水分析化學課件

1、1水水 分分 析析 化化 學學 Water Analytical Chemistry23課程定位課程定位4基本操作基本操作基本技能基本技能基本方法基本方法基本概念基本概念基本原理基本原理基本理論基本理論掌握掌握6個基本點個基本點注重培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度注重培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度培養(yǎng)獨立分析和解決分析化學培養(yǎng)獨立分析和解決分析化學中實際問題的能力中實際問題的能力注重注重2個培養(yǎng)個培養(yǎng)強化并樹立準確強化并樹立準確“量量”的觀念的觀念樹立樹立1個個“量量”概念概念56789教研室編教研室編 6. 華東理工大學、成都科學技術大學華東理工大學、成都科學技術大學 分析化學教研分析化學教研室編，分析化學（第四版）

2、室編，分析化學（第四版）10111.1 水分析化學性質(zhì)和任務分析化學性質(zhì)和任務 12社會科學、考古學社會科學、考古學人類學和法醫(yī)學人類學和法醫(yī)學分析化學分析化學化學學科的化學學科的所有分支所有分支物理、天體物理、物理、天體物理、天文和生物物理天文和生物物理工程學、民事、化學工程學、民事、化學、電以及機械、電以及機械醫(yī)學、臨床化學醫(yī)學、臨床化學藥物化學、藥學藥物化學、藥學毒物學毒物學生物學、植物學、生物學、植物學、遺傳學、微生物學、遺傳學、微生物學、分子生物學和動物學分子生物學和動物學地質(zhì)學、地球物理學、地質(zhì)學、地球物理學、地球化學和古生物學地球化學和古生物學環(huán)境科學、環(huán)境科學、生態(tài)學和海洋科學

3、生態(tài)學和海洋科學農(nóng)業(yè)、動物科學農(nóng)業(yè)、動物科學農(nóng)作物科學、食品科學、農(nóng)作物科學、食品科學、園藝學和土壤科學園藝學和土壤科學材料科學、材料科學、 冶金學冶金學和高分子科學等學科和高分子科學等學科13水的循環(huán)與水質(zhì)污染水的循環(huán)與水質(zhì)污染水的自然循環(huán)14水的特性水的特性 與同族元素（硫等）氫化物相比，與同族元素（硫等）氫化物相比，具有相對高的具有相對高的熔點和沸點熔點和沸點 溫度體積效應異常溫度體積效應異常：凍結(jié)時膨脹、：凍結(jié)時膨脹、04時體積隨時體積隨溫度升高而降低、溫度升高而降低、4 是體積最小，密度最大是體積最小，密度最大 熱容量最大：除液氨外，所有液體和固體物質(zhì)中，熱容量最大：除液氨外，所有液

4、體和固體物質(zhì)中，水的熱容量最大水的熱容量最大調(diào)節(jié)氣溫調(diào)節(jié)氣溫 具有具有強溶解性強溶解性、強反應能力的溶劑：介電常數(shù)很、強反應能力的溶劑：介電常數(shù)很大（使溶質(zhì)電離能力強），許多物質(zhì)在水中溶解大（使溶質(zhì)電離能力強），許多物質(zhì)在水中溶解度大，電離度大，可發(fā)生各種化學反應度大，電離度大，可發(fā)生各種化學反應 強流動強流動能力能力 較大的表面張力較大的表面張力：液體中除汞以外，水的表面張：液體中除汞以外，水的表面張力最大力最大15（1 1）化學型污染：）化學型污染：指排入水體的堿、酸、無機和有機指排入水體的堿、酸、無機和有機污染物造成的水體污染。污染物造成的水體污染。（2 2）物理型污染：）物理型污染：指

5、引起水體的色度、濁度、懸浮性指引起水體的色度、濁度、懸浮性固體、水溫和放射性等監(jiān)測指標明顯變化的物理因素造固體、水溫和放射性等監(jiān)測指標明顯變化的物理因素造成的污染。成的污染。（3 3）生物型污染：）生物型污染：未經(jīng)處理生活污水、醫(yī)院污水等排未經(jīng)處理生活污水、醫(yī)院污水等排入水體，引入某些病原菌而造成的污染。入水體，引入某些病原菌而造成的污染。 161、 水水分析分析化學的任務化學的任務 研究水及其雜質(zhì)、污染物的研究水及其雜質(zhì)、污染物的組成、性質(zhì)組成、性質(zhì) 研究水中雜質(zhì)的研究水中雜質(zhì)的含量及其變化含量及其變化情況情況 研究水中雜質(zhì)的分析研究水中雜質(zhì)的分析方法方法172、水分析化學的作用、水分析化學

6、的作用 分析測試結(jié)果是：分析測試結(jié)果是： 給水排水設計給水排水設計 水處理新工藝開發(fā)水處理新工藝開發(fā) 的依據(jù)的依據(jù) 水環(huán)境評價水環(huán)境評價 廢水綜合利用效果廢水綜合利用效果水資源保護、利用、開發(fā)和治理的水資源保護、利用、開發(fā)和治理的“眼睛眼睛”和和“哨兵哨兵”18水分析化學與傳統(tǒng)分析化學的關系水分析化學與傳統(tǒng)分析化學的關系19按分析方法的按分析方法的原理和手段原理和手段分：分： 1、化學分析法化學分析法 ( (常量組分常量組分) )：以化學反：以化學反應為基礎的分析方法應為基礎的分析方法定義：定義：將水中將水中被分析物質(zhì)與已知成分、性質(zhì)和含量被分析物質(zhì)與已知成分、性質(zhì)和含量的物質(zhì)發(fā)生化學反應，產(chǎn)

7、生具有特殊性質(zhì)的新物質(zhì)，的物質(zhì)發(fā)生化學反應，產(chǎn)生具有特殊性質(zhì)的新物質(zhì)，由此確定被測物質(zhì)的存在以及組成、性質(zhì)和含量。由此確定被測物質(zhì)的存在以及組成、性質(zhì)和含量。 重量分析：重量分析：Ba2+ SO42- 殘渣分析殘渣分析 滴定分析：滴定分析：酸堿、絡合、氧化還原、沉淀酸堿、絡合、氧化還原、沉淀 1.2水分析方法分類水分析方法分類試劑試劑樣品樣品20 2、儀器分析法儀器分析法 (微量或痕量組分微量或痕量組分)：用用儀器儀器測測定被測物質(zhì)的定被測物質(zhì)的物理或物理化學性質(zhì)，以確定物理或物理化學性質(zhì)，以確定水樣組成和性質(zhì)的方法水樣組成和性質(zhì)的方法 光學分析法光學分析法：紫外紫外-可見可見、紅外、紅外、熒

8、光熒光、磷光磷光、 激光拉曼激光拉曼、核磁共振、原子發(fā)射核磁共振、原子發(fā)射、原子吸收原子吸收 電化學分析法電化學分析法：電位電位、電導、庫侖、安培、極譜電導、庫侖、安培、極譜 色譜法色譜法：GC、HPLC、IC 其他其他： 質(zhì)譜、電子能譜、活化分析、熱分析等質(zhì)譜、電子能譜、活化分析、熱分析等3Fe2+3NN+NNFe2+鄰二氮菲鄰二氮菲21 按按所需試樣量所需試樣量大小分大小分方法方法 固體試樣質(zhì)量固體試樣質(zhì)量(mg) 液體試樣體積液體試樣體積(mL)常量常量 100 10半微量半微量 10100 110 微量微量 10 1%) 微量組分微量組分 (0.01-1%) 痕量組分痕量組分 (0.0

9、1%) 按按分析任務分析任務：定性分析，定量分析，結(jié)構(gòu)分析：定性分析，定量分析，結(jié)構(gòu)分析 22問題問題: : (1) (1) ppmppm（1010-6-6）或）或ppbppb（1010-9-9）與）與mg/Lmg/L或或gg/L/L兩者之間的關系如何？兩者之間的關系如何？ (2)(2)污水中污水中CODCOD含量一般在含量一般在300600mg/L300600mg/L，屬，屬于常量分析還是微量分析？如果水中某組于常量分析還是微量分析？如果水中某組分含量在分含量在gg/L/L數(shù)量級，屬于哪類分析？數(shù)量級，屬于哪類分析？ 分析化學組分含量單位分析化學組分含量單位 PPM PPM parts pe

10、r million (10parts per million (10-6-6) ) （ mg / kg )mg / kg )或（或（ mg / L )mg / L ) PPB PPB parts per billion (10 parts per billion (10-9-9) ) PPT PPT parts per trillion (10 parts per trillion (10-12-12）23分離分離稱量形式稱量形式轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化過濾過濾烘干烘干稱重稱重計算計算水樣水樣被測組分被測組分轉(zhuǎn)化方法有：沉淀、氣化、萃取等轉(zhuǎn)化方法有：沉淀、氣化、萃取等24水中不可濾殘或懸浮物水中不可濾殘或懸浮

11、物(SS)總殘渣總殘渣Ca2+、Mg2+、Ba2+硫酸鹽硫酸鹽總殘渣灼燒減重總殘渣灼燒減重優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點對于常量分析，比較準確，對于常量分析，比較準確， 相對誤差相對誤差0.1% 0.2%操作麻煩，費時，不適于水操作麻煩，費時，不適于水 中微量組分的測定。中微量組分的測定。25標準溶液標準溶液化學計量點化學計量點滴定終點滴定終點滴定管滴定管滴定劑滴定劑被滴定溶液被滴定溶液26 （1 1）常用術語）常用術語化學計量比化學計量比若若A、 B物質(zhì)的量分別為物質(zhì)的量分別為nA、nB，滴定的反應比為，滴定的反應比為 a ：b，則滴，則滴定反應的化學計量關系為：定反應的化學計量關系為：ABBABA,:n

12、abnnbanbann或終點誤差終點誤差主要是滴定終點與化學計量點主要是滴定終點與化學計量點不一致不一致引起的引起的滴定終點滴定終點指示劑變色的點指示劑變色的點End point化學計量點化學計量點BAnbanStoichiometric point為化學計量數(shù)比為化學計量數(shù)比baDCBAdcba 27（2 2）滴定誤差的產(chǎn)生）滴定誤差的產(chǎn)生: : 用用 HClHCl 滴定滴定NaOHNaOH甲基橙為指示劑（變色范圍甲基橙為指示劑（變色范圍 pH 3.14.4）HCl + NaOHNaCl + H2O化學計量點化學計量點pH=7 HClHCl標準溶液標準溶液NaOHNaOH溶液溶液甲基橙甲基橙

13、滴定前滴定前過量過量紅紅 橙橙 黃黃pH pH 3.13.1 3.13.1 - 4.4 - 4.4 4.44.4滴定終點滴定終點紅色紅色 橙色橙色 黃色黃色 282930（4 4）滴定分析對化學反應的要求）滴定分析對化學反應的要求置換滴定：置換滴定：用用K2Cr2O7標定標定Na2S2O3(KI) KMnO4直接直接滴定滴定1. 按一定的反應式定量完成按一定的反應式定量完成(99.9%以上以上) 2. 快快(或可加熱、催化劑或可加熱、催化劑) 3. 有適當?shù)姆椒ù_定終點有適當?shù)姆椒ù_定終點(指示劑指示劑)Zn2+間接滴定：間接滴定：Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4目測滴定法目測滴定法

14、電位滴定法電位滴定法光度滴定法光度滴定法 返滴定返滴定: Al+EDTA(過量過量)反應慢31No.標樣濃度標樣濃度 g / L吸收值吸收值15.000.045210.00.093320.00.140430.00.175540.00.2366試樣試樣0.200標準工作曲線的繪制32項目項目化學分析法化學分析法（經(jīng)典分析法）（經(jīng)典分析法）儀器分析法儀器分析法（現(xiàn)代分析法）（現(xiàn)代分析法）物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)性質(zhì)化學性質(zhì)化學性質(zhì)物理、物理化學性質(zhì)物理、物理化學性質(zhì)測量參數(shù)測量參數(shù)體積、重量體積、重量吸光度、電位、發(fā)射強度、吸光度、電位、發(fā)射強度、熱量、電導、電阻等等熱量、電導、電阻等等誤差誤差0.1 % 0

15、.2 %1 % 2% 或更高或更高組分含量組分含量0.01% 1 % 0.01% 單分子、單原子單分子、單原子理論基礎理論基礎化學、物理化學化學、物理化學（溶液四大平衡）（溶液四大平衡）化學、物理、數(shù)學、電子學、化學、物理、數(shù)學、電子學、生物、等等生物、等等解決問題解決問題定性、定量定性、定量定性、定量、定性、定量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)、動力學能態(tài)、動力學等全面的信息等全面的信息3334一、一、物物 理理 指指 標標感官性指標，水的色度來源 于金屬化合物或有機化合物感官性指標，水的異臭來源于 還原性硫和氮的化合物、揮發(fā) 性有機物和氯氣等污染物質(zhì)揮發(fā)性物質(zhì)溶解物質(zhì)固定性物質(zhì)懸浮固體物質(zhì)加

16、速耗氧反應，最終導 致水體缺氧或水質(zhì)惡化造成水中溶解氧減少工業(yè)廢水 常引起水 體熱污染色度固體物質(zhì)嗅和味溫度35 2種測量方法種測量方法: 文字描述法：臭強度報告（無、微弱、明顯、強、很強）文字描述法：臭強度報告（無、微弱、明顯、強、很強） 臭閾值法：用無臭水稀釋至聞出最低可辨臭氣時的稀釋倍數(shù)臭閾值法：用無臭水稀釋至聞出最低可辨臭氣時的稀釋倍數(shù) 飲用水標準為：飲用水標準為：臭閾值臭閾值2（一）臭味測量方法（一）臭味測量方法361、顏色分類、顏色分類 真色：過濾除去懸浮固體后的水樣顏色真色：過濾除去懸浮固體后的水樣顏色 表色：未經(jīng)沉淀、分離的原水顏色表色：未經(jīng)沉淀、分離的原水顏色 2、測量方法測

17、量方法: 鉑鈷比色法鉑鈷比色法（清潔水（清潔水) ) K2PtCl6+CoCl26H2O 1度度= 1mg/L Pt.0.5mg/L Co 稀釋倍數(shù)法（污染嚴重水）稀釋倍數(shù)法（污染嚴重水） 飲用水標準為：飲用水標準為：真色真色15度度（二）顏色指標（二）顏色指標色度色度的測量方法的測量方法37 溶解性固體（溶解性固體（DS） 有機物有機物 1、總固體（、總固體（TS） （濾液（濾液蒸干蒸干103103105105水樣蒸干水樣蒸干 或或180 烘干恒重）烘干恒重） 無機物無機物: :總含鹽量總含鹽量 105110烘干恒重烘干恒重 懸浮固體（懸浮固體（SS） 漂浮物漂浮物 有機物有機物VSS（總殘

18、渣）（總殘渣） （總不可（總不可過濾過濾殘渣過濾殘渣過濾 懸浮物懸浮物 （600灼燒）灼燒） 103103105105烘干恒重烘干恒重） 可沉物可沉物 無機物無機物NVSSNVSS 飲用水標準為：飲用水標準為：溶解性總固體（總可濾殘渣）溶解性總固體（總可濾殘渣）1000mg/L（三）固體物質(zhì)含量的測量（三）固體物質(zhì)含量的測量382、濁度概念：濁度概念： 渾濁程度渾濁程度，由懸浮物、膠體雜質(zhì)、有機物質(zhì)微，由懸浮物、膠體雜質(zhì)、有機物質(zhì)微生物、浮游生物引起，影響光線透過，使水生生物生態(tài)發(fā)生物、浮游生物引起，影響光線透過，使水生生物生態(tài)發(fā)生變化。是天然水和飲用水的重要水質(zhì)指標之一生變化。是天然水和飲用

19、水的重要水質(zhì)指標之一 我國飲用水標準為：我國飲用水標準為： 濁度濁度1 NTU（濁度單位）（濁度單位） 對于污水由于懸浮物高、只測懸浮物含量，不測濁度對于污水由于懸浮物高、只測懸浮物含量，不測濁度測定濁度的重要性測定濁度的重要性是水可能受到污染的重要是水可能受到污染的重要標志標志之一之一 自來水廠處理設備和設計的重要自來水廠處理設備和設計的重要參數(shù)參數(shù) 是水廠運行和投藥量的重要是水廠運行和投藥量的重要控制標準控制標準39a.目視比濁法：目視比濁法：用具塞比色管配制標準濁度系列，用具塞比色管配制標準濁度系列，將水樣與標準系列將水樣與標準系列俯視對比確定俯視對比確定 1度度 = 1mg/L 漂白土

20、產(chǎn)生的濁度。漂白土產(chǎn)生的濁度。b.分光光度法：分光光度法：680nm分光光度計測定分光光度計測定標準濁度單位（標準濁度單位（1.25mg硫酸肼硫酸肼/L和和12.5mg六次甲六次甲基四胺基四胺/L形成形成甲臜聚合物甲臜聚合物為為1度，測定結(jié)果單位度，測定結(jié)果單位FTU）c.散射法散射法，濁度儀（也以，濁度儀（也以甲臜聚合物甲臜聚合物為標準濁度單為標準濁度單位，測定結(jié)果單位位，測定結(jié)果單位NTU）40電導率、氧化還原電位電導率、氧化還原電位ORP、UV254等等自學自學p9有關有關ORP、UV254的概念、應用的概念、應用 （四）其它物理指標（四）其它物理指標41二、微生物指標二、微生物指標（1

21、） 細菌總數(shù)：細菌總數(shù)：各種細菌病毒的總和，反映污水中各種細菌病毒的總和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。病原菌、病毒存在的可能性。 飲用水飲用水標準為：標準為：細菌總數(shù)細菌總數(shù)100 個（細菌落）個（細菌落）/mL（2） 總總大腸菌群：大腸菌群：反映污水被糞便污染程度。反映污水被糞便污染程度。 飲用水標準為：飲用水標準為：總大腸菌群不得檢出總大腸菌群不得檢出（3）游離性余氯：）游離性余氯：Cl2+H2O = HOCl +H+ + Cl- 國家飲用水標準規(guī)定：國家飲用水標準規(guī)定：集中式給水出廠水游離性余集中式給水出廠水游離性余氯不低于氯不低于0.3mg/L，管網(wǎng)末梢水不低于，管網(wǎng)末梢水不低

22、于0.05mg/L（4）二氧化氯：）二氧化氯： 國家飲用水標準規(guī)定：國家飲用水標準規(guī)定：集中式給水出廠水余量不低集中式給水出廠水余量不低于于0.8mg/L，管網(wǎng)末梢水不低于，管網(wǎng)末梢水不低于0.02mg/L42三、化三、化 學學 性性 指指 標標（一）無 機 性 指 標植物營 養(yǎng)元素pH和堿度硬度與重金屬過多的氮、磷進入天然水體易導致富營養(yǎng) 化，導致水生植物尤其是藻類的大量繁殖， 造成水中溶解氧的急劇變化，影響魚類生 存，并可能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為 沼澤和干地。一般要求處理后污水的pH在69之間。 當天然水體遭受酸堿污染時，pH發(fā)生變 化，消滅或抑制水體中生物的生長，妨礙 水體自凈，還可

23、腐蝕船舶。 堿度指水中能與強酸定量作用的物質(zhì)總量 作為微量金屬元素; 重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生 物生長，使蛋白質(zhì)凝固; 逐級富集至人體，影響人體健康。43 H+與水的與水的 酸度酸度 水中能水中能與強堿與強堿發(fā)生中和反應的物質(zhì)發(fā)生中和反應的物質(zhì) H2CO3 緩沖緩沖 HCO3-能力能力 OH- 有關有關 堿度堿度 水中能水中能與強酸與強酸發(fā)生中和反應的物質(zhì)發(fā)生中和反應的物質(zhì) CO32- HCO3- Alk= OH-+CO32-+HCO3-H+1、pH值與酸堿度測量值與酸堿度測量酸堿滴定法等酸堿滴定法等 我國飲用水標準為：我國飲用水標準為： pH 6.58.544（1）硬度）硬度絡合

24、滴定法絡合滴定法 按陽離子劃分 總硬度 鈣硬度 鎂硬度 按陰離子劃分 碳酸鹽硬度：鈣鎂的碳酸鹽和重碳酸鹽暫時硬度 非碳酸鹽硬度：鈣鎂的硫酸鹽和氯化鹽永久硬度 我國飲用水標準為：我國飲用水標準為： 總硬度總硬度450mg/L(以以CaCO3計）計）（2） 重金屬離子重金屬離子： 主要是主要是五毒：五毒：Hg Hg CdCd Cr Cr PbPb As As還有：還有：鉈鉈、錫、錫、鋁、鐵、錳、銅、鋅鋁、鐵、錳、銅、鋅等等2、 硬度與重金屬含量測定硬度與重金屬含量測定45 含氮指標：含氮指標： 有機氮有機氮 KN,KN,不穩(wěn)定，易被微生物分解不穩(wěn)定，易被微生物分解 a.總氮總氮 NHNH3 3-N

25、 -N （TN） NONO2 2- -N -N NO NO3 3- -N N b.凱氏氮（凱氏氮（KN） 有機氮有機氮 判斷生物處理中判斷生物處理中微生物微生物 一般生活污水中一般生活污水中KN=40mg/L NHKN=40mg/L NH3 3-N -N 氮營養(yǎng)的充足依據(jù)氮營養(yǎng)的充足依據(jù) NHNH3 3-N -N c. NH3-N NHNH4 4+ +-N-N 有機氮有機氮= KN-= KN-（NHNH3 3-N-N） d. (NO3- +NO2- )-N=TN-KN =TN-KN 3、氮磷等植物性營養(yǎng)元素指標、氮磷等植物性營養(yǎng)元素指標46 含磷指標含磷指標 有機磷有機磷 生活污水有機磷約生活污水有機磷約3mg/L 3mg/L 總磷（總磷（TP） 無機磷無機磷 生活污水無機磷約生活污水無機磷約7mg/L7mg/