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 37 109km3 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 5 1 0mg L 如果F 1 0 1 5mg L 易得氟斑牙 如果F 4 0mg 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 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 感官指标 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 1mgPt 0 5mgCo 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 25 3 5 00mL10g L硫酸肼溶液与5 00mL100g L六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中反应24h 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 180 2 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pH10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 10mgCaO 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pH 1 Fe2 立即测定测定方法 重污染 EDTA络合滴定 K2Cr2O7氧还滴定 pH2 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 pH5 6 邻二氮菲显色 510nm 0 03 5 00mg L 直接 248 3nm 0 03 5 0mg 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pH 1 Cr VI NaOH使pH 8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 20mg L KMnO4氧化 H2SO4介质 二苯碳酰二肼显色 540nm 0 004 5mg L FAAS 富集倍数10 20倍 Cr VI 1 5ug L Cr III 0 7ug 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 02mg L 氨离子选择性电极法0 03 1400mg L 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法 预蒸馏 调水样pH在6 0 7 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 2SO4NH3 H3BO3 NH4H2BO3显色 NH4 KI HgI2 KOH 胶态化合物测定 410 425nm分光 检出限0 02mg 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8 10mg L 随水中还原性杂质污染程度加重而下降 低于4mg 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I22Na2S2O3 I2 Na2S4O6 2NaI 1O2 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2mL 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 5mL 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 6H2O2MnO4 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100mL水样于250mL锥瓶中 CODMn 5mg L时 可酌情少取但需用水稀释至100mL 加5mL 1 1 H2SO4 准确加入0 002mol LKMnO4溶液10 00mL 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 005mol LNa2C2O4溶液10 00mL 立即用0 002mol 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a 0 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 8H2OCr2O72 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2000mg 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 mol L 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 BOD