简易快速水质分析箱的研制及应用

1、简易快速水质分析箱的研制及应用组长：卓俊敏小组成员：李华 曾智聪 胡泓梵 纪翔 何桥一、课题意义随着现代水产养殖技术的发展，尤其是“名、贵、特、优”精养品种的开发，人们对水质的要求越来越严格。水质的好坏，与水产养殖生产的丰歉休戚相关。能否及时准确地监测其主要水质指标的浓度及变化趋势至关重要。目前国内水质测定大部分采用现场取样，在实验室进行化学分析。由于某些物质稳定性差，从取样到分析过程中，可能已造成浓度的变化，分析结果不一定能反映现场水质情况；另一方面，它需要有一定专业知识的技术人员来进行测试。因此,研制一种使用方便，随身携带，一般养殖人员可自行操作使用的水质监测方法，对了解水质情况，及时指导

2、养殖业生产是很有必要的。通过制作简易水质分析箱，能够在海边及时测量海水质量。测量结果与实验室方法比较，得出水样分析的最终结果。二、实验内容及相关内容介绍对养殖水体而言，需测定的水质参数为pH、DO、氨氮、硝氮、亚硝氮、盐度、温度和 硫化物等。本次实验所测项目为： pH、DO、氨氮。2.1 pH各种水生生物有各自最适宜水长的pH范围。借助pH值的分布，有助于认识各自海洋动植物的生活环境，进而掌握海洋动植物的生长繁殖规律。通过书中资料发现：当pH，鱼类正常生长；当pH5或10.8 鱼类死亡。影响养殖水体pH的主要因素水文条件(温度、盐度)；生物活动和有机物分解；此外还有一些因素，归纳如下：l温度：

3、T上升，pH下降。l因海水中弱酸电离常数随T升高而升高。l盐度：盐度升高，离子强度也升高，碳酸的电离度下降，氢离子活度下降，所以pH升高。l生物活动：因为光合作用消耗CO2，使平衡左移，pH升高；而生物呼吸作用或有机物的分解则产生CO2，使平衡右移，pH下降。在夏季，白天表层海水光照升高，浮游植物的光合作用呼吸作用或有机物分解作用，pH升高；到了晚上，没有光照，光合作用为0，呼吸或分解作用照样进行，故pH下降。l随着养殖过程大量人工投饵和水文新陈代谢，引起水体pH值变化、甚至水质恶化和养殖生物死亡。因此，了解水体pH值及其变化情况，对养殖业至关重要。由于海水的酸碱缓冲容量大，其pH值通常呈弱碱

4、性，一般7.58.6。河水缓冲容量小，pH变化大，5.47.5。污水与其性质有关，变化非常之大2.2 DO溶解氧是水生生物赖以生存的重要物质之一。生物生长离不开DO。DO也是海水运动的间接标志。海洋表层水DO通常与大气相平衡。 在真光层（100200m）DO含量较高，因为浮游植物光合作用产氧。真光层以下，DO达最小。因为生物的代谢物在这里分解要耗氧。影响DO的主要因素有温度、pH、生物活动、人工投饵。大洋水DO08.5mg/L，低盐区14.5mg/L养殖水要求：24h内须有16h保持DO4mg/L，最低3mg/L，即DO4mg/L氨包括离子氨(NH4) 和非离子氨(NH3) 氨是生源要素之一，

5、是评价水质好坏的重要指标，它是含氮有机物分解的中间产物。细菌对硝酸盐的反硝化作用、细菌和兰藻进行固氮作用均会产生氨。海水中氨主要以NH4形式存在，也有少量未电离的NH3。生物需要NH3，但不能过量。因为过量的NH3对鱼贝类生长有抑制作用，严重时引起鱼类和无脊椎动物中毒死亡。因为NH3不带电荷，脂溶性较高，易透过细胞膜。NH4的毒性取决于pH，并直接与NH3浓度成正比。两者的浓度之间有一经验关系式。由于时间所限，本实验只选择3项：pH、DO和氨作为简易快速水质分析箱的研制和测定项目。三、实验设计简述3.1溶解氧：想法：用比色法来测定，然后用碘量法来验证。3.1.1碘量法 1.实验原理：采用碘量法

6、（即Winkler法）测定水体中的溶解氧。往水样中加入MnSO4溶液和KI-NaOH溶液，水样中的溶解氧即被定量地转化三价锰化合物的褐色沉淀：Mn2+2OH- = Mn(OH)2 (白色)2Mn(OH)2+1/2O2+H2O = 2Mn (OH)3(褐色)加入酸把三价锰化合物定量地转化为I2。2Mn(OH)3 +2I- +6H+ = 2Mn2+ +I2 +6H2O以淀粉作指示剂，用Na2S2O3标准溶液滴定上述反应生成的I2，并由此计算水平中溶解氧的浓度。2实验用品150mlDO固定瓶、25ml碱式滴定管、三角烧瓶K2Cr2O7标准溶液、淀粉溶液（0.5%）、溶、KI-NaOH溶液、溶液（1：

7、1）、固体KI。3. 实验内容和方法（1）水样的采集：采水器出水后，立即套上橡皮管以引出水样。采集时使水样先充满橡皮管并将水管插到瓶底，放入少量水样冲洗水样瓶，然后让水样注入水样瓶，装满后并溢出部分水样（约50ml左右），抽出水管并盖上瓶盖（此时瓶中应无空气泡存在）。（2）按下述方法检查水样中有无氧化性干扰物存在：取样；KI-NaOH；浓H2SO4；摇匀；MnSO4；摇匀（3）水样的固定：重新取样后，迅速依次加入溶液和KINaOH溶液各1ml，立即盖上瓶盖（加盖后瓶中应无空气泡存在）。按紧瓶盖反复翻转颠摇20次左右使之混合均匀，静置让沉淀尽可能下沉到水样瓶底部。（4）配制250mlK2Cr2O

8、7标准溶液（）：称取固体（AR，于130烘3h）0.1226g，溶解后在250ml容量瓶中定容。（5）标准溶液的标定 移取标准溶液20.00ml于250ml碘量瓶中，加入KI溶液5ml和溶液2ml，盖上瓶口混匀并在暗处放置5min，加纯水50ml。以标准溶液滴至淡黄，加入淀粉溶液1ml，继续滴至溶液呈无色为止，读取滴定管读数V（双样滴定取平均值）。（6）水样的酸化滴定：待固定水样中的沉淀沉降至一半以下时，小心打开水样瓶瓶盖，于水样瓶中加入溶液1ml，盖上瓶盖摇动水样瓶使沉淀完全溶解，取50.00ml酸化后的溶液与250ml三角烧瓶中，以标准溶液滴至淡黄，加入淀粉溶液1ml再继续滴至蓝色变成无色

9、，记下滴定管读数n。数据处理：DO(mgO2/L)=其中N、V分别是碘液的当量浓度和体积。3.1.2比色法1.可通过测定碘液的颜色强度来判定DO的含量，从而避免碘量法中后半部的滴定操作及Na2S2O3标准液的配制和标定。2.可根据淀粉试纸在不同碘液浓度中其呈兰色且发色强度不同，对照其色阶判定DO的含量，该方法可避免因水样混浊对析出等量碘液的颜色的干扰。3.具体的制作1）试剂： MnCl2 碱性碘化钾 1：1硫酸2）色阶系列的配制分别移取0.025N碘液0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25 mL于50mL容量瓶中，以蒸馏水定溶。溶解氧

10、相当量根据下式计算：DO(mgO2/L)= N*V*8*1000/50，其中N、V分别是碘液的当量浓度和体积。这样配成的碘液对应的溶解氧浓度如下： V碘液（mL）：0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25DO(mg/L)： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9将上述各标准溶液系列分装至10支10 mL试管中，并写上相应的溶解氧浓度，作为标准色阶系列。颜色变化：无色浅黄黄色橙黄精度：0.5 mg/L 范围：0-9 mg/L4.具体测试方法：取水样装满10 mL比色管，固定水样（加入MnSO4和碱性KI各2滴 ），待沉淀至管高的一半时，加

11、1：1硫酸，混匀，比色，直接得出水样中溶解氧的数值。3.2 pH海水通常呈弱碱性，由于缓冲容量大，其pH值一般在7.58.6之间，而河水酸碱缓冲容量小，pH变化大，一般为5.47.5之间，当沿途污水排入时，其变化将更大。 常用的测量方法：电测法和比色法（ pH 试纸）电测法优点：快速、准确、仪器使用方便缺点： pH 电极易受水体的影响，标准缓冲溶液需校、更换因此：不利于养殖现场的测定。比色法1. 原理：加一定量的指示剂（如甲酚红）于同一体积的一系列已知pH值（用电测法测定）的标准溶液和海水试样中，若水样的颜色与某一标准颜色相近，则可认为水样的pH值等于该标准溶液的pH值。若水样的色泽处于两个标

12、准液的色泽之间，则其pH值可用内插法求得。.2.特点：简便、廉价，可以达到海水养殖测定要求（ 0.05 pH单位 ）3.指示剂的选择海水： pH变化范围7.58.6查表可知应选用甲酚红（有效变色范围pH 7.2-8.8） 淡水： 5.47.5 查表可知应选用溴百里酚兰（有效变色范围pH 6.0-7.6）4.比色法的具体操作：1）试剂硼砂溶液：选用分析纯的Na2B4O710H2O在NaBr干燥器中干燥至恒重，称取19.108克溶解并稀释到1升。 硼酸溶液：选用分析纯H3BO3，在CaCl2干燥器干燥至恒重，称取12.925g混以2.925g二级纯的NaCl（须在160烘箱中烘干，在干燥器内冷却，

13、称量），溶解并稀释至1升。甲酚红指示剂：100mg甲酚红溶于100mL 20% 酒精中，配好贮存于暗处，可长期使用。 磷酸氢二纳：称取Na2HPO42H2O 11.876 g/L或Na2HPO4 9.4g/L，溶解并稀释至1升。 磷酸二氢钾：称取KH2PO4 9.078g/L，溶解并稀释至1升。 溴百里酚兰指示剂：称溴百里酚0.5g 溶于250mL20乙醇中。2）海水水样色阶缓冲体系：硼砂和硼酸 pH范围：7.4-9.0间隔0.2，共9份，每份配制20.0 mL，每瓶溶液均用pH计测定，并将测得的pH值标记于瓶上。色阶配制：取9支10mL刻度试管，分别取上述各瓶pH缓冲液各10.0mL，加入5

14、滴甲酚红指示剂，混匀后装入1.5mL小塑料瓶，将色阶密封（瓶口可涂蜡），标明pH值，存放于暗处或特制的比色箱中，这样配成的标准色阶能较长时期使用。色阶架上应附一盛有蒸馏水的试管，插入温度计，记录标准色阶温度，必要时进行温度校正。3.3 氨氮比色法1.方法原理水溶液中极少量的氨在碱性环境中与Nessler试剂形成黄色化合物NH2Hg2OI2K2HgI4NH4OH3KOH = NH2Hg2OI7KI3H2O当氨氮浓度在10800mg/L范围时，生成化合物的颜色与含量间有一定线性关系，可用比色法测定，此化合物的胶体状态析出并逐渐凝结。随着NH4含量的增加，颜色由黄色加强至红褐色，且凝聚加强。Ness

15、ler试剂不仅与NH4、游离氨能生成有色化合物，与水中各种蛋白质化合物分解生成的氨能发生同一反应，很适合养殖水的测定。2.试剂 无氨蒸馏水：1L蒸馏水中加1mLH2SO4和数粒KMnO4，然后进行蒸馏。收集馏出液，小心保存。 30% 酒石酸钾钠水溶液：取优级纯酒石酸钾钠，用无氨蒸馏水配成30%溶液。 20% NaOH溶液：用优级纯NaOH配制20% 水溶液（用无氨蒸馏水）。 Nessler试剂：溶解115g HgI2和80g KI于500mL无氨蒸馏水中，然后再加入500mL经煮沸除氨的6N NaOH溶液，将此液置于暗色玻璃瓶中。 无氨海水：把盐度与水样相近的海水倒入烧杯中，用Na2CO3稍加

16、碱化，加入同体积的蒸馏水，蒸沸至原来体积。加入少许HCl以消除浑浊，冷却后倒入干净的容器中，塞紧保存。也可以陈化海水或大洋或深海海水代替无氨海水，也可以用人工无氨海水代替之。 NH4Cl标准贮备液：称取0.2674g NH4Cl（A.R，110烘1小时）配成500mL，浓度为10mmol/mL 。 NH4Cl标准使用液：移取NH4Cl标准贮备液2 mL稀释成100 mL，浓度为0.20 mmol/mL 。3.配制标准色阶A：在6个50 mL比色管分别加入1.25mL的30%的酒石酸钾钠和5mL 20% 的NaOH溶液；B、用移液管移取NH4Cl标准使用液0，0.40，0.08，0.16，0.24，0.32,0.40mL分别注入50mL的容量瓶中，然后用无氨水稀释至刻度，摇匀将B缓慢倒入A，摇匀后加入1 mL的Nessler试剂，混匀，10分钟后进行比色，并在l=420nm处用l=1cm的比色皿测其吸光值，并作出标准工作曲线。这样所配制的一套标准色阶的浓度分别为0，10，20，40，60，80,100mgN/mL。4.实际水样测定移取50.0mL水样（同DO测定水样，若水样过