任务八　水样预处理

任务要求

1.认识水样预处理的方法。

2.能进行水样的预处理。

由于环境水样所含组分复杂，并且多数污染组分含量低、存在形式各异，所以在测试前需要对样品进行预处理，以得到待测组分适合测定方法要求的成分、含量和消除共存组分干扰的试样体系。常见预处理有水样的消解、富集与蒸馏。

一、水样的消解

当测定含有机物水样中的无机元素时，需进行消解处理。消解处理的目的是破坏有机物，溶解悬浮性固体，将各种价态的待测元素氧化成单一高价态或转变成易于分离的无机化合物。消解后的水样应清澈透明，无沉淀。消解水样的方法有湿式消解法和干式分解法。

1.湿式消解法

湿式消解法有以下几种：

（1）硝酸消解法　对于较清洁的水样，可用硝酸消解。其方法要点是：取混匀的水样50～200mL于烧杯中，加入5～10mL浓硝酸，加热煮沸，蒸发至小体积，试液应清澈透明，呈浅色或无色，否则，应补加硝酸继续消解。蒸至近干，取下烧杯，稍冷后加2% HNO₃（或HCl）20mL，温热溶解可溶盐。若有沉淀，应过滤，滤液冷至室温后于50mL容量瓶中定容备用。

（2）硝酸-高氯酸消解法　这两种酸都是强氧化性酸，联合使用可消解含难氧化有机物的水样。方法要点是：取适量水样于烧杯或锥形瓶中，加5～10mL硝酸，加热，消解至大部分有机物被分解。取下烧杯，稍冷，加2～5mL高氯酸，继续加热至开始冒白烟，如试液呈深色，再补加硝酸，继续加热至冒浓厚白烟将尽（不可蒸至干涸）。取下烧杯冷却，用2%HNO₃溶解，如有沉淀，应过滤，滤液冷至室温定容备用。

因高氯酸能与羟基化合物反应生成不稳定的高氯酸酯，有发生爆炸的危险，对含羟基化合物的水样应先用硝酸氧化，稍冷后再加高氯酸处理。

（3）硝酸-硫酸消解法　这两种酸都有较强的氧化能力，其中硝酸沸点低，而硫酸沸点高，两者结合可提高消解温度和消解效果。常用的硝酸与硫酸的比例为5∶2。消解时，先将硝酸加入水样中，加热蒸发至小体积，稍冷，再加入硫酸、硝酸，继续加热蒸发至冒大量白烟，冷却，加适量水，温热溶解可溶盐，若有沉淀，应过滤。有时为提高消解效果，可加入少量的过氧化氢。

（4）硫酸-磷酸消解法　这两种酸的沸点都比较高，其中硫酸氧化性较强，磷酸能与一些金属如Fe³⁺等络合，故两者结合消解水样，有利于测定时消除Fe³⁺等离子的干扰。

（5）硫酸-高锰酸钾消解法　该法常用于消解测定汞的水样。高锰酸钾是强氧化剂，在中性、碱性、酸性条件下都可以氧化有机物，其氧化产物多为草酸根，但在酸性介质中还可继续氧化。消解要点是：取适量水样，加适量硫酸和5%高锰酸钾，混匀后加热煮沸，冷却，滴加盐酸羟胺溶液破坏过量的高锰酸钾。

另外测汞的水样还可用紫外线照射消解法。该法利用紫外线来分解有机汞，一般将水样盛于一无色、透明、较薄的容器内，用紫外线照射20～30min。该法可消除氯化物的干扰。光源有汞灯（适用于分解有机物较少的水）、镉灯、锌灯（适用于含有机物较多的河水及一般污水）。紫外线消解法分解效率高，无外来污染，易于实现自动化。

2.干式分解法

干式分解法的处理过程是：取适量的水样于白瓷或石英蒸发皿中，置于水浴上或用红外灯蒸干，移入马弗炉内，于450～550℃灼烧到残渣呈灰白色，使有机物完全分解除去；取出蒸发皿，冷却，用适量的质量分数为2%的HNO₃（或HCl）溶解样品灰分，过滤，滤液定容后供测定用。本方法不适用于易挥发组分（如砷、汞、镉、硒、锡等）的水样。

二、富集与分离

若水样中待测组分含量较低或干扰杂质较多时，就需要对水样进行富集或分离，常用的方法有过滤、挥发、蒸馏、溶剂萃取、离子交换、吸附、共沉淀、色谱分离、顶空法和低温吹扫捕集等，要结合具体情况选择使用。下面主要介绍蒸馏法、离子交换法、低温吹扫捕集法和顶空法。

1.蒸馏法

蒸馏法是利用水样中各污染组分具有不同的沸点而使其彼此分离的方法，分为常压蒸馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏和分馏法等。蒸馏具有消解、分离和富集三种作用。例如测定水样中氨氮、挥发酚、氰化物和氟化物等需要蒸馏分离。图2-3与图2-4分别是挥发酚（氰化物）和氨氮的蒸馏装置图。

2.离子交换法

离子交换是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂，目前广泛应用的是有机离子交换剂，即离子交换树脂。用离子交换树脂进行分离的操作程序如下。

（1）交换柱的制备　如分离阳离子，则选择强酸性阳离子交换树脂。首先将其在稀盐酸中浸泡，以除去杂质并使之溶胀和完全转变成H式，然后用蒸馏水洗至中性，装入充满蒸馏水的交换柱中，注意防止气泡进入树脂层。需要其他类型的树脂，均可用相应的溶液处理。如：用NaCl溶液处理强酸性树脂，可转变成Na型；用NaOH溶液处理强碱性树脂，可转变成OH型等。

（2）交换　将试液以适宜的流速倾入交换柱，则欲分离离子从上到下一层层地发生交换过程，交换完毕，用蒸馏水洗涤，洗下残留的溶液及交换过程中形成的酸、碱或盐类等。

（3）洗脱　将洗脱溶液以适宜速度倾入洗净的交换柱，洗下交换在树脂上的离子，达到分离的目的。对阳离子交换树脂，常用盐酸溶液作为洗脱液；对阴离子交换树脂，常用盐酸溶液、氯化钠溶液或氢氧化钠溶液作为洗脱液。对于分配系数相近的离子，可用含有机络合剂或有机溶剂的洗脱液，以提高洗脱过程的选择性。

3.低温吹扫捕集法

其原理是使吹洗气体连续通过样品，将其中的挥发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，再进行分析测定，因而是一种非平衡态连续萃取。这种方法几乎能全部定量地将被测物萃取出来，不但萃取效率高，而且被测物可以被浓缩，使方法灵敏度大大提高。

低温吹扫捕集装置如图2-5所示。装置由吹扫瓶、水冷凝器、热解吸管、冷阱、毛细管及进样口六部分组成。吹扫瓶1用于盛放样品；水冷凝器2用于冷却除去水蒸气，以防水蒸气冷凝在冷阱中堵塞管路；热解吸管3温度保持在2500℃，使吹出样品全部汽化；冷阱4通液氮控制捕集温度；毛细管5放在冷阱中，用于捕集吹出的挥发物；进样口6在吹扫结束后吹出物经此进入气相色谱毛细管中分离。

4.顶空法

该方法常用于测定挥发性有机物（VOCs）或挥发性无机物（VICs）水样的预处理。测定时，先在密闭的容器中装入水样，容器上部留存一定空间，再将容器置于恒温水浴中，经过一定时间，容器内的气液两相达到平衡，待测组分在两相中的分配系数K和体积比β分别为：

式中　［X］_G、［X］_L——平衡状态下待测物X在气相和液相中的浓度；

V_G、V_L——气相和液相体积。

设组分的初始浓度为，根据物料平衡原理，有以下关系式：

由于K、β已知，即可求出水样中欲测物的原始浓度。

想一想

1.地表水监测的指标有哪些？

2.工业废水监测的指标有哪些？

3.水质监测指标中需要在采样现场监测的指标有哪些？