水质分析的基本方法
一、水质分析基本方法
前已述及，水质分析应包括水的物理、化学和微生物学性质的分析。就基本分析而言，可分为（1）物理和化学分析（2）生物和微生物学分析两大类。
分析化学是一门研究各种化合物或混合物的化学组成的分析方法和分析步骤的科学。它是水质物理和化学分析的理论基础。
分析化学可以分为定性分析和定量分析两个部门。定性分析又可以分为无机定性分析和有机定性分析。其目的是鉴定化合物或混合物是由哪些组分（元素、离子、基团或化合物）所组成。定量分析也可以分为无机定量分析和有机定量分析两部分，它们的任务是测定物质各组分的含量。
在一般化学分析的工作程序上总是定性分析先于定量分析，因为只有首先了解物质的定性组成，然后才能选择适当的定量分析方法。测出所含元素或离子等的含量。然而，在水质分析工作中，由于天然水、工业用水和生活污水所含成分一般都已知道；工业废水性质虽然复杂，但其成分也可以从该工厂所使用的原料和生产工艺过程等概略地推测，故除特殊情况外，水的定性分析很少应用。不过，由于环境保护工作的深入发展，有时为了了解某些工业废水和天然水的**组成或某些水质处理过程的中间产物等，也需要进行定性分析。
定性分析是应用化学反应，将待测的元素或离子转变为具有某些特殊性质的新化合物。如（1）发生特殊的颜色，（2）析出具有一定形状的沉淀物，（3）发生可以识别的气体，（4）原有颜色的变化及（5）原有沉淀物的溶解等，根据这些化学反应结果和新化合物的特殊性质，即可判断试样中是否含有某种成分。
定量分析主要是应用化学反应中物质不灭定律和当量定律来测定试样中各组分的含量。定量分析按其分析时采用的方法。主要可分为：（1）重量分析，（2）容量分析，（3）光学分析（如比色分析、比浊分析、光谱分析等），（4）电化学分析（如极谱分析、电位分析等），以及（5）色谱分析（如气相色谱、液相色谱）。
光学分析、电化学分析、色谱分析等都是利用待测组分的某种物理性质或物理化学性质来进行分析测定的。在分析时往往需要应用比较精密和比较复杂的仪器。所以有时也称为仪器分析。在水质分析中*常用到的仪器有紫外－可见分光光度计、原子吸收分光光度计、气相色谱仪等。有时还根据水质分析的特点制成专用的仪器。如测汞仪、溶解氧仪、生化需氧量测定仪、总有机碳测定仪等。
仪器分析具有快速、准确、灵敏等优点，还便于自动连续测定。因而发展很快，有着广阔的应用前途。但目前有的仪器价格较高，平时维护（如需恒温、恒湿、防震等）和对操作人员的要求也较高。因此，在大多数水质分析工作中，仪器分析和普通的化学分析是相辅相成、互为补充的。其中，普通的化学分析法仍居于重要的、基础的地位。
二、容量分析计算
1.容量分析概述
在普通的化学定量分析中，重量分析可以得到相当准确的测定结果。因此常被用来作为基准测定。但重量分析手续繁杂、十分费时，在一般情形下都尽量避免采用。在水质分析中，由于水中所含杂质通常都非常微少，所以除了固体测定等少数项目外，很少应用重量分析法。而容量分析比重量分析要简便得多，**度又比较高，故在水质分析中用得很多。
容量分析是将一种已知准确浓度的试剂溶液加到被测物质的溶液中，使它们发生化学反应，然后根据该试剂溶液的浓度以及与被测物质完全反应时所消耗的体积，通过等当量数的关系来计算被测物质的含量。
很显然，并不是任何化学反应都能适用于容量分析的。在水质分析中，能用作容量分析的反应，必须符合下列要求：（1）反应进行迅速，能在瞬间完成。速度较慢的反应，可通过加热或催化剂等方法来解决；（2）反应必须按等当量数进行，不能有副反应发生；（3）要有恰当的指示剂或其他物理化学方法来指示等当点的到达；（4）必须排除对反应有干扰的物质。
容量分析按其反应形式的不同，可分为两大类：
（1）基于离子之间发生结合反应的方法，属于这一类的有：中和滴定法、络合滴定法和容量沉淀法。
（2）基于离子或单质之间发生电子转移反应的方法。属于这一类的有:氧化还原滴定法。
2.容量分析计算的基本公式——当量定律的作用
容量分析计算的基础是当量定律。
当量定律是：各物质相互作用时，它们的重量比等于它们的当量比。
根据当量定律我们知道：参加反应的物质总是以相同的克当量数或毫克当量数进行反应的。也就是说：在一个化学反应中，参加反应的一种物质（甲）的克当量数总是等于另一种物质（乙）的克当量数。
因此，我们可以说：克的甲物质与克的乙物质是“化学相当”的。
如果甲物质也能与丙物质互相反应，那么，在反应中甲物质的克当量数也应等于丙物质的克当量数。
同样，我们可以说：克的甲物质与克的丙物质也是化学相当的。
这时，不论乙物质与丙物质能否直接发生反应，我们都可以说：克的乙物质与克的丙物质是化学相当的。
所以，在化学中，根据当量定律，我们可以求出任何两种物质之间的化学相当关系。
在容量分析的计算中，有两个基本公式。
（1）
式中：、 ——分别为1、2两种溶液的当量浓度；
、——分别为1、2两种溶液的体积，毫升。
和就分别表示了1、2两种物质的毫克当量数。
这个公式可以用来：①计算两种溶液相互作用的体积，②用一种标准溶液来标定另一种溶液，③计算一种溶液稀释后的浓度，和④计算两种浓度不同的同质溶液混合后的浓度等。
（2）
式中： ——当量浓度
——体积，毫升；
——固体物质的重量，克；
——该固体物质的当量。
显然，等式的两边都是毫克当量数。
这个公式可以用来：①计算配制一种溶液所需固体物质的重量，或②计算一定重量的固体物质配成溶液后的当量浓度，③计算溶液和固体物质之间相互作用时的定量关系（如用固体基准物质来标定一溶液的当量浓度；求为与一溶液完全作用时所需的固体物质质量），和④求被测物质的含量等。
下面举几个例子来说明这两个基本公式的应用。
例1 中和1000毫升0.125ON的HCl溶液，需用0.1000N的NaOH溶液多少毫升？
解 根据，得
答 需用0.1000N的NaOH溶液1250毫升。
例2 现有480.0毫升0.1725N的H2SO4溶液，要将它配制成0.1700N的溶液，需要加入多少毫升的蒸馏水？
解 设需要加入毫升蒸馏水。
稀释前酸液的毫克当量数为
稀释后酸液的毫克当量数为
因为 ，故，
所以
答 需要加入蒸馏水7.06毫升。
例3 今有0.2850N的HCl溶液300.0毫升，需加入多少毫升0.4200N的HCl溶液才能得到0.3000N的HCl溶液？
解 设所需加入的0.4200N的HCl溶液为毫升，根据混合前后的毫克当量数应相等的原则，得
，故
答 需加入0.4200NHCl溶液37.50毫升。
例4 欲配制约0.1N的HCl溶液600毫升。需量取比重为1.19(含HCl37%)的浓盐酸多少毫升？
解 600毫升0.1N的HCl溶液的毫克当量数为
设所需要取的浓盐酸为毫升，则这些浓盐酸的毫克当量数为：
根据，故
答 需量取浓盐酸5.0毫升。
例5 欲制0.1000N的K2Cr2O7溶液1升，用于氧化还原反应中，问需称取纯K2Cr2O7多少克？
解 在氧化还原反应中K2Cr2O7的当量为
设需称取克纯K2Cr2O7，则这些重铬酸钾的毫克当量数为：
1升0.1000N K2Cr2O7溶液的毫克当量数为
根据，故
，
答 需称纯K2Cr2O74.9030克。
例6 标定一KMnO4溶液的浓度时，将称得的纯草酸（H2C2O4·2H2O）0.2534克溶于蒸馏水中，用欲标定的KMnO4溶液滴定到终点。用去19.85毫升，试计算此KMnO4溶液的当量浓度。
解 KMnO4与草酸的反应是氧化还原反应，可用离子方程式表示如下：
这时，草酸的当量
根据公式
答 该KMnO4溶液的当量浓度为0.2026N。
例7 假设完全中和0.2648克不纯的碳酸钠，用去0.1970NHCl溶液24.45毫升，试计算此样品中纯碳酸钠的百分含量。
解 在此中和反应中。碳酸钠Na2CO3的当量为
根据公式 ，得
，
（克）
今样品重W1=0.2648克，因此样品中纯碳酸钠的百分含量η应为
答 此样品中纯碳酸钠的含量为96.41%。
例8 在用温克勒法测定水中的溶解氧时，经过一系列的化学操作，使溶解氧转化为游离碘。*后用硫代硫酸钠标准溶液滴定。如果取100.0毫升水样。滴定时用去0.0250N的Na2S2O2标准溶液4.20毫升，求水样中的溶解氧含量。
解 根据化学相当的原则。尽管硫代硫酸钠是与游离碘相作用而未与溶解氧直接反应，但此游离碘的量是与水中溶解氧量化学相当的。故可直接用公式求出溶解氧量。氧的当量为E=8，故（此处W的单位为毫克）
由于水样量A=100.0毫升，故每升此水样中溶解氧的含量为
（毫克/升）
答 此水样中的溶解氧含量为8.40毫克/升。
三、水质分析结果的表示方法
水质分析结果的表示方法因不同的水质项目而异。
一些物理性水质指标常常有它们各自的单位。例如水温以摄氏度数表示，浑浊度以毫克（SiO2）/升或度表示，电导率用微姆欧/厘米表示，嗅味则可描述其性质等等。
对于化学性水质指标。由于天然水和各种废水、污水中所含的化合物或元素的量通常都是很低的，因此水质化学分析的结果一般都不象普通分析化学中那样用百分含量表示，而是采用以下几种常用的单位。
一、毫克/升（mg/1）
每升水中所含被测物质的毫克数。这是*广泛采用的一种单位。它不仅适用于水中离子状态的物质，也可用于不离解的分子状态或胶体状态的物质乃至溶解于水中的气体。
二、百万分率（ppm）
水中所含被测物质的重量占水样重量的百万分之分数。这在一些英文资料文献中是常见的。当水样的比重为1.00000时，1毫克/升恰好等于百万分之一，即1毫克/升=1ppm。由于天然水和大多数废水、污水的比重都近似于1，因此实际上常将毫克/升数与百万分率相混用，但对于某些比重与1相差稍大的工业废水、污泥或海水等，两者就不能视为相等了。
三、微克/升（μg/1）
每升水中所含被测物质的微克数。对于一些极微量的物质需要用到这种更小的单位。与此相应，也有十亿分率（ppb）。对于比重近似于1的水样。1微克/升=1ppb。
四、毫克当量/升（me/1或meq/1）
每升水中所含被测物质的毫克当量数。这种表示方法可以清楚地说明水中离子间数量上的比例和便于检查分析结果的准确度，也便于根据化学相当的原则，将一种被测物质直接转换成用另一种物质来表示。
此外，有些水质项目的分析结果还有另外的一些单位，如硬度和碱度就常有用“度”等好几种表示方法的。水质的生物和微生物学指标也有它们自己的表示方法。
