水质分析监测技术进展论文资料

水质分析的意义和内容

水资源在地球水圈中的总量为1.37×109Km3总水量海水97.3%淡水2.7%地球南北极冰川及冰盖中河流、淡水湖、地下水1%水污染的分类物理性污染

使水的物理特性变化，色度、浊度物质污染、悬浮固体污染、热污染和放射性污染化学性污染随废水及其它废弃物排入水体的酸碱、有机无机污染物，导致水中溶解氧减少，硬度变大，含大量重金属离子生物性污染水中出现病菌、寄生虫等病原微生物保护水资源防止污染，以预防为主措施：对水质分析项目定期严格监测、控制污水和废水排放标准，以免水体被污染内容：基本上是分析化学的应用，水质分析项目已待知，直接定量。化学分析法质量分析法根据化学反应生成物质量进行定量，如挥发法，沉淀法等。滴定分析法化学反应中消耗标准溶液的浓度和体积进行定量如酸碱滴定、缝合滴定等。仪器分析法光学分析法：比色法、比浊法、分光光度、发射光谱、原子吸收、荧光分析等电化学分析法：电位分析法、电导分析法极谱分析气相色谱法：苯系物、挥发性卤代烃、DDT、有机磷农药类水质的物性检测方法工业用水常要检测的物性有四个方面，不溶物（浊度）食盐量（溶解性固体或总溶固）PH值含油量。溶解性固体的测定定义：溶解性固体（物）（dissolvedsolid）ISO关于该术语所下的定义是：指在规定的条件下，样品经过过滤和蒸干后所留下的物质。测试方法:重量法：对于含量较高的水

电导法：对于含量较低的水

重量法

将水样过滤，滤去不溶于水的固体，然后在指定温度下将水全部蒸发掉，称残留固体的重量，它包括了可溶于水又不易挥发的非固体物质。滤液应澄清透明，否则应重新过滤。一般水样的重量法测定（1）用一直径8cm左右的玻璃蒸发皿，洗净后在105～110℃的烘箱内干燥30分钟后，放入干燥器中冷却30分钟后称重，反复至相邻两次的重量之差不超过0.0004g，可视为恒重。将水样通过慢速滤纸（或G4玻璃砂芯漏斗）过滤用移液管吸取滤过的水样100mL于已恒重过的蒸发皿中。

一般水样的重量法测定（2）为防止暴沸，应首先将蒸发皿置于水浴上缓缓蒸发至将近干涸，再将蒸发皿放入105～110℃烘箱中烘一小时，并按恒重空白蒸发皿的过程进行恒重，直到相邻两次的重量之差不超过0.0004g为止，则该水样中的固溶量测定误差一般有机物在105±2ºC时损失较少，仅挥发性有机物质有微量损失以及碳酸氢盐转化为碳酸盐而使重量减少。但在此温度下测得的总固体不仅保留了盐类的结晶水，而且保持了一些机械包含水，所以测得的结果通常偏高。锅炉水样的重量法测定（1）重量法测定锅炉水水样时，因水样碱度较大，需加入与其相当量的硫酸标准溶液将水样中和后才能测定水中当含有大量氯化钙、硝酸钙、氯化镁、硝酸镁时，由于这些化合物强烈吸潮不易称重，故需加入适当量的碳酸钠溶液，使它们转化成为碳酸钙、碳酸镁、氯化钠和硝酸钠。除硝酸钠略有吸潮外，其他化合物均易干燥，便于称重。锅炉水样的重量法测定（2）（1）取一定量已用G4玻璃砂芯漏斗过滤过的水样于一烧杯中，加入与其酚酞碱度相当的硫酸标准溶液，使水样中和至PH值等于8.3左右。（2）将中和后的水样逐次注入已恒重的玻璃蒸发皿中，在沸水浴上蒸干。（3）其余手续与一般水样蒸干后的操作相同。溶解性固体的含量计算

X=

ａ：计算方法见水样碱度的测定(mg/L)；1.06:水样中OH-离子中和成H2O的换算因数；b:水样中CO32-离子的含量，计算方法见水样碱度的测定，mg/L；0.517:水样中CO32-离子中和成HCO3-离子的换算因数；c:每升水样所加硫酸标准溶液的体积，ml;49.00:1/2H2SO4的摩尔质量，g/mol。吸湿性强水样的重量法测定

（1）吸取一定量已用玻璃砂芯漏斗过滤过的水样，逐次注入加有20.00ml碳酸钠标准溶液的玻璃蒸发皿中，在沸水浴上蒸发至干。（2）其余手续与一般水样蒸干后的操作相同。溶解性固体含量的计算公式

式中W1、W2、V与前式相同；

a：加入碳酸钠标准溶液的体积，ml；0.0：碳酸钠标准溶液的浓度，mg/ml。水的电导率的测定

由欧姆定律：

电导的定义

单位：西或微西（S、μS）κ为电导率μS/cm

Ｑ为一常数，称为电导池常数㎝-1纯水的电导纯水可离解成H＋和OH－，绝对纯水的电导率在25ºC时.理论值5.5×10-8Ｓ·cm－1，因此任何水溶液的电导率不可能小于此值。普通蒸馏水：电导率≈5×10-6S·cm－1去离子水：电导率≈1×10-7S·cm－1在高纯水质测量中，为防止空气中可溶性气体的干扰，一般采用流动测试法。几种典型物质的电导率实际测定

根据实际经验，通常在PH=5—9范围内，天然水的电导率与水中溶解物质之比大约为1：0.6～0.8。一般对炉水来讲，先用硫酸中和至酚酞刚褪色时，测得的电导率与溶解固形物之比约为1：0.5～0.6。即1s/cm相当于0.5～0.6mg/L溶解固形物。使用电导仪测电导。吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法。它包括：比色法:比较颜色的深浅来测定物质的浓度。可见分光光度法紫外分光光度法用分光光度计进行分的方法目视比色法吸光光度法基本原理单色光：只有一种波长的光。复合光：由各种波长的光按一定比例混合而成。复合光也可由透射光和吸收光组成。这两种光互为补色。可见光的吸收与颜色波长（nm）颜色吸收的观察到的380-435紫黄绿435-480蓝黄490-560蓝绿红560-580黄绿紫580-595黄蓝595-650橙绿蓝650-780红蓝绿物质颜色和吸收光颜色的关系白光青蓝青绿黄橙红紫蓝吸收曲线

将不同波长的光透过某待测物，测量其对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，

吸光度为纵坐标作图，可得到一条曲线，称为吸收光谱曲线或光吸收曲线，它反映了物质对不同波长光的吸收情况。

KMnO4溶液的吸收光谱图

分光光度法定性定量的依据紫外－可见吸收光谱定性的依据：同一种吸光物质，浓度不同时，吸收曲线的形状相同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。紫外－可见吸收光谱定性的依据：吸光度的大小与其浓度相关，其定量关系符合朗伯－比耳定律。朗伯－比尔定律当一束平行的单色光通过含有吸光物质的溶液时，由于溶质吸收光能，透过溶液后光线的强度要减弱。透光率（透光度）

透过光强度I与入射光强度I0之比（以T表示）

透光率的倒数称为吸光度A代表了溶液对光的吸收程度，为无因次量；A越大，则吸光物质对光的吸收越大。

吸光度A朗伯－比耳定律：

比例常数，称为吸光系数

液层厚度，单位cm。浓度摩尔吸光系数（ε）当浓度c以g·L-1为单位，液层厚度b以cm为单位时，吸光系数的单位为：

若溶液浓度为mol·

L-1时：吸光系数称为摩尔吸光系数

摩尔吸光系数的物理意义

表示吸光物质的浓度为1mol·L-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。

单位为L·

mol-1·

cm-1。由于不能直接测量1mol·L-1高浓度吸光物质的吸光度，因而只能通过计算求得。它是各种吸光物质对一定波长单色光吸收的特征常数。ε越大，表示该物质对此波长光的吸收能力越大。

偏离朗伯-比耳定律根据朗伯-比耳定律，当波长和强度一定的入射光通过光程长度固定的吸光物溶液时，吸光度与吸光物溶液浓度成正比。通常在紫外－可见分光光度分析中需要绘制标准曲线，但在实际工作中，特别是在溶液浓度较高时，常会出现标准曲线不成直线的现象，即偏离朗伯-比耳定律。朗伯－比耳定律的偏离1无偏离2正偏离3负偏离1（1）非单色光引起的偏离

严格地讲，朗伯－比耳定律只适用于单色光。而单色光仅是一种理想情况，由棱镜或光栅等单色器提供的入射光并非纯的单色光，而是波长范围较窄的光谱带（此波长范围即谱带宽度），实际上仍是复合光。由于吸光物质对不同波长光的吸收程度不同，因而入射光是复合光时就会发生对朗伯－比耳定律的偏离。

非单色光对朗伯－比耳定律的偏离

由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离之一

①由于介质不均匀性引起的偏离当被测试液是胶体溶液、乳浊液或悬浮物质时，入射光通过溶液后，除了一部分被试液吸收外，还有一部分因散射现象而损失，导致偏离。

由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离之一

②由于溶液中的化学反应引起的偏离溶液中由吸光物质等构成的化学体系中，常因条件的变化形成新的化合物而改变吸光物质的浓度，如吸光组分的离解、缔合，络合物的逐级形成，以及与溶剂的相互作用等，都将导致偏离

例如K2Cr2O7在水溶液中存在如下平衡：

黄色橙色如果稀释溶液或增大溶液pH，吸收质点发生变化，引起偏离。若控制溶液均在低pH时测定，由于六价铬均以重铬酸根形式存在，就不会引起偏离。紫外可见分光光度计分光光度计主要部件及原理光源

光源的作用是提供激发能，供待测分子吸收。要求光源能发出足够强的连续光谱，并在一定时间内保持良好的稳定性，且辐射能量随波长无明显变化。

常采用的光源有钨灯、卤钨灯、和碘钨灯，可使用的范围在340～2500nm。

氢灯或氘灯，它们在近紫外区测定时使用。它们可在160～360的范围内产生连续光谱。单色器

单色器是从光源发出的复合光中分离出所需要的单色光的光学装置。入射狭缝：限制杂散光进入单色器准直镜：将入射光束变为平行光束后进入色散元件色散元件：起分光的作用，将复合光分解成单色光。物镜：将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出口狭缝：用于限制通带宽度。光栅和棱镜单色器构成图吸收池亦称比色皿，用于盛放分析试样。

石英池适用于紫外－可见区的测量

玻璃池只用于可见区。按其用途不同，可以制成不同形状和尺寸的吸收池，如矩形液体吸收池、流通吸收池、气体吸收池等。

为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。检测器

检测器的功能是检测光信号、测量单色光透过溶液后光强度的变化，并将光信号转变成电信号。常用光电池或光电管作为检测器。

＋Fe片半导体硒片金属薄膜定量测定的条件（1）测定波长的选择测定波长可根据吸收光谱曲线，一般选择最大吸收波长以获得高的灵敏度及测定精度，并能减少非单色光引起的误差，增大测定的线性范围，这称为“最大吸收原则”。但如果干扰物质在此波长处有吸收，这时应根据“吸收最大，干扰最小”的原则来选择测定波长。

如用丁二酮肟比色法测定钢中的镍，丁二酮肟镍络合物的最大吸收波长在470nm左右。试样中的铁用酒石酸钾钠掩蔽后，在同样波长下也有吸收，对测定有干扰。但当测定波长大于500nm后，干扰就比较小了，因此，一般选择在波长520nm处进行测定，灵敏度虽有所降低，但干扰几乎可以忽略。丁二酮肟镍和酒石酸铁的吸收曲线丁二酮肟镍酒石酸铁（2）吸光度读数范围的选择

在不同的吸光度范围内读数所带来的测定误差是不同的。

当吸光度A＝0.4343（T＝0.368）时，测定浓度的相对误差最小（约1.4％）。

将吸光度值控制在0.2～0.8，光度测量误差较小。在实际工作中，可通过调节待测溶液的浓度或选用适当厚度的吸收池等方法使吸光度值落在此范围内。

（3）狭缝宽度的选择在定量分析中，为了避免因狭缝太小使出射光太弱而引起信噪比降低，可以将狭缝开大一点。通过测定吸光度随狭缝宽度的变化曲线，可选择出合适的狭缝宽度。狭缝宽度在某范围内，吸光度恒定，继续增大其宽度至一定程度时吸光度会减少。因此，选择吸光度不减小时的最大狭缝宽度做为最佳测量宽度。（4）有色化合物的形成显色反应：多数情况下，样品中的被测组分不产生吸收，必须加入显色剂（吸光试剂），使该试剂与被测组分作用形成有色化合物后进行测定。被测溶液显色剂＋有色溶液显色反应及显色条件的选择

显色反应的选择灵敏度高：ε的大小是显色反应灵敏度高低的重要标志，选择生成的有色物质的ε较大的显色反应。

选择性好：仅与一个组分或少数几个组分发生显色反应。

显色剂在测定波长处无明显吸收：这样可提高测定的准确度

生成的有色化合物组成恒定，化学性质稳定

显色剂显色条件最大吸收波长ε值氨6201.2×102铜试剂（DDTC）PH5.7-9.24361.3×104CCl4萃取双环己酮草酰PH8.9-9.65951.6×104双腙（BCO）双硫腙0.1mol·L-1酸度5335.0×104

CCl4萃取Cu2＋的显色剂及其络合物的ε值显色条件的选择11显色剂用量：行家的用量常通过实验来确定。吸光度－浓度关系曲线一般有三种不同的情况。0AC0ACMo(SCN)32+Mo(SCN)5Mo(SCN)6-浅红橙红浅红C0ASCN－＋Fe3+Fe(SCN－)n3-n显色条件的选择22溶液的pHpH对显色剂的平衡浓度、被测组分的存在形态以及配合物的形成等均有显著影响。适当调节pH或使用缓冲溶液还可以消除某些干扰反应。溶液的适宜pH值通常通过实验来确定。在被测组分浓度和显色剂浓度一定的条件下，测定不同pH试液的吸光度，当吸光度值基本不变的某pH范围即为适宜的pH范围。不同pH生成配比不同的配合物显色条件的选择33反应时间由于各显色反应的速率以及形成有色化合物的稳定性不同，大多数显色反应需要一定的时间才能完成，因此必须控制显色反应的时间。最佳反应时间同样由实验确定。显色条件的选择44反应温度显色反应通常在室温下进行，但有的反应需要升温以加速显色，而有的则需降温以防止有色物质分解。视显色反应的性质而定，若有色化合物对光敏感，还应避光。显色条件的选择55掩蔽实际上，显色专一的特效反应很少，但可以通过加入掩蔽剂掩蔽干扰离子来达到高选择性。如用作显色剂测定时的干扰可通过加入使之生成无色的而消除。显色条件的选择66加试剂的次序在某些显色反应中，以一定的次序加入试剂也很重要，否则显色反应不完全或不可能发生。Fe(Ⅱ)的测定，加入盐酸羟胺的时间。参比溶液的选择1测量试样溶液的吸光度时，先要用参比溶液调节透射比为100％，以消除溶液中其他成分以及吸收池和溶剂对光的反射和吸收所带来的误差。根据试样溶液的性质．选择合适组分的参比溶液是很重要的。参比溶液的选择21溶剂参比。试液组成简单，消除溶剂，吸收池等因素的影响。2试剂参比。显色剂或其他试剂在测定波长有吸收，加入试剂和溶剂作参比。可消除试剂中的组分产生吸收的影响。3试样参比。试样基体在测定波长有吸收，而与显色剂不起显色反应。按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加显色剂。4平行操作溶液参比仪器测量条件波长吸收最大，干扰最小选择原则：3,3二氨基联苯和Se形成配合物Se-DAB仪器测量条件狭缝宽度定量测定选择原则：在吸光度不减小时的最大狭缝宽度。怎样选择狭缝宽度？通过测定吸光度随狭缝宽度的变化规律，可选择出合适的狭缝宽度。在某范围内，吸光度恒定，狭缝宽度增大至一定程度时吸光度减小仪器测量条件吸光度范围原则：使测量结果的误差尽量减小。当吸光度为0.434时，吸光度测量误差最小！如果光度计读数误差为1％，若要求浓度测量的相对误差小于5％，则待测溶液的透射比应选在70％-10％范围内，吸光度为0.15-1.00。0.15-0.80比浊法

测量由于散射而造成的入射光强度降低，和吸光度测定完全类似，只是入射光强度的降低在比浊法中是散射造成而在吸光度法中是由于吸收造成的。

浊度浊度系数颗粒浓度浊度的测量一些国家从浊度概念出发,制定了国家标准浊度测定法以实现标准化测量日本则将测浊分为视觉浊度、透射光浊度、散射光浊度、积分球浊度。视觉浊度法实际上是以人眼为检测器的透射光浊度法;散射光法也是将接收装置置于光束方向的90度(或270度)处,为避免有机物的吸收对测浊的干扰,规选用的光波长为820nm(国际标准为830nm)浊度仪工作原理影响因素

浊度测量时出现的干扰多数是由于水中个别气泡或杂质产生的散射光发生突变而引起

原子吸收光谱法原理图原子吸收光谱分析原理

试样在高温（火焰或电加热）作用下产生气态原子蒸气，当有辐射通过原子蒸气时，原子就会从辐射场中吸收能量，产生共振吸收。共振吸收谱线一般位于紫外区和可见区。不同元素的共振吸收线具有不同的波长。原子吸收光谱的强度与溶液浓度成正比。锐线光源峰值吸收测量示意图相当于最大吸收波长原子吸收的定量公式：朗伯－比尔定律原子吸收仪器光源作用：发射被测元素的共振辐射。要求：锐线光源．辐射强度大．稳定性高．背景小等。目前应用最广泛的是空心阴极灯，其他还有蒸气放电灯及高频无极放电灯等。原子吸收仪器原子化器功能：提供能量，使试样干燥、蒸发并原子化。原子化的方法有两种：火焰原子化法：常用的是预混合型原子化器非火焰原于化法：常用的是管式石墨炉原子化器。预混合型燃烧器电分析化学它是以测量某一化学体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对象构成一个化学电池的组成部分，通过测量电池的某些物理量，如电位、电流、电导或电量等．求得物质的含量或测定某些电化学性质。化学电池化学能与电能互相转变的装置称为电池，它是任何一类电化学分析法中必不可少的装置。电解池：将电能转变成化学能的装置。原电池：将化学能转变为电能的装置。化学电池与电化学分析装置化学电池：原电池和电解电池。电化学基本装置：两支电极、电源、放大与显示记录装置阴极：AgCl(s)+e→Ag(s)+Cl-阳极：1/2H2(g)→H++e总反应：1/2H2+AgCl(s)→Ag(s)+HCl无液接电池

有液接电池电极反应锌电极上发生氧化反应：

Zn=Zn2++2e铜电极上发生还原反应：

Cu2++2e=Cu电池的总反应为：

Zn

+Cu2+=Cu+Zn2+化学电池的组成1．组成：无论是原电池还是电解池，它们都由两个电极插入电解质溶液中构成。工作条件为：外电路导通；溶液中离子可以迁移；固液界面有电子得失。所以组成归结为：导线、电极、电解质溶液

2．化学电池的阴极和阳极：发生氧化反应的电极称为阳极，而将发生还原反应的电极叫做阴极。电池的表示符号

a1，a2分别表示两电解质溶液的活度。两边的单竖“｜”表示金属和溶液的两相界面，中间的双竖“‖”表示盐桥。电池的电动势

E=E+-E-电池电动势

(-)

电极a

溶液(a1)

溶液(a2)

电极b(+)阳极E

阴极化学电池可测定的量是电动势，而电动势是两个半电池电极电位的代数和。可表示为：

E=Ec-Ea+E液接

=E右

-E左+E液接电极反应一个电池由两个电极组成。每个电极可以看作半个电池．称为半电池。一个发生氧化反应，另一个发生还原反应。按以上惯例，电极电位的符号适用于写成还原反应的半电池。例：电极电位的数值电极电位仅仅是一个相对值。绝对的电极电位无法得到！！！标准氢电极为了计算或考虑问题的方便，各种电极测量得到的数据能有可比性，第二个电极应是共同的参比电极。这种参比电极在给定的实验条件下