測定地表水中高錳酸鹽指數(shù)的方法綜述及發(fā)展

方銳纓

（汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 汕頭 515000）

高錳酸鹽指數(shù)，是指在一定條件下，以高錳酸鉀為氧化劑，處理水樣時所消耗的氧化劑的量。在以往的水質(zhì)檢測中，高錳酸鹽指數(shù)也被稱為化學(xué)需氧量的高錳酸鉀法，但是這種方法只能使水中有機(jī)物部分被氧化，并不適用于工業(yè)廢水的測定。高錳酸鹽指數(shù)僅限于作為衡量地表水、飲用水和生活污水受還原性有機(jī)（和無機(jī)）物質(zhì)污染程度的綜合指標(biāo)。地表水水質(zhì)監(jiān)測一直都是國家水質(zhì)檢測中的重要環(huán)節(jié)。在工作中，人們要根據(jù)實(shí)際檢測的地表水情況來確定具體的檢測方法。高錳酸鹽指數(shù)的常見測定方法如下。

1　滴定法

滴定法通常分為酸性高錳酸鉀法和堿性法兩種。

1.1　方法原理

酸性法是在一定體積的水樣中，加入已知量高錳酸鉀和硫酸溶液，在沸水浴中加消解30 min，高錳酸鉀將樣品中的部分有機(jī)物和可還原的無機(jī)物氧化。反應(yīng)后，剩余的高錳酸鉀用過量的草酸鈉溶液還原，再用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過量的草酸鈉，同時讓高錳酸鉀溶液作為自身的指示劑，通過回滴所消耗的高錳酸鉀溶液體積計算出高錳酸鹽指數(shù)值[1]。

當(dāng)樣品中氯離子濃度高于300 mg/L時，人們可采用堿性法。在堿性加熱條件下，用高錳酸鉀氧化樣品中的部分有機(jī)物及無機(jī)還原性物質(zhì)。加硫酸在酸性條件下，將剩余的高錳酸鉀用草酸鈉溶液還原并加入至過量，再以高錳酸鉀溶液滴定至微紅色。

1.2　方法應(yīng)用

滴定法作為高錳酸鹽指數(shù)測定的經(jīng)典方法，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。環(huán)境監(jiān)測工作者在實(shí)踐中總結(jié)出了很多合理有效的改進(jìn)意見。例如，周玉香、應(yīng)新梅分別對不同濃度高錳酸鉀溶液、水樣酸度、不同加熱條件等三個方面進(jìn)行深入研究，總結(jié)出的實(shí)際條件控制有效降低了操作過程中的試驗(yàn)誤差，使檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高。王玲玲、沈熠、陳斌斌的試驗(yàn)表明，每100 mL的樣品，加酸量控制在5 mL，相對偏差最小[3]。陳銀花經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)了高錳酸鹽指數(shù)測定中高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液配制誤差的原因，通過先對高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備液進(jìn)行標(biāo)定來確定稀釋比，給出準(zhǔn)確配制所需高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法[4]。以上改進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)，在滿足結(jié)果質(zhì)量控制的要求下，簡化了試驗(yàn)步驟，消除了人為和干擾物的影響，保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和代表性。

2　紫外分光光度法

2.1　方法原理

在酸性條件下，用過量的高錳酸鉀溶液氧化水體中還原物質(zhì)，高錳酸鉀特有的紫紅色在波長525 nm處有最大吸收峰，采用分光光度法測定剩余的高錳酸鉀含量，通過高錳酸鹽指數(shù)和吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算結(jié)果[5]。

2.2　方法應(yīng)用

這種方法的使用范圍較廣，無論是地表水、自來水還是生活污水都可以進(jìn)行高錳酸鹽指數(shù)的測定，耗時較短，減輕了分析人員的勞動強(qiáng)度。但是，其精密度和準(zhǔn)確度還需要進(jìn)一步提高。

3　在線自動分析

3.1　方法原理

流動注射法中使用的試劑和酸性高錳酸鉀法基本相同，一定體積的水樣中加入一定量高錳酸鉀和硫酸溶液，在95℃的條件下加熱回流反應(yīng)數(shù)分鐘后，剩余的高錳酸鉀用過量的草酸鈉溶液還原，再用高錳酸鉀溶液回滴過量的草酸鈉，利用回滴的高錳酸鉀體積計算出高錳酸鹽指數(shù)值。其工作原理是將一定體積的樣品注射到一個流動的、無空氣間隔的試劑溶液連續(xù)載流中，通過蠕動泵對不同內(nèi)徑的彈性泵管進(jìn)行壓縮，讓試劑和試樣按照相應(yīng)的比例進(jìn)入管路系統(tǒng)中，讓試劑和試樣在一定條件下，完成混勻，分離干擾物，在波長520 nm范圍內(nèi)比色，測定吸光度。水中高錳酸鉀的含量和吸光度減少值之間存在線性關(guān)系，試驗(yàn)人員可利用這種線性關(guān)系，通過計算吸光度的減少值，判斷水樣中消耗的氧化劑含量，這也就是需要得到的高錳酸鹽指數(shù)數(shù)值。

3.2　方法應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動分析測定高錳酸鹽指數(shù)成為研究的重點(diǎn)工作，國家現(xiàn)有的自動分析儀器很多，以力合科技型號LFKM-D2001的自動分析檢測儀為例，其測量范圍可以根據(jù)實(shí)際的情況而改變，一般為0～20 mg/L，測量周期為40 min/次，時間較短，準(zhǔn)確度在±10%范圍內(nèi)，分辨率可以達(dá)到0.01 mg/L。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，方法的精密度可以到達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)，方法科學(xué)合理，相應(yīng)的線性關(guān)系良好，可以得到標(biāo)準(zhǔn)的指數(shù)數(shù)值，滿足了地表水檢測的要求。但是，在進(jìn)行自動分析試驗(yàn)時，必須對試劑的選擇和用量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。在試驗(yàn)過程中，由于試驗(yàn)試劑具有較高的敏感度，因此試驗(yàn)結(jié)果可能會受到試驗(yàn)儀器的影響。為了使試驗(yàn)結(jié)果的工作曲線和基線保持穩(wěn)定狀態(tài)，必須對試驗(yàn)所需的試劑進(jìn)行優(yōu)先選擇，其選擇主要遵循以下原則：一是試驗(yàn)選擇的試劑應(yīng)該保證其居于優(yōu)級純以上；二是試驗(yàn)需要用到溶液試劑，對其進(jìn)行煮沸冷卻處理，避免氣泡影響試驗(yàn)樣品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來高錳酸鹽指數(shù)測定自動化技術(shù)還會得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

4　快速測定法

4.1　方法原理

快速測定法通過使用預(yù)制式試劑和植入標(biāo)準(zhǔn)曲線的方式，無需進(jìn)行滴定操作。取少量水樣加入試劑瓶中，經(jīng)加熱和比色，就可以在儀器上直接讀出高錳酸鹽指數(shù)的檢測結(jié)果。

4.2　方法應(yīng)用

應(yīng)急事故現(xiàn)場的監(jiān)測，也是環(huán)境監(jiān)測工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，需要運(yùn)用快捷方便的檢測技術(shù)。與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比，快速檢測技術(shù)的靈敏度和準(zhǔn)確性較低，但是耗時短，適用于緊急狀況下的應(yīng)急監(jiān)測。

5　結(jié)語

實(shí)際工作中，根據(jù)水樣具體情況的不同，人們要采用合理的高錳酸鹽指數(shù)測定方法。滴定法作為測定高錳酸鹽指數(shù)的經(jīng)典方法，準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好、試劑和設(shè)備方便獲得，但耗時長、分析人員勞動強(qiáng)度大，效率低，難以實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程分析，沒法滿足應(yīng)急快速監(jiān)測的需要。滴定法的以上不足，可以通過靈敏度高、試劑和樣品用量少、快捷省時的分光光度法彌補(bǔ)。但在分析復(fù)雜水樣時，采用分光光度法容易受色度、濁度、懸浮物等因素的干擾。簡單快捷的自動分析法，準(zhǔn)確度、精密度高，重現(xiàn)性好，檢出限低，檢測濃度范圍大，適合用于檢測大批量的樣品。在線自動分析法可減輕分析人員的工作強(qiáng)度，但精確度受儀器影響程度高，同時需要注意廢液的處理，對儀器進(jìn)行定期維護(hù)。簡便的快速測定法靈敏度、準(zhǔn)確度較低，適用于現(xiàn)場對環(huán)境污染物定性或半定量檢測。綜上所述，這幾種方法可以互補(bǔ)存在，共同發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，水資源保護(hù)逐漸引起人們的關(guān)注，國家不斷加強(qiáng)水環(huán)境建設(shè)，隨著河道整治工程的持續(xù)開展，水質(zhì)監(jiān)測工作任務(wù)也逐漸加重，酸性高錳酸鉀指數(shù)作為評價水質(zhì)水量的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，必須要得到準(zhǔn)確的測定。而不同測定方法的優(yōu)缺點(diǎn)不同，通過對比分析，人們可以解決測定中存在的問題，保證測定工作的準(zhǔn)確性，保證監(jiān)測工作穩(wěn)定開展，從而降低成本，提高效率。