水分析化学课件ppt

*水分析化学WaterAnalyticalChemistry*思考（1）纯净水、自来水、矿泉水、地下水、河湖水、海水、城市污水等本质的区别是什么？科学的鉴别方法是什么？（2）如何评价环境水体质量？水中有哪些污染物？含量是多少？对环境、生物有没有危害？（3）城市给水、污水处理工艺的确定依据是什么？处理效果如何评定？(4)新的水处理工艺技术研发评价的依据？….*课程定位 给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定十门骨干课程之一。 教学时数56学时，其中课堂教学40学时，实验教学16学时。 先修课程：普通化学、有机化学和物理化学*水分析化学课程的学习目标*教学方式 课程讲授：核心的、最具价值的 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 ，深讲；把握学科的思维方式和研究方法。 内容总结、讨论、习题课、参观：围绕课程知识点归类总结、大型仪器应用演示与认识参观等 课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目 课程材料：教材、多媒体教学 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 **学习方法与答疑安排1、学习方法:（1）预习、听讲、记笔记；（2）课后复习消化、做作业；（3）实验验证；（4）课堂讨论(5)期末整理总结课程内容脉络，形成知识构架；*实验教学方式 试验录像演示：实验录像 实际操作：利用实验项目培养学生 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的操作技能和分析问题解决问题的能力 考核方式：实际操作、口试相结合*教学要求及成绩评定1、课后作业：1~3题/次课1篇关于水质分析方面的综述性论文　　　或水质分析 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计（可选）2、平时小测验：1次/3~4章3、成绩评定:平时作业和小考5%；实验15%；期末80%*教材和主要参考书黄君礼，水分析化学，第三版，中国建工出版社郝瑞霞，吕鉴等，水质工程学试验与技术，北京工业大学出版社国家环境保护总局、《水和废水检测分析方法》编委会，水和废水检测分析方法，第四版4.李克安，分析化学教程，北京大学出版社5.武汉大学教研室编：分析化学（第四版）6.华东理工大学、成都科学技术大学分析化学教研室编，分析化学（第四版）*第1章绪论（2学时）1.1水分析化学性质和任务1.2水分析化学的分类1.3水质指标与水质 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 1.4国内外水质指标体系（自学）*分析化学(analyticalchemistry)是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息科学。1.1水分析化学性质和任务*社会科学、考古学人类学和法医学分析化学化学学科的所有分支物理、天体物理、天文和生物物理工程学、民事、化学、电以及机械医学、临床化学药物化学、药学毒物学生物学、植物学、遗传学、微生物学、分子生物学和动物学地质学、地球物理学、地球化学和古生物学环境科学、生态学和海洋科学农业、动物科学农作物科学、食品科学、园艺学和土壤科学材料科学、冶金学和高分子科学等学科1、秦始皇陵的传说：据《史记·秦始皇本纪》记载，秦始皇陵地宫内“以水银为百川、江河、大海”。用测汞仪测定了125900m2陵墓封土中的汞含量，发现1200m2强汞异常区，土层越深，汞含量越高，估计汞的总量再100吨左右。其在陵墓区的分布类似于我国渤海黄海的地理位置。秦始皇以水银为江河大海的目的，不单是营造恢宏的自然景观，在地宫中弥漫的汞气体还可使入葬的尸体和随葬品保持长久不腐烂。而且汞是剧毒物质，大量吸入可导致死亡，因此地宫中的水银还可毒死盗墓者。2、检验牛顿头发中重金属含量揭开牛顿死因：牛顿临终时人们剑侠一绺头发留做纪念，后来人们用X-荧光分析和中子活化分析检验其头发，发现牛顿头发中重金属铅、汞、砷等含量非常高，解开了牛顿晚年失眠、记忆力衰退、抑郁症和死亡之谜，进一步推断，牛顿长期在实验室加热金属，环境被严重污染造成的。*水的循环与水质污染水的自然循环*水的特性 与同族元素（硫等）氢化物相比，具有相对高的熔点和沸点 温度体积效应异常：冻结时膨胀、0~4℃时体积随温度升高而降低、4℃是体积最小，密度最大 热容量最大：除液氨外，所有液体和固体物质中，水的热容量最大—调节气温 具有强溶解性、强反应能力的溶剂：介电常数很大（使溶质电离能力强），许多物质在水中溶解度大，电离度大，可发生各种化学反应 强流动能力 较大的表面张力：液体中除汞以外，水的表面张力最大*（1）化学型污染：指排入水体的碱、酸、无机和有机污染物造成的水体污染。（2）物理型污染：指引起水体的色度、浊度、悬浮性固体、水温和放射性等监测指标明显变化的物理因素造成的污染。（3）生物型污染：未经处理生活污水、医院污水等排入水体，引入某些病原菌而造成的污染。水质污染类型*1、水分析化学的任务 研究水及其杂质、污染物的组成、性质 研究水中杂质的含量及其变化情况 研究水中杂质的分析方法本课程重点解决的问题*2、水分析化学的作用 分析测试结果是： 给水排水设计 水处理新工艺开发的依据 水环境评价 废水综合利用效果水资源保护、利用、开发和治理的“眼睛”和“哨兵”*水分析化学与传统分析化学的关系 建立在传统分析化学基础之上， 突出水质指标的工程应用地位， 由水质分析技术引出相关的分析化学理论内容* 按分析方法的原理和手段分： 1、★化学分析法(常量组分)：以化学反应为基础的分析方法 定义：将水中被分析物质与已知成分、性质和含量的物质发生化学反应，产生具有特殊性质的新物质，由此确定被测物质的存在以及组成、性质和含量。重量分析：Ba2+SO42-残渣分析滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀1.2 水分析方法分类* 2、仪器分析法(微量或痕量组分)：用仪器测定被测物质的物理或物理化学性质，以确定水样组成和性质的方法 光学分析法：紫外-可见、红外、荧光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收 电化学分析法：电位、电导、库仑、安培、极谱 色谱法：GC、HPLC、IC 其他：质谱、电子能谱、活化分析、热分析等例：分光光度法测定水中微量铁*按所需试样量大小分方法固体试样质量(mg)液体试样体积(mL)常量>100>10半微量10～1001～10微量<10<1 按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析*问题:(1)ppm（10-6）或ppb（10-9）与mg/L或μg/L两者之间的关系如何？(2)污水中COD含量一般在300~600mg/L，属于常量分析还是微量分析？如果水中某组分含量在μg/L数量级，属于哪类分析？分析化学组分含量单位PPM——partspermillion(10-6)（mg/kg)或（mg/L)PPB——partsperbillion(10-9)PPT——partspertrillion(10-12）*（一）重量分析法（Gravimetry)是通过化学反应及一系列操作步骤使试样中的待测组分转化为另一种化学组成恒定的化合物，再称量该化合物的质量，从而计算出待测组分的含量。称重转化方法有：沉淀、气化、萃取等*重量分析法应用水中不可滤残或悬浮物(SS)总残渣Ca2+、Mg2+、Ba2+硫酸盐总残渣灼烧减重*（二）滴定分析法（Titrimetry） 滴定分析法又称容量分析法：★将已知准确浓度的试剂溶液和被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时所消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出被分析物质的含量的方法标准溶液化学计量点滴定终点*（1）常用术语化学计量比若A、B物质的量分别为nA、nB，滴定的反应比为a：b，则滴定反应的化学计量关系为：***可编辑*（2）滴定误差的产生:用HCl滴定NaOH甲基橙为指示剂（变色范围pH3.1~4.4）化学计量点pH=7HCl标准溶液NaOH溶液甲基橙滴定前过量红——橙——黄pH＜3.13.1-4.4＞4.4滴定终点红色橙色黄色*终点误差来源：（1）变色点和计量点pH不一致；（2）指示剂变色范围大小影响；（3）滴定操作过程的误差*(3)分析化学中的4大滴定 a.酸碱滴定——质子传递(最基础的滴定分析) 用途：检验碱度、酸度 b.络合滴定——络合反应M+Y→MY 用途：测定Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+ 另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰 c.沉淀分析——沉淀反应Ag++Cl-→AgCl 用途：测定水中Cl- d.氧化还原滴定——氧化还原反应(特点：电子转移) 用途：测COD等有机污染指标 氧化还原反应也用于废水的化学处理,(如脱CN-，CN-+ClO2→N2)*★（4）滴定分析对化学反应的要求置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI)KMnO41.按一定的反应式定量完成(99.9%以上)2.快(或可加热、催化剂)3.有适当的方法确定终点(指示剂)目测滴定法电位滴定法光度滴定法*（三）化学分析和仪器分析的定量方法比较化学分析法——绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）仪器分析法——相对定量（标准工作曲线）问题：仪器分析方法是否要求所依据的化学反应必须反应完全？标准工作曲线的绘制 No. 标样浓度g/L 吸收值 1 5.00 0.045 2 10.0 0.093 3 20.0 0.140 4 30.0 0.175 5 40.0 0.236 6 试样 0.200图表1 0 0.045 0.089 0.136 0.178 0.236 0.181浓度（ug/mL)A标准工作曲线Sheet1 标样浓度 吸收值 mg/L 0.0 0 5.0 0.045 10.0 0.089 20.0 0.136 30.0 0.178 40.0 0.236 30.0 0.181 试样Sheet1 0.045 0.089 0.136 0.178 0.236 0.181浓度（ug/mL)A标准工作曲线Sheet2 0 0.045 0.089 0.136 0.178 0.236 0.181浓度（ug/mL)A标准工作曲线Sheet3 Sheet3 0 0.045 0.089 0.136 0.178 0.236 0.181浓度（ug/mL)A标准工作曲线 **化学分析与仪器分析方法比较 项目 化学分析法（经典分析法） 仪器分析法（现代分析法） 物质性质 化学性质 物理、物理化学性质 测量参数 体积、重量 吸光度、电位、发射强度、热量、电导、电阻等等 误差 0.1%~0.2% 1%~2%或更高 组分含量 0.01%~1% <0.01%~单分子、单原子 理论基础 化学、物理化学（溶液四大平衡） 化学、物理、数学、电子学、生物、等等 解决问题 定性、定量 定性、定量、结构、形态、能态、动力学等全面的信息** 天然水的组成：由于水的强溶解性、强反应性、强流动性，循环过程中混入各种杂质水—（主要物质）悬浮物质—细菌、藻类、原生动物、泥砂、粘土等颗粒物胶体物质—硅、铝、镁的水合氧化物、粘土、腐殖质等高分子化合物8大离子：Ca2+Mg2+K+Na+HCO3-SO42-Cl-NO3-离子状物质少量重要离子：H+OH-CO32-溶解物质金属离子：Mn+（水合氧化物）溶解气体：CO2O2有机物，等1.3水质指标与水质标准*1.3.1水质分析指标：表示水中杂质种类和数量，判断水污染程度的具体衡量尺度一、物理指标* 2种测量方法:文字描述法：臭强度报告（无、微弱、明显、强、很强）臭阈值法：用无臭水稀释至闻出最低可辨臭气时的稀释倍数饮用水标准为：臭阈值≤2（一）臭味测量方法*1、颜色分类真色：过滤除去悬浮固体后的水样颜色表色：未经沉淀、分离的原水颜色2、测量方法:铂钴比色法（清洁水)K2PtCl6+CoCl2·6H2O1度=1mg/LPt.0.5mg/LCo稀释倍数法（污染严重水）饮用水标准为：真色≤15度（二）颜色指标——色度的测量方法*溶解性固体（DS）有机物1、总固体（TS）（滤液蒸干103～105℃水样蒸干或180℃烘干恒重）无机物:总含盐量105～110℃　　　　　　　　　　　　　　烘干恒重悬浮固体（SS）漂浮物有机物VSS（总残渣）（总不可过滤残渣过滤悬浮物（600℃灼烧）103～105℃烘干恒重）可沉物无机物NVSS饮用水标准为：溶解性总固体（总可滤残渣）≤1000mg/L（三）固体物质含量的测量*2、浊度概念：浑浊程度，由悬浮物、胶体杂质、有机物质微生物、浮游生物引起，影响光线透过，使水生生物生态发生变化。是天然水和饮用水的重要水质指标之一我国饮用水标准为：浊度≤1NTU（浊度单位）对于污水由于悬浮物高、只测悬浮物含量，不测浊度*a.目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度系列，将水样与标准系列俯视对比确定1度=1mg/L漂白土产生的浊度。b.分光光度法：680nm分光光度计测定标准浊度单位（1.25mg硫酸肼/L和12.5mg六次甲基四胺/L形成甲臜聚合物为1度，测定结果单位FTU）c.散射法，浊度仪（也以甲臜聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU）浊度的测定方法*电导率、氧化还原电位ORP、UV254等自学p9有关ORP、UV254的概念、应用（四）其它物理指标*二、微生物指标（1）细菌总数：各种细菌病毒的总和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。饮用水标准为：细菌总数≤100个（细菌落）/mL（2）总大肠菌群：反映污水被粪便污染程度。饮用水标准为：总大肠菌群不得检出（3）游离性余氯：Cl2+H2O=HOCl+H++Cl-国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L（4）二氧化氯：国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水余量不低于0.8mg/L，管网末梢水不低于0.02mg/L*三、化学性指标（一）无机性指标植物营养元素pH和碱度硬度与重金属过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养化，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖，造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。一般要求处理后污水的pH在6～9之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量作为微量金属元素;重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。*H+与水的酸度水中能与强碱发生中和反应的物质H2CO3缓冲HCO3-能力OH-有关碱度水中能与强酸发生中和反应的物质CO32-HCO3-　　　　　　　　　　　　[Alk]=[OH-]+[CO32-]+[HCO3-]-[H+]1、pH值与酸碱度测量——酸碱滴定法等我国饮用水标准为：pH6.5~8.5*（1）硬度——络合滴定法 按阳离子划分 总硬度 钙硬度 镁硬度 按阴离子划分 碳酸盐硬度：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐——暂时硬度 非碳酸盐硬度：钙镁的硫酸盐和氯化盐——永久硬度我国饮用水标准为：总硬度≤450mg/L(以CaCO3计）（2）重金属离子：主要是五毒：HgCdCrPbAs　　　　　还有：铊、锡、铝、铁、锰、铜、锌等等2、硬度与重金属含量测定*①  含氮指标：有机氮KN,不稳定，易被微生物分解a.总氮NH3-N（TN）NO2--NNO3-—Nb.凯氏氮（KN）有机氮判断生物处理中微生物一般生活污水中KN=40mg/LNH3-N氮营养的充足依据NH3-Nc.NH3-NNH4+-N有机氮=KN-（NH3-N）d.(NO3-+NO2-)-N=TN-KN3、氮磷等植物性营养元素指标*②  含磷指标有机磷生活污水有机磷约3mg/L总磷（TP）无机磷生活污水无机磷约7mg/L氮磷指标的测量方法：1、酸碱滴定法2、分光光度法3、离子色谱法*4、其他无机物指标 各种阴离子，Cl-、SO42-、PO43-、、、 各种阳离子：Na+、K+、H+、 溶解氧(DO) ……*（二）有机物综合指标化学需氧量（CODCr）高锰酸盐指数理论需氧量（ThOD）总需氧量（TOD）生化需氧量（BOD）总有机碳（TOC）化学需氧量（三）有机污染物确定指标*环境标准体系1.3.2水质标准分类* 生活饮用水卫生标准（106项水质指标） 工业用水水质要求 农业用水与渔业用水水质要求 污水综合排放标准 环境标准 地面水环境质量标准（五类水质标准） 地下水质量标准 海洋环境标准。。。水质标准*污水处理厂出水与地表水环境质量标准单位：mg/L 水质项目 原污水 一级处理出水 二级处理出水 Ⅴ类地表水标准 BOD5CODSS浊度TPTNNH3-N大肠菌群（个/L） 150~300250~480120~250130~2705~1040~7015~25（3~5）×106 100~200200~38050~10070~1204~930~6015~25（1~2）×106 20~3050~8020~3030~403~825~5020~30（1~2）×105 10250.22（凯氏氮）25（NO3-N）1.0（NO2-N）10000（Ⅲ类水体标准）*样品测定指标的确定根据样品测定目的、要求、测定条件选择测定项目作业：p27思考题2、3、4**可编辑*1、秦始皇陵的传说：据《史记·秦始皇本纪》记载，秦始皇陵地宫内“以水银为百川、江河、大海”。用测汞仪测定了125900m2陵墓封土中的汞含量，发现1200m2强汞异常区，土层越深，汞含量越高，估计汞的总量再100吨左右。其在陵墓区的分布类似于我国渤海黄海的地理位置。秦始皇以水银为江河大海的目的，不单是营造恢宏的自然景观，在地宫中弥漫的汞气体还可使入葬的尸体和随葬品保持长久不腐烂。而且汞是剧毒物质，大量吸入可导致死亡，因此地宫中的水银还可毒死盗墓者。2、检验牛顿头发中重金属含量揭开牛顿死因：牛顿临终时人们剑侠一绺头发留做纪念，后来人们用X-荧光分析和中子活化分析检验其头发，发现牛顿头发中重金属铅、汞、砷等含量非常高，解开了牛顿晚年失眠、记忆力衰退、抑郁症和死亡之谜，进一步推断，牛顿长期在实验室加热金属，环境被严重污染造成的。***