光度滴定法測定水硬度的方法
點擊: 次 時間:2017-02-14 08:58
1 水硬度
水硬度是水質分析中的一項重要指標。水硬度過高或過低都會對人體造成不利影響，甚至引發(fā)相應疾病。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定生活飲用水總硬度應＜450mg/L。在工業(yè)生產中，鍋爐用水需要使用軟水（即硬度很低的水），若水硬度過高，會導致內壁結垢、傳熱效率降低、管路堵塞，甚至引發(fā)爆炸。在釀造、選礦、制革等生產過程中，水硬度也有很大影響。因此水硬度的測試對于控制飲用水和工業(yè)用水質量、保障人體健康和生產安全有著重要意義。
2 水硬度的測定方法
水硬度的一般有以下幾種方法：
1. 手動滴定法
手動滴定是水硬度測定的經典方法，符合標準GB 7477-87 《水質鈣和鎂總量的測定 EDTA滴定法》。其以鉻黑T作為指示劑，以EDTA為滴定劑，通過肉眼觀察顏色變化來判斷滴定終點。該方法測試成本較低，不需要特別復雜的儀器設備。一方面，由于使用人工的方式進行測試，對操作人員的專業(yè)技能有一定的要求，測試結果受人為因素影響較大；另一方面，該方法自動化程度低，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動記錄和可靠傳遞。
2. 電位滴定法
電位滴定法是一種儀器分析方法，需要使用電位滴定儀。其一般使用鈣離子選擇性電極作為指示電極，以EDTA作為滴定劑進行滴定，儀器可以根據(jù)滴定電位變化自動判斷終點。相對于手動滴定的方法，電位滴定法的自動化程度較高；而采用鈣離子選擇性電極，在滴定過程中還能夠分別區(qū)分鈣離子和鎂離子的含量。電位滴定法也面臨一些局限性，比如，電位滴定法一般不適合軟水硬度的測定；鈣離子選擇性電極的使用相對復雜，需要進行活化等操作；鈣離子選擇性電極往往有一定的使用壽命，隨著電極的使用，其電極性能會下降，在一段時期后需要更換新的電極。
圖1. 電位滴定法測定水硬度典型滴定曲線：使用ZDJ-4B自動電位滴定儀，配合PCa-1-01鈣離子選擇性電極，232-01參比電極測定水硬度。
圖2. 光度滴定法測定水硬度典型滴定曲線：使用ZDJ-5B-G自動滴定儀，配合620 nm光度電極進行測試。
圖3. 上海雷磁ZDJ-5B-G型自動滴定儀和不同波長的光度電極。
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水硬度是水質分析中的一項重要指標。水硬度過高或過低都會對人體造成不利影響，甚至引發(fā)相應疾病。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定生活飲用水總硬度應＜450mg/L。在工業(yè)生產中，鍋爐用水需要使用軟水（即硬度很低的水），若水硬度過高，會導致內壁結垢、傳熱效率降低、管路堵塞，甚至引發(fā)爆炸。在釀造、選礦、制革等生產過程中，水硬度也有很大影響。因此水硬度的測試對于控制飲用水和工業(yè)用水質量、保障人體健康和生產安全有著重要意義。
2 水硬度的測定方法
水硬度的一般有以下幾種方法：
1. 手動滴定法
手動滴定是水硬度測定的經典方法，符合標準GB 7477-87 《水質鈣和鎂總量的測定 EDTA滴定法》。其以鉻黑T作為指示劑，以EDTA為滴定劑，通過肉眼觀察顏色變化來判斷滴定終點。該方法測試成本較低，不需要特別復雜的儀器設備。一方面，由于使用人工的方式進行測試，對操作人員的專業(yè)技能有一定的要求，測試結果受人為因素影響較大；另一方面，該方法自動化程度低，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動記錄和可靠傳遞。
2. 電位滴定法
電位滴定法是一種儀器分析方法，需要使用電位滴定儀。其一般使用鈣離子選擇性電極作為指示電極，以EDTA作為滴定劑進行滴定，儀器可以根據(jù)滴定電位變化自動判斷終點。相對于手動滴定的方法，電位滴定法的自動化程度較高；而采用鈣離子選擇性電極，在滴定過程中還能夠分別區(qū)分鈣離子和鎂離子的含量。電位滴定法也面臨一些局限性，比如，電位滴定法一般不適合軟水硬度的測定；鈣離子選擇性電極的使用相對復雜，需要進行活化等操作；鈣離子選擇性電極往往有一定的使用壽命，隨著電極的使用，其電極性能會下降，在一段時期后需要更換新的電極。
圖1. 電位滴定法測定水硬度典型滴定曲線：使用ZDJ-4B自動電位滴定儀，配合PCa-1-01鈣離子選擇性電極，232-01參比電極測定水硬度。
3. 光度滴定法
光度滴定法是一類新型滴定方法。其核心部件是光度電極，通過采用光度電極實時檢測溶液吸光度變化，來代替肉眼判斷溶液顏色的變化，從而實現(xiàn)自動的終點判定。該方法同國標方法一樣，使用鉻黑T作為指示劑，以EDTA為滴定劑進行滴定。
光度滴定法是一類新型滴定方法。其核心部件是光度電極，通過采用光度電極實時檢測溶液吸光度變化，來代替肉眼判斷溶液顏色的變化，從而實現(xiàn)自動的終點判定。該方法同國標方法一樣，使用鉻黑T作為指示劑，以EDTA為滴定劑進行滴定。
圖2. 光度滴定法測定水硬度典型滴定曲線：使用ZDJ-5B-G自動滴定儀，配合620 nm光度電極進行測試。
相對于電位滴定法，光度滴定有一些獨特的優(yōu)勢：
n 由于采用相同的終點判定原理，其測試結果與國標方法（即手動滴定法）更為接近；
n 檢測下限低，適用于軟水硬度的測定；
n 終點突躍明顯，測試的重復性較好；
n 光度電極使用方便，無需特殊維護，使用壽命長。
4. 水硬度電極法
采用水硬度離子選擇性電極進行測試。水硬度離子選擇性電極是一類特殊的選擇性電極，其對鈣、鎂離子有非常接近的選擇性。目前市場上有一些品牌也推出基于該原理的水硬度測試儀器。受水硬度電極原理的限制，該方法在重復性和準確性上往往會面臨一些問題。另一方面，同鈣離子選擇性電極一樣，水硬度電極在使用時也面臨電極活化、電極維護和使用壽命方面的問題。
5. 離子色譜、原子吸收等方法
離子色譜和原子吸收是相對較為專業(yè)的離子分析方法，可以分析水樣中的多種陽離子。該類方法往往有更好的選擇性，對于復雜樣品的測試有良好的準確性。當然，操作和使用這類相對較為大型的儀器需要專業(yè)的操作人員以及固定的實驗室場所。這類儀器的采購、使用和維護也面臨更高的成本，因此往往只有一些大型的水質分析實驗室會使用這類設備。
從目前的實際應用看，滴定法是水硬度測定的最主要方法，其測試重復性、準確性、方法的接受度和使用成本等方面都優(yōu)于其他方法。作為自動分析方法，光度滴定法則是其中更為先進的測試方法，操作方便，可靠性高，在實現(xiàn)自動滴定的同時，保持了與手動滴定在測試方法上的一致性。
3 光度滴定儀
掌握光度滴定儀技術的企業(yè)很少，國內產品中，目前僅上海儀電科學儀器股份有限公司（雷磁品牌）上市和推出了光度滴定儀產品（ZDJ-5B-G型自動滴定儀）。
ZDJ-5B-G是5B系列滴定儀中的一款，內置了電位滴定和光度滴定兩個滴定模塊，可支持電位滴定和光度滴定。儀器采用7吋彩色觸摸屏設計，操作方便；支持連接外接滴定單元、自動進樣器、打印機、PC端等設備。作為光度滴定儀，ZDJ-5B-G可配置520nm、570nm、620nm三種不同波長的光度電極以實現(xiàn)不同的滴定應用。
n 由于采用相同的終點判定原理，其測試結果與國標方法（即手動滴定法）更為接近；
n 檢測下限低，適用于軟水硬度的測定；
n 終點突躍明顯，測試的重復性較好；
n 光度電極使用方便，無需特殊維護，使用壽命長。
4. 水硬度電極法
采用水硬度離子選擇性電極進行測試。水硬度離子選擇性電極是一類特殊的選擇性電極，其對鈣、鎂離子有非常接近的選擇性。目前市場上有一些品牌也推出基于該原理的水硬度測試儀器。受水硬度電極原理的限制，該方法在重復性和準確性上往往會面臨一些問題。另一方面，同鈣離子選擇性電極一樣，水硬度電極在使用時也面臨電極活化、電極維護和使用壽命方面的問題。
5. 離子色譜、原子吸收等方法
離子色譜和原子吸收是相對較為專業(yè)的離子分析方法，可以分析水樣中的多種陽離子。該類方法往往有更好的選擇性，對于復雜樣品的測試有良好的準確性。當然，操作和使用這類相對較為大型的儀器需要專業(yè)的操作人員以及固定的實驗室場所。這類儀器的采購、使用和維護也面臨更高的成本，因此往往只有一些大型的水質分析實驗室會使用這類設備。
從目前的實際應用看，滴定法是水硬度測定的最主要方法，其測試重復性、準確性、方法的接受度和使用成本等方面都優(yōu)于其他方法。作為自動分析方法，光度滴定法則是其中更為先進的測試方法，操作方便，可靠性高，在實現(xiàn)自動滴定的同時，保持了與手動滴定在測試方法上的一致性。
3 光度滴定儀
掌握光度滴定儀技術的企業(yè)很少，國內產品中，目前僅上海儀電科學儀器股份有限公司（雷磁品牌）上市和推出了光度滴定儀產品（ZDJ-5B-G型自動滴定儀）。
ZDJ-5B-G是5B系列滴定儀中的一款，內置了電位滴定和光度滴定兩個滴定模塊，可支持電位滴定和光度滴定。儀器采用7吋彩色觸摸屏設計，操作方便；支持連接外接滴定單元、自動進樣器、打印機、PC端等設備。作為光度滴定儀，ZDJ-5B-G可配置520nm、570nm、620nm三種不同波長的光度電極以實現(xiàn)不同的滴定應用。
圖3. 上海雷磁ZDJ-5B-G型自動滴定儀和不同波長的光度電極。
4光度滴定儀的應用
除水硬度外，光度滴定儀還可應用于大量其他的滴定應用，比如Ni離子、Zn離子的分析等，由于沒有合適的指示電極，這些離子往往無法使用電位滴定儀進行測試，而光度滴定可以很好地實現(xiàn)類似離子的分析。
除水硬度外，光度滴定儀還可應用于大量其他的滴定應用，比如Ni離子、Zn離子的分析等，由于沒有合適的指示電極，這些離子往往無法使用電位滴定儀進行測試，而光度滴定可以很好地實現(xiàn)類似離子的分析。
表1. 光度滴定的一些典型應用
上海儀電科學儀器股份有限公司自上世紀70年代起便開始研究和生產滴定儀系列產品，通過近40年的不斷發(fā)展，已經形多個不同功能特點的滴定儀產品系列。作為國內滴定儀產品的領軍企業(yè)，上海儀電科學儀器不斷追求技術突破，為國內廣大科研工作者和各類企業(yè)提供更精準、更可靠、更方便的滴定儀產品。
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