水中重金属离子的测定.pdf

一、 实验目的与要求1、掌握水的前处理和消解技术2、了解水中重金属的测定方法，掌握原子吸收分光光度计的测定技术3、了解利用 AAS测定水的硬度和测定废水中SO42+4、了解水中重金属的种类、危害及有关知识，掌握水中重金属污染分析与评价的方法5、掌握水样的处理方法技术，并小结以前的处理方法通过测定水中Cr、Pb的含量分析所取水样的污染程度二、实验方案1、原理（1）火焰原子吸收光度法是根据某元素的基态原子对该元素的特征谱线产生选择性吸收来进行测定的分析方法将试样溶液喷入空气乙炔火焰中，被测的元素化合物在火焰中离解形成原子蒸汽，由锐线光源 （元素灯） 发射的某元素的特征普线光辐射通过原子蒸汽层的时候，该元素的基态原子对特征普线产生选择性吸收在一定的条件下， 特征普线与被测元素的浓度成正比通过测定基态原子对选定吸收线的吸光度，确定试样中元素的浓度原子吸收法具有很高的灵敏度每种元素都具有自己为数不多的特征吸收普线，不同元素的测定采用相应的元素灯，因此普线干扰在原子吸收光度法中是少见的影响原子吸收光度法准确度的主要是基体的化学干扰由于试样和标准溶液的基体不一样，试样中存在的某种基体常常影响被测元素的原子化效率，如在火焰中形成难离解的化合物，这时就会发生干扰作用。

一般说来Cu ，Zn，Pb，Cd的基体干扰不是很严重2）干扰及消除共存元素的干扰受火焰状态和观测高度的影响很大，在实验的时候应该特别注意 因为铬的化合物在火焰中易生成难以熔融和原子化的氧化物， 因此一般在试液中加入适量的助熔剂和干扰元素的抑制剂，如 NH4Cl （K2S2O7 ，NH4F ，NH4ClO2 ） 加入 NH4Cl可以增加火焰中的氯离子，使铬生成易于挥发和原子化的氯化物，而且NH4Cl还可以抑制 Fe，Co ，Ni，V，Al，Pb，Mg的干扰3）适用范围 本方法可以适用于地表水和废水中总铬的测定，用空气 - 乙炔火焰的最佳定量分析范围是0.1-5mg/L 最低检测限是 0.03mg/L2、试剂浓硝酸、双氧水、氯化铵、3mol/L 盐酸、三个染料公司的废水待测水样3、仪器原子吸收分光光度计（美国安捷伦7890A-5975C ）闭塞关若干及实验室常用仪器表 1. 仪器的工作参数项目Cd Cr 光谱带宽0.4 毫微米0.4 毫微米灯电流2 毫安2 毫安燃烧器高度6 毫米8 毫米空气压力0.3 兆帕0.3 兆帕乙炔压力0.09 兆帕0.09 兆帕空气流量6.5 升/ 分6.5 升/ 分乙炔流量1.0 升/ 分2.5 升/ 分火焰类型氧化性兰色焰氧化性黄色焰波长324.7 毫微米357.9 毫微米4、实验步骤水样预处理本小组分别取 1，2，3 三个公司的废水做水样， 各取 100mL于烧杯中， 编号为①，②，③，各加入5mL的浓硝酸摇匀后放在电热板上加热消解至约85mL的时候取出加入 5mL的浓硝酸和 2mL的双氧水，继续放在电热板上加热至大约75mL的时候取出，冷却至室温，加入10mL的盐酸和 2mL10% 的氯化铵，转移到100mL的比色管，定容到100mL,待测。

测定步骤（注：由于条件限制本过程有老师测定）① 风机---- 压缩机 ----电脑----气瓶---- 电源主机（开机过程） ；② 通过电脑打开桌面上的WFX210 控制软件，进入方法编辑-创建新的方法；③ 改参数（仪器条件，测量条件，工作曲线参数，火焰条件）④ 样品清单的设定和输入 ---- 仪器自动波长 --- 点火（准备过程）⑤ 用空白调节吸光度为0，然后从浓度低到高依次测定标准系列⑥ 察看标准曲线吸光度及相关系数（r 大于 0.995 以上）和曲线方程；⑦ 照序号测定样品—然后输入打印结果⑧ 按照稀释或者浓缩的倍数进行计算（mg/L）三、实验结果与数据处理1、标准曲线的绘制表 2 Cr 标准溶液浓度及其吸光度Cr 浓度 ug/mL 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 Abs -0.0003 0.0153 0.0356 0.0539 0.0812 0.0978 图 1. Cr 标准溶液浓度及其标准曲线根据标准曲线所得规律和实验结果可以算得每个公司的废水中Cr 的含量（根据实验结果软件已经直接算出）表 3 三个公司废水中Cr 实验结果表（ mg/L）公司 1 公司 2 公司 3 第一组1.237 2.430 3.520 第二组1．775 2.412 3.752 第三组2.500 2.463 2.955 第四组2.162 3．550 3.371 第五组1.412 2.770 2.587 y = 0.020x - 0.003 R2 = 0.994-0.0200.020.040.060.080.10.120.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 AbsCr浓度（ μ g/mL)平均1.817 2.725 3.437 图 2 各个公司废水中Cr 含量比较表 4 Pb 标准溶液浓度及其吸光度Pb浓度0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 Abs 0.0015 0.0319 0.0566 0.0898 0.1172 0.1524 图 3Pb标准溶液浓度及其标准曲线根据标准曲线所得规律和实验结果可以算得每个公司的废水中Cr 的含量（根据实验结果软件已经直接算出）表 5 三个公司废水中 Pb实验结果表（ mg/L）公司 1 公司 2 公司 3 00.511.522.533.54123Cr浓度（μg/mL)公司系列 2系列 3系列 4系列 5y = 0.014x + 0.000 R2 = 0.99800.020.040.060.080.10.120.140.160.180.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 AbsPb浓度（ μ g/mL)第一组39.872 36.475 50.161 第二组38.890 29.935 58.615 第三组42.479 40.797 27.905 第四组30.832 35.815 41.778 第五组20.835 23.235 31.887 平均34.582 33.251 42.069 图 4 各个公司废水中Pb含量比较四、结论1. 数据可靠性分析通过对水中重金属Cr 和 Pb的标准阶梯测定测定， 经处理绘制出标准曲线图如图 1. 水中重金属 Cr 测定标准曲线和图2. 水中重金属 Pb测定标准曲线所示，标 准 曲 线 分 别 为 ： y=0.0202x+0.0032和y=0.0149x+0.0004其 相 关 系 数R1=0.9946（Cr） ，R2=0，998（Pb） ，可见实验测得 Cr 标准曲线的拟合程度（小于实验室要求 0.995 ）一般，而 Pb 标准曲线的拟合程度较好，能用于转换水样中重金属 Pb的含量。

而若用该标准曲线换算Cr 浓度，则存在一定的偏差根据实验结果表算出每个公司的数据的标准偏差σ，相对标准偏差 CV 表 6 Cr 结果评价表公司1 2 3 标准偏差 σ8.831 6.805 12.685 010203040506070123Pb浓度（μg/mL)公司系列 1系列 2系列 3系列 4系列 5相对标准偏差 CV 25．5% 20．5% 30．2% 表 7 Pb 结果评价表公司1 2 3 标准偏差 σ0.522 0.484 0.516 相对标准偏差 CV 28．7% 17.8% 15．0% 本实验废水是用火焰原子吸收光谱法测定，该方法选择性强， 灵敏度高， 分析范围广，精密度好，根据前人的研究消解过程中加入氯化铵能够提高实验准确度，消解的过程中操作人员熟练操作消解过程中，所以测出的各公司的废水的总Cr,Pb 的含量可靠但是由上表可以看出本次实验的相对标准偏差都比较大，与理论的测定偏差大很多即学生测定的数据准确性不够2、污染评价参考《地表水环境质量标准》 （GB 3838-2002） ，依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：I 类：主要适用于源头水、国家自然保护区；II类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍惜水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场；III类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及及游泳区；IV 类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

标准规定了对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类， 不同功能类别执行相应类别的标准值水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值其中水中重金属Pb、Cr 的目标限值如表 4-1 所示表 8 水中重金属 Pb、Cr 的浓度限值单位： mg/L 分类项目I II III IV V 镉 Pb ≤0.01 0.01 0.05 0.05 0.1 铬 Cr（六价）≤0.01 0.05 0.05 0.05 0.1 注：以上数据来自《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）表 9、 城镇污水部分一类污染物最高允许排放浓度（日均值）单位： mg/L 序号项目标准值1 总 Cr 0.1 2 总 Pb 1.0 （数据来源《污水综合排放标准 GB8978-1996》 ）参考表 9 可知，公司 1、2、3的水样中的 Cr 与 Pb浓度严重高出地表水的正常允许浓度， Cr 分别超出了 17，26，33 倍，Pb分别超出了 34，32，41 倍对比表 8 相比于Ⅰ类地表水要求，公司1、2、3 的水样中 Pb浓度分别超出3457、3324、4205倍，相比于Ⅴ类地表水，则Pb分别超出 344，331，419 倍。

经此分析可知，三个公司的污水中Cr 与 Pb的浓度非常高， 受 Cr 和 Pb污染严重 而总铬方面，由于地表水环境质量只有六价铬标准，而本实验中测定的是总铬， 故不依此标准作 Cr 的污染分析与评价综合上述分析，三个印染公司的污水中，总Cr、总 Pb的浓度都非常高，污水的重金属污染程度严重3、处理建议目前处理重金属离子废水处理常用的工艺主要分为一下几大类：（1）物化法：利用加入絮凝剂、 助凝剂在特定的构筑物内进行沉淀或气浮，去除污水中的污染物的一种化学物理处理方法 但该类方法由于加药费用高、去除污染物不彻底、 污泥量大并且难以进一步处理，会产生一定的“二次污染”，一般不单独使用，仅作为生化处理的辅助工艺； （2）生化法：利用微生物的作用， 使污水中有机物降解、被吸附而去除的一种处理方法由于其降解污染物彻底，运行费用相对低，基本不产生“二次污染”等特点，被广泛应用于印染污水处理中3）吸附法：处理水中的重金属主要是通过吸附材料的高比表面积的蓬松结构或者特殊功能基团对水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附4）絮凝沉淀法： 在含有重金属离子的水中加入特殊的絮凝材料或者调节水中pH值使得水中的重金属离子富集沉淀。

（5）膜分离技术：将水进行适当前处理，如：氧化，还原，吸附等手段之后，将水中的重金属离子转化为特定大小的不溶态微粒，然后通过滤膜讲重金属离子除去6）有机材料法：通过合成高分子材料或对现有材料进行改性接枝， 赋予其新集团、新功能，使所得材料可与水中的重金属离子发生离子交换，化学吸附或整合等作用，从而将重金属离子去除五、问题与讨论1. 原子吸收可以测定废水中SO42-吗？如果能测定请举例说明， 如果不能测定的话请说明理由答：可以用原子吸收法测定水中SO42-如用火焰原子吸收光谱法间接测定水中硫酸盐 其原理是用待测定的废水中的硫酸盐与铬酸钡悬浊液反应释放出铬酸根，再以火焰原子吸收光谱法测定释放出的铬酸根的浓度，间接测定废水中硫酸根试验方法：移取一定量的硫酸盐标液与25m。