自动电位滴定法在水总碱度测定中的应用.pdf

SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利自动电位滴定法在水总碱度测定中的应用茹婕（太原水质监测站有限公司，山西太原030009）摘要 总碱度是衡量水质情况的一项综合性指标，文章利用自动电位滴定仪检测水的总碱度，对检测结果进行精密度和加标回收率的分析，并且与酸碱指示剂法进行了比较。结果表明，电位滴定仪测定总碱度的结果，有较高的精密度和较好的回收率，相比于酸碱指示剂法减少了误差，提高了工作效率，因此电位滴定法可以应用于测定水的总碱度，对同类检测有一定的借鉴意义。关键词 碱度；电位滴定法；酸碱指示剂法中图分类号 O348.2；TU46+1文献标识码 A文章编号 1004-7042（2023）05-0048-03水资源是人类赖以生存发展所不可或缺的资源，水体环境污染是破坏水资源的主要途径，所以水质检验作为评价水质状况最可靠的方法，能够发挥早期预警作用1。碱度既可用作水、废水处理流程控制的判断性指标，又可用于评估土壤与水体之间的缓冲能力以及金属在水体中的溶解度和毒性等，因此，它已成为衡量水质的一项重要综合指标。有报道认为饮用水碱度高于 350 mg/L 时，可能发生嘌呤代谢障碍，如摄入过多的重碳酸盐可发生腹泻、营养不良和发育不全等疾病2。虽然可以通过加热处理等方式有效降低，但是也会产生大量水垢，影响饮用口感。在实际生产过程中，水的碱度会对循环冷却水的水质产生一定的影响，从而导致设备结垢和腐蚀3。所以，水的总碱度是衡量水质状况的一个重要指标。1碱度的定义水的碱度是指水中能够与酸性物质进行中和反应的化学物质总量，即水中所含有的能和强酸起定量作用的物质总量5。除了含特殊碱类物质的工业废水外，碳酸盐、重碳酸盐和氢氧化物构成了大部分生活用水、废水和天然水中的碱度。在理化分析中，测定总碱度最常用的方法有两种：一是酸碱指示剂法，二是电位滴定法4。酸碱指示剂法因其操作简单而被普遍应用，但指示剂变色的判断和滴定管的读数都会对测定结果产生较大的影响。电位滴定法是通过捕捉电位滴定曲线的突跃点，来判断特定 pH 值下的滴定终点。本文采用 Metrohm 855 型自动电位滴定仪，对水中总碱度测定的结果进行精密度和准确度的分析，并且与酸碱指示剂法进行了比较，得出自动电位滴定法可以应用于总碱度测定的结论。2仪器与试剂2.1仪器855RoboticTitrosampler自动电位滴定仪（Metrohm，瑞士）；pH 玻璃电极（Metrohm，瑞士）；800 Dosino 自动进样器（Metrohm，瑞士）；分析天平；50 ml 酸式滴定管；100 ml 移液管；250 ml 锥形瓶。2.2试剂无二氧化碳水：在使用前，将蒸馏水或去离子水煮沸 15 min，待其冷却至室温使用。酚酞指示剂：将 1.0 g 酚酞溶解于 100 ml 95%乙醇中，加入纯水溶解并且定容至 200 ml。甲基橙指示剂：将 0.10 g 甲基橙溶解于 200 ml 纯水中。碳酸钠标准溶液（1/2 Na2CO3=0.025 0 mol/L）：无水碳酸钠置于干燥箱中 250益烘干 4 h，称取 1.324 9 g 溶于无二氧化碳纯水并且定容至 1 000 ml 容量瓶中（用于标定盐酸标准溶液）。盐酸标准溶液（0.025 0 mol/L）：取 4.2 ml 浓盐酸（籽=1.19 g/ml），用无二氧化碳水定容至 2 000 ml，用碳酸钠标准溶液进行标定。3实验方法3.1自动电位滴定法3.1.1样品测定用移液管量取 100.00 ml 试样，将其倒入专用滴定技术与应用48山 西 水 利2023 年 5 月 2023 年第 5 期图 1 样品有两个等当点，图 2 样品有 1 个等当点。横坐标为检测样品时滴定消耗盐酸标准溶液的体积，左侧纵坐标为样品 pH 值，右侧纵坐标为滴定样品的电位。从滴定曲线图中可以观察到，当滴加的标准溶液体积接近等当点时，电位值会出现明显的突跃点6。4.2电位滴定仪总碱度测定模式的准确度在上述理论的基础上，选取了三种不同碱度和类型的样品，每种类型取两个样品，并对它们进行了加标回收的试验。在这六个样品中，分别加入总碱度（以CaCO3计）为 60 mg/L 和 30 mg/L 的标准溶液，根据3.1.1 的测定步骤对样品和加标样品进行测定，计算后得出加标回收率为 96.7%耀104.3%，分析结果见表1。表 1自动电位滴定仪测定总碱度的加标回收实验（n=6）4.3电位滴定仪总碱度测定模式的精密度选择高、中、低三种不同浓度的总碱度样品进行检测，每种浓度的样品都根据 3.1 所述的方法连续测样品加标量 60 mg/L加标量 30 mg/L本底值/（mg L-1）测定值/（mg L-1）回收率/%本底值/（mg L-1）测定值/（mg L-1）回收率/%水源水250.6309.197.5250.6281.0101.3222.8284.0102.0222.8251.896.7出厂水217.2278.5102.2217.2246.798.3217.8276.898.5217.8247.799.7管网水213.8272.998.5213.8245.1104.3211.6272.4101.3211.6240.997.7烧杯中。打开 tiamo 2.5 系统，选择总碱度测定模式，把专用滴定烧杯置于样品盘中，以盐酸标准溶液进行滴定。滴定仪可自动记录盐酸标准溶液的滴定体积以及滴定过程中的电位变化，并绘制出 Ph-V 滴定曲线，根据滴定突跃确定滴定终点，系统可根据公式自动进行计算，并记录结果。3.1.2滴定模式参数（1）开始条件：信号漂移关，最小等待时间为 0 秒，最大等待时间为 1 秒；（2）滴定参数：信号漂移为50 mV/min，测量点密度为 4，最小递增体积为 10 滋L；（3）电位评估：无窗口电位评估，等当点识别标准为 30。3.2酸碱指示剂法（1）准备 1 个容量为 250 ml 的锥形瓶，准确量取100.00 ml 试样倒入其中，接着加入 4 滴酚酞指示剂，然后用盐酸标准溶液进行滴定，直至红色刚好褪去，记录盐酸消耗体积 V1。若加酚酞指示剂无色，则直接进行下一项操作。（2）在上述水样中加入 3 滴甲基橙指示剂，使用盐酸标准溶液继续滴定，直到溶液颜色由桔黄色刚好变为桔红色，记录盐酸消耗的体积 V2。盐酸标准溶液总消耗体积 V0=V1+V2。3.3计算总碱度计算：籽=（V1+V2）伊c伊50.05伊1 000V式中：籽样品的总碱度（以 CaCO3计），mg/L；V1滴定至 pH=8.3 时，消耗盐酸标准滴定溶液的体积的数值，mL；V2滴定至 pH=4.5 时，消耗盐酸标准滴定溶液的体积的数值，mL；V样品体积，mL；c盐酸标准溶液浓度，mol/L；50.05碳酸钙（1/2 CaCO3）摩尔质量，g/mol。4结果与分析4.1总碱度测定模式下的滴定曲线选用总碱度测定模式，对不同浓度样品的总碱度进行检测分析，经测定发现，在总碱度测定模式下不同结果可获得图 1 或图 2 的滴定曲线。图 1总碱度模式测定样品的总碱度（2 个等当点）图 2总碱度模式测定样品的总碱度（1 个等当点）技术与应用49SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利定 7 次，得出结果后计算相对标准偏差（relative stan原dard deviation；RSD）为 0.53%1.20%，分析结果见表2。表 2自动电位滴定仪测定总碱度的精密度实验（n=7）4.4两种方法测定总碱度结果的对比根据 3.1 及 3.2 所述的方法，利用电位滴定法和酸碱指示剂法分别对 13 份不同样品（n=13）进行测定比对，两种方法经 t 配对检验分析得出实验结果见表3。计算结果得出 t=0.934，P=0.3690.05。按 琢=0.05 的水准，可得出两种方法测定的结果无显著性差异。5结论与讨论本文以自动电位滴定法为基础，对水中总碱度进行了测定，并对其结果进行了分析。结果表明，自动电位滴定法在测定水的总碱度时，展现出非常好的精密度和准确度，而且与酸碱指示剂法相比较，其结果没有明显的差别。由于电位滴定法在测定水中总碱度时无需加入指示剂，所以不受色度和浊度的影响，避免了判断滴定终点颜色所造成的误差；其次，自动电位滴定仪可以自动记录结果并分析数据，提高了工作效率。因此，自动电位滴定法可以应用于测定水中的总碱度。参考文献1 郭如侠，宋树成.地下水中碱度测定方法研究 J.安徽农业科学，2010，38（2）：858-860.2 凌绍森.水的碱度 J.环境保护，1989（11）：30-31.3 吕桂珍.水中碱度测定的探讨 J.科技创新与应用，2013（11）：102.4 展惠英，景茜，汪雅娟.水样总碱度的测定 J.云南化工.2018，45（9）：89-90.5 魏复盛.水和废水监测分析方法 M.第四版.北京：中国环境科学出版社，2004.6 刘胤璇，王剑飞，姚锴，等.自动电位滴定法测定复混肥料中氯离子含量 J.化工设计通讯，2019，45（12）：85+99.作者简介 茹婕（1991-），女，2014 年毕业于晋中学院生物科学专业，工程师。收稿日期 2023-03-14；修回日期 2023-04-20序号测定结果/（mg L-1）低浓度中浓度高浓度151.1101.1199.1250.799.3200.5349.3100.4200.2449.8100.5201.3550.499.7201.3650.099.3202.0750.4100.9199.4X軍50.2100.2200.5S0.600.741.06RSD/%1.200.740.53样品序号酸碱指示剂法（mg L-1）电位滴定法（mg L-1）149.550.0260.459.9370.970.74100.5100.55117.2117.76142.6142.37155.4154.88165.4164.59176.3176.810188.3188.811226.7227.212248.7247.713265.9264.8技术与应用表 3酸碱指示剂法和自动电位滴定法测定总碱度的样品比较（n=13）全 面 推 进 清 廉 国 企 建 设50