浅谈环境水质分析中的分析项目和分析方法

■廖秀林

（阆中市环境监测站四川阆中637400）

浅谈环境水质分析中的分析项目和分析方法

■廖秀林

（阆中市环境监测站四川阆中637400）

环境水质现在已经越来越差，水体当中含有大量有害物质，比如重金属砷、挥发酚等有机化合物，这些化合物在水中大部分毒性强烈，并有着强致癌性质而且能够消耗水中溶解氧，对人体以及动物会产生非常严重的危害。因此对于水中化学需氧量、挥发酚以及重金属砷等有害物质的检测对于水质的好坏评价有着非常重要的作用。针对以上三种物质的分析方法，目前国内大多采用容量分析法、分光光度法和原子荧光法来对这几项指标进行分析。

水质 需氧量 挥发酚 重金属砷

0 前言

化学需氧量（简称COD）指的是在一定的条件当中，我们氧化1L的水样中还原型物质所需要消耗的氧化剂的量，就是化学需氧量，我们用所需氧的量（即mg/L）来表示。它所反映的是水体中还原性物质所造成污染的具体程度。其中的还原性物质多种多样，主要包括一些有机物、亚铁盐以及硫化物等物质。由于现如今的水体被有机物污染是非常普遍的现象，所以我们把化学需氧量这一指标也作为对有机物相对含量的检测指标之一。重金属的定义也是多种多样，其中我们最常见的一种定义是，密度大于5的金属就统称为重金属，并且我们平时了解的大多数金属都算是重金属。在这里我们要检测的主要是那些对生物或者人体有明显毒性的一些重金属，比如铅、汞、砷等金属，在本文里面，我们以砷为例来进行检测。根据酚类是否能够随着水分的蒸发一起蒸发到空气当中，可以分为挥发酚和不挥发酚。由于酚类属于是原生质病毒，对于人体的摄入会造成一定的中毒现象，长期摄入有酚病毒的水源，可以对人体的神经系统造成各种症状。

1 化学需氧量的分析方法

1.1 化学需氧量对环境水质的影响

随着我们生活的发展，工业化越来越发达，在不断积累财富的同时，对于环境水质的污染也越来越严重。由于水是人类赖以生存的重要资源，对于水受污染后会造成重大的危害，尤其是其中的化学需氧量占据了重要指标。为了针对日益恶化的水体环境，在我国包括“九五”“十五”“十一五”规划期间都对此制定了非常详尽的方针。由于化学需氧量是关于评价水体污染的当中一项非常重要的综合指标，能够映射出水体受到相关有机基质污染的具体程度，在包括造纸、化工厂、制药等工厂排水方面都要做出严格检测。这些污染能够随着细菌或者微生物的传播或者生化作用而进行分解以及氧化，当水中拥有大量的微生物并对水质中的溶解氧进行大量消耗的时候，水质就会发黑并且散发出臭味，甚至可能杀死水中的生物。

1.2 实验原理

分光光度法[1]，也就是我们常说的比色法，这种方法测定化学需氧量的原理主要是，在浓硫酸等强酸性的介质当中，所测试的水样里面拥有的有机物被氧化剂所氧化，在水体的清洁度比较高的情况下，即化学需氧量小于150mg/L的时候，在使用420纳米的波长段内测量剩余Cr的含量；在水体的清洁度差一些的情况下，即化学需氧量大于150mg/L的时候，在使用620纳米的波长段内测量反应瓶当中剩余Cr的含量。这种方法有着量少、快速、方便的优点，在平常的水质监测当中常常被使用到。

1.3 实验步骤

1.3.1 选择消解时间

消解时间对于超声波消解法当中的消解过程有着非常重要的影响，我们在实验的时候，对于超声波所需要的消解时间进行了专门的考察和分析。我们在化学需氧量大约为100mg/L的标准液体当中，加入0.12克的HgSO4，并同时加入大约0.9毫升的浓硫酸，轻轻晃动容器使里面的溶剂溶解，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，在温度为80℃的水浴里分别消解3分钟、5分钟、8分钟、10分钟、12分钟，冷却到室温温度，然后用蒸馏水做参考来进行比较，在420纳米波长处，用722型号的分光光度计测量它的吸光度。最后可以得出结论，在超声波的消解时间大概为8分钟的时候，吸光度的数值是最大的，8分钟以后，即使继续加热，吸光度值也不会产生变化，所以我们选择最佳的消解时间是8分钟。

1.3.2 超声波消解曲线图的绘制

我们取化学需氧量浓度分别是0、25、50、100、150、200、250、300的标准液体各6毫升，分别在各液体当中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升浓硫酸，轻轻晃动容器使里面的溶剂溶解，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，在温度为80℃的水浴里面消解8分钟，然后冷却到室温温度，在420纳米的地方，用蒸馏水作为参比溶液，用722型号的分光光度计测量它的吸光度。

1.3.3 使用超声波进行消解，测定自来水当中化学含氧量的含量

我们取6毫升自来水，分别在各液体当中加入0.12克的Hg-SO4，0.9毫升浓硫酸，轻轻晃动容器使里面的溶剂溶解，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，在温度为80℃的水浴里面消解8分钟，然后冷却到室温温度，在420纳米的地方，用蒸馏水作为参比溶液，用722型号的分光光度计测量它的吸光度。测量得到它的吸光度数值为1.125，根据上述工作的曲线可以得出结论，自来水当中的化学含氧量浓度大约在20mg/L左右。

1.4 结论

由以上实验可以得出结论，应用分光光度法进行水样化学含氧量测定，精确度以及准确度都比较理想，对于实验室当中质量控制的要求也比较符合。目前我国对于环境水质当中化学需氧量的测定大多采用传统方法，即回流消解-滴定法，这种方法虽然重现性比较好，但是需要对于回流处理样品再次加热，实际实验当中需要的用量比较大，分析所用的时间比较长，能耗也比较大。使用超声波消解分光光度法测定水中的化学需氧量，这种方法自动化程度高、操作也比较方便，分析的速度也很快，试剂所需用量相对较少，值得全国广泛推广使用。

2 挥发酚的分析方法

2.1 挥发酚的来源以及对环境水质的危害

在日常工业当中，比如造纸、炼油、工厂排污以及炼焦、合成氨、工业防腐等排出来的废水都能够产生挥发酚。挥发酚属于超高含毒物质，当人体内摄入到一定量的挥发酚时，就可能出现类似急性中毒的症状，一些紧邻排污水河流的居民，长期饮用含有挥发酚的水源时，也会出现类似于慢性中毒比如头昏脑胀、出诊、喷血以及其它一些神经系统方面的症状。当水中挥发酚的浓度较低，不超过0.2mg/L时，就能够使得河流当中的鱼虾产生明显的异味，浓度超过0.2mg/L时，河中的鱼虾可能会立即死亡。另外，酚类较高的水质也不适用于来浇灌农田，这会导致田中农作物的减产甚至枯死。

2.2 实验原理

挥发酚类化合物在pH值大约10左右的介质当中，在铁氰化钾作用下，会与4-氨基安替比林发生化学反应，并且能够生成橘红色的因多酚安替比林染色原料，这种燃料在水溶液510纳米波长的地方能够最大吸收。通过研究得到结论:在各种酚类的化合物里面，羟基对位的取代基可以阻止反应的进行，氨基安替比林在对于酚的耦合在对位比在邻位更加多见,如果对位被元素取代之后，但是邻位并没有被取代的情况下，不会呈现颜色的反应，使用光程是20毫米的比色皿进行测定时，酚最低的浓度达到0.1mg/L才能够被检测出来。

2.3 实验步骤

2.3.1 绘制校准曲线

在8支容量为50毫升的比色管当中，分别加入0、0.5、1、3、5、7、10、12.5毫升，浓度为10mg/L的苯酚标准溶液，加入20毫升水和0.5毫升缓冲溶液，摇晃均匀，这个时候pH值在10左右，然后加入4-氨基安替比林溶液和铁氰化钾溶液各1毫升，混合均匀，放置10分钟，然后在510纳米波长处，用水做参比，用20毫米比色皿测定其吸光度。

2.3.2 水样测定

分别取一定量的水样放进50毫升的比色管当中，然后加入一定量的水和缓冲溶液，缓慢摇晃均匀稀释到50毫升，再加入4-氨基安替比林溶液和铁氰化钾溶液各1毫升，混合均匀，放置10分钟，然后在510纳米波长处，用20毫米比色皿测定吸光度，减掉空白试验的吸光度，根据标准曲线计算水样中挥发酚含量。

2.3.3 数据的处理

在吸光度经过空白校正之后，可以求得吸光度对于苯酚含量的回归方程，把水样测定吸光度减掉之前得到的空白值之后，我们将之代入回归方程，就可以得到水样里面挥发酚的含量，并且可以根据水样的体积来计算得到我们所取环境水质当中挥发酚的含量。最后我们就可以根据所得数据来绘制出吸光度对于苯酚含量的校准曲线，并且可以根据图中曲线判断出测量结果。

3 重金属砷的分析方法

3.1 重金属砷对于人体的危害

随着一些化工产品越来越多的被应用到现实生活中，各种化工厂如雨后春笋般冒了出来，然而相关的环保设施以及检测设备并没有与时俱进。尤其是一些制药、冶金以及颜料等行业，更是排出大量含有重金属砷的废水，世界各地不断有砷中毒的报道[2]。在我们平常接触的环境水质当中，尤其是饮用水当中，如果重金属砷的含量超标，会对人体造成极大伤害，这种伤害具有非常强烈的隐蔽性、长期性以及不可逆转的特性。和其它类型的污染物非常不同，在重金属中毒的初期，症状是非常轻微的，非常不容易引起人们的注意，但是长时间引用这种重金属含量超标的水质，危害是非常巨大的，尤其是砷，能够导致人体神经系统疾病，出现中毒甚至死亡的情况。

3.2 实验原理

在酸性的环境当中，重金属砷能够和硼氢化钾发生反应从而生成砷化氢，通过载气带进石英原子化器当中，砷化氢就会分解成为原子态的砷。使用我们特制探测仪器灯光的照射之下，其中的基态的砷原子就会被激发到高能态，然后对其进行去活化使之回到基态时，会有一定特征波长的荧光发射出来，在一定的浓度范围内，它发射出来的荧光强度和其中砷的含量成正比，由此我们就可以通过所测定得到的标准曲线来计算出环境水质中重金属砷的含量。

3.3 实验步骤

3.3.1 绘制校准曲线

我们分别取砷标准溶液各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，再使用蒸馏水稀释至刻度，砷元素的浓度分别是0、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0、20.0ng/mL，然后在这些标准溶液当中分别加入1毫升的盐酸和1毫升的硫脲-抗坏血酸溶液，分别摇晃均匀，在室温下放置15分钟，然后上机进行检测。

3.3.2 水质测定

我们将所取得的一定体积的环境水样倒入容量瓶当中，再使用蒸馏水分别加入各个容量瓶当中，使其达到100毫升处，然后在这些标准溶液当中各自加入1毫升的盐酸和1毫升的硫脲-抗坏血酸溶液，分别摇晃均匀，在室温下放置15分钟，通过仪器检测到其中发射出来的荧光强度，对照之前绘制出来的校准曲线，从而可以推算出环境水质当中重金属砷的含量。

3.3.3 结果分析

由于荧光强度会随着硼氢化钾浓度的增大而逐渐增大，当硼氢化钾的浓度不足或者过低的时候，其还原能力不足，得不到明显的荧光强度，在硼氢化钾浓度过高时，荧光强度反而下降，只有硼氢化钾浓度在1.5～2.5左右的时候，荧光强度才能够基本恒定。根据我们所测量出来水质样品当中的荧光强度，通过标准曲线可以查到样品溶液当中重金属砷的浓度，并且根据多次测定出来的结果来求得其平均值以此来进行计算。

4 小结

伴随着我国改革开放以来社会的不断发展以及经济基础建设快速可持续的增长，我们生活当中的废水以及工农业所排出的污水、农药、化学残留不断增多，人类赖以生存的环境水质遭受到了极大的破坏，并且呈现愈演愈烈的形势。当水质受到影响达到一定限度的时候，对于生态环境以及人类的健康也会造成很大威胁。因此对于环境中水质的检测也更加得到人们的重视，对此检测的要求也越来越严格，同时也研发出越来越多的检测方法，但是其中也是各有利弊，本文当中应用的主要是分光光度法、原子荧光法来对此进行检测。但是这项监测工作是一项长期的工作，不可能在三年五年的时间当中全部完成，需要各方面人士的共同努力才能做到更好，同时还要依赖各种工厂以及所有居民的共同努力，才能够使环境水质得到改善，争取为水质监测做出巨大贡献。

[1]张国勋.化学需氧量光度测定法探索 [J].环境检测管理与技术，1996，（5）.

[2]庄金陵.砷对世界地下水源的污染 [J].矿产与地质，2003，177-178.

X8[文献码]B

1000-405X（2016）-5-388-2

廖秀林（1987～），女，硕士研究生，助理工程师，研究方向为环境中水质分析。