华北理工环境监测教案03水和废水监测2

环境监测教案1第三讲课程名称：《环境监测》第周，第3讲授课题目（章、节）第二章水和废水监测第四节水样的预处理第五节物理指标的检验【目的要求】了解水样的一般预处理方法；掌握常见消解试剂的作用和重点注意事项；掌握常见物理指标的含义和测定原理；【基本内容】1.水样预处理的目的和方法；2.水样消解常用的试剂和操作要点；3.水样组分富集的方法和原理；4.常用的分离方法；5.常见的物理指标和指标意义，测定原理【重点、难点】教学重点：水样消解常用试剂和操作要点；色度、浊度、残渣的指标意义和测定原理教学难点：顶空法原理；萃取法原理；分光光度法测定浊度【教学方法与手段】课堂讲解为主；课堂提问【对学生的课内外要求】学习本教材后的实验部分中有关于处理方法的内容，由学生整理要点【思考题】5.水样在分析测定之前，为什么进行预处理？预处理包括哪些内容？补：1.消解水样时常用的各种无机酸的特点和操作注意事项有哪些？2.水的色度、浊度和透明的的区别和相互之间的联系？3.SS指标代表什么意义？环境监测教案24.水样的电导率与其含盐量有何关系？环境监测教案3【教学过程和教学内容】第四节水样的预处理目的：使欲测组分达到测定方法和仪器要求的化学形态、浓度，消除共存组分的干扰。有资料指出，样品预处理在整个分析过程中占用时间的比例为61%。水样的预处理方法包括两大类：水样消解、富集和分离一、水样的消解当测定含有机物水样中的无机元素时，需进行消解处理。1.消解的目的：1）破坏有机物，有机物会与金属离子络合，干扰测定；2）溶解悬浮性固体；3）将欲测元素氧化成单一高价态或转变成易于分离的无机化合物。2.要求：消解后的水样应清澈、透明、无沉淀。3.方法：湿式消解法和干式消解法(干灰化法)。湿式消解法：利用各种酸或碱进行消解的方法。常见酸的性质和操作要点【自己整理】1、硝酸：强氧化性，受热分解，产生的NOX有毒。注意三点：①在通风橱内进行加热操作②能与盐酸混合使氧化力大大提高③不能蒸干，否则硝酸盐分解为难溶氧化物并腐蚀玻璃。2、高氯酸：强氧化性，浓酸受热受撞击易爆炸，易分解。注意：①通风②不能蒸干，否则形成的高氯酸盐受热爆炸。③试样预先用硝酸处理，主要除去羟基化合物，否则形成高氯酸酯，有爆炸危险。R——OH+HClO4RClOOO3、H2SO4：浓硫酸有较强氧化性，且沸点较高（338℃）环境监测教案4注意①经常用做辅助酸以提高消解温度，②在任何使用硫酸消解的体系中，大多均以SO3白烟作为消解结束的标志。③SO4-可以与碱土金属离子析出难溶沉淀，使用时注意选择条件。4、磷酸：高沸点，络合能力较强主要利用PO43-与Fe3+的络合能力【补】[H3PO4在大多数分析中，主要用于与Fe3+的络合，其一，可以使Fe3+/Fe2+电对的电极电位降低，有利于氧化的进行。其二，Fe3+的黄色干扰测定，络合后可以形成无色络合物]Fe3++H3PO4＝[FeHPO4]++2H+5、高锰酸钾：强氧化剂，氧化性与[H+]有关，可以将[C]HCO2过量的高锰酸钾除去方法：（1）盐酸羟胺（2）H2O2（3）铂黑催化6、盐酸：强酸，还原性，挥发性，与水形成20.2%的共沸物，络合性，一般不使用。当和金属离子络合后，可能影响到以后的测定。7.氢氟酸：强酸，络合性，挥发性，与硅的络合性，与钙结合后不溶，常与硫酸混用。分子体积小，对人有伤害作用。干灰化法（干式分解法、高温分解法）过程：水浴蒸干→入马福炉，450-550℃灼烧至残渣呈灰白色（有机物完全分解）→冷却后用2%HNO3（或HCl）溶解灰分→过滤→滤液，定容。注意：①温度过高可能造成部分无机盐的挥发损失，长时间高温灼烧可能使某些无机盐变成氧化物而难以溶解②必要时可加入氧化剂或助灰剂或固定剂如H2O2、MgO（轻质）、H2SO4不适用：处理测定易挥发组分（如砷、汞、镉、硒、锡等）的水样。二、富集与分离1．富集：水样中的欲测组分含量低于分析方法的检测限时进行浓缩。2．分离：当有共存干扰组分时，分离或掩蔽干扰组分。3．方法：富集和分离有时同时进行。常用的方法有过滤、挥发、蒸馏、溶剂萃取、离子交换、吸附、共沉淀、层析、低温浓缩等。（一）气提、顶空和蒸馏利用某些污染组分挥发度大，或者将欲测组分转变成易挥发物质，然后用惰性气体带出而达到分离的目的。环境监测教案51.气提法把惰性气体通入调制好的水样中，将欲测组分吹出，直接送入仪器测定，或导入吸收液吸收富集后再测定。实例（1）Hg挥发+惰性气体（冷原子荧光法AFS）先将Hg2+、Hg+用SnCl2还原为原子态Hg（Hg易挥发），由惰性气体将其带入仪器测定。（2）硫化物→H2S+惰性气体(分光光度法，VIS)先使S2-在H3PO4中生成H2S，再用惰性气体载入Zn(Ac)2—NaAc溶液吸收，从而与母液分离测定废水中的砷时，将其转变成砷化氢气体(H3As)，用吸收液吸收后供分光光度法测定。2.顶空法常用于测定挥发性有机物（VOCs）或挥发性无机物（VICs）水样的预处理。先在密闭的容器中装入水样，容器上部留存一定空间，再将容器置于恒温水浴中，经一定时间，容器内的气液两相达到平衡。待测组分在两相中的分配系数K和两相体积比β为：K-可以通过标准样品测定完成；β-样品瓶的参数待测物气相中的平衡浓度[X]G和水样中原始浓度[X]L0之间的关系：3.蒸馏法利用水样中各污染组分具有不同沸点，加热使彼此分离的方法。直接蒸馏装置（挥发酚、氰化物）和水蒸汽蒸馏装置在酸性介质中进行，而氨氮蒸馏装置在碱性介质中进行。（二）溶剂萃取法水样预处理的萃取方法有：溶剂萃取法、固体萃取法和超临界液体萃取法。萃取的本质：将物质由亲水性转化为疏水性的过程。GLXXKLGVVKXX0LG环境监测教案61.溶剂萃取法物质在互不相溶的两种溶剂中分配系数系数K不同，进行组分的分离和富集。由于被分离对象在两相中的形态有多种，因此引入了分配比的概念：通常K≠D，D能反映萃取体系的真实情况，D值越大，萃取效果越好，但不是常数，随温度、压力、酸度等变化。萃取率（E）：进入有机相中的被萃取物所占的百分比D和E的关系为：通常通过增加萃取次数来提高萃取率，经n次萃取后水样中剩余的被萃取物。应用①用4—氨基安替比林光度法测定水样中的挥发酚时，用三氯甲烷进行萃取浓缩；②用紫外光度法测定水中的油和用气相色谱法测定有机农药(666、DDT)时，先用石油醚萃取。2.固相萃取法（SPE）简介固相萃取（SolidPhaseExtraction，简称SPE）。八十年代中期开始发展。用于样品的分离，净化和富集。分离原理：利用选择性吸附与选择性洗脱——液相色谱法。常用方法：使液体样品溶液通过吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。也可选择性吸附干扰杂质，而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。100%组分的总量水相和有机相中被萃取量有机相中被萃取组分的E环境监测教案7教材：硅胶表面采用C18H37SiCl3进行烷基化，可实现对有机物的吸附作用。【应用：奶粉中三聚氰胺的测定】（三）固体吸附法用多孔性固体吸附剂吸附后，用溶剂或热解吸洗脱，再行测定。常用的吸附剂：活性炭、氧化铝、分子筛、大网状树脂等。（四）离子交换法主要使用离子交换树脂与离子发生交换反应而进行分离并达到富集目的。（五）共沉淀法定义：一种难溶化合物形成沉淀的过程中，将共存的某些痕量成分一起载带沉淀出来的现象。例子：在形成CuS沉淀的同时，可使每升溶液中至少0.02μgHg2+一起沉淀出来。CuS称为共沉淀剂，或载体。1、利用吸附作用的共沉淀分离常用无机载体：氢氧化物，硫化物，及水合二氧化锰和磷酸盐，硫酸盐等。（1）氢氧化物：Fe(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2其载体沉淀处于胶体状态或絮状（表面积大），借吸着作用发生共沉淀，如：Fe(OH)3—I-；Fe(OH)3对Al3+的吸附导致Al3+难以通过加入氨水沉淀。（2）硫化物：PbS、SnS2、CdS作载体如Ag2S为高度分散沉淀，对Zn2+的吸附性能不好，当加入GaCl3为活化物质后，使Ag2S对Zn2+的吸附性能大为改善，Ag2S+GaS→Zn2+，此即为多相载体。2、利用生成混晶的共沉淀分离具有相似的晶格，易生成混晶。主要的混晶有：BaSO4~RaSO4、BaSO4~PbSO4、MgNH4PO4~MgNH4AsO4、SrSO4~CdSO4、ZnHg(CNS)4~CuHg(CNS)4*无机载体的缺点：选择性不高，大多难以挥发，在分离后的成分中有载体。3、用有机共沉淀剂分离优点：选择性好，沉淀纯度高，载体可灼烧除去，最低可富集1×10-10g/mL组分。（1）胶体凝聚W、Mo、Sn、Mb、Zr等在酸性溶液中以带负电的形式胶体状态存在，可以环境监测教案8加入带相反电荷的有机试剂进行电中和使之共沉淀，如，单宁的水解使Nb、Ta沉淀；动物胶使Si沉淀；辛可宁（C19H22N2O，生物碱）使钨酸沉淀。【胶体+胶体】（2）离子缔合：常用的有机载体如染料的大阳离子，甲基紫、次甲基蓝、罗丹明B等，在溶液中以带正电形式存在，在遇到以配阴离子存在的金属离子时，形成微溶性的金属离子缔合物而析出。如次甲基蓝~InCl4-NNSCH3CH3N+CH3CH3[]InCl4-【有机载体+配阴离子】教材介绍了甲基紫对Zn(SCN)42-的缔合反应在Zn2+溶液中加入NH4SCN和甲基紫（B+）Zn2++4SCN-→Zn(SCN)42-（络合）B++Zn(SCN)42-→B2Zn(SCN)4（缔合物）B++SCN+→BSCN（载体）BSCN+B2Zn(SCN)4（共沉淀）（3）形成螯合物进行共沉淀机理：金属离子首先与螯合剂螯合，再以螯合物形式进入载体而共沉淀下来。当螯合物可溶解于水时，可加入憎水性有机阳离子，使生成电中性的离子缔合物，再进行共沉淀。【螯合物+有机离子】如：水溶性钪—偶氮胂I与二份二苯胍（gua）形成缔合物。此缔合物再与过量的偶氮胂I和二苯胍共沉淀。共沉淀组成如下：NAsONOOHSO3-OSc+O[]2-?NNNH2+·2钪—偶氮胂I配离子二苯胍（4）惰性共沉淀剂（无关载体）它的存在能促使螯合物共沉淀的发生，而自身又不共沉淀，其机理尚不清楚。如：环境监测教案9Bi3++4,5—二羟基荧光黄3HNO微溶配合物（Bi3+少量时不沉淀），当加入蒽或萘的乙醇溶液时，蒽或萘不溶解于水而析出，导致微溶配合物被携带下来。第五节物理指标的检验一、水温1．测定意义水温的测定对水体自净、水中碳酸盐平衡、各种碱度的计算和对水处理过程的运转控制都有重要的意义。影响：水的密度、粘度、蒸汽压、水中溶解氧的浓度等。水生生物的生命活动过程。各种反应速率。2．测定1）常用的测量仪器：水温计、颠倒温度计和热敏电阻温度计。地表水水温的测定可采用水温计；地下水的测定一般采用颠倒温度计和热敏电阻温度计。2）要求：现场测量。记录准确至0.5℃（计算水中溶解氧应测准至0.1℃）。管道水，使水流过瓶子，在瓶中测定。二、臭（Ordor）xiu气味1．来源：水中动、植物和微生物的大量繁殖、死亡和腐败及水的溶解气体（H2S、沼气等）、水中溶解的矿物盐类等。2．测定方法1）定性描述法：利用人的嗅觉对某些物质有十分灵敏的反应。从强度上来鉴别嗅气。方法：取100mL水样于250mL锥形瓶中，检验人员分别在20℃和煮沸后闻其嗅，用适当的词语描述其臭特征。如：正常――不具有任何嗅气；芳香气味――花香、水果香气等；化学药品气味――氯气味、石油气味、硫化氢气味等；环境监测教案10不愉快气味――鱼腥味、泥土气、霉烂气等。除了这些描述外，还要按表划分的等级报告臭强度。等级强度说明0无无任何气味1微弱—般饮用者难于察：觉，嗅觉敏感者可以察觉2弱一般饮用者刚能察觉3明显已能明显察觉，不加处理，不能饮用4强有很明显的臭味5很强有强烈的恶臭2）臭阈值法：臭阈值：水样经用无嗅稀释水稀释到刚好能