利用蔬菜水果消除自來水余氯
——推薦一個分析化學綜合實驗

潘華英 劉德秀

(蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術學院 江蘇蘇州 215009)

利用蔬菜水果消除自來水余氯的測定過程涉及許多分析化學知識、實驗操作技能和計算機數(shù)據(jù)處理方法，且實驗材料易于獲取。我們結合大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目，將這一檢測法設計成一個分析化學綜合實驗，并進行了初步的嘗試，取得了良好的效果。

在自來水輸送過程中，應有適量的余氯留存在水中，以保證持續(xù)的殺菌能力。我國規(guī)定生活飲用水的水質標準是：氯氣及游離氯制劑(游離氯)在出廠水中的余量≥0.3mg·L-1，管網末梢水中的余量≥0.05mg·L-1[1]。然而，自來水中過量的余氯會嚴重影響水的口感和品質。實踐中發(fā)現(xiàn)許多蔬菜水果對自來水中的余氯有降低或消除作用，這些作用可通過實驗來檢定。

水中的余氯檢測方法有多種，國家標準生活飲用水標準檢驗方法[2]推薦的有N,N-二乙基對苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)比色法，我們參考國家標準，以3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)為顯色劑，用紫外-可見分光光度計對試驗效果進行測試，再按G檢驗法進行取舍，測試數(shù)據(jù)經計算機進行統(tǒng)計處理，從而可分析出蔬菜、水果對消除自來水余氯的作用。

1 實驗目的

(1) 掌握自來水中余氯濃度的測定方法。

(2) 了解樣本對余氯吸附效果的描述參數(shù)——吸附率。

(3) 掌握吸收曲線和工作曲線的制作方法。

(4) 學習利用計算機進行數(shù)據(jù)處理，掌握Grubbs檢驗法、吸附率置信區(qū)間的計算方法。

(5) 評介蔬菜、水果對消除自來水中余氯的效果和影響因素。

(6) 培養(yǎng)綜合分析問題和解決問題的能力。

2 儀器與試劑

儀器選用723型分光光度計、25mL目視比色管，試劑選用四甲基聯(lián)苯胺(TMB)、分析純重鉻酸鉀、分析純鉻酸鉀、分析純氯化鉀、分析純鹽酸、分析純EDTA。

3 實驗內容

收集自來水的水樣和蔬菜水果樣本，分批測定自來水水樣和經過樣本浸漬過的樣液中余氯含量，積累測試數(shù)據(jù)，對相同樣本材料的數(shù)據(jù)，舍去異常值，然后對樣本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，求出吸附率的平均值、標準偏差、給定置信水平時的估計區(qū)間，由此評價出各樣本材料對消除余氯的效果和可能影響測定的因素。在測定余氯含量之前,需要制作吸收曲線和工作曲線。

4 實驗步驟

4.1 吸收曲線和工作曲線的確定

首先制作吸收曲線，尋找余氯的最大吸收波長。取1.25mL TMB置于25mL比色管中，用自來水稀釋到刻度，在25℃水浴中，顯色1分鐘；用723型分光光度計在不同波長處測定顯色液的吸光度，測得余氯的最大吸收波長，應在450nm附近。

按國家標準[2]要求，配置余氯標準溶液；在最大吸收波長處，測定系列標準溶液的吸收度。在配置余氯標準溶液時，加入一定量的EDTA，以掩蔽亞鐵等干擾離子。我們測到的系列標準溶液吸光度如表1所示。

手工繪制工作曲線存在讀取誤差大、效率低的不足，為此可利用計算機建立工作曲線。以吸光度為A，質量濃度為ρ，根據(jù)代數(shù)函數(shù)插值原理[3],可建立余氯濃度函數(shù)或工作曲線表。例如可利用線性插值原理在Excel中建立工作曲線表，由吸光度A可快速查出余氯質量濃度ρ，從而大大提高對后面實驗數(shù)據(jù)的處理效率。

表1 系列標準溶液的吸光度

設已知兩測試點i、j的標準溶液的質量濃度和吸光度分別為ρi、Ai和ρj、Aj，則介于Ai和Aj之間的吸光度Ax對應的質量濃度ρx為：

(1)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)在Excel中建立的工作曲線見圖1，其中質量濃度ρ一列數(shù)據(jù)按式(1)自動計算得到。

4.2 樣液制作和余氯的濃度檢測

可因地制宜選用樣本材料，如橙子、橘子、梨、檸檬、蘋果、香蕉、柚子、甘蔗、蘿卜、黃瓜、冬瓜、南瓜、絲瓜、土豆、茭白、蘑菇、山藥、萵苣等水果或蔬菜。

選取3g待測樣本材料，浸漬在60mL自來水樣中，浸漬時間為3分鐘，由此獲得一個測試樣液。然后用TMB顯色，在450nm波長處用723型分光光度計測定樣液的吸光度(A)，并作記錄。由吸光度可查工作曲線表，快速得到余氯的質量濃度ρ。

對同一水樣，每次可制作多種樣本材料的樣液，也可用同一樣本材料制作多份樣液，經多批次測試后，進行統(tǒng)計分析。為保證測試的正確性，在實驗前后，都要對自來水水樣進行測試，保證測試期間自來水水樣沒有明顯變化。顯色劑的顯色反應在20～25℃的水浴中完成，以使顯色反應完全。浸漬的時間要統(tǒng)一，不宜過長，否則會使浸漬液顏色加深，影響測定，浸漬溫度應控制在20～25℃。

圖1 在Excel中建立的工作曲線表

4.3 吸附率計算

為測定消除余氯的效果，我們給出了吸附率的評價指標。設測試樣本前測到的水樣吸光度為Aw，測到的樣本吸光度為Ax，根據(jù)式(1)可算出水樣余氯質量濃度ρw和樣本余氯質量濃度ρx，根據(jù)下面公式計算樣本的吸附率Dx：

Dx=(ρw-ρx)×V/m×1000

(2)

式中，V為溶液體積;m為樣本質量;Dx為吸附率，表示每1000g樣本能在規(guī)定時間內吸附的余氯質量(mg)。

4.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計4.4.1 異常值的舍去

對相同樣本的多個吸附率數(shù)據(jù)，需要舍去異常值?？刹捎肎rubbs檢驗法[4]，對每個吸附率計算G值，若大于臨界值G(n,α)，則舍去該值。對數(shù)據(jù)x的G值計算式為：

(3)

圖2 蘿卜皮樣本的數(shù)據(jù)表和吸附率的G值計算

4.4.2 吸附率的置信區(qū)間計算

(4)

其中XL為置信區(qū)下限，XU為置信區(qū)上限，Δ可由下式表示：

(5)

圖3 部分蔬菜水果對余氯的吸附率數(shù)據(jù)(取α=0.05)

圖4 部分樣本的余氯吸附率置信區(qū)間示意圖

5 總結

利用蔬菜水果消除自來水余氯可作為一種拓寬思路的綜合實驗，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和動手能力有著重要意義。實驗中，為便于教學實驗，不受季節(jié)影響，可使用干制樣品。由于實驗數(shù)據(jù)會受溫度、pH、不同水樣等諸多因素的影響，需要運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行分析，并且隨著實驗數(shù)據(jù)的積累，才能從中找出有價值的數(shù)據(jù)。例如，我們對一些蔬菜水果等實驗數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)一般吸附性強的、維生素C豐富的樣本，對余氯的吸附效果比較好，也有一些樣本對余氯吸附作用不大。通過實驗可讓學生發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律，培養(yǎng)他們的觀察能力。

[1] 中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 5749—2006 生活飲用水衛(wèi)生標準.北京：中國標準出版社,2007

[2] 中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 5750.11—2006 生活飲用水標準檢驗方法 消毒劑指標.北京：中國標準出版社,2007

[3] 朱長青.數(shù)值計算方法及其應用.北京:科學出版社,2006

[4] 李發(fā)美.分析化學.北京:人民衛(wèi)生出版社,2003