第1~2章 绪论及水分析测量的质量保证.pptx

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1、水分析化学华侨大学土木工程学院给排水教研室周真明自我介绍周真明，安徽安庆枞阳人，硕士，讲师，毕业于西安建筑科技大学市政工程专业。主讲“水分析化学水分析化学”、“水文学”、“水文地质学”、“水资源利用与保护”、“水工艺仪表与控制”、“水工艺设备基础”等课程。主要从事微污染水源水质控制技术及富营养化水体控制技术的研究。联系方式：6166078 Email： QQ：258224225课程性质与任务 “水分析化学”是给水排水工程专业的专业基础课，是专业指导委员会指定的的“十大” 专业主干课程之一，必修课。“十大”专业主干课程分别为工程力学、水分析化学、水力学、水处理微生物学、水工艺设备基础、城市水工程

2、仪表与控制、水资源利用和保护、水质工程学、给排水管道系统、建筑给水排水工程。 在学习本课程前，要求学生具有较好的普通化学、有机化学和物理化学基础，通过本课程的学习，使学生系统掌握水质指标分析中的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练解决给水排水工程研究中的水质分析问题。重点强调学生的实验动手能力，为后续水质工程等课程的学习奠定扎实的基础。 水分析化学在水环境污染治理与监测中起着“眼睛”和“哨兵”的作用。基本要求n 水分析化学是研究水中杂质及其变化规律的重要学科，通过水分析化学的学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定）和主要的仪器分析方法（吸收光谱法、色谱

3、法及原子吸收法等）的基本原理、基本知识和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注意培养学生严谨的科学态度，树立准确“量”的理念，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。与其他课程的联系与分工 根据给排水专业培养计划的要求，水分析化学授课建议安排在普通化学、有机化学和物理化学课程结束之后，一般宜安排在第二学年的第四学期。 在学习水分析化学之前，要求学生必须具有扎实的化学基础理论和基本技能。 水分析化学服务于本专业的后续的专业课学习，是学好给水排水设计、水处理工艺、水环境评价、废水综合处理工艺等课程的基本保证，正确的分析结果是水质工程建设顺利进行的基础。课程学习目标基本原理基本原理基本理论基本理论基

4、本知识基本知识基本概念基本概念基本操作基本操作基本技能基本技能掌握掌握6 6个基本个基本点点注重培养严谨的科学态度注重培养严谨的科学态度培养独立分析和解决水质培养独立分析和解决水质分析中实际问题的能力分析中实际问题的能力注重注重2 2个培养个培养强化并树立准确强化并树立准确“量量”的观的观念念树立树立1 1个个“量量”概念概念课堂教学计划 时间安排：第116周（周3个学时，共48个学时） 学时分配如下： 第1章 绪论 4学时 第2章 水分析测量的质量保证 4学时 第3章 酸碱滴定法 6学时 第4章 络合滴定法 6学时 第5章 沉淀滴定法 4学时 第6章 氧化还原滴定法 8学时 第7章 电化学分

5、析法 4学时 第8章 吸收光谱法 6学时 第9章 气相色谱法和原子吸收光谱法 4学时 第10章 原子光谱法 2学时实验教学计划时间安排：20学时；初步安排68个实验；具体时间及实验内容待定；考试安排 考核方式：闭卷考试。 结业成绩：期末考试成绩占70%，考勤占10%，作业占10%，平时表现占10%。 答疑方式： 课堂直接答疑； 课后约固定时间固定教室答疑； 通过电子邮件、网络聊天、电话咨询等方式答疑； 几点说明： 课堂不允许讲话； 无故旷课3次及以上，期末卷面成绩须60分才能过； 未交作业次数超过作业总次数一半及以上，期末卷面成绩须60分才能过；参考书 薛华等编著.分析化学.第2版.北京：清华

6、大学出版社，2003 武汉大学主编.分析化学.第3版.北京：高等教育出版社，2004 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会编.水和废水监测分析方法.第4版.北京：中国环境科学出版社出版，2002第1章 概论主要内容：1.1 水分析化学性质和任务1.2 水分析化学的分类1.3 水质指标和水质标准1.4 国内外水质标准引 言（1）水资源严重短缺 人类可利用水资源少（海水97.3%，淡水2.7%，可利用的0.7%）； 水资源分布极不均匀（ 65%水资源集中在不到10个国家，前7位是巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印尼、中国、印度；占40%人口的80多国家严重缺水，如以色列、新加坡等)； 中国水资源

7、总量世界排名第6位，人均用水量仅是世界人均用水量的1/4，排名121位。引 言（2）水资源普遍受污染 中国“七大”水系，淮河、黄河、长江、珠江、松花江、辽河、海河，中国环境公报，评价依据是“地表水环境质量标准”（GB3838-2002）。 污染物：无机物（酸碱度、氮磷、无机盐（硫化物、氯化物、氰化物、碘化物）、重金属（Fe、Mn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、Hg）、有机物（碳水化合物、尿素、蛋白质、脂肪）、微生物（细菌、大肠杆菌）、浮游植物（藻类）。 危害：“三致”等。引 言（3）人们渴望喝上安全饮用水 微污染原水：由于受到溶解有机物增加、氨氮（NH3-N）高、有臭味、色度增加、藻类大量繁殖

8、等污染，需要通过特殊工艺处理后尚可使用的原水。 安全饮用水问题：“三致物”、藻类及藻毒素、嗅味、致病微生物、管网的二次污染等。引 言（4）保护水源，防治水污染，必须加强水分析工作。 水源地水污染防治规划：水质调查、水质评价、防治方法提出等。 水质调查及水质评价：弄清楚污染物的种类、来源、分布迁移、转化及消长规律。太湖藻类爆发1.2 水分析化学的分类n 水分析化学分类：定性分析和定量分析；化学分析和仪器分析；常量分析、半微量分析和超微量分析。（1）定性分析和定量分析 定性分析：就是对研究对象进行“质”的方面的分析；它主要是解决研究对象“有没有”或者“是不是”的问题。 定量分析：通过定量分析可以使

9、人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。 从科学认识的过程看，任何研究或分析一般都是从研究事物的质的差别开始，然后再去研究它们的量的规定，在量的分析的基础上，再作最后的定性分析，得出更加可靠的分析。1.2 水分析化学的分类（2）化学分析和仪器分析 化学分析方法 定义：将水中被分析物质与一种已知成分、性质和含量的另一种物质发生化学反应，而产生具有特殊性质的新物质，由此确定水中被分析物质的存在以及它的组成、性质和含量。 分类：重量分析方法和滴定分析方法。 重量分析法：将水中被分析组分与其中其它组分分离后，转化为一定的称量形式，然后用称重方法

10、计算该组分在水样中的含量。 重量分析法分类：气化法、沉淀法、电解法和萃取法等。 重量分析法测定指标：悬浮物（ss）、Ca2+、Mg2+、Ba2+等。 特点：适用常量分析，比较准确，相对误差0.%0.2%；操作麻烦、费时，不适用水中微量组分测定。1.2 水分析化学的分类 滴定分析法：又称容量分析法，将一已知准确浓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。 标准溶液或滴定剂： 滴定： 化学计量点：SP 滴定终点：ep 滴定终点与化学计量点不一致原因：操作系统误差。 滴定分析法分类：酸碱滴定法、沉淀滴定法、络合滴定和氧化还原滴定

11、法。1.2 水分析化学的分类 酸碱滴定法：利用质子传递反应进行滴定的方法。 沉淀滴定法：利用生成沉淀反应进行滴定的方法。 络合滴定法：利用络合反应对金属离子进行滴定的方法。 氧化还原滴定法：利用氧化还原反应进行滴定的方法。 滴定分析法要求化学反应必须满足： 反应在化学计量点反应的完成程度应在99.9%以上； 反应必须具有确定的化学计量关系； 反应能迅速完成，或有催化剂或加热加快反应； 有方便、可靠的方法确定滴定终点。1.2 水分析化学的分类 滴定分析法测定指标：碱度、酸度、硬度、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cl-、硫化物、溶解氧（DO）、生物化学需氧量（BOD）、高锰酸盐指数（CODMn）、

12、化学需氧量（COD）等。 特点：优点是简便、快速、有足够的准确度，相对误差为0.2%左右，主要用于常量组分测定；缺点是对水样中微量组分测定受到限制。n 仪器分析方法 定义：以成套的物理仪器为手段，对水样中的化学成分和含量进行测定的方法。 分类：光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法和放射化学分析法等。 光学分析法：是根据被分析物质对电磁波的辐射、吸收、散射等性质而建立的分析方法。常用于微量和痕量分析。1.2 水分析化学的分类 光学分析法分类：比色法、吸收光谱法（分光光度法）、发射光谱分析法、原子吸收光谱法、火焰光度法、荧光分析法和比浊分析法等。 光学分析法测定指标：色度、浊度、氮盐、

13、磷盐、余氯、酚、硫化物、金属离子和重金属元素等。 电化学分析法：利用被分析物质的电化学性质进行定量的方法。 电化学分类：电位分析法、电导分析法、库仑分析法和极普分析法。 色谱法：以吸附或分配为基础的分析方法。 色谱法分类：气相色谱法、液相色谱、离子色谱、气相色谱质谱联机、气相色谱核磁共振等。1.2 水分析化学的分类（3）常量分析、半微量分析和微量分析分类名称所需试样质量（mg） 所需试液体积（mL）常量分析半微量分析微量分析1001000101000.110101001100.011分类名称相对含量（%）常量组分分析微量组分分析痕量组分分析10.011离心滤纸砂芯漏斗； 浓缩： 蒸馏排除干扰杂

14、质： 消解：酸性消解（测定重金属）；改变价态消解（TN、TP、Hg等）；干式消解（金属离子）。2.2 水分析结果的误差及其表示方法一、误差的来源 分类：系统误差和随机误差。1、系统误差 定义：又叫可测误差，由某些经常的原因引起的误差，使测定结果系统偏高或偏低；其大小、正负也有一定规律；具有重复性和可测性。 类别：方法误差、仪器和试剂误差、操作误差；2、随机误差 定义：又叫偶然误差；其大小、正负无法测量、也不能加以校正。3、过失误差：可以避免的。2.2 水分析结果的误差及其表示方法二、误差的分析方法与准确度 误差分类：绝对误差和相对误差； 绝对误差=测量值-真值； 真值是客观存在的，但它是未知的

15、；真值可以由理论真值、计量学约定真值和相对真值（权威机构提供的标准值）。 相对误差=（绝对误差/真值）100%； 准确度：指测定结果与真实值接近的程度；由系统误差和随机误差决定；用绝对误差或相对误差表示。 误差越小，准确度越高。 回收率越大，方法的准确度越高。%100-加标量水样测定值加标水样测定值回收率2.2 水分析结果的误差及其表示方法三、偏差与精密度 偏差：分为绝对偏差和相对偏差。 真值是未知的，在消除系统误差的情况下，多次测定结果的平均值就认为它接近真值。 绝对偏差=测定值-平均值 相对偏差=（绝对偏差/平均值）100% 平均偏差=所有绝对偏差之和/测定次数 平均相对偏差=（平均偏差/

16、平均值）100% 精密度：指各次测定结果互相接近的程度。由随机误差决定。 偏差越小，精密度越高；否则相反；2.2 水分析结果的误差及其表示方法n 有时使用平行性、重复性、再现性表示不同情况下分析结果的精密度。 平行性：指两个或多个平行样测定结果的符合程度； 重复性：表示同一分析人员在同一分析条件下所得分析结果的精密度； 再现性：表示不同分析人员或不同式样私自将在各自的条件下所得分析结果的精密度；n 常用相对标准偏差来反映一组平行测定数据的精密度；n 相对标准偏差：标准偏差（S）在平均值中所占的百分数，又称变异系数，用CV（%）表示。n 极差：一组数据最大值与最小值的之差，一种表示精密度的方法。

17、1nd1n)XX(S 100%XSCVn1i2in1i2i2.2 水分析结果的误差及其表示方法四、准确度与精密度的关系 准确度有系统误差与随机误差决定，精密度由随机误差决定； 准确度高，精密度高；精密度高，准确度不一定高； 打靶图说明。五、提高准确度与精密度的方法1、减少系统误差 校准仪器、做空白试验、做对照试验、对分析结果校正；2、增加测定次数3、减少测量误差4、选择适当的分析误差课堂练习题1、下列情况属于偶然误差的是（ ）A. 化学试剂纯度不够； B. 使用未校准的移液管C. 用1：1的盐酸代替1：10盐酸； D. 气温2、下列说法错误的是（ ）A. 偶然误差具有随机性 B. 偶然误差的数

18、值大小、正负出现的机会均等C. 偶然误差是可测的 D. 偶然误差在分析中是无法避免的3、可用下述那种方法减小测定过程中的偶然误差（ ）A. 进行空白试验 B. 进行仪器校准C. 增加平行测定次数 D. 进行分析结果校正4、下列说法不正确的是（ ）A. 方法误差属于系统误差 B. 系统误差包括操作误差C. 系统误差又称测量误差 D. 系统误差呈正态分布课堂练习题5、滴定分析要求相对误差为0.1%，若称取试样的绝对误差为0.0002g，则一般至少称取试样（ ）g。A. 2 B. 0.2 C. 0.02 D. 0.002 6、对某试样进行三次平行测定，得CaO平均含量为30.6%，若真实含量为30.

19、3%，则30.6%-30.3%=0.3%为（ ）A. 相对误差 B. 相对偏差 C. 绝对误差 D. 绝对偏差7、万分之一分析天平，可准确称至0.0001g。如果分别称取100mg、50mg、30mg、10mg样品，其中准确度最高的为（ ）mgA. 100 B. 50 C. 30 D. 102.3 纯水和特殊要求的水一、纯水 纯水是分析工作中用量最大的试剂。 “分析实验室用水规格和试验方法”（GB/T6682-92）规定，纯水分为3个等级：一级水、二级水、三级水，具体要求见教材P39表2.2 一级水：高压液相色谱，可由二级水经过石英砂设备蒸馏再过0.2m微孔滤膜过滤。 二级水：原子吸收光谱分析

20、，多次蒸馏或离子交换。 三级水：一般化学分析试验，蒸馏或离子交换。2.3 纯水和特殊要求的水二、特殊要求的水制备 无氯水： 无氨水： 无二氧化碳水： 无酚水： 不含有机物的蒸馏水： 无铅（无重金属）水： 无砷水：2.4 分析质量的质量评价方法 质量评价通常分为：实验室内的质量评价和实验室间的质量评价。 实验室内：通过多次重复测定，确定随机误差；用标准物质或其他可靠的分析方法核验是否存在系统误差；用交换仪器的方法发现仪器误差；用操作者交替的方法发现操作误差。绘制质量控制图（平均值、标准偏差、极差、置信度；回收率）。 实验室间：2.5 数据处理一、有限次测量数据的统计处理二、有效数字及其计算规则三

21、、回归分析方法（或最小二乘法） 两个变量之间存在某种线性关系，回归直线才有意义； 判断回归直线是否有意义，用相关系数。 相关系数R越接近1，线性关系越好。 标准曲线的制定要求：R20.9999 采用EXCEL绘制标准曲线四、方差分析（t检验；F检验和t检验联合）2.6 标准溶液和物质量浓度一、标准溶液和基准物质 标准溶液：已知准确浓度的溶液； 基准物质：能用于直接配制或标定标准溶液的物质，或称标准物质； 基准物质必须满足下列条件： 纯度高，其中杂质含量0.01%0.02%； 稳定。不吸水、不分解、不挥发、不吸收CO2、不易被空气氧化； 易溶解； 有较大的摩尔质量。（相同浓度，称量时用量大，减少

22、误差） 定量参加反应，无副作用； 试剂的组成与它的化学式完全符合；1.7 标准溶液和物质量浓度二、标准溶液的配制和标定 配制有直接法和标定法1、直接法 准确称取一定量的基准物质，用少量水（或其他溶剂）溶解后，稀释到一定体积的溶液。计算浓度2、标定法 也称间接配制方法，不能做基准物质，先配制近似浓度，然后通过其它基准物或标准溶液测定其准确浓度。1.7 标准溶液和物质量浓度三、标准溶液浓度的表示方法1、物质的量浓度 单位：mol/L，或m mol/L； 物质的量的数值与基本单元的选择有关， 基本单元：一般采用分子、原子、离子、电子及其它粒子或是这些粒子的特定组合单元作为基本单元； 如：2MnO4-

23、+5H2C2O42-+16H+=2Mn2-+10CO2+8H2O KMnO4的基本单元为1/5 KMnO4，而H2C2O4为1/2 H2C2O4； 基本单元反应完全反应各自体积之比为1：1。2、滴定度 指1mL标准溶液相当于被测组分的质量，单位为g/mL。1.7 标准溶液和物质量浓度四、水分析结果的表示方法 mg/L、g/L、ng/L ppm（百万分之几）、ppb（十亿分之几）、ppt（百亿分之几） g=103mg=106 g=109ng ppm=（mg/L）/比重 %= （10000mg/L）/比重 1%=0.01L/L=0.011000kg/L=10000mg/L mg/L= ppm； g/L= ppb；ng/L= ppt 注：高比重的工业废水、废液、海水或水中的污泥的测定结果，要对其进行修正作业题吸光度0.0020.0060.0110.0140.0170.0220.0240.030.0340.0380.0420.0500.059色度/度051015202530354045506070n标准溶液色度与其在波长为410nm处吸光度的数据如下表，求色度与吸光度的回归方程并作相关分析。（分别用3种方法去求，比较它们的结果）教材教材p27（3、4）和p57（4、5）。