2.2　化學試劑與試液

2.2.1　化學試劑

水質分析中要用到各種化學試劑，了解化學試劑的分類、規格、性質及使用知識是很有必要的。

2.2.1.1　試劑的分類與規格

化學試劑根據用途可分為一般化學試劑和特殊化學試劑。

（1）一般化學試劑　根據國家標準，一般化學試劑按其純度可分為四級，其規格及適用范圍見表2-7。另外，指示劑也屬于一般化學試劑。

（2）特殊化學試劑

①基準試劑　其純度相當于（或高于）一級品，主成分含量一般為99.95%～100.00%，可用作滴定分析中的基準物質，也可直接配制成已知濃度的標準滴定溶液。

②高純試劑　這一類試劑的主要成分含量可達到四個九（99.99%）以上，主要用于極精密分析中的標準物或配制標樣的基體。其中“光譜純”試劑雜質含量用光譜分析法已測不出或低于某一限度；“分光光度純”試劑要求在一定波長范圍內沒有干擾物質或很少干擾物質；“色譜純”試劑或“色譜標準物質”其雜質含量用色譜分析法檢測不出或低于某一限度。

③生化試劑　用于各種生物化學檢驗。

2.2.1.2　化學試劑的選擇

化學試劑的純度對分析結果的準確性有較大的影響，但是試劑純度越高，其價格也越貴。所以應該根據分析任務，分析方法以及對分析結果準確度的要求選用不同規格的試劑。

化學試劑選用的原則是在滿足分析要求的前提下，選擇試劑的級別應盡可能低，既不要超級別而造成浪費，也不能隨意降低試劑級別而降低分析結果的準確度。試劑的選擇通常考慮以下幾點：

①對痕量分析應選高純度規格的試劑，以降低空白值；對于仲裁分析一般選用優級純和分析純試劑。

②滴定分析中用間接法配制的標準滴定溶液，應選擇分析純試劑配制，再用基準物質標定。如對分析測定結果要求不是很高的實驗，也可用優級純或分析純代替基準試劑作標定。滴定分析中所用的其他試劑一般為分析純試劑。

③儀器分析中一般選擇優級純或專用試劑，測定微量成分時應選用高純試劑。

④配制定量或定性分析中的普通試液和清潔液時應選用化學純試劑。

需要注意的是，試劑的級別要求高，分析實驗用水的純度及容器、儀器潔凈程度也有特殊要求，必須配合使用，方能滿足要求。

此外，由于進口化學試劑的規格、標志與我國化學試劑現行等級標準不甚相同，使用時可參照有關化學手冊加以區別。

2.2.1.3　化學試劑的貯存、管理和使用

實驗室都需貯存一定量的化學藥品（包括原裝化學試劑和自己制備的各類試劑），這些化學藥品應該由專人妥善管理，尤其是大部分藥品都具有一定的毒性或易燃易爆性，若管理不當，易發生危險事故。同時，化學試劑如保管不善則會發生變質，變質試劑不僅是導致分析測定結果誤差的主要原因，而且還會使分析工作失敗，甚至引起事故。因此，必須了解化學藥品的性質，避開引起試劑變質的各種因素，妥善保管。

（1）引起化學試劑變質的因素

①空氣的影響　空氣中的氧易使還原性試劑氧化而變質；強堿性試劑易吸收二氧化碳而變成碳酸鹽；水分可以使某些試劑潮解、結塊，纖維、灰塵能使某些試劑還原、變色等。

②溫度的影響　高溫加速不穩定試劑的分解速度；低溫對有些試劑也有影響，如溫度過低會析出沉淀、發生凍結等。

③光的影響　日光中的紫外線能加速某些試劑的化學反應而使其變質（例如銀鹽、汞鹽、溴和碘的鉀、鈉、銨鹽和某些酚類試劑）。

④濕度的影響　空氣中相對濕度在40%～70%為正常，濕度過高或過低都易使試劑發生化學或物理變化，使不同的試劑發生潮解、風化、稀釋、分解等變化。

⑤雜質　試劑純凈與否，會影響其變質情況。所以在取用試劑時要特別防止帶入雜質。

⑥貯存期的影響　不穩定試劑在長期貯存后會發生歧化、聚合、分解或沉淀等變化。

（2）化學試劑的貯存

一般化學試劑應貯存在通風良好、干燥潔凈、避免陽光照射的房間里，要遠離火源，并注意防止水分、灰塵和其他物質的污染。通常化學藥品的存放可分類如下：

①無機物　鹽類及氧化物（按周期表分類存放），如鈉、鉀、銨、鎂、鈣、鋅等的鹽及CaO、MgO、ZnO等；

堿類，如KOH、NaOH、NH3·H2O等；

酸類，如H2SO4、HNO3、HCl、HClO4等。

②有機物　按官能團分類存放，如烴類、醇類、酚類、酮類、酯類、羧酸類、胺類、鹵代烷類、苯系物等。

③指示劑　酸類指示劑、氧化還原指示劑、配位滴定指示劑、熒光指示劑等。劇毒試劑（如NaCN、As2O3、HgCl2）必須安全使用和妥善保管。

（3）化學試劑的取用　取用化學試劑應遵循以下原則。

①取用前先檢查試劑的外觀、生產日期，處理好不能使用的失效的試劑。如懷疑變質，應檢驗確認合格后再用。若瓶上的標簽脫落，應及時貼好，防止試劑混淆。

②取用固體試劑時應遵循“只出不回，量用為出”的原則，取出的多余試劑不得回到原瓶。要用潔凈干燥的藥匙，不允許一匙多用，取完試劑要立即蓋上瓶蓋。一般的固體試劑可以放在干凈的硫酸紙或表面皿上稱量，具有腐蝕性、強氧化性或易潮解的試劑不能在紙上稱量。

③取用液體試劑時，必須傾倒在潔凈的容器中再吸取使用，不得在試劑瓶中直接吸取，倒出的試劑不得再倒回原瓶。傾倒試劑時應使瓶簽朝向手心，防止流下的液體沾污、腐蝕瓶簽。

2.2.2　實驗室分析用水

在水質分析工作中，洗滌儀器、溶解樣品、配制溶液等均需用到水。一般天然水和自來水中常含有氯化物、碳酸鹽、硫酸鹽、泥沙及少量有機物等雜質，影響水質分析結果的準確度。作為分析用水，必須先用一定的方法凈化，達到國家規定的實驗室用水規格后才能使用。

2.2.2.1　實驗室用水的質量要求

（1）外觀與等級　實驗室用水應為無色透明的液體，其中不得有肉眼可辨的顏色和雜質。

實驗室用水應在獨立的制水間制備，一般分為三個等級，其用途及處理方法見表2-8。

（2）質量指標　實驗室用水的質量應符合表2-9規定。

2.2.2.2　實驗室用水的制備

制備實驗室用水，應選取飲用水或比較純凈的水，如被污染，必須進行預處理。

（1）一般純水的制備　實驗室各種用水的制備如表2-10所示。

（2）特殊要求的實驗室用水　在某些項目分析時，要求分析過程中所用純水中的其些指標含量應越低越好，這就要求制備某些特殊的純水，以滿足分析需要。

①無氯水　利用亞硫酸鈉等還原劑將水中余氯還原成氯離子，用聯鄰甲苯胺檢查不顯黃色。然后用附有緩沖球的全玻璃蒸餾器（以下各項的蒸餾同此）進行蒸餾制得。

②無氨水　加入硫酸至pH<2，使水中各種形態的氨或胺均轉變成不揮發的鹽類，然后用全玻璃蒸餾器進行蒸餾制得。但應注意避免實驗室空氣中存在的氨重新污染。還可利用強酸性陽離子樹脂進行離子交換，得到較大量的無氨水。

③無二氧化碳水

a.煮沸法　將蒸餾水或去離子水煮沸至少10min（水多時），或使水量蒸發10%以上（水少時），加蓋放冷即得。

b.曝氣法　用惰性氣體或純氮通入蒸餾水或去離子水至飽和即得。

制得的無二氧化碳水應儲于具有堿石灰管的、用橡皮塞蓋嚴的瓶中。

④無鉛（重金屬）水　用氫型強酸性陽離子交換樹脂處理原水即得。所用儲水器事先應用6mol/L硝酸溶液浸泡過夜再用無鉛水洗凈。

⑤無砷水　一般蒸餾水和去離子水均能達到基本無砷的要求。制備痕量砷分析用水時，必須使用石英蒸餾器、石英儲水瓶等器皿。

⑥無酚水

a.加堿蒸餾法　加氫氧化鈉至水的pH值大于11，使水中的酚生成不揮發的酚鈉后蒸餾即得；也可同時加入少量高錳酸鉀溶液至水呈紅色（氧化酚類化合物）后進行蒸餾。

b.活性炭吸附法　每升水加0.2g活性炭，置于分液漏斗中，充分振搖，放置過夜，用中速濾紙過濾即得。

⑦不含有機物的蒸餾水　加入少量堿性高錳酸鉀（氧化水中有機物）溶液，使水呈紫紅色，進行蒸餾即得。若蒸餾過程中紅色褪去應補加高錳酸鉀。

2.2.3　溶液的配制

在水質分析中，常要將試劑配制成所需濃度的溶液。實驗中用到的溶液有一般溶液、標準溶液和緩沖溶液幾種。

2.2.3.1　一般溶液的配制

未規定準確濃度，只用于一般實驗的溶液稱為一般溶液或常用溶液。配制時試劑的質量可用托盤天平稱量，體積可用量筒或量杯量取。配制這類溶液的關鍵是正確計算出應該稱量溶質的質量，以及應量取溶液溶質的體積。

（1）配制方法

①常用酸溶液的配制　對于液體酸溶液的配制，可用下述方法：先在容器中加入一定量的水，然后量取一定體積的濃酸倒入水中，待所配酸溶液冷卻后，轉移至試劑瓶中，稀釋至所需體積。

在配制酸溶液時，一定要將濃酸緩慢地倒入水中，并邊倒邊攪拌，切不可把水傾倒在濃酸中，以防濃酸飛濺傷人。

②常用堿溶液的配制　固體堿溶液的配制：用燒杯在托盤天平上稱量出所需的固體堿的質量，溶于適量水中，再稀釋至所需的體積。

③常用鹽溶液的配制　在托盤天平上稱量所需量的試劑，溶于適量的水中，再用水稀釋到預定體積。對于不易溶解或易于水解的鹽，需加入適量酸，再用水或稀酸稀釋。易于氧化還原的鹽，應在使用前臨時配制。

（2）配制注意事項

①配制試劑時，應根據對溶液濃度準確度的要求，合理選擇試劑的級別、稱量器皿、天平的級別、有效數字的表示以及盛裝容器等。

②經常或大量使用的溶液，可先配制10倍于預定濃度的貯備液，需要時適當稀釋即可。

③對易于腐蝕玻璃的溶液，不應盛放在玻璃瓶內。

④易揮發、易分解的溶液，如KMnO4、AgNO3等應盛放在棕色試劑瓶中，置于陰涼暗處，避免光照。

⑤配好的溶液盛于試劑瓶后，應馬上貼上標簽，注明溶液的名稱、濃度、配制日期、配制人，并做好配制記錄，記錄中應包括所用試劑的規格、生產廠家、配制過程等。

2.2.3.2　標準滴定溶液的配制及標定

（1）標準滴定溶液的配制　配制標準滴定溶液，通常有直接配制法和間接配制法。

①直接配制法　用分析天平準確稱取一定量的基準試劑，用適量水溶解后，移入一定體積的容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻即可。根據稱得的基準試劑的質量和容量瓶體積計算標準滴定溶液的準確濃度。

凡是基準試劑均可用來直接配制標準滴定溶液。但大多物質不能滿足以上要求，如NaOH極易吸收空氣中的CO2和水分，稱得的質量不能代表純NaOH的量，因此這類物質均不能用直接法配制標準滴定溶液，而要用間接法配制。

②間接配制法　又稱標定法，先粗略地稱取一定量物質或量取一定體積的溶液，配制成接近于所需要濃度的溶液，這樣的溶液其準確度還是未知的，然后用基準物質或另一種物質的標準溶液來測定其濃度，這種確定濃度的操作稱為標定。

（2）標準滴定溶液的標定　標準滴定溶液的標定方法有直接標定法和比較標定法兩種。

直接標定法是用基準物質標定溶液濃度的方法，根據基準物質的質量和待標定溶液所消耗的體積，可計算出待標定溶液的準確濃度。

比較標定法是用標準溶液來標定溶液濃度的方法，根據兩種溶液消耗的體積及標準溶液的濃度，可以計算出待標定溶液的準確濃度。這種方法雖然不如直接標定法準確，但簡便易行。

標定時，應做三次平行測定，滴定結果的相對偏差不超過0.2%，將三次測得數據取算術平均值作為被標定溶液的濃度。

2.2.3.3　緩沖溶液的配制

緩沖溶液是一種能對溶液的酸堿度起穩定作用的溶液。能夠耐受進入其溶液中的少量強酸或強堿性物質以及水的稀釋作用而保持溶液pH基本不變。

緩沖溶液可分為普通緩沖溶液和標準緩沖溶液兩類。普通緩沖溶液主要是用來控制溶液酸度（pH）的。標準緩沖溶液其pH值是一定的（與溫度有關），主要用來校正pH計。

配制緩沖溶液必須使用符合要求的新鮮蒸餾水（三級水），試劑純度應在分析純以上。配制pH值在6.0以上的緩沖溶液時，必須除去水中的二氧化碳并避免其侵入。所有緩沖溶液都應避開酸性或堿性物質的蒸氣，保存期不得超過三個月。凡出現渾濁、沉淀或發霉等現象時，應棄去重新配制。

常用緩沖溶液及配制方法見表2-11。