水中总硬度的检测及影响因素分析

高汝梅

盐城市大丰生态环境监测站 江苏盐城  224100

摘要：水的硬度与工业用水和生活饮用水密切相关。如果硬度过高，不仅会对管道和热水器的正常运行形成不利影响，还会造成爆炸等重大危害。因此，要及时检测水质，注意运用各种科学方法。EDTA法是一种比较合理的方法，适用范围广，操作成本低，但在应用过程中容易受到其他因素的干扰。因此，要正确处理这些影响因素，并给予合理的预防措施，以保证最终的检测精度得到有效提升。

关键词：水中总硬度；EDTA法；影响因素

引言

水的硬度对人们的生活用水有很大影响，如果人们长期饮用高硬度水，将会对心血管、神经、泌尿和造血系统造成损害。并且水的味道并不好，经常造成锅底结垢，不仅严重妨碍食物的口感，而且钙、镁等矿物质容易在体内蓄积，容易引起胆结石、肾结石和尿道结石。随着选用时间的增加，热效率也会不断降低。由于污垢堆积起来，不仅浪费能源，还存在安全隐患。水硬度是监测水质的重要指标之一，因此了解和掌握水硬度的测定具备重要意义。

1. 水的硬度简介

水的硬度指标有多种表示方式，计算方法也各不相同。我国测定水样总硬度的方法很多，其中等离子体发射光谱法是一种快速、灵敏的方法，但鉴于设备成本高而未得到普遍应用。虽然原子吸收法的检测结果非常灵敏准确，但过程复杂。利用EDTA测定水溶液的钙离子和镁离子的含量，方法简单，快速准确，仪器价格低廉，是当前常用的方法。另外，EDTA是一种强络合剂，从某种角度上看来会受到其他化学成分和环境因素的干扰，从而降低分析的准确性，因此在选用过程中一定要严格控制。

2. 水中总硬度的检测

水的硬度分为暂时硬度和永久硬度。如果水中有碳酸根离子，当水沸腾时，相应的碳酸氢根会以特定形式的碳酸钙沉淀除去，这种沉淀所能除去的钙离子量就是暂时硬度。在没有碳酸根离子或少于相应碳酸氢根的情况下，沸水也有钙镁离子，这就是永久硬度。硬水对人体健康和工业用水有很大危害，硬水不适合工业选用，这种水在锅炉加热后会结垢，降低锅炉传热，造成燃料的大量消耗。另外，喝太硬的水会危害人体健康，并造成肾脏和其他组织结石。

3.水硬度测定的影响因素

3.1溶液pH值产生的影响

EDTA合成的络合物稳定性与溶液的pH值有很大关系。如果pH值有下降趋势，那么金属离子络合物的稳定性就会明显下降。因此，钙、镁和EDTA逐步形成的络合物无法定量测定。PH较低时，钙镁离子同EDTA生成的络合物稳定性较低，不能定量形成，而PH过高时，镁离子会变成氢氧化镁沉淀，不能同EDTA发生络合反应。参照化学实验室的合理分析，试验前应先测定pH值。如果pH值过高或过低，即使将氨-氯化铵缓冲溶液适当混合，也不可能得到较好的pH值。

3.2滴定水样温度产生的影响

滴定过程中，如果温度控制不好，会干扰测量效果，降低测量精度。通常滴加期间，水样的温度应控制在20~30℃之间。如果水样温度过低，实际反应速度会逐渐变慢，甚至会造成滴定过度的问题，所以要参照实际需要适当加热，保证水温在适当的范围以满足化验需要，从而达到更好的效果。如果水样温度过高，会引起样品中某些成分发生变化，直接妨碍钙离子、镁离子和EDTA的反应。最好的方法是将其冷却，直至温度达到一定水平，参照室温做到合理的修正。

3.3缓冲溶液产生的影响

具体测量时，EDTA与金属离子发生明显反应，可快速释放出水分子中的氢离子，从而致使水的酸度提高，从而妨碍溶液的稳定性。在具体滴定过程中，应参照实际需要加入适量的氯化铵，以保证相应溶液处于相对酸性状态，达到适度酸度。EDTA标准溶液为弱酸，其pH值会影响其溶解状态，适当加入一定的缓冲液可保持相对最佳的pH值。氨-氯化铵缓冲溶液的pH值为10，加入适当比例后可发挥更好的作用。鉴于氨的高挥发性，缓冲液的pH值明显下降，给整个硬度测量带来很大困难。在使用过程中，要做到暂时的合理调配，不能过量，也不能太少，还要保持低温，取出来后要将瓶子密封起来，保证试剂的效果。

3.4滴定速度

参照总硬度计算公式，标准溶液的滴定体积会直接妨碍总硬度的最终结果，所以对终点的理解一定要特别准确，因为EDTA的配位滴定是络合反应，终点变色需要一定的时间，此时很容易在达到滴定终点后，继续进行滴加导致过量，从而致使最终检测结果不准确。因此，在滴加时一定要不停摇晃，使溶液充分混合反应，并时刻注意混合溶液的颜色变化。在滴定的初始阶段，能够匀速滴定，溶液由深紫色慢慢变为淡红色，溶液颜色变为微紫色时，说明已经快到滴定终点了，这时应放慢滴定速度，一滴一滴的滴定，每滴都要摇晃均匀，并时刻观察溶液颜色。确定没有出现颜色变化后再滴下一滴，当溶液突然由紫色变为天蓝色时，停止滴定，记录使用的EDTA标准溶液量代入公式并计算。

3.5 铬黑 T 指示剂

铬黑 T 指示剂本身呈蓝色，与钙、镁离子逐步形成的络合物呈紫色。在进行EDTA滴定时，铬黑 T指示剂有两种不同的具体使用方法。一是称取铬黑 T指示剂1g和氯化钠100g，混合研磨后作为固定指示剂。这种指示剂的性质各不相同，比较稳定，但考虑到具体情况在具体制备过程中混合不一定均匀，材料用量不易控制，取用也不方便。二是称取0.5g铬黑T，溶于100毫升三乙醇胺，可最多用25毫升乙醇代替三乙醇胺，以减少溶液的粘性，盛放在棕色瓶中，即为液体指示剂。这种指示剂混合搅拌均匀，用量控制较好。只是不如固定指示剂稳定。比较两种不同的指示剂的结果，取相同水样50ml于250ml分液漏斗中，加入不同的指示剂，用EDTA配位滴定法进行具体分析，并记录EDTA标准溶液的消耗量。

4. 水质硬度检测方法

4.1分光光度法

分光光度法的基础是不同离子对光的吸收波长和吸收量具备选择性，借助钙离子或镁离子的光吸收特性来制定浓度与吸收的对应关系。该方法灵敏度高，硬度检测比较准确，为自动检测奠定了坚实的基础，是水硬度测量比较优质的发展方向。但是，不同离子吸收的光的波长从某种角度上看来重叠。工业生产中如何准确高效地消除其他离子的干扰是分光光度法推广的主要限制因素。

4.2自动电位滴定法

自动电位滴定法的基本工作原理是不同的离子在磁感应作用下具备不同程度的活性。在检测过程中，应当在被测液体的一端加入指示电极和参比电极。然后加入滴定剂，指示电位发生变化，表明电极的电流强度会发生变化，进而计算出待测液体的硬度。这种具体方法操作起来比较简单，准确度也比较高。但具体测试过程中电极被化学污染的概率较高，应当进一步研究和开发各种预防方法或廉价的修复补救措施。

4.3 EDTA滴定法

EDTA滴定法是测量水硬度最常用的方法，该方法的原理是在水样中加入缓冲溶液使pH=10，并加入铬黑T指示剂，与钙和镁离子逐步形成红紫色混合物，再用EDTA标准溶液滴定，游离的钙镁离子首先与EDTA反应与指示剂洛合的钙镁离子后与EDTA反应，滴定终点时，紫色消失，溶液变成蓝色。该方法可同时测定钙离子和镁离子浓度，应用最广泛。这种方法的缺点是滴定结果容易受到人为因素的影响，当水中含有胶体或悬浮有机物时，也会影响最终观察。

结语

确定总水硬度是水质测试的重要部分。在进行水的总硬度测试时，首先要了解水的质量和存在的干扰离子，然后选择合适的指示剂和溶液，以减少误差。为保证监测数据真实可靠，避免检测结果的主观性，在实际分析过程中要对于影响因素采取适当的措施。在做硬度测试前，充分利用实测的水质指标作为参考，采集水样后根据合理的水温进行合理测试，通过采用铬黑T进行有效测试，在实践中要严格依据程序进行。同时要适当调整滴定速率，在硬度测量前进行综合分析，确保屏蔽了一批干扰因素，从而提高检测结果的准确性。

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