温度对液氯消毒自来水中铅、锌、镉含量的影响及其机理研究

何晓波

（宁夏水文地质工程地质环境地质勘察院，宁夏 银川750011）

0 引言

近年来，伴随着我国小康建设和科学技术的飞速发展，人们的生活水平不断提高。在解决了温饱之后，越来越追求生活质量，对日常的饮用水也有了更高的要求， 都渴望喝上既安全洁净又对身体有益的“好水”。

1 实验方法

原子吸收分光度法。

2 实验原理

火焰原子吸收光度法是根据某元素的基态原子对该元素的特征谱线产生选择性吸收来进行测定的分析方法。 将试样喷入火焰，被测元素的化合物在火焰中离解形成原子蒸汽，由锐线光源（空心阴极灯或无极放电灯等） 发射的某元素的特征谱线光辐射通过原子蒸汽层时，该元素的基态原子对特征谱线产生选择性吸收。在一定条件下，特征谱度光强的变化与试样中被测元素的浓度成正比例。通过对自由基态原子对选用吸收线吸光度的测定，确定试样中该元素的浓度。

根据波尔茨曼定律，在一般火焰温度下（低于3000℃）基态原子数与激发态原子数之比是一个很大的数，而光辐射的被吸收量与自由基态原子的总数成比例，因此，原子吸收光度法具有较高的灵敏度。每种元素都有自己为数不多的特征吸收谱线。不同元素的测定采用相应的元素灯，因此，谱线干扰在原子吸收光度法中是少见的。除了电离电位很低的若干元素外，一般来说，电离干扰可以忽略。

影响原子吸收光度法准确度的主要干扰是基体的化学干扰。由于试样和标准溶液基体的不一致，试样中存在的某些基体常常影响被测元素的原子化效率，如在火焰中形成难于离解的化合物或使离解生成的原子很快重新形成在该火焰温度下不再离解的化合物，这时就发生干扰作用。 一般来说，铅、锌、镉的基体干扰不太严重。

对于一般地表水，由分子吸收或光散射造成的背景吸收一般说来可以忽略。

3 实验条件

1）铅所用波长283.3nm；

2）锌所用波长213.9nm；

3）镉所用波长228.8nm。

火焰类型空气-乙炔氧化型。

4 试验仪器和试剂

4.1 仪器

（1）原子吸收分光光度计；

（2）125mL 和250mL 分液漏斗，带刻度；

（3）康氏振荡器；

（4）电热板；

（5）10mL 具塞试管；

（6）其它玻璃器皿。 所有玻璃器皿都要用（1+1）硝酸清洗，然后用去离子水冲洗干净。

4.2 试剂

全部溶液均用去离子水配制。

（1）硝酸：特纯或优级纯。

（2）盐酸：特纯或优级纯。

（3）高氯酸：优级纯。

（4）氨水：优级纯。

（5）2%APDC 水溶液：称取1.0g 吡咯烷二硫代氨基甲酸铵溶于去离子水中,用中速定量滤纸滤去不溶物,用去离子水稀释到50mL。临用前配制。

（6）甲基异丁酮。

（7）1M 碘化钾水溶液：称取166.7g 碘化钾溶于1L 去离子水中。

（8）5%抗坏血酸水溶液： 称取5.0g 抗坏血酸溶于100mL 去离子水中。

（9）去离子水：用蒸馏水或电渗析水依次通过阴、阳、阴阳混合离子交换柱制得。 电导率为0.5-1μΩ/cm.全部溶液均用此水配制。

（10）铅、锌、镉标准贮备液：分别称取光谱纯各金属0.5000g，用适量（1+1）硝酸溶解，必要时可加热，用去离子水稀释至500mL。 此溶液1.00mL=1.00μg。

（11）直接测定用中间标准溶液：铅1.00mL=1000μg；锌1.0mL=10.0μg；镉1.00mL=10.0μg。

（12）萃取测定用中间标准溶液：铅1.00mL=20μg；锌1.00mL=1.0μg；镉1.00mL=1.0μg。

铅、锌、镉的标准溶液浓度在0.04-1.0mg/L 范围内用中间标准溶液配制。 中间标准溶液和标准系列皆用0.2%硝酸溶液配制。

（13）乙炔：可采用钢瓶乙炔气或由乙炔发生器供给。 使用钢瓶乙炔气时应检查其纯度，以能获得浅蓝色贫燃火焰为合格。 焊接或切割用钢瓶乙炔气一般不能直接用于原子吸收分析。乙炔发生器发生的乙炔要经过净化后才能使用。

（14）空气：一般用空气压缩机供给。原子吸收测量使用压力为2kg/cm3左右。 空气要通过过滤装置，除去油、尘和水汽。

5 实验过程

碘化钾-甲基异丁酮（KI-MZBK）萃取程序。

1） 取50mL 预处理好的试样置于125mL 分液漏斗中， 加入10mL1M 碘化钾水溶液， 摇匀后再加入5.0mL5%的抗血酸水溶液，摇匀，准确加入10mL 甲基异丁酮，萃取1-2 分钟，静置分层后，弃去水相，用滤纸吸干分液漏斗颈内的残留液，有机相转入10mL 具塞试管，盖严供测定用。

2）按上述相同步骤平行操作三个浓度点以上的标准系列。

3）测量。 按直接测定条件点燃火焰以后，用MIBK 喷雾，降低乙炔/空气比，使火焰颜色和水溶液喷雾时大致相同。 将仪器调零。 用萃取标准溶液的有机相标定仪器， 适当调节燃烧器的上下位置和提升量，使仪器响应最好。

用萃取标准系列中试剂空白的有机相将仪器调零，测量标准系列吸光度。用萃取样品的试剂空白的有机相将仪器调零，测量样品光度。以水相中被测元素的微克数为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制校准曲线，确定所测离子的含量。 测量结束后，依次用甲基异丁酮、丙酮、1%硝酸溶液和去离子水各喷雾5 分钟清洗燃烧器。清洗完毕，熄灭火焰。

6 实验结果

1）从实验结果和图1 曲线可以看出：加热不同温度、加热沸腾时间的长短对铅没有影响。

图1 不同温度及沸腾不同时间下铅含量变化曲线

2）从实验结果和图2 曲线可以看出：加热温度在80℃-100℃，其锌的含量最高，常温时锌的含量次之，加热沸腾时间越长，锌的含量急剧下降至0。

图2 不同温度及沸腾不同时间下锌含量变化曲线

3）从实验结果和图3 曲线可以看出：加热温度在80℃时镉的含量最高，随着加热沸腾时间的增加，它同锌一样，其含量急剧下降。

7 机理研究

图3 不同温度及沸腾不同时间下镉含量变化曲线

1）铅化合物在天然水中不易溶解，在加热条件下，铅化合物也相当稳定，无任何反应发生。 水的pH 值在5-8.5 之间，碳酸铅(PbCO3)是稳定的化合物，pH 值大于8.5，则碱式碳酸铅[Pb(CO3)2·(OH)2]是稳定的，在很强的还原条件下，四价铅才是不稳定的，因此，天然水中溶解的铅很少。 淡水中含铅0.06-120μg/L，中值为3μg/L。

铅是对人体有害的元素，在自然界分布甚广，易被肠胃吸收，通过血液扩散到全身并进入骨骼，在人体内形成是累积性毒物。

2）在水中Zn2+存在下列平衡关系：

Zn2++2OH⇔Zn(OH)2↓

Zn(OH)2+2H2O⇔2H++[Zn(OH)4]2-

随着加热温度升高、 加热时间延长，CO2含量下降，pH 值增大，OH-含量增多，所以平衡向右移，使水中游离的Zn2+含量急剧下降。

3）Cd2+与Zn2+属同一族，其性质相似，但与Zn(OH)2不同，Cd(OH)2酸性特别弱，不易溶于强碱中。 Cd2++2OH-⇔Cd(OH)2↓

随着加热温度升高和加热时间的延长，水中CO2的含量下降，pH值升高，OH-含量增加，可使Cd2+生成Cd(OH)2沉淀，使水中游离的Cd2+含量急剧下降。

镉在自然界与锌共存。流经铅锌矿床的水体以及某些冶金、电镀、化工等行业的工业废水中常含有镉。

8 结束语

本文的研究，为改革城镇居民的供水方式、树立新的科学的饮水观念，节约用水、节省能源、保护生态环境、预防或控制某些疾病、促进国人生活水平和健康水平的提高，提供了较为准确可靠的科学依据。

［1］罗晓鸿.自来水消毒方法比较与评价[J].给水排水，1994（10）：43.

［2］白晓慧，贺兰喜，王宝贞.常规饮用水净化技术面临的挑战及对策[J].水科学进展，2002，(1)：122～126.