水分析化学的地位及作用

1、第一章 绪论知识点1 水分析化学的地位及作用2 水分析化学分析方法的分类1水中污染物包括无机：金属离子ca2+、mg2+ + 重金属离子：pb2+、fe3+、mn2+、cd2+、hg2+等有机：酚、农药、洗涤剂等以上污染物都需要水分析方法去定量2分析方法包括 重量分析称重的办法用途：残渣分析化学分析借助化学反应a. 酸碱滴定质子传递(最基础的滴定分析)用途：检验碱度、酸度b.络合滴定络合反应m+y my 用途：测定 ca2+、mg2+、fe3+、al3+另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰c.沉淀分析沉淀反应ag+cl- agcl用途：测定水中cl-d.氧化还原滴定氧化还原反应(

2、特点：电子转移)用途：测cod等有机污染指标氧化还原反应也用于废水的化学处理,(如脱cn-，cn-+clo2 n2)仪器分析a.吸收光谱法 用途：分析有机分子、无机离子b.色谱法：气相色谱 用途：如氯仿测定 液相色谱 用途：如多环芳烃测定离子色谱 用途：如阴离子测定c.原子吸收法 用途：金属元素测定d.电化学分析法 用途：ph值的测定 3水质指标与水质标准1 水质指标 物理化学微生物学一、物理指标(特点：不涉及化学反应，参数测定后水样不发生变化) 水温 臭味(臭阈值)文字描述 色度：表色(悬浮性物质、胶体核溶解性物质共同引起，定性描述)真色(胶体和溶解性物质引起，定量测量)色度的测定方法：标准

3、比色法（目视比色法）a. 用具塞比色管配制标准色阶（ptco色阶，k2ptcl6+cocl2，稳定性高，1mgpt/l定义为1度） b. 未知水样置于同规格比色管中（如混浊先静置澄清），俯视与标准色阶对比 浊度：由悬浮物及胶体物质引起的水样的浑浊程度，是混凝工艺重要的控制指标。浊度的测定方法a.目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度阶，1mg漂白土/l定义为1度，水样俯视对比b.分光光度法：680nm分光光度计测定标准浊度单位（1.25mg硫酸肼/l和12.5mg六次甲基四胺/l形成甲 聚合物为1度，测定结果单位ftu）c.散射法，浊度仪（也以甲 聚合物为标准浊度单位，测定结果单位ntu）残渣（

4、总残渣=可滤残渣 + 不可滤残渣），重量法测定电导率，电导率仪测定uva254：反映水中有机物含量氧化还原电位(orp):废水生物处理过程重要控制参数二、化学指标ph值 ph=-lgh+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) 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总盐量（水中全部阴阳离子总量）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)a.高锰酸盐指数(pi)：用kmno4作氧化剂氧化水中有机物所消耗的量，用mgo2/l表示b.化学需氧量(cod)：在一定

5、条件下水中能被得重铬酸钾氧化的水中有机物的量，用mgo2/l表示c.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/ld.总有机碳（toc）：水体有机物总的碳含量，用总有机碳分析仪高温燃烧水样测定，单位mgc/le.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，单位mgo2/l三、微生物学指标保障供水安全的重要指标细菌总数 大肠菌群游离性余氯：cl2/hocl/ocl- 2 水质标准：根据不同用水目的制定的污染物的限量域值除余氯为下界，其他指标均为上界限值，不可超越 4取水样、保存、预处理1

6、取水样根据试验目的选取取样点，取样量，容器和取样方法取样点：河流水系沿上下游和深度布设，处理设施在进出水口取样量：保证分析用量3倍以上，至少做2次平行样容器：玻璃或塑料瓶，容器清洁（化学指标）或无菌（微生物指标）取样方法2保存意义：采用一些措施终止或减缓各种反应速度冷藏 控制ph值，加酸调ph 1，在水中完全解离，强酸hac，ka=1.810-5，ka10存在、ph8.32存在、ph4.5存在2连续滴定法测水中碱度同一锥形瓶中，连续用酚酞和甲基橙作指示剂。测定步骤：先加酚酞，当酚酞由红色无色，hcl的消耗量为p(ml)后加甲基橙，当甲基橙由橙黄橙红，hcl的消耗量为m(ml)p和m的数值判断碱

7、度的组成，并且计算相应的含量。概念：p相当的碱度叫酚酞碱度；直接在水样中加入甲基橙，用hcl滴定相应的碱度，叫甲基橙碱度，又叫总碱度。发生反应：酚酞变色， 甲基橙变色， 水中的总碱度：=p+m5种组合的判据： p0 m=0 (酚酞红无，甲基橙加入即呈橙红) 、 pm p=m 、 p0 p=0 (酚酞加入即无色，甲基橙橙红) =m5碱度计算首先由p和m的数值判断碱度的组成确定碱度的表示方法以mg/l计，以mol/l或mmol/l计，以mgcao/l或mgcaco3/l计记住一些常用的摩尔质量 17g/mol 30g/mol 61g/mol 28g/mol 50g/mol写出碱度计算的正确表达式c

8、hcl: hcl的量浓度mol/l例：当p0，m=0时oh-碱度(mol/l)=oh-碱度(mmol/l) oh-碱度(当p和m呈其它关系时，用f(p,m)代替上式中p即可例：已知某酸，求其共轭碱的pkb 第三章 络合滴定法知识点：1络合反应及特征前提中心离子(金属离子)，一定能提供空的轨道配体：提供孤对电子的化合物配位键：一个原子提供一对电子对 例：配位原子：提供孤对电子对的原子配位数：与中心离子络合的配位原子数目中心离子和配体一定时，络合比可以不一样，多级络合2氨羧络合剂特征：同时存在氨基和羧基最常见：edta 乙二胺四乙酸(盐)，edta可同时提供6个配位原子2个n，4个o一般定义edt

9、a用y表示edta呈现六元酸的特点，存在六级解离，七种型体七种型体存在量的相对多少取决于溶液的ph值常用乙二胺四乙酸二钠盐（na2h2y）来配制edta水溶液，因为h4y的溶解度小于na2h2y3edta络合物的特征 络合比1：1为什么1:1?因为edta可以同时提供6个配位原子，则中心离子提供6个空轨道空间因素：排列使原子与原子排斥最小，使配位原子从中心离子四面按最近形成笼状化合物，由5个五元环组成，将金属离子包夹在中间，形成螯合物edta络合滴定也称螯合滴定(分析)edta与无色金属离子生成无色络合物，与有色金属离子形成络合物颜色会加深4 edta的络合平衡1. 稳定常数 (1:1) （逆

10、反应） 稳定常数用途：用稳定常数大小判断一个络合物的稳定性，络合物越稳定，络合反应越易发生2.edta的酸效应 (副反应)edta的酸效应消耗了参加主反应的络合剂，影响到主反应定义：由于的存在，使络合剂参加主反应能力下降的现象叫edta的酸效应酸效应的大小用酸效应系数表示，：所有edta存在型体之和，：有效浓度，只有y4-能与金属离子络合 1 0；反之ph降低，酸效应系数越大，说明对edta的络合反应影响越大只有ph12才有=0；ph0(有副反应) 3.条件稳定常数(描述客观实际的反应程度) 无副反应 则有副反应 1 则条件稳定常数的用途判断络合物的稳定性判断络合反应的完全程度，判定条件：当

11、8由绘制酸效应曲线edta酸效应系数可以判断某金属离子被准确滴定的最低ph值 5金属指示剂1.影响金属指示剂的主要因素络合滴定曲线突跃范围 金属离子m的初始浓度 2.金属指示剂(有机络合剂)金属指示剂的作用原理金属指示剂加入金属离子m溶液中显示生成的络合物的颜色加入edta后发生 要求稳定值，比高2个数量级以上，保证置换完成种类a.铬黑t，ebt(ph=10)，红蓝b.钙指示剂,nn(ph12.5)，红蓝c.pan(ph=5-6)，红黄d.二甲酚橙，xo(ph12.5 其他应用：测高锰酸盐指数，掩蔽，用， 氧化还原掩蔽：变更干扰离子的价态 例： 7络合滴定的方式1.直接滴定法：直接用edta标

12、准溶液来滴定要求：络合反应快，生成络合物稳定应用：标定edta(非基准物质)溶液a.edta与金属离子的计量关系(1:1)确定基本反应单元(na2y)b.由摩尔质量计算出所需质量，称重c.准确标定其浓度，用zn粒（hcl溶解）或caco3 标准溶液标定基准溶液放在锥形瓶(加入金属指示剂)，edta的滴定剂用酸式滴定管对于ph应在56(二甲酚橙作指示剂)终点：红色亮黄色对于caco3 ph应在10 (kb作指示剂)终点：红色蓝色计算公式：硬度测定：暂时硬度：由ca(hco3)2、mg(hco3)2或caco3、mgco3形成的硬度，可加热煮沸除去永久硬度：主要指caso4、mgso4转化形态+测

13、总硬度：用碱性缓冲溶液 调ph=10，ebt指示剂，edta滴定，终点红色蓝色（其他常用缓冲溶液：中性缓冲-，酸性缓冲邻苯二甲酸或hac-naac)总硬度单独测硬度需要掩蔽，硬度计算得到用naoh调ph12.5 ，nn指示剂，edta滴定，终点红色蓝色 硬度硬度2.返络合滴定铝盐混凝剂中含量分析()，络合滴定在水质工程学中的应用该金属离子与edta生成络合物的反应速度慢 ph=3.5加热，避免al在高ph时，发生水解冷却，调ph=56, 加指示剂二甲酚橙，用zn2+返滴定edta，终点黄变红计算：ba2+测定，无合适指示剂 第四章 沉淀滴定法知识点 1沉淀平衡1活度积常数 当离子强度i氧化性

14、在发生还原反应经历地中间价态比多，减弱了的氧化性空白实验9甲醇的测定：重铬酸钾法1 测定方法及相应反应含甲醇废水，加入重铬酸钾（c1，v1）、浓硫酸，反映完成后，加试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵回滴出现红色终点，硫酸亚铁铵消耗c2，v2。2 计算公式： （）10碘量法用于测定氧化性物质，如、o3、h2o2等，水质指标余氯、溶解氧和bod等1 基本原理：利用，电位居中，可做氧化剂和还原剂的特点。在酸性条件下，水样中氧化性物质与ki作用，定量释放出i2，以淀粉为指示剂，用na2s2o3滴定至蓝色消失，由na2s2o3消耗量求出水中氧化性物质的量。反应： 2注意：歧化 (ph9)na2s2o3 (非基

15、准，配制后标定)a.光照：s，有单质s析出 b.碱性： c.强酸性：碘量法最佳ph值范围：中性或弱酸性，48.53 应用余氯的测定： 取水样，用hac-naac缓冲液调节ph=4，加na2s2o3至淡黄色，再加12滴0.5%淀粉指示剂继续加na2s2o3至蓝色消失（c,v）余氯do的测定:将水中溶解氧用锰固氧技术固定，酸溶解析出i2后，用na2s2o3滴定。反应：计算：o3的测定：测臭氧消毒水样残余臭氧量（mg/l）或臭氧发生器每小时产生o3量：ki配成吸收溶液，o3+kii2，气体通入2min，用na2s2o3滴定臭氧发生器的o3发生量(g/h)=c1v11660/2bod的测定：bod（生

16、物化学需氧量）：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通常测定bod205，即20培养5天。当bod205/cod0.45，污水可生化性高。方法:a.直接测定法：bod5=do5-do0 ；b.稀释倍数法11溴酸钾法碘量法的变异，多用于测定苯酚1基本原理：在酸性条件下，水样中加入过量的kbr+kbro3=br2，与水中还原性物质作用，加过量ki还原剩余的br2，等量释放出i2，以淀粉为指示剂，用na2s2o3滴定至蓝色消失（c,v1）。作空白试验， na2s2o3消耗v0。由na2s2o3消耗量之差求出水中氧化性物质的量。2 计算： 以na2

17、s2o3作基本单元，苯酚基本单元为1/6c6h6oh，m=15.68第六章 吸收光谱法知识点基于物质对光的选择性吸收建立的分析方法，又称吸光光度法或分光光度法。 1吸收光谱的产生当以一定范围的光波连续照射分子或原子时，就有一个或几个一定波长的光波被吸收，由于光的互补性，透过的光谱中不出现这些波长的光，称为吸收光谱。2可见光与紫外光分子的能级具有量子化特征，是非连续的，只能吸收n个能级之差的能量。光的能量取决于波长。 当分子吸收适宜的光子以后，产生电子能级的跃迁而形成的光谱称为电子光谱。位于可见光区（400800nm）和紫外光区（200400nm） 3吸收光谱的定量方法由于溶液对光的选择性吸收，

18、使透射光it发生变化溶液对单色光的吸收符合朗伯比尔定律： a=cl摩尔吸收系数的物理意义：当光所通过的距离为1cm，被测溶液量浓度为1mol/l时，所相应的吸光度值a为，单位l/mol.cm的大小反映了物质对光的敏感强度，值愈大说明物质对光的吸收程度越好，敏感度强，用吸收光谱法测定该系光物质的灵敏度越大。4吸收光谱的基本术语1.特征吸收曲线：以a对做图，得到有峰谷的平滑吸收光谱曲线叫做特征吸收曲线，可作为定性的依据。2.最大吸收波入max：特征吸收曲线上最大吸收峰所对应的波长，在这个max下，物质吸收灵敏度最高，通常选作工作波长。3.末端吸收：出现在短波区，紫外区末端吸收增强，未成峰形。4.生

19、产基团：能产生吸收峰的原子或原子团。5.助色基团：本身不能产生吸收，对周围的生色基团产生作用，使生色基团产生吸收。6.红移：由于结构微小改变测定结果改变，吸收峰向长波长方向移动。7.紫移：由于结构微小改变测定结果改变，向短波长方向移动。5吸收光谱分析的一般步骤确定最佳显色体系样品通常无色，要进行显色反应例1： cd2+的测定本身不能产生吸收光谱，进行显色反应例2： fe2+的测定，显色反应：fe2+3phen=fe(phen)2+3绘制特征吸收曲线，找出最大的吸收波长maxmax只与溶液性质有关，与浓度c无关，定量分析，在最大下进行工作。绘制标准曲线绘制方法：配制系列标准溶液在max下测定得到

20、一组()在平面直角坐标系上图，得一直线注意取值范围，标准溶液的吸光度a应在0.040.8实际在高浓度时，a与c不是直线(偏离)测未知水样的a未，在该标准曲线上找出相应的c未6比色法与分光光度法1.比色分析：比较溶液颜色的深浅确定物质含量的方法目视比色法：例如色度测定光电比色法：初步具有分光系统2.分光光度分析：特点：光源用棱镜或光栅将复合光变为单色光监测系统光电倍增管，光信号转化为电信号分类：可见分光光度计，紫外可见分光光度计构成：光源：紫外氢弧灯，氘灯(200400nm)，可见光钨灯 (400800nm)分光系统：狭缝+棱镜（或光栅）吸收系统：样品架+样品池（吸收池，比色皿）通常将4个样品池

21、的第一个位置作为参比池，放参比液，用来凋零 检测记录系统光电（倍增）管，数字或指针表盘显示相应的a值7721或752的使用打开光源，黄灯亮,预热10min用波长旋钮调max打开样品池暗箱盖，断开光路，调100%，吸光度a=，透光率t=0 选择合适的参比液(如：蒸馏水)，合上暗箱盖，将参比池置于光路中，调零，t=100%,a=0重复和至少两遍8分光光度法应用例：铁的测定1 fe2+的测定配制系列标准溶液，显色反应：fe2+3phen=fe(phen)2+3绘制特征吸收曲线，找出最大的吸收波入max(每变化波长，就重新调整零点)绘制标准曲线未知水样显色反应，测未知水样的a未，在该标准曲线上找出相应

22、的c未2 总铁的测定在水样中加nh2ohhcl（盐酸羟胺）或抗坏血酸还原，重复fe2+的测定步骤第七章 电化学分析知识点1直接电位分析 1.电化学分析的专用电极指示电极电极电位随待测物质含量变化而变化参比电极电极电位在测定过程中不变2.指示电极的种类a.金属基电极m/mn+ 金属/金属离子电极例：cu/cu2+ 电极反应cu2+2e=cu 电极电位金属/金属难溶盐电极例： 电极反应 电极电位与浓度有关均相氧化还原电极（惰性金属） 例：pt/fe3+，fe2+ 气体电极 例：pt/h+，h2 定义：b.膜电极离子选择电极 例：ph玻璃电极测定不同的体系，应选择不同的指示电极3.参比电极例：饱和甘

23、汞电极 hg，hg2cl2/cl- 电极电位氯离子溶液用配制，饱和溶液在一定条件下电极电位是一个定值。4.复合电极=指示电极+参比电极2电位滴定电位滴定终点判断方式：电极电位突跃电位滴定的用途： 无合适指示剂 有色，混浊，有胶体物，覆盖指示剂产生的颜色 混合离子连续滴定例：cl-、br-和i-不可用分步沉淀滴定，可使用电位滴定连续测定(分步沉淀的前提，当第二种离子沉淀，前一种离子必须沉淀完全)非水滴定(滴定体系不含水，但绝大多数指示剂都是水溶液)3ph值的测定原理和方法是一种直接电位分析，用玻璃电极做指示电极，饱和甘汞电极为参比电极组成工作电池1 玻璃电极h+专属性离子选择电极电极浸泡后形成水

24、合硅胶层： 电极电位：其中：，其它值为常数玻璃电极使用注意：浸泡24小时形成水合硅胶层 通过缓冲溶液进行校正1. ph的测定原理电池：(-)玻璃电极饱和甘汞电极(+) 定义： 由于k值很难测量和计算，实际应用时以ph值已确定的标准溶液为基准计算 ph计的使用定位用标准缓冲溶液：邻苯二甲酸氢钾ph=4.0 混合磷酸盐ph=6.86 四硼酸钠ph=9.18两点定位法第一点定位：用ph=6.86缓冲溶液第二点定位：水样ph7 用ph=9.18重新定量一点第八章 色谱法与原子吸收光谱法知识点1色谱的用途色谱技术的核心混在一起的有机物进行分离的过程 分离技术：2色谱的组成固定相分离的过程中，这一相始终不

25、动，吸附或溶解有机物主要类型：液体固定相高沸点的有机溶剂，溶解有机物 例：角鲨烷 固体固定相吸附有机物 例：硅胶流动相携带有机或无机气体进入固定相，主要类型：气体流动相惰性气体 n2、ar、he，称为载气 液体流动相水或有机溶剂3色谱的分类按流动相分 气相色谱法 (gc) 液相色谱法 (lc)，离子色谱是其中一种按动力学原理分类：迎头、顶空、柱上4气相色谱的基本结构进样系统（汽化室、进样）+分离系统+检测器5基本术语色谱图即色谱流出曲线，将检测电流信号，对混合物分离时间(min) 作图得到的曲线基线：只有纯流动相通过检测器时得到的信号-时间曲线，理论上是一条水平直线，操作条件变化时会产生基线漂

26、移或或起伏即噪声死时间t0：从进样开始到空气峰最大值，所经历的时间死体积v0：从进样开始到空气峰最大值，载气通过的体积保留时间tr：从进样开始到样品峰最高时所经历的时间保留体积vr:从进样开始到样品峰最高时所所流过的载气体积校正保留时间tr：从空气峰的最大值到样品峰最高时的时间tr=tr-t0校正保留体积vr：从空气峰的最大值到样品峰最高时流过的载气体积 vr=vr-v0相对保留值 峰高h：从样品峰的顶点到基线的垂直距离半峰宽w1/2：样品峰峰高一半处的峰宽度基线宽度wb：即峰宽，样品峰两侧拐点作切线与基线相交部分的宽度6分离原理当载气携带样品进入色谱柱，由于物质结构的不同，导致吸附或溶解能力

27、不同；吸附或溶解能力大在柱中停留时间长；吸附能力弱或溶解小的物质停留时间短，先行流出色谱柱。7检测器作用：将组分浓度或含量转化成电信号热导池检测器(tcd)用途：测烃、永久气体 例：co2、h2、ch4原理：利用惠斯登电桥，物质导热系数不同，当物质进入测量壁，对热敏阻值影响不同，阻值大小不同，电信号不同氢焰离子化检测器(fid)用途：测易燃有机化合物原理：氢气在空气中燃烧，有机物进入火焰中电离带正电的离子，进入偏转磁场，离子的偏转轨迹不同，离子流强度不同电子捕获检测器(ecd)用途：测带有电负性大的原子的有机卤化物原理：放射性源n63i 载气电离发射电子形成基流，当电负性大的元素进入后，可以捕

28、捉基流中的电子，使基流下降火焰光度 (fpd)用途：含硫、磷元素化合物的分析，又称硫磷检测器原理：助燃气体，硫磷燃烧产生光强度不同产生火燃8色谱柱 1. 柱型：毛细柱或填充柱填充柱：可反复使用，可更换固定相材料承受一定的温度，玻璃，聚氯乙烯，不锈钢 形状u型 螺旋型分类按固定相，分为：非极性柱、弱极性柱、中等、强2填充柱的制备 填充柱的清洗 固体固定相：用负压抽吸法填充 液体固定相：要进行涂渍(固定)后再填充 老化：用不含任何样品的载气进行吹扫老化温度：老化时色谱柱的温度低于固定相的使用温度、高于分析时的柱温老化时间：4-8h 老化目的：赶走残存的溶剂 赶走在固定相制备过程中低沸点的杂质 赶走

29、低分子量的聚合物 老化过程是固定相的再分配过程老化时注意断开检测器3.柱效能用塔板理论来衡量： h有效有效塔板高 n有效有效理论塔板数分高度r：相邻两组分间的实际分离程度，r值是否大于1.5进行判断两峰是否完全分离r与n有效的关系： 例：r1、2=1.12 当h有效=0.1cm 若r1.5，求柱长l=？解：9色谱的定性与定量 选择色谱纯试剂为标样小知识：化学试剂按纯度分类：色谱纯优级纯分析纯化学纯工业品 色谱条件：仪器型号 选择色谱柱柱温 恒温：测定过程中不变程序升温：不同沸点的有机物分离效果好检测器种类与温度选择气化温度：使气化室的有机物气化 载气：n高纯2、空气 (指明流速、流量)记录条件 定性：前提：相同的色谱条件tr、tr、vr、vr、r12 相同可定性峰高增加法：若水样加入丙酮，峰高明显增加，则可知水中现有有机物是丙酮定量方法： 被测物质的量与峰面积或峰高成正比 标准曲线外标法10色质联用技术在给水排水中的应用1.色质联用技术的发展由于标准样品的限制和色谱检测器的分辨能力使得大量的混和有机