环境分析化学基本知识

周开锡 内江市环境保护监测站环境分析化学基本知识环境分析化学基本知识一、环境分析化学的任务和作用一、环境分析化学的任务和作用1、任务任务环境分析化学是分析化学在环境科学中的应用，它的任环境分析化学是分析化学在环境科学中的应用，它的任务是鉴定环境科学研究中涉及到的物质的化学结构和化务是鉴定环境科学研究中涉及到的物质的化学结构和化学成分，以及测定有关成分的含量。学成分，以及测定有关成分的含量。2、作用作用 环境分析化学的作用在于利用其分析结果解决或解环境分析化学的作用在于利用其分析结果解决或解释与环境有关的现象和问题，肩负着改善环境的极其重释与环境有关的现象和问题，肩负着改善环境的极其重要的任务。要的任务。第一节第一节 绪论绪论二、分析方法的分类二、分析方法的分类1、测定对象不同分为无机分析和有机分析、测定对象不同分为无机分析和有机分析2、试样用量不同分为常量、半微量和微量分析、试样用量不同分为常量、半微量和微量分析3、测定原理和使用仪器不同分为化学分析和仪器分析、测定原理和使用仪器不同分为化学分析和仪器分析重量分析重量分析 化学分析滴定分析化学分析滴定分析气体分析气体分析 仪器分析仪器分析 光学分析：光学分析：可见、紫外、红外、原子吸收、发射光谱、荧光等可见、紫外、红外、原子吸收、发射光谱、荧光等电化学分析：电化学分析：电位、电导、电解、极谱和库仑等电位、电导、电解、极谱和库仑等色谱分析：色谱分析：气相、液相、薄层层析、离子色谱等气相、液相、薄层层析、离子色谱等其它分析：其它分析：质谱、质谱、X-射线、核磁共振等射线、核磁共振等化学分析、仪器分析各有特点，两者密切相连，互为补充。化学分析、仪器分析各有特点，两者密切相连，互为补充。4、工作要求不同分为例行分析和仲裁分析、工作要求不同分为例行分析和仲裁分析第二节第二节 滴定分析滴定分析一、一、什么叫滴定分析什么叫滴定分析 滴定分析就是将一种已知准确浓度的试剂溶液（标滴定分析就是将一种已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液）滴加到被测物质的溶液中，直到所加的试剂与准溶液）滴加到被测物质的溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量定量反应为止，然后根据试剂溶液被测物质按化学计量定量反应为止，然后根据试剂溶液的浓度和用量，计算被测物质的含量。的浓度和用量，计算被测物质的含量。已知准确浓度的试剂溶液叫做已知准确浓度的试剂溶液叫做“滴定剂滴定剂”，将滴定，将滴定剂从滴定管加到被测物质溶液中的过程叫剂从滴定管加到被测物质溶液中的过程叫“滴定滴定”。当。当加入的标准溶液与被测物质定量反应完全时，反应到达加入的标准溶液与被测物质定量反应完全时，反应到达了了“化学计量点化学计量点”。“化学计量点化学计量点”一般依据指示剂的一般依据指示剂的变色来确定。在滴定过程中，指示剂正好发生颜色变化变色来确定。在滴定过程中，指示剂正好发生颜色变化的转变点叫做的转变点叫做“滴定终点滴定终点”。滴定终点与化学计量点不。滴定终点与化学计量点不一定恰好符合，因此而造成的分析误差叫做一定恰好符合，因此而造成的分析误差叫做“终点误终点误差差”。在一般情况下，滴定分析测定的相对误差为在一般情况下，滴定分析测定的相对误差为0.2%左左右。右。二、二、滴定分析的分类滴定分析的分类1、酸碱滴定法酸碱滴定法2、氧化还原滴定法氧化还原滴定法3、络合滴定法、络合滴定法4、沉淀滴定法沉淀滴定法三、三、滴定分析对化学反应的要求滴定分析对化学反应的要求 适合滴定分析法的化学反应，应该具备以下几适合滴定分析法的化学反应，应该具备以下几个条件：个条件：1、反应必须定量地完成；反应必须定量地完成；2、反应能够迅速地完成；反应能够迅速地完成；3、主反应不受共存物质的干扰，或有消除措施；主反应不受共存物质的干扰，或有消除措施；4、有比较简便可靠的方法确定化学计量点。、有比较简便可靠的方法确定化学计量点。四、四、滴定分析的滴定方式分类滴定分析的滴定方式分类1、直接滴定法直接滴定法2、返滴定法返滴定法3、间接滴定法间接滴定法4、置换滴定法置换滴定法第三节第三节 酸碱滴定法及其在酸碱滴定法及其在 环境监测中的应用环境监测中的应用一、一、酸碱滴定法的基本原理酸碱滴定法的基本原理 酸碱滴定法也称中和法，是以强酸或强碱为滴酸碱滴定法也称中和法，是以强酸或强碱为滴定剂，以酸碱中和反应为基础的一种滴定分析法。定剂，以酸碱中和反应为基础的一种滴定分析法。二、二、酸碱滴定曲线酸碱滴定曲线 三、三、指示剂的选择原则指示剂的选择原则 指示剂的选择原则是指示剂的指示剂的选择原则是指示剂的pH范围应该完全范围应该完全或部分落在滴定突跃范围内。指示剂的变色范围，或部分落在滴定突跃范围内。指示剂的变色范围，一般说来是一般说来是pH=pKHin1。四、酸碱缓冲溶液四、酸碱缓冲溶液1、缓冲溶液的作用原理、缓冲溶液的作用原理缓冲溶液是一种能对溶液的酸度起稳定作缓冲溶液是一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液。加入少量强酸或强碱或稍加稀释，用的溶液。加入少量强酸或强碱或稍加稀释，溶液的酸度基本保持不变。溶液的酸度基本保持不变。2、缓冲溶液的选择原则、缓冲溶液的选择原则缓冲溶液对分析实验过程没有干扰；缓冲溶液对分析实验过程没有干扰；缓冲溶液有足够的缓冲容量；缓冲溶液有足够的缓冲容量；组成缓冲溶液的组成缓冲溶液的pK酸值或酸值或pK碱值碱值,应接近应接近所需控制的所需控制的pH值。值。五、五、酸碱标准溶液的配制和标定酸碱标准溶液的配制和标定1、酸标准溶液酸标准溶液 酸标准溶液一般不是直接配制的，而是先酸标准溶液一般不是直接配制的，而是先配成近似浓度，然后用基准物质标定。基准物配成近似浓度，然后用基准物质标定。基准物质就是能用于直接配制或标定标准溶液的物质质就是能用于直接配制或标定标准溶液的物质 标定酸的基准物质最常用的是无水碳酸钠标定酸的基准物质最常用的是无水碳酸钠和硼砂。和硼砂。（1）无水碳酸钠无水碳酸钠（2）硼砂（硼砂（Na2B4O7.10H2O）2、碱标准溶液碱标准溶液 常用于标定常用于标定NaOH溶液的基准物质有邻溶液的基准物质有邻苯二甲酸氢钾和草酸等。苯二甲酸氢钾和草酸等。（1）邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾（2）草酸（草酸（H2C2O4.2H2O）五、五、酸碱滴定法在环境监测中的应用酸碱滴定法在环境监测中的应用1、用于地面水中酸度、碱度、用于地面水中酸度、碱度、CO2的测定。的测定。2、用于废水中高含量氨氮的测定。用于废水中高含量氨氮的测定。第四节氧化还原滴定法的原理第四节氧化还原滴定法的原理 及在环境监测中的应用及在环境监测中的应用一、一、氧化还原滴定法的基本原理氧化还原滴定法的基本原理 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析法。它是以反应过程中有电子的得失、物质氧化态析法。它是以反应过程中有电子的得失、物质氧化态发生变化为特征的。其中得到电子的物质叫氧化剂，发生变化为特征的。其中得到电子的物质叫氧化剂，它本身被还原；失去电子的物质叫还原剂，它本身被它本身被还原；失去电子的物质叫还原剂，它本身被氧化。氧化。影响氧化还原反应的速度因素有：影响氧化还原反应的速度因素有：（1）氧化剂和还原剂的性质氧化剂和还原剂的性质（2）反应物浓度反应物浓度（3）温度温度（4）催化剂催化剂二、二、氧化还原滴定曲线氧化还原滴定曲线三、三、氧化还原指示剂氧化还原指示剂1、自身指示剂自身指示剂如：如：KMnO42、专属指示剂专属指示剂能与氧化剂或还原剂产生特殊颜色的指示剂。能与氧化剂或还原剂产生特殊颜色的指示剂。如：淀粉作碘的指示剂。如：淀粉作碘的指示剂。3、本身发生氧化还原反应的指示剂本身发生氧化还原反应的指示剂四、四、氧化还原滴定法在环境监测中的应用氧化还原滴定法在环境监测中的应用1、高锰酸钾法高锰酸钾法（1）概述概述高锰酸钾是一种较强的氧化剂，在强酸性溶高锰酸钾是一种较强的氧化剂，在强酸性溶液中与还原剂作用，液中与还原剂作用，MnO4-被还原为被还原为Mn2+；在弱酸或碱性溶液中被还原为在弱酸或碱性溶液中被还原为MnO2。注意：酸不能用硝酸或盐酸！为什么？注意：酸不能用硝酸或盐酸！为什么？（2）高锰酸钾溶液的配制和标定高锰酸钾溶液的配制和标定a、高锰酸钾溶液的配制高锰酸钾溶液的配制 高锰酸钾溶液不能直接配制标准高锰酸钾溶液不能直接配制标准，因此，因此为了配制较稳定的高锰酸钾溶液，常用下列为了配制较稳定的高锰酸钾溶液，常用下列措施：措施：（i）称取稍多于理论量的高锰酸钾，溶解在称取稍多于理论量的高锰酸钾，溶解在规定体积的蒸馏水中。规定体积的蒸馏水中。（ii）将配好的高锰酸钾溶液加热至沸，并保将配好的高锰酸钾溶液加热至沸，并保持微沸约持微沸约1小时，然后放置小时，然后放置23天，使溶液中可天，使溶液中可能存在的还原性物质完全氧化。能存在的还原性物质完全氧化。（iii）用微孔玻璃漏斗过滤。用微孔玻璃漏斗过滤。（iv）将过滤后的高锰酸钾溶液贮存于棕色试将过滤后的高锰酸钾溶液贮存于棕色试剂瓶中，并存放于暗处，以待标定。剂瓶中，并存放于暗处，以待标定。b、高锰酸钾溶液的标定、高锰酸钾溶液的标定 高锰酸钾溶液用高锰酸钾溶液用Na2C2O4标准溶液进行标标准溶液进行标定，其反应方程式为：定，其反应方程式为：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O 滴定条件：滴定条件：()温度温度70850C，滴定完毕不应低于，滴定完毕不应低于600C，但温度不宜高于但温度不宜高于900C。（ii）酸度酸度（iii）滴定速度滴定速度（iv）催化剂催化剂（v）滴定终点：滴定终点：滴定时溶液中出现的粉红色滴定时溶液中出现的粉红色0.51min内内不褪，就可以认为已经达到滴定终点。不褪，就可以认为已经达到滴定终点。（3）高锰酸钾法应用示例高锰酸钾法应用示例a.用于用于NO2-的标定；的标定；b.用于高锰酸盐指数的测定用于高锰酸盐指数的测定 2、重铬酸钾法、重铬酸钾法（1）概述概述a.重铬酸钾容易制得纯品，可用作基准物直重铬酸钾容易制得纯品，可用作基准物直接配制标准溶液；接配制标准溶液；b.重铬酸钾溶液较稳定，置于密闭容器，浓重铬酸钾溶液较稳定，置于密闭容器，浓度可保持较长时间不变。度可保持较长时间不变。（2）K2Cr2O7标准溶液的配制标准溶液的配制（3）重铬酸钾法应用示例重铬酸钾法应用示例a.用于废水的化学需氧量测定用于废水的化学需氧量测定b.用于用于Na2S2O3的标定的标定3、碘量法碘量法（1）概述概述 滴定碘法的反应条件非常重要，现分滴定碘法的反应条件非常重要，现分述如下：述如下：a 溶液的酸度溶液的酸度 S2O32-与与I2之间的反应很迅速、完全，但之间的反应很迅速、完全，但必须在中性或酸性溶液中进行。必须在中性或酸性溶液中进行。b.防止防止I2的挥发和空气氧化的挥发和空气氧化I-防止防止I2的挥发的方法：的挥发的方法：（i）加入过量的加入过量的KI（一般比理论值大（一般比理论值大23倍），由于生成了倍），由于生成了I3-，可减少，可减少I2的挥发。的挥发。（ii）反应时溶液的温度不能高，一般在室反应时溶液的温度不能高，一般在室温下进行。温下进行。（iii）滴定时不要剧烈摇动溶液。滴定时不要剧烈摇动溶液。防止防止I-被空气氧化的方法：被空气氧化的方法：（i）在酸性溶液中，用在酸性溶液中，用I-还原氧化剂时，还原氧化剂时，避免阳光照射。最好使用带有玻璃塞的锥形避免阳光照射。最好使用带有玻璃塞的锥形瓶（碘量瓶）。瓶（碘量瓶）。（ii）Cu2+、NO-2等将催化空气对等将催化空气对I-的氧化，的氧化，应设法消除。应设法消除。（iii）析出析出I2后，一般应立即用后，一般应立即用Na2S2O3等等溶液滴定。溶液滴定。（iv）滴定速度应适当地快些。滴定速度应适当地快些。(2)标准溶液的配制和标定标准溶液的配制和标定a.配制配制Na2S2O3的溶液的溶液 Na2S2O3不能直接称量来配制标准溶液，因为：不能直接称量来配制标准溶液，因为：（i）细菌的作用细菌的作用（ii）溶解在水中的溶解在水中的CO2的作用的作用（iii）空气的氧化作用空气的氧化作用此外，水中微量的此外，水中微量的Cu2+、Fe2+也能促使也能促使Na2S2O3溶液分溶液分解。解。因此，配制因此，配制Na2S2O3溶液时，需要用新煮沸并冷却溶液时，需要用新煮沸并冷却了的蒸馏水，除去了的蒸馏水，除去CO2和杀死细菌和杀死细菌,并加入少并加入少 量量Na2CO3使溶液呈弱碱性，以抑制细菌的生长。使溶液呈弱碱性，以抑制细菌的生长。配制好的溶液置于棕色瓶中，放置两周，再用基配制好的溶液置于棕色瓶中，放置两周，再用基准物标定。准物标定。b.Na2S2O3溶液的标定溶液的标定 K2Cr2O7、KIO3等基准物质常用来标定等基准物质常用来标定Na2S2O3溶液的浓度。溶液的浓度。c.配制配制I2溶液溶液 用升华法制得的纯用升华法制得的纯I2，可以直接配制标准溶，可以直接配制标准溶液。但一般是先配制一个近似浓度的溶液，然后液。但一般是先配制一个近似浓度的溶液，然后再进行标定。再进行标定。d.I2溶液的标定溶液的标定 标定标定I2溶液的浓度时，可用已标定好的溶液的浓度时，可用已标定好的Na2S2O3标准溶液来标定。标准溶液来标定。(3).碘量法在环境监测中的应用碘量法在环境监测中的应用 在水质分析中用于高含量硫化物的测定。在水质分析中用于高含量硫化物的测定。4溴酸钾法溴酸钾法溴酸钾法主要用于测定有机物。溴酸钾法主要用于测定有机物。例如：标定苯酚例如：标定苯酚第五节第五节 络合滴定法及在络合滴定法及在 环境监测中的应用环境监测中的应用1.概述概述 络合滴定法是以络合反应为基础的滴定分析方法。络合滴定法是以络合反应为基础的滴定分析方法。常用的络合滴定是常用的络合滴定是EDTA（乙二胺四乙酸）。（乙二胺四乙酸）。2.络合滴定方式络合滴定方式 （1）直接滴定法）直接滴定法 （2）返滴定法）返滴定法 （3）置换滴定法）置换滴定法 （4）间接滴定法）间接滴定法 3.ETDA溶液的配制和标定溶液的配制和标定注意：注意：EDTA二钠盐溶液的二钠盐溶液的pH约为约为4.络合滴定法及在环境监测中的应用络合滴定法及在环境监测中的应用 该法主要用于水中该法主要用于水中Ca、Mg和总硬度测定。和总硬度测定。第六节第六节 沉淀滴定法及在沉淀滴定法及在 环境监测中的应用环境监测中的应用一、概述一、概述 沉淀滴定法是基于沉淀发应的滴定分析方法。沉淀滴定法是基于沉淀发应的滴定分析方法。沉淀滴定法的反应必须满足下列几点要求：沉淀滴定法的反应必须满足下列几点要求：1、沉淀的溶解度要小；、沉淀的溶解度要小；2、反应速度要快，不易形成过饱和溶液；、反应速度要快，不易形成过饱和溶液；3、反应按一定的化学式定量进行；、反应按一定的化学式定量进行；4、有确定化学计量点的简单方法；、有确定化学计量点的简单方法；5、沉淀的吸附现象应不妨碍化学计量点的测定。、沉淀的吸附现象应不妨碍化学计量点的测定。二、二、沉淀滴定法分类沉淀滴定法分类 目前应用较多的是生成难溶银目前应用较多的是生成难溶银盐的反应，称为银量法。银量法根盐的反应，称为银量法。银量法根据所用指示剂不同，按创立的名字据所用指示剂不同，按创立的名字命名，分为莫尔法、佛尔哈德法和命名，分为莫尔法、佛尔哈德法和法杨司法三种。重点介绍莫尔法。法杨司法三种。重点介绍莫尔法。三、三、莫尔法莫尔法1、方法原理、方法原理莫尔法是以莫尔法是以K2Cr04为指示剂的银量法。为指示剂的银量法。2、测定条件、测定条件(1)指示剂的用量指示剂的用量(2)溶液的酸度溶液的酸度(3)剧烈摇动剧烈摇动3、测定对象、测定对象可以直接测定氯离子溴离子，但不能测可以直接测定氯离子溴离子，但不能测I和和SCN。四、沉淀滴定法在环境监测中的应用四、沉淀滴定法在环境监测中的应用 测定水中的测定水中的Cl-。第七节 重量分析法及在 环境监测中的应用一、概述 重量分析就是将被测组分与试样中的其他组分分离后，转化为一定的称量形式，然后用称重方法测定该组分含量的方法。1 沉淀法2 气化法3 电解法二、恒重 恒重是指连续两次烘干或灼烧后的重量差值不超过克。三、重量分析法在环境监测中的应用该法主要用于水质分析中SO42-、SS等的测定。谢谢大家！