利用蔬菜水果消除自来水余氯——推荐一个分析化学综合实验

潘华英 刘德秀

(苏州卫生职业技术学院 江苏苏州 215009)

利用蔬菜水果消除自来水余氯的测定过程涉及许多分析化学知识、实验操作技能和计算机数据处理方法，且实验材料易于获取。我们结合大学生实践创新训练计划项目，将这一检测法设计成一个分析化学综合实验，并进行了初步的尝试，取得了良好的效果。

在自来水输送过程中，应有适量的余氯留存在水中，以保证持续的杀菌能力。我国规定生活饮用水的水质标准是：氯气及游离氯制剂(游离氯)在出厂水中的余量≥0.3mg·L-1，管网末梢水中的余量≥0.05mg·L-1[1]。然而，自来水中过量的余氯会严重影响水的口感和品质。实践中发现许多蔬菜水果对自来水中的余氯有降低或消除作用，这些作用可通过实验来检定。

水中的余氯检测方法有多种，国家标准生活饮用水标准检验方法[2]推荐的有N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)比色法，我们参考国家标准，以3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)为显色剂，用紫外-可见分光光度计对试验效果进行测试，再按G检验法进行取舍，测试数据经计算机进行统计处理，从而可分析出蔬菜、水果对消除自来水余氯的作用。

1 实验目的

(1) 掌握自来水中余氯浓度的测定方法。

(2) 了解样本对余氯吸附效果的描述参数——吸附率。

(3) 掌握吸收曲线和工作曲线的制作方法。

(4) 学习利用计算机进行数据处理，掌握Grubbs检验法、吸附率置信区间的计算方法。

(5) 评介蔬菜、水果对消除自来水中余氯的效果和影响因素。

(6) 培养综合分析问题和解决问题的能力。

2 仪器与试剂

仪器选用723型分光光度计、25mL目视比色管，试剂选用四甲基联苯胺(TMB)、分析纯重铬酸钾、分析纯铬酸钾、分析纯氯化钾、分析纯盐酸、分析纯EDTA。

3 实验内容

收集自来水的水样和蔬菜水果样本，分批测定自来水水样和经过样本浸渍过的样液中余氯含量，积累测试数据，对相同样本材料的数据，舍去异常值，然后对样本数据进行统计，求出吸附率的平均值、标准偏差、给定置信水平时的估计区间，由此评价出各样本材料对消除余氯的效果和可能影响测定的因素。在测定余氯含量之前,需要制作吸收曲线和工作曲线。

4 实验步骤

4.1 吸收曲线和工作曲线的确定

首先制作吸收曲线，寻找余氯的最大吸收波长。取1.25mL TMB置于25mL比色管中，用自来水稀释到刻度，在25℃水浴中，显色1分钟；用723型分光光度计在不同波长处测定显色液的吸光度，测得余氯的最大吸收波长，应在450nm附近。

按国家标准[2]要求，配置余氯标准溶液；在最大吸收波长处，测定系列标准溶液的吸收度。在配置余氯标准溶液时，加入一定量的EDTA，以掩蔽亚铁等干扰离子。我们测到的系列标准溶液吸光度如表1所示。

手工绘制工作曲线存在读取误差大、效率低的不足，为此可利用计算机建立工作曲线。以吸光度为A，质量浓度为ρ，根据代数函数插值原理[3],可建立余氯浓度函数或工作曲线表。例如可利用线性插值原理在Excel中建立工作曲线表，由吸光度A可快速查出余氯质量浓度ρ，从而大大提高对后面实验数据的处理效率。

表1 系列标准溶液的吸光度

设已知两测试点i、j的标准溶液的质量浓度和吸光度分别为ρi、Ai和ρj、Aj，则介于Ai和Aj之间的吸光度Ax对应的质量浓度ρx为：

(1)

根据表1数据在Excel中建立的工作曲线见图1，其中质量浓度ρ一列数据按式(1)自动计算得到。

4.2 样液制作和余氯的浓度检测

可因地制宜选用样本材料，如橙子、橘子、梨、柠檬、苹果、香蕉、柚子、甘蔗、萝卜、黄瓜、冬瓜、南瓜、丝瓜、土豆、茭白、蘑菇、山药、莴苣等水果或蔬菜。

选取3g待测样本材料，浸渍在60mL自来水样中，浸渍时间为3分钟，由此获得一个测试样液。然后用TMB显色，在450nm波长处用723型分光光度计测定样液的吸光度(A)，并作记录。由吸光度可查工作曲线表，快速得到余氯的质量浓度ρ。

对同一水样，每次可制作多种样本材料的样液，也可用同一样本材料制作多份样液，经多批次测试后，进行统计分析。为保证测试的正确性，在实验前后，都要对自来水水样进行测试，保证测试期间自来水水样没有明显变化。显色剂的显色反应在20～25℃的水浴中完成，以使显色反应完全。浸渍的时间要统一，不宜过长，否则会使浸渍液颜色加深，影响测定，浸渍温度应控制在20～25℃。

图1 在Excel中建立的工作曲线表

4.3 吸附率计算

为测定消除余氯的效果，我们给出了吸附率的评价指标。设测试样本前测到的水样吸光度为Aw，测到的样本吸光度为Ax，根据式(1)可算出水样余氯质量浓度ρw和样本余氯质量浓度ρx，根据下面公式计算样本的吸附率Dx：

Dx=(ρw-ρx)×V/m×1000

(2)

式中，V为溶液体积;m为样本质量;Dx为吸附率，表示每1000g样本能在规定时间内吸附的余氯质量(mg)。

4.4 数据处理与统计4.4.1 异常值的舍去

对相同样本的多个吸附率数据，需要舍去异常值。可采用Grubbs检验法[4]，对每个吸附率计算G值，若大于临界值G(n,α)，则舍去该值。对数据x的G值计算式为：

(3)

图2 萝卜皮样本的数据表和吸附率的G值计算

4.4.2 吸附率的置信区间计算

(4)

其中XL为置信区下限，XU为置信区上限，Δ可由下式表示：

(5)

图3 部分蔬菜水果对余氯的吸附率数据(取α=0.05)

图4 部分样本的余氯吸附率置信区间示意图

5 总结

利用蔬菜水果消除自来水余氯可作为一种拓宽思路的综合实验，对培养学生的创新思维和动手能力有着重要意义。实验中，为便于教学实验，不受季节影响，可使用干制样品。由于实验数据会受温度、pH、不同水样等诸多因素的影响，需要运用数理统计方法进行分析，并且随着实验数据的积累，才能从中找出有价值的数据。例如，我们对一些蔬菜水果等实验数据进行分析，发现一般吸附性强的、维生素C丰富的样本，对余氯的吸附效果比较好，也有一些样本对余氯吸附作用不大。通过实验可让学生发现更多的规律，培养他们的观察能力。

[1] 中华人民共和国卫生部.GB/T 5749—2006 生活饮用水卫生标准.北京：中国标准出版社,2007

[2] 中华人民共和国卫生部.GB/T 5750.11—2006 生活饮用水标准检验方法 消毒剂指标.北京：中国标准出版社,2007

[3] 朱长青.数值计算方法及其应用.北京:科学出版社,2006

[4] 李发美.分析化学.北京:人民卫生出版社,2003