淺談環境水質分析中的分析項目和分析方法

■廖秀林

（閬中市環境監測站四川閬中637400）

淺談環境水質分析中的分析項目和分析方法

■廖秀林

（閬中市環境監測站四川閬中637400）

環境水質現在已經越來越差，水體當中含有大量有害物質，比如重金屬砷、揮發酚等有機化合物，這些化合物在水中大部分毒性強烈，并有著強致癌性質而且能夠消耗水中溶解氧，對人體以及動物會產生非常嚴重的危害。因此對于水中化學需氧量、揮發酚以及重金屬砷等有害物質的檢測對于水質的好壞評價有著非常重要的作用。針對以上三種物質的分析方法，目前國內大多采用容量分析法、分光光度法和原子熒光法來對這幾項指標進行分析。

水質 需氧量 揮發酚 重金屬砷

0 前言

化學需氧量（簡稱COD）指的是在一定的條件當中，我們氧化1L的水樣中還原型物質所需要消耗的氧化劑的量，就是化學需氧量，我們用所需氧的量（即mg/L）來表示。它所反映的是水體中還原性物質所造成污染的具體程度。其中的還原性物質多種多樣，主要包括一些有機物、亞鐵鹽以及硫化物等物質。由于現如今的水體被有機物污染是非常普遍的現象，所以我們把化學需氧量這一指標也作為對有機物相對含量的檢測指標之一。重金屬的定義也是多種多樣，其中我們最常見的一種定義是，密度大于5的金屬就統稱為重金屬，并且我們平時了解的大多數金屬都算是重金屬。在這里我們要檢測的主要是那些對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，我們以砷為例來進行檢測。根據酚類是否能夠隨著水分的蒸發一起蒸發到空氣當中，可以分為揮發酚和不揮發酚。由于酚類屬于是原生質病毒，對于人體的攝入會造成一定的中毒現象，長期攝入有酚病毒的水源，可以對人體的神經系統造成各種癥狀。

1 化學需氧量的分析方法

1.1 化學需氧量對環境水質的影響

隨著我們生活的發展，工業化越來越發達，在不斷積累財富的同時，對于環境水質的污染也越來越嚴重。由于水是人類賴以生存的重要資源，對于水受污染后會造成重大的危害，尤其是其中的化學需氧量占據了重要指標。為了針對日益惡化的水體環境，在我國包括“九五”“十五”“十一五”規劃期間都對此制定了非常詳盡的方針。由于化學需氧量是關于評價水體污染的當中一項非常重要的綜合指標，能夠映射出水體受到相關有機基質污染的具體程度，在包括造紙、化工廠、制藥等工廠排水方面都要做出嚴格檢測。這些污染能夠隨著細菌或者微生物的傳播或者生化作用而進行分解以及氧化，當水中擁有大量的微生物并對水質中的溶解氧進行大量消耗的時候，水質就會發黑并且散發出臭味，甚至可能殺死水中的生物。

1.2 實驗原理

分光光度法[1]，也就是我們常說的比色法，這種方法測定化學需氧量的原理主要是，在濃硫酸等強酸性的介質當中，所測試的水樣里面擁有的有機物被氧化劑所氧化，在水體的清潔度比較高的情況下，即化學需氧量小于150mg/L的時候，在使用420納米的波長段內測量剩余Cr的含量；在水體的清潔度差一些的情況下，即化學需氧量大于150mg/L的時候，在使用620納米的波長段內測量反應瓶當中剩余Cr的含量。這種方法有著量少、快速、方便的優點，在平常的水質監測當中常常被使用到。

1.3 實驗步驟

1.3.1 選擇消解時間

消解時間對于超聲波消解法當中的消解過程有著非常重要的影響，我們在實驗的時候，對于超聲波所需要的消解時間進行了專門的考察和分析。我們在化學需氧量大約為100mg/L的標準液體當中，加入0.12克的HgSO4，并同時加入大約0.9毫升的濃硫酸，輕輕晃動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進行比較，在420納米波長處，用722型號的分光光度計測量它的吸光度。最后可以得出結論，在超聲波的消解時間大概為8分鐘的時候，吸光度的數值是最大的，8分鐘以后，即使繼續加熱，吸光度值也不會產生變化，所以我們選擇最佳的消解時間是8分鐘。

1.3.2 超聲波消解曲線圖的繪制

我們取化學需氧量濃度分別是0、25、50、100、150、200、250、300的標準液體各6毫升，分別在各液體當中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升濃硫酸，輕輕晃動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型號的分光光度計測量它的吸光度。

1.3.3 使用超聲波進行消解，測定自來水當中化學含氧量的含量

我們取6毫升自來水，分別在各液體當中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升濃硫酸，輕輕晃動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型號的分光光度計測量它的吸光度。測量得到它的吸光度數值為1.125，根據上述工作的曲線可以得出結論，自來水當中的化學含氧量濃度大約在20mg/L左右。

1.4 結論

由以上實驗可以得出結論，應用分光光度法進行水樣化學含氧量測定，精確度以及準確度都比較理想，對于實驗室當中質量控制的要求也比較符合。目前我國對于環境水質當中化學需氧量的測定大多采用傳統方法，即回流消解-滴定法，這種方法雖然重現性比較好，但是需要對于回流處理樣品再次加熱，實際實驗當中需要的用量比較大，分析所用的時間比較長，能耗也比較大。使用超聲波消解分光光度法測定水中的化學需氧量，這種方法自動化程度高、操作也比較方便，分析的速度也很快，試劑所需用量相對較少，值得全國廣泛推廣使用。

2 揮發酚的分析方法

2.1 揮發酚的來源以及對環境水質的危害

在日常工業當中，比如造紙、煉油、工廠排污以及煉焦、合成氨、工業防腐等排出來的廢水都能夠產生揮發酚。揮發酚屬于超高含毒物質，當人體內攝入到一定量的揮發酚時，就可能出現類似急性中毒的癥狀，一些緊鄰排污水河流的居民，長期飲用含有揮發酚的水源時，也會出現類似于慢性中毒比如頭昏腦脹、出診、噴血以及其它一些神經系統方面的癥狀。當水中揮發酚的濃度較低，不超過0.2mg/L時，就能夠使得河流當中的魚蝦產生明顯的異味，濃度超過0.2mg/L時，河中的魚蝦可能會立即死亡。另外，酚類較高的水質也不適用于來澆灌農田，這會導致田中農作物的減產甚至枯死。

2.2 實驗原理

揮發酚類化合物在pH值大約10左右的介質當中，在鐵氰化鉀作用下，會與4-氨基安替比林發生化學反應，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納米波長的地方能夠最大吸收。通過研究得到結論:在各種酚類的化合物里面，羥基對位的取代基可以阻止反應的進行，氨基安替比林在對于酚的耦合在對位比在鄰位更加多見,如果對位被元素取代之后，但是鄰位并沒有被取代的情況下，不會呈現顏色的反應，使用光程是20毫米的比色皿進行測定時，酚最低的濃度達到0.1mg/L才能夠被檢測出來。

2.3 實驗步驟

2.3.1 繪制校準曲線

在8支容量為50毫升的比色管當中，分別加入0、0.5、1、3、5、7、10、12.5毫升，濃度為10mg/L的苯酚標準溶液，加入20毫升水和0.5毫升緩沖溶液，搖晃均勻，這個時候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納米波長處，用水做參比，用20毫米比色皿測定其吸光度。

2.3.2 水樣測定

分別取一定量的水樣放進50毫升的比色管當中，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納米波長處，用20毫米比色皿測定吸光度，減掉空白試驗的吸光度，根據標準曲線計算水樣中揮發酚含量。

2.3.3 數據的處理

在吸光度經過空白校正之后，可以求得吸光度對于苯酚含量的回歸方程，把水樣測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酚的含量，并且可以根據水樣的體積來計算得到我們所取環境水質當中揮發酚的含量。最后我們就可以根據所得數據來繪制出吸光度對于苯酚含量的校準曲線，并且可以根據圖中曲線判斷出測量結果。

3 重金屬砷的分析方法

3.1 重金屬砷對于人體的危害

隨著一些化工產品越來越多的被應用到現實生活中，各種化工廠如雨后春筍般冒了出來，然而相關的環保設施以及檢測設備并沒有與時俱進。尤其是一些制藥、冶金以及顏料等行業，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道[2]。在我們平常接觸的環境水質當中，尤其是飲用水當中，如果重金屬砷的含量超標，會對人體造成極大傷害，這種傷害具有非常強烈的隱蔽性、長期性以及不可逆轉的特性。和其它類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，但是長時間引用這種重金屬含量超標的水質，危害是非常巨大的，尤其是砷，能夠導致人體神經系統疾病，出現中毒甚至死亡的情況。

3.2 實驗原理

在酸性的環境當中，重金屬砷能夠和硼氫化鉀發生反應從而生成砷化氫，通過載氣帶進石英原子化器當中，砷化氫就會分解成為原子態的砷。使用我們特制探測儀器燈光的照射之下，其中的基態的砷原子就會被激發到高能態，然后對其進行去活化使之回到基態時，會有一定特征波長的熒光發射出來，在一定的濃度范圍內，它發射出來的熒光強度和其中砷的含量成正比，由此我們就可以通過所測定得到的標準曲線來計算出環境水質中重金屬砷的含量。

3.3 實驗步驟

3.3.1 繪制校準曲線

我們分別取砷標準溶液各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，然后在這些標準溶液當中分別加入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，然后上機進行檢測。

3.3.2 水質測定

我們將所取得的一定體積的環境水樣倒入容量瓶當中，再使用蒸餾水分別加入各個容量瓶當中，使其達到100毫升處，然后在這些標準溶液當中各自加入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，通過儀器檢測到其中發射出來的熒光強度，對照之前繪制出來的校準曲線，從而可以推算出環境水質當中重金屬砷的含量。

3.3.3 結果分析

由于熒光強度會隨著硼氫化鉀濃度的增大而逐漸增大，當硼氫化鉀的濃度不足或者過低的時候，其還原能力不足，得不到明顯的熒光強度，在硼氫化鉀濃度過高時，熒光強度反而下降，只有硼氫化鉀濃度在1.5～2.5左右的時候，熒光強度才能夠基本恒定。根據我們所測量出來水質樣品當中的熒光強度，通過標準曲線可以查到樣品溶液當中重金屬砷的濃度，并且根據多次測定出來的結果來求得其平均值以此來進行計算。

4 小結

伴隨著我國改革開放以來社會的不斷發展以及經濟基礎建設快速可持續的增長，我們生活當中的廢水以及工農業所排出的污水、農藥、化學殘留不斷增多，人類賴以生存的環境水質遭受到了極大的破壞，并且呈現愈演愈烈的形勢。當水質受到影響達到一定限度的時候，對于生態環境以及人類的健康也會造成很大威脅。因此對于環境中水質的檢測也更加得到人們的重視，對此檢測的要求也越來越嚴格，同時也研發出越來越多的檢測方法，但是其中也是各有利弊，本文當中應用的主要是分光光度法、原子熒光法來對此進行檢測。但是這項監測工作是一項長期的工作，不可能在三年五年的時間當中全部完成，需要各方面人士的共同努力才能做到更好，同時還要依賴各種工廠以及所有居民的共同努力，才能夠使環境水質得到改善，爭取為水質監測做出巨大貢獻。

[1]張國勛.化學需氧量光度測定法探索 [J].環境檢測管理與技術，1996，（5）.

[2]莊金陵.砷對世界地下水源的污染 [J].礦產與地質，2003，177-178.

X8[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-388-2

廖秀林（1987～），女，碩士研究生，助理工程師，研究方向為環境中水質分析。