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与Manta相关的水质小常识

  2013年08月30日

一些名词的定义

离子总量

离子总量是指天然水中各种离子的含量之和。(形象的说就是能溶在水中的盐的量)。常用mg/L , mmol/L , g/Kg , mmol/Kg来表示。实际上电导率传感器在水中直接测量的只有这个值。

对于大多数淡水,都含有八大离子,四中阳离子,四种阴离子。阳离子分别是(Ca2+,Mg2+,Na+,K+)四种阴离子(HCO3-,CO32-,SO42-,Cl-)特殊情况下水中可能含有较多的NO3-,NH4+或Fe2+等。一般来说,八大离子对水体电导率的贡献是最多的,其他微量离子也有贡献,但值不大,一般可以忽略。因此可以认为,除非特殊情况,电导率的值就是直接反映了水中八大离子的浓度。他们也就是水中的例子总量。

矿化度

常用mg/L,ppm来表示。按照国家环保局编写的《水和废水监测分析方法》(第四版),也是最新版的规定,水质矿化度的定义为:水中所含无机物成分的总量。但该书又同时规定了,矿化度的测定方法依照目的不同可大致分为:重量法、电导法、阴阳离子加和法、离子交换法等。还提到因为重量法含义较明确,是较简单通用的方法。(我个人猜测主要是为了避免矿化度的定义和水中离子总量混淆)

对于重量法简单介绍:将待测水样过滤去除漂浮物及沉降性固体物,放在称至恒重的蒸发皿内蒸干,并用过氧化氢去除有机物,然后在105~110℃下烘干至恒重,将称得重量减去蒸发皿重量再除以水样体积即为该水样的矿化度。

电导率

同样《水和废水监测分析方法》(第四版)规定,电导率是以数字表示溶液传导电流能力。纯水电导率很小,当水中含无机酸、碱或盐时,电导率增加。因此,常用于简介推测水中离子成分的总浓度。水溶液的电导率取决于离子的性质和浓度,溶液的温度和粘度。新蒸馏水的电导率为0.5~2us/cm,存放一段时间后,由于空气中的二氧化碳或氨的溶入,可上升至2~4us/cm。

天然水的电导率 与水中离子总量、离子的种类有关,也与温度和压力有关。但压力的影响比较小,只要不在深水中做现场测量,压力的影响可以忽略不计。温度对电导率的影响是不可忽略的,温度每升高1℃,电导率增加约2%。因此通常规定25℃为测定电导率的标准温度。天然水又分为内陆水和海水。

内陆水的电导率。内陆水的离子组成变化很大,有的是硫酸钙,有的是碳酸钙组成。对于不同离子在电荷相同的情况下,摩尔电导的关系分别是:

由此可以看出:组成不恒定、含盐量与电导率就没有一定的关系,不能用侧电导率的方法来准侧测定含盐量。但是鉴于电导率的测定比较简便准确,对于一个特定地区,水质主要离子组成比例变化不大时,可以用水的电导率来反映含盐量的变化。

海水的电导率。海水的主要成分的比例恒定,电导率与盐度有很精确的关系,这就是用电导率来测定盐度的基础。海水的电导率大约为30000us/cm;清洁河水电导率约为100us/cm。新蒸馏水电导率为0.5~2μs/cm;饮用水电导率在5~1500μs/cm之间。电导率随温度变化而变化,温度每升高1℃,电导率增加约2%,通常规定25℃为测定电导率的标准温度。

盐度。
盐度是反映海水含盐量的指标。盐度的最初定义是由氯度换算的经验公式。但是经验公式毕竟是肤浅的,在各个海域中存在差别。幸运的是电导率仪出现了,这使得盐度的测定不必再和氯度扯上关系,精度也大大增加,超过了由氯度计换算盐度的精度!此时海洋学常用表及标准联合专家小组提出了1978年实用盐度(S)定义:

(S=2~42适用)

式中K15为15℃,1标准大气压时海水电导率与质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液电导率之比:

K15=1时,S=35.0000

注意K15是海水与标准氯化钾溶液比较测得的电导率比,是作为标定标准海水用的。实际测得海水样品的盐度时,联合专家仍然极为主张使用标准海水,而不要使用标准氯化钾溶液。用盐度为35.000的标准海水作参比时,侧得的电导率比记为R15,Rt。将R15代入实用盐度定义,得到的就是海水样品的实用盐度。如果电导率比不是在15℃而是t时测量的(Rt),代入定义式得到的是未加修正的盐度值(S未)。需加以修正。

S实=S未+ΔS

(适用于-2~35℃)

式中Rt为样品海水与盐度为35.000的标准海水在温度为t、压力为1标准压力时的电导率比值,t为摄氏温度。

氯化物

氯化物(CL-)是水和废水中一种常见的无机离子。几乎所有天然水中都有氯离子存在,它的含量范围变化很大。在河流、湖泊、沼泽地区,氯离子含量一般较低,而在海水、盐湖及某些地下水中,含量可达数十克每升。在生活和工业废水中,均含有相当数量的氯离子。

测定氯化物的方法较多,其中:离子色谱室目前国内外最为通用的方法,简便快捷。硝酸银滴定法、硝酸汞滴定法所需仪器设备简单适合于清洁水测定,电位滴定法和电极流动法适合于测定带色或污染的水样。在污染源监测中使用较多。用电极法做检测时选用流通池测量,可保证电极的持久使用,并能提高测量精度。

电位滴定法使用的就是氯离子电极。以下物质可对测试产生干扰:

溴化物、碘化物

氰化物

高铁氰化物

六价铬

硫化物、硫代硫酸盐和亚硫酸盐

重金属、钙、镁、铝、二价铁、铬、HPO42-、SO42-等均不干扰测定

硝酸盐氮

水中的硝酸盐是在有氧环境下,亚硝氮、氨氮等各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化物,亦是含氮有机物经无机化作用最终的分解产物。亚硝酸盐可经氧化而生成硝酸盐,即硝酸盐在无氧环境中,亦可受微生物的作用而还原为亚硝酸盐。

水中亚硝酸盐氮(NO3——N)含量相差悬殊,从数十微克/升至数十毫克/升,清洁的地表水中含量较低,受污染的水体,以及一些深层地下水中含量较高。

制革废水、酸洗废水、某些升华处理设施的出水和农田排水可含大量的硝酸盐。

测定水中硝酸盐氮的方法很多,电极法常作为在线快速方法使用,尤其是在加配流通池后可保证电极性能良好,不易受检测水体的沾污和损坏。

氨氮

氨分子在水中溶解性极大。氨氮(NH3—N)以游离氨(NH3)或铵盐(NH4-)形式存在与水中,两者的组成比取决于pH值和水温。当pH值偏高时,游离氨(NH3)的比例较高,pH值偏低时铵盐的比例高。水温则相反,水温高时游离氨比较低,水温低时游离氨较高。(原因是水温较高时,水体中各种离子动能大,不利于形成NH3分子)

水中氨氮的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物,某些工业废水,如焦化废水和合成氨化肥厂废水等,以及农田排水。此外,在无氧环境中,水中存在的亚硝酸盐也可受微生物作用,还原为氨。在有氧环境中,水中氨亦可转变为亚硝酸盐,甚至继续转变为硝酸盐。

电极法测定氨具有不需对水样进行预处理和测量范围宽等优点。但要定期更换电极帽。

氧化还原电位

对于单个氧化还原体系,氧化还原电位主要和以下因素有关:

氧化还原电对的性质(即发生氧化还原反应的是哪两种物质)

氧化态和还原态的浓度(即氧化还原反应生成物的浓度)

参加反应的电子数

体系的温度

如果该反应涉及到H+或OH-参加,还和体系的酸碱度有关

对于一个水体往往存在多个氧化还原电对,是一个相当复杂的的体系,其氧化还原电位则是多个氧化物与还原物发生氧化还原的综合结果。这时氧化还原电位虽不能作为某种氧化物质与还原物质浓度的指标,但能使我们了解水体中可能存在什么样的氧化物或还原物及其存在量。因此,氧化还原电位是水体综合性指标之一。

水体的氧化还原电位必须在现场测定。具体到我公司销售的Manta的ORP电极是用铂做指示电极、饱和银-氯化银电极作参比电极,测定相对于甘汞电极的氧化还原电位值。然后再换算成相对于标准氢电极的氧化还原电位值作为测量结果。

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