利用蔬菜水果消除自來(lái)水余氯
——推薦一個(gè)分析化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)

潘華英 劉德秀

(蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇蘇州 215009)

利用蔬菜水果消除自來(lái)水余氯的測(cè)定過(guò)程涉及許多分析化學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法，且實(shí)驗(yàn)材料易于獲取。我們結(jié)合大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，將這一檢測(cè)法設(shè)計(jì)成一個(gè)分析化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了初步的嘗試，取得了良好的效果。

在自來(lái)水輸送過(guò)程中，應(yīng)有適量的余氯留存在水中，以保證持續(xù)的殺菌能力。我國(guó)規(guī)定生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：氯氣及游離氯制劑(游離氯)在出廠(chǎng)水中的余量≥0.3mg·L-1，管網(wǎng)末梢水中的余量≥0.05mg·L-1[1]。然而，自來(lái)水中過(guò)量的余氯會(huì)嚴(yán)重影響水的口感和品質(zhì)。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)許多蔬菜水果對(duì)自來(lái)水中的余氯有降低或消除作用，這些作用可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢定。

水中的余氯檢測(cè)方法有多種，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法[2]推薦的有N,N-二乙基對(duì)苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)比色法，我們參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)為顯色劑，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行測(cè)試，再按G檢驗(yàn)法進(jìn)行取舍，測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而可分析出蔬菜、水果對(duì)消除自來(lái)水余氯的作用。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1) 掌握自來(lái)水中余氯濃度的測(cè)定方法。

(2) 了解樣本對(duì)余氯吸附效果的描述參數(shù)——吸附率。

(3) 掌握吸收曲線(xiàn)和工作曲線(xiàn)的制作方法。

(4) 學(xué)習(xí)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，掌握Grubbs檢驗(yàn)法、吸附率置信區(qū)間的計(jì)算方法。

(5) 評(píng)介蔬菜、水果對(duì)消除自來(lái)水中余氯的效果和影響因素。

(6) 培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2 儀器與試劑

儀器選用723型分光光度計(jì)、25mL目視比色管，試劑選用四甲基聯(lián)苯胺(TMB)、分析純重鉻酸鉀、分析純鉻酸鉀、分析純氯化鉀、分析純鹽酸、分析純EDTA。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

收集自來(lái)水的水樣和蔬菜水果樣本，分批測(cè)定自來(lái)水水樣和經(jīng)過(guò)樣本浸漬過(guò)的樣液中余氯含量，積累測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)相同樣本材料的數(shù)據(jù)，舍去異常值，然后對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，求出吸附率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、給定置信水平時(shí)的估計(jì)區(qū)間，由此評(píng)價(jià)出各樣本材料對(duì)消除余氯的效果和可能影響測(cè)定的因素。在測(cè)定余氯含量之前,需要制作吸收曲線(xiàn)和工作曲線(xiàn)。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 吸收曲線(xiàn)和工作曲線(xiàn)的確定

首先制作吸收曲線(xiàn)，尋找余氯的最大吸收波長(zhǎng)。取1.25mL TMB置于25mL比色管中，用自來(lái)水稀釋到刻度，在25℃水浴中，顯色1分鐘；用723型分光光度計(jì)在不同波長(zhǎng)處測(cè)定顯色液的吸光度，測(cè)得余氯的最大吸收波長(zhǎng)，應(yīng)在450nm附近。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]要求，配置余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液；在最大吸收波長(zhǎng)處，測(cè)定系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸收度。在配置余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，加入一定量的EDTA，以掩蔽亞鐵等干擾離子。我們測(cè)到的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度如表1所示。

手工繪制工作曲線(xiàn)存在讀取誤差大、效率低的不足，為此可利用計(jì)算機(jī)建立工作曲線(xiàn)。以吸光度為A，質(zhì)量濃度為ρ，根據(jù)代數(shù)函數(shù)插值原理[3],可建立余氯濃度函數(shù)或工作曲線(xiàn)表。例如可利用線(xiàn)性插值原理在Excel中建立工作曲線(xiàn)表，由吸光度A可快速查出余氯質(zhì)量濃度ρ，從而大大提高對(duì)后面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率。

表1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度

設(shè)已知兩測(cè)試點(diǎn)i、j的標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度和吸光度分別為ρi、Ai和ρj、Aj，則介于Ai和Aj之間的吸光度Ax對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度ρx為：

(1)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)在Excel中建立的工作曲線(xiàn)見(jiàn)圖1，其中質(zhì)量濃度ρ一列數(shù)據(jù)按式(1)自動(dòng)計(jì)算得到。

4.2 樣液制作和余氯的濃度檢測(cè)

可因地制宜選用樣本材料，如橙子、橘子、梨、檸檬、蘋(píng)果、香蕉、柚子、甘蔗、蘿卜、黃瓜、冬瓜、南瓜、絲瓜、土豆、茭白、蘑菇、山藥、萵苣等水果或蔬菜。

選取3g待測(cè)樣本材料，浸漬在60mL自來(lái)水樣中，浸漬時(shí)間為3分鐘，由此獲得一個(gè)測(cè)試樣液。然后用TMB顯色，在450nm波長(zhǎng)處用723型分光光度計(jì)測(cè)定樣液的吸光度(A)，并作記錄。由吸光度可查工作曲線(xiàn)表，快速得到余氯的質(zhì)量濃度ρ。

對(duì)同一水樣，每次可制作多種樣本材料的樣液，也可用同一樣本材料制作多份樣液，經(jīng)多批次測(cè)試后，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為保證測(cè)試的正確性，在實(shí)驗(yàn)前后，都要對(duì)自來(lái)水水樣進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)試期間自來(lái)水水樣沒(méi)有明顯變化。顯色劑的顯色反應(yīng)在20～25℃的水浴中完成，以使顯色反應(yīng)完全。浸漬的時(shí)間要統(tǒng)一，不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)使浸漬液顏色加深，影響測(cè)定，浸漬溫度應(yīng)控制在20～25℃。

圖1 在Excel中建立的工作曲線(xiàn)表

4.3 吸附率計(jì)算

為測(cè)定消除余氯的效果，我們給出了吸附率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。設(shè)測(cè)試樣本前測(cè)到的水樣吸光度為Aw，測(cè)到的樣本吸光度為Ax，根據(jù)式(1)可算出水樣余氯質(zhì)量濃度ρw和樣本余氯質(zhì)量濃度ρx，根據(jù)下面公式計(jì)算樣本的吸附率Dx：

Dx=(ρw-ρx)×V/m×1000

(2)

式中，V為溶液體積;m為樣本質(zhì)量;Dx為吸附率，表示每1000g樣本能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸附的余氯質(zhì)量(mg)。

4.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)4.4.1 異常值的舍去

對(duì)相同樣本的多個(gè)吸附率數(shù)據(jù)，需要舍去異常值。可采用Grubbs檢驗(yàn)法[4]，對(duì)每個(gè)吸附率計(jì)算G值，若大于臨界值G(n,α)，則舍去該值。對(duì)數(shù)據(jù)x的G值計(jì)算式為：

(3)

圖2 蘿卜皮樣本的數(shù)據(jù)表和吸附率的G值計(jì)算

4.4.2 吸附率的置信區(qū)間計(jì)算

(4)

其中XL為置信區(qū)下限，XU為置信區(qū)上限，Δ可由下式表示：

(5)

圖3 部分蔬菜水果對(duì)余氯的吸附率數(shù)據(jù)(取α=0.05)

圖4 部分樣本的余氯吸附率置信區(qū)間示意圖

5 總結(jié)

利用蔬菜水果消除自來(lái)水余氯可作為一種拓寬思路的綜合實(shí)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力有著重要意義。實(shí)驗(yàn)中，為便于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，不受季節(jié)影響，可使用干制樣品。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)受溫度、pH、不同水樣等諸多因素的影響，需要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，并且隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，才能從中找出有價(jià)值的數(shù)據(jù)。例如，我們對(duì)一些蔬菜水果等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一般吸附性強(qiáng)的、維生素C豐富的樣本，對(duì)余氯的吸附效果比較好，也有一些樣本對(duì)余氯吸附作用不大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律，培養(yǎng)他們的觀察能力。

[1] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.GB/T 5749—2006 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

[2] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.GB/T 5750.11—2006 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 消毒劑指標(biāo).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

[3] 朱長(zhǎng)青.數(shù)值計(jì)算方法及其應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2006

[4] 李發(fā)美.分析化學(xué).北京:人民衛(wèi)生出版社,2003