第二章 水和廢水監(jiān)測(cè)ppt課件

1、七、水樣的運(yùn)輸與保管 (一) 水樣的運(yùn)輸 (1)為防止水樣在運(yùn)輸過程中震動(dòng)、碰撞導(dǎo)致?lián)p失或沾污，將其裝箱，并用泡沫塑料或紙條擠緊，在箱頂貼上標(biāo)志。 (2)需冷藏的樣品，應(yīng)采取致冷保管措施；冬季應(yīng)采取保溫措施，以免凍裂樣品瓶。 Environmental Monitoring (二) 水樣的保管方法 1. 冷藏或冷凍法 冷藏或冷凍的作用是抑制微生物活動(dòng)，減緩物理?yè)]發(fā)和化學(xué)反響速度。 2. 參與化學(xué)試劑保管法1參與生物抑制劑 HgCl2可抑制生物的氧化復(fù)原作用；用H3PO4調(diào)至pH為4時(shí)，參與適量CuSO4，即可抑制苯酚菌的分解活動(dòng)。 Environmental Monitoring (2) 調(diào)理

2、pH值 測(cè)定金屬離子的水樣常用HNO3酸化至pH為12，既可防止重金屬離子水解沉淀，又可防止金屬被器壁吸附；測(cè)定氰化物或揮發(fā)性酚的水樣參與NaOH調(diào)至pH為12時(shí)， 使之生成穩(wěn)定的酚鹽等。 (3) 參與氧化劑或復(fù)原劑 測(cè)定汞的水樣需參與HNO3(至pH1)和K2Cr2O7(0.05%)，使汞堅(jiān)持高價(jià)態(tài)；測(cè)定硫化物的水樣，參與抗壞血酸，可以防止被氧化；測(cè)定溶解氧的水樣那么需參與少量硫酸錳和碘化鉀固定溶解氧復(fù)原等。 Environmental Monitoring (三) 水樣的過濾或離心分別 如欲測(cè)定水樣中某組分的含量，采樣后立刻參與保管劑，分析測(cè)定時(shí)充分搖勻后再取樣。 假設(shè)測(cè)定可濾溶解態(tài)組分含

3、量，所采水樣運(yùn)用0.45m微孔濾膜過濾，除去藻類和細(xì)菌，提高水樣的穩(wěn)定性，有利于保管。 假設(shè)測(cè)定不可過濾的金屬時(shí)，應(yīng)保管過濾水樣用的濾膜備用。對(duì)于泥沙型水樣，可用離心方法處置。對(duì)含有機(jī)質(zhì)多的水樣，可用濾紙或砂芯漏斗過濾。用自然沉降后取上清液測(cè)定可濾態(tài)組分是不恰當(dāng)?shù)摹?Environmental Monitoring 第四節(jié) 水樣的預(yù)處置 Environmental Monitoring 為什么要進(jìn)展預(yù)處置 環(huán)境水樣所含組分復(fù)雜，并且多數(shù)污染組分含量低，存在形狀各異，所以在分析測(cè)定之前，往往需求進(jìn)展預(yù)處置，以得到欲測(cè)組分適宜測(cè)定方法要求的形狀、濃度和消除共存組分干擾的試樣體系。 預(yù)處置的目的 破

4、壞有機(jī)物 溶解懸浮性固體 將各種價(jià)態(tài)的欲測(cè)元素氧化成單一高價(jià)態(tài)或轉(zhuǎn)變成易 于分別的無機(jī)化合物。 Environmental Monitoring 水樣預(yù)處置的原那么：最大限制去除干擾物回收率高操作簡(jiǎn)便省時(shí)本錢低、對(duì)人體和環(huán)境無影響一、水樣的消解圖2.9 消解用微波爐 Environmental Monitoring 一濕式消解法1. 硝酸消解法 對(duì)于較清潔的水樣，可用硝酸消解。 2. 硝酸-高氯酸消解法 兩種酸都是強(qiáng)氧化性酸，結(jié)合運(yùn)用可消解含難氧化有機(jī)物的水樣。 3. 硝酸-硫酸消解法 兩種酸都有較強(qiáng)的氧化才干，其中硝酸沸點(diǎn)低，而硫酸沸點(diǎn)高，二者結(jié)合運(yùn)用，可提高消解溫度和消解效果。常用的硝酸與

5、硫酸的比例為52。 Environmental Monitoring 4.硫酸-磷酸消解法 兩種酸的沸點(diǎn)都比較高，其中硫酸氧化性較強(qiáng)，磷酸能與一些金屬離子如Fe3+等絡(luò)合，故二者結(jié)合消解水樣，有利于測(cè)定時(shí)消除Fe3+等離子的干擾。5.硫酸-高錳酸鉀消解法 該方法常用于消解測(cè)定汞的水樣。高錳酸鉀是強(qiáng)氧化劑，在中性、堿性、酸性條件下都可以氧化有機(jī)物，其氧化產(chǎn)物多為草酸根，但在酸性介質(zhì)中還可繼續(xù)氧化。6.多元消解法 為提高消解效果，在某些情況下需求采用三元以上酸或氧化劑消解體系。例如，處置測(cè)總鉻的水樣時(shí)，用硫酸、磷酸和高錳酸鉀消解。 Environmental Monitoring 7.堿分解法 當(dāng)

6、用酸體系消解水樣呵斥易揮發(fā)組分損失時(shí)，可改用堿分解法，即在水樣中參與氫氧化鈉和過氧化氫溶液，或者氨水和過氧化氫溶液，加熱煮沸至近干，用水或稀堿溶液溫?zé)崛芙?。二干灰化?又稱高溫分解法。其處置過程是：取適量水樣于白瓷或石英蒸發(fā)皿中，置于水浴上或用紅外燈蒸干，移入馬福爐內(nèi)，于450550灼燒到殘?jiān)驶野咨?，使有機(jī)物完全分解除去。取出蒸發(fā)皿，冷卻，用適量2%HNO3或HCl溶解樣品灰分，過濾，濾液定容后供測(cè)定。 本方法不適用于處置測(cè)定易揮發(fā)組分如砷、汞、鎘、硒、錫等的水樣。 Environmental Monitoring 二、富集與分別富集 富集是分別的一種，即從大量試樣中搜集欲測(cè)定的少量物質(zhì)至一

7、較小體積中，從而提高其濃度至其測(cè)定下限之上。分別 分別是將欲測(cè)組分從試樣中單獨(dú)析出，或?qū)讉€(gè)組分一個(gè)一個(gè)地分開，或者根據(jù)各組分的共同性質(zhì)分成假設(shè)干組。 Environmental Monitoring (一) 氣提、頂空和蒸餾法 1.氣提法 該方法基于把惰性氣體通入調(diào)制好的水樣中，將欲測(cè)組分吹出，直接送入儀器測(cè)定，或?qū)胛找何崭患笤贉y(cè)定。 圖2.10 測(cè)定硫化物的吹氣分別安裝表示圖 Environmental Monitoring 2.頂空法 該方法常用于測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)物VOCs水樣的預(yù)處置。例如，測(cè)定水樣中的揮發(fā)性有機(jī)物VOCs或揮發(fā)性無機(jī)物VICs時(shí)，先在密閉的容器中裝入水樣，容器上

8、部留存一定空間，再將容器置于恒溫水浴中，經(jīng)一定時(shí)間，容器內(nèi)的氣液兩相到達(dá)平衡。 Environmental Monitoring 式中：K預(yù)測(cè)組分在兩相中的分配系數(shù)；兩相體積比；XG平衡形狀下預(yù)測(cè)物X在氣相中的濃度；XL平衡形狀下預(yù)測(cè)物X在液相中的濃度；VG氣相體積；VL液相體積。欲測(cè)物氣相中的平衡濃度XG和水樣中原始濃度XL0之間的關(guān)系： Environmental Monitoring 3.蒸餾法 蒸餾法是利用水樣中各污染組分具有不同的沸點(diǎn)而使其彼此分別的方法，分為常壓蒸餾、減壓蒸餾、水蒸汽蒸餾、分餾法等。圖2.11 揮發(fā)酚和氰化物蒸餾安裝表示圖圖2.12 氟化物水蒸氣蒸餾安裝表示圖 En

9、vironmental Monitoring (二) 萃取法 1.溶劑萃取法 溶劑萃取法是基于物質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中分配系數(shù)不同，進(jìn)展組分的分別和富集。式中：E 萃取率 V水水相體積； D分配比； V有機(jī)有機(jī)相體積； E萃取率。公式圖2.13 萃取率與分配比的關(guān)系分配比D萃取率E / % Environmental Monitoring 2.固相萃取法(SPE) 固相萃取法的萃取劑是固體，其任務(wù)原理基于：水樣中欲測(cè)組分與共存干擾組分在固相萃取劑上作用力強(qiáng)弱不同，使它們彼此分別。固相萃取劑是含C18或C8、腈基、氨基等基團(tuán)的特殊填料。圖2.14 膜片型固相萃取劑萃取安裝表示圖 Environ

10、mental Monitoring 三吸附法 吸附法是利用多孔性的固體吸附劑將水樣中一種或數(shù)種組分吸附于外表，再用適宜溶劑、加熱或吹氣等方法將欲測(cè)組分解吸，到達(dá)分別和富集的目的。 四離子交換法 該方法是利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反響進(jìn)展分別的方法。離子交換劑分為無機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑兩大類，廣泛運(yùn)用的是有機(jī)離子交換劑，即離子交換樹脂。 操作程序物理吸附化學(xué)吸附 按照吸附機(jī)理分類交換柱的制備交換洗脫 Environmental Monitoring 五共沉淀法 1. 利用吸附作用的共沉淀分別 共沉淀法系指溶液中一種難溶化合物在構(gòu)成沉淀載體過程中，將共存的某些痕量組分一同載帶沉淀

11、出來的景象。共沉淀景象在常量分別和分析中是力圖防止的，但卻是一種分別富集痕量組分的手段。 2. 利用生成混晶的共沉淀分別 當(dāng)欲分別微量組分及沉淀劑組分生成沉淀時(shí)，如具有類似的晶格，就能夠生成混晶共同析出。 3. 用有機(jī)共沉淀劑進(jìn)展共沉淀分別 有機(jī)共沉淀劑的選擇性較無機(jī)沉淀劑高，得到的沉淀也較純真，并且經(jīng)過灼燒可除去有機(jī)共沉淀劑，留下欲測(cè)元素。 Environmental Monitoring 第五節(jié) 物理目的檢驗(yàn) Environmental Monitoring 等 級(jí)強(qiáng) 度說 明0無無任何氣味1微弱一般人難以察覺，嗅覺靈敏者可以察覺2弱一般人剛能察覺3明顯已能明顯察覺4強(qiáng)有顯著的嗅味5很強(qiáng)有

12、強(qiáng)烈的惡嗅或異味一、水溫 (一) 水溫計(jì)法 (二) 顛倒溫度計(jì)法二、嗅和味 (一) 定性描畫法 (二) 嗅閾值法表2.1 嗅強(qiáng)度等級(jí)表 Environmental Monitoring 三、色度 水顏色的分類 測(cè)定方法一鉑鈷規(guī)范比色法二稀釋倍數(shù)法真色表色圖2.15 鉑鈷規(guī)范比色法規(guī)范色列 Environmental Monitoring 四、濁度 濁度是反映水中的不溶解物質(zhì)對(duì)光線透過時(shí)妨礙程度的目的，通常僅用于天然水和飲用水，而污水和廢水中不溶物質(zhì)含量高，普通要求測(cè)定懸浮物。測(cè)定濁度的方法有目視比濁法、分光光度法、濁度計(jì)法等。測(cè)定方法 (一) 目視比濁法 (二) 分光光度法 (三) 濁度儀法五

13、、透明度 (一) 鉛字法 (二) 塞氏盤法 Environmental Monitoring 六、殘?jiān)?水中的殘?jiān)譃榭倸堅(jiān)?、可濾殘?jiān)筒豢蔀V殘?jiān)N。它們是表征水中溶解性物質(zhì)、不溶解性物質(zhì)含量的目的。七、礦化度 礦化度是水化學(xué)成分測(cè)定的重要目的，用于評(píng)價(jià)水中總含鹽量，是農(nóng)田灌溉用水適用性評(píng)價(jià)的主要目的之一。該目的普通只用于天然水。 礦化度的測(cè)定方法有分量法、電導(dǎo)法、陰、陽離子加和法、離子交換法、比重計(jì)法等。分量法含意明確，是較簡(jiǎn)單、通用的方法。 Environmental Monitoring 八、電導(dǎo)率 電導(dǎo)儀是測(cè)定溶液電導(dǎo)或電導(dǎo)率的公用儀器。 圖2.16 電阻分壓式電導(dǎo)儀原理表示圖 En

14、vironmental Monitoring 式中：Q電極常數(shù)或電導(dǎo)池常數(shù)； Q=l/A式中： l兩平行板極間距； A板極面積。電導(dǎo)率與電極和電極幾何尺寸間的關(guān)系K=LQ Environmental Monitoring 九、氧化復(fù)原電位En = Eobs + Eref式中： En被測(cè)水樣的氧化復(fù)原電位，mV；Eind實(shí)測(cè)水樣的氧化復(fù)原電位，mV；Eref測(cè)定溫度下飽和甘汞電極的電極電位，mV。 圖2.17 氧化復(fù)原電位測(cè)定安裝1.溫度計(jì),2.鉑電極,3.飽和甘汞電極,4.玻璃管,5.廣口瓶 Environmental Monitoring 第六節(jié) 金屬化合物的測(cè)定金屬測(cè)定中常用儀器分析方法分

15、子吸收紫外、紅外、可見分光光度法原子吸收分光光度法電位分析法極譜分析法陽極溶出伏安法 Environmental Monitoring 一、鋁 aluminum 鋁是自然界中的常量元素，毒性不大，但過量攝入人體，能干擾磷的代謝，對(duì)胃蛋白酶的活性有抑制造用。我國(guó)飲用水限值為0.2 mg/L。 1. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法ICP-AES2. 間接火焰原子吸收法 Environmental Monitoring 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)1.方法原理：利用高溫焰矩8000K)將試樣原子化、電離、激發(fā)、以光的方式發(fā)射能量。 I=aCb 取對(duì)數(shù) IgI=bIgC+Iga (

16、a.b為常數(shù))2.儀器安裝 Environmental Monitoring 電感耦合等離子體(ICP)光源等離子體光源外觀上類似火焰的放電光源 Environmental Monitoring 1. ICP的構(gòu)成和構(gòu)造光源安裝：高頻發(fā)生器和感應(yīng)線圈炬管和供氣系統(tǒng)試樣引入系統(tǒng) Environmental Monitoring 焰心區(qū) 預(yù)熱區(qū)：溫度10000 K。試樣氣溶膠經(jīng)過這一區(qū)域時(shí)被預(yù)熱、揮發(fā)溶劑和蒸發(fā)溶質(zhì)。 內(nèi)焰區(qū)測(cè)光區(qū)：溫度6000-8000 K，是分析物質(zhì)原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域，也是光譜分析區(qū)。 尾焰區(qū)：溫度低于6000 K。ICP焰炬的3個(gè)區(qū)域發(fā)射觀測(cè)區(qū) Environ

17、mental Monitoring 2. ICP的物理特性ICP的環(huán)狀構(gòu)造交流電經(jīng)過導(dǎo)體時(shí)，電流密度在導(dǎo)體截面上的分布是不均勻的，越接近導(dǎo)體外表，電流密度越大，此種景象稱為趨膚效應(yīng)。 趨膚效應(yīng) Environmental Monitoring 2溫度分布 Environmental Monitoring 3譜線與背景強(qiáng)度的空間分布 Environmental Monitoring 3. 分析性能檢出限低，可達(dá)10-310-5 mg/L?；w效應(yīng)小。任務(wù)曲線線性范圍寬，可達(dá)4 7個(gè)數(shù)量級(jí)。既可測(cè)定痕量組分，也可測(cè)定主成分。選擇適宜的觀測(cè)高度，光譜背景小。5) 精細(xì)度、準(zhǔn)確度高。 Environm

18、ental Monitoring 光源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度/K放電穩(wěn)定性直流電弧交流電弧火花ICP高中低很高4000-70004000-7000瞬間100006000-8000較差較好好很好幾種光源性能的比較 Environmental Monitoring 圖2.19 電感耦合等離子體焰炬表示圖 1.感應(yīng)圈；2.冷卻器；3.輔助氣； 4.炬管；5.試樣載氣圖2.18 電感等離子體發(fā)射光譜儀表示圖1.進(jìn)樣器；2.ICP焰炬；3.分光器；4.光電轉(zhuǎn)換及丈量部件；5.微型計(jì)算機(jī)；6.記錄儀；7.打印機(jī)；8.高頻電源；9.功率探測(cè)器；10.高頻整流器 Environmental Monitoring 二

19、、汞 mercury 汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì)，主要來源于金屬冶煉、儀器儀表制造、顏料、塑料、食鹽電解及軍工等廢水。天然水中汞含量普通不超越0.1g/L；我國(guó)飲用水規(guī)范限值為0.001mg/L。一雙硫腙分光光度法圖2.20 分光光度計(jì)根本組成表示圖1.光源；2.分光系統(tǒng)；3.比色皿架；4.光電檢測(cè)及放大安裝； 5.指示、記錄儀表；6.穩(wěn)壓電源 Environmental Monitoring 基于物質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學(xué)分析法。 分為:光譜分析法和非光譜分析法。 光譜分析法是指在光或其它能量的作用下，經(jīng)過丈量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來進(jìn)展分析的方法。

20、吸收光譜分析發(fā)射光譜分析分子光譜分析原子光譜分析 Environmental Monitoring 在光譜分析中，根據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有: 紅外吸收光譜：分子振動(dòng)光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍2.51000 m ,主要用于有機(jī)化合物構(gòu)造鑒定。 紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍200400 nm近紫外區(qū) ，可用于構(gòu)造鑒定和定量分析。 可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍400750 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。 Environmental Monitoring 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收及吸收曲線M + 熱M + 熒光或磷光 E = E2 -

21、E1 = h 量子化 ；選擇性吸收; 分子構(gòu)造的復(fù)雜性使其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同； 用不同波長(zhǎng)的單色光照射，測(cè)吸光度 吸收曲線與最大吸收波長(zhǎng) max；M + h M *基態(tài) 激發(fā)態(tài)E1 E E2 Environmental Monitoring Environmental Monitoring 實(shí)驗(yàn)原理及本卷須知 Environmental Monitoring 二冷原子化法cold-vapor atomization) 低溫原子化方法； 主要運(yùn)用于：各種試樣中Hg元素的丈量； 原理： 將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺完全復(fù)原為金屬汞后，用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體丈量管中進(jìn)展

22、吸光度丈量。 特點(diǎn)：常溫丈量； 靈敏度、準(zhǔn)確度較高可達(dá)10-8g汞； Environmental Monitoring 冷原子吸收法流程圖圖2.21 冷原子吸收汞儀任務(wù)原理表示圖 Environmental Monitoring 三冷原子熒光法(Fluorescence spectrometry) 圖2.22 冷原子熒光測(cè)汞儀表示圖 Environmental Monitoring 三、鎘 cadmium 鎘屬劇毒金屬，可在人體的肝、腎等組織中蓄積，呵斥臟器組織損傷，尤以對(duì)腎臟損害最為明顯。還會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，誘發(fā)癌癥。我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范規(guī)定鎘的濃度不能超越0.005mg/L。 一原子吸收分

23、光光度法火焰原子吸收法石墨爐原子吸收法測(cè)定鎘、銅、鉛 Environmental Monitoring 1.原子的能級(jí)與躍遷 基態(tài)第一激發(fā)態(tài),吸收一定頻率的輻射能量。 產(chǎn)生共振吸收線簡(jiǎn)稱共振線 吸收光譜 激發(fā)態(tài)基態(tài) 發(fā)射出一定頻率的輻射。 產(chǎn)生共振吸收線也簡(jiǎn)稱共振線 發(fā)射光譜2.元素的特征譜線 1各種元素的原子構(gòu)造和外層電子排布不同， 基態(tài)第一激發(fā)態(tài): 躍遷吸收能量不同具有特征性。 2各種元素的基態(tài)第一激發(fā)態(tài) 最易發(fā)生，吸收最強(qiáng)，最靈敏線。特征譜線。 3利用特征譜線可以進(jìn)展定量分析。 Environmental Monitoring 3.吸收峰外形 原子構(gòu)造較分子構(gòu)造簡(jiǎn)單，實(shí)際上應(yīng)產(chǎn)生線狀光譜

24、吸收線。 實(shí)踐上用特征吸收頻率左右范圍的輻射光照射時(shí)，獲得一峰形吸收具有一定寬度。 由：It=I0e-Kvb ， 透射光強(qiáng)度 It和吸收系數(shù)及輻射頻率有關(guān)。 以Kv與 作圖：表征吸收線輪廓峰的參數(shù)： 中心頻率O峰值頻率； 最大吸收系數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率或波長(zhǎng)； 中心波長(zhǎng)： (nm) 半寬度：O Environmental Monitoring 4.積分吸收和峰值吸收 鎢絲燈光源和氘燈，經(jīng)分光后，光譜通帶0.2nm。而原子吸收線的半寬度：10-3nm。如下圖： 假設(shè)用普通光源照射時(shí)，吸收光的強(qiáng)度變化僅為0.5%。靈敏度極差 假設(shè)將原子蒸氣吸收的全部能量，即譜線下所圍面積丈量出積分吸收。那么是一種絕對(duì)丈量

25、方法，如今的分光安裝無法實(shí)現(xiàn)。 Environmental Monitoring 5.銳線光源 在原子吸收分析中需求運(yùn)用銳線光源。 何為銳線光源？1光源的發(fā)射線與吸收線的V0一致。2發(fā)射線的V1/2小于吸收線的 V1/2。 空心陰極燈: 可發(fā)射銳線光源。 Environmental Monitoring 2火焰 試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，枯燥，離解復(fù)原等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。 火焰溫度的選擇： a保證待測(cè)元素充分別解為基態(tài)原子的前提下，盡量采用低溫火焰； b火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多； c火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸愋?，常用空氣乙炔最高溫?600K能測(cè)35種元素。 Environmental Monitoring 火焰種類及對(duì)光的吸收： 選擇火焰時(shí)，還應(yīng)思索火焰本身對(duì)光的吸收。根據(jù)待測(cè)元素的共振線，選擇不同的火焰，可避開干擾： 例：As的共振線193.7nm由圖可見，采用空氣-乙炔火焰時(shí)，火焰產(chǎn)生吸收，而選氫-空氣