劉燕芳

(肇慶學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,廣東 肇慶 526061)

水中鈣離子和鎂離子的含量決定了水的總硬度.水硬度包括暫時硬度和永久硬度：以重碳酸鹽形成的硬度經(jīng)煮沸后可以去除掉，稱為暫時硬度；以硫酸鹽等形式存在的硬度稱為永久硬度.

含較少可溶性鈣、鎂化合物的水叫做軟水.軟水不易與肥皂產(chǎn)生浮渣，而硬水則相反.含有大量鈣鹽和鎂鹽離子的水叫做硬水.按照世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中的建議分類標(biāo)準(zhǔn)可做如下分類[1]：總硬度（CaCO3值）在0～60 mg/L為軟水；60～120 mg/L為中等硬度水；120～180 mg/L為硬水；總硬度≥180 mg/L為高硬度水.世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：最適宜飲用的水中鈣離子的含量為75～200 mg/L，鎂離子的含量為30～150 mg/L，鈣離子引起的鈣硬度和鎂離子引起的鎂硬度比例要適中，接近于人體內(nèi)鈣、鎂離子的比例3:1，這樣的水才有利于人體的吸收，口感也較好.

水硬度的大小影響人體健康.研究表明，動脈硬化性心臟病、腦血管病、高血壓病均與高硬度水呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，即水硬度越低的地區(qū)，這些病的死亡率越高[2].美國流行病學(xué)調(diào)查也已證實，水的硬度與心血管疾病的發(fā)病率在統(tǒng)計學(xué)意義上呈現(xiàn)顯著逆相關(guān).有關(guān)資料顯示，這是由于硬度高的水中鈣、鎂離子含量多，它們在人體腸道中與食物中的脂肪及錫等有害元素結(jié)合后，不能被消化道吸收，被迅速排出體外，因而對心血管的危害相對較輕.肇慶是結(jié)石病高發(fā)區(qū)，這是否與水質(zhì)的硬度有關(guān)目前尚無定論.

隨著人們生活水平的提高和健康意識的不斷增強，對飲用水水質(zhì)的安全性也提出了更高要求.水體硬度指標(biāo)是水質(zhì)的一項重要指標(biāo)，硬度指標(biāo)的監(jiān)測對于水體水質(zhì)監(jiān)測而言必不可少[3].目前，有關(guān)肇慶市水體硬度現(xiàn)狀分析的文獻(xiàn)報道極少[4]，因此有必要對此進(jìn)行深入研究.

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與實驗試劑

實驗所用儀器為分析天平、50 mL酸式滴定管和其他常規(guī)分析儀器.實驗所用試劑如下：乙二胺四乙酸二鈉（EDTA，天津市福晨化學(xué)試劑廠，分析純）；鉻黑T（EBT，廣州化學(xué)試劑廠，分析純）；碳酸鈣（廣州化學(xué)試劑廠，分析純）；實驗中所用的其余試劑均為分析純.

1.2 試劑配制

配制緩沖溶液(pH值＝10)：先將16.9 g氯化銨溶于143 mL氨水；另取0.789 g硫酸鎂和1.179 g EDTA溶于50 mL水，加入2 mL配好的氯化銨、氨水溶液和0.2 g左右鉻黑T指示劑干粉.此時溶液應(yīng)呈紫紅色，如出現(xiàn)天藍(lán)色，應(yīng)再加入極少量硫酸鎂使之變?yōu)樽霞t色.之后，逐滴加入EDTA溶液，直至使溶液由紫紅轉(zhuǎn)變?yōu)樘焖{(lán)色為止(切勿過量).將2種溶液合并，加蒸餾水定容至250 mL.

配制EDTA溶液：將1份EDTA在80℃干燥2 h，放入干燥器中冷卻至室溫；從中稱取3.725 g溶于1 000 mL水，放在聚乙烯瓶中，定期校對其濃度.

配制鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 mmol/L)：將1份碳酸鈣在150℃干燥2 h，取出后放在干燥器中冷卻至室溫，從中稱取1.001 g置于500 mL錐形瓶中，用水潤濕.逐滴加入4 mol/L鹽酸至碳酸鈣全部溶解，避免滴入過量酸.加入200 mL水，煮沸數(shù)分鐘除去二氧化碳，冷卻至室溫；加入數(shù)滴甲基紅指示劑溶液(0.1 g溶于100 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的乙醇)，逐滴加入3 mol/L的氨水至溶液變?yōu)槌壬?在容量瓶中定容至1 000 mL.此溶液1.00 mL中含0.400 8 mg鈣.

配制鉻黑T指示劑：將0.25 g鉻黑T與50 g氯化鈉充分混合，研磨后過篩，放在棕色瓶中，蓋上塞子.配制鈣羧酸指示劑干粉：將0.1 g羧酸鈣與50 g氯化鈉充分混合，研磨后過篩，裝在棕色瓶中，蓋上塞子.

1.3 EDTA溶液的標(biāo)定

用移液管吸取20.00 mL濃度為0.010 0 mol/L的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液置于250 mL的錐形瓶中，加入4 mL緩沖溶液，pH值＝10；加入3滴鉻黑T指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，直至溶液由酒紅色剛變?yōu)榧兯{(lán)色，記錄消耗EDTA溶液的體積.EDTA溶液濃度的計算公式如下：

其中,EDTA濃度的單位為mol/L.

1.4 水樣的測定方法

采用標(biāo)準(zhǔn)(GB7477—87)EDTA滴定法測定水體中鈣和鎂的總量，采用(GB7476—87)EDTA滴定法進(jìn)行鈣的測定[5－6].水的各種硬度計算公式如下：

其中，水硬度的單位為mg/L.

1.4.1 鈣硬度的測定

用移液管吸取100 mL試樣置于250 mL錐形瓶中，加入2 mL質(zhì)量濃度為2 mol/L的氫氧化鈉溶液和約0.2 g的羧酸鈣指示劑干粉，溶液混合后立即滴定.開始滴定時速度宜稍快，接近終止時應(yīng)稍慢，最好每滴間隔2～3 s的時間，并充分振搖，至溶液由紫紅色變?yōu)榱了{(lán)色，即可終止，整個滴定過程應(yīng)在5 min內(nèi)完成.記錄消耗EDTA溶液的體積.

1.4.2 鈣、鎂總硬度的測定

用移液管吸取100 mL試樣置于250 mL錐形瓶中，加入4 mL緩沖溶液和3滴鉻黑T指示劑，此時溶液應(yīng)呈紫紅或紫色，其pH值應(yīng)為10.0士0.1.為防止產(chǎn)生沉淀，應(yīng)立即在不斷振搖的情況下，自滴定管加入EDTA溶液.開始滴定時速度宜稍快，接近終止時應(yīng)稍慢，并充分振搖，最好每滴間隔2～3 s的時間，溶液的顏色由紫紅或紫色逐漸轉(zhuǎn)為藍(lán)色.整個滴定過程應(yīng)在5 min內(nèi)完成.記錄消耗EDTA溶液的體積.

1.4.3 永久硬度的測定

準(zhǔn)確移取100 mL待測樣，將其煮沸后過濾得到的濾液，置于250 mL錐形瓶內(nèi)，加入4 mL緩沖溶液，控制pH值＝10；加入3滴鉻黑T指示劑，用EDTA溶液滴定至水樣由酒紅色剛剛變?yōu)榧兯{(lán)色.記錄消耗EDTA溶液的體積.

1.4.4 暫時硬度的測定

總硬度值減去永久硬度值，即為暫時硬度值.

2 結(jié)果與討論

2.1 EDTA溶液濃度的標(biāo)定

EDTA溶液濃度的標(biāo)定結(jié)果見表1.

表1 EDTA溶液濃度的標(biāo)定結(jié)果

表1結(jié)果表明，平行測定3次所得結(jié)果的相對平均偏差低，說明測定結(jié)果的精密度較高，該測定方法和測定過程的可信度均較高.

2.2 水樣硬度的測定

各種水樣硬度的測定結(jié)果如表2所示.

表2 各種水樣的硬度測定結(jié)果

由表2中發(fā)現(xiàn)，自來水、山泉水、西江水的總硬度在60～120 mg/L范圍內(nèi)，按照世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中的分類，它們屬于中等硬度水.自來水、山泉水、西江水的鈣硬度在75～200 mg/L范圍內(nèi)，自來水和西江水的鎂硬度在30～150 mg/L的下限左右，即30 mg/L左右，這些水源都符合世界衛(wèi)生組織規(guī)定的最適宜飲用水的標(biāo)準(zhǔn).直飲水、星湖水、仙女湖水的總硬度在0～60 mg/L范圍內(nèi)，屬于軟水，鈣硬度和鎂硬度的含量均遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的最適宜飲用水的標(biāo)準(zhǔn).西江水與自來水的總硬度、鈣硬度和鎂硬度含量相當(dāng)，因為自來水的水源來源于西江水，表明經(jīng)自來水水廠處理后水硬度的變化微小.星湖水和仙女湖水的總硬度和其他硬度指標(biāo)值接近，這是由于它們原屬于同一相連的地表水體.山泉水的暫時硬度最大，為35.2 mg/L，約占其總硬度的42%.這是由于山泉水水源多在山上或山坡下，泉水中的碳酸氫根離子含量豐富，含可分解的碳酸氫鹽較多.七星巖巖洞內(nèi)水樣總硬度大于180 mg/L，屬于高硬度水.直飲水的硬度最低，為26.1 mg/L，遠(yuǎn)低于60 mg/L.長期飲用這種礦物質(zhì)含量低的直飲水，會對人體健康產(chǎn)生不利影響.

3 結(jié)論

采用EDTA滴定法測定肇慶部分水源中鈣、鎂離子的含量，并比較其水樣硬度.經(jīng)過分析得出，按照世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中的分類：自來水、山泉水、西江水屬于中等硬度水，鈣硬度和鎂硬度的含量都接近世界衛(wèi)生組織規(guī)定的最適宜飲用水的標(biāo)準(zhǔn)；巖洞內(nèi)的水樣為高硬度水；直飲水、星湖水、仙女湖水屬于軟水.直飲水的硬度過低，應(yīng)當(dāng)引起制水單位和消費者的注意.

[1] 世界衛(wèi)生組織.飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則[S].3版.日內(nèi)瓦:世界衛(wèi)生組織,2004.

[2] 王瑞姝,蘇國臣.飲用水的無機成分與居民健康[J].國外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)分冊,2002,29(1):9-11.

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會和衛(wèi)生部.GB5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4] 潘瑞華,李有堅,高端良.肇慶市區(qū)域生活飲用水總硬度的調(diào)查[J].國際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報,2005(7):122.

[5] 國家環(huán)?？偩?GB7477—87水質(zhì)鈣和鎂總量的測定EDTA滴定法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1986.

[6] 國家環(huán)?？偩?GB7476—87水質(zhì)鈣的測定EDTA滴定法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1987.