《卫生理化检验技术》PPT课件.ppt

卫生理化检验技术 郑春贤 第一章卫生理化检验技术概述 第一节卫生理化检验的内容与意义定义 卫生理化检验技术是以物理 化学的基础理论与方法 特别是现代的仪器分析理论与技术为手段 检验分析环境因素中与人体健康密切相关的物质种类和数量的一门技术性科学 内容 研究环境 包括水 空气 食品 土壤 化妆品 药品和公共场所中存在的物质种类和数量 及与人们生活的关系 意义 防止有害物质侵入人的机体 保证衣食住行的安全 一 卫生理化检验的分类 一 按领域分类1 营养与食品卫生检验2 环境卫生检验包括大气 水 土壤 生活区和公共场所等 3 劳动卫生检验包括劳动环境及对机体的影响 二 按检验对象分类分为水质 食品 气体 土壤与底质 化妆品 生物材料等 三 按性质分类分为监督检验 鉴定检验 委托检验 二 卫生检验的一般程序和要求 包括样品的采集 样品分析的前处理 样品分析和检验结果的报告 一 样品的采集定义 从 整体 中抽取 部分 的过程称为采样 采样要求 1 考虑均匀性 随机性或典型性来保证代表性 2 在采样 运输 保存的过程中 要防止样品受到物理 化学 生物等因素的影响而使样品组分的改变 3 样品量应满足检验需要 二 样品分析前的处理许多样品成分复杂 不能直接检验 需采取适当的方法进行预处理 三 样品分析针对要检验的项目 采用适当的分析方法进行检验 一般用国家颁布的标准方法 四 检验结果的报告以规范的检验报告书报出 第二节卫生理化检验常用的分析方法概述 一 感官检查法用感官器官 视觉 嗅觉 味觉 触觉和听觉来鉴定被测物的外观 颜色 气味 滋味 弹性和声响等 二 物理检查法不经过化学反应 用特定的仪器直接测定某些被测物的物理性状 如 温度 密度 熔点 折射率 旋光率 电导率等 三 化学分析法 定义 化学分析法利用被测物在化学反应中的特性进行检测的方法 化学分析法的分类 按测定目的分定性分析定量分析 一 定性分析目的 确定某些物质是否存在 在一定条件下 被测物与特定的试剂反应 通过对反应的现象的观察和识别 确定是否生成具有某些特性 气味 颜色 沉淀等 的物质 从而做出被测组分是否存在的判断 检测对象 毒物分析食物中毒 定性过程 预试验确证试验预试验 利用一类物质的通行进行定性 特点 简便 快速 灵敏度高 选择性差 判断 若阴性 则可排除待测组分的存在 若阳性 进一步确证 确证试验 在预试验的基础上 根据待测物的特性进行定性 若阴性否定预试验结论 若阳性 做出 检出 结论 二 定量分析 目的 准确测定待测物质的含量 包括质 重 量分析法容量分析法 滴定分析 1 质 重 量分析法利用一定的方法 将待测组分与样品中的其它组分分离 或将待测组分转换为一定形式后与样品中的其它组分分离 然后称重 计算含量 分离方法分类 根据分离方法不同分为四类 1 挥发法通过通过加热或其它方法 使待测组分或样品中其它组分挥发逸去 称量剩余部分 计算待测组分含量 如 水中溶解性总固体 食品中的水分 2 萃取法用有机溶剂将液体样品中的某组分提取出来 再将有机溶剂挥发去 然后称取干燥提取物 计算含量 如 食品中的脂肪 3 沉淀法在样品中加入沉淀剂 使待测组分形成难溶化合物沉淀下来 经过滤 洗涤 烘干 称量 计算含量 如水中硫酸与钡形成硫酸钡沉淀 4 吸附阻留法待测组分被吸附或阻留在特定的滤料上 再称量滤料增加的重量 计算含量 如滤膜法沉淀空气中粉尘含量 2 容量分析法 滴定分析 用已知准确浓度的标准溶液 滴定含待测组分的溶液 根据化学计量点 利用指示剂颜色变化来指示滴定终点 时反应所消耗的准确浓度的体积和待测组分的溶液的体积 计算含量 根据反应机理分四种 1 酸碱滴定法以酸碱反应为基础 如 食醋中乙酸含量 食品中蛋白质含量 2 沉淀滴定法以沉淀反应为基础 如 银盐法测定水中氯化物 3 氧化还原滴定法以氧化还原反应为基础 如 如 溶解氧 耗氧量 还原糖等 4 配位滴定法以配位反应为基础 如水中总硬度 四 物理化学分析法 仪器分析 定义 是利用待测组分或其化学反应物所表现出来的物理或物理化学特性 光学特性 电化学特性等 用分析仪器进行测定并计算待测组分含量的方法 特点 操作简便 速度快 选择性好 灵敏度高 应用广泛 易自动化 适用范围 微量 超微量分析 分类 电化学分析法 色谱法 光化学分析法 一 电化学分析法 是利用物质的电化学特性为基础的分析方法 分析时 将待测物质制成溶液 插入参比电极和指示电极组成化学电池 通过测量电池的某种电信号 电压 电流 电阻等 的强度或变化 对待测组分进行定性 定量分析 常用三种 1 电位法是通过测量指示电极的电位值 根据能斯特方程计算待测组分的含量 1 直接电位法如在pH计或离子活度计上直接测定水中pH值 氟化物 2 电位滴定法在滴定分析中用电位的突跃来确定滴定终点 如测定酱油的氨基酸态氮 总酸等 特点 不受溶液颜色和混浊发限制 2 电导法测定溶液的电导率 3 极谱分析法在化学电池上加电 使待测组分发生氧化还原反应 在滴汞电极上还原产生极谱波 电流 电位曲线也叫极化曲线 用峰电位定性 以试样与标准的峰电流比较定量 目前发展的新极谱分析法有示波极谱法 方波极谱法 脉冲极谱法 催化极谱法 二 色谱法 原理 利用物质在流动相与固定相间的分配 吸附 离子交换 或亲和作用的差异 两相作相对运动时 在两相间进行多次分配 分配系数大 迁移速度快 反之则慢 从而实现分离 加上检测手段 构成色谱法 特点 灵敏度高 选择性好 快速 色谱法有 纸色谱法 薄层色谱法 柱色谱法 纸色谱示意图 纸色谱实验方法 图8 5纸上色谱分离法1 层析筒2 滤纸3 原点4 展开剂5 前沿6 7 斑点 薄层色谱法 是将固定相 吸附剂 均匀涂在光洁的玻璃板或金属板上形成薄层 制版 将试样放在薄层上 点样 用流动相 展开剂 将试样展开分离 根据比移植定性 根据待测组分斑点的大小或颜色深浅或其它方法定量 如测定黄曲霉毒素B1比移值 柱色谱法 分类 气相色谱法 高效液相色谱法 离子色谱法1 气相色谱法以气体作为流动相 载气 固定相 液体或固体 装填在金属管或玻璃管 色谱柱 试样由载气带入色谱柱分离 用检测器检测记录色谱图 色谱曲线 根据保留值定性 峰高或峰面积定量 特点 灵敏度高 快速准确 自动化高 测定对象 有机物如农药残留 酒中甲醇 杂醇油 空气中苯系物等 柱色谱法图例 气相色谱仪示意 供气系统进样系统色谱柱检测器记录色谱柱 填充柱 玻璃柱不锈钢柱 毛细管柱检测器 电子捕获检测器 ECD 氢火焰离子化检测器 FID 热离子化检测器 TID 火焰光度检测器 PPD 2 高效液相色谱法 采用高压泵输送液体流动相 选用分离效果极高的固定相 液体或固体 装填在金属管中 对待测组分进行分离 用检测器检测记录色谱图 色谱曲线 根据保留值定性 峰高或峰面积定量 特点 灵敏度高 快速准确 自动化高 测定对象 维生素抗生素糖精钠苯甲酸山梨酸等 三 光化学分析法 光谱分析法 是测定物质发射的辐射或物质对辐射的吸收 散射 折射 衍射等性质 这些辐射与待测物质浓度成比例 从而计算含量 1 紫外 可见分光光度法利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用 进行定性 定量分析 特点 仪器简单 操作方便 快速 灵敏度高 选择性好 应用广泛 紫外 可见分光光度 光源狭缝分光器样品池光电倍增管检流计 2 原子吸收光度法 光谱法 利用待测元素的基态原子吸收特定波长的光 该元素的特征共振线 强度 求得待测元素的含量 特点 灵敏度高 选择性好 精密度高 快速准确 自动化高 应用范围 金属元素 原子吸收光谱仪示意图 氘灯空心阴极灯切光器原子化器单色器光电倍增管记录仪原子化器有火焰原子化器 石墨炉原子化器 3 荧光分析法利用一定波长的光照射某些物质 这些物质会发射出特定波长和不同强度的可见光 荧光 测定此荧光 计算待测物含量 特点 灵敏度高 测定维生素B1等 4 比浊法利用光线照射浑浊液体时 一部分光被微粒吸收 一部分光被微粒散射 一部分光透过浑浊液 通过测定散射光的强度来定量待测组分 如测定水的浑浊度 第三节样品分析前的处理方法 有些样品成分复杂 如食品 生物材料 化妆品等 含有大量的有机物和高分子化合物 它们将待测组分包裹起来或与待测组分结合 还有与待测组分性质相近的其他组分测定时相互干扰 不能直接测定 所以 测定之前需分离 破坏有机物消除或减少干扰 含量低方法灵敏度达不到时需浓缩 这种消除或减少干扰所采取的措施叫样品前处理 一 有机质分解法 采用高温或加入强氧化剂使有机物氧化分解 其中C H O生成CO2和水 其他元素以简单的无机离子形式存在 适应范围 金属元素和非金属元素分类 湿消化法和干灰化法 一 干灰化法使有机物100 脱水 300 炭化至无烟 500 600 灼热灰化0 5 2h 分解氧化从而破坏有机物 样品成灰白色粉末 酸溶解 砷 汞 铅 氟 碘等易挥散损失 注意事项 1 加入助灰化剂 硝酸铵 硝酸镁 硝酸钠 过氧化氢等 可防止组分挥发损失和坩埚壁吸附 2 加入氢氧化钠或氢氧化钙可使氟生成氟化钙或碘化钠不挥发损失 加入氧化镁可使砷生成焦砷酸镁 3 同时应做试剂空白 特点 操作简便 试剂用量少 有机物破坏彻底 但费时 二 湿消化法样品加氧化性酸并加热 使有机物分解 氧化 呈气态逸出 常用的消化方法 硫酸 硝酸法高氯酸 硫酸 硝酸法高氯酸 过氧化氢 硫酸法硝酸 高氯酸法硫酸 硝酸 五氧化二钒法操作步骤 见P10 2 消化操作技术敞口消化法 回流消化法 密封罐消化法 微波消化法 见P11 133 消化操作注意事项1 用分析纯或优级纯试剂 2 防止暴沸 样品加试剂后浸泡过夜 次日消化 3 补充加酸时 停止加热 注意安全 特点 消化速度快 费酸 污染环境 二 溶剂提取法 将待测成分与样品基体和其他干扰成分分离后测定 提取原理 同一溶剂中 不同的物质有不同的溶解度 同一物质在不同的溶剂中溶解度也不同 利用样品中各组分在特定溶剂中溶解度的差异 使其完全或部分分离即为溶剂提取法 根据提取的对象不同 分为浸渍法和萃取法 1 浸取法用适当的溶剂将固体样品中的某组分浸取出来称为浸取 如用乙醚浸取样品中的脂肪 其他组分不溶于乙醚 再使乙醚挥发掉 称出脂肪的质量 1 提取剂的选择 原则提取剂对被测组分的溶解度大 对杂质的溶解度小 相似相溶原则 组分极性弱用极性小的溶剂 反之 2 提取方法震荡提取法捣碎法索氏提取法 超声波提取法 二 萃取法用与样品溶液互不相溶的溶剂将液体样品中的某组分提取出来称为萃取 液 液萃取 萃取操作的简单过程 1 原理 1 分配定律在恒温恒压下 被提取的组分 溶质 在两互不相溶的溶剂中分配达到平衡时 则该溶质在两溶剂中的活度之比为一定值 如物质A在有机溶剂和水溶液中的活度分别为 A 有 A 水则有A有A水KD KD 分配平衡常数即分配系数分配系数大 易进入溶剂 反之 2 分配比D 分配比越大 被萃取组分在溶剂中的溶解度越大 被萃取组分越容易从水溶液中萃取出来 一般要求D 10 3 萃取百分率表示萃取效率的大小 E 物质的量与浓度 体积的关系 n CvE E 分配比越大 萃取百分率越大 萃取效率越高 2 提高萃取效率的途径 1 选择合适的萃取剂分配比越大越好 2 选择适宜的萃取条件 调节溶液的酸度 加入掩蔽剂 利用氧化还原反应 反萃取等 3 增加萃取次数 4 增加萃取剂的体积3 萃取操作及注意事项 振荡充分 放气 防止乳化可加入电解质 增加萃取剂的体积 调节酸度 三 挥发分离法 利用物质挥发性的差别 使样品中易挥发的组分与不挥发的组分分离的方法 挥发形式 气化 蒸发 蒸馏 升华 顶空等 一 气化法常温下使样品中易挥发的组分与不挥发的组分分离的方法 也可利用氧化还原反应使待测组分形成低沸点的单质或化合物 从而挥发 如 用二氧化锡将汞盐还原为有挥发性的汞原子 用空气吹入测汞仪测定 常用的低沸点化合物是氢化物 如 砷 锑 锡等形成氢化物后 用原子荧光法测定 二 蒸发法有直接蒸发 减压蒸发 如 测定水分 溶解性总固体 三 蒸馏法 见P16 1 直接蒸馏法适用于沸点在40 150 的物质 如 氨氮 氟化物 氰化物 2 水蒸汽蒸馏法适用于沸点较高 易受热分解的组分 如 挥发酚 3 减压蒸馏法适用于沸点高 易分解的有机化合物 蒸馏操作方法 注意事项 见P17 四 升华法固体样品中待测组分具有升华性质 通过加热升华成气态分离后再冷凝 如 汞 砷的快速测定 五 顶空法利用待测组分的挥发性 在密闭的容器中 通过加温或通入氮气 使其从样品中挥发出来 再测定 静态顶空法动态顶空法 见P18 四 其它处理法 一 沉淀法样品溶液中加入沉淀剂 使待测组分或干扰组分沉淀而分离 二 吸附法利用吸附剂的吸附能力 对样品中的待测组分或干扰组分选择性的吸附而分离 若吸附的是待测组分 再加入解吸剂解吸解吸 测定 如 用疏基棉吸附样品中的铅镉铜砷汞等 再用少量盐酸溶液解吸 达到富集 提高灵敏度的目的 三 透析法利用高分子化合物不能通过半透膜 醋酸纤维薄膜等 低分子可通过的性质 使之分离 如测定食品中的糖精钠 四 离子交换法样品溶液通过离子交换柱子 阳离子组分与离子交换剂的氢离子交换 或阴离子与离子交换剂的氢氧根离子交换而分离 阳离子交换R H M X R M HX阴离子交换R OH M X R X MOH 第四节检验结果的报告 检验结束后的两项工作 对原始记录进行统计处理 填写检测报告书 一 检验结果的表示方法 报告结果有效数位与国标相同 1 有效数字及修约定义 从一个数的左边非零数字开始 到这个数的末尾数字 都是有效数字 例 修约规则 四舍六入五成双 当测量值中修约的那个数字等于或小于4时 该数字舍去 等于或大于6时 进位 等于5时 5后面无数据或是0时 如进位后末位数为偶数则进位 舍去后末位数位偶数则舍去 5后面有数时 进位 修约数字时 只允许对原测量值一次修约到所需要的位数 不能分次修约 有效数字的修约 0 32554 0 32550 36236 0 362410 2150 10 22150 65 150 675 5 7616 0851 16 09 若分析结果在方法的检出限以下 报告时用 未检出 注明检出限数值 或小于检出限 如 未检出 方法检出限为0 002mg L 或 0 002mg L2 检验结果的单位按照国家法定计量单位 如 物质的量 mol mmol 温度 K或 质量 Kg g mg g 时间 s min h d 长度 m km mm m nm 体积 m3 L mL L 四种浓度表示方法 1 物质的量浓度c B 常用单位 mol L2 质量浓度p B 常用单位 g L mg L g L mg m33 质量分数 B 常用单位 食品检验用mg kg g kg4 体积分数 B 常用单位 浑浊度单位 NTU 二 报告书的一般格式 内容包括 封面 首页 附页 说明等见P20 第五节检验工作的质量保证 目的 是把检测误差 系统误差 随机误差 控制在容许的限度内 获得准确可靠的检测结果 保证质量控制的效果和监督执法的科学性 权威性 公正性 内容 两个方面内容1 为提高检验结果准确度和精密度所采取的质量控制措施 2 对质量控制的效果进行质量评价 一 有关概念 一 误差与偏差1 绝对误差 表示测量值与真值的差 绝对误差 偏差 测定值 真值 平均值 2 相对误差 表示误差在真值中所占的百分率 相对误差 偏差 误差分系统误差 随机误差 过失误差 工作中误差用精密度和准确度 精密度与准确度准确度 指单个测定值或多次平行测定值与真值之间接近的程度 其好坏用误差来衡量 ISO规定用 不确定度 表示 精密度 用相同的方法对同一个试样平行测定多次 各个测定值与平均值的相互接近程度 实际工作中 准确度常用回收率来表达 精密度用偏差 相对偏差 标准偏差或相对标准偏差表示 三 平行测定和回收试验平行测定指在人员 实验室 仪器 方法等相同的条件下同时对同一样品进行多次测定 可减小随机误差 标准偏差s和相对标准偏差RSD回收率 P 四 检出限与测定下限把3倍空白值的标准偏差 至少测定20次 相对应的质量或浓度称为检出限 按IUPAC规定计算方法为 XL Xi KSXL XiKS检出限L bb检测下限 即某方法可检测的最小浓度或最低检测质量 二 常规检验质量控制措施 检验质量控制应贯穿检测的全过程 包括 样品采集 保存 运送 样品前处理 仪器校正 试剂的配制与标定 检验方法的选择 分析条件和操作的掌握 读取试验检测值 数据处理 一 采样现场的质量控制 见P23 二 实验室检测过程的质量控制 见P23 三 检测结果处理的质量控制 见P25 绘制标准曲线目视法0 8 0 6 y0 4 0 2 00 51 01 52 02 5 g mL一元线性回归法设 为待测物质浓度 y为检测值 则y对 的直线回归方程为 ay b 式中 a y对 回归方程的回归系数 斜率 b 常数项 截距 a和b由下式求得 a b 式中n 检测值个数 三 检验质量评价的方法 在检验过程中采取了一系列的质量控制措施 其效果如何 应对其进行评价 分实验室内控制和实验室间质量控制 一 实验室内控制 自我控制和评价 首先测出方法的精密度和准确度 然后在日常工作中用质控样的检测结果 系统地对精密度和准确度进行核对和控制 方法 绘制质量控制图 有均值控制图 图 均值 极差控制图 R图 回收率控制图等 取待测样品和质控样品一份每天同时测定一次 连续测定20天 计算X和标准差s 以测定结果为纵坐标 测定日期为横坐标 绘制控制图 上控制限3s2s上警告限x下警告限下控制限X控制图 第二编水质卫生检验概述 第一节水质卫生检验的内容和意义分类 水占地球表面的70 可利用的淡水占3 天然淡水分降水 雨雪 地面水 江河湖池塘水 地下水 井水 泉水 杂质来源 水在自然界的循环中 水可溶解土壤 岩石 空气等的许多成分及微生物的作用 使含可溶物 悬浮物 胶体物 微生物等 另有工业废水 生活污水的污染 目的 安全用水保障人体健康 意义 了解水的物理性状 化学性质 微生物特性 为生活和工业用水安全提供依据 内容 2006年6月29日上午 卫生部召开 生活饮用水卫生标准 专题发布会 介绍新修订的 生活饮用水卫生标准 及相关检测方法 106项指标包括微生物指标6项 毒理指标74项 其中 无机化合物指标21项 有机化合物指标53项 感官性状和一般化学指标20项 消毒剂指标4项 放射性指标2项 各类指标中 可能对人体健康产生危害或潜在威胁的指标占80 左右 属于影响水质感官性状和一般理化指标即不直接影响人体健康的指标约占20 工业污水综合排放标准生活污水排放标准矿泉水标准纯净水标准锅炉用水标准工程用水标准游泳池水卫生标准 地下水标准地面水标准等 第二节水样的采集 一 采样设备包括采样瓶 采样器 测定溶解性气体采样装置等 一 采样瓶一般为硼硅玻璃瓶 聚乙烯塑料桶 选择原则 不含或沾污待测物质 不能与待测组分反应 不能吸收或吸附待测组分 测定金属不能用玻璃瓶 测定有机物不能用塑料桶 测定氟化物不能用玻璃瓶 采样容器的清洗 采样容器先用自来水冲去灰尘和其他杂物 用洗涤剂刷洗 新购置的玻璃瓶或塑料瓶 先用3 硝酸浸泡24小时 再用自来水和纯水依次冲洗干净 晾干待用 如果是铁质采样器 要用洗涤剂彻底消除油污 自来水漂洗干净 晾干待用 洁净的采样瓶在采样时 还应该先用被采的水样洗涤2 3次 再采集 二 采样器塑料桶 采集表层水样 深水采样器 测定溶解气体采样器 见P33二 采样量根据检验项目的多少决定采用量 一般常规项目 3 5L 特殊项目要现场固定入溶解氧 pH最好现场测定 三 水样采集方法见P34 35原则 具有 代表性 第三节水样的保存一 影响水样组分改变的因素 在测定之前 对水样采取一定的保存方法 避免1 物理因素 光照 温度 压力 静置或振荡 密封或敞露 容器壁的吸收或吸附等 2 化学因素 氧化还原 沉淀反应等 3 生物因素 微生物新陈代谢 造成某些组分的改变而影响检测结果的真实性 二 水样的保存方法 见P36 第三章水的物理性状及pH的检验 物理性状 水的温度 臭和味 色度 浑浊度 肉眼看见物 溶解性总固体 电导率 第一节水温的测定见P39第二节臭和味测定感官检查法见P40第四节色度测定 方法 铂钴比色法 原理 用氯铂酸钾和氯化钴配制成与天然水黄色色调相同的标准色列 以1升水中含1mg铂 以 PtCl6 2 形式存在 和0 5mg钴混合后所具有的颜色称为色度1度 与水样进行比较定量 仪器 1 50ml高型无色具塞比色管 2 离心机 试剂 铂钴标准溶液 称取1 246g氯铂酸钾 K2PtCl6 和1 000g干燥的氯化钴 CoCl6 6H2O 溶于100ml蒸馏水中 加入100ml浓盐酸 用蒸馏水定容至1000ml此标准溶液的色度为500度 操作步骤 1 水的颜色有 真色 和 表色 两种 真色是指除去悬浮物后水的颜色 由溶解性有色物质产生 表色是指没有除去悬浮物的水所具有的颜色 包括溶解性有色物质和悬浮物所产生的颜色 水的色度是指真色 测定时应将水样放置澄清或离心后取上清液 也可用孔径0 45 m滤膜过滤 不能使用滤纸 因为滤纸能吸附有色物质而改变原水样色度 2 取50ml透明的水样 置于比色管中 3 另取比色管11支 分别加入铂钴标准溶液0 00ml 0 50ml 1 00ml 1 50ml 2 00ml 2 50ml 3 00ml 3 50ml 4 00ml 4 50ml和5 00m1 加蒸馏水至50ml标线 混匀 配制成色度为0 5 10 15 20 25 30 35 40 45和50度的标准色列 密封后可长期使用 4 将水样管与铂钴标准色列 置于白色背景下 使光线能从底部向上透过比色管 眼睛自管口向下垂直观察 如水样色度过高 可酌情减少取水样的量 加蒸馏水稀释后比色 测定结果乘以稀释倍数 如水样与标准色列的色调不一致 则为异色 可用稀释倍数法结合文字描述 计算 式中 V1为相当于铂钴标准溶液的用量 mL V为水样体积 mL 第四节浑浊度 悬浮物或胶态物 泥沙 黏土 细微的有机物 无机物 浮游生物 其他微生物 进入水体 当光线照射时 光线被吸收 反射 散射 呈现浑浊现象 浑浊度测定方法有福尔马肼标准散射比浊法和福尔马肼标准目视比浊法 结果表示 福尔马肼散射浊度单位 NTU 第五节 电导率 定义 由1cm 截面积为1cm2的两个电极间测得的电阻率的导数 单位 S m 西门子 米 S m电导率仪 第六节 pH值 pH值是水中氢离子活度的负对数 如 H 0 1mol LpH 0 1mol L 1表示水的酸碱性的强弱 而酸度或碱度是水中所含酸或碱物质的含量 水质中的pH值的变化预示了水污染的程度 测定方法 玻璃电极法1 测定原理玻璃电极法测定水样的pH值是以饱和甘汞电极为参比电极 以玻璃电极为指示电极 与被测水样组成工作电池 再用pH计测量工作电动势 由pH计直接读取pH值 第四章 水中有机污染指标的检验 水中的污染物较为复杂 无机物 有机物 微生物等 很难对其定性定量检验 因此用综合指标来间接反映水体受到污染的状况 即 三氧 溶解氧 耗氧量 生化需氧量 三氮 氨氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮 溶解氧 DO 耗氧量或高锰酸盐指数 CODMn 化学需氧量 CODcr 生化需氧量 BOD5 第一节溶解氧 溶解氧 DO 溶解于水中的分子态氧 以p O2 单位mg L1 温度越高 氧在水中的溶解度越低2 大气压力改变与水中溶解氧的关系 S S P 101 3S 大气压力在P kPa 时的溶解氧 mg L S 大气压力在101 3kPa时的溶解氧 mg L P 测定时的大气压力在kPa 结论 清洁地面水溶解氧接近饱和 地面水溶解氧含量高于地下水 水层越深 含量越低 有藻类时 因光合作用可使过饱和 大气压力下降 水温升高 含盐量增加 都会导致溶解氧含量降低 当 4mg L时 鱼类窒息死亡 我国规定 类地面水域不低于5mg L 检测方法 碘量法修正碘量法氧电极法 1 碘量法原理 在水样中加硫酸锰和碱性碘化钾 硫酸锰与氢氧化钠反应成氢氧化锰 溶解氧能将Mn2 氧化生成高价态Mn4 MnSO4 2NaOH Na2SO4 Mn OH 2 2Mn OH 2 O2 2H2MnO3 H2OH2MnO3 Mn OH 2 MnMnO3 棕色沉淀 加入浓硫酸使棕色沉淀 MnMn03 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 实验方法 一 水样的采集与固定1 用溶解氧瓶取水面下20 50cm的水 使水样充满250ml的磨口瓶中 用尖嘴塞慢慢盖上 不留气泡 2 固定溶解氧取下瓶盖 用移液管吸取硫酸锰溶液1ml插入瓶内液面下 缓慢放出溶液于溶解氧瓶中 按上述操作往水样中加入2ml碱性碘化钾溶液 盖紧瓶塞 将瓶颠倒振摇使之充分摇匀 此时 水样中的氧被固定生成亚锰酸锰 MnMnO3 棕色沉淀 将固定了溶解氧的水样带回实验室备用 二 酸化游离碘往水样中加入2 0ml浓硫酸 盖上瓶塞 摇匀 直至沉淀物完全溶解为止 若没全溶解还可再加少量的浓酸 此时 溶液中有I2产生 将瓶在阴暗处放5分钟 使I2全部析出来 三 用标准Na2S2O3溶液滴定碘用50ml移液管从瓶中取水样于锥形瓶中 两份 用标准Na2S2O3溶液滴定至浅黄色 向锥形瓶中加入淀粉溶液1ml 继续用Na2S2O3标准溶液滴定至蓝色变成无色为止记下消耗Na2S2O3标准溶液的体积V 四 计算 O3 C V 8 1000 V式中 O3 水中溶解氧的质量浓度 mg L C 标准Na2S2O3溶液 mol LV 标准Na2S2O3溶液的消耗量 mL8 1 00mL Na2S2O3 1 000mol L相当于以mg为单位的溶解氧质量 mg mmol若 Na2S2O3 0 025mol L 则 O3 2V注意事项见P59 2 叠氮化钠修正法加入叠氮化钠 NaN3 去除亚硝酸盐干扰 后者与KI作用生成I2 产生正干扰 使结果偏高 2I 2NO 2 4H I2 2H2O 2NO2NaN3 H2SO42HN3 Na2SO4HNO2 HN3N2O N2 H2O消除干扰后 再用碘量法测定 若有Fe3 时 可加氟化钠或用磷酸酸化以消除干扰 3 高锰酸钾修正法只适用于含亚铁离子 不含其他还原剂及有机物质的水样Fe2 Fe3 水样 KMnO4过量KMnO4 Na2C2O4除去 4 膜电极法 氧电极法 在电极外壳端部使用溶解氧透过本身的透气薄膜 聚四氟乙烯 将正 负两极和内充电解液封入壳内 电解液为KCl等 把电极插入待测液中 则试液中的溶解氧透过薄膜进入电池内部 在两极发生反应 阴极 O2 2H2O 4e4OH 阳极 4Ag 4Cl 4AgCl 4e还原电流I KnFAPM LcoK 比例常数 n 电子转移数 F 法拉第常熟 A 阴极面积 PM 薄膜渗透系数 L 薄膜厚度 co 溶解氧浓度 所产生的微弱电流与氧的浓度成线性关系 在仪器上可直接显示氧含量 此法不受水样色度 浊度及化学滴定法中干扰物质的影响 快速简便 适于现场测定 易于实现自动连续监测 但水样中藻类 硫化物 硫酸盐 油等物质时 会使薄膜堵塞或损坏 应及时更换薄膜 第二节耗氧量 耗氧量 以高锰酸钾溶液氧化1L水中还原性物质所消耗的氧化剂的量 以氧P O2 mg L表示 称高锰酸盐指数 该指数常被作为反映地表水受有机物和还原性无机物 NO2 S2 Fe2 等 污染程度的综合指标 耗氧量与水质的关系 耗氧量高 污染严重 致色 臭 味 致病 由于消毒后余氯降低 微生物生长 致突变 主要是有机物 化学需氧量 CODCr 和高锰酸盐指数是采用不同的氧化剂在各自的氧化条件下测定的 无明显的相关关系 一般来说 重铬酸钾法的氧化率可达90 而高锰酸钾法的氧化率为50 左右 两者均未完全氧化 因而都只是一个相对参考数据 测定方法 1 酸性高锰酸钾滴定法 原理 在酸性条件下 用高锰酸钾将水样中的还原性物质 有机物和无机物 氧化 反应剩余的KMnO4加入准确体积而过量的草酸钠以还原 过量的草酸钠再以KMn04标准溶液回滴 以高锰酸钾消耗量计算耗氧量 4KMnO4 5C 6H2SO42K2SO4 4MnSO4 5CO2 6H2O24KMnO4 5Na2C2O4 8H2SO4K2SO4 2MnSO4 10CO2 8H2O Na2SO4 操作步骤 100 0ml水样 5mlH2SO4 1 3 10 00mlKMnO4沸水浴30min 趁热 10 00ml草酸钠 Na2C2O4 过量 KMnO4V1微红色 10 00Na2C2O4KMnO4V2微红色 最低检出质量浓度0 05mg L 最高5 0mg L若V1超过5mL 应取少量水样稀释后充做 计算及注意事项见P64 65当水样中 Cl 300mg L时 产生正误差 其原因 10NaCl 2KMnO4 8H2SO45Cl2 2MnSO4 K2SO4 5Na2SO4 8H2O 碱性高锰酸钾法 碱性条件下KMnO4氧化能力比酸性条件下弱 所以不能氧化Cl 此法可测高浓度Cl 水样 在碱性溶液中 过量的KMnO4氧化水中的还原性物质 氧化作用完成后 将溶液酸化 再加Na2C2O4还原 过量的Na2C2O4以KMnO4标液回滴 此法仅是用于测定海水或含氯离子较多的水样 第三节生化需氧量 定义 生化需氧量是指在规定的条件下 微生物分解存在于水中的某些可氧化物质 主要是有机物质所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量 分别测定水样培养前的溶解氧含量和20 1 培养五天后的溶解氧含量 二者之差即为五日生化过程中所消耗的溶解氧量 BOD5 检测方法 直接培养法 适宜较清洁水样 稀释培养法 污染的水样 稀释水用蒸馏水配制 要有充足的溶解氧 通常要曝气8小时 对于不含或少含微生物的工业废水 在测定BOD5时应进行接种 以引入能分解废水中有机物的微生物 当废水中存在难于被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有机物或含有剧毒物质时 应接种经过驯化的微生物 试剂 1 稀释水 在5 20L玻璃瓶内装入一定量的水 控制水温在20 左右 然后用无油空气压缩机或薄膜泵 将此水曝气2 8h 使水中的溶解氧接近饱和 也可以鼓入适量纯氧 瓶口盖以两层经洗涤晾干的纱布 置于20 培养箱内放置数小时 使水中的溶解氧量达到8mg L 临用前于每升水中加入氯化钙溶液 氯化铁溶液 硫酸镁溶液 磷酸盐缓冲溶液各1mL 并混合均匀 稀释水的PH值应为7 2 其BOD5应小于0 2mg L 2 接种水 可选用以下任一方法 以获得适用的接种液 城市污水 一般采用生活污水 在在室温下放至一昼夜 取上层清液使用 表层土壤浸出液 取100g花园土壤或植物生长土壤 加入1L水 混合并静置10min 取上清液供用 用含城市污水的河水或湖水 污水处理厂的出水 当分析含有难于降解的废水时 在排污口下游3 8km处取水样作为废水的驯化接种液 如无此种水源 可取中和或经适当稀释后的废水进行连续曝气 每天加入少量该种废水 同时加入适量表层土壤或生活污水 使能适应该种废水的微生物大量繁殖 当水中出现大量絮状物 或检查其化学需氧量的降低值出现突变时 表明适用的微生物已进行繁殖 可用作接种液 一般驯化过程需要3 8天 3 接种稀释水 取适量接种液 加于稀释水中 混匀 每升稀释水中接种液加入量生活污水为1 10mL 表层土壤浸出液为20 30mL 河水 湖水为10 100mL 接种稀释水的pH值应为7 2 其BOD5值宜在0 3 1 0mg L之间为宜 接种稀释水配制后应立即使用 3 葡萄糖 谷氨酸标准溶液 各取105g用水释至1000mL 其它试剂的配制见P67操作步骤 1 水样的预处理 水样的pH若超出6 5 7 5范围时 可用盐酸或氢氧化钠溶液调节至近于7 但用量不要超过水样体积的0 5 若水样的酸度或碱度很高 可改用高浓度的碱或酸进行调节中和 含有少量游离氯的水样 一般放置1 2h 游离氯即可消失 0 1mg L时 可加入硫代硫酸钠除去 加入量用碘量法测定 水样含有 0 1mg L的亚硝酸盐时 于稀释水中加2mg亚甲蓝或3mL叠氮化钠溶液 从水温较低的水域中采集的水样 可遇到含有过饱和溶解氧 此时应将水样迅速升温至20 左右 充分振摇 以赶出过饱和的溶解氧 2 直接培养法不经稀释水样的测定 溶解氧含量较高 有机物含量较少的地面水 可不经稀释 而直接以虹吸法将约20 的混匀水样转移至两个溶解氧瓶内 转移过程中应注意不使其产生气泡 以同样的操作使两个溶解氧瓶充满水样 加塞水封 立即测定其中一瓶溶解氧 将另一瓶放入培养箱中 在20 1 培养5天后 测其溶解氧 计算 BOD5 mg L P1 P2 3 稀释培养法 确定稀释倍数耗氧量值除以1 3 得到的商即为水样的稀释倍数 4 连续稀释操作 按照选定的稀释比例 用虹吸法沿筒壁先引入部分稀释水 或接种稀释水 于1000mL量筒中 加入需要量的均匀水样 再引入稀释水 或接种稀释水 至800mL 用带胶板的玻璃棒小心上下搅匀 搅拌时勿使搅棒的胶板露出水面 防止产生气泡 按不经稀释水样的测定步骤 进行瓶装 两瓶 将剩余的稀释水样再按上述方法和确定的倍数稀释得到第二个稀释倍数的水样 以此类推 测定每天溶解氧和培养5天后的溶解氧量 另取两个溶解氧瓶 用虹吸法装满稀释水 或接种稀释水 作为空白 分别测定5天前 后的溶解氧含量 4 培养 检查各瓶编号 从空白及每个稀释倍数的水样瓶各取一瓶立即放入20 1 的恒温培养箱中 培养5天后测定 5 标准溶液校核 将葡萄糖 谷氨酸标准溶液 以2 稀释后测定BOD5 值为200 37mg L 若不在此范围 说明试验有误 应检查接种水 稀释水 操作步骤等 经稀释后培养的水样BOD5 mg L P1 P2 P3 P4 f1 f2式中 P1 水样在培养前的溶解氧浓度 mg L P2 水样经5天培养后 剩余溶解氧浓度 mg L P3 稀释水 或接种稀释水 在培养前的溶解氧浓度 mg L P4 稀释水 或接种稀释水 在培养后的溶解氧浓度 mg L f1 稀释水 或接种稀释水 在培养液中所占比例 f2 水样在培养液中所占比例 F1 V稀释水 V水样 V稀释水 F1 V水样 V水样 V稀释水 第四节氨氮 定义 水中的氨氮是指以游离氨 或称非离子氨 NH3 和离子氨 NH4 形式存在的氮 两者的组成比决定于水的pH值 当pH值偏高时 游离氨的比例较高 反之 则铵盐的比例高 来源 含氮的有机物经微生物作用而分解无机化 污水 化肥 无机化过程 蛋白质胨肽氨基酸氨亚硝酸盐硝酸盐 水中三种含氮化合物检出结果的意义氨氮亚硝酸盐硝酸盐意义 表示清洁水 新近出现污染 新近污染 分解正在进行 以前新近污染 分解正在进行 污染已分解 取向自静 污染已分解 有新污染 污染已分解 未完全自静 污染已分解并达到自静 氨氮 NH3 N 的测定方法 1 纳氏试剂分光光度法2 酚盐分光光度法3 水杨酸 次氯酸盐分光光度法一 纳氏试剂比色法的原理碘化钾和碘化汞 纳氏试剂 的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶体配合物物 其吸光度与氨氮含量成正比 通常可在410 425nm范围内测其吸光度 计算其含量 2K2 HgI4 3KOH NH3NH2Hg2IO 7KI 2H2O最低检出浓度为0 025mg L 光度法 测定上限为2mg L 采用目视比色法 最低检出浓度为0 02mg L 水样作适当的预处理后 本法可适用于地面水 地下水 工业废水和生活污水 干扰的去除见P71试剂需用无氨水配制 操作步骤 1 水样预处理 取250mL水样 如氨氮含量较高 可取适量并加水至250mL 使氨氮含量不超过2 5mg 移入凯氏烧瓶中 加数滴溴百里酚蓝指示液 pH6 0 7 6 用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节至pH7左右 加入0 25g轻质氧化镁和数粒玻璃珠 立即连接氮球和冷凝管 导管下端插入50mL吸收液液面下 加热蒸馏 至流出液达200mL时 停止蒸馏 定容至250mL 2 混凝沉淀 取200mL水样 加硫酸锌溶液 100g L 2 0mL 混匀 加氢氧化钠溶液 240g L 1 0mL 使pH为10 5 静置数分钟 倾出上清液测定 3 标准曲线的绘制 吸取0 0 50 1 00 3 00 5 00 7 00和10 00mL铵标准使用溶液于50mL比色管中 加水至标线 加1 00mL酒石酸钾钠溶液 混匀 加1 50mL纳氏试剂 混匀 放置10min后 在波长420nm处 用光程20mm比色皿 已无氨水作参比测定吸光度 由测得的吸光度 减去零浓度空白管的吸光度后 得到校正吸光度 绘制以氨氮含量 mg 对校正吸光度的标准曲线 3 水样的测定分取适量经絮凝预处理后的水样 使氨氮含量不超过0 1mg 加入50mL比色管中 稀释至标线 加0 1mL酒石酸钾钠溶液 分取适量经蒸馏预处理后的馏出液 加入50mL比色管中 加一定量的1mol L氢氧化钠溶液以中和硼酸 稀释至标线 加1 5mL纳氏试剂 混匀 放置10min后 同标准曲线步骤测量吸光度 4 空白实验 以无氨水代替水样 做全程序空白测定 计算 水杨酸 次氯酸盐分光光度法在亚硝基铁氰化钠存在下 氨与水杨酸和次氯酸反应生成蓝色化合物 于其最大吸收波长697nm处比色定量 该方法测定浓度范围为0 01 1mg L 第五节亚硝酸盐氮 硝酸盐氮是含氮有机化合物的在水体中的最终氧化产物 环境水体中硝酸盐的污染来源除硝酸盐类化肥使用和生活污水 生活垃圾 生产含氮废弃物与人畜粪便等的自然降解过程外 空气中氧化氮污染物经降水淋溶后形成的硝酸盐也是重要的污染来源 对人健康的影响与亚硝酸盐一样 因为进入体内的硝酸盐也可被还原为亚硝酸盐 亚硝酸盐与人体血液作用 形成高铁血红蛋白 从而使血液失去携氧功能 另外可与二级胺类形成致癌物亚硝胺 重氮化偶合分光光度法 1 原理 在pH1 7以下的磷酸介质中 亚硝酸盐与氨基苯磺酰胺发生重氮化反应 生成重氮盐 再与盐酸N 1 萘基 乙二胺产生偶合反应 生成紫红色的偶氮染料 在540nm处比色测定 NH2SO2C6H4NH2 HCl2 HNO2NH2SO2C6H4N NCl 2H2O 干扰的消除 水样有色或浑浊 加氢氧化铝混凝沉淀过滤 三价铁 铅 汞 银 二价铜等加EDTA配合消除 有三氯胺产生红色干扰 可改变加入试剂的顺序而消除 最低检测质量0 5ug 最低检测浓度0 001mg L 2 试剂 1 制备不含亚硝酸盐的水 在蒸馏水中加入少许高锰酸钾晶体 再加氢氧化钙或氢氧化钡 使之呈碱性 重蒸馏后 弃去50mL初滤液 收集中间70 的无亚硝酸馏分 2 亚硝酸盐标准储备液 称取1 232g亚硝酸钠溶于水中 加入1mL氯仿 稀释至1000mL 由于亚硝酸盐氮在潮湿环境中易被氧化 所以储备液在测定时需标定 标定方法如下 在250mL具塞锥型瓶内依次加入50 00mL0 050mol L高锰酸钾溶液 5mL浓硫酸及50 00mL亚硝酸钠储备液 加亚硝酸钠储备液时应将吸管插入高锰酸钾溶液液面以下 混匀 在水浴上加热至70 80 后 按每次10 00mL的量加入过量的0 050mol L草酸钠标准溶液 使溶液紫红色褪去 记录草酸钠标准溶液用量 V2 再以0 050mol L高锰酸钾溶液滴定过量的草酸钠 至溶液呈微红色 记录高锰酸钾溶液的用量 V1 再以50mL不含亚硝酸盐的水代替亚硝酸钠储备液 并按上步骤操作 用草酸钠标准溶液标定高锰酸钾溶液 按下式计算高锰酸钾溶液浓度 mol L 按下式计算亚硝酸盐标准储备液的浓度 mg L 式中 C亚硝酸盐氮 亚硝酸钠储备溶液浓度 以N计 mg L V1 滴定亚硝酸盐氮标准储备液时 所用高锰酸钾溶液总量 mL C1 5KMnO4 经标定的高锰酸钾标准溶液的浓度 mol L V2 滴定亚硝酸盐氮标准储备液时 所加草酸钠标准溶液总量 mL 0 050 草酸钠标准溶液的浓度 1 2Na2C2O4 0 050mol L 50 00 亚硝酸钠标准储备液用量 mL 7 亚硝酸盐氮 1 2N 的摩尔质量 g mol V4 滴定水时 加入草酸钠标准溶液的总量 mL V3 滴定水时 所加高锰酸钾标准溶液的总量 mL 3 亚硝酸盐使用液 临用时将标准储备液稀释为1 0ug mL的亚硝酸盐氮的标准使用液 4 草酸钠标准溶