地表水樣品沉降時間對鐵錳測定的影響分析

摘要：地表水中鐵錳總量的高低是評價水質優劣的重要指標。地表水中鐵錳總量與總懸浮顆粒物濃度成正比。地表水中鐵錳主要來源于懸浮顆粒物的吸附，溶 解態鐵錳很少。水樣中鐵錳含量隨自然沉降時間的延長而逐漸降低。而當水樣自然體系中加入硝酸后情況有所不同。因此，樣品采集回來后樣品的自然沉降時間是影 響測定結果的一個主要原因之一。
關鍵詞：地表水；沉降時間；鐵錳總量；測定
1．實驗理論
地表水中總鐵、總錳即包括溶解態鐵錳和顆 粒吸附的不可溶性鐵錳。若僅測定溶解態鐵錳，只需將樣品通過0.45um濾膜后用火焰原子吸收法測定即可，如要測定鐵錳總量則需進行消解后測定。當地表水 中泥沙含量較高時，顆粒吸附大量的不可溶性鐵錳。此時，泥沙含量高低會直接影響鐵錳的測定結果。地表水體受船只攪動等外界因素影響，泥沙含量變動較大。泥 沙受重力作用自然沉降，樣品采集后于不同的沉降時間取樣測定，分析結果相差甚遠。而當水樣加入硝酸固定后沉降情況是否一樣不得而知。因此，筆者設計如下實 驗加以驗證和討論。
2．實驗部分
2．1．實驗儀器及試劑
耶拿ZEEnit700原子吸收分光光度計
硝酸（優級純）、鹽酸（優級純）、氯化鈣（分析純）
2．2．實驗一
于某斷面采集五次樣品，樣品編號分別為A、B、C、D、E。搖勻后測定鐵錳總量，并同時測定總懸浮顆粒物（SS）。
2．3．實驗二
靜置實驗：選取樣品B、C、E，每個樣品搖勻，分別于靜置0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h時段取上層液100.0ml，分析鐵錳總量。
抽濾實驗：將樣品通過0.45um濾膜后測定可溶解性鐵錳。
2．4．實驗三
于該斷面另取樣品F，加優級純硝酸20.0ml后搖勻，分別于靜置0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h時段取上清液100.0ml，分析鐵錳總量。
3．結果與討論
3.1．分析結果
實驗一的分析結果見表1。

實驗二的分析結果見表2和表3。

B、C、E三個樣品的鐵錳含量與自然沉降時間的分布關系可見圖1和圖2。

實驗三的分析結果見表4。

F樣品在加酸固定后的鐵錳含量與沉降時間的分布關系可見圖3和圖4。

3.2.討論
（1）、本實驗部分操作根據GB 11911-89進行。實驗二部分的靜置實驗與國標有所不同，是在不加酸的自然體系中測定鐵錳總量。實驗三部分則是按照國標方法加入硝酸固定后測定鐵錳總量。
（2）、 從表1的分析數據可以看出：①隨著水體中總懸浮顆粒物（主要是泥沙）含量的升高，混勻水樣中的鐵錳總量也逐漸增大。這說明泥沙吸附的鐵錳對地表水中鐵錳總 量作了主要貢獻，地表水中泥沙含量的高低將直接影響鐵錳總量的高低。②該斷面混勻水樣中總鐵與總錳的濃度比值在22.6-29.8之間。
（3）、 從表2和表3的分析數據及圖1、圖2可以看出：①隨著自然沉降時間的延長，樣品鐵錳總量的測定結果逐漸降低。②地表水中溶解性鐵錳均小于檢出限。由此可 見，地表水中鐵錳大部分是不可溶性的，主要來源于懸浮顆粒物的吸附。③從實驗現象看，靜置72小時后溶液并未澄清，表明仍有細小顆粒物懸浮于水體中。反映 在分析結果中即靜置72小時后上清液中仍有一定的鐵錳含量。④樣品B經沉降48小時后上層液鐵錳總量的削減率分別為87.8%和89.2%；樣品C經沉降 72小時后上層液鐵錳總量的削減率分別為91.4%和96.3%；樣品E經沉降48小時后上層液鐵錳總量的削減率分別為98.3%和94.6%。由此可說 明在自然體系中同一樣品鐵與錳的沉降速率是大致相同的。
（4）、從表4和圖3、圖4可以看出：當水樣原來的自然體系因加入硝酸后上層液鐵錳總量不隨沉降時間延長而成規律性降低。筆者認為這是由于水體中原有的自然體系因加入硝酸而遭到破壞所致。
地 表水含有一定量的膠體物質，直徑在10-6—10-4mm之間，顆粒小，重量輕，單位體積所具有的比表面積很大，因而其表面具有較大的吸附能力，可以吸附 大量的金屬離子。同類膠體因帶有同性電荷而相互排斥，不能相互粘合而處于穩定狀態。所以膠體顆粒不能依靠重力作用自行沉降。而當水體中加入硝酸后，相當于 加入了電解質，原來的自然體系被破壞，膠體顆粒變大，相互發生碰撞從而絮凝（實驗現象確是如此，當加入硝酸混勻后發現形成大量礬花）。同時，該體系由于加 入酸后還存在鐵錳的溶出效應，吸附于顆粒物表面的鐵錳逐漸被溶解，從固相向液相轉移。此時體系中存在兩種效應，即沉降效應和溶出效應。從圖3看，在加入硝 酸靜置0—2小時時段總鐵濃度呈下降趨勢，沉降速度大于溶出速度。靜置2小時之后總鐵濃度呈上升趨勢，大部分顆粒物已沉降，上層液濁度明顯減小。此時沉降 速度減小，溶出效應占主導作用。從圖4看，在加入硝酸靜置0—4小時時段總錳濃度呈上升趨勢，溶出速度大于沉降速度。靜置4小時后總錳濃度呈下降趨勢，溶 出速度減小，沉降效應占主導作用。對比圖3和圖4可見，當自然體系中加入酸靜置時，前期錳的溶出速度大于鐵的溶出速度，后期錳的溶出速度下降較快，而鐵的 溶出速度下降較慢。
4.結論
綜上所述，地表水自然體系中鐵錳總量與總懸浮顆粒物的濃度成正比。自然沉降時間對地表水中鐵錳總量的測定有非 常重要的影響。而當水樣自然體系加入酸固定后，其上層液鐵錳濃度的變化情況與自然體系有所不同。在同一流域的同步監測中如果各斷面采樣時間同步，但在取樣 分析前的沉降時間不一致，所得分析結果將大相徑庭。筆者認為這是同步監測中所得數據可比性不強的一個主要原因。建議采用統一的沉降時間分析樣品，使不同實 驗室間的測定結果具有可比性，更能反映水質的真實情況。