1　水質分析概述

1.1　水質分析的任務與內容

1.1.1　水質分析的任務

水是人類生產和生活不可缺少的物質，是人類賴以生存的基本物質，是生命的源泉，也是工農業生產和經濟發展不可取代的自然資源和人類社會可持續發展的限制因素。

自然界的水不停地流動和轉化，通過降水、徑流、滲透和蒸發等方式循環不止，構成水的自然循環，形成各種不同的水源。人類社會為了滿足生產和生活的需要，要從各種天然水體中取用大量的水。生活用水和生產用水在使用后，就成為生活污水和工業廢水，它們被排出后，最終又流入天然水體，這就構成水的社會循環。無論在自然循環，還是在社會循環過程中，水中都會被混入溶解性物質、不溶解的懸浮物質、膠體物質和微生物等，所以水總是以某種溶液或濁液狀態存在，包含著各種各樣的雜質。由此可見，水質是水和其中雜質所共同表現出來的綜合特征。

我國人均水資源量為2240m3/a，只有世界平均值的1/4。而在缺水地區，人均水資源量只有我國平均值的幾分之一。我國可取用的水資源量為8000億～9500億立方米，而用水量約為5600億立方米，即水資源利用率已達60%～70%，用水量已逼近可取用水資源量的極限，而且我國水資源時空分布極不均勻，水污染普遍嚴重，浪費現象也十分嚴重，這些因素的綜合結果是我國可利用水資源日益短缺，已被聯合國列為13個水資源貧乏的國家之一。

人類在生產生活過程中不僅從數量上消耗水資源，而且對水質也帶來了不良影響，導致產生各種污染，影響水質安全，特別是生活污水和工業廢水中所含的雜質進入天然水體，甚至完全改變天然水體原有的物質平衡狀態，破壞人類周圍的自然環境，給人類社會的生活和生產帶來惡劣的影響。因此，應該采取行之有效的方式合理開發利用所擁有的水資源，并保護水質。但是，世界各地的地面水正在不斷地被來自人類生產生活所排放的污水和工業廢水等污染，而且今天被污染的地面水通常又是明天受污染的地下水。目前，在水中已經發現了2000多種類別的化學污染物，在飲用水中已鑒別出數百種污染物。

為了保護水資源，防治水污染，必須加強水環境污染的分析工作，弄清污染物的來源、種類、分布遷移、轉化和消長規律，為保護水環境提供水質分析手段和科學依據。此外，生活飲用水、工業用水和農業用水中的雜質及含量都有一定的目標濃度限值。在選擇不同用途的用水時，則應根據用戶對水質的要求，按水質分析結果，加以分析判斷，以保障供水的安全性。水質分析結果，不但可以作為選擇用水的依據，而且在水環境評價、水處理工藝設計、污水資源化再生利用及選擇水處理設備時，也是不可缺少的重要參數。水處理過程中和設備運行時是否達到設計指標，也必須用水質分析結果加以判斷和評價。

水質分析技術是從事環境工程及給排水專業工作人員的一項重要技術手段，是一門專業技術課程，本課程的任務是使學生掌握水質分析的基本原理、分析方法和實驗操作技能，注重培養學生嚴謹的科學態度和工作作風，使學生具有獨立分析問題和解決實際問題的能力，強化并樹立準確的“量”的概念，能運用水質分析結果和水污染綜合資料，設計水處理工藝、指導運行管理，并對水環境進行有效保護和合理地開發利用水資源，使學生具備本專業技術領域和職業崗位工作人員應有的職業素質。

1.1.2　水質分析的內容

1.1.2.1　水質分析的基本方法

分析水中的雜質、污染物的組分、含量等的方法是多種多樣的。由于各種水的水質差別較大，成分復雜，種類繁多，相互干擾，不易準確測定；有的雜質含量甚微，測定困難，所以水質分析有其自身的特點。在水質分析中，主要以分析化學的基本原理為基礎，分析化學中的所有分析方法和各種儀器幾乎都有應用。其基本方法一般可分為化學分析法和儀器分析法兩大類。

（1）化學分析法　化學分析法是以化學反應為基礎的分析方法，將水中被分析物質與已知成分、性質和含量的另一種物質發生化學反應，而生成具有特殊性質的新物質，由此確定水中被分析物質的存在以及其組成、性質和含量。主要有重量分析法和滴定分析法。

重量分析法是將水中待測物質以沉淀的形式析出，經過濾、烘干、稱重，得出待測物質的量。重量分析法的特點是比較準確，但分析過程繁瑣，費時間。主要用于水中不可濾殘渣（懸浮物）、總殘渣（總固體、溶解性總固體）等測定中使用。

滴定分析法又稱容量分析法，是用一種已知準確濃度的試劑溶液，滴加到被測水樣中，根據反應完全時所消耗試劑的體積和濃度，計算出被測物質含量的方法。已知準確濃度的試劑溶液被稱為標準滴定溶液或滴定劑；將標準滴定溶液通過滴定管計量并滴加到被分析物質溶液中的過程稱為滴定；當所加標準滴定溶液的物質的量與被分析組分的物質的量之間，恰好符合滴定反應式所表示的化學計量關系，反應完全的那一點，稱為化學計量點；化學計量點通常借助指示劑的變色來確定，以便終止滴定；在滴定過程中，指示劑正好發生顏色變化的轉變點（變色點）稱為滴定終點。由于操作誤差，滴定終點與化學計量點不一定恰好吻合，此時的分析誤差稱為終點誤差或滴定誤差。

根據化學反應類型的不同，滴定分析法又分為酸堿滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定法和配位滴定法，常用于水中堿度、酸度、溶解氧（DO）、生物化學需氧量（BOD）、高錳酸鹽指數、化學需氧量（COD）、Cl-、硬度、Ca2+、Mg2+、Al3+等許多無機物和有機物的測定。此分析方法簡便、快速，測定結果準確度也高，不需貴重的儀器設備，作為一種重要的分析方法，被廣泛采用。

（2）儀器分析法　儀器分析法是以成套的物理儀器為手段，以水樣中被分析物質的某種物理性質或化學性質為基礎，來測定水樣中的組分和含量的分析方法。廣泛應用于水質分析方面的有電化學分析法、吸光光度法、原子吸收光譜法、氣相色譜法等。在水質分析中還可以應用專項測定儀器，測定溶解氧（DO）、總有機碳（TOC）、總需氧量（TOD）、生物化學需氧量（BOD）等；用離子選擇電極自動測定CN-、F-、Cl-、Pb2+、Cd2+等。儀器分析法操作快速，具有較高的準確性，適用于水樣中微量或痕量組分的分析測定。

分析方法是水質分析技術的核心，選擇分析方法需要考慮許多因素。首先必須與待測組分的含量范圍相一致；其次是方法的準確度和精密度。目前，分析方法有三個層次，分別是：國家標準方法、國家統一方法（或行業標準方法）和等效方法。每個分析方法各有其特定的適用范圍，應首先選用國家標準分析方法。如果沒有相應的國家標準方法，應優先選用統一方法或行業標準方法，最后選用試用方法或新方法做等效試驗，報經上級批準后才能使用。如國家標準方法《生活飲用水標準檢驗方法》（GB/T 5750—2006）、行業標準方法《城市污水水質檢驗方法標準》（CJ/T 51—2004）、《水和廢水監測分析方法》（國家環保局）等。

1.1.2.2　水質分析中常用的名詞術語

（1）靈敏度　靈敏度是指某分析方法對單位濃度或單位量待測物質變化所引起的響應量變化的程度。它可以用儀器的響應量或其他指示量與對應的待測物質的濃度或量之比來描述。如分光光度計常以校準曲線的斜率度量靈敏度。一個方法的靈敏度可因實驗條件的變化而改變。在一定的實驗條件下，靈敏度具有相對的穩定性。

通過校準曲線可以將儀器響應量與待測物質的濃度或量定量地聯系起來，用下式表示它的直線部分。

A=kc+a

式中　A——儀器響應值；

c——待測物質的濃度；

a——校準曲線的截距；

k——方法靈敏度，校準曲線的斜率。

（2）校準曲線　校準曲線是用于描述待測物質的濃度或量與相應儀器的響應量或其他指示量之間定量關系的曲線。校準曲線包括“工作曲線”（繪制校準曲線的標準溶液的分析步驟與樣品的分析步驟完全相同）和“標準曲線”（繪制校準曲線的標準溶液的分析步驟與樣品的分析步驟相比有所省略，如省略樣品的前處理）。

在水質分析中，常選用校準曲線的直線部分。某一方法的校準曲線的直線部分所對應的待測物質的濃度或量的變化范圍，稱為該分析方法的線性范圍。

（3）空白試驗　空白試驗是指用蒸餾水代替試樣的分析測定。所加試劑和操作步驟與試樣測定完全相同。空白試驗應與試樣測定同時進行，試樣分析時儀器的響應值（如吸光度、峰高等）不僅是試樣中待測物質的分析響應值，還包括其他因素，如試劑中雜質、環境及操作過程的沾污等的響應值，這些因素是經常變化的，因此，為了了解它們對試樣測定的綜合影響，在每次測定時，均做空白試驗，空白試驗所得的響應值稱為空白試驗值。空白試驗對試驗用水有一定的要求，即其中待測物質濃度應低于方法的檢出限。當空白試驗值偏高時，應全面檢查空白試驗用水、試劑的空白、量器和容器是否沾污、儀器的性能和環境狀況等。

（4）檢出限　檢出限為某特定分析方法在給定的可靠程度內可以從樣品中分析待測物質的最小濃度或最小量。所謂“檢出”是指定性檢出，即判定樣品中存在有濃度高于空白的待測物質。

檢出限有幾種規定，簡述如下：

①分光光度法中規定以扣除空白值后，吸光度為0.01相對應的濃度值為檢出限。

②氣相色譜法分析的最小檢測量是指檢測器恰能產生與噪聲相區別的響應信號時所需進入色譜柱的物質的最小量。一般認為恰能辨別的相應信號，最小應為噪聲的兩倍。

最小檢測濃度是指最小檢測量與進樣量（體積）之比。

③某些離子選擇性電極法規定：當某一方法的標準曲線的直線部分外延的延長線與通過空白電位且平行于濃度軸的直線相交時，其交點所對應的濃度值即為該離子選擇性電極法檢出限。

（5）測定限　測定限為定量范圍的兩端，分別為測定下限和測定上限。

測定下限是指在測定誤差能滿足預定要求的前提下，用特定的方法能準確地定量測定待測物質的最小濃度或量；測定上限是指在限定誤差能滿足預定要求的前提下，用特定的方法能準確地定量測定待測物質的最大濃度或量。

（6）最佳測定范圍　最佳測定范圍又稱有效測定范圍，指在限定誤差能滿足預定要求的前提下，特定方法的測定下限至測定上限之間的濃度范圍。在此范圍內，能夠準確地定量測定待測物質的濃度或量。

最佳測定范圍應小于方法的適用范圍。對測量結果的精密度要求越高，相應的最佳測定范圍越小。