1　水质分析概述

1.1　水质分析的任务与内容

1.1.1　水质分析的任务

水是人类生产和生活不可缺少的物质，是人类赖以生存的基本物质，是生命的源泉，也是工农业生产和经济发展不可取代的自然资源和人类社会可持续发展的限制因素。

自然界的水不停地流动和转化，通过降水、径流、渗透和蒸发等方式循环不止，构成水的自然循环，形成各种不同的水源。人类社会为了满足生产和生活的需要，要从各种天然水体中取用大量的水。生活用水和生产用水在使用后，就成为生活污水和工业废水，它们被排出后，最终又流入天然水体，这就构成水的社会循环。无论在自然循环，还是在社会循环过程中，水中都会被混入溶解性物质、不溶解的悬浮物质、胶体物质和微生物等，所以水总是以某种溶液或浊液状态存在，包含着各种各样的杂质。由此可见，水质是水和其中杂质所共同表现出来的综合特征。

我国人均水资源量为2240m3/a，只有世界平均值的1/4。而在缺水地区，人均水资源量只有我国平均值的几分之一。我国可取用的水资源量为8000亿～9500亿立方米，而用水量约为5600亿立方米，即水资源利用率已达60%～70%，用水量已逼近可取用水资源量的极限，而且我国水资源时空分布极不均匀，水污染普遍严重，浪费现象也十分严重，这些因素的综合结果是我国可利用水资源日益短缺，已被联合国列为13个水资源贫乏的国家之一。

人类在生产生活过程中不仅从数量上消耗水资源，而且对水质也带来了不良影响，导致产生各种污染，影响水质安全，特别是生活污水和工业废水中所含的杂质进入天然水体，甚至完全改变天然水体原有的物质平衡状态，破坏人类周围的自然环境，给人类社会的生活和生产带来恶劣的影响。因此，应该采取行之有效的方式合理开发利用所拥有的水资源，并保护水质。但是，世界各地的地面水正在不断地被来自人类生产生活所排放的污水和工业废水等污染，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，在水中已经发现了2000多种类别的化学污染物，在饮用水中已鉴别出数百种污染物。

为了保护水资源，防治水污染，必须加强水环境污染的分析工作，弄清污染物的来源、种类、分布迁移、转化和消长规律，为保护水环境提供水质分析手段和科学依据。此外，生活饮用水、工业用水和农业用水中的杂质及含量都有一定的目标浓度限值。在选择不同用途的用水时，则应根据用户对水质的要求，按水质分析结果，加以分析判断，以保障供水的安全性。水质分析结果，不但可以作为选择用水的依据，而且在水环境评价、水处理工艺设计、污水资源化再生利用及选择水处理设备时，也是不可缺少的重要参数。水处理过程中和设备运行时是否达到设计指标，也必须用水质分析结果加以判断和评价。

水质分析技术是从事环境工程及给排水专业工作人员的一项重要技术手段，是一门专业技术课程，本课程的任务是使学生掌握水质分析的基本原理、分析方法和实验操作技能，注重培养学生严谨的科学态度和工作作风，使学生具有独立分析问题和解决实际问题的能力，强化并树立准确的“量”的概念，能运用水质分析结果和水污染综合资料，设计水处理工艺、指导运行管理，并对水环境进行有效保护和合理地开发利用水资源，使学生具备本专业技术领域和职业岗位工作人员应有的职业素质。

1.1.2　水质分析的内容

1.1.2.1　水质分析的基本方法

分析水中的杂质、污染物的组分、含量等的方法是多种多样的。由于各种水的水质差别较大，成分复杂，种类繁多，相互干扰，不易准确测定；有的杂质含量甚微，测定困难，所以水质分析有其自身的特点。在水质分析中，主要以分析化学的基本原理为基础，分析化学中的所有分析方法和各种仪器几乎都有应用。其基本方法一般可分为化学分析法和仪器分析法两大类。

（1）化学分析法　化学分析法是以化学反应为基础的分析方法，将水中被分析物质与已知成分、性质和含量的另一种物质发生化学反应，而生成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其组成、性质和含量。主要有重量分析法和滴定分析法。

重量分析法是将水中待测物质以沉淀的形式析出，经过滤、烘干、称重，得出待测物质的量。重量分析法的特点是比较准确，但分析过程繁琐，费时间。主要用于水中不可滤残渣（悬浮物）、总残渣（总固体、溶解性总固体）等测定中使用。

滴定分析法又称容量分析法，是用一种已知准确浓度的试剂溶液，滴加到被测水样中，根据反应完全时所消耗试剂的体积和浓度，计算出被测物质含量的方法。已知准确浓度的试剂溶液被称为标准滴定溶液或滴定剂；将标准滴定溶液通过滴定管计量并滴加到被分析物质溶液中的过程称为滴定；当所加标准滴定溶液的物质的量与被分析组分的物质的量之间，恰好符合滴定反应式所表示的化学计量关系，反应完全的那一点，称为化学计量点；化学计量点通常借助指示剂的变色来确定，以便终止滴定；在滴定过程中，指示剂正好发生颜色变化的转变点（变色点）称为滴定终点。由于操作误差，滴定终点与化学计量点不一定恰好吻合，此时的分析误差称为终点误差或滴定误差。

根据化学反应类型的不同，滴定分析法又分为酸碱滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法和配位滴定法，常用于水中碱度、酸度、溶解氧（DO）、生物化学需氧量（BOD）、高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、Cl-、硬度、Ca2+、Mg2+、Al3+等许多无机物和有机物的测定。此分析方法简便、快速，测定结果准确度也高，不需贵重的仪器设备，作为一种重要的分析方法，被广泛采用。

（2）仪器分析法　仪器分析法是以成套的物理仪器为手段，以水样中被分析物质的某种物理性质或化学性质为基础，来测定水样中的组分和含量的分析方法。广泛应用于水质分析方面的有电化学分析法、吸光光度法、原子吸收光谱法、气相色谱法等。在水质分析中还可以应用专项测定仪器，测定溶解氧（DO）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）、生物化学需氧量（BOD）等；用离子选择电极自动测定CN-、F-、Cl-、Pb2+、Cd2+等。仪器分析法操作快速，具有较高的准确性，适用于水样中微量或痕量组分的分析测定。

分析方法是水质分析技术的核心，选择分析方法需要考虑许多因素。首先必须与待测组分的含量范围相一致；其次是方法的准确度和精密度。目前，分析方法有三个层次，分别是：国家标准方法、国家统一方法（或行业标准方法）和等效方法。每个分析方法各有其特定的适用范围，应首先选用国家标准分析方法。如果没有相应的国家标准方法，应优先选用统一方法或行业标准方法，最后选用试用方法或新方法做等效试验，报经上级批准后才能使用。如国家标准方法《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750—2006）、行业标准方法《城市污水水质检验方法标准》（CJ/T 51—2004）、《水和废水监测分析方法》（国家环保局）等。

1.1.2.2　水质分析中常用的名词术语

（1）灵敏度　灵敏度是指某分析方法对单位浓度或单位量待测物质变化所引起的响应量变化的程度。它可以用仪器的响应量或其他指示量与对应的待测物质的浓度或量之比来描述。如分光光度计常以校准曲线的斜率度量灵敏度。一个方法的灵敏度可因实验条件的变化而改变。在一定的实验条件下，灵敏度具有相对的稳定性。

通过校准曲线可以将仪器响应量与待测物质的浓度或量定量地联系起来，用下式表示它的直线部分。

A=kc+a

式中　A——仪器响应值；

c——待测物质的浓度；

a——校准曲线的截距；

k——方法灵敏度，校准曲线的斜率。

（2）校准曲线　校准曲线是用于描述待测物质的浓度或量与相应仪器的响应量或其他指示量之间定量关系的曲线。校准曲线包括“工作曲线”（绘制校准曲线的标准溶液的分析步骤与样品的分析步骤完全相同）和“标准曲线”（绘制校准曲线的标准溶液的分析步骤与样品的分析步骤相比有所省略，如省略样品的前处理）。

在水质分析中，常选用校准曲线的直线部分。某一方法的校准曲线的直线部分所对应的待测物质的浓度或量的变化范围，称为该分析方法的线性范围。

（3）空白试验　空白试验是指用蒸馏水代替试样的分析测定。所加试剂和操作步骤与试样测定完全相同。空白试验应与试样测定同时进行，试样分析时仪器的响应值（如吸光度、峰高等）不仅是试样中待测物质的分析响应值，还包括其他因素，如试剂中杂质、环境及操作过程的沾污等的响应值，这些因素是经常变化的，因此，为了了解它们对试样测定的综合影响，在每次测定时，均做空白试验，空白试验所得的响应值称为空白试验值。空白试验对试验用水有一定的要求，即其中待测物质浓度应低于方法的检出限。当空白试验值偏高时，应全面检查空白试验用水、试剂的空白、量器和容器是否沾污、仪器的性能和环境状况等。

（4）检出限　检出限为某特定分析方法在给定的可靠程度内可以从样品中分析待测物质的最小浓度或最小量。所谓“检出”是指定性检出，即判定样品中存在有浓度高于空白的待测物质。

检出限有几种规定，简述如下：

①分光光度法中规定以扣除空白值后，吸光度为0.01相对应的浓度值为检出限。

②气相色谱法分析的最小检测量是指检测器恰能产生与噪声相区别的响应信号时所需进入色谱柱的物质的最小量。一般认为恰能辨别的相应信号，最小应为噪声的两倍。

最小检测浓度是指最小检测量与进样量（体积）之比。

③某些离子选择性电极法规定：当某一方法的标准曲线的直线部分外延的延长线与通过空白电位且平行于浓度轴的直线相交时，其交点所对应的浓度值即为该离子选择性电极法检出限。

（5）测定限　测定限为定量范围的两端，分别为测定下限和测定上限。

测定下限是指在测定误差能满足预定要求的前提下，用特定的方法能准确地定量测定待测物质的最小浓度或量；测定上限是指在限定误差能满足预定要求的前提下，用特定的方法能准确地定量测定待测物质的最大浓度或量。

（6）最佳测定范围　最佳测定范围又称有效测定范围，指在限定误差能满足预定要求的前提下，特定方法的测定下限至测定上限之间的浓度范围。在此范围内，能够准确地定量测定待测物质的浓度或量。

最佳测定范围应小于方法的适用范围。对测量结果的精密度要求越高，相应的最佳测定范围越小。