水分析化学课件剖析

思考

（1）纯净水、自来水、矿泉水、地下水、河湖水、海水、城市污水等本质的区别是什么？科学的鉴别方法是什么？（2）如何评价环境水体质量？水中有哪些污染物？含量是多少？对环境、生物有没有危害？（3）城市给水、污水处理工艺的确定依据是什么？处理效果如何评定？

(4)新的水处理工艺技术研发评价的依据？

….第一页1第二页，共52页。课程定位给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定十门骨干课程之一。教学时数56学时，其中课堂教学40学时，实验教学16学时。先修课程：普通化学、有机化学和物理化学第二页2第三页，共52页。基本操作基本技能基本方法基本概念基本原理基本理论掌握6个基本点注重培养严谨的科学态度培养独立分析和解决分析化学中实际问题的能力注重2个培养强化并树立准确“量”的观念树立1个“量”概念水分析化学课程的学习目标第三页3第四页，共52页。教学方式课程讲授：核心的、最具价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法。内容总结、讨论、习题课、参观：围绕课程知识点归类总结、大型仪器应用演示与认识参观等课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目课程材料：教材、多媒体教学课件第四页4第五页，共52页。学习方法与答疑安排1、学习方法:

（1）预习、听讲、记笔记；（2）课后复习消化、做作业；（3）实验验证；（4）课堂讨论(5)期末整理总结课程内容脉络，形成知识构架；第五页5第六页，共52页。实验教学方式试验录像演示：实验录像实际操作：利用实验项目培养学生规范的操作技能和分析问题解决问题的能力考核方式：实际操作、口试相结合第六页6第七页，共52页。教学要求及成绩评定1、课后作业：

1~3题/次课

1篇关于水质分析方面的综述性论文或水质分析方案设计（可选）2、平时小测验：1次/3~4章3、成绩评定:

平时作业和小考5%；实验15%；期末80%第七页7第八页，共52页。教材和主要参考书黄君礼，水分析化学，第三版，中国建工出版社郝瑞霞，吕鉴等，水质工程学试验与技术，北京工业大学出版社国家环境保护总局、《水和废水检测分析方法》编委会，水和废水检测分析方法，第四版4.李克安，分析化学教程，北京大学出版社5.武汉大学教研室编

：分析化学（第四版）6.华东理工大学、成都科学技术大学分析化学教研室编，分析化学（第四版）第八页8第九页，共52页。

第1章绪论（2学时）1.1水分析化学性质和任务1.2水分析化学的分类1.3水质指标与水质标准1.4国内外水质指标体系（自学）第九页9第十页，共52页。

分析化学(analyticalchemistry)是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息科学。1.1

水分析化学性质和任务第十页10第十一页，共52页。社会科学、考古学人类学和法医学分析化学化学学科的所有分支物理、天体物理、天文和生物物理工程学、民事、化学、电以及机械医学、临床化学药物化学、药学毒物学生物学、植物学、遗传学、微生物学、分子生物学和动物学地质学、地球物理学、地球化学和古生物学环境科学、生态学和海洋科学农业、动物科学农作物科学、食品科学、园艺学和土壤科学材料科学、冶金学和高分子科学等学科第十一页11第十二页，共52页。水的循环与水质污染水的自然循环第十二页12第十三页，共52页。水的特性与同族元素（硫等）氢化物相比，具有相对高的熔点和沸点温度体积效应异常：冻结时膨胀、0~4℃时体积随温度升高而降低、4℃是体积最小，密度最大热容量最大：除液氨外，所有液体和固体物质中，水的热容量最大—调节气温具有强溶解性、强反应能力的溶剂：介电常数很大（使溶质电离能力强），许多物质在水中溶解度大，电离度大，可发生各种化学反应强流动能力较大的表面张力：液体中除汞以外，水的表面张力最大第十三页13第十四页，共52页。（1）化学型污染：指排入水体的碱、酸、无机和有机污染物造成的水体污染。

（2）物理型污染：指引起水体的色度、浊度、悬浮性固体、水温和放射性等监测指标明显变化的物理因素造成的污染。

（3）生物型污染：未经处理生活污水、医院污水等排入水体，引入某些病原菌而造成的污染。水质污染类型第十四页14第十五页，共52页。1、

水分析化学的任务研究水及其杂质、污染物的组成、性质研究水中杂质的含量及其变化情况研究水中杂质的分析方法本课程重点解决的问题第十五页15第十六页，共52页。2、水分析化学的作用分析测试结果是：给水排水设计水处理新工艺开发的依据水环境评价废水综合利用效果水资源保护、利用、开发和治理的“眼睛”和“哨兵”第十六页16第十七页，共52页。水分析化学与传统分析化学的关系建立在传统分析化学基础之上，突出水质指标的工程应用地位，由水质分析技术引出相关的分析化学理论内容第十七页17第十八页，共52页。18按分析方法的原理和手段分：1、★化学分析法(常量组分)：以化学反应为基础的分析方法定义：将水中被分析物质与已知成分、性质和含量的物质发生化学反应，产生具有特殊性质的新物质，由此确定被测物质的存在以及组成、性质和含量。重量分析：Ba2+SO42-残渣分析

滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀1.2 水分析方法分类试剂样品第十八页第十九页，共52页。192、仪器分析法(微量或痕量组分)：用仪器测定被测物质的物理或物理化学性质，以确定水样组成和性质的方法光学分析法：紫外-可见、红外、荧光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收电化学分析法：电位、电导、库仑、安培、极谱色谱法：GC、HPLC、IC

其他：质谱、电子能谱、活化分析、热分析等332+桔红色

max邻二氮菲例：分光光度法测定水中微量铁第十九页第二十页，共52页。20

按所需试样量大小分方法固体试样质量(mg)液体试样体积(mL)常量

>100>10半微量

10～1001～10

微量

<10<1

★按待测组分含量分

常量组分(>1%)

微量组分(0.01-1%)

痕量组分(<0.01%)

按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析第二十页第二十一页，共52页。21问题:(1)

ppm（10-6）或ppb（10-9）与mg/L或μg/L两者之间的关系如何？

(2)污水中COD含量一般在300~600mg/L，属于常量分析还是微量分析？如果水中某组分含量在μg/L数量级，属于哪类分析？分析化学组分含量单位

PPM——partspermillion(10-6)

（mg/kg)或（mg/L)PPB——partsperbillion(10-9)PPT——partspertrillion(10-12）第二十一页第二十二页，共52页。22（一）重量分析法（Gravimetry)是通过化学反应及一系列操作步骤使试样中的待测组分转化为另一种化学组成恒定的化合物，再称量该化合物的质量，从而计算出待测组分的含量。分离称量形式转化过滤烘干称重计算水样被测组分转化方法有：沉淀、气化、萃取等第二十二页第二十三页，共52页。23重量分析法应用水中不可滤残或悬浮物(SS)总残渣Ca2+、Mg2+、Ba2+硫酸盐总残渣灼烧减重优点缺点对于常量分析，比较准确，相对误差0.1%~0.2%操作麻烦，费时，不适于水中微量组分的测定。第二十三页第二十四页，共52页。24（二）滴定分析法（Titrimetry）滴定分析法又称容量分析法：★将已知准确浓度的试剂溶液和被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时所消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出被分析物质的含量的方法标准溶液化学计量点滴定终点滴定管滴定剂被滴定溶液第二十四页第二十五页，共52页。25

（1）常用术语化学计量比若A、B物质的量分别为nA、nB，滴定的反应比为a

：b，则滴定反应的化学计量关系为：终点误差主要是滴定终点与化学计量点不一致引起的滴定终点指示剂变色的点Endpoint化学计量点Stoichiometricpoint为化学计量数比第二十五页第二十六页，共52页。26（2）滴定误差的产生:用HCl滴定NaOH甲基橙为指示剂（变色范围

pH3.1~4.4）化学计量点pH=7

HCl标准溶液NaOH溶液甲基橙滴定前过量红

——

橙

——

黄pH＜3.1

3.1-4.4

＞4.4滴定终点红色橙色

黄色第二十六页第二十七页，共52页。27化学计量点(sp)滴定终点(ep)指示剂（In)终点误差(Et)终点误差来源：（1）变色点和计量点pH不一致；（2）指示剂变色范围大小影响；（3）滴定操作过程的误差第二十七页第二十八页，共52页。28(3)分析化学中的4大滴定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(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)第二十八页第二十九页，共52页。29★（4）滴定分析对化学反应的要求置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI)

KMnO4直接滴定1.按一定的反应式定量完成(99.9%以上)2.快(或可加热、催化剂)3.有适当的方法确定终点(指示剂)Zn2+间接滴定：Ca2+CaC2O4(s)H2C2O4目测滴定法电位滴定法光度滴定法

返滴定:

Al+EDTA(过量)反应慢第二十九页第三十页，共52页。30（三）化学分析和仪器分析的

定量方法比较化学分析法——绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）仪器分析法——相对定量（标准工作曲线）No.标样浓度

g/L吸收值15.000.045210.00.093320.00.140430.00.175540.00.2366试样0.200问题：仪器分析方法是否要求所依据的化学反应必须反应完全？标准工作曲线的绘制第三十页第三十一页，共52页。31化学分析与仪器分析方法比较项目化学分析法（经典分析法）仪器分析法（现代分析法）物质性质化学性质物理、物理化学性质测量参数体积、重量吸光度、电位、发射强度、热量、电导、电阻等等误差0.1%~0.2%1%~2%或更高组分含量0.01%~1%<0.01%~单分子、单原子理论基础化学、物理化学（溶液四大平衡）化学、物理、数学、电子学、生物、等等解决问题定性、定量定性、定量、结构、形态、能态、动力学等全面的信息第三十一页第三十二页，共52页。

天然水的组成：由于水的强溶解性、强反应性、强流动性，循环过程中混入各种杂质

水—（主要物质）

悬浮物质—细菌、藻类、原生动物、泥砂、粘土等颗粒物胶体物质—硅、铝、镁的水合氧化物、粘土、腐殖质等高分子化合物

8大离子：Ca2+Mg2+K+Na+

HCO3-SO42-Cl-NO3-

离子状物质少量重要离子：H+OH-CO32-

溶解物质金属离子：Mn+（水合氧化物）溶解气体：CO2O2

有机物，等1.3水质指标与水质标准第三十二页32第三十三页，共52页。1.3.1水质分析指标：表示水中杂质种类和数量，判断水污染程度的具体衡量尺度一、物理指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度第三十三页33第三十四页，共52页。

2种测量方法:

文字描述法：臭强度报告（无、微弱、明显、强、很强）

臭阈值法：用无臭水稀释至闻出最低可辨臭气时的稀释倍数

饮用水标准为：臭阈值≤2（一）臭味测量方法第三十四页34第三十五页，共52页。1、颜色分类

真色：过滤除去悬浮固体后的水样颜色

表色：未经沉淀、分离的原水颜色

2、测量方法:

铂钴比色法（清洁水)K2PtCl6+CoCl2·6H2O

1度=1mg/LPt.0.5mg/LCo

稀释倍数法（污染严重水）

饮用水标准为：真色≤15度（二）颜色指标——色度的测量方法第三十五页35第三十六页，共52页。

溶解性固体（DS）有机物1、总固体（TS）

（滤液蒸干103～105℃水样蒸干或180℃

烘干恒重）无机物:总含盐量105～110℃

烘干恒重

悬浮固体（SS）漂浮物有机物VSS（总残渣）（总不可过滤残渣过滤悬浮物（600℃灼烧）

103～105℃烘干恒重）可沉物无机物NVSS

饮用水标准为：溶解性总固体（总可滤残渣）≤1000mg/L（三）固体物质含量的测量第三十六页36第三十七页，共52页。2、浊度概念：

浑浊程度，由悬浮物、胶体杂质、有机物质微生物、浮游生物引起，影响光线透过，使水生生物生态发生变化。是天然水和饮用水的重要水质指标之一

我国饮用水标准为：浊度≤1NTU（浊度单位）

对于污水由于悬浮物高、只测悬浮物含量，不测浊度测定浊度的重要性是水可能受到污染的重要标志之一自来水厂处理设备和设计的重要参数是水厂运行和投药量的重要控制标准第三十七页37第三十八页，共52页。a.目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度系列，将水样与标准系列俯视对比确定

1度=1mg/L漂白土产生的浊度。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形成甲臜聚合物为1度，测定结果单位FTU）c.散射法，浊度仪（也以甲臜聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU）浊度的测定方法第三十八页38第三十九页，共52页。电导率、氧化还原电位ORP、UV254等检验蒸馏水、去离子水或高纯水的纯度监测水质受污染情况锅炉水和纯水制备中的自动控制等电导率用途：自学p9有关ORP、UV254的概念、应用（四）其它物理指标第三十九页39第四十页，共52页。40二、微生物指标（1）

细菌总数：各种细菌病毒的总和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。

饮用水标准为：细菌总数≤100个（细菌落）/mL

（2）总大肠菌群：反映污水被粪便污染程度。

饮用水标准为：总大肠菌群不得检出（3）游离性余氯：Cl2+H2O=HOCl+H++Cl-国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L（4）二氧化氯：国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水余量不低于0.8mg/L，管网末梢水不低于0.02mg/L第四十页第四十一页，共52页。三、化学性指标（一）无机性指标植物营养元素pH和碱度硬度与重金属过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养化，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖，造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。一般要求处理后污水的pH在6～9之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量

作为微量金属元素;重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。第四十一页41第四十二页，共52页。

H+

与水的酸度水中能与强碱发生中和反应的物质H2CO3

缓冲HCO3-

能力OH-

有关碱度水中能与强酸发生中和反应的物质CO32-

HCO3-

[Alk]=[OH-]+[CO32-]+[HCO3-]-[H+]1、pH值与酸碱度测量——酸碱滴定法等

我国饮用水标准为：pH6.5~8.5第四十二页42第四十三页，共52页。（1）硬度——络合滴定法按阳离子划分总硬度钙硬度镁硬度按阴离子划分碳酸盐硬度：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐——暂时硬度非碳酸盐硬度：钙镁的硫酸盐和氯化盐——永久硬度

我国饮用水标准为：总硬度≤450mg/L(以CaCO3计）（2）重金属离子：主要是五毒：HgCdCrPbAs

还有：铊、锡、铝、铁、锰、铜、锌等等2、硬度与重金属含量测定第四十三页43第四十四页，共52页。①

含氮指标：

有机氮KN,不稳定，易被微生物分解

a.总氮

NH3-N

（TN）

NO2--N

NO3-—N

b.凯氏氮（KN）有机氮判断生物处理中微生物

一般生活污水中KN=40mg/LNH3-N氮营养的充足依据

NH3-N

c.

NH3-N

NH4+-N

有机氮=KN-（NH