常用水质检测方法.ppt

水质分析检测 第1章绪论 1 1水质检测的性质和任务水质分析检测是研究水及其杂质 污染物的组成 性质 含量及其分析方法的一门学科 它在日趋严重的水环境污染治理与检测中起着眼睛和哨兵的作用 给排水设计 水处理工艺 水环境评价 废水综合利用效果等都必须以分析结果为依据 并做出正确判断和评价 通过学习 掌握水分析化学的四大滴定方法 酸碱滴定法 配位滴定法 沉淀滴定法和氧化还原滴定法 和主要仪器分析法 分光光度法 原子吸收光谱法和气相色谱分析法等 的基本原理 基本理论和基本技能 掌握水质分析的基本操作 1 2水分析化学的分类 根据分析任务 分析对象 测定原理 操作方法和具体要求的不同 分析方法可分为许多种类 按测定方法的原理划分为化学分析和仪器分析法 化学分析法 以物质的化学反应为基础的分析方法 也称为经典化学分析法 主要有重量分析法和滴定分析法 仪器分析法 以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法 也称为物理和物理化学分析法 A 光学分析法 紫外可见 红外 分子荧光及磷光 原子吸收 原子发射光谱法等B 电化学分析法 电重量分析 电位分析 电导法 库仑法 伏安法 极谱分析法等C 色谱法 气相 液相 离子色谱法D 其它方法 质谱 核磁共振 X射线 电子显微镜分析等 仪器分析法 1 3水质指标和水质标准 2水质指标 物理指标 不涉及化学反应 参数测定后水样不发生变化化学指标微生物学指标 按不同用水目的制定的污染物的量阈值 余氯为下界 其他指标均为上界限值 不可超越 1水质标准 1 物理指标 1 水温2 臭味 文字描述 和臭阈值3 色度4 浊度 混凝工艺重要的控制指标5 残渣 总残渣 可滤残渣 不可滤残渣 重量法测定6 电导率 电导率仪测定7 紫外吸光度值 UVA254 反映水中有机物含量8 氧化还原电位 ORP 废水生物处理过程重要控制参数 2 微生物指标 保障供水安全的重要指标1 细菌总数2 大肠菌群3 大肠埃希氏菌4 耐热大肠菌群5 贾第鞭毛虫6 隐孢子虫7 游离性余氯 Cl2 HOCl OCl 3 化学指标 1 pH值 pH lg H 2 酸度和碱度 给出质子物质的总量 酸度 接受质子物质的总量 碱度 3 硬度 水中Ca2 Mg2 离子的总量永久硬度 硫酸盐 氯化物等形成暂时硬度 碳酸盐和重碳酸盐形成 煮沸后分解形成沉淀4 总盐量 或矿化度 水中全部阴阳离子总量 5 有机污染物综合指标 宏观地描述水中有机污染物 是总量指标 不针对哪类有机物 高锰酸盐指数 CODMn 用KMnO4作氧化剂氧化水中有机物所消耗的量 单位mgO2 L 适用于轻污染的给水化学需氧量 CODCr K2Cr2O7作氧化剂 适用于重污染的排水生物化学需氧量 BOD 在一定时间温度下 微生物分解水中有机物发生生物化学反应中所消耗的溶解氧量 单位mgO2 L总有机碳 TOC 总有机碳分析仪高温燃烧水样测定 单位mgC L总需氧量 TOD 水中有机物和还原性无机物在高温下燃烧生成稳定的氧化物时的需氧量 mgO2 L 根据试验目的选取取样点 取样量 采样器和取样方法 水质分析的基本程序 水样采集 保存 预处理 分析 结果计算和报告 1 4水样的采集 保存和预处理 1 水样的采集 1 采样断面布设 a 采样点 断面布设和点布设 对湖泊 水库 应在进出水口布设2个检测断面 河流水系沿上中下游布设3个采样断面对照断面 上游 反映本地区河流水质的初始情况 检测断面 中游 反映本地区排放的废水对河段水质的影响 结果断面 下游 反映河流对污染物的稀释净化情况 2 采样点布设 据河流的宽度和深度而定 在断面上选择采样垂线 水面宽 50m 设一条 水面宽50 100m 设左 右两条 水面宽大于100m 设左 中 右三条 每条垂线上设点 表层水样 水面下约0 5 1m处 深层水样 距底质以上0 5 1m处 中层水样 表层和深层之间的中心位置 b 取样量 保证分析用量3倍以上 至少做2次平行样 c 采样器 玻璃或塑料瓶或水桶 清洁 化学指标 或无菌 微生物指标 玻璃采样瓶 测定含油类或其它有机物 生物 水样 塑料采样瓶 测定水中的微量金属离子 硼 硅 氟等无机项目 d 取样方法 一般水样冲洗采样瓶2 3次后再采样 自来水 先放水数分钟再采样 井水 直接采样 或先水桶采样 再移至采样瓶 江河湖泊或海水 表面水样 距岸边1 2m且水下20 50cm直接采样 污水 废水 重点各排放口 e 取样形式 瞬时废水样 浓度 和流量都比较恒定 可随机采样 平均混合废水样 浓度变化但流量恒定 可在24h内每隔相同时间 采集等量废水样 最后混合成平均水样 平均按比例混合废水样 当排放量变化时 24h内每隔相同时间 流量大时多取 流量少时少取 然后混合而成 2 水样的保存最好现场立即测定 以免发生物理 化学 生物变化 如不能立即测定 应采用一些措施终止或减缓各种反应 a 冷藏 5 抑制微生物活动 减慢物理挥发和化学反应速度b 控pH值 加酸调pH 2 防止水解沉淀以及被器壁吸附 个别指标加NaOH 如氰化物 c 加保存试剂 生物抑制剂 测定酚的水样 加CuSO4抑制苯酚菌的分解活动 氧化剂或还原剂 测定汞 加入HNO3和K2Cr2O7 0 05 测定硫化物 加入抗坏血酸 防止氧化 3 水样的预处理 水样的分离技术a 过滤 或澄清 离心 除去残渣及细菌或藻类 阻留残渣的能力大小顺序为 滤膜 0 45 m 离心 滤纸 砂芯漏斗 b 浓缩 富集 蒸发 L L萃取 分离水中的有机物 离子交换 c 蒸馏 如测定酚类 氟化物 氰化物d 消解 测金属 无机物 酸性消解 水样中同时存在无机态和有机态金属 可加H2SO4 HNO3或HNO3 HClO4等 破坏有机物 释放金属离子 再进行测定 干式消解 高温灼烧去除有机物后 灼烧后残渣 灰分 用2 HNO3溶解 再进行测定 高温易挥发损失的As Hg Cd Se Sn等元素 不宜用此法 改变价态消解 测定汞 加入HNO3和强氧化剂 使汞全部以Hg2 存在 1 准确度测定值与真实值的接近程度 准确度的高低用误差来衡量 E X XT 1 5分析方法的评价体系 常用测量加标回收率评价分析方法的准确度 回收实验是在测定试样某组分含量 加标前测定值x1 的基础上 加入已知量的该组分 加标量x2 再次测定其组分含量 加标后测定值x3 2 精密度 精密度表示各次分析结果相互接近的程度 标准偏差 精密度的高低用偏差来衡量 偏差 表示测定值与平均值之间的差值 相对标准偏差RSD 又称变异系数 以CV 表示 3 准确度与精密度的关系 真值 37 40 甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁四人测定同一试样中Ag含量时所得的结果 由图看出 甲所得的结果准确度和精密度均好 结果可靠 乙所得的结果精密度虽然很高 但准确度较低 丙的精密度和准确度都很差 丁的精密度很差 精密度与准确度的关系 精密度是保证准确度的先决条件 精密度差 所得结果不可靠 但高的精密度也不一定能保证高的准确度 1 6标准溶液 1 基准物质 能用于直接配制或标定标准溶液的物质称为基准物质 常用的基准物质有纯金属和纯化合物 如Ag Cu Zn Cd Si Ge Co Ni Fe和NaCl K2Cr2O7 Na2CO3 邻苯二甲酸氨钾 硼砂 CaCO3等 它们的质量分数一般在99 9 以上 作为基准物质应具备的基本要求 性质稳定 组成恒定 相对分子质量较大 纯度高 易溶解 2 标准溶液的配制方法 1 直接法 准确称取一定量基准物质 溶解后配成一定体积的溶液 根据物质质量和溶液体积 即可计算出该溶液的准确浓度 例如 欲配制C H2C2O4 2H2O 为0 2100mol L 1标准溶液250ml 应称取H2C2O4 2H2O多少克 解 0 2100 250 10 3 126 07 6 6187g 2 间接法 标定法 粗略地称取一定量物质或量取一定量体积溶液 配制成接近于所需要浓度的溶液 这样配制的溶液 其准确浓度还是未知的 必须用基准物质或用另一种物质的标准溶液来测定它们的准确浓度 这种确定浓度的操作叫标定 例如 欲配制0 1mol L 1HCI标准溶液 先用浓HCl稀释配制成浓度大约是0 1mol L 1的溶液 然后称取一定量的基准物质如硼砂进行标定 3 物质的量浓度 单位体积溶液所含溶质的物质的量 n 由于物质的量n的数值取决于基本单元的选择 因此 表示物质的量浓度时 必须指明基本单元 4 滴定度 滴定度是指每毫升标准溶液相当于待测组分的质量 用T待测物 滴定剂表示 例如 表示溶液相当于0 005682g铁 也就是说 标准溶液能把0 005682gFe2 氧化成Fe3 如果在滴定中消耗该标准溶液10ml 则被滴定溶液中铁的质量为 第三章常用水质检测方法 3 1滴定法水质分析检测共有四大分析滴定法 酸碱滴定法 络合滴定法 沉淀滴定法和氧化还原滴定法 本教材重点介绍氧化还原滴定法和络合滴定法 3 1 1氧化还原滴定法氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析法 高锰酸钾法 以高锰酸钾为标准溶液 重铬酸钾法 以重铬酸钾为标准溶液 碘量法 以碘和硫代硫酸钠为标准溶液 溴酸钾法 以溴酸钾 溴化钾为标准溶液 氧化还原半反应为 一 条件电极电位 二 氧化还原反应进行的程度在滴定分析中 要求氧化还原反应进行得越完全越好 氧化还原反应进行的程度可以用它的平衡常数的大小来横量 氧化还原反应的平衡常数 可根据能斯特方程式从有关电对的条件电位或标准电位求得 一般来说 两电对的条件电位差值越大 K值也越大 反应进行得越完全 例 在1mol L 1H2SO4溶液中 用0 1000mol L 1Ce SO4 2溶液滴定20 00mL0 1000mol L 1Fe2 溶液为例说明可逆 对称氧化还原电对的滴定曲线 氧化还原滴定中 随着滴定剂的加入 被滴定物质的氧化态和还原态的浓度逐渐改变 电对的电极电位也随之不断改变 在sp附近 溶液必有一个电位的突变 这种电位改变的情况可用滴定曲线表示 三 氧化还原滴定曲线 滴定反应 在滴定过程中 每加入一定量滴定剂 反应达到一个新的平衡 sp前 Ce4 未知 按Fe3 Fe2 电对计算 sp后 Fe2 未知 按Ce4 Ce3 电对计算 化学计量点时 通式 图6 1用0 1000mol L 1Ce4 溶液滴定0 100mol L 1Fe2 溶液的滴定曲线 氧化还原指示剂是其本身具有氧化还原性质的有机化合物 它的氧化态和还原态具有不同的颜色 在滴定过程中 指示剂由氧化态变为还原态 或由还原态变为氧化态 根据颜色的突变来指示终点 四 氧化还原指示剂 选择指示剂的原则 应使指示剂的变色点位于滴定曲线电势突跃范围之内 至少也应使滴定曲线的电势突跃范围和指示剂的变化范围部分重合 故指示剂变色的电位范围为 一 高锰酸钾法 优点 氧化能力强 本身呈深紫色 用它滴定无色或浅色溶液时 一般不需另加指示剂 应用广 缺点 试剂常含有少量杂质 使溶液不够稳定 又可和很多还原性物质发生作用 干扰较严重 在强酸性溶液中 MnO4 可被还原为Mn2 在微酸性 中性或弱碱性溶液中 MnO4 被还原为MnO2 在cOH 2mol L 1的碱溶液中 被还原为MnO42 五 滴定方法 COD是指水体中已被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量 换算成氧的含量 以O2mg L 1计 来表示 COD的测定分为酸性高锰酸钾法 碱性高锰酸钾法和重铬酸钾法 以高锰酸钾法测定的COD值 又称为高锰酸盐指数 由于Cl 离子对此法有干扰 因而本法仅适合于地表水 地下水 饮用水和生活污水中COD的测定 含Cl 较高的工业废水则应采用重铬酸钾法测定 我国规定了环境水质的高锰酸盐指数的标准为2 10mgO2 L 应用示例 水样中化学耗氧量 COD 的测定 化学需氧量 COD 是量度水体受还原性物质 主要是有机物 污染程度的综合性指标 高锰酸盐指数的测定步骤 a 分取100mL混匀水样 如CODMn高于5mg L 则用水稀释至l00mL 于250mL锥形瓶中 加5mL 1 3 硫酸 混匀 然后加10 00mL0 0lmol LKMn04溶液 摇匀后立即放入沸水浴中加热30min b 取下锥形瓶 趁热加入10 00mL0 0lmol LNa2C204标液 摇匀 立即用0 0lmol LKMn04溶液滴定至显微红色 记录KMn04溶液消耗量 c KMn04溶液的标定 将上述已滴定完毕的溶液加热至约70 准确加入10 00mL0 0lmol LNa2C204标液 再用KMn04溶液滴定至显微红色 记录KMn04溶液的消耗量V 按下式求得KMn04溶液的校正系数 K K 10 00 V式中 V 标定时KMn04溶液的消耗量 mL 若水样经稀释时 应同时另取lOOmL水 同水样操作步骤进行空白试验 优点 a 易提纯 在140 250 干燥后 可直接配标准溶液 b 标准溶液稳定 可长期保存 c 选择性好 室温下不与CI 作用 可在HCI溶液中进行滴定 缺点 a 酸性范围使用 应用窄 b 终点时难以辨别出过量K2Cr2O7的黄色 产物Cr3 呈绿色 因此须加入指示剂 如二苯胺磺酸钠 c 有毒 应注意废液的处理 二 重铬酸钾法 原理 2Cr2O72 3C 16H 4Cr3 3CO2 8H2O 过量 水样有机物 回流2小时 Cr2O72 6Fe2 14H 2Cr3 6Fe3 7H2O 剩余 标准溶液 sp Fe C12H8N2 33 Fe C12H8N2 32 氧化态 蓝色 还原态 棕红色 指示剂 邻二氮菲亚铁 又叫试亚铁灵或邻菲啰啉亚铁离子 终点时由蓝色变为棕红色 该法适用范围广泛 可用于污水中化学需氧量的测定 应用实例 化学需氧量的测定 CODCr V0 空白试验消耗硫酸亚铁铵标准溶液的量 mL V1 滴定水样时消耗硫酸亚铁铵标准溶液的量 mL C 硫酸亚铁铵标准溶液的浓度 mol L 8 氧的摩尔质量 1 4O2 g mol V水 水样的量 mL 重铬酸钾标准溶液的浓度是1 6K2Cr2O7mol L 三 碘量法 指示剂 淀粉 利用I2的氧化性和I 的还原性进行滴定的方法 半电池反应为 碘难溶于水 25 时1 00 10 3mol L 1 常在配制时加入KI使之溶解 这时I2与I 结合成I3 离子 溶解度增大 再用Na2S2O3溶液滴定 用I3 标准溶液直接滴定强还原性物质 如Sn2 Sb3 S2 SO32 等 电势较高的氧化性物质 可用I 标准溶液还原氧化性物质 然后用Na2S2O3标准溶液滴定释出的I2 测定 Cu2 CrO42 Cr2O72 CIO NO2 H2O2氧化性物质 如 KMnO4在酸性溶液中 与过量的KI作用析出I2 1 直接碘量法 2 间接碘量法 b 防止I2的挥发和空气中的O2氧化I 滴定时不要剧烈振摇 使用碘量瓶 避光 a 控制溶液的酸度 滴定必须在中性或弱酸性溶液中进行 在碱性溶液中 I2会发生歧化反应 在强酸性中Na2S2O3会分解 间接碘量法应注意 C 判断终点常用淀粉为指示剂 直接法的终点是从无色变蓝色 间接法是从蓝色变无色 淀粉溶液应在滴定近终点时加入 如果过早加入 淀粉会吸附较多的碘 使滴定结果产生误差 3 标准溶液的配制和标定 标准溶液 硫代硫酸钠和碘标准溶液 1 Na2S2O3标准溶液 间接法 Na2S2O3不是基准物质 不能直接配制标准溶液 只能先配制成近似浓度的标液 然后再标定 K2Cr2O7 KIO3等基准物质常用来标定Na2S2O3溶液的浓度 Na2S2O3溶液浓度不稳定 容易改变 Na2S2O3溶液的配制 杀菌赶赶 CO2O2 分解 氧化 酸性 S2O32 S2O32 S2O32 不稳定 HSO3 S SO42 SO32 S S 2 碘标准溶液 间接法 升华法可制得纯碘 但由于碘的挥发性及对天平的腐蚀 不宜直接法配制 粗称一定量碘 加过量KI 于研钵中加少量水研磨 使溶解 然后将溶液稀释 倾入棕色瓶中于暗处保存 可用已标定好的Na2S2O3标准溶液来标定I2溶液 也可用As2O3 俗名砒霜 剧毒 来标定 避免I2溶液与橡皮等有机物接触 也要防止I2溶液见光 遇热 3 1 2络合滴定法一 基本术语标准溶液 已知准确浓度的溶液 滴定 将标准溶液通过滴定管滴加到被测物质溶液中的操作 化学计量点 在滴定过程中 滴定剂与被测组分按照滴定反应方程式所示计量关系定量地完全反应时称为化学计量点 滴定终点 因指示剂颜色发生明显改变而停止滴定的点 终点误差 滴定终点与化学计量点不完全吻合而引起的误差 二 络合滴定法概述络合滴定法 利用络合反应进行的滴定分析方法称为络合滴定法 作为络合滴定的反应必须符合以下条件 1 生成的络合物要有确定的组成 即中心离子与络合剂严格按一定比例化合 2 生成的络合物要有足够的稳定性 3 络合反应速度要足够快 4 有适当的方法指示终点 三 络合平衡1 络合物的稳定常数金属离子与EDTA形成络合物的稳定性 可用该络合物的稳定常数K稳来表示 略去电荷 可简写成 M Y MY 其稳定常数KMY为 稳定常数值越大 络合物就越稳定 2 络合物的条件稳定常数 M与Y及MY的各种副反应进行的程度 可由其副反应系数表示 酸效应 由于氢离子与Y之间发生副反应 使得EDTA参加主反应的能力下降 这种现象称为酸效应 酸效应系数 在一定pH值下EDTA的各种存在形式的总浓度 Y 与能参加主反应的 Y4 的平衡浓度之比 即 在EDTA滴定中 被测金属离子M与EDTA络合 生成配合物MY为主反应 同时M和Y及产物MY都可能发生副反应 使MY配合物的稳定性受到影响 当溶液中存在酸效应时 上式用对数形式表示为 络合物的稳定性受溶液pH值的影响很大 因此在实际工作中应更多采用条件稳定常数 3 2重量分析法一 重量分析法的分类和特点 根据被测组分与其它组分分离方法的不同 重量分析法可分为三种 1 沉淀法沉淀法是重量分析法中的主要方法 这种方法是将被测组分以难溶化合物的形式沉淀出来 再将沉淀过滤 洗涤 烘干或灼烧 最后称重并计算其含量 重量分析法是用适当方法先将试样中的待测组分与其它组分分离 然后用称量的方法测定该组分的含量 2 气化法 利用物质的挥发性质 通过加热或其他方法使试样中的待测组分挥发逸出 然后根据试样质量的减少计算该组分的含量 或者当该组分逸出时 选择适当吸收剂将它吸收 然后根据吸收剂质量的增加计算该组分的含量 3 电解法利用电解原理 用电子作沉淀剂使金属离子在电极上还原析出 然后称量 求得其含量 二 重量分析对沉淀形式和称量形式的要求 1 重量分析对沉淀形式的要求 a 沉淀的溶解度必须很小 这样才能保证被测组分沉淀完全 d 沉淀应易于转化为称量形式 c 沉淀力求纯净 尽量避免其他杂质的玷污 b 沉淀应易于过滤和洗涤 为此 希望尽量获得粗大的晶形沉淀 如果是无定形沉淀 应注意掌握好沉淀条件 改善沉淀的性质 2 重量分析对称量形式的要求 a 称量形式必须有确定的化学组成 这是计算分析结果的依据 c 称量形式的摩尔质量要大 则少量的待测组分可以得到较大量的称量物质 减少称量误差 b 称量形式必须十分稳定 不受空气中水分 等的影响 称取试样量的多少 主要决定于沉淀类型 对生成体积小 易于过滤和洗涤的晶型沉淀 其称量式的质量控制在0 3 0 5g 对生成体积大 不易过和洗涤的得无定型沉淀 其称量式的质量控制在0 1 0 2g 据此依照组分含量即可估算出应取称量的试样量 3 称取试样量的估算 三 沉淀的过滤和洗涤过滤的目的是将沉淀与母液分离 通常过滤是通过滤纸或玻璃砂芯漏斗或玻璃砂芯坩埚进行 采用 少量多次 的方法洗涤沉淀 即每次加少量洗涤液 洗后尽量沥干 再加第二次洗涤液 这样可提高洗涤效率 一般洗涤3 5次即可 四 沉淀的烘干或灼烧 烘干是为了除去沉淀中的水分和可挥发物质 使沉淀形式转化为组成固定的称量形式 烘干或灼烧的温度和时间 随沉淀不同而异 吸光光度法 比色分析法 紫外分光光度分析法 UV 可见分光光度分析法 Vis 3 3吸收光谱 基于物质对光的选择性吸收建立的分析方法 称为吸光光度法或分光光度法 仪器简单 操作简便 快速 灵敏度高 测定下限可达10 5 10 6mol L 1 10 4 10 5 准确度较高 相对误差为2 5 能够满足微量组分的测定要求 应用广泛 分光光度法的特点 1 光的基本性质 光是一种电磁波 自然界中存在各种不同波长的电磁波 电磁波按其波长的不同可分为不同区域 一 吸光光度法基本原理 X射线0 1 10nm 中红外光2 5 50 m 可见光400 760nm 近紫外光200 400nm 远紫外光10 200nm 近红外光0 75 2 5 m 无线电波1 1000m 微波0 1 100cm 远红外光50 1000 m 分光光度法所使用的光谱范围在200nm 1000 m之间 其中200nm 400nm为紫外光区 400nm 760nm为可见光区 760nm 1000 m为红外光区 单色光 具有单一波长的光称为单色光 复合光 由不同波长的光组成的光称为复合光 可见光 人眼能感觉到的光称为可见光 可见光是由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫等各种色光按一定强度比例混合而成的 橙 红 黄 绿 青 青蓝 蓝 紫 图互补色光示意图 图中处于直线关系的两种色光为互补色光 实验证明 如果把适当颜色的两种光按一定强度比例混合 可以成为白光 这两种色光称为互补色光 对溶液来说 溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的质点 离子或分子 对不同波长的光具有选择性吸收而引起的 当白光通过某种溶液时 如果物质对各种波长的光完全吸收 则溶液呈现黑色 如果完全反射 则呈现白色 如果对各种波长的光均匀吸收 则呈现灰色 如果选择地吸收某些波长的光 则呈现透射光的颜色 也就是说 如果只吸收或最大程度的吸收某种波长的光 则溶液呈现的是这种波长光的补色光 物质呈现颜色与吸收光波长的关系见表9 2 表9 2物质颜色和吸收光颜色的关系 图9 2不同颜色的可见光波长 如果将各种波长的单色光依次通过某一固定浓度的有色溶液 测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度 即吸光度A 然后以波长为横坐标 吸光度为纵坐标作图 得到一条曲线 称为吸收光谱曲线 简称吸收曲线 从曲线可以清楚地看到有色溶液对光的吸收情况 图9 3 2 吸收光谱曲线 图9 3KMnO4溶液的吸收曲线 1 2 3 4 3 光的吸收定律 朗伯 比耳定律 式中 I0为入射光强度 It为透射光强度 A为吸光度 b为液层厚度 即光程长度 C为溶液浓度 K为比例常数 c 溶液的浓度 单位g L a 吸光系数 单位L g cm 式中 A 吸光度 描述溶液对光的吸收程度 b 液层厚度 光程长度 通常以cm为单位 c 溶液的摩尔浓度 单位mol L 摩尔吸光系数 单位L mol cm 透光度 透光率 透射比 T 透光度T 描述入射光透过溶液的程度 T It I0 A lgT 吸光度A与透光度T的关系 在多组分体系中 如果各种吸光物质之间没有相互作用 这时体系的总吸光度等于各组分吸光度之和 即吸光度具有加和性 二 显色反应及显色条件的选择 测定某种物质时 如果待测物质本身有较深的颜色 就可以进行直接测定 但大多数待测物质是无色或很浅的颜色 故需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定 此反应称为显色反应 所用的试剂称为显色剂 1 显色反应的选择 显色反应一般应满足下列要求 a 选择性好 干扰少或干扰容易消除 b 灵敏度高 有色物质的 应大于104 c 有色化合物的组成恒定 符合一定的化学式 d 有色化合物的性质应足够稳定 至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定 e 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大 即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别 一般要求两者的吸收峰波长之差 称为对比度 大于60nm 2 显色条件的选择 酸度对显色反应的影响主要表现为 a 影响显色剂的平衡浓度和颜色 b 影响被测金属离子的存在状态 c 影响络合物的组成 显色反应的适宜酸度是通过实验来确定的 具体方法是 固定溶液中被测组分与显色剂的浓度 调节溶液不同的pH 测定溶液吸光度 用pH作横坐标 吸光度作纵坐标 作出pH与吸光度关系曲线 从中找出适宜的pH范围 1 显色反应酸度 c M c R 一定 pH1 pH pH2 pH 显色反应一般可用下式表示 M 被测组分 R 显色剂 MR 有色络合物 A 图试液吸光度与显色剂浓度的关系 c R c R c R 2 显色剂用量 c M pH一定 Mo SCN 32 浅红Mo SCN 5橙红Mo SCN 6 浅红 Fe SCN n3 n 3 显色温度及显色时间 c M c R pH一定 另外 还有介质条件 有机溶剂 表面活性剂等 4 干扰及其消除方法 为消除干扰 可采取以下几种方法 1 控制溶液酸度 2 加入掩蔽剂 选取的条件是掩蔽剂不与待测离子作用 掩蔽剂以及它与干扰物质形成的络合物的颜色应不干扰待测离子的测定 3 利用氧化还原反应 改变干扰离子的价态 6 当溶液中存在有消耗显色剂的干扰离子时 可以通过增加显色剂的用量来消除干扰 7 分离若上述方法均不能奏效时 只能采用适当的预先分离的方法 5 选择适当的波长 4 利用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰 三 分光光度计及基本部件 光源 单色器 样品室 检测器 显示 1 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱 具有足够的辐射强度 较好的稳定性 较长的使用寿命 可见光区 钨灯作为光源 其辐射波长范围在320 2500nm 紫外区 氢 氘灯 发射185 400nm的连续光谱 基本组成 2 单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光的光学系统 入射狭缝 光源的光由此进入单色器 准光装置 透镜或返射镜使入射光成为平行光束 色散元件 将复合光分解成单色光 棱镜或光栅 聚焦装置 透镜或凹面反射镜 将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝 出射狭缝 3 样品室 样品室放置各种类型的吸收池 比色皿 和相应的池架附件 吸收池主要有石英池和玻璃池两种 在紫外区须采用石英池 可见区一般用玻璃池 5 结果显示记录系统检流计 数字显示 微机进行仪器自动控制和结果处理 4 检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号 常用的有光电池 光电管或光电倍增管 1 入射光波长的选择 为了使测定结果有较高的灵敏度 应选择被测物质的最大吸收波长的光作为入射光 max 这称为 最大吸收原则 但是 如果在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定时 则应根据 吸收最大 干扰最小 的原则来选择入射光波长 四 吸光度测量条件的选择 吸收曲线 A 钴配合物 B 1 亚硝基 2 萘酚 3 6 二磺酸显色剂 2 吸光度读数范围的选择 为了使测量结果得到较高的准确度 一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在A 0 2 0 8范围内 T 15 65 当A 0 434 或T 36 8 时 测量的相对误差最小 所以普通分光光度法不适用于高含量或极低含量物质的测定 3 参比溶液的选择 在进行光度测量时 利用参比溶液来调节仪器的零点 可以消除由于吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差 并扣除干扰的影响 a 当试液及显色剂均无色时 可用蒸馏水作参比溶液 参比溶液可根据下列情况来选择 b 显色剂为无色 而被测试液中存在其他有色离子 可用不加显色剂的被测试液作参比溶液 d 显色剂和试液均有颜色 可将一份试液加入适当掩蔽剂 将被测组分掩蔽起来 使之不再与显色剂作用 而显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入 以此作为参比溶液 这样就可以消除显色剂和一些共存组分的干扰 e 改变加入试剂的顺序 使被测组分不发生显色反应 可以此溶液作为参比溶液消除干扰 c 显色剂有颜色 可选择不加试样溶液的试剂空白作参比溶液 4 标准曲线的制作 在选择的实验条件下分别测量一系列不同含量的标准溶液的吸光度 以标准溶液中待测组分的含量为横坐标 吸光度为纵坐标作图 得到一条通过原点的直线 称为标准曲线 或工作曲线 如图 此时测量待测溶液的吸光度 在标准曲线上就可以查到与之相对应的被测物质的含量 3 4微生物检验 3 5放射性分析 3 6电化学分析法 利用测量电池电动势求物质含量的分析方法称为电位分析法 电位分析法可分为两大类 直接电位法和电位滴定法 直接电位法是根据电池电动势与有关离子浓度间的函数关系直接测出该离子的浓度 电位法测定pH值就是典型的例子 利用酸度计 又称pH计 测定溶液pH值的方法是一种电位测定法 它是将pH玻璃电极和甘汞电极插在被测溶液中 组成一个原电池 其电动势是与溶液pH值大小有关 酸度计主体是个精密电位计 用它测量原电池的电动势并直接用pH刻度值表示出来 因而从酸度计上可以直接读出被测溶液的pH值 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置 色谱原型装置 如图 色谱法是一种分离技术 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程 其中的一相固定不动 称为固定相 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体 气体或液体 称为流动相 3 7色谱分析法3 7 1色谱分析法 使用液体作为流动相的色谱分析法称为液相色谱 使用气体作为流动相的称为气相色谱 一 色谱法分离原理 当流动相中携带的混合物流经固定相时 其与固定相发生相互作用 由于混合物中各组分在性质和结构上的差异 与固定相之间产生的作用力的大小 强弱不同 随着流动相的移动 混合物在两相间经过反复多次的分配平衡 使得各组分被固定相保留的时间不同 从而按一定次序由固定相中流出 而实现不同组分的分离 与适当的柱后检测方法结合 实现混合物中各组分的分离与检测 被分析的样品经过色谱分离 鉴定后 由记录仪绘制出样品中各组分的流出曲线 即色谱图 色谱图是以组分的流出时间为横坐标 以检测器对各组分的电讯号响应值为纵坐标 色谱图上可得到一组色谱峰 每个峰代表样品中的一个组分 由每个色谱峰的峰位 峰高和峰面积 峰的宽窄及相邻峰的间距都可以获得色谱分析的重要信息 色谱法的特点 1 分离效率高复杂混合物 有机同系物 异构体 手性异构体 2 灵敏度高可以检测出 g g 1 10 6 级甚至ng g 1 10 9 级的物质量 3 分析速度快一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析 4 应用范围广气相色谱 沸点低于400 的各种有机或无机试样的分析 液相色谱 高沸点 热不稳定 生物试样的分离分析 二 色谱流出曲线与术语 1 基线无试样通过检测器时 检测到的信号即为基线 2 保留值 1 时间表示的保留值保留时间 tR 组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间 死时间 tM 不与固定相作用的气体 如空气 的保留时间 调整保留时间 tR tR tR tM 2 用体积表示的保留值 保留体积 VR VR tR F0F0为柱出口处的载气流量 单位 mL min 死体积 VM VM tM F0调整保留体积 VR VR VR VM 3 区域宽度 用来衡量色谱峰宽度的参数 有三种表示方法 1 标准偏差 即0 607倍峰高处色谱峰宽度的一半 2 半峰宽 Y1 2 色谱峰高一半处的宽度Y1 2 2 354 3 峰底宽 Wb Wb 4 4 分离度公式 R 0 8 两峰的分离程度可达89 R 1 分离程度98 R 1 5 达99 7 相邻两峰完全分离的标准 分离度 两个相邻色谱峰的分离程度 三 色谱定性 定量方法 1 定性分析在液相色谱中保留值定性的方法是直接与已知标准物对照 当未知峰的保留值 如保留时间 与某已知标准物完全相同 则未知峰可能与此已知标准物质是同一物质 最简单的保留值定性方法是将已知标准物质加到样品中去 若是某一峰增高 而且在改变色谱柱或洗脱液的组成后 仍能使这个峰增高 则可基本认定这个峰所代表的组分与已知标准物质为同一物质 2 定量分析定量分析就是要确定样品中某一组分的准确含量 它是根据仪器检测器的响应值 色谱峰的峰高或峰面积 与被测组分的量 在某些条件限定下成正比的关系来进行定量分析的 常用的定量方法有归一化法 标准曲线法 也称外标法 内标法和标准加入法 质量分数 归一化法把所有出峰的组分含量之和按100 计的定量方法称为归一化法 其中组分i的质量分数为 fi i组分的质量校正因子 Ai 组分i的峰面积 标准曲线法标准曲线法又称外标法 用已知纯样品配成不同浓度的标准样进行试验 测量各种浓度下对应的峰高或峰面积 绘制响应信号 百分含量标准曲线 分析时 进入同样体积的分析样品 从色谱图上测出面积或峰高 从标准曲线上查出其百分含量 试样配制 准确称取一定量的试样W 加入一定量内标物mS计算式 内标法选择适宜的物质作为预测组分的参比物 定量加到样品中去 依据预测组分和参比物在检测器上的响应值 峰面积或峰高 之比和参比物加入量进行定量分析的方法称为内标法 待测组分 i 和内标物 s 的质量相对校正因子为fi 和fs 标准加入法标准加入法实质上是一种特殊的内标法 是在选择不到合适的内标物时 以预测组分的纯物质为内标物 加入到待测样品中 然后在相同的色谱条件下 测定加入预测组分纯物质前后预测组分的峰面积 或峰高 从而计算预测组分在样品中的含量的方法 Wi wi Ai hi Ai hi 1 100 式中 Wi 所加入的预测组分 i 的量Ai hi 加入预测组分前测定的峰面积 或峰高 Ai hi 加入预测组分后测定的峰面积 或峰高 3 8原子荧光光谱法 一 原理1 原子荧光光谱的产生气态自由原子吸收特征辐射后跃迁到较高能级 然后又跃迁回到基态或较低能级 同时发射出与原激发辐射波长相同或不同的辐射即原子荧光 各种元素都有其特定的原子荧光光谱 故可用于定性分析 而根据原子荧光强度的高低可测得试样中待测元素的含量 进行定量分析 2 原子荧光的类型原子荧光分为共振荧光 非共振荧光与敏化荧光等三种类型 3 荧光的强度 当实验条件固定时 原子荧光强度与能吸收辐射线的原子密度成正比 当原子化效率固定时 原子荧光强度与试样浓度C成正比 即 对于荧光的发射来说 其量子效率 表示荧光能量与吸收激发光的能量之比 4 量子效率 5 荧光猝灭 荧光物质分子与溶液中其它物质分子之间作用导致荧光强度降低的现象 二 定量分析方法根据荧光强度与待测元