水分析实验基础.ppt

水文地球化学,主讲：郭清海,中国地质大学（武汉）环境学院,一门关于地下水的科学,水分析实验基础,水文地球化学工作的第一步，就是要获取地下水的化学成分资料 首先在野外现场取样，现场测试，水样预处理 将水样带回室内，送实验室分析 获得水质报告 在这种报告中，通常仅有水中化学组分的含量 对这些组分进行分类、整理。 从中提取水文地球化学信息，并揭示其蕴含的规律性,可以说，不进行水化学资料的获取和整理工作，就谈不上水文地球化学研究的开展。,水分析概述,水分析的目的：获取所研究水体的水质数据 要求： 灵敏度高，精度高的分析方法 根据使用目的，正确选定采样时间、地点、取样深度以及样品的保存技术。 在工作实践中，常常有工作人员简单地把水化学工作理解成取样-化验（分析）-水质评价，实在是大错而特错！上面提到的这几项需正确选定的内容，都不可忽视。,一、地下水样品的采集 二、地下水样品的保存与现场分析 三、水分析方法分类 四、滴定分析若干基本概念 五、水分析结果质量评估,主要内容：,一、地下水样品的采集,采样时间（t）：旱、雨两季取样 采样地点（x，y）：直接关系到水样的典型性或代表性 取样深度（z）：在目前的地下水采样工作中 不分深度的采样 分深度取样,1、不分深度的采样,作用：判别地下水化学成分区域性变化规律及其与围岩的关系时十分有用。,缺点：所取水样实际上是不同成分水的混合物；在取样过程中，就可能导致出现混合作用。,因此，所采水样并不能代表含水层中水的真实化学面貌，从而阻碍对地下水水质状况和含水层中所发生的地球化学过程的正确认识。,2、分深度取样,A 常规测压管,三种常用分深度取样技术的固定装置,滤网,充气栓塞,B 单个套管 多层测压管,C 单个长过滤管 中栓塞取样,当地下水被带至地表时，它便进入了一个与含水层不同的新的物理化学环境中，从而使其成分发生变化。因此，在送往实验室分析之前，需要采取一系列的措施，防止或减缓水样化学成分的变化。 方法 样品保存：添加试剂，选择合适的保存容器 对某些易变化的水化学指标进行现场测定,二、地下水样品的保存与现场分析,1、样品的保存,一般通过加酸（硝酸）来实现,100 mL水样加入0.7 mL、65%的分析纯HNO3，即可中和水中的碱度，使其pH 2,消除绝大多数细菌的生长，阻碍成络反应，防止阳离子沉淀,某些特殊组分（不易进行现场测定，不易保存） 添加试剂形成沉淀物，以便室内分析,H2S：加入醋酸锌和NaOH，以生成ZnS沉淀； 侵蚀性CO2：加入化学纯CaCO3粉末，室内测定侵蚀性CO2与CaCO3粉末生成的HCO3-含量，再推求侵蚀性CO2含量,2、现场分析,还是让我们先来看一个实例（某不含碳酸盐的砂岩含水层中现场与实验室测定pH值对比）,从该图不难看出：落在对角斜线上的实测点很少，绝大多数都不吻合，且实验室测pH偏高。 究其根本是水的pH值易变性，或不稳定性 与之相似的指标还有： EC：电导率，s/cm Eh：氧化还原电位，mV T：水温， DO、游离 CO2、NO2-、NH4+,三、水分析方法分类,根据被测组分的相对百分含量 常量分析(1%) 微量分析(0.011%) 痕量分析( 0.1g或10-100 ml)、半微量(0.01-0.1 g或1-10 ml)、微量(0.1-10 mg或0.01-1 ml)和超微量( 0. 1 mg或 0.01 ml) 根据测试原理 化学分析法 仪器分析法,在完成野外采样、样品保存和某些水化学指标的现场分析后，水样将被送到分析测试单位（如我校“地质过程与矿产资源”国家重点实验室、“生物地质与环境地质”教育部重点实验室）进行室内分析测试。其任务为测定水中各种化学组分及其存在形态的含量。,1、化学分析法,2、仪器分析法,以物质的物理性质或物理化学性质为基础的分析方法，需用分析天平和滴定管以外的较特殊的仪器。 常与PC机联机，快速、灵敏，适用于微量组分的分析,利用物质电学 或电化学性质,电化学分析法,利用物质光学性质,光学 分析法,色谱技术,色谱分析法,电位分析：pH、Eh,AAS(Atomic Adsorption Spectrometry) ICP-MS (Inductively coupled Plasma-mass spectrometry),GC (Gas Chromatography)：各种气体及有机污染物 IC (Ion Chromatography)：F-、Cl-、NO3-、SO42-、 Na+,四、滴定分析若干基本概念,（一）滴定分析体系与滴定分析操作,H+ + OH = H2O 化学计量点（简称等当点）、滴定剂 、指示剂 、滴定终点（如甲基橙指示剂由黄色变到橙红色）,滴定分析法是化学分析的最重要的方法之一，通常用于测定常量组分（被测组分的含量 1%）,（二）滴定等当点（eq）和滴定终点(ep),Eq：当滴定剂与被滴定物的量完全符合滴定反应式表达的化学计量关系时，滴定体系所处的平衡状态。 此时已加入的滴定剂体积用Veq表示。 Ep：为检测eq的到达而加入的指示剂发生颜色变化时，停止滴定的状态点；或用仪器检测滴定溶液的某种物理化学性质（如电位、吸光度等）发生变化时所对应的滴定体系状态点。 停止滴定时已加入的滴定剂体积用Vep表示。,显然，滴定终点（ep）耗用滴定剂体积读数是实验测定值，它与等当点（eq）理论值的相符程度，与所用的终点指示方法有关 一般把Veq与Vep间的误差，称为终点误差，或滴定误差 滴定分析的准确度，主要取决于实验员是否可准确判别滴定终点。这一方面与人眼对颜色的识别能力有关，另一方面与指示剂的变色范围有关，此范围越窄，变色越敏税，终点判别灵敏度越高,（二）滴定误差,（三）滴定反应与滴定分析的操作方式,适合于滴定分析的化学反应必须具备的条件： 反应必须按一定的反应式进行，即反应具有确定的化学计量关系。 反应速度要快。对于速度较慢的反应，可通过加热或加入催化剂等方法来加快反应速度。 能够利用指示剂或仪器检测等简便方法确定滴定终点。 凡是满足上述要求的反应，都可用直接滴定法获取待测物质浓度，即用标准溶液直接滴定被测物质，我们在实验中用到的操作方式均为直接滴定法。,常见的滴定分析包括：,1、酸碱滴定法（又称中和法） 以酸碱反应为基础，用以测定酸碱物质等(HCO3-)。 2、络合滴定法 以络合反应为基础，用以测定金属离子等。如EDTA法（Ca2+、Mg2+、SO42-）。 3、沉淀滴定法 以沉淀反应为基础，用来测量Ag+、CN-、SCN、卤族离子等。如银量法（Cl-）。,五、水分析结果质量评估,1、水溶液均呈中性，因此，阳离子的毫克当量总数（c）与阴离子的毫克当量总数（a）应是相当的。但实际上总存在各种误差，故当c+a 5meq/L(毫克当量/升时)，要求： （1）一般天然水： （2）一般污染水 上述要求，不适用于卤水、严重污染水及c+a 5meq/L的样品,2、在简分析中，Na+、K+是计算值。其算法是： 将Na+K+含量换算成mg/L时，要乘25，一般地下水中， K+远低于Na+ （约占1/10），而Na+的原子量为23， K+的原子量