水中重金屬離子的測定

實驗?zāi)康呐c要求1、掌握水的前處理和消解技術(shù)。2、了解水中重金屬的測定方法，掌握原子吸收分光光度計的測定技術(shù)。3、了解利用AAS測定水的硬度和測定廢水中SO42+。4、了解水中重金屬的種類、危害及有關(guān)知識，掌握水中重金屬污染分析與評價的方法。5、掌握水樣的處理方法技術(shù)，并小結(jié)以前的處理方法。通過測定水中Cr、Pb的含量分析所取水樣的污染程度二、實驗方案1、原理（1）火焰原子吸收光度法是根據(jù)某元素的基態(tài)原子對該元素的特征譜線產(chǎn)生選擇性吸收來進行測定的分析方法。將試樣溶液噴入空氣乙炔火焰中，被測的元素化合物在火焰中離解形成原子蒸汽，由銳線光源（元素?zé)簦┌l(fā)射的某元素的特征普線光輻射通過原子蒸汽層的時候，該元素的基態(tài)原子對特征普線產(chǎn)生選擇性吸收。在一定的條件下，特征普線與被測元素的濃度成正比。通過測定基態(tài)原子對選定吸收線的吸光度，確定試樣中元素的濃度。原子吸收法具有很高的靈敏度。每種元素都具有自己為數(shù)不多的特征吸收普線，不同元素的測定采用相應(yīng)的元素?zé)?，因此普線干擾在原子吸收光度法中是少見的。影響原子吸收光度法準(zhǔn)確度的主要是基體的化學(xué)干擾。由于試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液的基體不一樣，試樣中存在的某種基體常常影響被測元素的原子化效率，如在火焰中形成難離解的化合物，這時就會發(fā)生干擾作用。一般說來Cu，Zn，Pb，Cd的基體干擾不是很嚴(yán)重。（2）干擾及消除。共存元素的干擾受火焰狀態(tài)和觀測高度的影響很大，在實驗的時候應(yīng)該特別注意。因為鉻的化合物在火焰中易生成難以熔融和原子化的氧化物，因此一般在試液中加入適量的助熔劑和干擾元素的抑制劑，如NH4Cl（K2S2O7，NH4F，NH4ClO2）。加入NH4Cl可以增加火焰中的氯離子，使鉻生成易于揮發(fā)和原子化的氯化物，而且NH4Cl還可以抑制Fe，Co，Ni，V，Al，Pb，Mg的干擾。（3）適用范圍。本方法可以適用于地表水和廢水中總鉻的測定，用空氣-乙炔火焰的最佳定量分析范圍是0.1-5mg/L。最低檢測限是0.03mg/L。2、試劑濃硝酸、雙氧水、氯化銨、3mol/L鹽酸、三個染料公司的廢水待測水樣3、儀器原子吸收分光光度計（美國安捷倫7890A-5975C）閉塞關(guān)若干及實驗室常用儀器表1.儀器的工作參數(shù)項目CdCr光譜帶寬0.4毫微米0.4毫微米燈電流2毫安2毫安燃燒器高度6毫米8毫米空氣壓力0.3兆帕0.3兆帕乙炔壓力0.09兆帕0.09兆帕空氣流量6.5升/分6.5升/分乙炔流量1.0升/分2.5升/分火焰類型氧化性蘭色焰氧化性黃色焰波長324.7毫微米357.9毫微米4、實驗步驟水樣預(yù)處理本小組分別取1，2，3三個公司的廢水做水樣，各取100mL于燒杯中，編號為①，②，③，各加入5mL的濃硝酸搖勻后放在電熱板上加熱消解至約85mL的時候取出加入5mL的濃硝酸和2mL的雙氧水，繼續(xù)放在電熱板上加熱至大約75mL的時候取出，冷卻至室溫，加入10mL的鹽酸和2mL10%的氯化銨，轉(zhuǎn)移到100mL的比色管，定容到100mL,待測。測定步驟（注：由于條件限制本過程有老師測定）風(fēng)機----壓縮機----電腦----氣瓶----電源主機（開機過程）；通過電腦打開桌面上的WFX210控制軟件，進入方法編輯-創(chuàng)建新的方法；改參數(shù)（儀器條件，測量條件，工作曲線參數(shù)，火焰條件）樣品清單的設(shè)定和輸入----儀器自動波長---點火（準(zhǔn)備過程）用空白調(diào)節(jié)吸光度為0，然后從濃度低到高依次測定標(biāo)準(zhǔn)系列。察看標(biāo)準(zhǔn)曲線吸光度及相關(guān)系數(shù)（r大于0.995以上）和曲線方程；第一組39.87236.47550.161第二組38.89029.93558.615第三組42.47940.79727.905第四組30.83235.81541.778第五組20.83523.23531.887平均34.58233.25142.069圖4各個公司廢水中Pb含量比較四、結(jié)論數(shù)據(jù)可靠性分析通過對水中重金屬Cr和Pb的標(biāo)準(zhǔn)階梯測定測定，經(jīng)處理繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如圖1.水中重金屬Cr測定標(biāo)準(zhǔn)曲線和圖2.水中重金屬Pb測定標(biāo)準(zhǔn)曲線所示，標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為：y=0.0202x+0.0032和y=0.0149x+0.0004其相關(guān)系數(shù)R1=0.9946（Cr），R2=0，998（Pb），可見實驗測得Cr標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合程度（小于實驗室要求0.995）一般，而Pb標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合程度較好，能用于轉(zhuǎn)換水樣中重金屬Pb的含量。而若用該標(biāo)準(zhǔn)曲線換算Cr濃度，則存在一定的偏差。根據(jù)實驗結(jié)果表算出每個公司的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差CV表6Cr結(jié)果評價表公司123標(biāo)準(zhǔn)偏差σ8.8316.80512.685相對標(biāo)準(zhǔn)偏差CV25．5%20．5%30．2%表7Pb結(jié)果評價表公司123標(biāo)準(zhǔn)偏差σ0.5220.4840.516相對標(biāo)準(zhǔn)偏差CV28．7%17.8%15．0%本實驗廢水是用火焰原子吸收光譜法測定，該方法選擇性強，靈敏度高，分析范圍廣，精密度好，根據(jù)前人的研究消解過程中加入氯化銨能夠提高實驗準(zhǔn)確度，消解的過程中操作人員熟練操作消解過程中，所以測出的各公司的廢水的總Cr,Pb的含量可靠。但是由上表可以看出本次實驗的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都比較大，與理論的測定偏差大很多。即學(xué)生測定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不夠。2、污染評價參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護目標(biāo)，按功能高低依次劃分為五類：=1\*ROMANI類：主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)；=2\*ROMANII類：主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)、珍惜水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場；=3\*ROMANIII類：主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(qū)、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及及游泳區(qū)；=4\*ROMANIV類：主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；=5\*ROMANV類：主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對應(yīng)地表水上述五類水域功能，將地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項目標(biāo)準(zhǔn)值分為五類，不同功能類別執(zhí)行相應(yīng)類別的標(biāo)準(zhǔn)值。水域功能類別高的標(biāo)準(zhǔn)值嚴(yán)于水域功能類別低的標(biāo)準(zhǔn)值。同一水域兼有多類使用功能的，執(zhí)行最高功能類別對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。其中水中重金屬Pb、Cr的目標(biāo)限值如表4-1所示。表8水中重金屬Pb、Cr的濃度限值單位：mg/L分類項目=1\*ROMANI=2\*ROMANII=3\*ROMANIII=4\*ROMANIV=5\*ROMANV鎘Pb≤0.010.010.050.050.1鉻Cr（六價）≤0.010.050.050.050.1注：以上數(shù)據(jù)來自《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）表9、城鎮(zhèn)污水部分一類污染物最高允許排放濃度（日均值）單位：mg/L序號項目標(biāo)準(zhǔn)值1總Cr0.12總Pb1.0（數(shù)據(jù)來源《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996》）參考表9可知，公司1、2、3的水樣中的Cr與Pb濃度嚴(yán)重高出地表水的正常允許濃度，Cr分別超出了17，26，33倍，Pb分別超出了34，32，41倍。對比表8相比于Ⅰ類地表水要求，公司1、2、3的水樣中Pb濃度分別超出3457、3324、4205倍，相比于Ⅴ類地表水，則Pb分別超出344，331，419倍。經(jīng)此分析可知，三個公司的污水中Cr與Pb的濃度非常高，受Cr和Pb污染嚴(yán)重。而總鉻方面，由于地表水環(huán)境質(zhì)量只有六價鉻標(biāo)準(zhǔn)，而本實驗中測定的是總鉻，故不依此標(biāo)準(zhǔn)作Cr的污染分析與評價。綜合上述分析，三個印染公司的污水中，總Cr、總Pb的濃度都非常高，污水的重金屬污染程度嚴(yán)重。3、處理建議目前處理重金屬離子廢水處理常用的工藝主要分為一下幾大類：（1）物化法：利用加入絮凝劑、助凝劑在特定的構(gòu)筑物內(nèi)進行沉淀或氣浮，去除污水中的污染物的一種化學(xué)物理處理方法。但該類方法由于加藥費用高、去除污染物不徹底、污泥量大并且難以進一步處理，會產(chǎn)生一定的“二次污染”，一般不單獨使用，僅作為生化處理的輔助工藝；（2）生化法：利用微生物的作用，使污水中有機物降解、被吸附而去除的一種處理方法。由于其降解污染物徹底，運行費用相對低，基本不產(chǎn)生“二次污染”等特點，被廣泛應(yīng)用于印染污水處理中。（3）吸附法：處理水中的重金屬主要是通過吸附材料的高比表面積的蓬松結(jié)構(gòu)或者特殊功能基團對水中重金屬離子進行物理吸附或者化學(xué)吸附。（4）絮凝沉淀法：在含有重金屬離子的水中加入特殊的絮凝材料或者調(diào)節(jié)水中pH值使得水中的重金屬離子富集沉淀。（5）膜分離技術(shù)：將水進行適當(dāng)前處理，如：氧化，還原，吸附等手段之后，將水中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為特定大小的不溶態(tài)微粒，然后通過濾膜講重金屬離子除去。（6）有機材料法：通過合成高分子材料或?qū)ΜF(xiàn)有材料進行改性。接枝，賦予其新集團、新功能，使所得材料可與水中的重金屬離子發(fā)生離子交換，化學(xué)吸附或整合等作用，從而將重金屬離子去除。五、問題與討論1.原子吸收可以測定廢水中SO42-嗎？如果能測定請舉例說明，如果不能測定的話請說明理由。答：可以用原子吸收法測定水中SO42-。如用火焰原子吸收光譜法間接測定水中硫酸鹽。其原理是用待測定的廢水中的硫酸鹽與鉻酸鋇懸濁液反應(yīng)釋放出鉻酸根，再以火焰原子吸收光譜法測定釋放出的鉻酸根的濃度，間接測定廢水中硫酸根。試驗方法：移取一定量的硫酸鹽標(biāo)液與25mL容量瓶中，加水至10mL，搖勻，加入鉻酸鋇懸濁液2.0mL，硫酸銅溶液1.0mL，氫氧化氨（1+1）2.0mL，無水乙醇6.0mL，以水定容，振搖，靜置20min。將部分上層液轉(zhuǎn)入干燥離心管中，離心分離，于試驗條件下，測定離心液的吸光度。2.查資料詳細(xì)說明如何利用AAS測定水的硬度？答：具體步驟如下：（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線。在4只25mL比色管中,分別加入硝酸鑭溶液2.5mL,再加入鈣和鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液,使其成為0.0、5.0、10.0、15.0mg/L和0.0、3.0、6.0、9.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列,按表5的儀器測定條件分別對其進行測定,然后繪制出鈣和鎂標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。（2）測定方法：在25mL比色管中分別加入硝酸鑭溶液2.5mL，加入水樣2.5mL，稀釋至刻度，搖勻，進行測定，將測得的鈣、鎂含量分別換算成mmol/L兩項相加后乘以100.1mg/L，即是用碳酸鈣表示的硬度。誤差分析：由數(shù)據(jù)評價可知本次試驗誤差比較大主要有以下幾個原因：（1）系統(tǒng)誤差。a、方法誤差：本次采用的是常用的原子火焰分光光度法測定，存在比較少的誤差，樣品預(yù)處理是采用消解，操作簡單，誤差小。但本次消解過程體積變化并沒有嚴(yán)格測量，都是靠估計，所以有很大的