水中總硬度的檢測及影響因素分析

趙 娜

(山西潞安煤基清潔能源有限公司，山西 長治 046200)

1 水中總硬度的檢測

天然水中的鈣鹽和鎂鹽通常以碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氫化物或硝酸鹽的形式存在。硬度分為暫時硬度(也稱為碳酸鹽硬度)和永久硬度(也稱為非碳酸鹽硬度)。如果水樣品中含有碳酸氫根離子，則將水樣品煮沸時，相應(yīng)的鈣離子將沉淀并以碳酸鈣的形式除去，通過這種沉淀可以除去的鈣離子的量是暫時的硬度。在沒有碳酸氫根離子或少于相應(yīng)的鈣離子的情況下，沸騰的鈣和鎂離子還存在于水樣中，鈣和鎂的總量是永久硬度。水中總硬度等于臨時硬度加永久硬度的和[1]。

硬水對人類健康和工業(yè)用水具有重大影響，硬水不適合工業(yè)使用，這種類型的水在鍋爐中加熱后結(jié)垢，減少了鍋爐中的熱傳遞并消耗了大量燃料。在染色過程中，某些燃料會被硬水沉積，或者使有色物體的光澤變差，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。用硬水清洗衣服和毛巾時，經(jīng)常使用肥皂，肥皂水會出現(xiàn)沉淀物。飲用水的硬度是柔性的，較硬的飲用水的突然變化會暫時影響胃腸功能，但通常會在短時間內(nèi)適應(yīng)。喝水太硬會影響健康并導致腎結(jié)石和其他組織結(jié)石。長期飲用低硬度水可能與局部患者和心血管患者有關(guān)，但沒有足夠的證據(jù)。中國飲用水標準規(guī)定，總硬度(以CaCO3計)不得超過450 mg/L。水是人類生活必不可少的一項資源，水體質(zhì)量影響著我們生活的方方面面，研究水中總硬度具有重要意義。

2 EDTA-2Na滴定法

現(xiàn)如今，在我國《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T 5750-2006)中，測定總硬度的方法是乙二胺四乙酸二鈉滴定法，即最常用的EDTA-2Na滴定法。EDTA-2Na滴定法是測定水硬度的常用化學分析方法。在某些條件下，EDTA用鉻黑T作為指示劑，并以pH=10的NH3·H2O-NH4Cl作為緩沖液，與鈣和鎂離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，測量Ca2+、Mg2+的總量[2]。

2.1 實驗原理

在pH=10時，乙二胺四乙酸二鈉(簡稱EDTA)和水中的鈣鎂離子生成穩(wěn)定絡(luò)合物，指示劑鉻黑T也能與鈣鎂離子生成酒紅色絡(luò)合物，其穩(wěn)定性不如EDTA與鈣鎂離子所生成的紅色絡(luò)合物，當用EDTA滴定接近終點時，EDTA自鉻黑T的酒紅色絡(luò)合物奪取鈣鎂離子而使鉻黑T指示劑游離，溶液由酒紅色變?yōu)樗{色，即為終點。

2.2 測定方法

2.2.1 儀器

錐形瓶、酸式滴定管各一個。

2.2.2 試劑

此實驗有以下4種類型的試劑：1) 鉻黑T指示劑：溶解0.50 g鉻黑T[1-(1-羥基-2-萘偶氨-6-硝基-萘酚-4-黃酸鈉)]于85 mL三乙醇胺中，再加入15 mL無水乙醇溶液即可使用(或稱取1 g鉻黑T和100 g氯化鈉，混合，研細)。2)c(EDTA)=0.010 0 mol/L標準溶液。3) 氨-氯化銨緩沖溶液(pH=10)：67.54 g氯化銨溶于200 mL水中，加入570 mL濃氨水定容到1 000 mL。

2.2.3 總硬度的測定

在100 mL水樣品中，加入5 mL緩沖液，然后加入2滴～3滴鉻黑T指示劑，并立刻用校準的EDTA-2Na溶液滴定，滴定終點為溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{色(從加緩沖液開始，全過程應(yīng)在5 min內(nèi)完成，溫度不應(yīng)低于15 ℃)。

2.2.4 結(jié)果計算

總硬度(mg/L，CaCO3)=c×V×100.09×1 000/V。在式中：c是EDTA-2Na物質(zhì)的濃度，mol/L；V是EDTA-2Na溶液的消耗量，mL；V。是所取水樣的體積，mL[3]。

目前測定水中總硬度的方法有：EDTA滴定法、分光光度法、離子色譜法及原子吸收法。用EDTA-2Na滴定法測水中Ca2+、Mg2+的濃度，該方法步驟簡單、操作方便、準確可靠、儀器價廉。用EDTA滴定法測定水中的總硬度是目前最常使用的方法。但由于EDTA是一種較強的絡(luò)合劑，它易受到水中其他物質(zhì)或外界條件的干擾從而會影響測定結(jié)果的準確性。

2.3 各種測定條件對總硬度測定的影響

2.3.1 溶液pH值的影響

如果溶液的pH值小于10，EDTA與鈣離子不能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，Ca2+、Mg2+與EDTA生成的絡(luò)合物不能定量形成；pH值也不能太高，否則，將形成CaCO3和Mg(OH)2沉淀,而不能與EDTA完全反應(yīng)。溶液的pH值會影響配合物的反應(yīng)，這是測定能否成功的核心。

2.3.2 水樣溫度的影響

滴定過程中將水溫保持在20 ℃～30 ℃，如果溫度太低，則反應(yīng)速度會變慢，滴定濃度也會太高，這時，必須對水樣進行適當?shù)募訜?如果溫度太高，則水樣品中的物質(zhì)會變性，這時，需要適當冷卻。

2.3.3 干擾物質(zhì)的影響

金屬離子的干擾。如果發(fā)現(xiàn)在滴定過程中未達到最終顏色，則可能是由于Fe3+、Cu2+、Al3+或Mn2+等離子體的干擾。

有機物、懸浮物及膠狀物質(zhì)的干擾。如果水樣中含有許多有機物和膠體物質(zhì)，并且顏色較深，則很難觀察到終點的變化。

氧化物質(zhì)的干擾。如果水樣中含有氧化性物質(zhì)，則指示劑會被氧化，將很難確定滴定的終點。

2.3.4 指示劑的影響

指示劑對不同離子的靈敏程度不同，如果水樣品中的Mg2+離子含量低(大多數(shù)天然水中的鈣含量大于鎂含量，通常是鎂含量的兩倍)，以鉻黑T指示劑測定水中Ca2+、Mg2+的總量，鉻黑T與Ca2+顯色的靈敏度較與Mg2+顯色的靈敏度低，終點顯色不明顯。如果選用酸性鉻藍K指示劑，這種指示劑對Ca2+、Mg2顯色的靈敏度都較高，即使離子含量較低，也不會影響終點的變色。

2.3.5 滴定的影響

終點是未知的，因為指示劑易于被氧化。

2.3.6 緩沖溶液的影響

為了防止在實驗過程中重復(fù)打開蓋子，緩沖液應(yīng)保存在聚乙烯瓶或硬質(zhì)玻璃瓶中，重復(fù)打開會降低氨的揮發(fā)濃度，從而會影響溶液pH，如果長時間存放緩沖溶液，導致氨濃度降低時，則有必要重新配制溶液。

2.3.7 滴定速度的影響

如果將要測試的水樣品添加到緩沖液中，則應(yīng)立即滴定以避免Ca2+沉淀。用EDTA-2Na溶液滴定時，尤其是在接近終點時，絡(luò)合反應(yīng)的速度應(yīng)緩慢，滴定的速度不應(yīng)過高，每滴入一滴應(yīng)充分搖勻，否則，終點將過早顯示，降低測量結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.3.8 滴定管的影響

每次滴定之前，用EDTA-2Na溶液清洗滴定管2次～3次，且確保將滴定管中的氣泡排空，以免結(jié)果出現(xiàn)誤差，滴定后清潔滴定管用于下一個實驗。

2.4 檢測水中總硬度注意事項

使用EDTA-2Na來確定水中的總硬度時，需要考慮以下4點：1) 正確配制試劑直接決定測量結(jié)果的精確性，必須注意糾正所配制的EDTA-2Na標準溶液濃度的校準和計算。2) 正確配制和存儲緩沖溶液。3) 在滴定之前測量水樣品的pH和水溫，另外需要注意去除各種干擾滴定的物質(zhì)。4) 掌握使用滴定管的方法，控制好滴定速率，在確定水的總硬度時，必須充分了解實驗的所有細節(jié)，減小滴定結(jié)果的誤差[4]。

3 結(jié)語

確定水的總硬度是水質(zhì)測試的常規(guī)部分，在確定水的總硬度的實驗中，首先需要了解水質(zhì)和存在的干擾離子，然后采取適當?shù)拇胧⑵渑懦?，并選擇正確的指示劑和溶液，減小誤差。綜上所述，水中總硬度檢測的影響因素是多種多樣的，為了確保監(jiān)控數(shù)據(jù)盡可能真實可靠，避免檢測結(jié)果的主觀性，監(jiān)控分析工作人員必須針對實際分析過程中的影響因素采取適當?shù)慕鉀Q方案，并在實驗過程中檢查上述影響因素引起的誤差是否符合實驗數(shù)據(jù)，負責確保實驗數(shù)據(jù)的準確性和有效性[5]，提高檢測水中總硬度的數(shù)據(jù)準確性。