天然水测量方法

1. 假期实践活动,朋友们告诉我一下水质检测的方法、原理、标准

所谓水质指标是用以评价一般淡水水域、海水水域特性的重要参数。可以根据这些参数对水质的类型进行分类，对水体质量进行判断和综合评价。水质指标已形成比较完整的指标体系。

许多水质指标是表示水中某一种或一类物质的含量，常直接用其浓度表示，有些水质指标则是利用某一类物质的共同特性来间接反映其含量。例如水中有机物质具有易被氧化的共同特性，可用其耗氧量作为有机物含量的综合性指标；还有一些水质指标是同测定方法直接联系的，例如混浊度，色度等用人为规定的并配制某种人工标准溶液作为衡量的尺度。水质指标按其性质不同，可分为物理的，生物的和化学的指标。关于生物指标，根据水生生物的组成（种类与数量）以及它们的生态学特征而提出的各项指标已在有关课程中介绍。本节概要讨论一下几项常用的水质物理指标的含义。对于化学指标的含义将在本书的其他有关部门章节中作有关深入的讨论，这里按测定所使用的不同方法作粗略的分类。

（一）水质的物理指标

水体环境的物理指标项 目颇多，包括 水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。

1． 温度 温度是最常用的物理 指标 之一。由于水的许多物理特性、水中进行的化学过程和生物过程 都同 温度有关，所以它经 常是必须加以测定的。天然水的温度因水源的不同而异.地表水的温度与季节气候条件有关，其变化范围大约在0.1--30℃;地下水的温度则比较稳定，一般变化于8--12℃左右，而海水的温度变化范围为-2--30℃。

2． 嗅与味 被污染的水体往 往具有不正 常 的气味，用鼻闻到的称为嗅，口尝到的称为味。有时嗅与味 不能截然分开。常常根据水的气味，可以推测水中所含杂质和有害成分。水中的嗅与味的来 源可能有：水生植物或微生物的繁殖和衰亡；有机物的腐败分解；溶解气体H2S等；溶解的矿物盐或混入的泥土；工业废水中 的 各种 杂质 如 石油、酚等；饮用水消毒过程的余氯等。不同的物质有着不同的气味，例如湖 沼水因藻类繁生或有机物产生的鱼腥及霉烂气味；浑浊河水常含有泥土的涩 味；温泉水常有硫酸味；有些地下水的H2S气味；含溶解氧较多的带甜味；含有机物较多的也常具有甜味；水中含NaCl带有咸味，含MgSO4,Na2SO4等带有苦味；含CuSO4带有甜味，而Fe的水带有涩味。 人的感官分辨嗅与味，不可避免带有主观性。目前对嗅与味尚无完全客观的标准和检测的仪器，只有极清洁或 已消毒过的 水才可用口尝试。由于水温对水的气味有很大影响，所以测定嗅 与味常常在室温20℃和加热（40-50℃）两种情况下进行。 此外，有人提出 以臭气浓度及臭气强度指数来度量水质的嗅觉属性。臭气浓度（TO）=200/a，式中a为感觉到臭气的最小水样量（mL）。在给水水源的标准中，要求（TO）值低于3-5。 臭气 强度指数（PO）系指被测水样稀释到没有臭气为止时以百分率表示的稀释倍数。 PO与TO通常具有如下关系：PO=lgTO/lg2（合田健，1989）。

3．颜色与色度 天然水经常表现出各种颜色。湖沼水常有黄褐色、或黄绿色， 这往往是由腐殖质造成的。水 中悬浮泥沙和不溶解 的矿物质也长带有颜色，例如粘土使水呈黄色；铁的氧化物使水呈黄褐色； 硫化氢氧化析出的硫使水呈蓝色等等。各种水藻如球藻、硅藻等的繁殖使水 呈黄绿色、褐色等。根据水的颜色，可以推测水中杂质的数量和种类。色 度是对天然的或处理之后的各种用水进行水色测定时所规定的指标。目前世 界各国统一用氯化铂酸钾（K2PtCl6）和 氯 化钴（CoCl2.6H2O）配制的混合溶液作为色度的标准。

4．混浊度与透明度 水中若含有悬浮及胶体状态的物质，常会发生混浊现象。地表水的混浊是由泥沙、粘土、有机物造成的。地下水一般比较清澈透明，但若水中含有Fe2+盐，与空气接触后就可能产生Fe(OH)3,使水呈棕黄色混浊状态；海洋在近岸和河口区由于陆地径流携带大量泥沙、粘土、有机物造成的。不同河流因流经地区的地质土壤条件不同，混浊程度可能有很大的差别。地下水一般比较清澈透明，但若水中含有Fe2+盐，与空气接触后就可能产生Fe(OH)3,使水呈棕黄色混浊状态；海洋在近岸和河口区由于陆地径流携带大量泥沙和其它有机物，水质比较混浊而远岸海区水区水质透明。
混浊度是一种光学效应，它表示光线透过水层时受到阻碍的程度。这种光学效应和和微粒的大小及形状有关。从胶体颗粒到悬浮颗粒都能产生混浊现象，其粒径的变化幅度是很大的。所有有相同悬浮物质含量的两种水体若颗粒粒径分级状况不同，其混浊程度就未必相等。浑浊度的标准单位是以不溶性硅如漂白土、高岭土在光学阻碍作为测量的基础，即规定1mgSiO2.L-1所构成的混浊度为1度。把预测水样与标准混浊度按照比浊法原理进行比较就可以测得其混浊度。
透明度是表示水体透明程度的指标。它与混浊度的意义恰恰相反。都表明水中杂质对透过光线的阻碍程度。若把某一方面白色或黑白相间的圆盘作为观察对象，透过水层俯视圆盘并调节圆盘深度至恰能看到为止，此时圆盘所在深度位置称为透明度。

5． 固体含量 天然水体中所含物质大部分属于固体物质，经常有必要测定其含量作为直接的水质指标。各种固体含量可以分为以下几类：（1）总固体。即水样在一定温度下蒸发干燥后残存的固体物质总量，也称蒸发残留物；（2）悬浮性固体。即将水样过滤①，截留物烘干后的残存的固体物质的量，也就是悬浮物质的含量，包括不溶于水的泥土、有机物、微生物等；（3）溶解性固体。即水样过滤后，滤液蒸干的残余固体量。包括可溶于水的无机盐类及有机物质。总固体量是悬浮固体和溶解性固体二者之和。此外还有可沉降固体，固体的灼烧减重等指标。各种固体含量的测定都是以重量法进行的，测定时蒸干温度对结果的影响很大。一般规定的确105--110℃，不能彻底赶走硫酸钙、硫酸镁等结晶水。不易得到固定不变的重量；若在180℃蒸干，所得结果虽比较稳定，但由于一些盐类如CaCl2 、Ca(NO3)2MgCl2、Mg(NO3)2等具有强烈的吸湿性，极易吸收空气中的水分，在称量时也不易得到满意的结果。因此测定的结果比较粗略。

（二）水质化学指标

利用化学反应、生物化学的反应及物理化学的原理测定的水质指标，总称为化学指标。由于化学组成的复杂性，通常选择适当的化学特性进行检查或作定性、定量的分析。根据不同的分析方法可以把化学指标归纳如下：

1．中和的方法 包括水体的碱度、酸度等；

2．生成螯合物的方法 如Ca2+ Mg2+及硬度等；

3．加热和氧化剂分解法 将含生物体在内的有机化合物的含量以加热分解时产生CO2的量[总有机碳（TOC）；微粒有机碳（POC）]、分解时消耗的氧量[总耗氧量（TOD）]或消耗氧化的量[化学耗氧量（COD）]来表示的指标；

4．生物化学反应的方法论 以生物化学耗氧量（BOD）为代表，是测定微生物分解有机物时所需消耗的氧量，包括测定微生物在呼吸过程中产生的CO2的量以及利用脱氢酶等酶活性法来测定有效生物量等指标；

5．氧化还原反应及沉淀法。最典型为溶解氧含量及氯离子含量等指标。

6．电化学法。有水的电导率，氯化-还原电位（pE）以及包括pH在内的离子选择电极的各种指标，如F-、NH4+以及许多金属离子；

7．微量成分。以仪器分析为主要检测手段。包括分光光度法，原子吸收光谱法，气相、液相色谱法，中子活化分析法以及等离子发射光谱法等。指标项目众多，如生物营养元素、各种化学形态的重金属离子及非金属微量元素、微量有机物、水已的污染物（如有机农药、油类）以及放射性元素等等。 总之，系统了解各类水质指标的含义具有重要意义。因为对于任何水生生态系统环境都是通过对一系列的、经过严格选择的、具有典型意义代表性的指标进行调查或监测分析结果，而加以综合评价的。必须强调，水质的生物学指标的调查分析结果对于科学评价水环境质量越来越大越显示其重要性。象英、美、日等国对水环境的要求，都从生态学的观点出发，重视生物监测。例如英国泰晤士河由于进行了常时间的治理，1969年已有鱼群重新出现，其治理效果就是用已有碍100多种鱼类重新回到泰晤士河加以表征的；日本1970年将生物学水知判断法列入有关水环境质量指标中；我国现在已将细菌学指标列为部颁水环境质量标准。

二、 我国当前沿用的主要水质理化指标及测试系统

（一） 主要理化指标 当前许多国家都颁布了各自不同的水质质量标准，规定了为数繁多的指标项目。我国于1973年颁布了《工业“三废”排放试行标准》，规定了工业废水中有14项有害物质的最高排放浓度。1976年颁发《生活饮用水水质标准》，其中感官性指标有4项（色、混浊度、嗅与味、肉眼可见物）；化学指标有8项（Ph、总硬度、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子合成洗涤剂）；毒理学指标有8项（氰化物、砷、硒、汞、镐、六价铬、铅）；细菌学指标有3项（细菌总数、大肠菌群、游离余氯）。1983年发布《地表水环境质量标准》，规定出20种监测项目的三级质量标准，其中包括pH、水温、色、嗅、溶解氧，生化需氧量，挥发性酚类、氮化物、砷、总汞、镉、六价铬、铅、铜、石油类、大肠菌群等。我国先行的《海水水质标准（GB3097-82）》规定的理化指标包括物理感官指标，化学感官指标和微生物指标计25项；《渔业水域水质标准（GB11607-89）》包括感官和化学指标34项。

水环境调查或监测分析项目在理化指标方面多根据各类水体目前和将来的用途而加以选择和确定的。在养殖生产和有关部门水生生物科学研究中，为了充分利用和改良或控制水的理化条件，常常必须对10多项常规指标进行分析，包括温度、含盐量（盐度）、溶解氧、pH、碱度、硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、铵氮、总氮、磷酸盐、总磷、硅酸盐、化学耗氧量等等；对水环境的污染物质的调查中常按基础调查、检测性调查、专题性调查及应急性调查等多种不同类型的用途而选择不同的指标项目。淡水水体和海水水体常常也有所差异。

从国外报道各种类型的水质调查或监测标准来看，由于国情的不同，其侧重点各异。而且调查或监测指标的选择和确定问题本身也还有一个逐步深入和不断发展的过程，例如对污染指标随着新的化学物质的品种的增加、分析技术的发展，以及在流行病学研究中对致癌、致畸及致突变的生理生化过程的深入研究，监测或调查项目会不断的加以改变，方法也会逐步发展和完善。

（二） 测试系统 对水质理化指标进行的测试实验可采用现场测试、船上测试和陆上实验室测试三种方式。采用不同方式测试所得结果的确切程度是不同的，特别是深层水样的 采集和储存，其温度、压力产生变化，都将使化学平衡点产生变化。例如[HCO3-]/[CO32-]等离子成分的浓度比值以及溶解气体的含量等都回发生变化。；储存的水样，即使排除了容器污染和通过容器表面散失的可能性，水质也会因为悬浮物的凝聚沉降以及生物提的代谢过程、死亡分解过程等的影响而发生改变。

目前，可采用现场测试的项目越来越多，遥控遥感技术的发展使许多水质指标项目的测试可以字响当大的范围进行同步观测。但借助仪器的探头作高深度水域（特别是海洋）的现场测试常常遇到很多困难。加在现场测试仪器尚未能普及的情况下，水质理化指标测试工作常常必须先采样后在船上实验室或陆上实验室进行。

随着自动化分析技术的发展，水质指标的调查、监测分析已经逐步使用自动测试系统。该系统一般由采样装置，水质连续监测仪器，数据传输、记录及处理几部分组成，其特点是自动化、仪器化和连续性。目前已采用自动化试系统的有：水温、Ph、电导率、氧化还原电位、混浊度、悬浮物、溶解氧、COD、TOC、TOD、某些金属离子、氰化物等等。自动测试系统可避免人工采样所得数据的不全面性，大大缩短采样分析到获得结果之间的时间。但自动测试系统也有局限性，不能对大部分指标逐一单项进行测定，因为水质化学组成（尤其是污染物）复杂，组分价态、形态多变，干扰严重，需要一系列的化学预处理操作和各种高灵敏度的检测方法。因此，发展规律连续自动测试技术并和实验室（船上和陆上）采样分析技术相结合，是完善水质理化指标的一系列切实可行的途径

分给我吧

2. 有什么方法可以简单的检验水质

1、看

用透明度较高的玻璃杯接满一杯水,对着光线看有无悬浮在水中的细微物质？静置三小时,然后观察杯底是否有沉淀物？如果有,说明水中悬浮杂质严重超标。

2、闻

用玻璃杯距离水龙头尽量远一点接一杯水，然后用鼻子闻一闻，是否有漂白粉（氯气）的味道？如果能闻到漂白粉（氯气）的味道，说明自来水中余氯超标。

3、尝

热喝白开水,有无有漂白粉（氯气）的味道,如果能闻到漂白粉（氯气）的味道,说明自来水中余氯超标！也必须使用净水器进行终端处理。

4、观

用自来水泡茶，隔夜后观察茶水是否变黑？如果茶水变黑，说明自来水中含铁、锰严重超标，应选用装有除铁、锰滤芯的净水器进行终端处理。

5、品

品尝白开水，口感有无涩涩的感觉？如有,说明水的硬度过高。

(2)天然水测量方法扩展阅读：

检验项目

天然水、用水和废水的水质参数分别见河流自净、用水水质和废水水质。某些检验项目的制定与单位，决定于检验方法。例如反映粪便对水的污染，检验项目最好采用大肠杆菌。

但是，由于大肠杆菌的检验费事费时，一般常用大肠菌群为参数，采用的是多管发酵法，其单位按统计原理估计细菌个数，所以采用每升（或100毫升）最可能个数。

如果采用滤膜法检验，大肠菌群的定义和单位就要修改。类似这样的检验项目还有浑浊度、色度、臭、味、悬浮固体、可沉固体等。

3. 如何检测水质的好坏!!

观赏鱼

想要养出健康漂亮的鱼就需要“好水”，那么好的水质应该如何判断呢？怎样的水质变化可能会影响观赏鱼的健康成长呢？
一、如何界定好水
水质干净的“好水”，其水质清澈透明而且柔韧，不像一般纯水清受不带一点其它物质，也不能出现泡沫、蛋白虫、油膜、藻类和细菌。
二、好水要带水色
较好的水不能完全纯净透明，这表示水太瘦，应该要带点水色。氧水就是在养有利于维持水质的微生物以及硝化菌。
三、好水颜色判断
水色的呈现是由水中浮游生物的数量以及种类来决定，最主要的各式藻类，例如绿藻、裸藻、隐藻、硅藻等。好的水色应为非常淡的油绿色、黄绿色、茶褐色等。
四、好水没有臭味
了肉眼观察水质之外，另外一种方法就是用自己的鼻子来判断。所谓的好水应该是没有气味，或是带有一点鱼腥味。当于刚发出臭味时，表示水质已经遭到破坏。

4. 水质环境监测方法有哪些

1
颜色与透明度

水体根据污染物成分不同显示出各种颜色。常规水质检测主要根据水质颜色来推测出水中杂质的种类与数量。比如：粘土使水成黄色，硫化氢氧化析出的硫可以使水呈蓝色，各种水藻分别呈现出黄绿色以及褐色等。而水质的透明度表明水中杂质对透明光线的阻碍程度。如果透过水层腐蚀一方面白色或者黑色相见的圆盘，并调节圆盘深度直到能看到为止，这个时候圆盘所在的深度与位置标明其透明度。因此，可以通过标明的透明度来判断水质的状况。
2
微量成分

水质的微量成分主要以水质检测仪器来分析。其中主要包括原子吸收光谱法，气、液相色普法等离子发射光谱法。系统了解各种水质指标的含义具有非常关键性意义。对于任何水生生态系统环境都是通过严格选择的指标进行检测分析结果的。总之，水质的微量成分必须通过这些仪器进行检测。
3
氧化还原与电化学法

常规水质检测方法中最典型的就是氧化还原与电化学方法。有水的电导率，氧化与还原电位以及包括PH在内的离子选择电极的各种指标，比如许多金属离子等。多为溶解量以及氯离子含量为指标。
4
加热与氧化剂分解方法

该方法主要将含有生物体在内的有机化合物以及分解时候产生的二氧化碳的含量或者分解时候消耗氧气的含量等作为水质检测的指标。
5
温度与中和方法

其中温度是最常用的水质检测方法之一。因为水的许多物理特征以及水中进行的化学过程中与温度都息息相关。水源不同，其温度也不同，但是地表的温度与当地气候条件有关，其变化范围在1—30℃，而海水的温度变化范围在2—30℃；中和方法主要包括水体的酸度或者碱度进行水质检测。
6
固体含量

天然水中所含物质大部分属于固体物质，经常有必要测定器含量作为直接的水质检测标准，各种固体含量标准可以分为三类：其一，悬浮性固体。将水样过滤之后残留物烘干之后残存的固体物质量，也就是悬浮物质的含量。其二，总固体。水样在一定温度下可以蒸发干燥残存的固体物质总量，这可以作为常规水质检测标准之一。其三，统计性固体。溶解性固体主要包括荣誉水的有机物质以及无机盐，总固体含量是悬浮固体与溶解性固体之和。另外，各种固体含量的测定都是以重量进行的，测定的之后蒸干温度对结果的影响非常大。因此，在一般情况下，不能得到满意水质检测结果，该水质检测方法的结果不够精确。

5. 水的硬度实验方法怎么测定

硬度的测定

GB69091-86
本标准适用于天然水，冷却水水样硬度的测定。
测定范围；0.1--5
mmol/
L硬度。硬度超过5mmol/L时，可适当减少取样体积，稀释到100毫升后测定。
1、方法概要：
在PH为10.00水溶液中，用铬黑T作指示剂，以乙二胺四乙酸二钠盐（简称EDTA）标准溶液滴定至蓝色为终点。根据消耗EDTA的体积，即可计算出硬度值，为提高终点指示灵敏度，可在缓冲溶液中加入一定量的EDTA二钠镁盐。如果用酸性铬蓝K作指示剂，可不加
EDTA二钠镁盐。铁大于2mg铝大于2mg铜大于0.01mg锰大于0.1mg对测定有干扰，可在加指示剂前用2mL1%L半胱胺盐酸盐溶液和2ml乙醇胺（1+4）进行联合掩蔽消除干扰。
2、试剂：
2.1
钙标准溶液（1mL含0.01mmoLCa2+）:称取110℃1h的基准碳酸钙(caco)1.0009g,溶于15mL盐酸溶液（1+4）中，以Ⅱ级试剂水稀释至1L。
2.2
氨-氯化铵缓冲液：称取67.5g氯化铵，溶于570mL浓氨水中，加入1gEDTA二钠镁盐并用Ⅱ级试剂水稀释至1L。
2.3
0.5%铬黑T指示剂（乙醇溶液）：称取4.5g盐酸羟胺，加入18mL水溶解，另在研钵中加0.5g铬黑T（C20H12O7N3SNa）磨匀，混合后，用95%乙醇容至100mLl，贮存于棕色滴瓶中备用。使用期不应超过一个月。
2.4
5%氢氧化钠溶液。
2.5
盐酸溶液（1+4）。
2.6
EDTA标准溶液。
2.6.1
EDTA标准溶液的配置：称取4gEDTA溶于一定量的Ⅱ级试剂水中，用Ⅱ级试剂水定容至一升。
2.6.2
EDTA标准溶液的标定：吸取20mL钙标准溶液于250mL锥形瓶中，加80mLⅡ试剂水，按分析步骤3.2，3.3。标定EDTA标准溶液对钙的滴定
度T(mmol/Ml),按式（1）计算：T=0.01×20/c-b
试中0.01—钙标准溶液的浓度，mmol/mL;
20—吸取钙标准溶液的体积
c___标顶时消耗EDTA标准溶液的体积，mL
b—滴定空白溶液时消耗EDTA标准溶液的体积，mL
3、分析步骤
3.1
取100Ml，水样注入250mL锥形烧瓶中如果水样浑浊取样前应过滤。注：水样酸性或碱性很高时，可用5%氢氧化钠溶液或盐酸溶液（1+4）中和后在加缓冲溶液。
3.2
加5mL氨—氯化胺缓冲溶液，加2－3滴铬黑T指示剂。注：碳酸盐硬度较高的水样，在加入缓冲溶液前应先稀释或先加入所需EDTA标准溶液量的80%—90%（记入滴定体积内），否责则缓冲溶液加入后，碳酸钙析出，终点延长。
3.3
在不断摇动下，用EDTA标准溶液进行滴定，接近终点时应缓慢滴定，溶液由酒红转为蓝即为终点。全部过程应于5分钟内完成温度不应低于15℃。
3.4
另取100mLⅡ级试剂水，按3.2，3.3操作步骤测定空白值。
4、计算：
水样硬度
X=
（(a-b)×T
×1000）/

V
式中：
a——滴定水样消耗EDTA标准溶液的体积，mL；
b____滴定空白溶液消耗EDTA标准溶液的体积，mL；
T____EDTA标准溶液对钙硬度滴顶度，mmol/mL
V____水样的体积，mL。

6. 怎么 测定水质的硬度啊

水质总硬度的测定

一、主题内容与适用范围

本方法适用于水样中总硬度的测定。

二、原理

在PH=10时，乙二胺四乙酸二钠（EDTA）和水中的钙镁离子生成稳定络合物，指示剂铬黑T也能与钙镁离子生成葡萄酒红色络合物，其稳定性不如EDTA与钙镁离子所生成的络合物。

当用EDTA滴定接近终点时，EDTA自铬黑T的葡萄酒红色络合物夺取钙镁离子而使铬黑T指示剂游离，溶液由酒红色变为蓝色，即为终点。

三、仪器及用具

1、三角烧瓶：250mL；

2、滴定管：50mL；

3、刻度吸管：1mL。

四、试剂

1、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）标准溶液: 0.05mol/L。

2、硬度缓冲溶液:

（1）、称取16.9g氯化铵，溶于143mL浓氨水中。

（2）、称取0.78g硫酸镁(或0.644g氯化镁或0.381无水硫酸镁)及1.179g乙二胺四乙酸二钠溶于50mL蒸馏水中。合并（1）&（2）并用蒸馏水定容至250mL。（可保存一个月）

3、铬黑T指示剂：5g/L。称取0.5g铬黑T和2g氯化羟胺(盐酸羟胺)，溶于95%乙醇并定容至100mL。

五、分析步骤

1、取澄清水样100mL于三角烧瓶中，加入1mL硬度缓冲溶液，3滴铬黑T指示剂；

2、用乙二胺四乙酸二钠标准溶液激烈振荡滴定至溶液由玫瑰红变为天蓝色为止。

3、同时用100mL去离子水或蒸馏水做空白试验。

六、计算

c×（V-V0）

总硬度（meq/L） = --------------- ×1000

100

式中：c ---- 乙二胺四乙酸二钠标准溶液浓度，mol/L；

V0 --- 空白试验滴定消耗乙二胺四乙酸二钠标准溶液体积，mL；

V ----- 试样滴定消耗乙二胺四乙酸二钠标准溶液体积，mL；

(6)天然水测量方法扩展阅读

硬度有不同的种类(总硬度、碳酸盐硬度及其它硬度)，并且在不同国家有不同的概念和定义。

硬度盐类一般包括Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Sr²⁺、Te³⁺、Al³⁺等容易形成难溶盐类的金属阳离子，在一般天然水中，主要是Ca²⁺、Mg²⁺，其它离子含量较少。因此，一般常以水中的Ca²⁺、Mg²⁺总量作为硬度的定义。

具体地讲，Ca²⁺、Mg²⁺总量称为总硬度，根据假想化合物的原理，考虑到水中阴离子的组成，又可把硬度区分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。

7. 天然水中氧同位素的二氧化碳-水平衡法测定

方法提要

在常温(25℃)真空条件下，水样中的氧与已知同位素组成的标准二氧化碳气体(高纯钢瓶二氧化碳)通过二氧化碳-水交换平衡，用冷冻剂脱水，用液氮收集二氧化碳气体，用质谱计测定达到平衡后的二氧化碳气体的氧同位素组成，通过计算，可知水样的δ¹⁸O。

平衡反应式为:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

仪器设备

气体质谱计MAT-251EM、MAT-252、MAT-253等。

恒温电热干燥箱。

热偶真空计。

机械真空泵。

高频火花探漏仪。

恒温振荡水浴。

冰柜。

平衡反应器特制，其容积经精确标定。

储气瓶5000mL。

标准玻璃磨口、磨塞Ф14mm。

医用注射器5mL。

样品管。

广口杜瓦瓶。

保温杯。

升降架。

干燥器。

热偶规管。

电吹风机。

真空压力表。

制样装置见图87.5。

图87.5 分析天然水中氧同位素的CO₂-H₂O平衡法装置

试剂和材料

去离子水。

高标号汽油。

无水乙醇。

工业酒精。

变色硅胶。

液氮。

干冰。

高纯钢瓶二氧化碳。

真空油脂。

国际标准水样SLAP、GISP和V-SMOW。

工作标准:GBW(E)070016(QYTB-1)、GBW(E)070017(QYTB-2)。

分析步骤

(1)准备工作

a.试样的预处理。对于含有油的水样，先用滤纸去除油污。

b.平衡反应器、注射器及样品管的清洗。依次用去离子水和无水乙醇清洗，105℃烘干，放入干燥器中备用。

c.玻璃真空系统的准备。制样装置的玻璃真空系统的标准磨口、磨塞及活塞部分的油脂应预先用汽油和无水乙醇清洗干净，用电吹风机吹干，重新涂以真空油脂并使其密封良好，塞芯转动自如。

d.检查制样装置的真空性能。检查系统是否漏气:玻璃管道磨口处，都塞上标准磨塞，磨塞处套上磨口帽，冷阱套上液氮，启动机械真空泵，开活塞V₁～V₁₁和V₁₄，全部玻璃管线抽真空。当热偶真空计指示达到0.1Pa后，关闭通向机械泵的活塞V₁，静止30min，检查静态真空。真空度如无明显下降，即符合要求，可开始分析试样。

e.往储气瓶灌高纯CO₂。整个制样装置抽真空，使真空达到0.1Pa，关闭活塞V₁₄、V₁₃、V₁₂、V₁₁、V₁₀、V₉、V₈和V₄。高纯二氧化碳钢瓶配上医用氧气表，再用真空塑料管和标准磨口将其接到制样装置代替样品管ST。打开活塞V₈，将塑料管抽真空。当真空稳定，无明显漏气后，冷阱T₂套冷冻剂(用干冰和工业酒精配制)，关闭活塞V₂，开启钢瓶，缓慢开启氧气表开关，开活塞V₁₁、V₁₂和V₁₃。当真空压力表指示约为50mmHg时，关活塞V₁₂、V₁₃和V₈，卸去钢瓶，开活塞V₂，将玻璃系统抽真空，同时用液氮套住两个储气瓶下端的玻璃瓶，约20min后，开活塞V₁₂、V₁₃，纯化储气瓶中的CO₂。当真空度达0.1Pa后，关活塞V₁₂、V₁₃，撤去液氮。往储气瓶灌入的高纯CO₂用于分析水样的δ¹⁸O并供质谱计作参考气。

(2)试样制备

a.装样及恒温振荡。用5mL医用注射器吸取水样，注入平衡反应器底部，并立即将装有水样的平衡反应器接入真空系统。每一批不管有几个待测试样，都必须带1个工作标准水样。每个平衡器都套上冷液(以干冰和工业酒精配制)，冻20min，打开所有平衡器活塞，抽真空。真空度达到1Pa后，关闭平衡器活塞，撤掉冷液，换用自来水套上平衡器，几分钟后，冰冻的水样完全溶化，将套住平衡器的自来水撤下，换上冷液。再冻20min后，打开平衡器活塞，抽真空。在冷冻水样的同时，开活塞V₃和V₁₄，抽真空。当真空度达2×10^-1Pa，关活塞V₂、V₇和V₁₄，调整活塞V₁₁的方向，使灌气时CO₂气只能通过毛细管。小心打开活塞V₁₂(或V₁₃)，将储气瓶中高纯CO₂缓慢充入平衡反应器，当真空表达到约51kPa(380mmHg)时关闭活塞V₁₂(或V₁₃)，停止充气。关闭平衡器的活塞和活塞V₄、V₅、V₆、V₉、V₁₀。取下平衡反应器，放入25℃恒温振荡水浴，开始进行恒温振荡反应。

b.二氧化碳试样的提取。从恒温水浴中取出氧同位素已达到平衡的水样平衡反应器，马上套上冷液，接入真空系统的标准磨口上，冷阱T₂套上冷液，打开V₇、V₈和样品管活塞，抽真空至2×10^-1Pa，关闭活塞V₂、V₃、V₄、V₁₁。打开平衡反应器活塞，样品管套液氮，约4min后，热偶真空计指针不再上升，开活塞V₂，纯化CO₂，抽真空至2×10^-1Pa，关闭样品管活塞和V₈，取下做质谱分析。

(3)质谱分析

同位素分析在气体质谱计上进行，采用3个接收器同时收集质量数为44、45和46的离子，通过双路进样，待测试样(或工作标准)与参考气(取自同一储气瓶的高纯CO₂)直接比较，由连机计算机直接给出试样(或工作标准)相对于参考气的δ⁴⁵和δ⁴⁶值，并经校准到试样相对于国际标准物质V-SMOW的δ¹⁸O值。

试样分析按编定程序由试样(或标准物质)与参考气不少于6组比较测量数据，计算平均值并给出标准偏差。

(4)分析结果的表述和计算

a.分析结果的表述。氧同位素组成以样品相对于标准的氧同位素比值的千分差表示，即:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:角标SA、ST分别表示试样和标准。

最后换算为试样相对于国际标准SMOW的比值:δ¹⁸O_SA-SMOW(‰)。

b.分析结果的计算。试样(SA)和工作标准(ST)均与同一种高纯钢瓶二氧化碳交换氧同位素，且¹⁷O含量很低，所以可以用δ⁴⁶值代表δ¹⁸O进行计算。

c.氧同位素的校正计算。根据物质平衡前后体系中总的氧原子数不变的原理，可由下式计算平衡前水样(原始水)的氧同位素组成:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:δⁱ_c、δ^f_c为分别代表平衡前后CO₂的δ¹⁸O值;δⁱ_w、δ^f_w为分别代表平衡前后H₂O的δ¹⁸O值;α为分馏系数;

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

其中:V_H2O为水的体积，mL;D_H2O为水的密度，g/mL;M_H2O为水的摩尔质量，g/mol;p_CO2为充入CO₂的气压，Pa;V_CO2为充入CO₂的体积，mL;T为开氏温度，K;R为摩尔气体常数，数值为8.314510J/(mol·K)。

以相对于V-SMOW的δ¹⁸O值表示的最后计算公式为:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:角标SA、ST、RE、SMOW分别代表试样、标样、参考气和国际水标样;其他符号同前。

方法的重复性和再现性

采用本方法，国内5个实验室在氢、氧稳定同位素标准物质研制中分别对2个标准物质试样各进行3次重复测定(共6组数据)，同时对国际通用的标准物质也做了分析。经过统计计算，本方法对氧同位素测定结果的重复性(r)和再现性(R)列于表87.9。

表87.9本方法对水中氧同位素测定的重复性和再现性

注:表中给出的是95%置信概率下的绝对差值。

注意事项

本方法适于测定毫升量级天然水的δ¹⁸O，操作简单，准确度高，被国内外实验室广为采用。分析卤水试样时，尤其是盐度高于30%的卤水样，平衡反应器容易被冻裂。在分析过程中，当取下套在平衡反应器的冷液后，迅速换以自来水，使平衡反应器的器壁各处热交换均衡，能减少被冻裂的概率。为保证成功，一般在分析卤水试样时，要作平行样。

8. 怎样检测水的质量纯净度

自来水的好坏直接影响人们的身体健康，自来水与人们生活息息相关，自来水也是城乡基础建设的重要标准，由于全国各地的自来水厂和基础设施存在差异性，各地自来水水质也有所差，教你怎样判断自家使用的自来水水质的好坏？消费者可以根据以下几个方面来分辨：
一、水的浑浊度：由于自来水中含有胶体和悬浮状态的微粒，使的原是无色无味的水产生浑浊的程度称为浊度。浑浊度是一种光学效应，是光线透过液体时受到阻碍的程度，表示液体对于光线散射和吸收的能力。
二、水的色度：水的色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。产生颜色的原因是由于溶于水的腐殖质、有机物或无机物造成。工业废水也可能使水体产生各种各样的颜色。例如：粘土-黄色，铁的氧化物-褐色，硫化物-浅蓝色，藻类-绿色，腐败的有机物-黑褐色。
三、水的臭味：水中的微生物、水生动物、植物的繁殖和腐烂而发出的臭味；水中有机物质的腐败分解而散发的臭味；水的溶解性气体如H2S、NH3、SO2；溶解性盐类或泥土的气味、排入水体的工业废水所含如石油、酚类等臭味、消毒水过程加入氯气的气味。
四、水的硬度：水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，附着在受热面上而影响热传导，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。由于其它的金属离子在水中的浓度很低，故通常把水中的钙、镁离子的浓度看作是水的硬度。
五、水电导率（T.D.S）：水的导电性即水的电阻的倒数，通常用它来表示水的纯净度。由于水中含有各种溶解性盐类，并以离子的形态存在。当水中有电极存在时，这些离子就可以使水产生导电作用，故水的导电能力的强弱程度就称为电导率。
六、水的酸碱性：以水的氢离子浓度对数的负值表示水的酸碱度，即水的PH值大小，小于7是碱性，等于7是中性，大于7是酸性。可以通过感官直接来分辨自来水的水质可以通过水的色度、浑浊度、气味等，水是无色透明的，无嗅无味。水质好坏的准确测量时需要专业的工具，陶氏净水器提示：像TDS笔等来检测水的含金属值。如果水质比较浑浊，说明水含杂质较多，不能饮用；水有异味，除了本身的带氯气的气味，有其他的味道也不能饮用。水煮沸后，如果容易结垢说明水质硬度很高，容易让人产生结石等，长期饮用有害身体。

9. 水质检测的方法有哪些

水样的采集1、测定悬浮物、pH、溶解氧、BOD、油类、硫化物、余氯、放射性、微生物等项目需单独采样；在测定溶解氧、BOD和有机污染物等项目的水样必须充满容器；测定pH、溶解氧和电导率等项目宜在现场测定。采样时要同步测量水文和气象参数。 2、填写登记表水样的保存1、保存要求 不发生物理、化学、生物变化；不损失组分； 不玷污（不增加待测组分和干扰组分） 2、容器的要求 选性能稳定，不易吸附预测组分，杂质含量低的材料制成的容器，如聚乙烯和硼硅玻璃材质的容器是常规监测中广泛使用的，也可用石英或聚四氟乙烯制成的容器，但价格昂贵。 3、保存时间要求： 即最长贮放时间，一般污水的存放时间越短越好。 清洁水样72h；轻污染水样48h；严重污染水样12h；运输时间24h以内。 4、保存方法 （1）冷藏或冷冻法 （2）加入化学试剂保存法：加入生物抑制剂、调节pH值、加入氧化剂或还原剂。水样的运输水样运输注意事项： 1、塞紧采样器塞子，必要时用封口胶、石蜡封口；避免因震动、碰撞而损失或玷污，因此最好将样瓶装箱，用泡沫塑料或纸条挤紧； 2、需冷藏的样品，应配备专门的隔热容器，放入制冷剂，将样瓶置于其中；冬季应注意保温，以防样瓶冻裂。水样的消解（一）目的：破坏有机物，溶解悬浮性固性，将各种价态的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。 水质监测 （二）要求：消解后的水样应清澈、透明、沉淀。 （三）方法：消解水样的方法有湿式消解法和干式分解法（干灰化法）。 干灰化法又称高温分解法。其处理过程是：取适量水样于白瓷或石英蒸发皿中，水浴蒸干，移入马弗炉，450—550℃灼烧到残渣呈灰白色，有机物完全分解除去。取出蒸发皿，冷却，用适量2％HN03（或HCl）溶解样品灰分，过滤，滤液定容后供测定。 干灰化法不适用于处理测定易挥发组分（如砷、汞、镉、硒、锡等）的水样。