分析实验室的用水-王燕鸣

化验员读本（上册）第四章分析实验室用水王燕鸣第一节源水的杂质•自来水是将天然水经过初步处理制得的，仍然含有各种杂质、主要是各种盐类、有机物、颗粒物和微生物等。•纯水是由源水净化而得，所以要了解源水含哪些杂质才能选对纯化水的方法。水中杂质一般可分为5类。•1.电解质：水溶液中或熔融状态下能导电的物质。包括可溶性无机物、有机物及带电的胶体离子等。其中阳离子有H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等。阴离子有OH-、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-、PO43-、HSiO3-、有机酸（腐殖酸、烷基苯磺酸等）离子。•电解质存在会使水的电导率增加。测定电导率可反映水中电解质杂质的含量和换算出水的总溶解性盐类的含量。•电导率为电阻率的倒数，S/cm。•2.有机物：水中有机物主要指天然的或人工合成的，如有机酸、有机金属化合物等。常以阴性或中性状态存在。通常用COD和TOC仪测定其含量。•3.颗粒物质：主要是泥砂、尘埃、有机物、微生物及胶体颗粒。可用颗粒计数器测定其含量。•4.微生物：水中微生物包括细菌、浮游生物和藻类等。可用生物培养法和膜过滤法测定其含量。•5.溶解性气体：如N2、O2、CL2、H2S、CO、CO2、CH4等可用气相色谱仪及化学法测定其含量。第二节水的纯化方法1.纯化流程简介高纯水制备典型工艺流程如下：源水过滤活性碳过滤器（或有机大孔树脂吸附器）反渗透器（或电渗析器）阳离子交换柱阴离子交换柱混合离子交换柱有机物吸附柱紫外灯杀菌器精密过滤器高纯水使用点由三部分组成。（1）预处理－－去除TSS和有机物（活性碳吸附或沙滤、膜过滤）。（2）脱盐－－去除各种盐类（电渗析、反渗透、离子交换）（3）后处理－－去除细菌和颗粒（紫外杀菌、臭氧杀菌、超过滤等）•2.实验室的用水规格项目一级水二级水三级水外观（目视法）无色透明PH（25℃）——5.0－7.5电导率（25℃）ms/m≤0.010.100.5可氧化物质(以0计）mg/L—0.080.4吸光度（254nm,1cm光程）≤0.0010.01—可蒸发残渣（105±2℃）mg/L≤—1.02.0可溶性硅（以SiO2计）mg/L0.010.02—•3.分析实验室用水的检验方法•（1）pH值的测定－－－酸度计法•（2）电导率的一－－电导率仪一、二级水配0.01－0.1cm-1电极常数的电导池，三级水配0.1－1.0cm-1电极常数的电导池。•（3）可氧化物质的测定－－－水样中加入硫酸，再加入高锰酸钾滴定，加热后观察颜色是否消失。完全消失则不合格。•（4）蒸发残渣－－－将水样置于蒸发器中加热蒸发。•（5）可溶性硅－－钼酸铵分光光度法•（6）吸光度－－－将水样置于比色皿中在254nm处比色。•4.分析实验室用水的储存和使用级别制备和储存使用一级水可用二级水过石英设备蒸馏或离子交换混合床处理后，再经0.2um微孔滤膜过滤。不可储存，使用前制备用于对颗粒度有要求的试验，如高压液相色谱分析二级水可用多次蒸馏或离子交换等方法制取储存于密闭、专用聚乙烯容器中无机痕量分析，如原子吸收光谱法三级水可用蒸馏或离子交换法制取储存于密闭、专用聚乙烯/玻璃容器中一般化学分析试验第三节蒸馏法制纯水•1.蒸馏法：天然水用蒸馏器蒸馏就得到蒸馏水。绝大部分的无机盐类不挥发，因此蒸馏水较纯净，适用一般化验工作。•1.2.蒸馏器：有各种形式，较大型用铜制成，电阻加热。也有玻璃制的•1.3.蒸馏水中存在杂质的原因：•（1）CO2及某些低沸点易挥发，随水蒸汽带入其中。•（2）少量液态水成雾状飞出进入其中。•（3）微量的冷凝管材料成分带入其中。•1.4实验室制取重蒸馏水的方法：用硬质玻璃或石英玻璃在蒸馏水或去离水中加入碱性高锰酸钾溶液重新蒸馏弃去头和尾的容积收取中段重蒸馏水。此法去除有机物好。不可用作无机痕量分析。现在市售有“自动双重蒸馏水器”制取重蒸馏水。•2.亚沸法：在液体不沸腾的条件下蒸馏。（沸腾蒸馏法由于水泡破裂，蒸汽中带入微粒沾污水）•亚沸法是纯化高沸点酸和高纯水的标准高法（美国国家标准局已用20年）。装置采用红外加热，因此器壁干燥避免液体上爬造成沾污。第四节离子交换法制纯水•离子交换法制取的纯水叫去离子水。•1.离子交换法制取的纯水特点：（1）电导率低（但不能除去非电解质，胶体、非离子化有机物和溶解空气）（2）成本低，设备可大可小•2.离子交换法制纯水的原理和流程：•离子交换树脂是一种有机高分子离子交换剂，不溶解于水、酸、碱中。对有机溶剂、还原剂、氧化剂和其它化学试剂和对热有稳定性。直径0.90－0.45mm（20－40目）半透时或不透时的球状物。•在离子交换树脂网状结构的骨加上有许多可以与溶液中离子起交换作用的活性基团。根据活性基团不同，在阳离子交换树脂中分强酸或弱酸性阳离子交换树脂。在阴离子交换树脂中分强碱或弱碱性阴离子交换树脂。•R表示离子交换树脂本体与水中的（Na+和CL-）阴阳离子杂质交换，交换下来的OH-和H+结合成水。•强酸性阳离子交换树脂：•R-SO3H+Na+（交换）→←（再生）R-SO3Na+H+•氢型钠型•强碱性阴离子交换树脂：•RN(CH3)3OH+CL-（交换）→←（再生）RN(CH3)3CL+OH-•氢氧型氯型自来水通过阳离子交换柱（阳柱）去除阳离子→阴离子交换柱（阴柱）去除阴离子出水即可用。但PH大于7，含盐低于500mg/l的原水通过复床后得到的净水电阻率大于0.1MΩ.cm，为提高水质，可串联一个阴阳树脂（混合柱）得纯水。交换柱的排列：要求原水先经阳柱，因为原水直接先进阴柱，交换下来的OH-会与水中阳离子杂质生成难溶液沉淀，吸附在阴离子表面，使交换容量降低。阴离子树脂在酸性介质中易于交换，阳柱出水偏酸性，可提高阴离子交换率。）混床出水比复床高，在阳柱中随着H+产生，水的PH降低，阴柱中随OH－产生水的PH升训，在混床阴阳树脂合用相当于无数个复床，水一直在中性中交换。混床应在复床后面，寿命长。•3.树脂的预处理：新树脂含在低分子物质和高分子组分的分解产物。当树脂与水、酸、碱接触时，这些杂质会进入溶液中。•阳离子树脂处理：树脂置于塑料容器中清水漂洗直到水清晰。用水泡12－24小时，使其膨胀（如干树脂）先用饱和氯化钠溶液泡再慢慢稀释氯化钠溶液，免树脂突然膨胀破裂，用树脂体积2倍量（2－5%）盐酸溶液泡2－4小时并搅拌，然后用水冲洗至流出水PH＝4，再用（2－5%）氢氧化钠洗成微碱性，再用5%盐酸使树脂为氢型H+。用纯水洗至PH=4无氯离子即可。•阴离子树脂处理：与上相同，在树脂用氢氧化钠处理时可用（5－8%）浓度的或再加一些，变为氢氧型OH－，后面不用盐处理。•4.树脂的再生：失效后的树脂电导率不合格。可用酸和碱处理。•阳柱再生：（1）逆洗－自来水从底部通入，废水从顶部排出。松动树脂洗去碎粒和杂质排出气泡。•（2）加酸－（4－5%）盐酸从顶部加入。30－45分钟内加完。•（3)正洗－自来水从顶部通入。洗至PH=3-4,用铬黑T检查有玩阳离子（加入后呈蓝色则无，呈紫红色则有）•阴柱再生：（1）逆洗－用阳柱逆洗，从阳柱出水连接阴柱下端。•（2）加碱－－5%氢氧化钠溶液从顶部加入1－1.5小时加完。•（3）正洗－－从柱顶部通入，流速是加碱时的2倍，开始15分钟慢，洗至PH＝11－12，用硝酸银检测有无氯离子（呈淡黄色则无）•混床的再生：（1）逆洗分层－混床处理较复杂，将阴、阳离子树脂分层后取出分别再生，再混合装入。通水，利用阴、阳树脂密度不同分层。颜色不同分界。如果分层不好则树脂完全失效。•（2）再生阴离子树脂－－自上而下加入氢氧化钠经阳离子树脂层，从底部排液。•（3）正洗－－纯水洗，出水PH＝9－11.与前方相同。•（4）再生阳离子树脂－－从酸管通入盐酸。•（5）正洗－－从酸口或柱上部通入纯水，下部排出PH=4-5•(6)混合－－必须除油、净化处理。混匀后迅速放水，使树脂迅速下降，避免分层。放置一夜再正洗。第五节电渗析法制纯水•电渗析是一种固膜分离技术。是除去原水中的电解质也叫电渗析脱盐。电渗析过程中被除去的杂质中能是电解质，对弱电解质（如硅酸根）去除效率低。•原理：利用离子交换膜的选择性透过性（阳膜）允许阳离子过，（阴膜）允许阴离子过。在外加直流电场下，使一部分水中的离子透过离子交换膜迁移到另一部分水中，造成一部分水淡化，一部分水浓缩。排入浓水，收集淡水即为所需的纯化水。•特点：与离子交换法比不产生酸碱废液，自动化不需占用人工，缺点是耗水量大。•第六节超纯水制备•超纯水用于无机痕量分析或原子吸收分析。要求空白值很低。高效液相色谱中要求控制有机物和颗粒。•将蒸馏水、离子交换水、反渗透水放入储水槽中，由循环水泵供给水送入微量有机物吸附柱中（活性碳和离子交换树脂混床），再通过孔径0.22um无菌过滤器。防止受空气影响，现用现制备。