淺談環(huán)境水質(zhì)分析中的分析項(xiàng)目和分析方法

■廖秀林

（閬中市環(huán)境監(jiān)測(cè)站四川閬中637400）

淺談環(huán)境水質(zhì)分析中的分析項(xiàng)目和分析方法

■廖秀林

（閬中市環(huán)境監(jiān)測(cè)站四川閬中637400）

環(huán)境水質(zhì)現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越差，水體當(dāng)中含有大量有害物質(zhì)，比如重金屬砷、揮發(fā)酚等有機(jī)化合物，這些化合物在水中大部分毒性強(qiáng)烈，并有著強(qiáng)致癌性質(zhì)而且能夠消耗水中溶解氧，對(duì)人體以及動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。因此對(duì)于水中化學(xué)需氧量、揮發(fā)酚以及重金屬砷等有害物質(zhì)的檢測(cè)對(duì)于水質(zhì)的好壞評(píng)價(jià)有著非常重要的作用。針對(duì)以上三種物質(zhì)的分析方法，目前國(guó)內(nèi)大多采用容量分析法、分光光度法和原子熒光法來(lái)對(duì)這幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析。

水質(zhì) 需氧量 揮發(fā)酚 重金屬砷

0 前言

化學(xué)需氧量（簡(jiǎn)稱(chēng)COD）指的是在一定的條件當(dāng)中，我們氧化1L的水樣中還原型物質(zhì)所需要消耗的氧化劑的量，就是化學(xué)需氧量，我們用所需氧的量（即mg/L）來(lái)表示。它所反映的是水體中還原性物質(zhì)所造成污染的具體程度。其中的還原性物質(zhì)多種多樣，主要包括一些有機(jī)物、亞鐵鹽以及硫化物等物質(zhì)。由于現(xiàn)如今的水體被有機(jī)物污染是非常普遍的現(xiàn)象，所以我們把化學(xué)需氧量這一指標(biāo)也作為對(duì)有機(jī)物相對(duì)含量的檢測(cè)指標(biāo)之一。重金屬的定義也是多種多樣，其中我們最常見(jiàn)的一種定義是，密度大于5的金屬就統(tǒng)稱(chēng)為重金屬，并且我們平時(shí)了解的大多數(shù)金屬都算是重金屬。在這里我們要檢測(cè)的主要是那些對(duì)生物或者人體有明顯毒性的一些重金屬，比如鉛、汞、砷等金屬，在本文里面，我們以砷為例來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)酚類(lèi)是否能夠隨著水分的蒸發(fā)一起蒸發(fā)到空氣當(dāng)中，可以分為揮發(fā)酚和不揮發(fā)酚。由于酚類(lèi)屬于是原生質(zhì)病毒，對(duì)于人體的攝入會(huì)造成一定的中毒現(xiàn)象，長(zhǎng)期攝入有酚病毒的水源，可以對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)造成各種癥狀。

1 化學(xué)需氧量的分析方法

1.1 化學(xué)需氧量對(duì)環(huán)境水質(zhì)的影響

隨著我們生活的發(fā)展，工業(yè)化越來(lái)越發(fā)達(dá)，在不斷積累財(cái)富的同時(shí)，對(duì)于環(huán)境水質(zhì)的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。由于水是人類(lèi)賴(lài)以生存的重要資源，對(duì)于水受污染后會(huì)造成重大的危害，尤其是其中的化學(xué)需氧量占據(jù)了重要指標(biāo)。為了針對(duì)日益惡化的水體環(huán)境，在我國(guó)包括“九五”“十五”“十一五”規(guī)劃期間都對(duì)此制定了非常詳盡的方針。由于化學(xué)需氧量是關(guān)于評(píng)價(jià)水體污染的當(dāng)中一項(xiàng)非常重要的綜合指標(biāo)，能夠映射出水體受到相關(guān)有機(jī)基質(zhì)污染的具體程度，在包括造紙、化工廠、制藥等工廠排水方面都要做出嚴(yán)格檢測(cè)。這些污染能夠隨著細(xì)菌或者微生物的傳播或者生化作用而進(jìn)行分解以及氧化，當(dāng)水中擁有大量的微生物并對(duì)水質(zhì)中的溶解氧進(jìn)行大量消耗的時(shí)候，水質(zhì)就會(huì)發(fā)黑并且散發(fā)出臭味，甚至可能殺死水中的生物。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

分光光度法[1]，也就是我們常說(shuō)的比色法，這種方法測(cè)定化學(xué)需氧量的原理主要是，在濃硫酸等強(qiáng)酸性的介質(zhì)當(dāng)中，所測(cè)試的水樣里面擁有的有機(jī)物被氧化劑所氧化，在水體的清潔度比較高的情況下，即化學(xué)需氧量小于150mg/L的時(shí)候，在使用420納米的波長(zhǎng)段內(nèi)測(cè)量剩余Cr的含量；在水體的清潔度差一些的情況下，即化學(xué)需氧量大于150mg/L的時(shí)候，在使用620納米的波長(zhǎng)段內(nèi)測(cè)量反應(yīng)瓶當(dāng)中剩余Cr的含量。這種方法有著量少、快速、方便的優(yōu)點(diǎn)，在平常的水質(zhì)監(jiān)測(cè)當(dāng)中常常被使用到。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 選擇消解時(shí)間

消解時(shí)間對(duì)于超聲波消解法當(dāng)中的消解過(guò)程有著非常重要的影響，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)的時(shí)候，對(duì)于超聲波所需要的消解時(shí)間進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的考察和分析。我們?cè)诨瘜W(xué)需氧量大約為100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)液體當(dāng)中，加入0.12克的HgSO4，并同時(shí)加入大約0.9毫升的濃硫酸，輕輕晃動(dòng)容器使里面的溶劑溶解，然后再加入2.1mL的K2Cr2O7溶液，充分混合之后加入6mL的Ag2SO4-H2SO4的混合溶液，在溫度為80℃的水浴里分別消解3分鐘、5分鐘、8分鐘、10分鐘、12分鐘，冷卻到室溫溫度，然后用蒸餾水做參考來(lái)進(jìn)行比較，在420納米波長(zhǎng)處，用722型號(hào)的分光光度計(jì)測(cè)量它的吸光度。最后可以得出結(jié)論，在超聲波的消解時(shí)間大概為8分鐘的時(shí)候，吸光度的數(shù)值是最大的，8分鐘以后，即使繼續(xù)加熱，吸光度值也不會(huì)產(chǎn)生變化，所以我們選擇最佳的消解時(shí)間是8分鐘。

1.3.2 超聲波消解曲線圖的繪制

我們?nèi)』瘜W(xué)需氧量濃度分別是0、25、50、100、150、200、250、300的標(biāo)準(zhǔn)液體各6毫升，分別在各液體當(dāng)中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升濃硫酸，輕輕晃動(dòng)容器使里面的溶劑溶解，然后再加入 2.1mL的 K2Cr2O7溶液，充分混合之后加入 6mL的Ag2SO4-H2SO4的混合溶液，在溫度為80℃的水浴里面消解8分鐘，然后冷卻到室溫溫度，在420納米的地方，用蒸餾水作為參比溶液，用722型號(hào)的分光光度計(jì)測(cè)量它的吸光度。

1.3.3 使用超聲波進(jìn)行消解，測(cè)定自來(lái)水當(dāng)中化學(xué)含氧量的含量

我們?nèi)?毫升自來(lái)水，分別在各液體當(dāng)中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升濃硫酸，輕輕晃動(dòng)容器使里面的溶劑溶解，然后再加入 2.1mL的 K2Cr2O7溶液，充分混合之后加入 6mL的Ag2SO4-H2SO4的混合溶液，在溫度為80℃的水浴里面消解8分鐘，然后冷卻到室溫溫度，在420納米的地方，用蒸餾水作為參比溶液，用722型號(hào)的分光光度計(jì)測(cè)量它的吸光度。測(cè)量得到它的吸光度數(shù)值為1.125，根據(jù)上述工作的曲線可以得出結(jié)論，自來(lái)水當(dāng)中的化學(xué)含氧量濃度大約在20mg/L左右。

1.4 結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論，應(yīng)用分光光度法進(jìn)行水樣化學(xué)含氧量測(cè)定，精確度以及準(zhǔn)確度都比較理想，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中質(zhì)量控制的要求也比較符合。目前我國(guó)對(duì)于環(huán)境水質(zhì)當(dāng)中化學(xué)需氧量的測(cè)定大多采用傳統(tǒng)方法，即回流消解-滴定法，這種方法雖然重現(xiàn)性比較好，但是需要對(duì)于回流處理樣品再次加熱，實(shí)際實(shí)驗(yàn)當(dāng)中需要的用量比較大，分析所用的時(shí)間比較長(zhǎng)，能耗也比較大。使用超聲波消解分光光度法測(cè)定水中的化學(xué)需氧量，這種方法自動(dòng)化程度高、操作也比較方便，分析的速度也很快，試劑所需用量相對(duì)較少，值得全國(guó)廣泛推廣使用。

2 揮發(fā)酚的分析方法

2.1 揮發(fā)酚的來(lái)源以及對(duì)環(huán)境水質(zhì)的危害

在日常工業(yè)當(dāng)中，比如造紙、煉油、工廠排污以及煉焦、合成氨、工業(yè)防腐等排出來(lái)的廢水都能夠產(chǎn)生揮發(fā)酚。揮發(fā)酚屬于超高含毒物質(zhì)，當(dāng)人體內(nèi)攝入到一定量的揮發(fā)酚時(shí)，就可能出現(xiàn)類(lèi)似急性中毒的癥狀，一些緊鄰排污水河流的居民，長(zhǎng)期飲用含有揮發(fā)酚的水源時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于慢性中毒比如頭昏腦脹、出診、噴血以及其它一些神經(jīng)系統(tǒng)方面的癥狀。當(dāng)水中揮發(fā)酚的濃度較低，不超過(guò)0.2mg/L時(shí)，就能夠使得河流當(dāng)中的魚(yú)蝦產(chǎn)生明顯的異味，濃度超過(guò)0.2mg/L時(shí)，河中的魚(yú)蝦可能會(huì)立即死亡。另外，酚類(lèi)較高的水質(zhì)也不適用于來(lái)澆灌農(nóng)田，這會(huì)導(dǎo)致田中農(nóng)作物的減產(chǎn)甚至枯死。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

揮發(fā)酚類(lèi)化合物在pH值大約10左右的介質(zhì)當(dāng)中，在鐵氰化鉀作用下，會(huì)與4-氨基安替比林發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且能夠生成橘紅色的因多酚安替比林染色原料，這種燃料在水溶液510納米波長(zhǎng)的地方能夠最大吸收。通過(guò)研究得到結(jié)論:在各種酚類(lèi)的化合物里面，羥基對(duì)位的取代基可以阻止反應(yīng)的進(jìn)行，氨基安替比林在對(duì)于酚的耦合在對(duì)位比在鄰位更加多見(jiàn),如果對(duì)位被元素取代之后，但是鄰位并沒(méi)有被取代的情況下，不會(huì)呈現(xiàn)顏色的反應(yīng)，使用光程是20毫米的比色皿進(jìn)行測(cè)定時(shí)，酚最低的濃度達(dá)到0.1mg/L才能夠被檢測(cè)出來(lái)。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 繪制校準(zhǔn)曲線

在8支容量為50毫升的比色管當(dāng)中，分別加入0、0.5、1、3、5、7、10、12.5毫升，濃度為10mg/L的苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入20毫升水和0.5毫升緩沖溶液，搖晃均勻，這個(gè)時(shí)候pH值在10左右，然后加入4-氨基安替比林溶液和鐵氰化鉀溶液各1毫升，混合均勻，放置10分鐘，然后在510納米波長(zhǎng)處，用水做參比，用20毫米比色皿測(cè)定其吸光度。

2.3.2 水樣測(cè)定

分別取一定量的水樣放進(jìn)50毫升的比色管當(dāng)中，然后加入一定量的水和緩沖溶液，緩慢搖晃均勻稀釋到50毫升，再加入4-氨基安替比林溶液和鐵氰化鉀溶液各1毫升，混合均勻，放置10分鐘，然后在510納米波長(zhǎng)處，用20毫米比色皿測(cè)定吸光度，減掉空白試驗(yàn)的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算水樣中揮發(fā)酚含量。

2.3.3 數(shù)據(jù)的處理

在吸光度經(jīng)過(guò)空白校正之后，可以求得吸光度對(duì)于苯酚含量的回歸方程，把水樣測(cè)定吸光度減掉之前得到的空白值之后，我們將之代入回歸方程，就可以得到水樣里面揮發(fā)酚的含量，并且可以根據(jù)水樣的體積來(lái)計(jì)算得到我們所取環(huán)境水質(zhì)當(dāng)中揮發(fā)酚的含量。最后我們就可以根據(jù)所得數(shù)據(jù)來(lái)繪制出吸光度對(duì)于苯酚含量的校準(zhǔn)曲線，并且可以根據(jù)圖中曲線判斷出測(cè)量結(jié)果。

3 重金屬砷的分析方法

3.1 重金屬砷對(duì)于人體的危害

隨著一些化工產(chǎn)品越來(lái)越多的被應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，各種化工廠如雨后春筍般冒了出來(lái)，然而相關(guān)的環(huán)保設(shè)施以及檢測(cè)設(shè)備并沒(méi)有與時(shí)俱進(jìn)。尤其是一些制藥、冶金以及顏料等行業(yè)，更是排出大量含有重金屬砷的廢水，世界各地不斷有砷中毒的報(bào)道[2]。在我們平常接觸的環(huán)境水質(zhì)當(dāng)中，尤其是飲用水當(dāng)中，如果重金屬砷的含量超標(biāo)，會(huì)對(duì)人體造成極大傷害，這種傷害具有非常強(qiáng)烈的隱蔽性、長(zhǎng)期性以及不可逆轉(zhuǎn)的特性。和其它類(lèi)型的污染物非常不同，在重金屬中毒的初期，癥狀是非常輕微的，非常不容易引起人們的注意，但是長(zhǎng)時(shí)間引用這種重金屬含量超標(biāo)的水質(zhì)，危害是非常巨大的，尤其是砷，能夠?qū)е氯梭w神經(jīng)系統(tǒng)疾病，出現(xiàn)中毒甚至死亡的情況。

3.2 實(shí)驗(yàn)原理

在酸性的環(huán)境當(dāng)中，重金屬砷能夠和硼氫化鉀發(fā)生反應(yīng)從而生成砷化氫，通過(guò)載氣帶進(jìn)石英原子化器當(dāng)中，砷化氫就會(huì)分解成為原子態(tài)的砷。使用我們特制探測(cè)儀器燈光的照射之下，其中的基態(tài)的砷原子就會(huì)被激發(fā)到高能態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行去活化使之回到基態(tài)時(shí)，會(huì)有一定特征波長(zhǎng)的熒光發(fā)射出來(lái)，在一定的濃度范圍內(nèi)，它發(fā)射出來(lái)的熒光強(qiáng)度和其中砷的含量成正比，由此我們就可以通過(guò)所測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算出環(huán)境水質(zhì)中重金屬砷的含量。

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.3.1 繪制校準(zhǔn)曲線

我們分別取砷標(biāo)準(zhǔn)溶液各0毫升、0.1毫升、0.3毫升、0.5毫升、0.7毫升、1毫升、2毫升至100mL容量瓶中，再使用蒸餾水稀釋至刻度，砷元素的濃度分別是0、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0、20.0ng/mL，然后在這些標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)中分別加入1毫升的鹽酸和1毫升的硫脲-抗壞血酸溶液，分別搖晃均勻，在室溫下放置15分鐘，然后上機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

3.3.2 水質(zhì)測(cè)定

我們將所取得的一定體積的環(huán)境水樣倒入容量瓶當(dāng)中，再使用蒸餾水分別加入各個(gè)容量瓶當(dāng)中，使其達(dá)到100毫升處，然后在這些標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)中各自加入1毫升的鹽酸和1毫升的硫脲-抗壞血酸溶液，分別搖晃均勻，在室溫下放置15分鐘，通過(guò)儀器檢測(cè)到其中發(fā)射出來(lái)的熒光強(qiáng)度，對(duì)照之前繪制出來(lái)的校準(zhǔn)曲線，從而可以推算出環(huán)境水質(zhì)當(dāng)中重金屬砷的含量。

3.3.3 結(jié)果分析

由于熒光強(qiáng)度會(huì)隨著硼氫化鉀濃度的增大而逐漸增大，當(dāng)硼氫化鉀的濃度不足或者過(guò)低的時(shí)候，其還原能力不足，得不到明顯的熒光強(qiáng)度，在硼氫化鉀濃度過(guò)高時(shí)，熒光強(qiáng)度反而下降，只有硼氫化鉀濃度在1.5～2.5左右的時(shí)候，熒光強(qiáng)度才能夠基本恒定。根據(jù)我們所測(cè)量出來(lái)水質(zhì)樣品當(dāng)中的熒光強(qiáng)度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線可以查到樣品溶液當(dāng)中重金屬砷的濃度，并且根據(jù)多次測(cè)定出來(lái)的結(jié)果來(lái)求得其平均值以此來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

4 小結(jié)

伴隨著我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)社會(huì)的不斷發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)快速可持續(xù)的增長(zhǎng)，我們生活當(dāng)中的廢水以及工農(nóng)業(yè)所排出的污水、農(nóng)藥、化學(xué)殘留不斷增多，人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境水質(zhì)遭受到了極大的破壞，并且呈現(xiàn)愈演愈烈的形勢(shì)。當(dāng)水質(zhì)受到影響達(dá)到一定限度的時(shí)候，對(duì)于生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)的健康也會(huì)造成很大威脅。因此對(duì)于環(huán)境中水質(zhì)的檢測(cè)也更加得到人們的重視，對(duì)此檢測(cè)的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，同時(shí)也研發(fā)出越來(lái)越多的檢測(cè)方法，但是其中也是各有利弊，本文當(dāng)中應(yīng)用的主要是分光光度法、原子熒光法來(lái)對(duì)此進(jìn)行檢測(cè)。但是這項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，不可能在三年五年的時(shí)間當(dāng)中全部完成，需要各方面人士的共同努力才能做到更好，同時(shí)還要依賴(lài)各種工廠以及所有居民的共同努力，才能夠使環(huán)境水質(zhì)得到改善，爭(zhēng)取為水質(zhì)監(jiān)測(cè)做出巨大貢獻(xiàn)。

[1]張國(guó)勛.化學(xué)需氧量光度測(cè)定法探索 [J].環(huán)境檢測(cè)管理與技術(shù)，1996，（5）.

[2]莊金陵.砷對(duì)世界地下水源的污染 [J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2003，177-178.

X8[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-388-2

廖秀林（1987～），女，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境中水質(zhì)分析。