水中鉻的測定

鉻是自然界中廣泛存在的一種元素，環(huán)境水體中鉻以三價和六價的形式存在，三價形態(tài)鉻能參與人和動物體內(nèi)糖與脂肪的代謝過程，是人體必需的微量元素之一，有弱的蓄積作用，對魚類的毒性比六價鉻高；六價形態(tài)鉻是一種有毒物質(zhì)且毒性較強，有很強的致突變作用，已確認為致癌物，并與人體的皮膚、心血管等方面疾病有關(guān)，能在體內(nèi)蓄積。

受水中pH、有機物、氧化還原物質(zhì)、溫度及硬度等條件影響，水中三價鉻和六價鉻的化合物可以互相轉(zhuǎn)化。超標的六價鉻在環(huán)境中不會自己降解，反而在人體和自然中積累，對環(huán)境有持久危險性。

鉻廢水的主要來源有電鍍、冶金、制革、印染和化工等行業(yè)的排放。因此，鉻是水質(zhì)評價的一個重要指標，鉻的測定對化工生產(chǎn)和環(huán)境保護有著重要的意義。當水中六價鉻濃度達1mg/L時，水呈黃色并有澀味；三價鉻濃度達1mg/L時，水的濁度明顯增加。陸地天然水中一般不含鉻；海水中鉻的平均濃度為0.05μg/L；飲用水中更低。

廢水中鉻的測定方法主要有二苯碳酰二肼分光光度法、原子吸收分光光度法、等離子體發(fā)射光譜法和硫酸亞鐵銨滴定法。二苯碳酰二肼分光光度法因具備干擾少、操作簡單、靈敏度高、適用范圍廣、線性范圍寬等特點，而被作為測定水樣中六價鉻的首選國標經(jīng)典方法。1.了解水中鉻污染對環(huán)境的影響及其測定鉻的意義。2.掌握二苯碳酰二肼測六價鉻和總鉻的原理及方法二苯碳酰二肼分光光度法一、實驗?zāi)康?/p>

二、實驗原理六價鉻：在酸性溶液中，水樣中呈現(xiàn)強氧化性的六價鉻（Cr2O72-）將二苯碳酰二肼氧化為二苯縮二氨基脲，生成的二苯縮二氨基脲再與六價鉻還原產(chǎn)物Cr3+生成紫紅色化合物，在一定范圍內(nèi)，該紫紅色絡(luò)合物色度與六價鉻的含量成線性關(guān)系，吸光度與濃度的關(guān)系符合朗伯-比爾定律，在540nm波長處有最大吸收，從而實現(xiàn)水樣六價鉻的測定?？傘t：測定總鉻，需先用高錳酸鉀將水樣中的三價鉻氧化為六價，再用本法測定。（一）儀器1.分光光度計，比色皿。2.50mL具塞比色管，移液管，容量瓶等。（二）試劑1.丙酮；2.（1＋1）硫酸;3.（1＋1）磷酸。4.氫氧化鋅共沉淀劑：稱取硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）8g，溶于100mL水中；稱取氫氧化鈉2.4g，溶于120mL水中。將以上兩溶液混合。

三、實驗儀器和試劑5.40g/L：高錳酸鉀溶液。6.鉻標準貯備液：稱取于120℃干燥2h的重鉻酸鉀（優(yōu)級純）0.2829g，用水溶解，移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。每毫升貯備液含0.100μg六價鉻。7.鉻標準使用液：吸取5.00mL鉻標準貯備液于500mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。每毫升標準使用液含1.00μg六價鉻。使用當天配制。8.200g/L尿素溶液。9.20g/L亞硝酸鈉溶液。

10.

二苯碳酰二肼溶液：稱取二苯碳酰二肼（簡稱DPC，C13H14N4O）0.2g，溶于50mL丙酮中，加水稀釋至100mL，搖勻，貯于棕色瓶內(nèi)，置于冰箱中保存。顏色變深后不能再用。11.硝酸；硫酸；三氯甲烷。12.1＋1氨水溶液。13.5％（m/V）銅鐵試劑：稱取銅鐵試劑[C6H5N（NO）ONH4]5g，溶于冰冷水中并稀釋至100mL。臨用時現(xiàn)配。四、測定步驟（一）六價鉻的測定1.測六價鉻水樣預(yù)處理（1）對不含懸浮物、低色度的清潔地面水，可直接進行測定。（2）如果水樣有色但不深，可進行色度校正。即另取一份試樣，加入除顯色劑以外的各種試劑，以2mL丙酮代替顯色劑，用此溶液為測定試樣溶液吸光度的參比溶液。（3）對渾濁、色度較深的水樣，應(yīng)加入氫氧化鋅共沉淀劑并進行過濾處理。（4）水樣中存在次氯酸鹽等氧化性物質(zhì)時，干擾測定，可加入尿素和亞硝酸鈉消除。（5）水樣中存在低價鐵、亞硫酸鹽、硫化物等還原性物質(zhì)時，可將Cr6+還原為Cr3+，此時，調(diào)節(jié)水樣pH值至8，加入顯色劑溶液，放置5min后再酸化顯色，并以同法作標準曲線。2.標準曲線的繪制取9支50mL比色管，依次加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL鉻標準使用液，用水稀釋至標線，加入1＋1硫酸0.5mL和1＋1磷酸0.5mL，搖勻。加入2mL顯色劑溶液，搖勻。5~10min后，于540nm波長處，用1cm或3cm比色皿，以水為參比，測定吸光度并作空白校正。以吸光度為縱坐標，相應(yīng)六價鉻含量為橫坐標繪出標準曲線。3.水樣的測定：取適量（含Cr6+少于50μg）無色透明或經(jīng)預(yù)處理的水樣于50mL比色管中，用水稀釋至標線，測定方法同標準溶液。進行空白校正后根據(jù)所測吸光度從標準曲線上查得Cr6+含量。（二）總鉻的測定1.水樣預(yù)處理（1）一般清潔地面水可直接用高錳酸鉀氧化后測定。（2）對含大量有機物的水樣，需進行消解處理。即取50mL或適量（含鉻少于50μg）水樣，置于150mL燒杯中，加入5mL硝酸和3mL硫酸，加熱蒸發(fā)至冒白煙。如溶液仍有色，再加入5mL硝酸，重復(fù)上述操作，至溶液清澈，冷卻。用水稀釋至10mL，用氫氧化銨溶液中和至pH1~2，移入50mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻，供測定。（3）如果水樣中鉬、釩、鐵、銅等含量較大，先用銅鐵試劑-三氯甲烷萃取除去，然后再進行消解處理。

2.高錳酸鉀氧化三價鉻取50.0mL或適量（鉻含量少于50μg）清潔水樣或經(jīng)預(yù)處理的水樣（如不到50.0mL，用水補充至50.0mL）于150mL錐形瓶中，用氫氧化銨和硫酸溶液調(diào)至中性，加入幾粒玻璃珠，加入1＋1硫酸和1＋1磷酸各0.5mL，搖勻。加入4％高錳酸鉀溶液2滴，如紫色消退，則繼續(xù)滴加高錳酸鉀溶液至保持紫紅色。加熱煮沸至溶液剩約20mL。冷卻后，加入1mL20％的尿素溶液，搖勻。用滴管加2％亞硝酸鈉溶液，每加一滴充分搖勻，至紫色剛好消失。稍停片刻，待溶液內(nèi)氣泡逸盡，轉(zhuǎn)移至50mL比色管中，稀釋至標線，供測定。3.標準曲線的繪制、水樣的測定和計算同六價鉻的測定。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.數(shù)據(jù)記錄02.繪制標準曲線編號123456789水樣標準液體積mL00.20.51246810Cr(Ⅵ)含量μg測定吸光度校正吸光度注：校正吸光度:測定吸光度扣除零濃度空白吸光度；2.標準曲線的繪制以Cr(Ⅵ)含量（μg）為橫坐標，校正吸光度為縱坐標繪制標準線，并寫出回歸方程。Cr(Ⅵ)含量/μg3.數(shù)據(jù)計算由水樣的校正吸光度，從標準曲線上查得（或由回歸曲線計算）Cr(Ⅵ)含量，按下式計算：式中：m—由標準曲線查得的Cr(Ⅵ)含量，μg；

V—水樣體積，mL。六、注意事項1.用于測定鉻的玻璃器皿不應(yīng)用重鉻酸鉀洗液洗滌。2.Cr6+與顯色劑的顯色反應(yīng)一般控制酸度在0.05—0.3mol/L（1/2H2SO4）范圍，以0.2mol/L時顯色最好。顯色前，水樣應(yīng)調(diào)至中性。顯色溫度和放置時間對顯色有影響，在15℃時，5—15min顏色即可穩(wěn)定。3.如測定清潔地面水樣，顯色劑可按以下方法配制：溶解0.2g二苯碳酰肼于100mL95％的乙醇中，邊攪拌邊加入1＋9硫酸400mL。該溶液在冰箱中可存放一個月。用此顯色劑，在顯色時直接加入2.5mL即可，不必再加酸。但加入顯色劑后，要立即搖勻，以免Cr6+可能被乙酸還原。1.測總鉻時，加入高錳酸鉀溶液，如果顏色繼續(xù)褪去，為什么要補加高錳酸鉀？2.

測定六價鉻或總鉻的器皿能否用重鉻酸鉀洗液洗滌？為什么？應(yīng)使用何種洗滌劑洗滌？七、思考題模型試驗設(shè)計通常指用簡化的可控制的方法再現(xiàn)實際發(fā)生的物理現(xiàn)象。實際發(fā)生的現(xiàn)象被稱為原型現(xiàn)象，模型試驗的側(cè)重點是再現(xiàn)流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)；只有保證模型試驗和原型中流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)相同，模型試驗才是有價值的。模型試驗?zāi)Ｐ驮囼炘O(shè)計科學(xué)研究和生產(chǎn)設(shè)計需要做模型試驗；并不是所有的流動現(xiàn)象都需要做模型試驗。做理論分析或數(shù)值模擬的流動現(xiàn)象都不必做模擬試驗；并不是所有的流動現(xiàn)象都能做模型試驗。只有對其流動現(xiàn)象有充分的認識，并了解支配其現(xiàn)象的主要物理法則，但還不能對其作理論分析或數(shù)值模擬的原型最適合做模型試驗。模型試驗的目的模型試驗設(shè)計為了使兩流動完全相似，在滿足幾何相似的前提下，各獨立的相似準則應(yīng)同時得到滿足。這在實際實驗中往往很難實現(xiàn)，甚至是不可能的。相似準則的選擇如僅保證重力和黏性力相似，則應(yīng)同時滿足佛汝德準則和雷諾準則。模型試驗設(shè)計相似準則的選擇由雷諾準則得：lllu/ln=1由佛汝德準則得：，通常取lg

=1，則有聯(lián)合得：ln=ll3/2，即應(yīng)按ln=ll3/2選擇流體的運動黏度，一般難以實現(xiàn)。若取ln

=1，即原、模型采用同一介質(zhì)，則導(dǎo)致ll

=1，失去了模型試驗的價值。模型試驗設(shè)計相似準則的選擇因此，要使兩者達到完全的動力相似，實際上辦不到，我們尋求的是起主要作用的力相似——近似相似。一般情況下：有壓管流明渠流動選雷諾準則選佛汝德準則黏性力起主要作用重力起主要作用模型試驗設(shè)計首先根據(jù)實驗場地和模型制作的條件定出長度比尺ll

；根據(jù)選定的長度比尺ll確定出模型流動的幾何邊界；根據(jù)所選用的相似準則確定速度比尺和流量比尺，從而定出模型流動的流量。模型的設(shè)計模型試驗設(shè)計例題：有一直徑d=50cm的輸油管道，管道長l=200m，油的運動黏滯系數(shù)n=1.3110-4m2/s，管中通過油的流量Q=0.1m3/s。現(xiàn)用10℃的水和管徑dm=5cm的管路進行模型試驗，試求模型管道的長度和通過的流量。模型試驗設(shè)計解：該管道模型的幾何比尺為所以模型管道的長度模型試驗設(shè)計判別原型管道中的流態(tài)：模型試驗設(shè)計所以管內(nèi)流動為層流，應(yīng)該按照黏性力相似準則(即雷諾準則)計算模型中流量Qm。10℃水的運動黏性系數(shù)nm

=1.31

10-6

m2/s，模型運動黏滯系數(shù)比尺為流量比尺模型試驗設(shè)計通常指用簡化的可控制的方法再現(xiàn)實際發(fā)生的物理現(xiàn)象。實際發(fā)生的現(xiàn)象被稱為原型現(xiàn)象，模型試驗的側(cè)重點是再現(xiàn)流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)；只有保證模型試驗和原型中流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)相同，模型試驗才是有價值的。模型試驗?zāi)Ｐ驮囼炘O(shè)計科學(xué)研究和生產(chǎn)設(shè)計需要做模型試驗；并不是所有的流動現(xiàn)象都需要做模型試驗。做理論分析或數(shù)值模擬的流動現(xiàn)象都不必做模擬試驗；并不是所有的流動現(xiàn)象都能做模型試驗。只有對其流動現(xiàn)象有充分的認識，并了解支配其現(xiàn)象的主要物理法則，但還不能對其作理論分析或數(shù)值模擬的原型最適合做模型試驗。模型試驗的目的模型試驗設(shè)計為了使兩流動完全相似，在滿足幾何相似的前提下，各獨立的相似準則應(yīng)同時得到滿足。這在實際實驗中往往很難實現(xiàn)，甚至是不可能的。相似準則的選擇如僅保證重力和黏性力相似，則應(yīng)同時滿足佛汝德準則和雷諾準則。模型試驗設(shè)計相似準則的選擇由雷諾準則得：lllu/ln=1由佛汝德準則得：，通常取lg

=1，則有聯(lián)合得：ln=ll3/2，即應(yīng)按ln=ll3/2選擇流體的運動黏度，一般難以實現(xiàn)。若取ln

=1，即原、模型采用同一介質(zhì)，則導(dǎo)致ll

=1