《水环境监测技术（基础篇）》课件-项目三、水样采集与保存及预处理 任务三 水样预处理

《水环境监测技术》基础篇

项目三、水样采集与保存及预处理

任务三、水样预处理一、水样消解二、水样富集与分离案例：

2021年3月31日，中国科学院化学研究所发生实验室安全事故，一名研究生当场死亡。此次事故的原因是反应釜高温高压爆炸。由于学生实验操作不当，反应釜未冷却就强行开启，导致爆炸，并致使该生当场死亡。

水样采集后，一般要经过预处理后才能达到分析要求，其中，在高温高压环境下处理水样就是其中一种预处理方法。启发思考“使用高温高压设备进行水样预处理时应注意哪些？作为未来的环保人，该如何选择水样的预处理方法，预处理后的水样应该达到什么要求？”【任务导入】为更细致地监测水体质量，柳州市新增2处河流监测断面，监测指标包括温度、pH值、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、六价铬等，监测方式为手工监测。请对采集后的水样进行水样预处理。【任务描述】知识目标：通过学习水样预处理的方法与规范，熟知水样预处理的技术要点及注意事项；并能依据监测方法选择适宜的预处理方法。能力目标：能够熟练的开展水样的预处理实践操作。素质目标：夯实学习者的安全防范意识；提高学习者的逻辑思辨能力；帮助学习者养成系统思维和问题导向思维。【任务目标】【知识链接】

环境水样的组成是相当复杂的，并且多数污染组分含量低，存在形态各异，所以在分析测定之前，需要进行适当的预处理，以得到待测组分适于测定方法要求的形态、浓度和消除共存组分干扰的试样体系。水样预处理应遵循最大限度去除干扰物、回收率高、操作简便省时、成本低、对人体和环境无影响的原则。一、水样的消解（一）消解目的目的：破坏有机物，溶解悬浮性固性，将各种价态的欲测元素氧化成单一高价态或转变成易于分离的无机化合物。要求：消解后的水样应清澈、透明、沉淀。方法：常用的消解水样的方法有湿式消解法和干式分解法(干灰化法)、微波消解法。（二）消解方法1.湿式消解法湿式消解法又分为酸式消解法和碱式消解法。酸式消解法根据使用的酸的种类和数量不同，有一元酸（多为硝酸）、二元酸、多元酸（三元以上酸或氧化剂）和碱分解法。（1）一元酸法-硝酸消解法：对于较清洁的水样，可用硝酸消解。（2）二元酸法，有以下几种常用：硝酸-高氯酸消解法，两种酸都是强氧化性酸，联合使用可消解含难氧化有机物的水样。注意试剂添加顺序！硝酸-硫酸消解法，两种酸都有较强的氧化能力，其中硝酸沸点低，而硫酸沸点高，二者结合使用，可提高消解温度和消解效果。硫酸-磷酸消解法，两种酸的沸点都比较高，有利于测定时消除Fe3+等离子的干扰。硫酸-高锰酸钾消解法，该方法常用于消解测定汞的水样。1.湿式消解法（3）多元酸法：为提高消解效果，在某些情况下需要采用三元以上酸或氧化剂消解体系，例如处理测定总铬的水样时，用硫酸、磷酸和高锰酸钾消解法。（4）碱分解法：当用酸体系消解水样造成易挥发组分损失时，可改用碱分解法，即在水样中加入氢氧化钠和过氧化氢溶液，或者氨水和过氧化氢溶液，加热煮沸至近干，用水或稀碱溶液温热溶解即成为可供直接分析的试样。（二）消解方法2.干式分解法(干灰化法)干灰化法又称高温分解法。其处理过程是：取适量水样于白瓷或石英蒸发皿中，水浴蒸干，移入马弗炉，450～550℃灼烧到残渣呈灰白色，有机物完全分解除去。取出蒸发皿，冷却，用适量2%HNO3(或HCl)溶解样品灰分，过滤，滤液定容后供测定。本方法不适用于处理测定易挥发组分(如砷、汞、镉、硒、锡等)的水样。（二）消解方法3.微波消解法水样和酸的混合物吸收微波能量后，酸的氧化反应活性增加，加快了样品分解速率，提高了加热效率，并且消解在密闭容器中进行，避免了易挥发组分的损失和有害气体排放对环境造成污染。《水质金属总量的消解微波消解法》（HJ678-2013）介绍了水中金属总量的微波酸消解预处理方法，适用于地表水、地下水、生活污水和工业废水中镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)等20种金属元素总量的微波酸消解预处理。此方法的消解液分两种。警告：微波酸消解的操作过程须在通风橱内进行，应按规定要求佩带防护手套等防护器具，避免接触皮肤和衣物。（二）消解方法当水样中的待测组分含量低于测定方法的测定下限时，就必须进行样品的富集或浓缩；当有共存组分干扰时，就必须采取分离或掩蔽措施。(一)挥发和蒸发浓缩1.挥发分离法，例如，用冷原子荧光法测定水样中的汞时，先将汞离子用氯化亚锡还原为原子态汞，再利用汞易挥发的性质，通入惰性气体将其带出并送入仪器测定。测定废水中的砷时，将其转变成砷化氢气体(HsAs)，用吸收液吸收后供分光光度法测定。2.蒸发浓缩法，是指在电热板上或水浴中加热水样，使水分缓慢蒸发，达到缩小水样体积，浓缩欲测组分的目的。该方法无需化学处理，简单易行，尽管存在缓慢、易吸附损失等缺点，但无更适宜的富集方法时仍可采用。二、水样富集与分离1.蒸馏法是利用水样中各污染组分具有不同的沸点而使其彼此分离的方法，具有消解、富集和分离三种作用。例如，测定水样中的挥发酚、氰化物、氟化物时，均需先在酸性介质中进行预蒸馏分离。测定水中氨氮时，需在微碱性介质中进行预蒸馏分离。(二)蒸馏法

用于水样预处理的萃取方法有溶剂萃取法、固相萃取法和超临界流体萃取法等。1.溶剂萃取法，是基于物质在不同的溶剂相中分配系数不同，而达到组分的富集与分离的目的。（1）有机物的萃取，例如，用4-氨基安替比林光度法测定水样中的挥发酚时，当酚含量低于0.05mg/L，则水样经蒸馏分离后需再用三氯甲烷进行萃取浓缩；（2）无机物的萃取，例如，用分光光度法测定水中的Cd2+、Hg2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+等，双硫腙(螯合剂)能使上述离子生成难溶于水的螯合物，可用三氯甲烷(或四氯化碳)从水相中萃取后测定，三者构成双硫腙-三氯甲烷-水萃取体系。2.固相萃取法，例如：测定环境水体中挥发性有机物、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、多环芳烃、有机氯农药、有机磷农药(除草剂)、多氯联苯等污染物水样的预处理。(三)萃取法

离子交换法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。离子交换剂分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类，广泛应用的是有机离子交换剂，即离子交换树脂。废水中的三价铬以阳离子形式(Cr3+)存在，六价铬以阴离子形式(CrO42-或Cr2O72-)存在，用阳离子交换树脂分离三价铬，而六价铬不能进行交换，留在流出液中，可测定不同形态的铬。(四)离子交换法

共沉淀是指溶液中一种难溶化合物在形成沉淀(载体)过程中，将共存的某些痕量组分一起载带沉淀出来的现象。1.利用吸附作用的共沉淀分离，该方法常用的载体有Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2及硫化物等。例如，用分光光度法测定水样中的Cr时，当水样有色、浑浊、Fe含量低于200mg/L时，可于pH8～9条件下用氢氧化锌作共沉淀剂吸附分离干扰物质。2.利用生成混晶的共沉淀分离，例如，分离水样中的痕量Pb2+，可加入适量Sr2+和过量可溶性硫酸盐，则生成PbSO4-SrSO4的混晶，将Pb2+共沉淀出来。3.用有机共沉淀剂进行共沉淀分离，例如，在含痕量Zn2+的弱酸性溶液中，加入硫氰酸铵和甲基紫，它们之间发生共沉淀反应，将痕量Zn2+富集于沉淀之中，达到分离的目的。(五)共沉淀法(六)吸附法

吸附法是利用多孔性的固体吸附剂将水样中一种或数种组分吸附于表面，再用适宜溶剂加热或吹气等方法将欲测组分解吸，达到分离和富集的目的。常用于水样预处理的吸附剂有活性炭、氧化铝、多孔高分子聚合物和疏基棉等。活性炭可用于吸附金属离子或有机物，如对含微量Cu2+、Cd2+、Pb2+、Fe3+的水样。高分子聚合物吸附剂主要用于吸附有机物。例如对测定痕量三卤甲烷等多种卤代烃的水样作预处理。巯基棉(H-SR)可用于分离富集水样中的烷基汞、汞、铍、铜、铅、镉、砷、硒等组分。任务实施请根据任务描述的要求及知识链接的内容，选择合适的方法对样品进行预处理。任