水質(zhì)分析監(jiān)測技術進展論文資料

水質(zhì)分析的意義和內(nèi)容

水資源在地球水圈中的總量為1.37×109Km3總水量海水97.3%淡水2.7%地球南北極冰川及冰蓋中河流、淡水湖、地下水1%水污染的分類物理性污染

使水的物理特性變化，色度、濁度物質(zhì)污染、懸浮固體污染、熱污染和放射性污染化學性污染隨廢水及其它廢棄物排入水體的酸堿、有機無機污染物，導致水中溶解氧減少，硬度變大，含大量重金屬離子生物性污染水中出現(xiàn)病菌、寄生蟲等病原微生物保護水資源防止污染，以預防為主措施：對水質(zhì)分析項目定期嚴格監(jiān)測、控制污水和廢水排放標準，以免水體被污染內(nèi)容：基本上是分析化學的應用，水質(zhì)分析項目已待知，直接定量。化學分析法質(zhì)量分析法根據(jù)化學反應生成物質(zhì)量進行定量，如揮發(fā)法，沉淀法等。滴定分析法化學反應中消耗標準溶液的濃度和體積進行定量如酸堿滴定、縫合滴定等。儀器分析法光學分析法：比色法、比濁法、分光光度、發(fā)射光譜、原子吸收、熒光分析等電化學分析法：電位分析法、電導分析法極譜分析氣相色譜法：苯系物、揮發(fā)性鹵代烴、DDT、有機磷農(nóng)藥類水質(zhì)的物性檢測方法工業(yè)用水常要檢測的物性有四個方面，不溶物（濁度）食鹽量（溶解性固體或總?cè)芄蹋㏄H值含油量。溶解性固體的測定定義：溶解性固體（物）（dissolvedsolid）ISO關于該術語所下的定義是：指在規(guī)定的條件下，樣品經(jīng)過過濾和蒸干后所留下的物質(zhì)。測試方法:重量法：對于含量較高的水

電導法：對于含量較低的水

重量法

將水樣過濾，濾去不溶于水的固體，然后在指定溫度下將水全部蒸發(fā)掉，稱殘留固體的重量，它包括了可溶于水又不易揮發(fā)的非固體物質(zhì)。濾液應澄清透明，否則應重新過濾。一般水樣的重量法測定（1）用一直徑8cm左右的玻璃蒸發(fā)皿，洗凈后在105～110℃的烘箱內(nèi)干燥30分鐘后，放入干燥器中冷卻30分鐘后稱重，反復至相鄰兩次的重量之差不超過0.0004g，可視為恒重。將水樣通過慢速濾紙（或G4玻璃砂芯漏斗）過濾用移液管吸取濾過的水樣100mL于已恒重過的蒸發(fā)皿中。

一般水樣的重量法測定（2）為防止暴沸，應首先將蒸發(fā)皿置于水浴上緩緩蒸發(fā)至將近干涸，再將蒸發(fā)皿放入105～110℃烘箱中烘一小時，并按恒重空白蒸發(fā)皿的過程進行恒重，直到相鄰兩次的重量之差不超過0.0004g為止，則該水樣中的固溶量測定誤差一般有機物在105±2oC時損失較少，僅揮發(fā)性有機物質(zhì)有微量損失以及碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為碳酸鹽而使重量減少。但在此溫度下測得的總固體不僅保留了鹽類的結晶水，而且保持了一些機械包含水，所以測得的結果通常偏高。鍋爐水樣的重量法測定（1）重量法測定鍋爐水水樣時，因水樣堿度較大，需加入與其相當量的硫酸標準溶液將水樣中和后才能測定水中當含有大量氯化鈣、硝酸鈣、氯化鎂、硝酸鎂時，由于這些化合物強烈吸潮不易稱重，故需加入適當量的碳酸鈉溶液，使它們轉(zhuǎn)化成為碳酸鈣、碳酸鎂、氯化鈉和硝酸鈉。除硝酸鈉略有吸潮外，其他化合物均易干燥，便于稱重。鍋爐水樣的重量法測定（2）（1）取一定量已用G4玻璃砂芯漏斗過濾過的水樣于一燒杯中，加入與其酚酞堿度相當?shù)牧蛩針藴嗜芤海顾畼又泻椭罰H值等于8.3左右。（2）將中和后的水樣逐次注入已恒重的玻璃蒸發(fā)皿中，在沸水浴上蒸干。（3）其余手續(xù)與一般水樣蒸干后的操作相同。溶解性固體的含量計算

X=

ａ：計算方法見水樣堿度的測定(mg/L)；1.06:水樣中OH-離子中和成H2O的換算因數(shù)；b:水樣中CO32-離子的含量，計算方法見水樣堿度的測定，mg/L；0.517:水樣中CO32-離子中和成HCO3-離子的換算因數(shù)；c:每升水樣所加硫酸標準溶液的體積，ml;49.00:1/2H2SO4的摩爾質(zhì)量，g/mol。吸濕性強水樣的重量法測定

（1）吸取一定量已用玻璃砂芯漏斗過濾過的水樣，逐次注入加有20.00ml碳酸鈉標準溶液的玻璃蒸發(fā)皿中，在沸水浴上蒸發(fā)至干。（2）其余手續(xù)與一般水樣蒸干后的操作相同。溶解性固體含量的計算公式

式中W1、W2、V與前式相同；

a：加入碳酸鈉標準溶液的體積，ml；0.0：碳酸鈉標準溶液的濃度，mg/ml。水的電導率的測定

由歐姆定律：

電導的定義

單位：西或微西（S、μS）κ為電導率μS/cm

Ｑ為一常數(shù)，稱為電導池常數(shù)㎝-1純水的電導純水可離解成H＋和OH－，絕對純水的電導率在25oC時.理論值5.5×10-8Ｓ·cm－1，因此任何水溶液的電導率不可能小于此值。普通蒸餾水：電導率≈5×10-6S·cm－1去離子水：電導率≈1×10-7S·cm－1在高純水質(zhì)測量中，為防止空氣中可溶性氣體的干擾，一般采用流動測試法。幾種典型物質(zhì)的電導率實際測定

根據(jù)實際經(jīng)驗，通常在PH=5—9范圍內(nèi)，天然水的電導率與水中溶解物質(zhì)之比大約為1：0.6～0.8。一般對爐水來講，先用硫酸中和至酚酞剛褪色時，測得的電導率與溶解固形物之比約為1：0.5～0.6。即1s/cm相當于0.5～0.6mg/L溶解固形物。使用電導儀測電導。吸光光度法基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立的分析方法。它包括：比色法:比較顏色的深淺來測定物質(zhì)的濃度。可見分光光度法紫外分光光度法用分光光度計進行分的方法目視比色法吸光光度法基本原理單色光：只有一種波長的光。復合光：由各種波長的光按一定比例混合而成。復合光也可由透射光和吸收光組成。這兩種光互為補色?？梢姽獾奈张c顏色波長（nm）顏色吸收的觀察到的380-435紫黃綠435-480藍黃490-560藍綠紅560-580黃綠紫580-595黃藍595-650橙綠藍650-780紅藍綠物質(zhì)顏色和吸收光顏色的關系白光青藍青綠黃橙紅紫藍吸收曲線

將不同波長的光透過某待測物，測量其對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標，

吸光度為縱坐標作圖，可得到一條曲線，稱為吸收光譜曲線或光吸收曲線，它反映了物質(zhì)對不同波長光的吸收情況。

KMnO4溶液的吸收光譜圖

分光光度法定性定量的依據(jù)紫外－可見吸收光譜定性的依據(jù)：同一種吸光物質(zhì)，濃度不同時，吸收曲線的形狀相同，最大吸收波長不變，只是相應的吸光度大小不同。紫外－可見吸收光譜定性的依據(jù)：吸光度的大小與其濃度相關，其定量關系符合朗伯－比耳定律。朗伯－比爾定律當一束平行的單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液時，由于溶質(zhì)吸收光能，透過溶液后光線的強度要減弱。透光率（透光度）

透過光強度I與入射光強度I0之比（以T表示）

透光率的倒數(shù)稱為吸光度A代表了溶液對光的吸收程度，為無因次量；A越大，則吸光物質(zhì)對光的吸收越大。

吸光度A朗伯－比耳定律：

比例常數(shù)，稱為吸光系數(shù)

液層厚度，單位cm。濃度摩爾吸光系數(shù)（ε）當濃度c以g·L-1為單位，液層厚度b以cm為單位時，吸光系數(shù)的單位為：

若溶液濃度為mol·

L-1時：吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)

摩爾吸光系數(shù)的物理意義

表示吸光物質(zhì)的濃度為1mol·L-1，液層厚度為1cm時溶液的吸光度。

單位為L·

mol-1·

cm-1。由于不能直接測量1mol·L-1高濃度吸光物質(zhì)的吸光度，因而只能通過計算求得。它是各種吸光物質(zhì)對一定波長單色光吸收的特征常數(shù)。ε越大，表示該物質(zhì)對此波長光的吸收能力越大。

偏離朗伯-比耳定律根據(jù)朗伯-比耳定律，當波長和強度一定的入射光通過光程長度固定的吸光物溶液時，吸光度與吸光物溶液濃度成正比。通常在紫外－可見分光光度分析中需要繪制標準曲線，但在實際工作中，特別是在溶液濃度較高時，常會出現(xiàn)標準曲線不成直線的現(xiàn)象，即偏離朗伯-比耳定律。朗伯－比耳定律的偏離1無偏離2正偏離3負偏離1（1）非單色光引起的偏離

嚴格地講，朗伯－比耳定律只適用于單色光。而單色光僅是一種理想情況，由棱鏡或光柵等單色器提供的入射光并非純的單色光，而是波長范圍較窄的光譜帶（此波長范圍即譜帶寬度），實際上仍是復合光。由于吸光物質(zhì)對不同波長光的吸收程度不同，因而入射光是復合光時就會發(fā)生對朗伯－比耳定律的偏離。

非單色光對朗伯－比耳定律的偏離

由于溶液本身的化學和物理因素引起的偏離之一

①由于介質(zhì)不均勻性引起的偏離當被測試液是膠體溶液、乳濁液或懸浮物質(zhì)時，入射光通過溶液后，除了一部分被試液吸收外，還有一部分因散射現(xiàn)象而損失，導致偏離。

由于溶液本身的化學和物理因素引起的偏離之一

②由于溶液中的化學反應引起的偏離溶液中由吸光物質(zhì)等構成的化學體系中，常因條件的變化形成新的化合物而改變吸光物質(zhì)的濃度，如吸光組分的離解、締合，絡合物的逐級形成，以及與溶劑的相互作用等，都將導致偏離

例如K2Cr2O7在水溶液中存在如下平衡：

黃色橙色如果稀釋溶液或增大溶液pH，吸收質(zhì)點發(fā)生變化，引起偏離。若控制溶液均在低pH時測定，由于六價鉻均以重鉻酸根形式存在，就不會引起偏離。紫外可見分光光度計分光光度計主要部件及原理光源

光源的作用是提供激發(fā)能，供待測分子吸收。要求光源能發(fā)出足夠強的連續(xù)光譜，并在一定時間內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，且輻射能量隨波長無明顯變化。

常采用的光源有鎢燈、鹵鎢燈、和碘鎢燈，可使用的范圍在340～2500nm。

氫燈或氘燈，它們在近紫外區(qū)測定時使用。它們可在160～360的范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光譜。單色器

單色器是從光源發(fā)出的復合光中分離出所需要的單色光的光學裝置。入射狹縫：限制雜散光進入單色器準直鏡：將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M入色散元件色散元件：起分光的作用，將復合光分解成單色光。物鏡：將出自色散元件的平行光聚焦于出口狹縫。出口狹縫：用于限制通帶寬度。光柵和棱鏡單色器構成圖吸收池亦稱比色皿，用于盛放分析試樣。

石英池適用于紫外－可見區(qū)的測量

玻璃池只用于可見區(qū)。按其用途不同，可以制成不同形狀和尺寸的吸收池，如矩形液體吸收池、流通吸收池、氣體吸收池等。

為減少光的反射損失，吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。檢測器

檢測器的功能是檢測光信號、測量單色光透過溶液后光強度的變化，并將光信號轉(zhuǎn)變成電信號。常用光電池或光電管作為檢測器。

＋Fe片半導體硒片金屬薄膜定量測定的條件（1）測定波長的選擇測定波長可根據(jù)吸收光譜曲線，一般選擇最大吸收波長以獲得高的靈敏度及測定精度，并能減少非單色光引起的誤差，增大測定的線性范圍，這稱為“最大吸收原則”。但如果干擾物質(zhì)在此波長處有吸收，這時應根據(jù)“吸收最大，干擾最小”的原則來選擇測定波長。

如用丁二酮肟比色法測定鋼中的鎳，丁二酮肟鎳絡合物的最大吸收波長在470nm左右。試樣中的鐵用酒石酸鉀鈉掩蔽后，在同樣波長下也有吸收，對測定有干擾。但當測定波長大于500nm后，干擾就比較小了，因此，一般選擇在波長520nm處進行測定，靈敏度雖有所降低，但干擾幾乎可以忽略。丁二酮肟鎳和酒石酸鐵的吸收曲線丁二酮肟鎳酒石酸鐵（2）吸光度讀數(shù)范圍的選擇

在不同的吸光度范圍內(nèi)讀數(shù)所帶來的測定誤差是不同的。

當吸光度A＝0.4343（T＝0.368）時，測定濃度的相對誤差最?。s1.4％）。

將吸光度值控制在0.2～0.8，光度測量誤差較小。在實際工作中，可通過調(diào)節(jié)待測溶液的濃度或選用適當厚度的吸收池等方法使吸光度值落在此范圍內(nèi)。

（3）狹縫寬度的選擇在定量分析中，為了避免因狹縫太小使出射光太弱而引起信噪比降低，可以將狹縫開大一點。通過測定吸光度隨狹縫寬度的變化曲線，可選擇出合適的狹縫寬度。狹縫寬度在某范圍內(nèi)，吸光度恒定，繼續(xù)增大其寬度至一定程度時吸光度會減少。因此，選擇吸光度不減小時的最大狹縫寬度做為最佳測量寬度。（4）有色化合物的形成顯色反應：多數(shù)情況下，樣品中的被測組分不產(chǎn)生吸收，必須加入顯色劑（吸光試劑），使該試劑與被測組分作用形成有色化合物后進行測定。被測溶液顯色劑＋有色溶液顯色反應及顯色條件的選擇

顯色反應的選擇靈敏度高：ε的大小是顯色反應靈敏度高低的重要標志，選擇生成的有色物質(zhì)的ε較大的顯色反應。

選擇性好：僅與一個組分或少數(shù)幾個組分發(fā)生顯色反應。

顯色劑在測定波長處無明顯吸收：這樣可提高測定的準確度

生成的有色化合物組成恒定，化學性質(zhì)穩(wěn)定

顯色劑顯色條件最大吸收波長ε值氨6201.2×102銅試劑（DDTC）PH5.7-9.24361.3×104CCl4萃取雙環(huán)己酮草酰PH8.9-9.65951.6×104雙腙（BCO）雙硫腙0.1mol·L-1酸度5335.0×104

CCl4萃取Cu2＋的顯色劑及其絡合物的ε值顯色條件的選擇11顯色劑用量：行家的用量常通過實驗來確定。吸光度－濃度關系曲線一般有三種不同的情況。0AC0ACMo(SCN)32+Mo(SCN)5Mo(SCN)6-淺紅橙紅淺紅C0ASCN－＋Fe3+Fe(SCN－)n3-n顯色條件的選擇22溶液的pHpH對顯色劑的平衡濃度、被測組分的存在形態(tài)以及配合物的形成等均有顯著影響。適當調(diào)節(jié)pH或使用緩沖溶液還可以消除某些干擾反應。溶液的適宜pH值通常通過實驗來確定。在被測組分濃度和顯色劑濃度一定的條件下，測定不同pH試液的吸光度，當吸光度值基本不變的某pH范圍即為適宜的pH范圍。不同pH生成配比不同的配合物顯色條件的選擇33反應時間由于各顯色反應的速率以及形成有色化合物的穩(wěn)定性不同，大多數(shù)顯色反應需要一定的時間才能完成，因此必須控制顯色反應的時間。最佳反應時間同樣由實驗確定。顯色條件的選擇44反應溫度顯色反應通常在室溫下進行，但有的反應需要升溫以加速顯色，而有的則需降溫以防止有色物質(zhì)分解。視顯色反應的性質(zhì)而定，若有色化合物對光敏感，還應避光。顯色條件的選擇55掩蔽實際上，顯色專一的特效反應很少，但可以通過加入掩蔽劑掩蔽干擾離子來達到高選擇性。如用作顯色劑測定時的干擾可通過加入使之生成無色的而消除。顯色條件的選擇66加試劑的次序在某些顯色反應中，以一定的次序加入試劑也很重要，否則顯色反應不完全或不可能發(fā)生。Fe(Ⅱ)的測定，加入鹽酸羥胺的時間。參比溶液的選擇1測量試樣溶液的吸光度時，先要用參比溶液調(diào)節(jié)透射比為100％，以消除溶液中其他成分以及吸收池和溶劑對光的反射和吸收所帶來的誤差。根據(jù)試樣溶液的性質(zhì)．選擇合適組分的參比溶液是很重要的。參比溶液的選擇21溶劑參比。試液組成簡單，消除溶劑，吸收池等因素的影響。2試劑參比。顯色劑或其他試劑在測定波長有吸收，加入試劑和溶劑作參比。可消除試劑中的組分產(chǎn)生吸收的影響。3試樣參比。試樣基體在測定波長有吸收，而與顯色劑不起顯色反應。按與顯色反應相同的條件處理試樣，只是不加顯色劑。4平行操作溶液參比儀器測量條件波長吸收最大，干擾最小選擇原則：3,3二氨基聯(lián)苯和Se形成配合物Se-DAB儀器測量條件狹縫寬度定量測定選擇原則：在吸光度不減小時的最大狹縫寬度。怎樣選擇狹縫寬度？通過測定吸光度隨狹縫寬度的變化規(guī)律，可選擇出合適的狹縫寬度。在某范圍內(nèi)，吸光度恒定，狹縫寬度增大至一定程度時吸光度減小儀器測量條件吸光度范圍原則：使測量結果的誤差盡量減小。當吸光度為0.434時，吸光度測量誤差最小！如果光度計讀數(shù)誤差為1％，若要求濃度測量的相對誤差小于5％，則待測溶液的透射比應選在70％-10％范圍內(nèi)，吸光度為0.15-1.00。0.15-0.80比濁法

測量由于散射而造成的入射光強度降低，和吸光度測定完全類似，只是入射光強度的降低在比濁法中是散射造成而在吸光度法中是由于吸收造成的。

濁度濁度系數(shù)顆粒濃度濁度的測量一些國家從濁度概念出發(fā),制定了國家標準濁度測定法以實現(xiàn)標準化測量日本則將測濁分為視覺濁度、透射光濁度、散射光濁度、積分球濁度。視覺濁度法實際上是以人眼為檢測器的透射光濁度法;散射光法也是將接收裝置置于光束方向的90度(或270度)處,為避免有機物的吸收對測濁的干擾,規(guī)選用的光波長為820nm(國際標準為830nm)濁度儀工作原理影響因素

濁度測量時出現(xiàn)的干擾多數(shù)是由于水中個別氣泡或雜質(zhì)產(chǎn)生的散射光發(fā)生突變而引起

原子吸收光譜法原理圖原子吸收光譜分析原理

試樣在高溫（火焰或電加熱）作用下產(chǎn)生氣態(tài)原子蒸氣，當有輻射通過原子蒸氣時，原子就會從輻射場中吸收能量，產(chǎn)生共振吸收。共振吸收譜線一般位于紫外區(qū)和可見區(qū)。不同元素的共振吸收線具有不同的波長。原子吸收光譜的強度與溶液濃度成正比。銳線光源峰值吸收測量示意圖相當于最大吸收波長原子吸收的定量公式：朗伯－比爾定律原子吸收儀器光源作用：發(fā)射被測元素的共振輻射。要求：銳線光源．輻射強度大．穩(wěn)定性高．背景小等。目前應用最廣泛的是空心陰極燈，其他還有蒸氣放電燈及高頻無極放電燈等。原子吸收儀器原子化器功能：提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)并原子化。原子化的方法有兩種：火焰原子化法：常用的是預混合型原子化器非火焰原于化法：常用的是管式石墨爐原子化器。預混合型燃燒器電分析化學它是以測量某一化學體系或試樣的電響應為基礎建立起來的一類分析方法。它把測定的對象構成一個化學電池的組成部分，通過測量電池的某些物理量，如電位、電流、電導或電量等．求得物質(zhì)的含量或測定某些電化學性質(zhì)。化學電池化學能與電能互相轉(zhuǎn)變的裝置稱為電池，它是任何一類電化學分析法中必不可少的裝置。電解池：將電能轉(zhuǎn)變成化學能的裝置。原電池：將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置?；瘜W電池與電化學分析裝置化學電池：原電池和電解電池。電化學基本裝置：兩支電極、電源、放大與顯示記錄裝置陰極：AgCl(s)+e→Ag(s)+Cl-陽極：1/2H2(g)→H++e總反應：1/2H2+AgCl(s)→Ag(s)+HCl無液接電池

有液接電池電極反應鋅電極上發(fā)生氧化反應：

Zn=Zn2++2e銅電極上發(fā)生還原反應：

Cu2++2e=Cu電池的總反應為：

Zn

+Cu2+=Cu+Zn2+化學電池的組成1．組成：無論是原電池還是電解池，它們都由兩個電極插入電解質(zhì)溶液中構成。工作條件為：外電路導通；溶液中離子可以遷移；固液界面有電子得失。所以組成歸結為：導線、電極、電解質(zhì)溶液

2．化學電池的陰極和陽極：發(fā)生氧化反應的電極稱為陽極，而將發(fā)生還原反應的電極叫做陰極。電池的表示符號

a1，a2分別表示兩電解質(zhì)溶液的活度。兩邊的單豎“｜”表示金屬和溶液的兩相界面，中間的雙豎“‖”表示鹽橋。電池的電動勢

E=E+-E-電池電動勢

(-)

電極a

溶液(a1)

溶液(a2)

電極b(+)陽極E

陰極化學電池可測定的量是電動勢，而電動勢是兩個半電池電極電位的代數(shù)和?？杀硎緸椋?/p>

E=Ec-Ea+E液接

=E右

-E左+E液接電極反應一個電池由兩個電極組成。每個電極可以看作半個電池．稱為半電池。一個發(fā)生氧化反應，另一個發(fā)生還原反應。按以上慣例，電極電位的符號適用于寫成還原反應的半電池。例：電極電位的數(shù)值電極電位僅僅是一個相對值。絕對的電極電位無法得到！?。藴蕷潆姌O為了計算或考慮問題的方便，各種電極測量得到的數(shù)據(jù)能有可比性，第二個電極應是共同的參比電極。這種參比電極在給定的實驗條件下