фенолгипохлоритным методом мешают немногие вещества; их значительно меньше, чем при определении с реактивом Несслера. Это дает возможность во многих случаях проводить определение NH+4 без предварительной отгонки аммиака. В частности, было показано, что определение без предварительной отгонки вполне применимо при анализе сточных вод, содержащих наряду с аммиаком ряд органических соединений, в состав которых входит азот (меламин, дицианамид, карбамид, циануровая кислота).
Мешают сильно сероводород и сульфиды. Их можно удалить, подкислив пробу до pH=3 и пропустив воздух до исчезновения запаха сероводорода. Мешают восстановители, реагирующие с гипохлоритом (например, цианиды, роданиды), большая щелочность пробы (выше 500 мг/л), слишком большая кислотность (больше 100 мг-экв/л) и вещества, вызывающие окраску воды или мутность. В таких случаях проводят предварительную отгонку аммиака.
Реактивы
Бидистиллят,
не содержащий аммиака. Дважды перегнанную воду пропускают через колонку с катионитом КУ-2. Эту воду используют для приготовления реактивов и разбавления проб.
Фенольный реактив. В 100 мл безаммиачной дистиллированной воды растворяют 5 г бесцветного свежеперегнанного фенола, 25 мл нитропруссида натрия и 0,1 г салициловой кислоты.
Гипохлоритный реактив, 3%-ный раствор. К 50 г хлорной извести (не менее чем 25%-ной по содержанию активного хлора) приливают 85 мл безаммиачной воды и перемешивают. Затем постепенно, при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой, в течение 15 мин прибавляют раствор карбоната натрия (35 г безводной соли в 85 мл безаммиачной воды). Полученная масса сначала загустевает, а потом, по мере добавления раствора карбоната натрия, постепенно разжижается. Образующуюся суспензию фильтруют через воронку о стеклянной фильтрующей пластинкой ( 2), применяя разрежение с помощью водоструйного насоса. Полученный раствор гипохлорита натрия хранят в холодильнике в склянке из темного стекла с притертой пробкой. Перед использованием этот концентрированный раствор разбавляют безаммиачной водой в отношении 1: 1. Можно также применять продажный раствор гипохлорита натрия.
Сульфат марганца. Растворяют 70 мг MgSO4 5Н2 O в 100 мл безам-миачной дистиллированной воды.
Стандартный раствор хлорида аммония. Основной раствор. Растворяют в безаммиачной воде 296,5 мг безводного хлорида аммония NH4Cl , высушенного при 100, и разбавляют такой же водой до 1000 мл, 1,00 мл полученного раствора содержит 100 мкг NH+4.
Рабочий раствор. Разбавляют безаммиачной дистиллированной водой 5 мл основного стандартного раствора до 100 мл; 1 мл полученного раствора содержит 5 мкг NH+4.
Ход определения. Отбирают 5 мл раствора, полученного после отгонки аммиака, или первоначальной пробы сточной воды, если
она не содержит мешающих определению веществ. В этом объеме должно быть не более 6 мкг ионов аммония. Если раствор более концентрированный, отбирают меньший объем и разбавляют до 5 мл безаммиачной водой. Отобранную порцию переносят в пробирку, снабженную притертой пробкой, прибавляют 1 каплю раствора сульфата марганца, 1 мл фенольного реактива и перемешивают. Затем приливают 0,5 мл гипохлоритного реактива, закрывают пробкой и энергично взбалтывают 2 мин. Дают постоять 4 ч для развития окраски н измеряют оптическую плотность по отношению к холостому раствору в кювете с толщиной слоя 1 см при = 625 нм.
Содержание NH+4 находят по калибровочному графику, учитывая сделанные разбавления. Для построения калибровочного графика в мерные колбы вместимостью 50 мл наливают 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 12 мл рабочего стандартного раствора хлорида аммония и доводят каждый раствор до метки безаммиачной водой, концентрации NH+4 в полученных растворах равны соответственно 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 мг/л. Эти растворы обрабатывают, как описано выше, и по результатам измерения оптической плотности строят калибровочный график.
7.1.4. Фотометрический метод с реактивом
Несслера
Сущность метода. В щелочном растворе аммиак реагирует с тетранодомеркуратом(II) калия, образуя различные желто-коричневые соединения, выпадающие в осадок или (при малых концентрациях) переходящие в коллоидные растворы. В условиях фотометрического определения реакция в основном проходит по уравнению
Содержание азота, ртути и иодида в осадке выражается отношением 1:2:3, однако возможно присутствие в осадке и других соединений (OHg2 NH2I и др.). Некоторая неопределенность состава образующегося соединения требует точного соблюдения условий проведения определения как при анализе пробы, так н при построении калибровочного графика.
Мешающие вещества. Непосредственному применению метода без предварительной отгонки аммиака мешает такое большое число веществ, что рекомендовать этот метод без отгонки можно лишь для анализа природных вод, питьевой воды и лишь очень немногих сточных вод. Предварительную отгонку аммиака проводят, как описано в разделе 7.1.1
Реактивы Все реактивы, используемые при предварительной отгонке аммиака.
Реактив Несслера, Приготовляют одним из следующих способов.
1. Растворяют в 50 мл безаммиачной воды 50 г иодида калия. Отдельно 30 г хлорида ртути (II) растворяют в 150 мл нагретой до кипения безаммиачной воды. Горячий раствор хлорида ртути (II) приливают к раствору иодида калия до появления не исчезающего при перемешивании красного осадка. Затем фильтрует через стеклянный фильтр или через слой прокаленного асбеста и к фильтрату прибавляют раствор 150 г едкого кали в 300 мл безаммиачной воды. Разбавив полученный раствор до 1 л, вводят в него еще 5 мл насыщенного раствора хлорида ртути (II) и оставляют в темном месте до полного осветления. Хранят в темноте в склянке, закрытой корковой пробкой; для работы отбирают пипеткой прозрачную жидкость, не взмучивая осадка со дна склянки.
2. Растворяют в небольшом количестве безаммиачной воды 100 г безводного иодида ртути (II) и 70 г безводного иодида калия. Полученную смесь медленно, при непрерывном перемешивании переносят в охлажденный раствор 160 г едкого натра в 500 мл безаммиачной воды. Затем полученную смесь разбавляют безаммиачной водой до 1 л. Хранят в тех же условиях, как и реактив, полученный предыдущим способом.
3. В продаже имеются и готовые препараты реактива Несслера.
Ход определения. Из мерной колбы, содержащей отогнанный из пробы аммиак в растворе борной кислоты, отбирают такую аликвотную часть, чтобы в ней содержалось 5-60 мкг NH+4, если предполагается измерение оптической плотности в кювете с толщиной слоя жидкости 5 см, или 25-300 мкг NH+4, если предполагают пользоваться кюветой с толщиной слоя 1 см. Разбавляют отобранную порцию безаммиачной водой до 50 мл, приливают 1 мл реактива Несслера и дают постоять не меньше 10 мин,
Оптическую плотность полученного окрашенного раствора измеряют при = 425 им, поместив во вторую кювету фотометра холостой раствор (раствор реактивов),
Содержание NH+4 находят по калибровочному графику, для построения которого пользуются растворами хлорида аммония в безаммиачной воде тех концентраций, какие указаны при аписании предыдущего метода определениям.
7.1.5. Расчет содержания ионов аммония и свободного аммиака в отдельности
Отношение концентраций свободного аммиака NH3 и ионов аммония NH+4 является функцией концентрации водородных ионов.
Определив суммарное их содержание одним из описанных выше методов, полученный результат делят на эквивалент NH+4 равный 18,04, затем по табл.1, зная рН анализированной пробы, находят относительное содержание NH3 в процентах и, вычтя его из 100%, находят относительное содержание ионов NH+4. Умножив эти значения на найденное суммарное содержание NH3+NH+4 (в мэкв/л), находят содержание каждого вещества, а умножая соответственно на 17,03 и 18,03, находят концентрации NH3 и NH+4 (в мг/л).
Пользуясь этими найденными значениями, не следует забывать, что при изменении рН сточной воды, по какой бы причине
оно ни произошло, а также температуры изменится соответственно и отношение концентраций аммиака и ионов аммония.
Таблица 1. Относительное содержание NH3 в воде.
ТемператураСодержание NH3 (в %) при значениях pHС6,07,07,58,08,28,48,68,8250,050,531,705,17,811,917,625,3150,030,260,802,53,96,19,214,050,010,120,371,21,82,94,56,99,09,29,49,69,810,010,511,02534,846,057,568,177,484,594,498,21520,529,039,250,661,772,086,996,3510,515,722,831,942,554,178,792,2
Таблица составлена для растворов с ионной силой, равной 0,025, что приблизительно отвечает общему содержанию солей - 1 г/л. Колебания в ионной силе сравнительно мало отражаются на относительном содержании NH3. Влияние температуры весьма значительно, особенно при средних значениях pН.
7.5. НИТРАТЫ
Из приводимых ниже методов определения нитратов метод восстановления нитратов до аммиака особенно рекомендуется для определения больших количеств. Для определения очень малых количеств нитратов наиболее удобен метод с кадмиевым редуктором.
7.5.1. Определение восстановлением до аммиака
Сущность метода. Нитраты восстанавливаются до аммиака действием сплава Деварда или металлического алюминия в щелочной среде. Аммиак отгоняют в раствор борной кислоты и определяют титриметрическим или фотометрическим методом.
Мешающие вещества. Определению мешают ионы аммония и свободный аммиак. Для удаления их раствор подщелачивают и аммиак отгоняют, при этом можно его определить в отгоне (см. разд. 7.1). Нитриты восстанавливаются в ходе анализа вместе с нитратами до аммиака, их определяют вместе с последними, определив содержание нитритов в пробе соответствующими методами (см. разд. 7.6), по разности находят содержание нитратов. Если содержание нитритов в пробе велико, то лучше их предварительно разрушить, как описано ниже, и затем определить содержание одних нитратов.
При содержании в пробе нитратов в концентрациях ниже 2 мг/л и одновременном присутствии органических веществ, содержащих азот в аминогруппах или в альбуминоидах, могут получиться повышенные результаты. В этих случаях рекомендуется применение других методов определения нитратов.
Реактивы
Дистиллированная вода, не содержащая аммиака.
Едкий натр или едкое кали, раствор. Растворяют 250 г NaOH или КОН в 1250 мл дистиллированной воды, прибавляют несколько полосок алюминиевой фольги и дают водороду выделяться в течение ночи. Затем объем раствора кипячением доводят до 1 л.
Хлорид аммония.
Сплав Деварда, содержащий 50% Сu, 45% Al и 5% Zn, или алюминиевая фольга. Чистую алюминиевую фольгу нарезают на полоски длиной 10 см, шириной 6 мм (масса каждой полоски около 0,5 г).
Буферный раствор, рН = 7.5. Приготовляют 1/15 М раствор КН2РО, (9,078 г в 1 л) и 1/15 М раствор Na2НPO4 2H20 (11.876 г в 1 л>. Смешивают 14,8 мл первого раствора с 85,2 мл второго раствора.
Ход определения.
1. При относительно малом содержании нитритов. К 100 мл анализируемой сточной воды приливают 2 мл раствора едкого натра или едкого кали и для удаления аммиака концентрируют кипячением до объема 20 мл. Затем переносят раствор в колбу или цилиндр Несслера, разбавляют до 50 мл дистиллированной, не содержащей аммиака водой (см. разд. 7.1) и вводят 0,5 г сплава Деварда или опускают полоску алюминиевой фольги. Чтобы защитить сосуд от попадания в него пыли и в то же время не препятствовать выделению водорода, закрывают сосуд пробкой с клапаном Бунзена и оставляют на 6 ч, или, лучше, на ночь при комнатной температуре.
Затем переносят раствор в колбу для перегонки, разбавляют до 200 мл водой, не содержащей аммиака, отгоняют аммиака раствор борной кислоты (см. разд. 7.1) и заканчивают определение аммиака титриметрическим или фотометрическим методом.
Найденное содержание аммиака пересчитывают на азот и таким образом находят суммарное содержание азота нитритов и нитратов в пробе.
Методом, описанным в разд. 7.6, определяют содержание азота нитритов и, вычитая полученный результат из результата данного определения, находят содержание азота нитратов в пробе. Умножая полученный результат на 4,427, получают содержание ионов.
2.При высоком содержании нитритов. Пробу 100 мл анализируемой сточной воды нейтрализуют титрованным раствором кислоты или щелочи, прибавляют 10 мл буферного раствора, вводят 0,2 г хлорида аммония и выпаривают досуха на водяной бане. Нитриты при этом реагируют с ионами аммония, образуя азот.
Остаток растворяют в 100 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 мл раствора едкого натра или едкого кали и упаривают раствор при кипячении до объема 25 мл, удаляя таким способом
аммиак.
Дальше продолжают, как описано в разд. 1, и получают содержание азота нитратов, поскольку нитриты были удалены предварительной обработкой.
7.5.2. Фотометрический метод с хромотроповой
кислотой.
Сущность метода. Два моля нитрат-ионов реагируют с одним молем хромотроповой кислоты с образованием желтого продукта реакции. Максимум светопогашения продукта реакции - при =410 им. Окраска развивается в течение 10 мин и устойчива 24 ч.
Мешающие вещества. Определению мешают сильные окислители, а также нитриты, образующие с хромотроповой кислотой продукты желтого цвета. Однако их мешающее действие предусмотрено в ходе определения: вводят восстановитель-сульфит натрия в карбамид, реагирующий с нитритами с образованием газообразного азота.
Мешающее влияние хлорид-ионов и ионов FeСl4 устраняют, добавляя соль сурьмы. Мешают барий, свинец, стронций, образующие осадки, а также иодид-, иодат-, селенит- и селенат-ионы, однако они редко присутствуют в достаточных для этого количествах. Хромат-ионы в концентрациях, превышающих 20 мг/л, мешают образуя с реактивом окрашенное соединение.
Реактивы. Для приготовления реактивов используют дважды перегнанную воду.
Нитрат натрия, стандартный раствор. Растворяют 1.371 г нитрата натрия чда в дистиллированной воде; получается раствор, в 1 мл которого содержится 1 мг . Соответствующим разбавлением из него приготовляют растворы, содержащие 0,02 мг и 0,01 мг NO3 в 1 мл.
Серная кислота хч, не содержащая нитратов. Хромотроповая кислота, очищенная, 0,1%-ный раствор. Если имеющаяся в лаборатории хромотроповая кислота недостаточно чиста, ее очищают следующим способом. Приготовляют насыщенный раствор ее двунатриевой соли и дважды пропускают его через активный уголь. Затем подкисляют серной кислотой, отфильтровывают выделившиеся кристаллы хромотроповой кислоты, промывают их атанолом и высушивают при температуре ниже 80С. Растворяют 0,1 г чистой яромотроповой кислоты в концентрированной серной кислоте и хранят раствор я темной склянке. Раствор устойчив в течение двух недель.
Раствор сульфита и карбамида. Растворяют в дистиллированной воде 5 г карбамида и 4 г безводного сульфита натрия, затем разбавляют водой до 100 мл.
При определении в присутствии высоких концентраций нитритов этот раствор заменяют 20%-ным раствором карбамида или 2%-ным раствором сульфаминовой кислоты.
Сульфат сурьмы(III), раствор в серной кислоте. В 80 мл концентрированной серной кислоты растворяют
при нагревании 0.5 г металлической сурьмы. После полного растворения раствор охлаждают и выливают его в 20 мл ледяной воды. Если в течение ночи выкристаллизуется соль, ее вновь растворяют нагреванием раствора.
Ход определения.
1. При содержании нитрит-ионов ниже 1.Омг/л и хлорид-ионов ниже 200мг/л. В снабженную притертой пробкой пробирку с меткой 10 мл помещают 2,5 мл анализируемой воды. В другую такую же пробирку наливают 2,5 мл дистиллированной воды. Затем в каждую пробирку прибавляют по 1 капле раствора карбамида с сульфитом.
Обе пробирки помещают в ванну с ледяной водой (и кусочками льда) на 4 мин. После этого наливают в каждую пробирку по 1 мл раствора хромотроповой кислоты и снова опускают их в ту же ванну на 3 мин. Затем доливают содержимое каждой пробирки до 10 мл концентрированной серной кислотой, осторожно, но хорошо перемешивают, перевертывая пробирку дном кверху и обратно четыре раза, и оставляют на 45 мин при комнатной температуре, Если объем несколько уменьшился, доливают снова до метки концентрированной серной кислотой, осторожно перемешивают, чтобы не образовалось пузырьков в жидкости, и через 15 мин измеряют оптическую плотность анализируемого раствора по отношению и оптической плотности холостого раствора при толщине слоя кюветы 3 или 5 см и =410-413 нм.
Содержание нитрат-ионов находят по калибровочному графику, для построения которого отбирают от 0,1 до 1,0 мл стандартного раствора нитрата, содержащего 0,01 мг/л , переносят в пробирки, разбавляют каждый раствор до 2.5 мл и продолжают, как при анализе пробы. Получаемые окраски очень устойчивы.
2. Присодержании нитрит - ионов выше 1,0 мг/л и содержании хлорид-ионов ниже 200мг/л. В этом случае вместо 1 капли раствора карбамида с сульфитом вводят 0,2 мл 20 %-наго раствора карбамида или 0,1 мл раствора сульфаминовой кислоты. В остальном ход анализа не отличается от описанного в п. 1. При расчете результата анализа можно пользоваться калибровочным графиком, построенным, как указано в п.1.
3. При содержании нитрит-ионов выше 1,0 мг/л и хлорид-ионов выше 200 мг/л. В калиброванную пробирку, снабженную притертой пробкой, помещают 2,5 мл анализируемой воды и в другую такую же пробирку 2,5 мл дистиллированной воды. Приливают в каждую пробирку по 0,2 мл 20%-ного раствора карбамнда или 0,1 мл раствора сульфаминовой кислоты, перемешивают и помещают на 3 мин в ванну с ледяной водой. Затем приливают по 2,5 мл раствора соли сурьмы, перемешивают и снова помещают в ледяную ванну на 4 мин. После этого вводят по 1 мл раствора хромотроповой кислоты и после перемешивания снова оставляют в ледяной ванне на 3 мин. Доводят объем до 10 мл концентрированной серной кислотой и продолжают, как описана в п. 1. При расчете результатов анализа можно пользоваться калибровочным графиком, построенным, как указано в п. 1.
Примечание. Если карбамид был заменен сульфаминовой кислотой, получаемые окраски менее устойчивы, измерение опта' ческой плотности надо проводить через 45 мин после добавления всех реактивов.
7.5.3. Определение восстановлением амальгамой
кадмия до нитрита
Сущность метода. Под действием амальгамы кадмия в редукторе Джойса или другом аналогичном приборе нитрат-ионы восстанавливаются до нитрит-ионов:
Последние определяют одним из двух фотометрических методов, описанных в разд. 7.6.
Метод применяют для определения нитрат-ионов в концентрациях от 0,005 до 0,5 мг/л. Более концентрированные по содержанию нитратов сточные воды предварительно разбавляют.
Мешающие вещества. Мешают определению сульфид-ионы, их можно предварительно удалить, обрабатывая пробу карбонатом свинца. Мешают фосфат-ионы в концентрациях, превышающих 100 мг/л. Хлороформ мешает процессу восстановления амальгамой кадмия, его поэтому не следует применять для консервирования проб. Присутствующие в пробе нитриты проходят через редуктор без изменения. Их определяют отдельно, и результат вычитают из результата определения нитратов.
Приборы и реактивы
Редуктор с амальгамой кадмия. Редуктором может служить бюретка или любая другая трубка высотой около 40 см, с внутренним диаметром около 10 см, с притертым краном на конце. В верхней части трубки желательно воронкообразное расширение для более удобного наполнения трубки жидкостью.
Для приготовления амальгамы кадмия берут 100 г гранулированного кадмия (диаметр частиц 0,5-2 мм), очищают их поверхность, обрабатывая 2 н. соляной кислотой, погружают в 1%-ный раствор хлорида ртути (11) и непрерывно взбалтывают 10 мин. Полученный амальгамированный кадмий промывают достаточным объемом дистиллированной воды и наполняют им трубку редуктора. на дно которой предварительно помещают слой стеклянной ваты, переносят амальгамированный кадмий в трубку вместе с дистиллированной водой и заливают его водой так, чтобы вода покрывала его и в колонке не было пузырьков воздуха. Высота слоя амальгамы должна быть около 30 см. Надо следить за тем, чтобы слой амальгамы никогда не обнажался, всегда был покрыт водой. В воду рекомендуется добавить немного аммиака. Работу колонки следует постоянно контролировать, пропуская через нее растворы с известным содержанием нитрата.
Когда восстановление станет неполным, амальгаму кадмия следует регенерировать. Для этого ее вынимают из редуктора, переносят в стакан, обрабатывают 2 н. соляной кислотой и снова амальгамируют, поместив на 10 мин в 100 мл 1%-ного раствора хлорида ртути (II). После тщательной промывки дистиллированной водой регенерированную амальгаму переносят опять в редуктор таким же способов, как в первый раз.
Буферный раствор. Растворяют 250 г хлорида аммония чда в дистиллированной воде, прибавляют 25 мл концентрированного раствора аммиака чда н разбавляют водой до 1 л.
Соляная кислота, 2 н. раствор. К 830 мл дистиллированной воды приливают 170 мл соляной кислоты чда. плотность 1,19 г/см3. Реактивы, необходимые для определения нитрит-ионов. см. в разд. 7.6.1.
Ход определения. Анализируемую пробу разбавляют так, чтобы ее концентрация оказалась в указанных выше пределах, желательно около 0,1 мг/л. К 100 ил полученного раствора приливают 2 мл буферного раствора и переносят в редуктор, предварительно вылив из него избыток воды так, чтобы уровень опустился до слоя амальгамы. Пропускают анализируемый раствор через редуктор со скоростью 4 мл/мин. Первые 40 мл прошедшего через редуктор раствора отбрасывают, затем собирают 50 мл и определяют в них содержание нитрит-ионов, как описано в разд. 7.6.
Параллельно проводят холостое определение с таким же объемом дистиллированной воды.
Время от времени проверяют восстанавливающую способность редуктора, пропуская через него раствор с известным содержанием нитрат-ионов (0,1-0,5 мг/л NO3). Эффект восстановления должен быть равным 95-100 %.
Расчет. Содержание нитрат-ионов (х) в мг/л рассчитывают по фор муле
где с1 - концентрация ионов , найденная в растворе после проведения восстановления в редукторе. мг/л; с2 - концентрация ионов , в исходной пробе анализируемой воды, мг/л; V - объем пробы,
взятой для анализа (до ее разбавления до 100 мл), мл; 1,35 - коэффициент пересчета , на .
7.5.4. Фотометрический метод с салицилатом натрия
Сущность метода. В среде концентрированной серной кислоты нитрат-ионы реагируют с салицилатом натрия, образуя смесь 3-нитросалициловой и 5-нитросалициловой кислот, соли которых в щелочной среде имеют желтую окраску. Без разбавления или концентрирования нитрат-ионы можно определить в концентрациях от 0,1 до 20 мг/л.
Мешающие вещества. Мешают определению окрашенные органические вещества. Их можно предварительно удалить обработкой пробы суспензией гидроксида алюминия. Если же окрашенные вещества образуются под действием серной кислоты на остаток после выпаривания (см. Ход определения), то этот метод определения нитратов применять нельзя. Хлориды в концентрациях, превышающих 200 мг/л, мешают определению. Их можно удалить обработкой пробы сульфатом серебра, но в большинстве случаев высокая чувствительность метода допускает устранение мешающего влияния хлоридов простым разбавлением пробы. Железо мешает в концентрациях, превышающих 5 мг/л. Его можно предварительно отделить (а также и большинство тяжелых металлов) указанной выше обработкой суспензией гидроксида алюминия.
Нитриты не мешают, если концентрация их не превышает 1- 2 мг/л. При содержании нитрит-ионов в концентрации 20 мг/л
результат определения нитрат-ионов получается повышенным на ! мг/л. Если концентрация нитрит-ионов больше 2 мг/л, рекомендуется удалить их выпариванием 20 мл пробы на водяной бане досуха с добавлением 0,05 г сульфата аммония.
Реактивы
Салицилат натрия, 0,5%-ный раствор, всегда свежеприготовленный. Растворяют 0,5 г соли в 100 мл дистиллированной воды.
Серная кислого, плотность 1,84 г/см3 хч или чда. не должна содержать нитратов.
Раствор едкого натра и сегнетовой соли. Растворяют 400 г едкого натра чда и 60 г сегнетовой соли чда в дистиллированной воде н после охлаждения разбавляют до 1 л.
Стандартный раствор нитрата калия. Основной раствор. Растворяют 0,1631 г KNO3 чда, высушенного при 105С, в дистиллированной воде, прибавляют 1 мл хлороформа н разбавляют водой до 1 л, в 1 мл этого раствора содержится 100 мкг .
Рабочий раствор. Разбавляют 10 мл основного раствора дистиллированной водой до 100 мл; 1 мл полученного раствора содержит 10 мкг. Применяют только свежеприготовленный раствор.
Гидроксид алюминия, суспензия. Растворяют 125 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов в 1 л воды, нагревают раствор до 60С и медленно, при непрерывном перемешивании прибавляют 55 мл концентрированного раствора аммиака. Дают смеси постоять около 1 ч, переносят в большую бутыль (около 8 л) и промывают осадок гидроксида алюминия многократной декантацией дистиллированной водой до удаления хлоридов, нитритов, нитратов и аммиака.
Ход определения. Если, анализируемая вода содержит окрашенные органические вещества, отбирают 150 мл пробы, прибавляют 3 мл суспензии гидроксида алюминия, тщательно перемешивают, оставляют на несколько минут и фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. К 20 мл фильтрата (или первоначальной пробы. если обработку гидрооксидом алюминия не проводили) прибавляют 2 мл раствора салицилата натрия и выпаривают в фауфоровой чашке на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток смачивают 2 мл серной кислоты и оставляют на 10 мин. Затем содержимое чашки разбавляют 15 мил дистиллированной воды, приливают 15 мл раствора едкого натра и сегнетовой соли, переносят количественно в мерную колбу вместимостью 50 мл, обмывая стенки чашки дистиллированной водой, охлаждают до комнатной температуры, доводят дистиллированной водой до метки и полученный окрашенный раствор фотометрируют при = 410 им, пользуясь кюветами с толщиной слоя 5 см. В течение 10 мин после прибавления раствора едкого натра окраска не изменяется. Из найденного значения оптической плотности вычитают оптическую плотность раствора, полученного в холостом опыте, в котором 20 мл дистиллированной воды подвергают такой же обработке.
Результат определения находят по калибровочному графику, для приготовления которого отбирают 0; 0,5; 1,0; ... 20,0 мл рабочего стандартного раствора нитрата калия; доводят дистиллированной водой до 20 мл, проводят определение, как описано выше, и строят калибровочный график в координатах: оптическая плотность-концентрация нитрат-ионов.
7.6. НИТРИТЫ
7.6.1. Фотометрический метод с N-(1-нафтил)-этилендиамин дигидрохлоридом и сульфамиламидом
Сущность метода. При pH=2-2,5 азотистая кислота образует с сульфаниламидом диазониевое соединение:
Последнее вступает в реакцию сочетания с N-( 1-нафтил) -этилендиаминдигидрохлоридом с образованием азокрасителя пурпурного цвета:
Интенсивность окраски возрастает по закону Бера в границах от 3 до 180 мкг/л в расчете на азот (или от 10 до 600 мкг/л в расчете на нитрит-ионы) при толщине слоя жидкости в кювете 1 см и = 543 нм. Метод очень чувствителен: = 4,6104.
Мешающие вещества. Одновременное присутствие сильных окислителей (например, активного хлора) и нитрит-ионов исключено, так как они вступили бы в реакцию друг с другом. Реакции образования окрашенного соединения мешают ионы сурьмы, висмута, железа (III) , свинца, ртути, но это предусмотрено в ходе определения: ионы указанных металлов образуют осадки гидроксидов при нейтрализации раствора до рН = 7 и отделяются фильтрованием через мембранный фильтр. В присутствии ионов меди могут получиться пониженные результаты вследствие каталитического ускорения этими ионами процесса разложения диазотированного соединения.
Поскольку при хранении пробы возможно бактериальное превращение нитритов в нитраты или в аммиак, определение нитритов надо проводить как можно скорее после отбора пробы.
На 1-2 дня можно пробу консервировать добавлением 40 мг/л HgCl2 и хранением в это время при 4С.
Ни в коем случае не следует с целью консервирования вносить кислоту.
Реактивы
Дистиллированная вода. Если имеется сомнение в том, что используемая дистиллированная вода не содержит нитритов, ее следует вновь перегнать, подщелочив едкой щелочью и внеся кристаллик перманганата калия.
Сульфаниламидный реактив. Растворяют 5 г сульфаниламида в смеси 50 мл концентрированной НС1 и 300 мл дистиллированной воды и разбавляют дистиллированной водой до 500 мл. Раствор устойчив в течение нескольких месяцев.
Раствор N-(1-нафтил)-этилендиаминдигидрохлорида. Растворяют 500 мг препарата в 500 мл дистиллированной воды. Хранят в склянке из темного стекла. Раствор можно хранить 1 месяц, но если ранее этого времени появилось темно-коричневое окрашивание, следует приготовить свежий раствор.
Стандартный раствор нитрита натрия. Основной раствор. Растворяют 0,1500 г NaNO2 чда, высушенного при 105С, в дистиллированной воде и доводят водой до 1000 .мл. Раствор консервируют добавлением 1 мл хлороформа н сохраняют в холодном месте; он устойчив 1 месяц. В 1 мл этого раствора содержится 100 мкг .
Рабочий раствор 1. Разбавляют 100 мл основного раствора
дистиллированной водой до 1 л. Раствор должен быть свежеприготовленным. В 1 мл этого раствора содержится 10 мкг .
Рабочий раствор II. Разбавляют 50 мл рабочего раствора 1 дистиллированной водой до 1 л. Раствор должен быть свежеприготовленным. В 1 мл этого раствора содержится 0.5 мкг .
Соляная кислота, разбавленная 1 :3.
Ход определения. Анализируемую воду нейтрализуют до рН = 7 и, если появится осадок или муть, фильтруют через мембранный фильтр 1 (разбавление пробы учитывают при расчете результата определения). В коническую колбу вместимостью 100 мл помещают 25 мл анализируемой воды (или фильтрата после отделения осадка, или меньший объем, но разбавленный дистиллированной водой до 25 мл). В отобранном объеме должно быть от 0,25 до 15 мкг . Прибавляют 1 мл раствора сульфаниламида и перемешивают. Дают пройти реакции в течение 2-8 мин и прибавляют 1 мл раствора N-(1-нафтил)-этилендиамингидрохлорида, перемешивают, дают постоять от 10 мин до 2 ч (не больше) и измеряют оптическую плотность при = 543 им в кюветах с толщиной слоя жидкости 1 или 5 см в зависимости от концентрации. Одновременно проводят холостой опыт с 25 мл дистиллированной воды и подученный в холостом опыте раствор используют в качестве сравнительного раствора при измерении оптической плотности.
Результат определения находят по калибровочному графику, для построения которого вводят в мерные колбы вместимостью 50 мл 0; 1; 2; 4, ..., 30 мл стандартного рабочего раствора 11 нитрита натрия, разбавляют каждый раствор до метки дистиллированной водой, перемешивают, отбирают по 25 мл каждого полученного раствора н продолжают, как при анализе пробы. По результата** измерений строят калибровочный график пли, что лучше. Два графика: один для определения малых концентраций с расстоянием между стенками кюветы 5 см, другой - с расстоянием 1 см.
7.6.2. Фотометрический метод с сульфаниловой кислотой и -нафтиламином
Сущность метода. Метод аналогичен предыдущему методу, Сульфаниловая кислота реагирует с азотистой кислотой с образованием соответствующего диазосоединения, которое сочетается с а-нафтиламином, образуя азокраситель, имеющий пурпурную окраску:
Интенсивность окраски возрастает по закону Бера в границах от 10 до 600 мкг/л в расчете на (от 3 до 180 мкг/л в расчете на азот) при толщине слоя жидкости в кювете 1 см, =530 им. Молярный коэффициент поглощения = 3,3104.
Некоторым недостатком метода по сравнению с методом 7.6.1 является применение токсичного реактива -нафтиламина. Следует остерегаться всасывания жидкости ртом при наборе ее в пипетку. Надо избегать также соприкосновения реактива с кожей рук