水文地球化學(xué)電子教案3

水文地球化學(xué)主講：蘇春利中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院第三講天然水化學(xué)成分的組成及水化學(xué)資料的獲取與整理第一部分天然水化學(xué)成分的組成

天然水的分類

大氣降水與地表水的化學(xué)特征地下水的化學(xué)特征天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理天然水的組成天然水是組成復(fù)雜的溶液存在于地殼中的87種穩(wěn)定的化學(xué)元素中，在天然水中就發(fā)現(xiàn)了70種以上天然水的化學(xué)成分是指離子、絡(luò)陰離子、復(fù)雜絡(luò)合物無機(jī)分子(O2、CO2、H2、CH4、H4SiO4)有機(jī)分子(HCl-C=C-Cl2,Cl2-C=C-Cl2)微生物（細(xì)菌、病毒、寄生蟲）（存活時(shí)間、吸附、酸性土壤）膠體(10-9-10-7m)天然水組成的分類天然水組成可按溶質(zhì)顆粒大小、化合物類型、相對濃度及相態(tài)等分類按溶質(zhì)顆粒大小

真溶液膠體

懸浮液

按化合物類型無機(jī)物有機(jī)物

無機(jī)絡(luò)合物及有機(jī)絡(luò)合物按相態(tài)固相液相氣相

按相對濃度宏量組分中量組分

微量組分大氣降水的一般特征大氣降水是含雜質(zhì)較少、礦化度較小的軟水，其含鹽量一般為20—50mg/L。干旱地區(qū)的雨水雜質(zhì)較多，潮濕地區(qū)雨水中雜質(zhì)較少。濱海地區(qū)降水中的Na+和Cl-含量較高，而內(nèi)地降水中的Na+和Cl-含量較低。初降雨水雜質(zhì)較多，而長期降雨后的雨水雜質(zhì)較少。大氣降水中的氣體組分大氣降水中一般溶有較多的CO2，因此酸性較強(qiáng)，具有強(qiáng)烈破壞巖石的能力。含CO2氣體的降水入滲地下后，可發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，在改變水自身的溶解組分的同時(shí)，也強(qiáng)烈地改變著所流經(jīng)的巖土體的形狀，并形成不同類型的次生礦物。大氣降水中還溶有一定量的惰性氣體，它們可隨水一直下滲到深處，基本上不改變原來狀態(tài)，因此可用惰性氣體作為判別地下水補(bǔ)給來源與運(yùn)動(dòng)途徑的指標(biāo)。

大氣降水中的其他化學(xué)特征大氣降水的pH值一般為5.5-7.0左右；大氣降水的主要鹽類成分為HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-，Ca2+，Mg2+，Na+，K+；大氣降水中二氧化硅含量很小，一般不超過0.5mg/L；海水的化學(xué)特征海水的無機(jī)組分

宏量組分（含量>10mg/L）：按含量由大到小的順序依次為Cl-，Na+，SO42-，Mg2+，Ca2+，K+，HCO3-，Br-；中量組分（含量在0.1mg/L-10mg/L）：包括Sr，SiO2，B，F(xiàn)，NO3-，Li，Rb等；微量組分（含量<0.1mg/L）：包括I，Ba，Mo，Zn，Ni，As等。海水的有機(jī)組分海水中有機(jī)物的來源為海生生物所釋放的碳水化合物、蛋白質(zhì)等，其有機(jī)碳含量一般處于0.1mg/L-2.7mg/L之間。河水的化學(xué)特征河水的無機(jī)組分

主要離子含量的大小順序與海水相反：即Ca2+>Na+，HCO3->SO42->Cl-；總含鹽量在100-200mg/L之間，一般不超過500mg/L；基本化學(xué)組成與河水流經(jīng)地區(qū)的巖土類型直接相關(guān)，如石灰?guī)r區(qū)的河水中富含Ca2+與HCO3-，流經(jīng)含石膏地層的河水SO42-含量較高，等等。河水的有機(jī)組分河水中的有機(jī)組分來源于地面植物腐爛或死亡后的分解物質(zhì)，總含量一般在10-30mg/L之間。湖泊與水庫水的化學(xué)特征湖泊水的化學(xué)特征

湖泊水的補(bǔ)給源為河流或地下水；湖泊水的含鹽量受補(bǔ)給量與蒸發(fā)量大小關(guān)系的影響；氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)含量很高的污水排入湖泊后，可引起藻類大量繁殖，是湖泊中常見的一種污染，稱為富營養(yǎng)化。水庫水的化學(xué)特征

水庫為人工的淡水湖泊，其水質(zhì)狀態(tài)與淡水湖非常相近。地下水的化學(xué)特征地下水中的Si

Si廣泛存在于地殼上的各種巖石與礦物中，包括石英、鋁硅酸鹽、粘土礦物等；在一般環(huán)境條件下，石英的溶解非常緩慢；硅酸鹽和鋁硅酸鹽（如鉀長石、鈉長石、鈣長石、黑云母、白云母、鈉蒙脫石、鈣蒙脫石、鎂橄欖石等）的不全等溶解可產(chǎn)生硅酸；不論是石英還是硅酸鹽和鋁硅酸鹽的溶解，水中的Si幾乎全部以H4SiO4的形式存在，H3SiO4-相對很少，H2SiO42-則極少。地下水中SiO2的含量一般在10-30mg/L之間，一般不超過100mg/L。地下水的化學(xué)特征鋁硅酸鹽與地下水的反應(yīng)

輝石：[CaMg0.7Al0.6Si1.7]O6+3.4CO2+4H2O=0.3Al2Si2O5(OH)4+Ca2++0.7Mg2++1.1H4SiO4+3.4HCO3-黑云母：KMg3AlSi3O10(OH)2+7CO2+7.5H2O=0.5Al2Si2O5(OH)4+K++3Mg2++2H4SiO4+7HCO3-鈣長石：CaAl2Si2O8+2CO2+3H2O=Al2Si2O5(OH)4+Ca2++2HCO3-鈉長石：2NaAlSi3O8+2CO2+11H2O=Al2Si2O5(OH)4+2Na++4H4SiO4+2HCO3-地下水的化學(xué)特征地下水中的Al

地下水中鋁的濃度主要受鋁的氫氧化物（三水鋁石）的溶度積的控制；換言之，地下水中鋁的濃度與pH值有關(guān)系，酸性條件有利于Al2O3的溶解；地下水中鋁的存在形式也與pH值有關(guān)系。在pH<4的地下水中，鋁主要以Al3+的形式存在，而在堿性地下水中，可形成AlO2-、AlO33-等離子。地下水的化學(xué)特征地下水中的Fe地下水中的鐵的水文地球化學(xué)特性受pH值與氧化還原條件的影響很大；例如：當(dāng)?shù)叵滤膒H值從8減小到6，F(xiàn)e3+在水中的溶解度將增加106倍；所以，在河流入海處的沉積物中常會(huì)出現(xiàn)Fe(OH)3沉淀。原因?yàn)殛懙厣系暮铀３嗜跛嵝?，而海水則呈弱堿性。地下水的化學(xué)特征地下水中的Ca、MgCa2+、Mg2+在地下水中的行為受水溶CO2的影響非常大，換言之，碳酸平衡是控制鈣、鎂離子在水中溶解或沉淀的主導(dǎo)因素；以鈣為主的地下水的TDS一般小于1g/L；雖然鎂鹽在水中的溶解度比鈣鹽大，但由于Mg2+相對于Ca2+易被植物吸收，故其在地下水中的含量一般小于后者。地下水的化學(xué)特征地下水中的Na、K地下水中的鈉、鉀一般來源于硅酸鹽地層及易溶鹽類地層；鈉是高礦化度水的主要成分；鉀在地殼中的含量與鈉相似，鉀鹽也非常易溶于水，但鉀是營養(yǎng)元素，及其容易被植物吸收，所以在地下水中含量非常低；鉀在海水中的含量可以達(dá)到很高。地下水的化學(xué)特征地下水中的C地下水中的碳主要來源于石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r的溶解；地下水中溶解的CO2氣體對地下水中的碳酸平衡有非常重要的意義，并控制著碳的濃度與水的酸堿性。地下水中的各種含碳組分的含量受pH影響非常大；地下水的化學(xué)特征地下水中的SSO42-也是地下水的重要成分之一，來源于石膏等硫酸鹽的溶解，也可能來自硫化礦床氧化產(chǎn)物的溶解。地下水中硫的主要存在形式為SO42-，在酸性條件下出現(xiàn)HSO4-，在還原環(huán)境出現(xiàn)H2S，在還原的堿性條件下出現(xiàn)HS-；在富含有機(jī)物的地下環(huán)境中，如油田、富腐殖質(zhì)的土壤，脫硫酸作用將使地下水中的SO42-含量極少或不含SO42-。地下水的化學(xué)特征地下水中的Cl地下水中的Cl-主要來源于巖鹽的溶解，Cl是高礦化度水的主要成分；Cl在地下水中含量變化規(guī)律一般與TDS一致。地下水的化學(xué)特征地下水中的N地下水中高含量的含氮離子的出現(xiàn)往往是人類污染的結(jié)果；當(dāng)氧化環(huán)境的水進(jìn)入富有機(jī)質(zhì)的還原性地層時(shí)，水中組分被氧化的次序是：從還原環(huán)境的水進(jìn)入氧化環(huán)境的水，其組分被氧化的次序是：地下水的化學(xué)特征地下水中的P地下水中的磷來自于污染或磷酸鹽礦物的風(fēng)化。磷酸鹽礦物的溶解度都很低，土壤中動(dòng)植物及微生物的作用是使難溶性或不溶性磷酸鹽進(jìn)入地下水循環(huán)的關(guān)鍵所在。/地下水中P的的存在形式有四種，即H3PO4(aq)、H2PO4-、HPO22-和PO43-。水中pH的的存在形式嚴(yán)格受pH控制：pH<4時(shí)，才出現(xiàn)H3PO4(aq);pH<10時(shí)，才出現(xiàn)PO43-pH=7.21時(shí)，H2PO4-和HPO22-各占一半總?cè)芙夤腆w(TDS)指水中溶解組分的總量，包括溶于水中的離子、分子、絡(luò)合物，但不包括懸浮物與氣體；通常以105-110℃下水蒸干后留下的干涸殘余物的重量來表示，單位為mg/L；常用的TDS計(jì)算方法為水中溶解組分總和減去HCO3-濃度的一半。含鹽量指水中各種組分的總和；為計(jì)算值，與TDS的差別在于不需減去HCO3-濃度的一半。天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)硬度總硬度：水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等堿土金屬離子的總和，計(jì)算方法為Ca2+、Mg2+毫克當(dāng)量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，單位為mg/L。碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）：指與CO32-、HCO3-結(jié)合的硬度，可通過煮沸的方式除去。計(jì)算方法為CO32-、HCO3-的毫克當(dāng)量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，單位為mg/L。非碳酸鹽硬度（永久硬度/負(fù)硬度）：指與Cl-、NO3-、SO42-結(jié)合的硬度，不能通過煮沸的方式除去。計(jì)算方法為總硬度減去暫時(shí)硬度，如結(jié)果為負(fù)值稱為負(fù)硬度。鈉吸附比用于評(píng)價(jià)灌溉水水質(zhì)或土壤與地下水之間的陽離子交換反應(yīng)。SAR值高的水灌溉會(huì)引起土壤板結(jié)。天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)化學(xué)需氧量(COD)指在強(qiáng)酸性條件下化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)物所消耗的氧量，以mg/L為單位，通常所用氧化劑為KMnO4、K2Cr2O7。生化需氧量(BOD)指微生物降解水中有機(jī)物所消耗的氧量，以mg/L為單位，通常采用20℃條件下，培養(yǎng)微生物5天所得的BOD值?？傆袡C(jī)碳(TOC)水中各種形式有機(jī)碳的總量，以mg/L為單位。氧化還原電位(Eh)為表征水系統(tǒng)氧化還原狀態(tài)的指標(biāo)，單位為V，正值表明水系統(tǒng)處于相對氧化狀態(tài)，負(fù)值表明水系統(tǒng)處于相對還原狀態(tài)。天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)堿度表征水系統(tǒng)中和酸的能力的指標(biāo)，主要取決于水中CO32-、HCO3-的含量；天然水中的OH-、硼酸、磷酸、硅酸也具有中和酸的能力，但由于含量甚小而一般不予考慮。計(jì)算方法為CO32-、HCO3-的毫克當(dāng)量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，單位為mg/L。在數(shù)值上等于暫時(shí)硬度。酸度表征水系統(tǒng)中和強(qiáng)堿的能力的指標(biāo)；對水系統(tǒng)酸度有貢獻(xiàn)的指標(biāo)包括強(qiáng)酸（如HCl、HNO3、H2SO4）、弱酸（如CO2、H2CO3、有機(jī)酸）、強(qiáng)酸弱堿鹽（如FeCl3）等。總酸度包括水中已電離的H+和將會(huì)電離的H+，已電離的H+稱為離子酸度，與pH值一致。天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)第二部分水化學(xué)資料的獲取與整理方法AcquisitionandProcessingofHydrochemicalData在自然界中，單純由H2O分子組成的化學(xué)意義上的“純水”是不存在的。1、天然水都是成分復(fù)雜的多相水溶液。2、地下水中存在著各種元素、氣體、有機(jī)化合物、膠體等3、隨著測試技術(shù)的完善，地下水中測出的元素和化合物種類越來越多。天然水都是水溶液1、首先在野外現(xiàn)場取樣，現(xiàn)場測試，水樣預(yù)處理2、將水樣帶回室內(nèi)，送實(shí)驗(yàn)室分析3、獲得水質(zhì)報(bào)告在這種報(bào)告中，通常僅有水中化學(xué)組分的含量。4、對這些組分進(jìn)行分類、整理。從中提取水文地球化學(xué)信息，并揭示其蘊(yùn)含之內(nèi)在的規(guī)律性?？梢哉f，不進(jìn)行水化學(xué)資料的獲取和整理工作，就談不上水文地球化學(xué)工作。獲取地下水的化學(xué)成分資料是水文地球化學(xué)工作的第一步第一節(jié)水分析概述

IntroductiononWaterAnalysis

水分析的目的：獲取所研究水體水質(zhì)的數(shù)據(jù)。要求有：1）靈敏度高，精密度好的分析方法

2）根據(jù)使用目的，正確選定采樣時(shí)間、地點(diǎn)、取樣深度以及樣品的保存技術(shù)。在現(xiàn)行的工作實(shí)踐中，有許多人簡單地把水化學(xué)工作理解成取樣——化驗(yàn)（分析）——水質(zhì)評(píng)價(jià)，是大錯(cuò)而特錯(cuò)的！上面提到的這幾項(xiàng)需正確選定的內(nèi)容，都不可忽視。一、地下水樣品的采集、保存與現(xiàn)場分析二、水分析方法的分類三、水分析結(jié)果質(zhì)量評(píng)估主要內(nèi)容：一、地下水樣品的采集、保存與現(xiàn)場分析（一）采樣時(shí)間（t）→旱、雨兩季取樣（二）采樣地點(diǎn)（x，y）→直接關(guān)系到水樣的典型性或代表性（三）取樣深度（z）：在目前的地下水采樣工作中，深度而言，有兩種：

1、不分深度的采樣

2、分深度取樣（四）樣品的現(xiàn)場保存與分析Collection,Preservationandin-situAnalysisofWaterSamples1、不分深度的采樣作用：判別地下水化學(xué)成分區(qū)域性變化規(guī)律及其與圍巖的關(guān)系時(shí)十分有用。缺點(diǎn)：①所取水樣實(shí)際上是不同成分水的混合物；②在取樣過程中，就可能導(dǎo)致出現(xiàn)混合作用。因此，所采水樣并不能代表含水層中水的真實(shí)化學(xué)面貌，從而阻礙了正確認(rèn)識(shí)地下水水質(zhì)狀況和含水層中所發(fā)生的地球化學(xué)過程。

Q長濾網(wǎng)Q短濾網(wǎng)2、分深度取樣濾網(wǎng)或長眼端頭測壓管A常規(guī)測壓管三種常用分深度取樣技術(shù)的固定裝置細(xì)徑測壓管套管濾網(wǎng)充氣栓塞B單個(gè)套管多層測壓管C單個(gè)長過濾管中栓塞取樣（四）樣品的現(xiàn)場保存與分析當(dāng)?shù)叵滤粠е恋乇頃r(shí)，它便進(jìn)入了一個(gè)與含水層中不同的新的物理化學(xué)環(huán)境中，從而使其成分發(fā)生變化。因此，采樣送往實(shí)驗(yàn)室分析之前，需要采取一系列的措施，防止/減緩水樣化學(xué)成分的變化。（1）選擇和清洗容器（2）樣品保存（添加試劑、溫度）（3）現(xiàn)場分析（4）地下水采樣所記錄的內(nèi)容（1）選擇和清洗容器容器選擇高密度聚乙烯：硅、鈉、總鉀、氯化物、電導(dǎo)率、pH和硬度玻璃容器：有機(jī)化合物和微生物塑料容器：放射性核素和大部分無機(jī)物琥珀色玻璃瓶：對光敏性物質(zhì)塑料瓶：冷凍保存的樣品不銹鋼容器：高溫或高壓樣品或痕量濃度的有機(jī)物樣品采樣瓶清洗程序以清潔劑清洗的塑料瓶或玻璃瓶⑴清潔劑稀水溶液和自來水清洗樣品瓶和瓶蓋⑵用自來水徹底沖洗⑶用適當(dāng)質(zhì)量的純水連續(xù)沖洗三次⑷徹底排干并蓋上蓋子注：自動(dòng)洗碟機(jī)可用于此清洗程序采樣瓶清洗程序以酸清洗的塑料或玻璃瓶⑴用清潔劑稀水溶液和自來水清洗樣品瓶和瓶蓋⑵用自來水徹底沖洗⑶用10%硝酸溶液沖洗⑷排除殘液后用10%硝酸溶液完全充滿⑸加蓋并存放至少24小時(shí)⑹倒出樣品瓶中的硝酸，用適當(dāng)質(zhì)量的水沖洗后立即旋緊瓶蓋注：全自動(dòng)強(qiáng)酸洗滌器可用于此清洗程序

采樣瓶清洗程序以溶劑清洗的玻璃瓶⑴用清潔劑稀水溶液和自來水清洗樣品瓶和瓶蓋⑵用自來水徹底沖洗⑶用適當(dāng)質(zhì)量的純水連續(xù)沖洗三次并干燥⑷用適當(dāng)質(zhì)量的丙酮沖洗并排空⑸用適當(dāng)質(zhì)量的適合于特定檢測組分的溶劑沖洗、干燥后立即旋緊瓶蓋注：所用清洗溶劑應(yīng)與被測組分所用檢測方法中使用的溶劑一致，例如萃取溶劑（2）樣品的保存金屬元素和陽離子一般通過加酸（硝酸）來實(shí)現(xiàn)100ml水樣加入0.7ml65%HNO3，即可中和其堿，使其pH<2目的：消除絕大多數(shù)細(xì)菌的生長，阻礙氧化反應(yīng)和成絡(luò)反應(yīng)，防止陽離子的吸附或沉淀。為說明樣品保存方法對水分析結(jié)果的影響，這里我們舉一個(gè)例子某些特殊組分（不易進(jìn)行現(xiàn)場測定，不易保存）添加試劑形成沉淀物，以便室內(nèi)分析H2S：加入醋酸鋅和NaOH，以生成ZnS沉淀；侵蝕性CO2：加入化學(xué)純CaCO3粉末，室內(nèi)測定侵蝕性CO2與CaCO3粉末生成的HCO3-含量，再推求侵蝕性CO2含量例鐵氧化對水分析結(jié)果的影響

某處地下水含F(xiàn)e2+20mg/l。若不加酸處理，F(xiàn)e2+在取樣瓶中被氧化形成Fe(OH)3沉淀，試求：此過程發(fā)生后，堿度（HCO3-）含量如何變化？解：取樣瓶中發(fā)生的反應(yīng)是：20mg/LFe2+相當(dāng)于20/55.8=0.36×10-3mol/L，該反應(yīng)消耗了2倍的HCO3-

，故堿度減少了：此例說明：正確的進(jìn)行樣品的保存，不僅可確保被測定項(xiàng)目的真實(shí)客觀，而且可防止出現(xiàn)改變水質(zhì)的一些反應(yīng)醋酸鋅溶液(ρ=0.10g/l),C4H6O4Zn磷酸(ρ=1.7g/ml),H3PO4鹽酸(ρ=1.16g/ml),HCl硝酸(ρ=1.42g/ml),HNO3硫酸(8mol/l),H2SO4氫氧化鈉(ρ=0.40g/ml),NaOH甲醛溶液（φ＝37%）（福爾馬林），CH2O乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)水溶液(ρ=0.025g/ml),C10H14N2Na2O8?2H2O乙醇（φ＝96%），CH3CH2OH堿性羅戈氏溶液（含乙酸鈉）酸性羅戈氏溶液（含乙酸）試劑五水硫代硫酸鈉，Na2S2O3?5H2O抗壞血酸，C6H8O6氫氧化鈉，NaOH重鉻酸鉀，K2Cr2O7硫酸銅，CuSO4四硼酸鈉，Na2B4O7?10H2O環(huán)六亞甲基四胺（烏洛托品），C6H12N4溶液試劑固體試劑（3）現(xiàn)場分析實(shí)例：某不含碳酸鹽的砂巖含水層中現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)室測定pH值對比4567456788實(shí)驗(yàn)室測pH現(xiàn)場測pH從該圖不難看出：落在對角斜線上的實(shí)測點(diǎn)很少，絕大多數(shù)都不吻合，且實(shí)驗(yàn)室測pH偏高。究其根本是水的pH值易變性，或不穩(wěn)定性與之相似的指標(biāo)還有EC（電導(dǎo)率，μs/cm）Eh(mV),O2，T（水溫,℃）、游離CO2，NO2-，NH4+，NO3-。

（4）地下水采樣記錄內(nèi)容⑴采樣點(diǎn)名稱和位置⑵采樣日期和時(shí)間⑶含水層和賦存水體的類型⑷采樣點(diǎn)類型（如鉆孔、井或泉）⑸應(yīng)敘述的任何相關(guān)信息（如井的容積）⑹抽水情況和泵汲水和/或涌水深度⑺井或鉆孔中的水位⑻采樣方法（4）地下水采樣所記錄的內(nèi)容（續(xù)）⑼采樣深度⑽采樣時(shí)的樣品外觀（如顏色、透明度和氣味）⑾現(xiàn)場分析結(jié)果（例如pH、溶解氧等）⑿所用樣品保存技術(shù)的詳細(xì)描述⒀對所用現(xiàn)場過濾方法和裝置的詳細(xì)描述（例如濾膜孔徑）⒁對所使用（需要使用）的樣品儲(chǔ)存方法的詳細(xì)描述；⒂采樣人姓名（簽名）二、水分析方法的分類（一）根據(jù)被測組分的相對百分含量常量分析(>1%)，微量分析(0.01～1%)和痕量分析(<0.01%)（二）根據(jù)試樣用量常量分析(>0.1g或10－100ml)，半微量(0.01～0.1g或1－10ml),微量(0.1～10mg或0.01－1ml，如流動(dòng)注射分析法，只需幾μl)和超微量(<0.1mg或<0.01ml)。（三）根據(jù)測試原理化學(xué)分析法和儀器分析法。

完成野外現(xiàn)場分析、采樣和樣品保存后，水樣被送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行內(nèi)分析測試。其任務(wù)就是測定水的化學(xué)成分及其賦存狀態(tài)ClassificationofWaterAnalysisMethod1、化學(xué)分析法化學(xué)分析法重量分析法滴定分析法沉淀法電解法氣化法沉淀法是利用沉淀劑將被測組分轉(zhuǎn)化為沉淀物，經(jīng)過濾、洗滌、烘干或灼燒后，稱取沉淀的重量，算出被測組分的含量電解法是利用電解作用，使被測組分轉(zhuǎn)化為金屬或其它形式析出在鉑電極上，根據(jù)電極增加的重量，算得被測組分的含量

氣化法是利用加熱等方法使被測組分轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性物質(zhì)逸出，根據(jù)試樣減輕的重量算出被測組分的含量；也可用吸收劑將逸出組分吸收，根據(jù)吸收劑增加的重量，算出被測物之重量

將一種已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液（標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定相），滴加到待測物質(zhì)溶液中，直到所加試劑恰好與待遇測組分按化學(xué)計(jì)量定理反應(yīng)為止，從而根據(jù)滴加試劑的準(zhǔn)確體積計(jì)算待測組分含量。2、儀器分析法以物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法。需用除分析天平和滴定管以外的較特殊的儀器。常與PC機(jī)聯(lián)機(jī)，快速、靈敏，適用于微量組分的分析利用物質(zhì)電學(xué)或電化學(xué)性質(zhì)電化學(xué)分析法利用物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)光學(xué)分析法新技術(shù)色譜分析法極譜分析：Mo、Se、Ba、NO3-等電位分析：pH、Eh、F-、Cl-等AAS(AtomicAdsorptionSpectrometry)ICP(InductivelycoupledPlasma)………氣相色譜：各種氣體及有機(jī)污染物離子色譜：F-,Cl-,NO3-,SO42-,Na+等質(zhì)譜、能譜、中子火化……..三、水分析結(jié)果質(zhì)量評(píng)估1、水溶液均呈中性陽離子的毫克當(dāng)量總數(shù)（∑c）與陰離子的毫克當(dāng)量總數(shù)（∑a）應(yīng)是相當(dāng)?shù)膶?shí)際上存在各種誤差，故當(dāng)∑c+∑a>5meq/L時(shí)，要求：（1）一般天然水：（2）一般污染水

不適用于鹵水、嚴(yán)重污染水及∑c+∑a<5meq/L的樣品。QualityAssessmentofWaterAnalysisData2、在簡分析中，Na+、K+是計(jì)算值。其算法是：將Na++K+含量換算成mg/L時(shí)，要乘25，一般地下水中，K+遠(yuǎn)低于Na+

（約占1/10），而Na+的原子量為23，K+的原子量為39。三、水分析結(jié)果質(zhì)量評(píng)估（續(xù)）3、據(jù)碳酸平衡理論，當(dāng)pH>8.3時(shí)，水中不應(yīng)含H2CO3,當(dāng)pH<8.3時(shí)，不應(yīng)含CO32-，若不符，則說明pH值或CO32-

、HCO3-的測定有問題。4、核準(zhǔn)TDS實(shí)測值與計(jì)算值之間的誤差。

三、水分析結(jié)果質(zhì)量評(píng)估（續(xù)）兩值誤差不得超過±5％第二節(jié)

水化學(xué)資料的整理方法一、常用濃度量綱（復(fù)習(xí)）ConcentrationDimension1、體積量綱：克/升（g/l）、毫克/升（mg/l）

2、摩爾量綱（M）：mol/l（克/升/摩爾分子數(shù)）

3、重量量綱

ppm（Partpermillion,百萬分之一)=10-6=1mg/kgppb(Partperbillion,十億分之一)=10-9=10-3ppm

ProcessingofHydrochemicalData4、毫克當(dāng)量濃度（毫克當(dāng)量／升）以meq/L表示毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（meq％）＝近年來，水分析中傾向于使用mg/l，因?yàn)閙g/l法代表了大多數(shù)成分所用的分析方法，即分析一已知體積溶液中的物質(zhì)質(zhì)量，而不是一已知質(zhì)量溶液中物質(zhì)的質(zhì)量。

二、庫爾洛夫式庫爾洛夫式具有一目了然的特點(diǎn)，是以數(shù)學(xué)分式形式表示水的化學(xué)成分的方法，但并無數(shù)學(xué)上的意義。其主體分式的寫法為：在分子、分母的位置，按meq%大小順序?qū)懗龈髦饕?、陽離子的化學(xué)式及其meq%值。沿用慣例，只列出meq%>10%的陰、陽離子，若認(rèn)為需要，也可將<10%者列入，用［］表示。

寫出主體分式后，在其前面依次列出微量元素、氣體成分和礦化度，其單位均為g/l。在分式后面列出溫度（℃）、pH值、流量（l/s）微量元素和氣體成分的書寫要注意幾點(diǎn)：１、一般只寫出其含量超過區(qū)域背景值或國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（為礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，飲用水標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)）的微量元素和氣體組分。如山東某溫泉水庫爾洛夫式為：此水樣的Si(以H2SiO3表示)和H2S含量均超出了寫礦水的最低含量，CO2含量也超出了區(qū)域背景值。２、水中偏硅酸根、硝酸根含量有時(shí)較高，構(gòu)成了主要陰離子（>10%），這時(shí)，主體式中就須列出實(shí)例：江西崇仁縣馬鞍坪，某下降泉水化學(xué)成分為（mg/L）Ca2+：1.02（8.2%）Mg2+：0.912（12.3%）Na++K+：10.235（78.7%）Fe3+：0.08（0.6%）Fe2+：0.02（0.1%）pH為6.3、Eh為475.5mv、耗氧量為0.24、M為43.28，t為14℃其庫爾洛夫式為：Cl-：1.7（7.6%）SO42-：0.5（1.6%）HCO3-：16.71（44.3%）HSiO3-：22.1（46.4%）3、氣體成分的單位一般為g/l，只有放射性氣體氡氣例外，其單位是ME（馬赫）,愛曼，或Bq(貝可)，1ME=3.64愛曼，1愛曼＝3.7Bq。如某放射性泉的化學(xué)成分庫爾洛夫式為：

課堂作業(yè)3：一水樣成分如下(meq/L):（簡分析結(jié)果）Cl-為1.0、SO42-為1.0、HCO3-為2.0Ca2+為1.5、Mg2+為1.0pH為7.3、T為15℃、M為340mg/L

試寫出其庫爾洛夫式三、水化學(xué)圖示法用內(nèi)容明確、重點(diǎn)突出、簡明易懂的圖件來表達(dá)自已的思想觀點(diǎn)，整理在工作中搜集到的資料。表達(dá)天然水化學(xué)成分的圖示法有:水化學(xué)玫瑰花圖、Stiff圖、柱狀圖、圓形圖、三線圖等等。目前應(yīng)用最廣、最實(shí)用的是三線圖，當(dāng)一個(gè)地區(qū)水樣測試數(shù)據(jù)較豐富時(shí)，用三線圖解可有助于分析該地區(qū)的地下水化學(xué)成分的空間分布規(guī)律和形成作用。DiagrammaticRepresentationofWaterChemicalComponents（一）圓形圖示法CaMgK+NaHCO3SO4Cl總meq/L（二）柱狀圖示法(P.90)CaMgNa+KHCO3SO4Cl020406080100meq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)直觀、有效地表現(xiàn)水化學(xué)成分的方法。以meq%表示離子含量左側(cè)自上而下按堿性由弱到強(qiáng)，依次列出Ca、Mg、Na+K右側(cè)自上而下按酸性由弱到強(qiáng)，依次列出CO3、HCO3、SO4和Cl一般地下水中CO32-和K+含量較低，故一般不列出CO32-和K+

。

柱狀圖示法實(shí)例多邊形圖示法半對數(shù)圖示法（一）三線圖（p.91）三線圖解由兩個(gè)三角形及一個(gè)菱形組成，左下角三角形的三條邊線分別代表陽離子中Na++K+、Ca2+及Mg2+的meq%；右下角三角形表示陰離子Cl-、SO42-及HCO3-的meq%.任一水樣的陰陽離子的相對含量分別在兩個(gè)三角形中用標(biāo)點(diǎn)、圓圈或圓點(diǎn)表示，引線在菱形中得出交點(diǎn)以圓圈或圓點(diǎn)表示，按一定比例尺畫出的圓圈大小表示礦化度高低。優(yōu)點(diǎn)：

(1)能把大量的分析資料點(diǎn)繪在圖上，依據(jù)其分布情況可以解釋許多水文地質(zhì)問題。（2）Piper認(rèn)為該法能判斷某種水是否是另外兩種水簡單混合的結(jié)果。000000100100100100100100K+Na:15Ca:60Mg:25Cl:20SO4:40HCO3:40四、水化學(xué)分類為了科學(xué)、合理地開發(fā)利用地下水資源，除了要定量地評(píng)價(jià)水資源的量，而且必須評(píng)價(jià)水質(zhì)在水量方面可把水資源分為補(bǔ)給資源和儲(chǔ)存資源在水質(zhì)方面對地下水的劃分有三種：A按成因分：滲入成因、沉積成因、內(nèi)生成因B按溶解組分和水化學(xué)指標(biāo)分（本節(jié)講）。C按潛在用途分：飲用水、農(nóng)業(yè)用水、用業(yè)用水、醫(yī)療礦水、工業(yè)礦水……HydrochemicalClassificationofWater１、按礦化度（總?cè)芙夤腆w）分類：通過溶解組分之和減去1/2HCO3-,可得到TDS的計(jì)算值。A礦化度(mineralization，M)：水中所含各種離子、分子及化合物的總量，以克／升(g/L)表示B總?cè)芙夤腆w（TDS，totaldissolvedsolids），亦稱固形物（歐美常用）:包括分解和未分解的物質(zhì)，但不包括懸浮物質(zhì)、膠體或溶解氣體。一般是通過蒸干水樣后，在105-110℃下烘干1-2小時(shí)后得到。在蒸干過程中，碳酸鹽和硫酸鹽要沉淀，一些物質(zhì)（有機(jī)物、氯化物、硝酸鹽等）要損失。CO2的損失為按照礦化度大小，可將地下水分為以下幾類：淡水M<1.0g/l微咸水M=1.0-3.0g/l咸水M=3.0-10.0g/l鹽水M=10.0-50.0g/l鹵水M>50.0g/l歐美劃分（據(jù)TDS,mg/L）淡水0-1000咸水1000-10000鹽水10000-100000鹵水>1000002、按溫度劃分地下水的溫度變化范圍較寬。我國目前把水溫低于25℃的地下水稱地下冷水，高于25℃的地下水稱地下熱水，并細(xì)分：25-40℃溫水40-60℃溫?zé)崴?0-90℃熱水90-150℃中溫地?zé)豳Y源﹥150高溫地?zé)豳Y源3、按硬度(Hardness)劃分此外，水中Ca離子含量多少與人體健康密切相關(guān)。人骨骼主要成分是磷酸鈣，血液中也含有一定的鈣離子，沒有它，皮膚劃破了，血液不易凝結(jié)。臨床研究表明，長期飲用硬水，可防止高血壓和其它心血管疾病。但也有報(bào)導(dǎo)，長期飲用硬水，可導(dǎo)致尿石癥等結(jié)石病。由上述可見，水的硬度與人民生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)關(guān)系密切。研究水的硬度，具有重要的實(shí)際意義。水中含有一些容易生成難溶鹽類的金屬陽離子，如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+、Fe3+、Al3+等，其中最主要的是Ca2+、Mg2+，其它離子一般在水中含量較低3、按硬度劃分（續(xù)）總硬度：水體中所含Ca、Mg離子的總量［Ca2++Mg2+］暫時(shí)硬度：水中［HCO3-+CO32-］（如此命名是因?yàn)榧訜釙r(shí)Ca、Mg與之生成沉淀析出）或碳酸鹽硬度永久硬度：［Ca2++Mg2+］-［HCO3-+CO32-］自然界還存在另外一種情況：即［Ca2++Mg2+］<［HCO3-+CO32-］,這時(shí)只有暫時(shí)硬度和總硬度，而沒有永久硬度，這時(shí)若加熱水樣，HCO3-和CO32-

只有一部分與Ca2+

、Mg2+結(jié)合，沉淀析出，而另有一部分HCO3-和CO32-與K+、Na+等結(jié)合，構(gòu)成非硬度離子對，把這部分稱為負(fù)硬度。負(fù)硬度：［HCO3-+CO32-］－［Ca2++Mg2+］3、按硬度劃分（續(xù)）硬度的單位常用meq/L，但最常用的單位是德國度，定義為每升水中含CaO10mg/L時(shí)為1德國度（1H°），簡稱德度meq/L與德度的換算關(guān)系為：1meq/L=1×28.04/10=2.8H°根據(jù)硬度值大小，可把天然水作以下劃分：（德度）極軟水<4軟水4-8

微硬水8-16

硬水16-30極硬水>304、按主要離子組分分類大多考慮主要陰、陽離子的相對含量。兩種常用的水化學(xué)分類方法。（１）舒卡列夫分類：①編號(hào)命名法②順序命名法（２）蘇林分類①編號(hào)命名法根據(jù)地下水中Ca、Mg、Na(Na+K)、Cl、SO4、HCO3將含量大于25meq%的陰離子和陽離子進(jìn)行組合，每型以阿拉伯?dāng)?shù)字為代號(hào)，共49型；按礦化度又分為4組：A組礦化度<1.5g/l，B組1.5-10g/l，C組10-40g/l，D組>40g/l。命名時(shí)在數(shù)字與字母間加連接號(hào)，如1-A型：指的是M<1.5g/l,陰離子只有HCO3>meq25％，陽離子只有Ca大于25meq%。不足之處：有的水型至今在自然界未見到；未能包括一些其它類型的水如偏硅酸鈉水、硝酸鈣水；從此分類中看不出陰陽離子的大小順序。含量>25%meq的離子HCO3HCO3+SO4H+S+ClH+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249①編號(hào)命名法②順序命名法按水中陰陽離子含量>25meq%的順序排列命名，陰離子在前，陽離子在后如：HCO3-SO4-Ca水、SO4-Na水。這樣命名，有時(shí)涉及的離子就不限于上述六種，而可以是NO3-Na-Ca水，H4SiO4-HCO3-Na水等。這種命名法應(yīng)用十分廣泛。（２）蘇林分類根據(jù)水中主要陰、陽離子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Mg2+、Ca2+）彼此化學(xué)親和力的強(qiáng)弱順序而組成鹽類的原則，劃分出四種類型的水。具體劃分方案如下：rCl-﹤rNa+（毫克當(dāng)量數(shù)）時(shí)rCl-﹥r(jià)Na+（毫克當(dāng)量數(shù)）時(shí)（1）rCl-﹤rNa+（毫克當(dāng)量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4Clmeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)Na2SO4型水A：B：CaMgNaHCO3SO4Clmeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)NaHCO3型水（2）rCl->rNa+（毫克當(dāng)量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4Clmeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)MgCl2型水A：B：CaMgNaHCO3SO4Clmeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)CaCl2型水蘇林分類的意義蘇林1948年提出這一分類原則時(shí)，是為了區(qū)分四種產(chǎn)于不同環(huán)境中的地下水：大陸環(huán)境重碳酸鈉型水、硫酸鈉型水海洋環(huán)境氯化鎂型水（如海水）深成環(huán)境氯化鈣型水但已有資料表明，在蘇林上述四種水化學(xué)類型與地下水形成環(huán)境之間并不存在唯一的對應(yīng)關(guān)系。比如，CaCl2型水確實(shí)多見于深成環(huán)境，但在淺部地下水中由于陽離子交替吸附作用，也可發(fā)育CaCl2型水。但考慮到蘇林分類已在我國被廣泛采用，還要求同學(xué)們加以掌握。

1、某地下水樣分析結(jié)果如下(mg/L)：t=10C,pH=7.06,Ca2+=71,Mg2+=43,Na+=9.9,K+=1.2,HCO3-=292,SO42-=87,Cl-=17,NO3-=38求：A：水樣的庫爾洛夫式

B：蘇林分類和舒卡列夫分類

C：水樣各種硬度例題：陽離子當(dāng)量濃度及百分?jǐn)?shù)(%)Ca2+=3.55,Mg2+=3.58,Na+=0.43,K+=0.03Tc=7.59Ca2+=46.8,Mg2+=47.1,Na+=5.7,K+=0.4陰離子當(dāng)量濃度及百分?jǐn)?shù)(%)HCO3-=4.79,SO42-=1.81,Cl-=0.48,NO3-=0.61Ta=7.69HCO3-=62.3,SO42-=23.5,Cl-=6.2,NO3-=7.9A：水樣的庫爾洛夫式地下水樣分析結(jié)果如下(mg/L)：t=10C,pH=7.06,Ca2+=71,Mg2+=43,Na+=9.9,K+=1.2,HCO3-=292,SO42-=87,Cl-=17,NO3-=38M＝∑i＝559.1mg/L庫爾洛夫式:蘇林和舒卡列夫分類陰陽離子當(dāng)量濃度百分?jǐn)?shù)Ca2+=46.8,Mg2+=47.1,Na+=5.7,K+=0.4HCO3-=62.3,SO42-=23.5,Cl-=6.2,NO3-=7.9舒卡列夫分類HCO3-Mg-Ca水蘇林分類∵γNa/γCl<1∴蘇林分類為MgCl2型水總硬度：[Ca]+[Mg]=7.13meq/L暫時(shí)硬度：[HCO3-]=4.79meq/L永久硬度：2.34meq/LB：水樣各種硬度Ca2+=3.55,Mg2+=3.58,Na+=0.43,K+=0.03HCO3-=4.79,SO42-=1.81,Cl-=0.48,NO3-=0.61空氣來源的氣體：N2、O2、CO