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水質(zhì)分析的基本方法
日期：2025-07-08 09:35
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摘要：
水質(zhì)分析的基本方法
一、水質(zhì)分析基本方法
前已述及，水質(zhì)分析應(yīng)包括水的物理、化學(xué)和微生物學(xué)性質(zhì)的分析。就基本分析而言，可分為（1）物理和化學(xué)分析（2）生物和微生物學(xué)分析兩大類。
分析化學(xué)是一門研究各種化合物或混合物的化學(xué)組成的分析方法和分析步驟的科學(xué)。它是水質(zhì)物理和化學(xué)分析的理論基礎(chǔ)。
分析化學(xué)可以分為定性分析和定量分析兩個(gè)部門。定性分析又可以分為無機(jī)定性分析和有機(jī)定性分析。其目的是鑒定化合物或混合物是由哪些組分（元素、離子、基團(tuán)或化合物）所組成。定量分析也可以分為無機(jī)定量分析和有機(jī)定量分析兩部分，它們的任務(wù)是測(cè)定物質(zhì)各組分的含量。
在一般化學(xué)分析的工作程序上總是定性分析先于定量分析，因?yàn)橹挥惺紫攘私馕镔|(zhì)的定性組成，然后才能選擇適當(dāng)?shù)亩糠治龇椒?。測(cè)出所含元素或離子等的含量。然而，在水質(zhì)分析工作中，由于天然水、工業(yè)用水和生活污水所含成分一般都已知道；工業(yè)廢水性質(zhì)雖然復(fù)雜，但其成分也可以從該工廠所使用的原料和生產(chǎn)工藝過程等概略地推測(cè)，故除特殊情況外，水的定性分析很少應(yīng)用。不過，由于環(huán)境保護(hù)工作的深入發(fā)展，有時(shí)為了了解某些工業(yè)廢水和天然水的**組成或某些水質(zhì)處理過程的中間產(chǎn)物等，也需要進(jìn)行定性分析。
定性分析是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)，將待測(cè)的元素或離子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心承┨厥庑再|(zhì)的新化合物。如（1）發(fā)生特殊的顏色，（2）析出具有一定形狀的沉淀物，（3）發(fā)生可以識(shí)別的氣體，（4）原有顏色的變化及（5）原有沉淀物的溶解等，根據(jù)這些化學(xué)反應(yīng)結(jié)果和新化合物的特殊性質(zhì)，即可判斷試樣中是否含有某種成分。
定量分析主要是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)不滅定律和當(dāng)量定律來測(cè)定試樣中各組分的含量。定量分析按其分析時(shí)采用的方法。主要可分為：（1）重量分析，（2）容量分析，（3）光學(xué)分析（如比色分析、比濁分析、光譜分析等），（4）電化學(xué)分析（如極譜分析、電位分析等），以及（5）色譜分析（如氣相色譜、液相色譜）。
光學(xué)分析、電化學(xué)分析、色譜分析等都是利用待測(cè)組分的某種物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行分析測(cè)定的。在分析時(shí)往往需要應(yīng)用比較精密和比較復(fù)雜的儀器。所以有時(shí)也稱為儀器分析。在水質(zhì)分析中*常用到的儀器有紫外－可見分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)、氣相色譜儀等。有時(shí)還根據(jù)水質(zhì)分析的特點(diǎn)制成專用的儀器。如測(cè)汞儀、溶解氧儀、生化需氧量測(cè)定儀、總有機(jī)碳測(cè)定儀等。
儀器分析具有快速、準(zhǔn)確、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，還便于自動(dòng)連續(xù)測(cè)定。因而發(fā)展很快，有著廣闊的應(yīng)用前途。但目前有的儀器價(jià)格較高，平時(shí)維護(hù)（如需恒溫、恒濕、防震等）和對(duì)操作人員的要求也較高。因此，在大多數(shù)水質(zhì)分析工作中，儀器分析和普通的化學(xué)分析是相輔相成、互為補(bǔ)充的。其中，普通的化學(xué)分析法仍居于重要的、基礎(chǔ)的地位。
二、容量分析計(jì)算
1.容量分析概述
在普通的化學(xué)定量分析中，重量分析可以得到相當(dāng)準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。因此常被用來作為基準(zhǔn)測(cè)定。但重量分析手續(xù)繁雜、十分費(fèi)時(shí)，在一般情形下都盡量避免采用。在水質(zhì)分析中，由于水中所含雜質(zhì)通常都非常微少，所以除了固體測(cè)定等少數(shù)項(xiàng)目外，很少應(yīng)用重量分析法。而容量分析比重量分析要簡(jiǎn)便得多，**度又比較高，故在水質(zhì)分析中用得很多。
容量分析是將一種已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液加到被測(cè)物質(zhì)的溶液中，使它們發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后根據(jù)該試劑溶液的濃度以及與被測(cè)物質(zhì)完全反應(yīng)時(shí)所消耗的體積，通過等當(dāng)量數(shù)的關(guān)系來計(jì)算被測(cè)物質(zhì)的含量。
很顯然，并不是任何化學(xué)反應(yīng)都能適用于容量分析的。在水質(zhì)分析中，能用作容量分析的反應(yīng)，必須符合下列要求：（1）反應(yīng)進(jìn)行迅速，能在瞬間完成。速度較慢的反應(yīng)，可通過加熱或催化劑等方法來解決；（2）反應(yīng)必須按等當(dāng)量數(shù)進(jìn)行，不能有副反應(yīng)發(fā)生；（3）要有恰當(dāng)?shù)闹甘緞┗蚱渌锢砘瘜W(xué)方法來指示等當(dāng)點(diǎn)的到達(dá)；（4）必須排除對(duì)反應(yīng)有干擾的物質(zhì)。
容量分析按其反應(yīng)形式的不同，可分為兩大類：
（1）基于離子之間發(fā)生結(jié)合反應(yīng)的方法，屬于這一類的有：中和滴定法、絡(luò)合滴定法和容量沉淀法。
（2）基于離子或單質(zhì)之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的方法。屬于這一類的有:氧化還原滴定法。
2.容量分析計(jì)算的基本公式——當(dāng)量定律的作用
容量分析計(jì)算的基礎(chǔ)是當(dāng)量定律。
當(dāng)量定律是：各物質(zhì)相互作用時(shí)，它們的重量比等于它們的當(dāng)量比。
根據(jù)當(dāng)量定律我們知道：參加反應(yīng)的物質(zhì)總是以相同的克當(dāng)量數(shù)或毫克當(dāng)量數(shù)進(jìn)行反應(yīng)的。也就是說：在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的一種物質(zhì)（甲）的克當(dāng)量數(shù)總是等于另一種物質(zhì)（乙）的克當(dāng)量數(shù)。
因此，我們可以說：克的甲物質(zhì)與克的乙物質(zhì)是“化學(xué)相當(dāng)”的。
如果甲物質(zhì)也能與丙物質(zhì)互相反應(yīng)，那么，在反應(yīng)中甲物質(zhì)的克當(dāng)量數(shù)也應(yīng)等于丙物質(zhì)的克當(dāng)量數(shù)。
同樣，我們可以說：克的甲物質(zhì)與克的丙物質(zhì)也是化學(xué)相當(dāng)?shù)摹?/div>
這時(shí)，不論乙物質(zhì)與丙物質(zhì)能否直接發(fā)生反應(yīng)，我們都可以說：克的乙物質(zhì)與克的丙物質(zhì)是化學(xué)相當(dāng)?shù)摹?/div>
所以，在化學(xué)中，根據(jù)當(dāng)量定律，我們可以求出任何兩種物質(zhì)之間的化學(xué)相當(dāng)關(guān)系。
在容量分析的計(jì)算中，有兩個(gè)基本公式。
（1）
式中：、 ——分別為1、2兩種溶液的當(dāng)量濃度；
、——分別為1、2兩種溶液的體積，毫升。
和就分別表示了1、2兩種物質(zhì)的毫克當(dāng)量數(shù)。
這個(gè)公式可以用來：①計(jì)算兩種溶液相互作用的體積，②用一種標(biāo)準(zhǔn)溶液來標(biāo)定另一種溶液，③計(jì)算一種溶液稀釋后的濃度，和④計(jì)算兩種濃度不同的同質(zhì)溶液混合后的濃度等。
（2）
式中： ——當(dāng)量濃度
——體積，毫升；
——固體物質(zhì)的重量，克；
——該固體物質(zhì)的當(dāng)量。
顯然，等式的兩邊都是毫克當(dāng)量數(shù)。
這個(gè)公式可以用來：①計(jì)算配制一種溶液所需固體物質(zhì)的重量，或②計(jì)算一定重量的固體物質(zhì)配成溶液后的當(dāng)量濃度，③計(jì)算溶液和固體物質(zhì)之間相互作用時(shí)的定量關(guān)系（如用固體基準(zhǔn)物質(zhì)來標(biāo)定一溶液的當(dāng)量濃度；求為與一溶液完全作用時(shí)所需的固體物質(zhì)質(zhì)量），和④求被測(cè)物質(zhì)的含量等。
下面舉幾個(gè)例子來說明這兩個(gè)基本公式的應(yīng)用。
例1 中和1000毫升0.125ON的HCl溶液，需用0.1000N的NaOH溶液多少毫升？
解 根據(jù)，得
答 需用0.1000N的NaOH溶液1250毫升。
例2 現(xiàn)有480.0毫升0.1725N的H2SO4溶液，要將它配制成0.1700N的溶液，需要加入多少毫升的蒸餾水？
解 設(shè)需要加入毫升蒸餾水。
稀釋前酸液的毫克當(dāng)量數(shù)為
稀釋后酸液的毫克當(dāng)量數(shù)為
因?yàn)?span> ，故，
所以
答 需要加入蒸餾水7.06毫升。
例3 今有0.2850N的HCl溶液300.0毫升，需加入多少毫升0.4200N的HCl溶液才能得到0.3000N的HCl溶液？
解 設(shè)所需加入的0.4200N的HCl溶液為毫升，根據(jù)混合前后的毫克當(dāng)量數(shù)應(yīng)相等的原則，得
，故
答 需加入0.4200NHCl溶液37.50毫升。
例4 欲配制約0.1N的HCl溶液600毫升。需量取比重為1.19(含HCl37%)的濃鹽酸多少毫升？
解 600毫升0.1N的HCl溶液的毫克當(dāng)量數(shù)為
設(shè)所需要取的濃鹽酸為毫升，則這些濃鹽酸的毫克當(dāng)量數(shù)為：
根據(jù)，故
答 需量取濃鹽酸5.0毫升。
例5 欲制0.1000N的K2Cr2O7溶液1升，用于氧化還原反應(yīng)中，問需稱取純K2Cr2O7多少克？
解 在氧化還原反應(yīng)中K2Cr2O7的當(dāng)量為
設(shè)需稱取克純K2Cr2O7，則這些重鉻酸鉀的毫克當(dāng)量數(shù)為：
1升0.1000N K2Cr2O7溶液的毫克當(dāng)量數(shù)為
根據(jù)，故
，
答 需稱純K2Cr2O74.9030克。
例6 標(biāo)定一KMnO4溶液的濃度時(shí)，將稱得的純草酸（H2C2O4·2H2O）0.2534克溶于蒸餾水中，用欲標(biāo)定的KMnO4溶液滴定到終點(diǎn)。用去19.85毫升，試計(jì)算此KMnO4溶液的當(dāng)量濃度。
解 KMnO4與草酸的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，可用離子方程式表示如下：
這時(shí)，草酸的當(dāng)量
根據(jù)公式
答 該KMnO4溶液的當(dāng)量濃度為0.2026N。
例7 假設(shè)完全中和0.2648克不純的碳酸鈉，用去0.1970NHCl溶液24.45毫升，試計(jì)算此樣品中純碳酸鈉的百分含量。
解 在此中和反應(yīng)中。碳酸鈉Na2CO3的當(dāng)量為
根據(jù)公式 ，得
，
（克）
今樣品重W1=0.2648克，因此樣品中純碳酸鈉的百分含量η應(yīng)為
答 此樣品中純碳酸鈉的含量為96.41%。
例8 在用溫克勒法測(cè)定水中的溶解氧時(shí)，經(jīng)過一系列的化學(xué)操作，使溶解氧轉(zhuǎn)化為游離碘。*后用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。如果取100.0毫升水樣。滴定時(shí)用去0.0250N的Na2S2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液4.20毫升，求水樣中的溶解氧含量。
解 根據(jù)化學(xué)相當(dāng)?shù)脑瓌t。盡管硫代硫酸鈉是與游離碘相作用而未與溶解氧直接反應(yīng)，但此游離碘的量是與水中溶解氧量化學(xué)相當(dāng)?shù)?。故可直接用公式求出溶解氧量。氧的?dāng)量為E=8，故（此處W的單位為毫克）
由于水樣量A=100.0毫升，故每升此水樣中溶解氧的含量為
（毫克/升）
答 此水樣中的溶解氧含量為8.40毫克/升。
三、水質(zhì)分析結(jié)果的表示方法
水質(zhì)分析結(jié)果的表示方法因不同的水質(zhì)項(xiàng)目而異。
一些物理性水質(zhì)指標(biāo)常常有它們各自的單位。例如水溫以攝氏度數(shù)表示，渾濁度以毫克（SiO2）/升或度表示，電導(dǎo)率用微姆歐/厘米表示，嗅味則可描述其性質(zhì)等等。
對(duì)于化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)。由于天然水和各種廢水、污水中所含的化合物或元素的量通常都是很低的，因此水質(zhì)化學(xué)分析的結(jié)果一般都不象普通分析化學(xué)中那樣用百分含量表示，而是采用以下幾種常用的單位。
一、毫克/升（mg/1）
每升水中所含被測(cè)物質(zhì)的毫克數(shù)。這是*廣泛采用的一種單位。它不僅適用于水中離子狀態(tài)的物質(zhì)，也可用于不離解的分子狀態(tài)或膠體狀態(tài)的物質(zhì)乃至溶解于水中的氣體。
二、百萬分率（ppm）
水中所含被測(cè)物質(zhì)的重量占水樣重量的百萬分之分?jǐn)?shù)。這在一些英文資料文獻(xiàn)中是常見的。當(dāng)水樣的比重為1.00000時(shí)，1毫克/升恰好等于百萬分之一，即1毫克/升=1ppm。由于天然水和大多數(shù)廢水、污水的比重都近似于1，因此實(shí)際上常將毫克/升數(shù)與百萬分率相混用，但對(duì)于某些比重與1相差稍大的工業(yè)廢水、污泥或海水等，兩者就不能視為相等了。
三、微克/升（μg/1）
每升水中所含被測(cè)物質(zhì)的微克數(shù)。對(duì)于一些極微量的物質(zhì)需要用到這種更小的單位。與此相應(yīng)，也有十億分率（ppb）。對(duì)于比重近似于1的水樣。1微克/升=1ppb。
四、毫克當(dāng)量/升（me/1或meq/1）
每升水中所含被測(cè)物質(zhì)的毫克當(dāng)量數(shù)。這種表示方法可以清楚地說明水中離子間數(shù)量上的比例和便于檢查分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，也便于根據(jù)化學(xué)相當(dāng)?shù)脑瓌t，將一種被測(cè)物質(zhì)直接轉(zhuǎn)換成用另一種物質(zhì)來表示。
此外，有些水質(zhì)項(xiàng)目的分析結(jié)果還有另外的一些單位，如硬度和堿度就常有用“度”等好幾種表示方法的。水質(zhì)的生物和微生物學(xué)指標(biāo)也有它們自己的表示方法。
