溫度對液氯消毒自來水中鉛、鋅、鎘含量的影響及其機(jī)理研究

何曉波

（寧夏水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘察院，寧夏 銀川750011）

0 引言

近年來，伴隨著我國小康建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高。在解決了溫飽之后，越來越追求生活質(zhì)量，對日常的飲用水也有了更高的要求， 都渴望喝上既安全潔凈又對身體有益的“好水”。

1 實(shí)驗方法

原子吸收分光度法。

2 實(shí)驗原理

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(jìn)行測定的分析方法。 將試樣噴入火焰，被測元素的化合物在火焰中離解形成原子蒸汽，由銳線光源（空心陰極燈或無極放電燈等） 發(fā)射的某元素的特征譜線光輻射通過原子蒸汽層時，該元素的基態(tài)原子對特征譜線產(chǎn)生選擇性吸收。在一定條件下，特征譜度光強(qiáng)的變化與試樣中被測元素的濃度成正比例。通過對自由基態(tài)原子對選用吸收線吸光度的測定，確定試樣中該元素的濃度。

根據(jù)波爾茨曼定律，在一般火焰溫度下（低于3000℃）基態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)之比是一個很大的數(shù)，而光輻射的被吸收量與自由基態(tài)原子的總數(shù)成比例，因此，原子吸收光度法具有較高的靈敏度。每種元素都有自己為數(shù)不多的特征吸收譜線。不同元素的測定采用相應(yīng)的元素?zé)?，因此，譜線干擾在原子吸收光度法中是少見的。除了電離電位很低的若干元素外，一般來說，電離干擾可以忽略。

影響原子吸收光度法準(zhǔn)確度的主要干擾是基體的化學(xué)干擾。由于試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液基體的不一致，試樣中存在的某些基體常常影響被測元素的原子化效率，如在火焰中形成難于離解的化合物或使離解生成的原子很快重新形成在該火焰溫度下不再離解的化合物，這時就發(fā)生干擾作用。 一般來說，鉛、鋅、鎘的基體干擾不太嚴(yán)重。

對于一般地表水，由分子吸收或光散射造成的背景吸收一般說來可以忽略。

3 實(shí)驗條件

1）鉛所用波長283.3nm；

2）鋅所用波長213.9nm；

3）鎘所用波長228.8nm。

火焰類型空氣-乙炔氧化型。

4 試驗儀器和試劑

4.1 儀器

（1）原子吸收分光光度計；

（2）125mL 和250mL 分液漏斗，帶刻度；

（3）康氏振蕩器；

（4）電熱板；

（5）10mL 具塞試管；

（6）其它玻璃器皿。 所有玻璃器皿都要用（1+1）硝酸清洗，然后用去離子水沖洗干凈。

4.2 試劑

全部溶液均用去離子水配制。

（1）硝酸：特純或優(yōu)級純。

（2）鹽酸：特純或優(yōu)級純。

（3）高氯酸：優(yōu)級純。

（4）氨水：優(yōu)級純。

（5）2%APDC 水溶液：稱取1.0g 吡咯烷二硫代氨基甲酸銨溶于去離子水中,用中速定量濾紙濾去不溶物,用去離子水稀釋到50mL。臨用前配制。

（6）甲基異丁酮。

（7）1M 碘化鉀水溶液：稱取166.7g 碘化鉀溶于1L 去離子水中。

（8）5%抗壞血酸水溶液： 稱取5.0g 抗壞血酸溶于100mL 去離子水中。

（9）去離子水：用蒸餾水或電滲析水依次通過陰、陽、陰陽混合離子交換柱制得。 電導(dǎo)率為0.5-1μΩ/cm.全部溶液均用此水配制。

（10）鉛、鋅、鎘標(biāo)準(zhǔn)貯備液：分別稱取光譜純各金屬0.5000g，用適量（1+1）硝酸溶解，必要時可加熱，用去離子水稀釋至500mL。 此溶液1.00mL=1.00μg。

（11）直接測定用中間標(biāo)準(zhǔn)溶液：鉛1.00mL=1000μg；鋅1.0mL=10.0μg；鎘1.00mL=10.0μg。

（12）萃取測定用中間標(biāo)準(zhǔn)溶液：鉛1.00mL=20μg；鋅1.00mL=1.0μg；鎘1.00mL=1.0μg。

鉛、鋅、鎘的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度在0.04-1.0mg/L 范圍內(nèi)用中間標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。 中間標(biāo)準(zhǔn)溶液和標(biāo)準(zhǔn)系列皆用0.2%硝酸溶液配制。

（13）乙炔：可采用鋼瓶乙炔氣或由乙炔發(fā)生器供給。 使用鋼瓶乙炔氣時應(yīng)檢查其純度，以能獲得淺藍(lán)色貧燃火焰為合格。 焊接或切割用鋼瓶乙炔氣一般不能直接用于原子吸收分析。乙炔發(fā)生器發(fā)生的乙炔要經(jīng)過凈化后才能使用。

（14）空氣：一般用空氣壓縮機(jī)供給。原子吸收測量使用壓力為2kg/cm3左右。 空氣要通過過濾裝置，除去油、塵和水汽。

5 實(shí)驗過程

碘化鉀-甲基異丁酮（KI-MZBK）萃取程序。

1） 取50mL 預(yù)處理好的試樣置于125mL 分液漏斗中， 加入10mL1M 碘化鉀水溶液， 搖勻后再加入5.0mL5%的抗血酸水溶液，搖勻，準(zhǔn)確加入10mL 甲基異丁酮，萃取1-2 分鐘，靜置分層后，棄去水相，用濾紙吸干分液漏斗頸內(nèi)的殘留液，有機(jī)相轉(zhuǎn)入10mL 具塞試管，蓋嚴(yán)供測定用。

2）按上述相同步驟平行操作三個濃度點(diǎn)以上的標(biāo)準(zhǔn)系列。

3）測量。 按直接測定條件點(diǎn)燃火焰以后，用MIBK 噴霧，降低乙炔/空氣比，使火焰顏色和水溶液噴霧時大致相同。 將儀器調(diào)零。 用萃取標(biāo)準(zhǔn)溶液的有機(jī)相標(biāo)定儀器， 適當(dāng)調(diào)節(jié)燃燒器的上下位置和提升量，使儀器響應(yīng)最好。

用萃取標(biāo)準(zhǔn)系列中試劑空白的有機(jī)相將儀器調(diào)零，測量標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度。用萃取樣品的試劑空白的有機(jī)相將儀器調(diào)零，測量樣品光度。以水相中被測元素的微克數(shù)為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線，確定所測離子的含量。 測量結(jié)束后，依次用甲基異丁酮、丙酮、1%硝酸溶液和去離子水各噴霧5 分鐘清洗燃燒器。清洗完畢，熄滅火焰。

6 實(shí)驗結(jié)果

1）從實(shí)驗結(jié)果和圖1 曲線可以看出：加熱不同溫度、加熱沸騰時間的長短對鉛沒有影響。

圖1 不同溫度及沸騰不同時間下鉛含量變化曲線

2）從實(shí)驗結(jié)果和圖2 曲線可以看出：加熱溫度在80℃-100℃，其鋅的含量最高，常溫時鋅的含量次之，加熱沸騰時間越長，鋅的含量急劇下降至0。

圖2 不同溫度及沸騰不同時間下鋅含量變化曲線

3）從實(shí)驗結(jié)果和圖3 曲線可以看出：加熱溫度在80℃時鎘的含量最高，隨著加熱沸騰時間的增加，它同鋅一樣，其含量急劇下降。

7 機(jī)理研究

圖3 不同溫度及沸騰不同時間下鎘含量變化曲線

1）鉛化合物在天然水中不易溶解，在加熱條件下，鉛化合物也相當(dāng)穩(wěn)定，無任何反應(yīng)發(fā)生。 水的pH 值在5-8.5 之間，碳酸鉛(PbCO3)是穩(wěn)定的化合物，pH 值大于8.5，則堿式碳酸鉛[Pb(CO3)2·(OH)2]是穩(wěn)定的，在很強(qiáng)的還原條件下，四價鉛才是不穩(wěn)定的，因此，天然水中溶解的鉛很少。 淡水中含鉛0.06-120μg/L，中值為3μg/L。

鉛是對人體有害的元素，在自然界分布甚廣，易被腸胃吸收，通過血液擴(kuò)散到全身并進(jìn)入骨骼，在人體內(nèi)形成是累積性毒物。

2）在水中Zn2+存在下列平衡關(guān)系：

Zn2++2OH?Zn(OH)2↓

Zn(OH)2+2H2O?2H++[Zn(OH)4]2-

隨著加熱溫度升高、 加熱時間延長，CO2含量下降，pH 值增大，OH-含量增多，所以平衡向右移，使水中游離的Zn2+含量急劇下降。

3）Cd2+與Zn2+屬同一族，其性質(zhì)相似，但與Zn(OH)2不同，Cd(OH)2酸性特別弱，不易溶于強(qiáng)堿中。 Cd2++2OH-?Cd(OH)2↓

隨著加熱溫度升高和加熱時間的延長，水中CO2的含量下降，pH值升高，OH-含量增加，可使Cd2+生成Cd(OH)2沉淀，使水中游離的Cd2+含量急劇下降。

鎘在自然界與鋅共存。流經(jīng)鉛鋅礦床的水體以及某些冶金、電鍍、化工等行業(yè)的工業(yè)廢水中常含有鎘。

8 結(jié)束語

本文的研究，為改革城鎮(zhèn)居民的供水方式、樹立新的科學(xué)的飲水觀念，節(jié)約用水、節(jié)省能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、預(yù)防或控制某些疾病、促進(jìn)國人生活水平和健康水平的提高，提供了較為準(zhǔn)確可靠的科學(xué)依據(jù)。

［1］羅曉鴻.自來水消毒方法比較與評價[J].給水排水，1994（10）：43.

［2］白曉慧，賀蘭喜，王寶貞.常規(guī)飲用水凈化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及對策[J].水科學(xué)進(jìn)展，2002，(1)：122～126.