南湖水质分析方法.doc

南湖水质分析方法姓 名： 班级：学 号：【摘要】：南湖水质对我校师生的日常生活有重要的影响，本文将简要介绍用化学方法分析南湖水中钙、镁、铁和溶解氧的含量。 【关键字】：水质，化学，分析南湖是武汉仅次于东湖的第二大湖，也是紧邻我校的水体，南湖环境的好坏直接关系到我校师生的生活水平。南湖水质的优劣对南湖环境有重要影响，而要确定南湖水质的优劣，选用合适的分析方法分析采集的水样是其中的关键，下文将浅析南湖水质的分析方法。1.南湖水样的采集。1.1采集水样的原则南湖是湖泊，属于自然水体，面积广，容积大，在任何位置或深度采集的水样都不能单独反映南湖的水质，故其分析水样必须是混合各取样点的各深度水样后形成的综合水样。又由于湖泊的流动性较差，故通常只布设监测垂线。观测垂线的布设原则如下：湖区的不同水域，如进水区、出水区、深水区、浅水区、湖心区、岸边区，按水体类别设置监测垂线。湖区若无明显功能区别，可用网络法均匀设置监测垂线。监测垂线上采样点的布设一般与河流的规定相同，但对有可能出现温度分层现象时，应作水温、溶解氧的探索性试验后再定。受污染物影响较大的重要湖泊，应在污染物主要输送路线上设置控制断面。1.2采样点位的确定。在一个监测断面上设置的采样垂线数与各垂线上的采样点数应符合表1-2-1和表1-2-2，湖监测垂线上的采样点的布设应符合表1-2-3。表1-2-1 采样垂线数的设置水面宽垂线说明50m一条(中泓)1.垂线布设应避开污染带，要测污染带应另加垂线50100m二条(近左、右岸有明显水流处)2.确能证明该断面水质均匀时，可仅设中泓垂线100m三条(左、中、右)3.凡在该断面要计算污染物通量时，必须按本表设置垂线表1-2-2 采样垂线上的采样点数的设置水深采样点数说明5m上层一点1.上层指水面下0.5m处水深不到0.5m时在水深1/2处510m上、下层两点2.下层指河底以上0.5m处上、下层两点3.中层指1/2水深处10m上、中、下三层三点4.封冻时在冰下0.5m处采样，水深不到0.5m处时，在水深1/2处采样5.凡在该断面要计算污染物通量时，必须按本规定设置采样点表1-2-3 湖监测垂线采样点的设置水深分层 情况采样点数说明5m一点(水面下0.5m处)1.分层是指湖水温度分层状况510m不分层二点(水面下0.5m，水底上0.5m处)2.水深不足1m，在1/2水深处设置测点510m分层二点(水面下1.5m，1/2斜温层，水底上0.5m处)3.有充分数据证实垂线水质均匀时，可酌情减少测点10m除水面下0.5m，水底上0.5m处外，按每一斜温分层1/2处设置1.3水样的采集1.3.1采样方法1.3.1.1表层水用适当的容器如水桶采样。从桥上等地方采样时，可将系着绳子的聚乙烯桶或带有坠子的采样瓶投于水汲水。要注意不能混入漂浮于水面上的物质。1.3.1.2一定深度的水用直立式或有机玻璃采水器。这类装置是在下沉过程中，水就从采样器中流过。当达到预定深度时，容器能够闭合而汲取水样。1.3.2注意事项采样时不可搅动水底部的沉积物。采样时应保证采样点的位置准确。必要时使用定位仪（GPS）定位。认真填写“水质采样记录表”，用签字笔或硬质铅笔在现场记录，字迹应端正、清晰，项目完整。保证采样按时、准确、安全。采样结束前，应核对采样计划、记录与水样，如有错误或遗漏，应立即补采或重采。如采样现场水体很不均匀，无法采到有代表性样品，则应详细记录不均匀的情况和实际采样情况，供使用该数据者参考。测定油类的水样，应在水面至水的表面下300mm采集柱状水样，并单独采样，全部用于测定。采样瓶（容器）不能用采集的水样冲洗。测溶解氧、生化需氧量和有机污染物等项目时的水样必须注满容器，不留空间，并用水封口。如果水样中含沉降性固体（如泥沙等），则应分离除去。分离方法为：将所采水样摇匀后倒入筒形玻璃容器（如12L量筒），静置30min，将已不含沉降性固体但含有悬浮性固体的水样移入盛样容器并加入保存剂。测定总悬浮物和油类的水样除外。测定湖水COD、高锰酸盐指数、叶绿素a、总氮、总磷时的水样，静置30min后，用吸管一次或几次移取水样，吸管进水尖嘴应插至水样表层50mm以下位置，再加保存剂保存。测定油类、BOD5、DO、硫化物、余氮、粪大肠菌群、悬浮物、放射性等项目要单独采样。2.水样的化学分析2.1水样中铁含量分析2.1.1水样的保存与处理测总铁，在采样后立刻用盐酸酸化至pH2保存；测过滤性铁，应在采样现场经0.45m的滤膜过滤，滤液用盐酸酸化至pH2；测亚铁的样品，最好在现场显色测定。2.1.2火焰原子吸收法操作步骤。1.方法原理在空气-乙炔火焰中，铁的化合物易于原子化，可分别于波长248.3nm和279.5nm处，测量铁基态原子对铁空心阴极灯特征辐射的吸收进行定量。2.干扰及消除影响铁原子吸收方法准确度的主要干扰是化学干扰。当硅的浓度大于20mg/L时，对铁的测定产生负干扰。这些干扰的程度随着硅浓度的增加而增加。如式样中存在200mg/L氯化钙时，上述干扰可以消除。一般来说，铁的火焰原子吸收分析方法的基体干扰不太严重，由分子吸收或光散射造成的背景吸收也可忽略。但对于含盐量高的工业废水，则应注意基体干扰和背景校正。此外，铁的光谱线较复杂，例如，在Fe线148.3nm附近还有248.8nm线，为克服光谱干扰，应选择最小的狭缝或光谱通带。3.方法的适用范围本法的铁检出浓度是0.03mg/L，测定上限是5.0mg/L。本法适用于地表水、地下水及化工、冶金、轻工、机械等工业废水中铁的测定。4.仪器原子吸收分光光度计。铁空心阴极灯。乙炔钢瓶或乙炔发生器。空气压缩机，应备有除水、除油装置。仪器工作条件：不同型号仪器的最佳测试条件不同，可由实验室自己选择，表2-1-1的测试条件供参考。表2-1-1 原子吸收测定铁的条件光源Fe空心阴极灯灯电流(mA)12.5测定波长(nm)248.3光谱通带(nm)0.2观测高度(mm)7.5火焰种类空气-乙炔，氧化型5.试剂铁标准贮备液：准确称取光谱纯金属铁1.000g，用60ml（1+1）硝酸溶解完全后，加10ml（1+1）硝酸，用去离子水准确稀释至1000ml，此溶液含1.00mg/ml铁。6.步骤样品预处理对于没有杂质堵塞仪器吸样管的清澈水样，可直接喷入火焰进行测定。如测总量或含有机质较高的水样时，必须进行消解处理。处理时先将水样摇匀，分取适量水样置于烧杯中，每100ml水样加5ml硝酸，置于电热板上在近沸状态下将样品蒸至近干。冷却后，重复上述操作一次。以（1+1）盐酸3ml溶解残渣，用1%盐酸冲洗杯壁，用经（1+1）盐酸洗涤干净的快速定量滤纸滤入50ml容量瓶中，以1%盐酸稀释至标线。每分析一批样品，平行测定两个试剂空白样。校准曲线的绘制分别取铁混合标准液0、1.00、2,00、3.00、4.00、5.00ml于50ml容量瓶中，用1%盐酸稀释至刻度，摇匀。用1%盐酸调零点后，在选定的条件下测试其相应的吸光度，经空白校正后绘制浓度-吸光度校准曲线。试样的测定在测定标准系列溶液的同时，测定试样及空白样的吸光度。由试样吸光度减去空白样吸光度，从校准曲线上求得试样中铁的含量。7.计算式中：m由校准曲线查得铁含量（g）； V水样体积（ml）。8.精密度和准确度用1%盐酸配制含铁2.00mg/L的统一样品，经13个实验室分析，铁室内相对标准偏差为0.86%；室间相对标准偏差为2.64%；相对误差为+0.18%和-12.5%；加标回收率为100.4%2.1%。全国12个省13个市的实验室对本地区42种不同类型的实际水样进行六次平行测定和加标回收实验，获得的精密度和准确度良好，表2-1-2列出了部分结果。表2-1-2 部分水样铁的分析结果（mg/L）实验室号样品名称六次测定均值相对标准偏差(%)加标回收率(%)1铜厂废水1.353.0102.02机械厂废水8.460.2100.44钢铁厂废水3.881.0899.35化工厂废水1.491.2101.110自来水0.1532.698.611地下水0.500.0100.012湖水0.3121.599.29.注意事项各种型号的仪器，测定条件不尽相同，因此，应根据仪器使用说明书选择合适条件。当样品的无机盐含量高时，采用塞曼效应扣除背景，无此条件时，也可以用邻近吸收线法扣除背景吸收。在测定浓度容许条件下，也可以采用稀释方法以减少背景吸收。硫酸浓度较高时易产生分子吸收，以采用盐酸或硝酸介质为好。铁是多谱线元素，在选择波长时要注意选择准确，否则会导致测量失败。为了避免稀释误差，在测定含量较高的水样时，可选用次灵敏线测量。2.2水样中钙、镁含量分析。2.2.1样品保存采集水样贮存于聚乙烯瓶中，将水样用硝酸或盐酸调节到pH2。2.2.2EDTA滴定法测定钙和镁的总量、总硬度。1.原理在pH=10的条件下，用EDTA溶液络合滴定钙和镁离子。铬黑T作指示剂，与钙和镁生成紫红色或紫色溶液。滴定中，游离的钙和镁离子首先与EDTA反应，与指示剂络合的钙和镁离子随后与EDTA反应，到达终点时溶液的颜色由紫变为天蓝色。2.方法的适用范围本方法用EDTA滴定法测定地下水和地表水中钙和镁的总量。不适用于含盐量高的水，诸如海水。本方法测定的最低浓度为0.05mmol/L。3.干扰及消除如试样含铁离子30mg/L，可在临滴定前加入250mg氰化钠或数毫升三乙醇胺掩蔽，氰化物使锌、铜、钴的干扰减至最小，三乙醇胺能减少铝的干扰。加氰化钠前必须保证溶液呈碱性。试样含正磷酸盐超出1mg/L，在滴定的pH条件下可使钙生成沉淀。如滴定速度太慢，或钙含量超出100mg/L会析出磷酸钙沉淀。如上述干扰未能消除，或存在铝、钡、铅、锰等离子干扰时，需改用火焰原子吸收法或等离子发射光谱法测定。4.仪器常用的实验室仪器及50ml滴定管，分刻度至0.10ml。5.试剂分析中只使用公认的分析纯试剂和蒸馏水或纯度与之相当的水。1） 缓冲溶液（pH=10）：称取1.24gEDTA二钠镁（C10H14N2O8Na2Mg）和16.9g氯化铵（NH4Cl）溶于143ml浓氨水（NH3H2O）中，用水稀释至250ml。因各地试剂质量有差别，配好的溶液应按下述方法进行检查和调整。如无EDTA二钠镁，可先将16.9g氯化铵（NH4Cl）溶于143ml氨水。另取0.78g硫酸镁（MgSO47H2O）和1.179gEDTA二钠二水合物（C10H14N2O8Na22H2O）溶于50ml水，加入2ml配好的氯化铵、氨水溶液和0.2g左右铬黑T指示剂干粉。此时溶液应显紫红色，如出现天蓝色，应再加入极少量硫酸镁使变为紫红色。逐滴加入EDTA二钠溶液直至溶液由紫红色转变为天蓝色为止（切勿过量）。将两溶液合并，加蒸馏水定容至250ml。如果合并后溶液又转为紫色，在计算结果时应减去试剂空白。2） EDTA二钠标准溶液（10mmol/L）：制备：将一份EDTA二钠二水合物在80干燥2h，放入干燥器中冷却至室温，称取3.725g溶于水，在容量瓶中定容至1000ml，盛放在聚乙烯瓶中，定期校对其浓度。标定：按步骤6（2）用钙标准溶液标定EDTA二钠溶液。取20.0ml钙标准溶液稀释至50ml后滴定。浓度计算：EDTA二钠溶液的浓度C1（mol/L）用下式计算：式中：C2钙标准溶液3）的浓度（mmol/L）； V2钙标准溶液的体积（ml）； V1标定中消耗的EDTA二钠溶液体积（ml）。3）10mmol/L钙标准溶液：将一份碳酸钙（CaCO3）在150干燥2h，取出放在干燥器中冷至室温，称取1.000g于50ml锥形瓶中，用水润湿。逐滴加入4mol/L盐酸至碳酸钙全部溶解，避免滴入过量酸。加200ml水，煮沸数分钟赶除二氧化碳，冷至室温，加入数滴甲基红指示剂溶液（0.1g溶于100ml60%乙醇），逐滴加入3mo;/L氨水至变为橙色，在容量瓶中定容至1000ml。此溶液1.00ml含0.4008mg（0.01mmol/L）钙。3） 铬黑T指示剂：将0.5g铬黑T（HOC10H6N:N10H4(OH)(NO2)SO3Na），溶于100ml三乙醇胺（N(CH2CH2OH)3），可最多用25ml乙醇代替三乙醇胺以减少溶液的粘性，盛放在棕色瓶中。或者配成铬黑T指示剂干粉，称取0.5g铬黑T于100g氯化钠（NaCl），充分混合，研磨后通过4050目筛，盛放在棕色瓶中，紧塞。5）2mol/L氢氧化钠溶液：将8g氢氧化钠（NaOH）溶于100ml新鲜蒸馏水中。盛放在聚乙烯瓶中，避免空气中二氧化碳的污染。6）氰化钠（NaCN）注：氰化钠是剧毒品，取用和处置时必须十分谨慎小心，采取必要的防护。含氰化钠的溶液不可酸化。7）三乙醇胺（(CH2CH2OH)3）。6.步骤试样的制备一般样品不需预处理。如样品中存在大量微小颗粒物，需在采样后尽快经0.45m孔径滤膜过滤。样品经过滤，可能有少量钙和镁被滤除。试样中钙和镁总量超出3.6mmol/L时，应稀释至低于此浓度，记录稀释因子F。如试样经过酸化保存，可用计算量的氢氧化钠溶液中和。计算结果时，应把样品或试样由于加酸或碱的稀释考虑在内。测定用移液管吸取50.0ml试样于250ml锥形瓶中，加4ml缓冲溶液和3滴铬黑T指示剂溶液或约50100mg指示剂干粉，此时溶液应呈紫红色或紫色，其pH值应为10.00.1。为防止产生沉淀，应立即在不断振摇下，自滴定管加入EDTA二钠溶液，开始滴定时速度宜稍快，接近终点时应稍慢，并充分振摇，最好每滴间隔23s溶液的颜色由紫红或紫色逐渐转变蓝色，在最后一点紫的色调消失，刚出现天蓝色时即为终点，整个滴定过程应在5min内完成。在临滴定前加入250mg氰化钠或数毫升三乙醇胺掩蔽。氰化物使锌、铜、钴的干扰减至最小。加氰化钠前必须保证溶液呈碱性。试样如含正磷酸盐和碳酸盐，在滴定的pH条件下可使钙生成沉淀。一些有机物可能干扰测定。如上述干扰未能消除，或存在铝、钡、铅、锰等离子干扰时，需改用火焰原子吸收法或等离子发射光谱法测定。7.计算钙和镁总量C（mmol/L）用下式计算：式中：C1EDTA二钠溶液的浓度（mmol/L）； V1滴定中消耗EDTA二钠溶液的体积（ml）； V0试样的体积（ml）。如试样经过稀释，采用稀释因子F修正计算。关于硬度的计算，见附录。1mmol/L的钙镁总量相当于100.1mg/L以CaCO3表示的硬度。8.精密度本方法的重复性偏差为0.04mmol/L，相当于2滴EDTA二钠溶液。附录水硬度的概念及换算硬度在不同国家有不同的定义，如总硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度。1. 定义总硬度钙和镁的总浓度。碳酸盐硬度总硬度的一部分，相当于跟水中碳酸盐及重碳酸盐结合的钙和镁所形成的硬度。非碳酸盐硬度总硬度的另一部分，当水中钙和镁含量超出与它们结合的碳酸盐和重碳酸盐含量时，多余的钙和镁就跟水中氯化物、硫酸盐、硝酸盐结成非碳酸盐硬度。2. 硬度的表示方法德国硬度1德国硬度相当于CaO含量为10mg/L或为0.178mmol/L。英国硬度1英国硬度相当于CaCO3含量为1格令/英加仑，或为0.143mmol/L。法国硬度1法国硬度相当于CaCO3含量为10mg/L或为0.1mmol/L。美国硬度1美国硬度相当于CaCO3含量为1mg/L或为0.01mmol/L。3. 硬度换算表2.3水样中铅的测定火焰原子吸收分光光度法。2.3.1原理样品中金属离子被原子化后,吸收铅空心阴极灯发出的共振线( 28313 nm) ,吸收共振线的量与样品中该元素的含量成正比,在其他条件不变的情况下,根据测量被吸收后的谱线强度与标准系列比较定量。2.3.2样品与仪器样品是由吉林省疾病预防控制中心发的外控样(20080203) ; TAS - 990型AFG原子吸收分光光度计(北京普析通用) ;实验室温度:15。2.3.3测定过程(1)标准系列制备:铅标准贮备液是向国家标准物质中心购买的GBW08619 浓度为1 000 g/ml。配成0100、1100、2100、5100、10100、15100g/ml浓度的溶液。(2)测定:将火焰原子吸收分光光度计调至最佳测定状态,在28313nm波长下,用乙炔- 空气火火焰测定标准、内控本底样、内控加标样、外控样、测量吸光度值后,由标准查得铅浓度(g/L)。2.4水样中溶解氧的测定。溶解于水中的氧称为溶解氧，以每升水中含氧(O2)的毫克数表示。水中溶解氧的含量与大气压力、空气中氧的分压及水的温度有密切的关系。在1.013105Pa的大气压力下，空气中含氧气20.9时，氧在不同温度的淡水中的溶解度也不同。如果大气压力改变，可按下式计算溶解氧的含量：S1SP1.013105式中S1大气压力为P( Pa)时的溶解度(mgL)；S在l.013105Pa时的溶解度数(mgL)；P实际测定时的大气压力(Pa)。氧是大气组成的主要成分之一，地面水敞露于空气中，因而清洁的地面水中所含的溶解氧常接近于饱和状态。在水中有大量藻类繁殖时，由于植物的光合作用而方出氧，有时甚至可以含有饱和的溶解氧。如果水体被易于氧化的有机物污染，那么，水中所含溶解氧就会减少。当氧化作用进行的太快，而水体又不能从空气中吸收氧气来补充氧的消耗，溶解氧不断减少，有时甚至会接近于零。在这种情况下，厌氧细菌繁殖并活跃起来，有机物发生腐败作用，水体产生臭味。因此，溶解氧的测定对于了解水体的自净作用，有极其重要的关系。在一条流动的河水中，取不同地段的水样来测定溶解氧。可以帮助了解该水体在不同地点所进行的自净作用情况。 2.4.1原理水中溶解氧的测定，一般用碘量法。在水中加入硫酸锰及碱性碘化钾溶液，生成氢氧化锰沉淀。此时氢氧化锰性质极不稳定，迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰：2MnSO4+4NaOH=2Mn(OH)2+2Na2SO42Mn(OH)2+O2=2H2MnO3H2MnO3十Mn(OH)2MnMnO3+2H2O(棕色沉淀)加入浓硫酸使棕色沉淀(MnMn02)与溶液中所加入的碘化钾发生反应，而析出碘，溶解氧越多，析出的碘也越多，溶液的颜色也就越深。2KI+H2SO4=2HI+K2SO4MnMnO3+2H2SO4+2HI=2MnSO4+I2+3H2OI2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6用移液管取一定量的反应完毕的水样，以淀粉做指示剂，用标准溶液滴定，计算出水样中溶解氧的含量。 2.4.2仪器溶解氧瓶(250ml)，锥形瓶(250ml)，酸式滴定管(25ml)，移液管(50m1)，吸球2.4.3试剂1浓硫酸()。2硫酸锰溶液：称取480g硫酸锰（或364g)溶于水中，稀释至1000mL。此溶液加至酸化过的碘化钾溶液中，遇淀粉不得产生蓝色。3碱性碘化钾溶液：称取500gNaOH溶于300400mL去离子水中，另称取150gKI(或135gNaI)溶于200mL中，待NaOH溶液冷却后，将两溶液合并混匀，用水稀释至1000mL。如有沉淀，静置24h，倒出上层澄清液，贮于棕色瓶中。用橡皮塞塞紧，避光保存。此溶液酸化后，遇淀粉不得产生蓝色。41淀粉溶液：称取1g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，用刚煮沸的水冲稀至