饮用水中高锰酸盐指数的测定方法研究.pdf

第 卷 第 期陇 东 学 院 学 报.年 月 .文章编号:()收稿日期:基金项目:庆阳市产学研合作横向科研项目“陇东地区水资源的有效利用研究”作者简介:魏晓霞()女甘肃兰州人副教授主要从事分析化学教学与研究饮用水中高锰酸盐指数的测定方法研究魏晓霞赵 成李乾坤张小伟马东平王 妍(.陇东学院 石油化工学院甘肃 庆阳.庆阳市镇原县孟坝中学甘肃 庆阳)摘 要:利用分光光度法测定饮用水中的 通过控制变量法分别考察了酸度、消解时间、消解温度对 值的影响在较优条件下设计正交实验找出最优条件 结果显示当消解温度为 硫酸用量为 消解时间为时水样的高锰酸钾指数与国标法测定结果相近 分光光度法具有测定速度快、准确度较高的优点关键词:高锰酸盐指数饮用水分光光度法正交实验法中图分类号:文献标识码:(.):.:随着我国科学技术的进步和人们生活水平的提高河流、湖泊、水库等水体的污染日益严重 为进一步改善饮用水的质量保证人们的身体健康和安全 年 月 日国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合批准发布 生活饮用水卫生标准取代了之前颁布的()标准 新的标准自 年 月 日起正式实施水质指标由 的 项调整为 项包括常规指标 项和扩展指标 项删除了 项指标更改了 项指标的名称包括耗氧量(法以 计)名称修改为高锰酸盐指数(以 计)氨氮(以 计)名称修改为氨(以 计)二氯乙烯名称修改为 二氯乙烯(总量)更改了 项指标的限值增加了总 放射性指标进行核素分析评价的具体要求及微囊藻毒素 指标的适用情况删除了小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限值的暂行规定 在这些因素中高锰酸盐指数()是一个重要的指标 高锰酸盐指数是指高锰酸钾在酸性环境中作为氧化剂根据实验条件处理水样所需的氧含量 通常用来衡量水质受到有机物和无机可氧化物质的污染程度 高锰酸盐指数值愈高则水质受到的污染程度愈严重 近几年文献报道高锰酸盐指数的测定方法较多主要有滴定法该方法按测定溶液的介质不同分为酸性高锰酸钾法和碱性高锰酸钾法当含量高于 时宜采用碱性高锰酸钾陇 东 学 院 学 报第 卷法对于较清洁的地面水和被污染的水体中氯化物含量不高(/)的水样常用酸性高锰酸钾法 电位滴定法一般耗时较短、分析效率更高 陈娟等用电位滴定法测定 该方法检出限可以到达.测定下限.测定实际样品的精密度与传统的人工滴定法不存在显著性差异高锰酸盐指数的分光光度法主要有传统分光光度法和流动注射分光光度法两种 传统分光光度法可分为单波长分光光度法和双波长分光光度法单波长分光光度法主要是通过波长扫描由水样的已知浓度测定的吸光度值线性回归得到一条吸光度 浓度曲线经此回归曲线间接或直接计算出实际水样的浓度值 双波长分光光度法可以抵消参比波长的信号对分析波长的信号的影响以消除试样的散射、其他物质的干扰以及光源的波动等大大提高了方法的灵敏度和选择性 和 等利用 二乙基对苯二胺还原高锰酸钾其结果准确度、回收率高 赵建平等以亚硝酸盐来还原高锰酸钾采用对氨基苯磺酰胺和乙二胺做显色剂该测试方法结果准确 流动注射分光光度法相对手动分析具有分析速度快、进样量少、精密度高等特点也能满足水样批量测试的需求在高锰酸盐指数测定方面的应用较广但该方法中需要水管和水泵等装置给携带、操作和维护带来很大的不便由于日常环境监测中经常出现高锰酸盐指数因此用标准 消解器代替国标中的水浴加热目的在于确保实验数据的精确度、提高实验的效率、节约能源和保护环境 本研究分别对三种影响因素进行了讨论以高锰酸盐指数的相对误差作为评价指标经初步分析测试每个因素选取 水平采用正交表进行试验确定最佳实验条件 将分光光度法与国家标准法()进行对比以探讨两者之间的差别 分光光度法在快速、准确、节能、环保的前提下大大提高了检测的效率实现了快速、准确地检测的目的本研究结合检测工作实际以模拟生活污水为例研究影响高锰酸盐指数测定准确度和精密度的关键技术问题并从经济节能环保的角度出发将分光光度法和国标方法进行比对得到快速测定 的方法 实验方法.滴定法(国标法).实验原理样品中加入已知量的高锰酸钾和硫酸在沸水浴中加热 高锰酸钾将样品中的某些有机物和无机还原性物质氧化反应后加入过量的草酸钠还原剩余的高锰酸钾再用高锰酸钾标准溶液回滴过量的草酸钠通过计算得到样品中高锰酸盐指数反应方程式为:.实验主要试剂与仪器硫酸:密度为.高锰酸钾标准溶液:.试样:.烘干的树叶浸泡 小时.草酸钠标准溶液:精确称取.的草酸钠在烧杯中溶解后转移到的容量瓶中用蒸馏水稀释至刻线混匀.酸式滴定管三个 的锥形瓶.的大肚移液管玻璃棒.实验步骤首先将.均匀混合的试样放入 的锥形瓶中加 浓硫酸用滴定管加.高锰酸钾摇动后将锥形瓶放入沸水浴 分钟接着将.草酸钠溶液用滴定管加到无色趁热用高锰酸钾溶液滴定呈现粉色并在 内不褪色关于空白试验首先用.的蒸馏水替代试样按上述步骤进行测定并记录回滴高锰酸钾溶液的体积 将.草酸钠水溶液添加到空白试验中 若有必要将该溶液加热到 然后用高锰酸钾溶液持续滴定直到粉红色并在 内不褪色且记录高锰酸钾消耗量高锰酸盐指数以每升样品消耗毫克氧数表示()是按照下式计算的.实验结果滴定结束后通过下列公式计算出样品的高锰酸盐指数()式中:标准高锰酸钾溶液在试样滴定时的消耗量 标定时所消耗的高锰酸钾标准溶液体积 草酸钠标准溶液.在本研究中当 .和 .时 的测定值为.分光光度法.实验原理将一定量的待测水样用硫酸进行酸化然后加第 期魏晓霞等:饮用水中高锰酸盐指数的测定方法研究入定量的高锰酸钾溶液来氧化水样中的部分有机物放于恒温消解器上快速消解记录其吸光度并计算出高锰酸盐数值 高锰酸盐指数的大小反映了水中有机化合物和无机可氧化物质污染程度的大小这是监测生活污水、地表水及生活饮用水水质的重要指标.实验主要仪器与试剂表 主要仪器仪器名称型号生产厂家紫外 可见分光光度计美国 哈希消解器美国 哈希智能恒温磁力搅拌器 上海司乐仪器有限公司电子天平/奥豪斯仪器有限公司电热鼓风干燥箱科伟自动化设备有限公司移液枪 (雷勃)公司玻璃仪器气流烘干器巩义市予华仪器有限责任公司表 主要试剂名称规格生产厂家高锰酸钾天津市大茂化学试剂厂硫酸北京化工厂活性炭天津市北联精细化学品开发有限公司氢氧化钠天津市天利化学试剂有限公司草酸钠工作基准物质国药化工公司实验用水均为蒸馏水.实验步骤将.样品摇匀后加入.高锰酸钾标准溶液再加入硫酸依次改变实验条件并将其置于恒温加热消解器中待消解完成冷却后在 的波长下测定其吸光度值另选一支比色皿加入.的蒸馏水按上述方法进行加样消解将其在 的波长下用 的比色皿作为参照进行比较.实验结果在 波长时进行扫描得到消解时间为消解温度为 酸度为 时为最佳条件在此条件下进行正交实验计算所得的结果为.与国标法最为接近相对误差为.符合实验条件 结果与讨论.检测波长的选择将 标准溶液置于 的比色皿中混合均匀放置 分钟 用蒸馏水做参考在紫外 可见光谱仪上从 扫描到 扫描的结果显示在 处出现了峰值所以该实验选择了 作为测量波长.消解时间的选择在本次实验中考虑了消解时间对高锰酸盐指数的作用采用 进行消解硫酸用量为 在这个时候为了确定消解时间的影响保持其他因素不变改变消解时间分别消解、测定结果如图 所示图 高锰酸盐指数与消解时间关系图由图 可知当对溶液进行了合理的消解之后其他条件不变仅改变消解的时间对高锰酸盐指数有一定的影响 因此根据国标法结果选定实验结果相近的三个水平即消解时间为、.消解温度的选择本实验中初始消解温度设置为 为了使实验准确性更高调节消解温度测定考察了消解温度对高锰酸盐指数的影响 因此设置消解时间为加入等量等质的溶液另外设置消解温度为、进行实验测定结果如图 所示图 高锰酸盐指数与消解温度关系图由图 可知随着消解温度的升高测定结果升高温度越低高锰酸盐指数也逐渐减小但温度太低反应速率缓慢 因此根据国标法结果选定三个与之相近的结果作为水平即消解温度为、陇 东 学 院 学 报第 卷.酸度的确定在实验过程中通过不断改变加入硫酸用量来确定适宜的硫酸用量但是在加入的过程中保持其他的变量一定明确加入硫酸的量对高锰酸盐指数的影响其测定结果如图 所示图 硫酸用量与 关系图由图 可知改变硫酸加入量对高锰酸盐指数的测定有一定的影响所以在测量过程中必须保持适宜的溶液酸度否则会导致测定的结果出现误差对比国标法的测定结果选定三个水平即硫酸加入量为.、.、.标准曲线的绘制制备 的高锰酸钾溶液将其稀释成 用 紫外分光光度计测量对应的吸光度设置波长为 根据数据制得标准曲线如图 所示图 高锰酸钾标准曲线 此标准曲线用于后续实验计算溶液的具体高锰酸钾指数作为一个基准 该标准曲线的线性范围为 线性关系为 .相关系数 为.具有良好的线性关系.正交实验设计依据上述自制消解试剂的实验结果重点考察了硫酸用量()、消解时间()、消解温度()在各因子下进行 个水平的实验用正交实验表进行实验共 个实验各因子的影响因子和水平见表 所示正交实验如表 所示表 正交实验因素水平表水平因素硫酸用量/消解时间/消解温度/.表 正交实验表组号用量/用量/消解时间/消解温度/().方法的精密度精密度可以反映出测量中的随机误差而精密度越高则表示误差越小 本实验中用()水质监控分析法及正交实验中的最佳实验对相同的水样分别进行测定共测定六次结果见表 所示表 不同方法的测定结果表实验方案平均值相对标准偏差国标方法.分光光度法.第 期魏晓霞等:饮用水中高锰酸盐指数的测定方法研究 从表 可以看出国标方法和分光光度法相对标准偏差分别为.和.均小于文献中高锰酸盐指数所规定的相对标准偏差.的测定要求 结论 根据实验数据与()国家标准要求对比可得 用分光光度法测定 应加 入.高锰酸钾溶液 浓硫酸在下消解 就国标法及分光光度法而言采用分光光度法更容易测得溶液的高锰酸盐指数并且所得数据精确度高结果值得信赖因此在测定水样的高锰酸盐指数时为了使测定结果更精准实验时应当及时更新设备保证采用新型合理的仪器及技术严格控制这些影响因素及其易变量严格规范操作过程在实际工作中应根据不同的水质条件选用适当的方法来确定高锰酸盐指数 由于高锰酸盐指数是一个条件性的相对指标因此在采用非标方法时要进行方法比对通过优化实验条件提高方法的精密度和准确度确保监测数据的真实准确 传统的国标法具有试剂和设备容易获取等优点但耗时、劳动强度大、工作效率低、无法实现实时、快速地检测而紫外分光光度法具有灵敏度高试剂和样品用量少快速省时的优点 但是在对复杂水样进行分析时使用分光光度法存在着色度、浊度、悬浮物等问题 在线自动分析仪可以减少分析员的劳动强度但是其准确性受到设备的影响而且要重视废水的处理和设备的定期维修 该方法灵敏度和准确度较低适合于对环境污染物进行定性或半定量的现场监测 通过以上介绍的多种方法它们能相互进行补足使整套体系更加完善和提高 近年来我国对生态环境的重视程度日益提高在人力物力方面消耗很大制定了很多的法律文件加强对工业乱排乱发污水、城市污水的降解破坏水资源乱象的监管因此对水源质量的测量工作也显得尤为重要 关于水质量的好坏其中酸性高锰酸盐指数这一项指标是最重要的参考指数 测量数据时应注意首先保证操作的正确正规性在此基础上才能尽量地保证测量的数据准确性使用不同测量方法得到的结果特点不同各有利弊 通过相互比较人们可以解决测定中存在的问题保证测定工作的质量和高效性保证实际测量稳定地开展 这样一来不但可以有效地降低投入的人力和物力的消耗而且其结果的准确性可以得到很大保障参考文献:陈连炳.水环境高锰酸盐指数监测的研究.低碳世界():.王晋男.采用消解加热法测定高锰酸盐指数方法的研究.山西建筑():.王虎路凤祎李世英.分光光度法测定高锰酸盐指数的研究.科技创新与应用():.中华人民共和国卫生部中国国家标准化管理委员.生活饮用水卫生标准().北京:中国标准出版社.黄兰粉.微波消解 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