仪器分析水质分析.ppt

,第三章 水质分析,地球上总水量约为1.37109 km3，其中海洋占97.3 %，淡水占 2.7 %，可利用的淡水仅占1%还不到！,第一节 概 述,水是生命之源！ 工业生产往往也需要用到大量的水，主要用作溶剂、洗涤剂、冷却剂、辅助材料等。 水质的优劣，事关人类健康、生态平衡、工农业正常生产； 水质分析，重要！,一、水的用途,二、水的分类,天（自）然水 生活用水 工业用水,1天（自）然水,自然界的水。 一般分为：雨水、地表水（江、河、湖水）、 地下水（井水、泉水）等。 因为在自然界中存在，都或多或少地含有一些杂质，如气体、尘埃、可溶性无机盐等，如矿泉水中含有多种微量元素。,专题一：何谓矿泉水，如何界定，有何依据（标准！）？ 何种饮用水最适合饮用？,昆仑山 天然雪山矿泉水,纯净水加点矿物质！ 多一点，生活更健康,我们不生产水，我们只做大自然的搬运工！,水的质量决定生命的质量,2. 生活用水,人们日常生活中所使用的水； 主要是自来水，也有少量直接使用天然水的。 水质要求：不能影响人类的身体健康； 分析重点：有害元素，对其含量都有严格限量规定。,比如：F-的含量，正常情况下应为 0.51.0 mg/L， 如果F- 1.01.5 mg/L，易得氟斑牙， 如果F- 4.0 mg/L，则易得氟骨病。,相关标准？,相关案例？,专题二：查找自来水或生活饮用水的质量控制标准，分析其质控 重点。列举几种有害元素对人体的危害，并列举相应案例。,氟是人体必需的微量元素之一，过量的氟会导致氟中毒。氟中毒是一种以侵犯牙齿和骨骼为主的全身性慢性中毒，主要临床表现是氟斑牙和氟骨症。 牙齿危害影响咀嚼、消化功能，并导致牙齿过早脱落。 骨骼及其它软组织损害腰、腿及全身关节麻木、疼痛、 关节变形，出现腰弯背驼、功能障碍乃至瘫痪 、 丧失劳动能力，生活不能自理。,长期饮用高氟水的危害,氟骨病威胁山村 /disease0/200904/407155.html,“大地之爱，母亲水窖” 大型公益活动,3. 工业用水,工业生产中所使用的水； 要求：不影响产品质量，不损害设备、容器及管道； 分析要点：根据具体应用场合设定相应质控指标。,另外：还有废水，特别是工业废水，污染环境，必须（经过处理并）符合一定的标准才允许排放。,相关标准？,排放废水要求：不能影响人类和环境健康； 监测重点：有害元素和有机物等，有严格限量规定。,三、水质分析项目,水质分析项目繁多，主要有以下四类： 1物理性质 2金属化合物 3非金属无机化合物 4有机化合物,现代分析化学的各种方法,四、水质分析方法,化学分析法,滴定分析酸碱、络合、氧化还原、沉淀,重量分析法沉淀法、挥发法,仪器分析法,光谱分析,色谱分析GC、LC、IC,电化学分析离子选择性电极、溶出伏安法,分子光谱紫外、可见、荧光,原子光谱AAS、AES、AFS,质谱分析MS、ICP-MS, ,水中各种组分测定的常用分析方法 详见教材P46表3-1或相关标准,常量组分化学分析法 微量、痕量组分仪器分析法 痕量、超痕量组分富集仪器分析法,水质分析方法的选择,何谓富集，有哪些方法？,水质分析特点： 各组分可能随时间变化 检测项目可能存在不同价态和形态 待测组分浓度变化范围大 往往属于痕量甚至超痕量分析,五、水质分析对采样和保存的要求,水质分析对样品采集和保存有特别要求！ 详见教材P47表3-2或相关标准,有什么区别，分别研究意义何在？例如？,颜色（色度） 浊度 臭和味 肉眼可见物 pH值 残渣 矿化度 电导率,第二节 水的物理性质检验,检 验 项 目,水的颜色： 纯水：无色透明 深层水：无色或浅蓝色 污水（特别受工业废水污染）：有色且透光性减弱,一、 颜色（色度）,水颜色的分类,真色除去浊度后测得的颜色 表色未经过滤或离心的原始水样的颜色,测定方法 1. 铂钴标准比色法较清洁天然水 铂氯酸钾与氯化钴标准色阶目视比色 1个色度单位1mg Pt + 0.5 mg Co / L,铂钴标准比色法标准色列,2. 稀释倍数法工业废水等污染水 色度水样以水稀释到接近无色时的稀释倍数,二、浊度 反映水中的不溶解物质对光线透过时阻碍程度的指标。 通常仅用于天然水和饮用水。 污水和废水：不溶物质含量高，一般要求测悬浮物。,浊度测定方法 1. 目视比浊法一般水样 1度1mg 硅藻土 / 100mL,2. 分光光度法天然水、饮用水,3. 浊度仪法 （略）,浊度测定方法,400度浊度储备液：一定温度下(253)，5.00 mL 10 g/L硫酸肼溶液与5.00 mL 100 g/L六次甲基四胺 溶液于100 mL容量瓶中反应24 h，稀释至标线.,680nm、3cm比色皿测吸光度，标准曲线法得,注意事项 1. 必须在规定温度下进行，或进行温度校正 2. 测定时，必须用与水样pH接近的标准缓冲溶液校正仪器.,三、 pH值,pH -lgaH+,pH值测定方法：比色法、玻璃电极（pH计）法,四、残渣（悬浮物） 水样经蒸发后的残余物，表征水中溶解性物质、不溶解性物质含量的指标。 分类：总残渣、可滤残渣和不可滤残渣 测定：重量法（103-105 或 (1802)烘干）,五、矿化度 水中无机矿物成份的总量，总含盐量评价指标。 测定：重量法（103-105 烘干时可滤残渣量）,六、电导率 间接表示溶解盐的含量，电导仪测定,矿泉水水源寻找？,第三节 金属化合物的测定 主要包括：总硬度、钾、钠、钙、镁、铁、铜、锌、镍、 锰、汞、铅、铬、镉、砷、硒等。,微量金属测定仪器分析法 分子光谱法：紫外、可见、荧光分光光度法 原子光谱法：吸收、发射、荧光分光光度法 质谱法：电感耦合诱导等离子体-质谱（ICP-MS） 色谱法：离子色谱法 电化学分析法：极谱法、溶出伏安法,常量金属测定化学分析法（滴定分析）,一、总硬度的测定,硬度：水中钙、镁等金属离子沉淀肥皂的程度 总硬度暂时硬度永久硬度、 测定意义：生活饮用水？工业用水？ 测定方法：EDTA络合滴定法 pH 10氨缓冲，铬黑T指示，酒红 纯蓝，必要时掩蔽 表示方法：德国硬度 1= 10 mg CaO/L,生活饮用水要求25 , 锅炉用水要求软水.,二、铁的测定,测定意义：影响印染、纺织、造纸等工业产品质量 采样保存：Fe3+HCl使pH1； Fe2+立即测定 测定方法：,重污染,EDTA络合滴定,K2Cr2O7氧还滴定,pH 2，磺基水杨酸指示 酒红淡黄,SnCl2还原，S-P混酸介质， 二苯胺磺酸钠，黄绿紫红,轻污染,FAAS（火焰）,可见分光光度法,盐酸羟胺还原，pH 5-6，邻二氮 菲显色，510 nm，0.03-5.00 mg/L,直接，248.3nm，0.03-5.0 mg/L,三、铬的测定,测定意义：Cr(VI)累积毒性，Cr(III)微量必需，超量致毒 采样保存：玻璃容器，总铬HNO3使pH1； Cr(VI)NaOH使pH8 尽快测定 测定方法：,重污染,硫酸亚铁铵氧还滴定,轻污染,流动注射在线富集分离FAAS,可见分光光度法,直接测总铬，357.9nm，0.5-20 mg/L,KMnO4氧化，H2SO4介质，二苯碳酰二肼显色，540 nm，0.004-5mg/L,FAAS,富集倍数10-20倍， Cr(VI)-1.5 ug/L; Cr(III)-0.7 ug/L,何为流动注射，如何实现富集？,四、重金属的测定,测定意义：危害健康、环境，影响工农业生产 测定方法：AAS、AES、ICP-MS等,各种水体中限量值特剧毒元素？标准？方法？,第四节 非金属无机物的测定,酸度和碱度 氯化物 硫酸盐 氮（氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮） 溶解氧 二氧化碳 硫、磷、氟、碘 氰化物、硼 可溶性二氧化硅 ,一、酸度和碱度 1 酸度 指水中所含能与强碱发生中和作用的物质的总量。 测定方法 酸碱指示剂滴定法（酚酞总，甲基橙） 电位滴定法 2 碱度 指水中所含能与强酸发生中和作用的物质总量，包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等。 测定方法 酸碱指示剂滴定法（酚酞，甲基橙总） 电位滴定法,二、氨氮的测定,测定意义：有机物污染程度指标,测定方法：,高含量,蒸馏酸滴定法：甲基红亚甲基蓝指示,低含量,纳氏试剂分光光度法 0.02 mg/L,氨离子选择性电极法 0.03-1400 mg/L,氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法,预蒸馏：调水样pH在6.07.4，加MgO使其呈碱性。蒸馏 释出的气态氨用硫酸或硼酸溶液吸收。 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 NH3 + H3BO3 = NH4H2BO3 显色：NH4+ + (KI+HgI2+KOH)胶态化合物 测定： 410-425 nm 分光，检出限0.02 mg/L 适用对象：各种水样,纳氏试剂,三、溶解氧（D.O）的测定,定义：溶解在水中的分子态氧（O2） 意义：水体受有机或无机还原性物质污染指标 特点：与大气压力、空气中的氧分压及水的温度有关。 常温常压下，一般810 mg/L，随水中还原性杂质污染程度加重而下降， 低于4 mg/L，水生动物有可能因窒息死亡。溶解氧氧化铁而腐蚀金属，工业分析重要。,测定方法,采样保存：防止曝气或采样瓶气泡残留，立即固定 （MnSO4+KI）、冷暗处存，4-8h内测,碘量法清洁水样,修正碘量法、膜电极法污染水样,溶解氧的测定 碘量法,（1） Mn(II)在碱性溶液中，生成白色氢氧化亚锰沉淀 MnSO4 + 2NaOH =Mn(OH)2（白色） + Na2SO4,（2）水中溶解氧立即将Mn(OH)2氧化成棕色Mn(OH)4沉淀 2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4（棕色）,（3）加入酸，Mn(OH)4溶解并氧化I-释放出一定量的I2： Mn(OH)4 + 2KI + 2H2SO4 = MnSO4 + I2 + K2SO4 + 4H2O,（4）用Na2S2O3标准溶液滴定释出的I2 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI,1 O2,2Mn(OH)2,2Mn(OH)4,2I2,4Na2S2O3,溶解氧测定步骤,1. 取样 将胶皮管一端接水龙头，另一端插入溶解氧测定瓶瓶 底，待水溢出几分钟后，取出胶管，迅速塞紧塞子。 2. 反应 取好水样，取下瓶塞，用刻度吸量管紧靠瓶口内壁，插入样品液面下0.5cm，准确加入1mL硫酸锰溶液，再用同法加入碱性KI溶液 2 mL，盖紧瓶塞，将瓶反复颠倒，充分混合均匀，放置5min 待沉淀下降至瓶底。（此操作一般在取样现场固定）再用上法加浓硫酸1.5 mL，塞紧瓶塞，颠倒混合至沉淀完全溶解此时溶液中因碘释出而呈黄色。 3. 滴定 精确移取100.00mL溶液于250mL锥形瓶中，用Na2S2O3 标准溶液0.01mol/L滴定至淡黄色后，加入1mL淀粉 (10g/L)，继续滴定至兰色恰好消失，即为终点。,采样：勿使样品过多接触空气，最好专用溶解氧测 定瓶， 并在现场加入MnSO4及碱性KI溶液固定。 试剂： 碱性KI溶液避光保存，酸化后无I2； Na2S2O3用新煮沸并冷却蒸馏水配制暗存7天后标定。 干扰：氧化还原性物质Fe3+、Cl2等、藻类、悬浮物、有色 物质等干扰测定，须用修正碘量法。,注意事项,第五节 有机化合物的测定,用途不同，水质要求不同，分析项目不同！,有机污染 评价,总有机 污染物,具体有机 污染物,直接测：总有机C、N等,间接测：BOD、COD等,挥发性酚类、苯系物、多环芳烃、有机磷、苯胺类、硝基苯类、阴离子洗涤剂、各类农药等,一、化学需氧量（COD）的测定,定义：一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的 量换算为氧的量（mg/L）。 意义：反映了水体受还原性物质污染的程度。 采样保存： H2SO4 酸化使pH 2 测定方法：,重铬酸钾法化学需氧量CODCr,高锰酸钾法高锰酸盐指数CODMn,有什么区别，如何选择？,1. 高锰酸钾法高锰酸盐指数法 CODMn,涉及反应： 5C + 4MnO4- + 12H+ = 5CO2 + 4Mn2+ + 6H2O 2MnO4- + 5C2O42- +16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O,适用对象：较清洁的地表水、饮用水和生活污水等 测定方法：,微红终点,分析步骤,取100 mL水样于250 mL锥瓶中(CODMn 5mg/L时，可酌 情少取但需用水稀释至100 mL)。加5 mL(1+1) H2SO4 ，准确 加入0.002 mol/LKMnO4溶液10.00 mL，摇匀。向锥瓶中投入 几粒玻璃珠，并用小漏斗掩盖瓶口，加热水样恰好煮沸10min。 取下锥瓶，趁热加入0.005 mol/LNa2C2O4溶液10.00 mL，立即 用0.002 mol/LKMnO4溶液滴定至粉红色不褪即为终点。,结果计算,V0空白试验KMnO4消耗体积（mL）；K校正系数、 a经稀释水样含水比值，如25mL稀释至100mL，则a0.75,加入高锰酸钾煮沸后，若红色消退，需将水样进行稀释，重新测定，结果计算亦须考虑稀释水影响； 必须严格控制实验条件，酸性条件下，滴定温度须60-80；加入草酸钠时温度不宜过高，300mg/L时，必须采用碱性高锰酸钾法。,注意事项,对于工业废水，我国规定用重铬酸钾法测定。,（1）原理 在强酸性溶液中，用一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据其用量计算水样中还原性物质消耗氧的量。反应式如下 2Cr2O72- + 16H+ + 3C =4Cr3+ + 3CO2 + 8H2O Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O,2. 重铬酸钾法化学需氧量CODCr,（2）干扰及其消除,酸性重铬酸钾氧化性很强，可氧化大部分有机物。加入硫酸银作催化剂时，直链脂肪族化合物可完全被氧化，而芳香族有机物却不易被氧化，吡啶不被氧化，挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸气相，不能与氧化剂液体接触，氧化不明显。 氯离子能被重铬酸盐氧化，并且能与硫酸银作用产生沉淀，影响测定结果，可在回流前向水样中加入硫酸汞，使氯成为络合物以消除干扰。氯离子含量高于2000 mg/L的样品应先作定量稀释，使含量降低至2000mg/L以下再进行测定。,回流装置,分析步骤,1）取20.00mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20.00mL）置于250mL磨口的回流锥形瓶中，准确加入10.00mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷疑管上口慢慢地加入30mL硫酸一硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h（自开始沸腾时计时）。 2）冷却后，用90mL水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶，溶液总体积不得少于140mL，否则因酸度太大，滴定终点不明显。 3）溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量。 4） 测定水样的同时，以20.00mL重蒸馏水，按同样分析步骤作空白试验，记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量。,重铬酸钾法 滴定过程,CODCr结果计算,式中 c硫酸亚铁铵标准滴定溶液的浓度，molL； V0滴定空白时硫酸亚铁铵标准滴定溶液用量，mL； V1滴定水样时硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量，mL； V水样的体积，mL； M(1/2O)氧(1/2O)的摩尔质量，8g/mol。,生化需氧量（BOD）是指在在好气条件下，微生物分解有机物质的生物化学过程中需要的溶解氧量。 意义：反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。,二、 生化需氧量的测定,五天培养法BOD5 微生物电极法 其他方法,测定方法,生化需氧量（BOD5）的测定,BOD5：2