环境监测南开大学第5-12节物理指标检验等.ppt

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1、第五节 物理指标检验,一、水温(一)水温计法(二)颠倒温度计法二、嗅和味(一)定性描述法(二)嗅阈值法,表2.1 嗅强度等级表,三、色度 水颜色的分类 测定方法（一）铂钴标准比色法（二）稀释倍数法,真色,假色,图2.15 铂钴标准比色法标准色列,四、浊度 浊度是反映水中的不溶解物质对光线透过时阻碍程度的指标，通常仅用于天然水和饮用水，而污水和废水中不溶物质含量高，一般要求测定悬浮物。测定浊度的方法有目视比浊法、分光光度法、浊度计法等。测定方法(一)目视比浊法(二)分光光度法(三)浊度仪法五、透明度(一)铅字法(二)塞氏盘法,六、残渣 水中的残渣分为总残渣、可滤残渣和不可滤残渣三种。它们是表征水

2、中溶解性物质、不溶解性物质含量的指标。七、矿化度 矿化度是水化学成分测定的重要指标，用于评价水中总含盐量，是农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一。该指标一般只用于天然水。矿化度的测定方法有重量法、电导法、阴、阳离子加和法、离子交换法、比重计法等。重量法含意明确，是较简单、通用的方法。,八、电导率 电导仪是测定溶液电导或电导率的专用仪器。,图2.16 电阻分压式电导仪原理示意图,式中：Q电极常数或电导池常数；Q=l/A式中：l两平行板极间距；A板极面积。,电导率与电极和电极几何尺寸间的关系K=LQ,九、氧化还原电位,En=Eind+Eref,式中：En被测水样的氧化还原电位，mV；Eind实测水

3、样的氧化还原电位，mV；Eref测定温度下饱和甘汞电极的电极电位，mV。,图2.17 氧化还原电位测定装置1.温度计,2.铂电极,3.饱和甘汞电极,4.玻璃管,5.广口瓶,第六节 金属化合物的测定,金属测定中常用仪器分析方法分子吸收（紫外可见）分光光度法原子吸收分光光度法电位分析法极谱分析法（阳极溶出伏安法）,一、铝,铝是自然界中的常量元素，毒性不大，但过量摄入人体，能干扰磷的代谢，对胃蛋白酶的活性有抑制作用。我国饮用水限值为0.2 mg/L。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）间接火焰原子吸收法分光光度法,图2.19 电感耦合等离子体焰炬示意图 1.感应圈；2.冷却器；3.辅助气

4、；4.炬管；5.试样载气,图2.18 电感等离子体发射光谱仪示意图1.进样器；2.ICP焰炬；3.分光器；4.光电转换及测量部件；5.微型计算机；6.记录仪；7.打印机；8.高频电源；9.功率探测器；10.高频整流器,（二）冷原子吸收法,图2.21 冷原子吸收汞仪工作原理示意图,（三）冷原子荧光法,图2.22 冷原子荧光测汞仪示意图,三、镉,镉属剧毒金属，可在人体的肝、肾等组织中蓄积，造成脏器组织损伤，尤以对肾脏损害最为明显。还会导致骨质疏松，诱发癌症。我国生活饮用水卫生标准规定镉的浓度不能超过0.005mg/L。（一）原子吸收分光光度法火焰原子吸收法石墨炉原子吸收法测定镉、铜、铅,图2.23

5、 原子吸收分析过程示意图,图2.24 双光束原子吸收分光光度计工作原理,A吸光度；待测元素的浓度。,图2.25 标准加入法工作曲线,图2.26 流动注射-原子吸收法原理示意图,（二）双硫腙分光光度法（三）阳极溶出伏安法1.经典极谱分析法原理,极谱分析是一种在特殊电解条件下，根据被测物质在电极上进行氧化还原反应得到的电流-电压关系曲线进行定性、定量分析的方法，其基本装置如图2.27所示。E为直流电源，AB为均匀滑线电阻，加于电解池（极化池）D两电极上的电压可借助移动触点C来调节。V为伏特计，G为检流计（见下页图2.27）。,图2.27 极谱分析基本装置示意图,图2.28 极谱波,id=607nD

6、1/2m2/3t1/6c式中：id平均极限扩散电流；n 电极上反应中电子的转移数；D电极上起反应的物质在溶液 中的扩散系数；m汞的流速；t 在测量id的电压时的滴汞周期；c 在电极上发生反应物质的浓度。,滴汞电极上的极限扩散电流可用尤考维奇（Ilkovic）公式表示：,2.阳极溶出伏安法 阳极溶出伏安法测定要点：（1）水样预处理（2）标准曲线的绘制（3）样品测定,图2.29 阳极溶出伏安曲线,四、铅,铅是可在人体和动植物中蓄积的有毒金属，其主要毒性效应是导致贫血、神经机能失调和肾损伤等。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L。原子吸收分光光度法双硫腙分光光度法阳极溶出伏安法示波极谱法电感耦合

7、等离子体发射光谱法（ICP-AES）,五、铜,铜是人体所必需的微量元素，缺铜会发生贫血、腹泄等病症，但过量摄入铜亦会产生危害。铜对水生生物的危害较大，有人认为铜对鱼类的毒性浓度始于0.002mg/L，但一般认为水体含铜0.01 mg/L对鱼类是安全的。原子吸收分光光度法二乙氨基二硫代甲酸钠萃取分光光度法新亚铜灵萃取分光光度法阳极溶出伏安法示波极谱法ICP-AES法,六、锌,锌也是人体必不可少的有益元素，每升水含数毫克锌对人体和温血动物无害，但对鱼类和其他水生生物影响较大。锌对鱼类的安全浓度约为0.1mg/L。原子吸收分光光度法双硫腙分光光度法阳极溶出伏安法示波极谱法ICP-AES法,七、铬,铬

8、是生物体所必需的微量元素之一。铬的毒性与其存在价态有关，六价铬具有强毒性，为致癌物质，并易被人体吸收而在体内蓄积。二苯碳酰二肼分光光度法 六价铬、总铬火焰原子吸收法测定总铬硫酸亚铁铵滴定法,八、砷,元素砷毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其他砷化物毒性更强。砷化物容易在人体内积累，造成急性或慢性中毒。新银盐分光光度法二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法氢化物发生-原子吸收法原子荧光法测定砷、硒、锑、铋,新银盐分光光度法,注：1.反应管；2.U形管；3.脱胺管；4.吸收管。,图2.30 砷化氢发生与吸收装置示意图,图2.31 氢化物发生-原子吸收测定装置示意图,氢化物发生-原子吸收法,九、

9、其他金属化合物,详细内容可查阅水和废水监测分析方法和其他水质监测资料。,第七节 非金属无机物的测定,1.M=0（P=T）；2.PM（或P0.5T）；3.P=M；4.PM（或P0.5T）；5.P=0（或M=T）。,图2.32 水中碱度组成示意图,测定水的总碱度时，可能出现下列5种情况：,二、pH,pH和酸度、碱度的区别和联系 pH表示水的酸碱性的强弱，而酸度或碱度是水中所含酸或碱物质的含量。同样酸度的溶液，如0.1 mol盐酸和0.1 mol乙酸，二者的酸度都是100 mmol/L，但其pH却大不相同。测定水的pH的方法比色法玻璃电极法,图2.33 pH测定示意图,三、溶解氧（DO）,溶解氧：溶

10、解于水中的分子态氧称为溶解氧。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量降低。测定水中溶解氧的方法碘量法修正的碘量法氧电极法,图2.34 极谱型氧电极的结构示意图,图2.35 溶解氧测定仪原理示意图,四、氰化物,氰化物包括简单氰化物、络合氰化物和有机氰化物（腈）。简单氰化物易溶于水、毒性大；络合氰化物在水体中受pH值、水温和光照等影响离解为毒性强的简单氰化物。测定方法 硝酸银滴定法分光光度法,五、氟化物,氟化物广泛存在于天然水中。有色冶金、钢铁和铝加工、玻璃、磷肥、电镀、陶瓷、农药等行业排放的废水和含氟矿物废水是氟化物的人为污染源。测定水中氟化物的方法离子色谱法离子选择电极法氟试剂

11、分光光度法,图2.36 离子色谱分析流程示意图,图2.37 离子色谱图,离子色谱法：,离子选择电极法：,图2.38 F-选择电极原理示意图,六、含氮化合物,（一）氨氮水中的氨氮是指以游离氨(或称非离子氨,NH3)和离子氨（NH4+）形式存在的氮。测定水中氨氮的方法 纳氏试剂分光光度法水杨酸次氯酸盐分光光度法气相分子吸收光谱法滴定法,图2.39 气相分子吸收光谱仪组成示意图,气相分子吸收光谱法：,（二）亚硝酸盐氮亚硝酸盐氮（NO2-N）是氮循环的中间产物。在氧和微生物的作用下，可被氧化成硝酸盐；在缺氧条件下也可被还原为氨。水中亚硝酸盐氮常用的测定方法N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法离子色谱法气

12、相分子吸收光谱法,（三）硝酸盐氮硝酸盐是在有氧环境中最稳定的含氮化合物，也是含氮有机化合物经无机化作用最终阶段的分解产物。清洁的地面水硝酸盐氮（NO3-N）含量较低，受污染水体和一些深层地下水中（NO3-N）含量较高。水中硝酸盐氮的测定方法酚二磺酸分光光度法气相分子吸收光谱法紫外分光光度法,（四）凯氏氮凯氏氮是指以基耶达（Kjeldahl）法测得的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。可用凯氏氮与氨氮的差值表示有机氮含量。将有机氮转变成氨氮，然后在碱性介质中蒸馏出氨，用硼酸溶液吸收，以分光光度法或滴定法测定氨氮含量，即为水样中的凯氏氮含量。,（五）总氮水中的总氮含量

13、是衡量水质的重要指标之一。其测定方法通常采用过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮化合物转变为硝酸盐，用紫外分光光度法或离子色谱法、气相分子吸收光谱法测定。,七、硫化物,地下水（特别是温泉水）及生活污水常含有硫化物，其中一部分是在厌氧条件下，由于微生物的作用，使硫酸盐还原或含硫有机物分解而产生的。焦化、造气、选矿、造纸、印染、制革等工业废水中亦含有硫化物。测定水中硫化物的主要方法对氨基二甲基苯胺分光光度法碘量法间接火焰原子吸收法气相分子吸收光谱法,间接火焰原子吸收法：,图2.40 硫化物转化吹气装置示意图,八、磷(总磷、溶解性磷酸盐和溶解性总磷),在天然水和废（污）水中，磷主要以各种磷酸盐和有机磷（如

14、磷脂等）形式存在，也存在于腐殖质粒子和水生生物中。磷是生物生长必需元素之一，但水体中磷含量过高，会导致富营养化，使水质恶化。,预处理测定水中磷的主要方法钼锑抗分光光度法孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法,图2.41 测定磷预处理方法示意图,第八节 有机污染物的测定,一、综合指标和类别指标化学需氧量(COD)高锰酸盐指数生化需氧量（BOD）总有机碳（TOC）挥发酚硝基苯类石油类,（一）化学需氧量(COD)化学需氧量是指在一定条件下，氧化1 L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。,测定方法：1、重铬酸钾法（最经典）2、库仑滴定法3、快速密闭消解滴定法或光度法4、氯气校正法,GB/T

15、11914-1989 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法,1.重铬酸钾法 滴定过程,滴定前,接近终点,终点,COD测定实验的结果：,2.库仑滴定法,式中：W电极反应物的质量；I电解电流；t电解时间；96500法拉第常数；M电极反应物的摩尔质量；n每摩尔电极反应物的电子转移数。,公式：,图2.43 库仑滴定式COD测定仪工作原理示意图,3.快速密闭消解滴定法或光度法4.氯气校正法,（二）高锰酸盐指数以高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学需氧量，称高锰酸盐指数，以氧的mg/L表示。该指数常被作为反映地表水受有机物和还原性无机物污染程度的综合指标。化学需氧量（CODCr）和高锰酸盐指数是采用不同的氧化剂在

16、各自的氧化条件下测定的，难以找出明显的相关关系。一般来说，重铬酸钾法的氧化率可达90%，而高锰酸钾法的氧化率为50%左右，两者均未完全氧化，因而都只是一个相对参考数据。,（三）生化需氧量(BOD)生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。测定方法五天培养法（最经典）微生物电极法其他方法,有机物好氧分解的两个阶段,第一阶段称为含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水。第二阶段称为硝化阶段，主要是

17、含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚硝酸盐和硝酸盐。对生活污水及性质与其接近的工业废水，硝化阶段大约在57日以后才显著进行，故BOD5方法测定BOD值一般不包括硝化阶段的。,1.五天培养法,也称标准稀释法。其测定原理是水样经稀释后，在201条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值为BOD5。如果水样五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。很多较清洁的河水就属于这一类水。对于不含或少含微生物的工业废水，如酸性废水、碱性废水、高温废水或经过氯化处理的废水，在测定BOD5时应进行接种，以引入能降解废水中有机物的微生物。当废水中存在着难被一般生活污水中的微生物以正

18、常速度降解的有机物或有剧毒物质时，应将驯化后的微生物引入水样中进行接种。,稀释水,对于污染的地面水和大多数工业废水，因含较多的有机物，需要稀释后再培养测定，以保证在培养过程中有充足的溶解氧。其稀释程度应使培养中所消耗的溶解氧大于2mg/L，而剩余溶解氧在1mg/L以上。稀释水一般用蒸馏水配制，先通入经活性炭吸附及水洗处理的空气，曝气28h，使水中溶解氧接近饱和，然后再在20下放置数小时。临用前加入少量氯化钙、氯化铁、硫酸镁等营养盐溶液及磷酸盐缓冲溶液，混匀备用。稀释水的pH值应为7.2，BOD5应小于0.2mg/L。如水样中无微生物，则应于稀释水中接种微生物，即在每升稀释水中加入生活污水上层清

19、液110mL，或表层土壤浸出液2030mL，或河水、湖水10100mL。这种水称为接种稀释水。为检查稀释水和接种液的质量，以及化验人员的操作水平，将每升含葡萄糖和谷氨酸各150mg的标准溶液以150稀释比稀释后，与水样同步测定BOD5，测得值应在180230mg/L之间，否则，应检查原因，予以纠正。,2.微生物电极法,图2.44 微生物电极BOD测定仪工作原理示意图,图2.45 微生物电极结构示意图,其他方法,图2.46 库仑法BOD测定仪工作原理示意图,（四）总有机碳（TOC）有机碳是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。由于TOC的测定采用燃烧法，因此能将有机物全部氧化，它比BOD5

20、或COD更能反映有机物的总量。,目前广泛应用的测定TOC的方法是燃烧氧化-非色散红外吸收法。,其测定原理是：将一定量水样注入高温炉内的石英管，在900-950温度下，以铂和三氧化钴或三氧化二铬为催化剂，使有机物燃烧裂解转化为二氧化碳，然后用红外线气体分析仪测定CO2含量，从而确定水样中碳的含量。因为在高温下，水样中的碳酸盐也分解产生二氧化碳，故上面测得的为水样中的总碳(TC)。,有机碳的测定,为获得有机碳含量，可采用两种方法：一是将水样预先酸化，通入氮气曝气，驱除各种碳酸盐分解生成的二氧化碳后再注入仪器测定。另一种方法是使用高温炉和低温炉皆有的TOC测定仪。将同一等量水样分别注入高温炉(900

21、)和低温炉(150)，则水样中的有机碳和无机碳均转化为CO2，而低温炉的石英管中装有磷酸浸渍的玻璃棉，能使无机碳酸盐在150分解为C02，有机物却不能被分解氧化。将高、低温炉中生成的CO2依次导入非色散红外气体分析仪，分别测得总碳(TC)和无机碳(IC)，二者之差即为总有机碳TOC)。该方法最低检出浓度为0.5mgL。,（五）挥发酚根据酚类物质能否与水蒸气一起蒸出，分为挥发酚与不挥发酚。通常认为沸点在230以下的为挥发酚（属一元酚），而沸点在230以上的为不挥发酚。酚的主要分析方法4-氨基安替吡林分光光度法溴化滴定法,（六）硝基苯类常见的硝基苯类化合物有硝基苯、二硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯

22、、二硝基氯苯等。它们难溶于水。废水中一硝基和二硝基苯类化合物常采用还原-偶氮分光光度法。三硝基苯类化合物采用氯代十六烷基吡啶分光光度法。,（七）石油类石油类化合物漂浮在水体表面，影响空气与水体界面间的氧交换；分散于水中的油可被微生物氧化分解，消耗水中的溶解氧，使水质恶化。测定水中石油类物质的方法重量法红外分光光度法非色散红外吸收法,二、特定有机污染物,(一)苯系物苯系物通常包括苯，甲苯，乙苯，邻、间、对位的二甲苯，异丙苯，苯乙烯八种化合物。已查明苯是致癌物质，其他七种化合物对人体和生物均有不同程度的毒害作用。气相色谱法原理和仪器 检测器：热导检测器(TCD)和火焰离子化检测器(FID)电子捕获

23、检测器(ECD)和火焰光度检测器(FPD)顶空气相色谱法,图2.48 气相色谱流程示意图,图2.49 色谱流出曲线示意图,图2.50 热导检测器测量原理示意图,热导检测器（TCD）,氢火焰离子化检测器（FID）,图2.51 氢火焰离子化检测器及测量原理示意图,电子捕获检测器（ECD）,图2.52 电子捕获检测器及测量原理示意图,顶空气相色谱法,图2.53 苯系物的标准色谱图,（二）挥发性卤代烃挥发性卤代烃主要指三卤代烃、四氯化碳等。各种卤代烃均有特殊气味和毒性，可通过皮肤接触、呼吸或饮水进入人体。测定水样中卤代烃的方法顶空气相色谱法（HS-GC）吹脱捕集气相色谱法（P&T-GC）顶空气相色谱-

24、质谱法（HSGC-MS）,顶空气相色谱法,图2.54 五种卤代烃标准色谱图,（三）氯苯类化合物氯苯类化合物有12种异构体，其化学性质稳定，在水中溶解度小，具有强烈气味,对人体的皮肤和呼吸器官产生刺激，进入人体后，可在脂肪和某些器官中蓄积，抑制神经中枢，损害肝脏和肾脏。氯苯类化合物主要来源于染料、制药、农药、油漆和有机合成等工业废水。采用气相色谱法可对水样中各种氯苯化合物分别进行定性和定量分析。1.氯苯的测定 2.氯苯类化合物的测定,图2.55 氯苯类化合物标准色谱图,氯苯类化合物的测定,（四）挥发性有机污染物凡在标准状态（273K，101.325kPa）下，蒸气压大于0.13 kPa的有机物（

25、不包括有机金属化合物和有机酸类）为挥发性有机化合物。测定方法气相色谱法气相色谱-质谱法（GC-MS）,图2.57 COCs2混标的气相色谱图,图2.56 COCs1混标的气相色谱,气相色谱-质谱法,图2.58 GC-MS联用仪组成方块图,图2.59 VOCs总离子流色谱图,第九节 底质监测,一、底质监测的意义和目的了解水环境污染现状，追溯水环境污染历史，研究污染物的沉积、迁移转化规律和对水生生物，特别是底栖生物的影响；对评价水体质量，预测水质变化趋势和沉积污染物对水体的潜在危险提供依据。,二、样品的采集,底质监测断面的位置应与水质监测断面重合，采样点在水质采样点垂线的正下方。湖（库）底质采样点

26、一般应设在主要河流与污染源水进入后与湖（库）水混合均匀处。,三、样品的制备、分解和提取,制备脱水筛分 分解或浸取硝酸-氢氟酸-高氯酸或王水-氢氟酸-高氯酸分解法硝酸分解法水浸取法 有机污染物的提取 索氏提取器提取法、超声波提取法、超临界流体提取法、微波辅助提取法（MAE）,四、污染物质的测定,底质中的污染物也分为金属化合物、非金属化合物和有机化合物，其具体测定项目应与相应水质监测项目相对应。通常测定镉、铅、锌、铜、铬、砷、无机汞、有机汞、硫化物、氰化物、氟化物等金属、非金属无机污染物和酚、多氯联苯、有机氯农药、有机磷农药等有机污染物。,第十节 活性污泥性质的测定,一、活性污泥中的微生物细菌：菌

27、胶团、球衣细菌、其他细菌原生动物藻类,其他细菌及原生动物,图2.60 各种菌胶团,图2.61 球衣细菌,图2.62 白硫细菌和硫丝细菌,图2.63 各种钟虫和轮虫,二、活性污泥性质的测定 污泥沉降比 将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进1000 mL量筒中至满刻度，静置30 min，则沉降污泥与所取混合液之体积比为污泥沉降比（%），又称污泥沉降体积（SV30），以mL/L表示。污泥浓度 1 L曝气池污泥混合液所含干污泥的重量称为污泥浓度。污泥体积指数（SVI）污泥体积指数简称污泥指数（SI），系指曝气池污泥混合液经30 min沉降后，1 g干污泥所占的体积（以mL计）。,本章作业,第14、17、20、30题学习委员下周三前交化工楼203本作业作为平时成绩之重要依据,