实验十(1)水样箱设计2010.4.13

实验十简易快速水质分析箱的研制及应用设计性和综合性实验一、实验性质1.水产养殖发展需求二、实验意义随着现代水产养殖技术的发展，尤其是“名、贵、特、优”精养品种的开发，养殖对水质的要求越来越高。水质好坏，与水产养殖丰歉休戚相关。能否及时准确监测主要水质指标的浓度及变化趋势至关重要。1.水产养殖发展需求通常水质测定大部分采用现场取样、实验室分析的模式。由于某些待侧组分稳定性差，从取样到分析的过程中可能已发生变化，因此分析结果不一定能反映现场水质情况.此外，水质测定需要有一定专业知识的技术人员才能掌握。因此，研究一种使用方便、可随身携带、普通养殖工人可自行操作使用的水质监测方法，对了解养殖水的质量，及时指导养殖很有必要。二、实验意义2.教学改革需要根据学科发展趋势和培养适应海洋科学与国家经济建设高级人才的需要，作为培养学生综合素质和创新能力的实验教学改革势在必行。实验内容必须与科学研究和社会应用相结合，力求体现实验技术的先进性、代表性和方向性。二、实验意义2.教学改革需要根据学科发展趋势和培养适应海洋科学与国家经济建设高级人才的需要，作为培养学生综合素质和创新能力的实验教学改革势在必行。实验内容必须与科学研究和社会应用相结合，力求体现实验技术的先进性、代表性和方向性。二、实验意义三、实验目的通过已学过的基础知识，自行设计和制作简易快速的水质分析箱（主要测定指标有：pH、DO）应用所研制的分析箱现场监测水样，并与实验室标准方法的结果相对照。四、实验的实施方案实验分三阶段：第一阶段:教师：课堂讲授（提示水样箱制作原理）学生：根据有关参考资料(附录1)设计实验方案（写出pH、DO水样测定原理/所需试剂与仪器/实验步骤等）第二阶段:学生:提交设计方案教师:讲评设计方案第三阶段：教师：课堂讲授实验原理/步骤，发实验讲义（附录2）学生:完成水样箱研制并现场测定水样（2人制作1个水样盒/6人组成1个水样箱），并撰写实验报告。五、实验内容养殖水体的水质通常需测参数：pH、DO、氮（铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐）、盐度、温度和硫化物等。必测项目：pH、DO、铵盐、盐度和硫化物。1.pH各种水生生物有各自最适宜水长的pH范围。借助pH值的分布，可以认识各种海洋动植物的生活环境，进而掌握海洋动植物的生长繁殖规律。如：pH－7.5-8.5，鱼类正常生长pH＜5或＞10.8鱼类死亡。影响养殖水体pH的主要因素①水文条件(温度、盐度)；②生物活动和有机物分解；温度：T上升，pH下降。因海水中弱酸电离常数随T升高而升高。盐度：盐度升高，离子强度升高，碳酸电离度下降，氢离子活度下降，所以pH升高。因为CO2平衡如下：23332222COHHCOHCOHOHCO＝＝＝生物活动：因为光合作用需消耗CO2，使平衡左移，H+减少，pH升高；而生物呼吸作用或有机物的分解则产生CO2，使平衡右移，H+增加，pH下降。夏季白天：表层海水光照增强，浮游植物光合作用＞呼吸作用或有机物分解作用，pH升高；夜晚：无光照，光合作用为零，呼吸或分解作用照样进行，CO2增加，平衡右移，故pH下降。23332222COHHCOHCOHOHCO＝＝＝随着养殖过程大量人工投饵和生物新陈代谢，引起水体pH值变化、甚至导致水质恶化和养殖生物死亡。由于海水酸碱缓冲容量大，其pH值通常呈弱碱性，一般7.5~8.6河水缓冲容量小，pH变化大，5.4~7.5污水与其性质有关，变化非常之大2.DO溶解氧是水生生物赖以生存的重要物质之一，生物生长离不开DO。DO也是海水运动的间接标志，海洋表层水DO通常与大气相平衡。在真光层（100~200m）DO含量较高∵浮游植物光合作用产氧真光层以下，DO最小∵生物代谢物在这里分解要耗氧。影响DO主要因素：①温度②pH③生物活动④人工投饵大洋水DO＝0~8.5mg/L，低盐区14.5mg/L养殖水要求：24h内须有16h保持DO≥4mg/L最低≮3mg/L，即DO≥4mg/L3.离子铵(NH4＋)和非离子氨(NH3）铵/氨是生源要素之一，是评价水质好坏重要指标，它是含氮有机物分解的中间产物。细菌对硝酸盐的反硝化作用、细菌和兰藻进行固氮作用均会产生铵。海水中铵主要以NH4＋形式存在，也有少量未电离的氨（NH3）。生物需要NH3，但不能过量。因为过量的NH3对鱼贝类生长有抑制作用，严重时引起鱼类和无脊椎动物中毒死亡。∵NH3不带电荷，脂溶性较高，易透过细胞膜。NH4＋的毒性取决于pH，并直接与NH3浓度成正比。两者的浓度之间有一经验关系式。4.硫化物（S2-）硫化物是水质恶化的指标之一。S2-是由硫细菌繁殖时水体或底质中的硫酸根（SO42-）被还原为硫化氢（H2S）产生的，若水体有恶臭味，就是水体缺氧的标志。5.盐度（S)水生生物对水环境含盐量的忍耐性、水盐代谢和渗透压的调节性有很大区别。大致可分为二类：狭盐性生物：对盐度变化敏感，只能生活在盐度稳定的环境中。深海和大洋生物是典型的狭盐性生物。广盐性生物：对盐度变化有很大的适应性，能忍受盐度的剧烈变化。沿海和河口海区的生物以及洄游动物属广盐性生物。不同海区动物种类的丰歉程度与盐度高低相关。盐度的变动，通常伴随着物种数量的减少。如：地中海S=38鱼类549种黑海S=17鱼类121种亚速海S=11鱼类84种盐度变化影响动物的形态、生长和发育。如：紫贻贝在S=15海水中生长，体长110mm在S=12海水中生长，体长27mm比目鱼在北海生长3年，体长可达21cm在波罗的海生长6年,体长才达21cm以上介绍5项均为必测项目，但由于时间所限，本实验只选择3项：pH、DO和铵盐作为简易快速水质分析箱的研制和测定项目。1.pH的设计电测法（pH计法）比色法（目视法、分光法）pH测定方法六、实验设计提示电测法优点：快速、准确、使用方便缺点：①养殖水体因饵料、有机物等悬浮物较多，常附在电极表面，影响测定②标准缓冲液要标准，更换原理：用玻璃电极和甘汞电极组成电池即：Hg-HgCl2(饱和KCl)∣待测H＋∣0.1NH4Cl,AgCl-Ag比色法优点：简便、廉价，无须专业人员操作缺点：若精度达到要求的话，则无缺点。原理：某些指示剂在不同的pH值有不同的颜色。因为[HOAc]=[H+]+[OAc-]，故[H+]=K·[HOAc]/[OAc-]则其缓冲溶液的范围可通过调节比值[HOAc]/[OAc]而改变[H+]值。若能用缓冲溶液配制一系列pH不同的溶液，用指示剂使其显色，就可得到标准色阶(其pH值可用pH计准确测定)。同样可用指示剂将样品显色后对照标准色阶，就可知道样品的pH值。对不同水体和不同研究目的，pH测定精度要求：作为水团结构标志：±0.03pH作为海水CO2总量测定：±0.02pH对海水各碳酸盐分量：±0.01~0.02pH作为养殖水体：±0.03～0.05pH通常水体的pH值范围：海水为7.5~8.6河水为5.4~7.5本实验要求：±0.05pH设计的关键问题：①指示剂选择：提示用酸碱指示剂②缓冲溶液选择：提示要达到水质测定的精度和范围。③考虑盐效应S58101215⊿pHs-0.04-0.09-0.12-0.140.17S1822253035⊿pHs-0.19-0.21-0.23-0.24-262.DO设计DO常规测定方法：Winkler碘量法，要求：①有标准溶液→需精度达±0.1mg分析天平②用Na2S2O3→要经常标定需要较完善的实验室和经过培训的专业人员，对个体养殖户有一定难度。因此，需设计简单的方法。本实验采用比色法。Winkler法原理水样固定：MnCl2＋2NaOH=Mn(OH)2↓＋2NaCl2Mn(OH)2＋1/2O2=MnMnO3（褐色）↓＋2H2O酸化和滴定：MnMnO3↓＋3H2SO4＋2KI=2MnSO4＋I2＋K2SO4＋3H20I2＋2Na2S2O3=2NaI＋Na2S4O6由反应可知：①水中DO与析出I2成正比关系②沉淀溶解后溶液有颜色－碘颜色因此，根据碘液的颜色可判断DO含量，避免Winkler法中后半部滴定操作及Na2S2O3和KIO3标准液配制和标定。1/2O2=I2设计关键：①DO与I2当量关系提示：DO(mgO2/L)=其中M－碘液摩尔浓度；V－碘液体积（mL）；50－定容体积（mL）②I2有颜色提示：将一定浓度的碘液配制成不同颜色的色阶，而色阶的颜色与O2能相对应。色阶颜色：从无→浅→黄→澄黄③精度和范围要符合要求50100016VM1.每人都要写2个测定项目的设计方案（pH和DO），9.26提交发邮件郑老师；2.实验操作，每2人一组做1个项目。每3个组组成一个水样箱，数据共用。分工见实验课安排表。3.每人都要写实验报告，内容包括3个测定项目。七、实验安排1.实验原理2.仪器和试剂试剂要写出名称、重量、溶剂体积、配制方法等。3.实验步骤①标准色阶制作②水样测定以上步骤也要求写出试剂名称、浓度、体积，所用容器等详细操作情况。总之，相当于写实验讲义。八、实验设计方案要求