水中總硬度的測定，水硬度各種檢測方法、概念一網(wǎng)打盡

  水總硬度是否符合標(biāo)準(zhǔn)是自來水的一個重要參考數(shù)據(jù)，它主要是描述鈣離子和鎂離子的含量。水總硬度根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行不同的分類。不同國家的換算單位也是有不同的標(biāo)準(zhǔn)。

  水硬度是水質(zhì)的一個重要監(jiān)測指標(biāo)，通過監(jiān)測可以知道其是否可以用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活，如硬度高的水可使肥皂沉淀使洗滌劑的效用大大降低，紡織工業(yè)上硬度過大的水使紡織物粗造且難以染色;燒鍋爐易堵塞管道，引起鍋爐爆炸事故;高硬度的水，難喝、有苦澀味，飲用后甚至影響胃腸功能等;喂牲畜可引起孕畜流產(chǎn)等。因此水硬度的測定方法研究是不容忽視的。目前的分析測定方法很多，主要可分為化學(xué)分析法和儀器分析法。

  一、定義

  水總硬度是指水中Ca2+、Mg2+的總量，它包括暫時硬度和永久硬度。水中Ca2+、Mg2+以酸式碳酸鹽形式存在的部分，因其遇熱即形成碳酸鹽沉淀而被除去，稱之為暫時硬度;而以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在的部分，因其性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能夠通過加熱的方式除去，故稱為永久硬度。

  二、換算單位

  各種水質(zhì)硬度換算單位:

  (1)德國度:1度相當(dāng)于1L水中10mg的CaO;

  (2)英國度:1度相當(dāng)于0.7L水中10mg的CaCO3;

  (3)法國度:1度相當(dāng)于1L水中10mg的CaCO3;

  (4)美國度:1度相當(dāng)于1L水中1mg的CaCO3;

  三、分類

  硬度又分為鈣硬和鎂硬。

  水的硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。

  1.鈣硬度

  水中Ca2+的含量稱為鈣硬度。

  2.鎂硬度

  水中Mg2+的含量稱為鎂硬度。

  3.碳酸鹽硬度

  主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經(jīng)加熱之后分解成沉淀物從水中除去，故亦稱為暫時硬度。

  4.非碳酸鹽硬度

  主要是由鈣鎂的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的方法除去，故也稱為永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等。

  5.總硬度

  碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度之和稱為總硬度。

  6.負(fù)硬度

  當(dāng)水的總硬度小于總堿度時，它們之差，稱為負(fù)硬度。

  四、分析方法

  1.化學(xué)分析法

  EDTA絡(luò)合滴定法是一種普遍使用的測定水的硬度的化學(xué)分析方法。它是在一定條件下，以鉻黑T為指示劑，氨一氯化銨為緩沖溶液，EDTA與鈣、鎂離子形成穩(wěn)定的配合物，從而測定水中鈣、鎂總量。

  但是該方法易產(chǎn)生指示劑加入量、指示終點與計量點、人工操作者對終點顏色的判斷等誤差。 在分析樣品時，如水樣的總堿度很高時，滴定至終點后，藍(lán)色很快又返回至紫紅色，此現(xiàn)象是由鈣、鎂鹽類的懸浮性顆粒所致，影響測定結(jié)果?？蓪⑺畼佑名}酸酸化、煮沸，除去堿度。冷卻后用氫氧化鈉溶液中和，再加入緩沖溶液和指標(biāo)劑滴定，終點會更加敏銳。

  由于指示劑鉻黑T易被氧化，加鉻黑T后應(yīng)盡快完成滴定，但臨終點時最好每隔2~3s滴一滴并充分振搖;并且在緩沖溶液中適量加入等當(dāng)量EDTA鎂鹽，使終點明顯;滴定時，水樣的溫度應(yīng)以2O~30℃為宜 。

  2.儀器分析法

  分光光度法是基于朗伯一比耳定律對元素進(jìn)行定性定量分析的一種方法。通過吸光強(qiáng)度值定量地確定元素離子的濃度值。該法應(yīng)用于水硬度的測定，具有靈敏度較高、操作簡便快速的優(yōu)點，但是選擇合適的顯色劑成為方法的關(guān)鍵。系統(tǒng)研究了酸性鉻藍(lán)K(ACBK)與鈣鎂同時作用的顯色體系，在pH=10.2的氨一氯化銨緩沖介質(zhì)中，Ca和Mg離子均可與ACBK顯色劑形成1:1的配合物，在468nm波長處，Ca和Mg的總含量在(0~3)×10moL/L濃度范圍內(nèi)符合比耳定律。

  在試驗了13種常見共存離子干擾的基礎(chǔ)上將此法用于6種水樣的硬度測定，回收率在96.5%~99.9%之間。研究了用絡(luò)黑T為顯色劑，用于自來水和鍋爐水的硬度測定，自來水RSD為1.2%，鍋爐水RSD為2.2%。以二甲酚橙為顯色劑，采用雙波長分光光度法同時對環(huán)境水樣中的鈣、鎂進(jìn)行了分析。當(dāng)鈣、鎂含量相差懸殊時也不受限制，方法重現(xiàn)性好。

  3.原子吸收法

  自1955年原子吸收法(AAS)作為一種分析方法以來，得到了迅速發(fā)展和普及。由于其對元素的測定具有快速、靈敏和選擇性好等優(yōu)點，成為分析化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的定量分析方法之一，是測量氣態(tài)自由原子對特征譜線的共振吸收強(qiáng)度的一種儀器分析方法。

  4. ICP-AES法

  ICP-AES法即電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，自從20世紀(jì)6O年代等離子體光源發(fā)展以來，得到了普遍應(yīng)用。ICP-AES可進(jìn)行水溶液或有機(jī)溶液及溶解的固體元素分析，大約可同時檢測試樣中72種元素(包括P、B、si、As等非金屬元素)，濃度范圍痕量至%量級。具有連續(xù)單元素操作、連續(xù)多元素操作的特點。

  5.色譜分析法

  離子色譜法(IC)是液相色譜的一種，是分析離子的一種液相色譜方法。離子色譜技術(shù)于1977年開始在水處理領(lǐng)域應(yīng)用，已經(jīng)解決了許多高純水樣品中的實際測定難題。用離子色譜法測定水中硬度能有效避免有機(jī)物干擾，并且不用考慮鎂離子的影響，在鎂含量過低時仍可直接測定。此法具有用量少、簡便、快速、準(zhǔn)確的特點。

  6.電化學(xué)分析法

  自動電位滴定法是根據(jù)滴定曲線自動確定終點，化學(xué)計量點與終點的誤差非常小，準(zhǔn)確度高，避免了化學(xué)分析滴定的誤差，自動電位滴定因無需指示劑，故對有色試樣、渾濁和無合適指示劑的試樣均可滴定。具有快速、簡單的特點，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好，適用于檢測水中總硬度的含量。

  7.電極法

  離子選擇性電極是一種對于某種特定的離子具有選擇性的指示電極。該類電極有一層特殊的電極膜，電極膜對特定的離子具有選擇性響應(yīng)，電極膜的點位與待測離子含量之間的關(guān)系符合能斯特公式。此法具有選擇性好、平衡時間短，設(shè)備簡單，操作方便等特點。

  五實驗步驟

  (1)C(EDTA)=0.01mol/L的EDTA溶液的配制

  稱取乙二胺四乙酸二鈉鹽1.99g，溶于300ml水中，可適當(dāng)加熱溶解。冷卻后轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，用水稀釋至500ml搖勻。

  (2)C(EDTA)=0.01mol/L的EDTA溶液的標(biāo)定

  稱取基準(zhǔn)物碳酸鈣0.25g(稱準(zhǔn)至0.0001g)于200ml燒杯中，用少量水潤濕，蓋上表面皿，逐滴加入4mol/L的HCl至碳酸鈣全部溶解.避免加入過量酸。加lOOml水，小火煮沸l(wèi)Omin，趕除C02。冷至室溫，以少量水沖洗表面皿，定量轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

  用吸量管移取上述Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液25ml于250mL錐形瓶中。加20ml蒸餾水、4ml緩沖溶液和3滴絡(luò)黑T指示液(或50-lOOmg指示劑干粉)，立即用配制的EDTA溶液進(jìn)行滴定，充分搖動，當(dāng)溶液的顏色由紫紅剛變?yōu)榧兯{(lán)色即為終點。平行測定六份，鈣鎂含量的絕對偏差應(yīng)小于0.04mol/L。

  六意義

  水硬度是表示水質(zhì)的一個重要指標(biāo)，對工業(yè)用水關(guān)系很大。水硬度是形成鍋垢和影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。因此，水的總硬度即水中鈣、鎂總量的測定，為確定用水質(zhì)量和進(jìn)行水的處理提供依據(jù)。

  水硬度檢測分析是水質(zhì)分析的一項重要工作，影響到了公共生產(chǎn)，生活安全，但是的測定方法多數(shù)為實驗室測定較多，現(xiàn)場在線分析較少，同時測定多種元素的分析方法沒有普及應(yīng)用。隨著現(xiàn)代分析化學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的水硬度分析方法在分析效率，分析能力上具有一些局限性，在復(fù)雜水體體系分析中的應(yīng)用仍受到一定的限制。將傳統(tǒng)而成熟的分析方法微型化、集成化、自動化和商品化可進(jìn)一步提升方法的分析性能，有利于分析技術(shù)的推廣普及，也是當(dāng)前分析科學(xué)中極具發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€研究方向。