水監(jiān)測主要水環(huán)境監(jiān)測項目的分析測定課件

1、第二章 水體監(jiān)測第五節(jié)、主要水環(huán)境監(jiān)測項目的分析測定 一、物理性質(zhì)的測定二、金屬化合物的測定三、非金屬無機化合物的測定四、有機化合物的測定五、生物學(xué)指標(biāo)的測定六、底質(zhì)樣品中污染物的測定一、物理性質(zhì)的測定等 級強 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強有顯著的嗅味5很強有強烈的惡嗅或異味（一）水溫 1. 水溫計法 2. 顛倒溫度計法（二）嗅和味 1. 定性描述法 2. 嗅閾值法表2.1 嗅強度等級表 （三）色度 水顏色的分類 測定方法1.鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法2.稀釋倍數(shù)法真色假色圖2.15 鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法標(biāo)準(zhǔn)色列（四）濁度 濁度是反映水中

2、的不溶解物質(zhì)對光線透過時阻礙程度的指標(biāo)，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，一般要求測定懸浮物。測定濁度的方法有目視比濁法、分光光度法、濁度計法等。測定方法 1.目視比濁法 2.分光光度法 3.濁度儀法（五）透明度1.鉛字法2.塞氏盤法（六）殘渣 水中的殘渣分為總殘渣、可濾殘渣和不可濾殘渣三種。它們是表征水中溶解性物質(zhì)、不溶解性物質(zhì)含量的指標(biāo)。（七）礦化度 礦化度是水化學(xué)成分測定的重要指標(biāo)，用于評價水中總含鹽量，是農(nóng)田灌溉用水適用性評價的主要指標(biāo)之一。該指標(biāo)一般只用于天然水。 礦化度的測定方法有重量法、電導(dǎo)法、陰、陽離子加和法、離子交換法、比重計法等。重量法含意明確，是較簡

3、單、通用的方法。（八）電導(dǎo)率 電導(dǎo)儀是測定溶液電導(dǎo)或電導(dǎo)率的專用儀器。 圖2.16 電阻分壓式電導(dǎo)儀原理示意圖式中：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（九）氧化還原電位En = Eind + Eref式中： En被測水樣的氧化還原電位，mV；Eind實測水樣的氧化還原電位，mV；Eref測定溫度下飽和甘汞電極的電極電位，mV。 圖2.17 氧化還原電位測定裝置1.溫度計,2.鉑電極,3.飽和甘汞電極,4.玻璃管,5.廣口瓶二、金屬化合物的測定金屬測定中常用儀器分析方法分子吸收（紫外可見）分光光度法原子吸收分光光

4、度法電位分析法極譜分析法（陽極溶出伏安法）（一）鋁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，對胃蛋白酶的活性有抑制作用。我國飲用水限值為0.2 mg/L。 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）間接火焰原子吸收法分光光度法圖2.19 電感耦合等離子體焰炬示意圖 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)射光譜儀示意圖1.進樣器；2.ICP焰炬；3.分光器；4.光電轉(zhuǎn)換及測量部件；5.微型計算機；6.記錄儀；7.打印機；8.高頻電源；9.功率探測器；10.高頻整流器（二）汞汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì)，主要來源于金屬冶煉、

5、儀器儀表制造、顏料、塑料、食鹽電解及軍工等廢水。天然水中汞含量一般不超過0.1g/L；我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值為0.001mg/L。1.雙硫腙分光光度法圖2.20 分光光度計基本組成示意圖1.光源；2.分光系統(tǒng)；3.比色皿架；4.光電檢測及放大裝置； 5.指示、記錄儀表；6.穩(wěn)壓電源2.冷原子吸收法圖2.21 冷原子吸收汞儀工作原理示意圖3.冷原子熒光法圖2.22 冷原子熒光測汞儀示意圖（三）鎘鎘屬劇毒金屬，可在人體的肝、腎等組織中蓄積，造成臟器組織損傷，尤以對腎臟損害最為明顯。還會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，誘發(fā)癌癥。我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎘的濃度不能超過0.005mg/L。 1.原子吸收分光光度法火焰原子

6、吸收法石墨爐原子吸收法測定鎘、銅、鉛圖2.23 原子吸收分析過程示意圖圖2.24 雙光束原子吸收分光光度計工作原理 A吸光度；待測元素的濃度。圖2.25 標(biāo)準(zhǔn)加入法工作曲線圖2.26 流動注射-原子吸收法原理示意圖2.雙硫腙分光光度法3.陽極溶出伏安法1）經(jīng)典極譜分析法原理極譜分析是一種在特殊電解條件下，根據(jù)被測物質(zhì)在電極上進行氧化還原反應(yīng)得到的電流-電壓關(guān)系曲線進行定性、定量分析的方法，其基本裝置如圖2.27所示。E為直流電源，AB為均勻滑線電阻，加于電解池（極化池）D兩電極上的電壓可借助移動觸點C來調(diào)節(jié)。V為伏特計，G為檢流計（見下頁圖2.27） 。圖2.27 極譜分析基本裝置示意圖圖2.

7、28 極譜波 id=607nD1/2m2/3t1/6c式中：id平均極限擴散電流；n 電極上反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移數(shù)；D電極上起反應(yīng)的物質(zhì)在溶液 中的擴散系數(shù)；m汞的流速；t 在測量id的電壓時的滴汞周期；c 在電極上發(fā)生反應(yīng)物質(zhì)的濃度。滴汞電極上的極限擴散電流可用尤考維奇（Ilkovic）公式表示： 2）陽極溶出伏安法 陽極溶出伏安法測定要點：（1）水樣預(yù)處理（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制（3）樣品測定圖2.29 陽極溶出伏安曲線（四）鉛鉛是可在人體和動植物中蓄積的有毒金屬，其主要毒性效應(yīng)是導(dǎo)致貧血、神經(jīng)機能失調(diào)和腎損傷等。鉛對水生生物的安全濃度為0.16mg/L。原子吸收分光光度法雙硫腙分光光度法陽極溶出

8、伏安法示波極譜法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）（五）銅銅是人體所必需的微量元素，缺銅會發(fā)生貧血、腹泄等病癥，但過量攝入銅亦會產(chǎn)生危害。銅對水生生物的危害較大，有人認為銅對魚類的毒性濃度始于0.002mg/L，但一般認為水體含銅0.01 mg/L對魚類是安全的。 原子吸收分光光度法二乙氨基二硫代甲酸鈉萃取分光光度法新亞銅靈萃取分光光度法陽極溶出伏安法示波極譜法ICP-AES法（六）鋅鋅也是人體必不可少的有益元素，每升水含數(shù)毫克鋅對人體和溫血動物無害，但對魚類和其他水生生物影響較大。鋅對魚類的安全濃度約為0.1mg/L。 原子吸收分光光度法雙硫腙分光光度法陽極溶出伏安法示波極譜法IC

9、P-AES法 （七）鉻鉻是生物體所必需的微量元素之一。鉻的毒性與其存在價態(tài)有關(guān)，六價鉻具有強毒性，為致癌物質(zhì)，并易被人體吸收而在體內(nèi)蓄積。 二苯碳酰二肼分光光度法 六價鉻、總鉻火焰原子吸收法測定總鉻硫酸亞鐵銨滴定法（八）砷元素砷毒性極低，而砷的化合物均有劇毒，三價砷化合物比其他砷化物毒性更強。砷化物容易在人體內(nèi)積累，造成急性或慢性中毒。 新銀鹽分光光度法二乙氨基二硫代甲酸銀分光光度法氫化物發(fā)生-原子吸收法原子熒光法測定砷、硒、銻、鉍新銀鹽分光光度法注：1.反應(yīng)管；2.U形管；3.脫胺管；4.吸收管。圖2.30 砷化氫發(fā)生與吸收裝置示意圖圖2.31 氫化物發(fā)生-原子吸收測定裝置示意圖氫化物發(fā)生-

10、原子吸收法（九）其他金屬化合物詳細內(nèi)容可查閱水和廢水監(jiān)測分析方法和其他水質(zhì)監(jiān)測資料。 三、非金屬無機化合物的測定（一）酸度和堿度 1.酸度 指水中所含能與強堿發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量。 測定方法 酸堿指示劑滴定法 電位滴定法 2.堿度 指水中所含能與強酸發(fā)生中和作用的物質(zhì)總量，包括強堿、弱堿、強堿弱酸鹽等。 測定方法 酸堿指示劑滴定法 電位滴定法1）M=0（P=T）；2）PM（或P0.5T）；3）P=M ；4）PM（或P0.5T）；5）P=0（或M=T）。圖2.32 水中堿度組成示意圖測定水的總堿度時，可能出現(xiàn)下列5種情況：（二）pHpH和酸度、堿度的區(qū)別和聯(lián)系 pH表示水的酸堿性的強弱，而酸

11、度或堿度是水中所含酸或堿物質(zhì)的含量。同樣酸度的溶液，如0.1 mol鹽酸和0.1 mol乙酸，二者的酸度都是100 mmol/L，但其pH卻大不相同。測定水的pH的方法比色法玻璃電極法圖2.33 pH測定示意圖（三）溶解氧（DO）溶解氧：溶解于水中的分子態(tài)氧稱為溶解氧。 大氣壓力下降、水溫升高、含鹽量增加，都會導(dǎo)致溶解氧含量降低。測定水中溶解氧的方法碘量法修正的碘量法氧電極法圖2.34 極譜型氧電極的結(jié)構(gòu)示意圖圖2.35 溶解氧測定儀原理示意圖（四）氰化物氰化物包括簡單氰化物、絡(luò)合氰化物和有機氰化物（腈）。簡單氰化物易溶于水、毒性大；絡(luò)合氰化物在水體中受pH值、水溫和光照等影響離解為毒性強的簡

12、單氰化物。測定方法 硝酸銀滴定法分光光度法（五）氟化物氟化物廣泛存在于天然水中。有色冶金、鋼鐵和鋁加工、玻璃、磷肥、電鍍、陶瓷、農(nóng)藥等行業(yè)排放的廢水和含氟礦物廢水是氟化物的人為污染源。測定水中氟化物的方法離子色譜法離子選擇電極法氟試劑分光光度法圖2.36 離子色譜分析流程示意圖圖2.37 離子色譜圖離子色譜法：離子選擇電極法：圖2.38 F-選擇電極原理示意圖（六）含氮化合物 1.氨氮水中的氨氮是指以游離氨(或稱非離子氨,NH3)和離子氨（NH4+）形式存在的氮。測定水中氨氮的方法 納氏試劑分光光度法水楊酸次氯酸鹽分光光度法氣相分子吸收光譜法滴定法圖2.39 氣相分子吸收光譜儀組成示意圖氣相分

13、子吸收光譜法： 2.亞硝酸鹽氮亞硝酸鹽氮（NO2-N）是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物。在氧和微生物的作用下，可被氧化成硝酸鹽；在缺氧條件下也可被還原為氨。水中亞硝酸鹽氮常用的測定方法N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法離子色譜法氣相分子吸收光譜法3.硝酸鹽氮硝酸鹽是在有氧環(huán)境中最穩(wěn)定的含氮化合物，也是含氮有機化合物經(jīng)無機化作用最終階段的分解產(chǎn)物。清潔的地面水硝酸鹽氮（NO3-N）含量較低，受污染水體和一些深層地下水中（NO3-N）含量較高。水中硝酸鹽氮的測定方法酚二磺酸分光光度法氣相分子吸收光譜法紫外分光光度法 4.凱氏氮凱氏氮是指以基耶達（Kjeldahl）法測得的含氮量。它包括氨氮和在此條件下能轉(zhuǎn)化為銨

14、鹽而被測定的有機氮化合物?？捎脛P氏氮與氨氮的差值表示有機氮含量。將有機氮轉(zhuǎn)變成氨氮，然后在堿性介質(zhì)中蒸餾出氨，用硼酸溶液吸收，以分光光度法或滴定法測定氨氮含量，即為水樣中的凱氏氮含量。 5.總氮水中的總氮含量是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。其測定方法通常采用過硫酸鉀氧化，使有機氮和無機氮化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}，用紫外分光光度法或離子色譜法、氣相分子吸收光譜法測定。（七）硫化物地下水（特別是溫泉水）及生活污水常含有硫化物，其中一部分是在厭氧條件下，由于微生物的作用，使硫酸鹽還原或含硫有機物分解而產(chǎn)生的。焦化、造氣、選礦、造紙、印染、制革等工業(yè)廢水中亦含有硫化物。測定水中硫化物的主要方法對氨基二甲基苯胺分光

15、光度法碘量法間接火焰原子吸收法氣相分子吸收光譜法間接火焰原子吸收法：圖2.40 硫化物轉(zhuǎn)化吹氣裝置示意圖（八）磷(總磷、溶解性磷酸鹽和溶解性總磷)在天然水和廢（污）水中，磷主要以各種磷酸鹽和有機磷（如磷脂等）形式存在，也存在于腐殖質(zhì)粒子和水生生物中。磷是生物生長必需元素之一，但水體中磷含量過高，會導(dǎo)致富營養(yǎng)化，使水質(zhì)惡化。預(yù)處理測定水中磷的主要方法鉬銻抗分光光度法孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法圖2.41 測定磷預(yù)處理方法示意圖四、有機化合物的測定（一）綜合指標(biāo)和類別指標(biāo)化學(xué)需氧量(COD)高錳酸鹽指數(shù)生化需氧量（BOD）總有機碳（TOC）揮發(fā)酚硝基苯類石油類1.化學(xué)需氧量(COD) 化學(xué)需氧量是

16、指在一定條件下，氧化1 L水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量，以氧的mg/L表示。 圖2.42 氧化回流裝置示意圖1）重鉻酸鉀法 滴定過程滴定前接近終點終點COD測定實驗的結(jié)果：終 點接近終點滴定前2）庫侖滴定法式中： W電極反應(yīng)物的質(zhì)量； I電解電流； t電解時間； 96500法拉第常數(shù)； M電極反應(yīng)物的摩爾質(zhì)量； n每摩爾電極反應(yīng)物的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。公式：圖2.43 庫侖滴定式COD測定儀工作原理示意圖 3）快速密閉消解滴定法或光度法 4）氯氣校正法 2.高錳酸鹽指數(shù)以高錳酸鉀溶液為氧化劑測得的化學(xué)需氧量，稱高錳酸鹽指數(shù)，以氧的mg/L表示。該指數(shù)常被作為反映地表水受有機物和還原性無機物污染程

17、度的綜合指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量（CODCr）和高錳酸鹽指數(shù)是采用不同的氧化劑在各自的氧化條件下測定的，難以找出明顯的相關(guān)關(guān)系。一般來說，重鉻酸鉀法的氧化率可達90%，而高錳酸鉀法的氧化率為50%左右，兩者均未完全氧化，因而都只是一個相對參考數(shù)據(jù)。 3.生化需氧量(BOD)生化需氧量是指在有溶解氧的條件下，好氧微生物在分解水中有機物的生物化學(xué)氧化過程中所消耗的溶解氧量。BOD是反映水體被有機物污染程度的綜合指標(biāo)，也是研究廢水的可生化降解性和生化處理效果，以及生化處理廢水工藝設(shè)計和動力學(xué)研究中的重要參數(shù)。測定方法五天培養(yǎng)法微生物電極法其他方法表2.2 由高錳酸鹽指數(shù)估算稀釋倍數(shù)乘以的系數(shù)高錳酸鹽指數(shù)/(

18、mgL-1)系數(shù)200.2，0.30.4，0.60.5，0.7，1.01）五天培養(yǎng)法2）微生物電極法圖2.44 微生物電極BOD測定儀工作原理示意圖圖2.45 微生物電極結(jié)構(gòu)示意圖其他方法圖2.46 庫侖法BOD測定儀工作原理示意圖4.總有機碳（TOC）有機碳是以碳的含量表示水體中有機物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。由于TOC的測定采用燃燒法，因此能將有機物全部氧化，它比BOD5或COD更能反映有機物的總量。 目前廣泛應(yīng)用的測定TOC的方法是燃燒氧化-非色散紅外吸收法。圖2.47 TOC分析儀流程示意圖5.揮發(fā)酚根據(jù)酚類物質(zhì)能否與水蒸氣一起蒸出，分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚。通常認為沸點在230以下的為揮發(fā)酚（屬

19、一元酚），而沸點在230以上的為不揮發(fā)酚。酚的主要分析方法4-氨基安替吡林分光光度法溴化滴定法6.硝基苯類常見的硝基苯類化合物有硝基苯、二硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、二硝基氯苯等。它們難溶于水。廢水中一硝基和二硝基苯類化合物常采用還原-偶氮分光光度法。三硝基苯類化合物采用氯代十六烷基吡啶分光光度法。 7.石油類石油類化合物漂浮在水體表面，影響空氣與水體界面間的氧交換；分散于水中的油可被微生物氧化分解，消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)惡化。測定水中石油類物質(zhì)的方法重量法紅外分光光度法非色散紅外吸收法（二）特定有機污染物1.苯系物苯系物通常包括苯，甲苯，乙苯，鄰、間、對位的二甲苯，異丙苯，苯乙烯八種化

20、合物。已查明苯是致癌物質(zhì)，其他七種化合物對人體和生物均有不同程度的毒害作用。氣相色譜法原理和儀器 檢測器：熱導(dǎo)檢測器(TCD)和火焰離子化檢測器(FID)電子捕獲檢測器(ECD)和火焰光度檢測器(FPD)頂空氣相色譜法圖2.48 氣相色譜流程示意圖圖2.49 色譜流出曲線示意圖圖2.50 熱導(dǎo)檢測器測量原理示意圖熱導(dǎo)檢測器（TCD）氫火焰離子化檢測器（FID）圖2.51 氫火焰離子化檢測器及測量原理示意圖電子捕獲檢測器（ECD）圖2.52 電子捕獲檢測器及測量原理示意圖頂空氣相色譜法圖2.53 苯系物的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖2.揮發(fā)性鹵代烴揮發(fā)性鹵代烴主要指三鹵代烴、四氯化碳等。各種鹵代烴均有特殊氣味和毒

21、性，可通過皮膚接觸、呼吸或飲水進入人體。測定水樣中鹵代烴的方法頂空氣相色譜法（HS-GC）吹脫捕集氣相色譜法（P&T-GC） 頂空氣相色譜-質(zhì)譜法（HSGC-MS）頂空氣相色譜法圖2.54 五種鹵代烴標(biāo)準(zhǔn)色譜圖3.氯苯類化合物氯苯類化合物有12種異構(gòu)體，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在水中溶解度小，具有強烈氣味,對人體的皮膚和呼吸器官產(chǎn)生刺激，進入人體后，可在脂肪和某些器官中蓄積，抑制神經(jīng)中樞，損害肝臟和腎臟。氯苯類化合物主要來源于染料、制藥、農(nóng)藥、油漆和有機合成等工業(yè)廢水。采用氣相色譜法可對水樣中各種氯苯化合物分別進行定性和定量分析。 1.氯苯的測定 2.氯苯類化合物的測定圖2.55 氯苯類化合物標(biāo)準(zhǔn)色譜

22、圖氯苯類化合物的測定 4.揮發(fā)性有機污染物凡在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273K，101.325kPa）下，蒸氣壓大于0.13 kPa的有機物（不包括有機金屬化合物和有機酸類）為揮發(fā)性有機化合物。測定方法氣相色譜法氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）圖2.57 COCs2混標(biāo)的氣相色譜圖圖2.56 COCs1混標(biāo)的氣相色譜氣相色譜-質(zhì)譜法圖2.58 GC-MS聯(lián)用儀組成方塊圖圖2.59 VOCs總離子流色譜圖 五、生物學(xué)指標(biāo)的測定(一) 細菌總數(shù)的測定(二) 總大腸菌群的測定(三) 其他細菌的測定(一) 細菌總數(shù)的測定細菌總數(shù)是指lml水樣在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37經(jīng)24小時培養(yǎng)后，所生長的細菌菌落的總數(shù)。它是判斷

23、飲用水、水源水、地表水等污染程度的標(biāo)志。其主要測定程序如下：1. 用作細菌檢驗的器皿、培養(yǎng)基等均需按方法要求進行滅菌，以保證所檢出的細菌皆屬被測水樣所有。2. 制備營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。3. 以無菌操作方法用lml滅菌吸管吸取混合均勻的水樣(或稀釋水樣)注入滅菌平皿中，傾注約15ml已融化并冷卻到45左右的營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，并旋搖平皿使其混合均勻。每個水樣應(yīng)做兩份，還應(yīng)另用一個平皿只傾注營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基作空白對照。待瓊脂培養(yǎng)基冷卻凝固后，翻轉(zhuǎn)平皿，置于37恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)24小時，然后進行菌落計數(shù)。4. 用肉眼或借助放大鏡觀察，對平皿中的菌落進行計數(shù)，求出1ml水樣中的平均菌落數(shù)。報告菌落計數(shù)時，若菌落數(shù)在100以內(nèi)，按實有數(shù)字報告；若大于100時，采用兩位有效數(shù)字，用10的指數(shù)來表示。例如，菌落總數(shù)為37750個/ml，記作3.8104個/ml。(二) 總大腸菌群的測定糞便中存在有大量的大腸菌群細菌，其在水體中存活時間和對氯的抵抗力等與腸道致病菌，如沙門氏菌、志賀氏菌等相似，因此將總大腸菌群作為糞便污染的指示菌是合適的。但在某些水質(zhì)條件下，大腸菌群細菌在水中能自行繁殖。總大腸菌群是指那些能在35、48小時之內(nèi)使乳糖發(fā)酵產(chǎn)酸、產(chǎn)氣、需氧及兼性厭氧的、革蘭氏陰性的無芽孢桿菌，以每升水樣中所含有的大腸菌群的數(shù)目表示?？偞竽c菌群的檢驗方法有發(fā)酵法和濾膜法。(三) 其他細菌的測定沙門氏菌：沙門