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，甚至引發相應疾病。我國《生活飲用水衛生標準》中規定生活飲用水總硬度應＜450mg/L。在工業生產中，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，無法實現數據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，甚至引發相應疾病。我國《生活飲用水衛生標準》中規定生活飲用水總硬度應＜450mg/L。在工業生產中，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，無法實現數據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，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提供更精準、更可靠、更方便的滴定儀產品。
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