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T/BHES 0001-2022 水質(zhì) 總硬度和鈣鎂的測定 自動電位滴定法

范圍
本文件規(guī)定了自動電位滴定法測定水中總硬度、鈣和鎂的方法,。
本文件適用于地表水,、地下水、生活飲用水,、污廢水中總硬度,、鈣和鎂含量的測定。
兩步滴定法和連續(xù)滴定法的檢出限,、測定范圍相同,，當(dāng)取樣體積為50mL時，總硬度的檢出限為2.5mg/L,，測定范圍10.0mg/L～360mg/L,；鈣的檢出限為1.0mg/L，測定范圍4.0mg/L～150mg/L,；鎂的檢出限為0.5mg/L,，測定范圍2.0mg/L～90.0mg/L。

術(shù)語和定義
下列術(shù)語和定義適用于本文件,。
兩步滴定法  two-step titration
兩次取樣品,，分別滴定完成總硬度、鈣和鎂測定的方法,。
連續(xù)滴定法  continuous titration
一次取樣品,，連續(xù)滴定完成總硬度、鈣和鎂測定的方法,。
電位突躍點  potentiometric inflection point
電位發(fā)生急劇變化,，在標(biāo)準滴定溶液消耗體積與電位的滴定曲線中，一階微分曲線的極值點,。
滴定終點  titration endpoint
在化學(xué)計量點前后,，溶液中被測物質(zhì)濃度變化引起電位的急劇變化，此時的電位突躍點定義為滴定終點,。

方法原理
基本原理
用鈣電極作為滴定終點指示電極,，乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準滴定溶液(EDTA標(biāo)準滴定溶液)絡(luò)合滴定樣品中的鈣和鎂，以測定水中總硬度,、鈣和鎂的含量,。
兩步滴定法
鈣的測定
氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為12～13的條件下，樣品中的鎂離子形成氫氧化鎂沉淀,，不干擾鈣的測定,。用EDTA標(biāo)準滴定溶液絡(luò)合滴定鈣離子,，出現(xiàn)電位突躍點時，表示絡(luò)合滴定鈣離子到達滴定終點,。
鈣和鎂總量的測定
氨-氯化銨緩沖溶液控制pH值為10的條件下,，用EDTA標(biāo)準滴定溶液絡(luò)合滴定鈣和鎂離子，出現(xiàn)第二個電位突躍點時,，表示絡(luò)合滴定鈣和鎂離子總量到達滴定終點,。
連續(xù)滴定法
三羥甲基氨基甲烷(TRIS)-乙酰丙酮(HAA)輔助配位溶液控制pH值約為8.5的條件下，用EDTA標(biāo)準滴定溶液絡(luò)合滴定鈣和鎂離子,。鎂離子和乙酰丙酮絡(luò)合,，鈣離子首先與EDTA反應(yīng)，出現(xiàn)第一個電位突躍點時,，表示絡(luò)合滴定鈣離子到達滴定終點,；與乙酰丙酮絡(luò)合的鎂離子隨后與EDTA反應(yīng)，出現(xiàn)第二個電位突躍點時,，表示絡(luò)合滴定鎂離子到達滴定終點,。

試劑和材料
除非另有說明，分析時均使用符合國家標(biāo)準的分析純試劑,。
純水,，GB/T 6682，三級,。
氫氧化鈉(NaOH),。
氯化銨(NH₄Cl)。
碳酸鈣(CaCO₃)：優(yōu)級純,。
乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na,，C₁₀H₁₄N₂O₈Na₂•2H₂O)。
三羥甲基氨基甲烷(TRIS,，C₄H₁₁NO₃)：生物試劑,。
L-半胱氨酸鹽酸鹽(C₃H₇NO₂S·HCl)。
甲基紅(C₁₅H₁₅N₃O₂),。
乙酰丙酮(HAA,，C₅H₈O₂)。
三乙醇胺(C₆H₁₅NO₃),。
濃氨水(NH₃•H₂O),。
氫氧化鈉溶液：
稱取8g氫氧化鈉溶于100mL純水，盛放在聚乙烯瓶中,，加蓋密封保存,，避免空氣中二氧化碳的影響。
氨-氯化銨緩沖溶液(pH=10),。
稱取16.9g氯化銨溶于143mL濃氨水,，用純水稀釋至250mL,。
輔助配位溶液：c(TRIS)=0.2 mol/L，c(HAA)=0.11mol/L,。
稱取24.2g三羥甲基氨基甲烷,，用純水溶解,，轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中,，加入12mL乙酰丙酮，用純水定容,。
L-半胱氨酸鹽酸鹽溶液：ρ(C₃H₇NO₂S·HCl)=10 g/L,。
稱取1g L-半胱氨酸鹽酸鹽溶于100mL純水。
三乙醇胺溶液：φ(C₆H₁₅NO₃)=20%,。
量取20mL三乙醇胺與80mL純水混合,。
鈣標(biāo)準溶液：c(Ca²⁺)=0.0100 mol/L。
將一份碳酸鈣在150°C干燥2h,，取出放在干燥器中冷至室溫,，稱取1.001g于500 mL錐形瓶中，用純水潤濕,。逐滴加入4mol/L鹽酸溶液至碳酸鈣全部溶解,，避免加入過量酸。加200mL純水,，煮沸數(shù)分鐘,，排除二氧化碳，冷至室溫,，加入數(shù)滴甲基紅指示劑溶液,，逐滴加入3mol/L氨水溶液直至變?yōu)槌壬D(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中定容,。此溶液1.00mL含0.4008mg(0.01mmol)鈣,。可購買市售有證標(biāo)準溶液,。
EDTA 標(biāo)準滴定溶液：c(EDTA-2Na)≈0.0100mol/L,。
a) 制備：稱取乙二胺四乙酸二鈉3.725g，用純水溶解,，轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中定容,，定期標(biāo)定其濃度。
b) 標(biāo)定：用鈣標(biāo)準溶液標(biāo)定EDTA標(biāo)準滴定溶液,。移取5.00mL鈣標(biāo)準溶液用純水稀釋至50mL,，兩步滴定法加入4mL氨-氯化銨緩沖溶液，連續(xù)滴定法加入10mL輔助配位溶液,，用EDTA標(biāo)準滴定溶液滴定至出現(xiàn)電位突躍點,。另取50mL純水替代鈣標(biāo)準溶液,，測定空白值。
c) 濃度計算：EDTA標(biāo)準滴定溶液的濃度c₁(mol/L),，按公式(1)計算：

式中：
c₂——鈣標(biāo)準溶液的濃度,，單位為摩爾每升(mol/L)；
V₂——鈣標(biāo)準溶液的體積,，單位為毫升(mL),；
V₁——鈣標(biāo)準溶液消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積，單位為毫升(mL),；
V₀——空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL)。
甲基紅指示劑溶液,。
稱取0.1g甲基紅溶于100mL 60%乙醇,。

儀器和設(shè)備
自動電位滴定儀：電位范圍?1000 mV～1000 mV，電位分辨率0.1 mV,。計量性能應(yīng)符合 JJG 814 關(guān)于0.5級以上自動電位滴定儀的相關(guān)規(guī)定,。
鈣離子選擇性復(fù)合電極或等效電極。
滴定管：20mL,，容量允差應(yīng)符合 JJG 814 關(guān)于0.5級以上自動電位滴定儀的相關(guān)規(guī)定,。
測量杯：容積不小于150mL。
攪拌器,。
一般實驗室常用器皿和設(shè)備,。

樣品
樣品采集
可采用硬質(zhì)玻璃或聚乙烯容器采集水樣，采樣時用水樣沖洗3次,，再采集于容器中,。
樣品保存
樣品采集后，常溫暗處密閉保存,，2d內(nèi)完成測定,。否則，每升水樣中加2mL濃硝酸至pH<2,，暗處密閉保存不超過14d,。

分析步驟
樣品預(yù)處理
若含量高出測定范圍，應(yīng)取適量樣品,，用純水稀釋至測定范圍內(nèi)測定,。
如果樣品渾濁且影響測定結(jié)果時，應(yīng)用中速濾紙或者0.45μm孔徑濾膜過濾,。
當(dāng)樣品中的銅和錳對測定有干擾時,，可在測定前加入2mL L-半胱氨酸鹽酸鹽溶液和2mL三乙醇胺溶液進行聯(lián)合掩蔽消除干擾。
對加酸保存的樣品,，測定時應(yīng)先調(diào)節(jié)其pH值近中性,。
樣品測定
兩步滴定法
鈣的測定
移取50.0mL樣品于測量杯中,，加入2mL氫氧化鈉溶液，將測量杯置于滴定臺上,，插入電極和滴定頭在樣品液面之下,，開啟儀器和攪拌器，用EDTA標(biāo)準滴定溶液滴定至出現(xiàn)電位突躍點時,，消耗的體積記為V₁,。
鈣和鎂總量的測定
移取50.0mL樣品于測量杯中，加入4mL氨-氯化銨緩沖溶液,，用EDTA標(biāo)準滴定溶液滴定至出現(xiàn)第二個電位突躍點時,，消耗的體積記為V₂,。
連續(xù)滴定法
移取50.0mL樣品于測量杯中,，加入10mL輔助配位溶液，將測量杯置于滴定臺上,，插入電極和滴定頭于樣品液面之下,，開啟儀器和攪拌器，用EDTA標(biāo)準滴定溶液滴定至出現(xiàn)第一個電位突躍點時,，消耗的體積記為V₁,，繼續(xù)滴定至出現(xiàn)第二個電位突躍點時，消耗的體積記為V₂,。
空白值測定
兩步滴定法
用50mL純水替代樣品,，按照"兩步滴定法"的操作步驟測定。測定鈣空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積記為V₀₁,，測定鈣和鎂總量空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積記為V₀₂,。
連續(xù)滴定法
用50mL純水替代樣品，加入10mL輔助配位溶液,，用EDTA標(biāo)準滴定溶液滴定至出現(xiàn)電位突躍點,。測定定鈣時，消耗的體積記為V01,；測定鈣和鎂總量時,，消耗的體積記為V₀₂。V₀₂=V₀₁,。

實驗數(shù)據(jù)處理
鈣
鈣以鈣離子(Ca²⁺)的質(zhì)量濃度ρ₁(mg/L)計,，按公式(2)計算：

式中：
c₁——EDTA標(biāo)準滴定溶液的濃度，單位為摩爾每升(mol/L),；
V₁——測定鈣消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL)；
V₀₁——測定鈣空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL),；
V——樣品體積,，單位為毫升(mL)；
40.08——鈣的摩爾質(zhì)量,，單位為克每摩爾(g/mol),。
總硬度
總硬度以碳酸鈣(CaCO3)的質(zhì)量濃度ρ₂(mg/L)計，按公式(3)計算：

式中：
c₁——EDTA標(biāo)準滴定溶液的濃度,，單位為摩爾每升(mol/L),；
V₂——測定鈣和鎂總量消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積，單位為毫升(mL,；
V₀₂——測定鈣和鎂總量空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL)；
V——樣品體積,，單位為毫升(mL),；
100.09——碳酸鈣的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol),。
鎂
鎂以鎂離子(Mg²⁺)的質(zhì)量濃度ρ₃(mg/L)計,，按公式(4)計算：

式中：
c₁——EDTA標(biāo)準滴定溶液的濃度，單位為摩爾每升(mol/L),；
V₂——測定鈣和鎂總量消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL)；
V₀₂——測定鈣和鎂總量空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL),；
V₁——測定鈣消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積，單位為毫升(mL),；
V₀₁——測定鈣空白消耗EDTA標(biāo)準滴定溶液的體積,，單位為毫升(mL)；
V——樣品體積,，單位為毫升(mL),；
24.31——鎂的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol),。
注：連續(xù)滴定法測定時,，V₀₂=V₀₁。
結(jié)果表示
結(jié)果保留小數(shù)位數(shù)與檢出限一致,，最多保留三位有效數(shù)字,。數(shù)值修約應(yīng)按照 GB/T 8170 的規(guī)定執(zhí)行。


京都電子KEM 自動電位滴定儀 AT-710S