陳忠林 沈吉敏 康晶

[摘 要]水分析化學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容以酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、沉淀滴定法、氧化還原滴定法四大化學(xué)分析為主。通過對我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)展歷程進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)隨著水質(zhì)檢測項目的逐漸增加，分析方法也不斷增加，其中化學(xué)分析類占據(jù)比例越來越低，而以分析多參數(shù)的儀器分析在水質(zhì)分析中比例越來越大。針對現(xiàn)有水分析化學(xué)課程內(nèi)容與現(xiàn)有水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不匹配的問題，指出強(qiáng)化現(xiàn)代儀器分析在水分析化學(xué)課程中核心地位的意義與作用，提出水分析化學(xué)課程改革的建議和設(shè)想。

[關(guān)鍵詞]給排水科學(xué)與工程;水分析化學(xué);儀器分析

[基金項目]2017年黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“全國給排水專業(yè)本科生《水化學(xué)》課程及住建部十三五規(guī)劃教材建設(shè)研究”（SJGY 20170651）;2019年黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“《水化學(xué)》課程體系建設(shè)與實踐”（SJGY20190201）

[作者簡介]陳忠林（1967—），男，云南東川人，工學(xué)博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院分析測試中心主任，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室副主任，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水處理除污染理論與技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0156-03[收稿日期] 2020-07-07

一、引言

水分析化學(xué)是對水及其水中雜質(zhì)、各種污染物的組成、性質(zhì)、含量進(jìn)行分析和分析方法進(jìn)行研究的學(xué)科，是水處理工藝和環(huán)境污染治理與檢測的“眼睛”和“哨兵”。給水工程、排水工程、水處理工藝、環(huán)境評價、各種水的綜合利用等都必須以水質(zhì)分析為依據(jù)。因此水分析化學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。

二、水分析化學(xué)課程性質(zhì)

水分析化學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)指導(dǎo)委員會指定的十門骨干課程之一。本課程在大學(xué)本科第二學(xué)年的第二期開設(shè)，教學(xué)時數(shù)一般56學(xué)時，其中課堂教學(xué)32學(xué)時，實踐教學(xué)24學(xué)時。在學(xué)習(xí)本課程前要求學(xué)生具有較好的普通化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)基礎(chǔ)，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)地掌握水質(zhì)指標(biāo)分析中的基本概念、基本理論和基本方法，并能熟練解決給水排水工程研究中的水質(zhì)分析問題。重點強(qiáng)化學(xué)生的實驗組織和動手能力，為后續(xù)水質(zhì)工程學(xué)等課程學(xué)習(xí)奠定扎實的水質(zhì)分析科學(xué)基礎(chǔ)。

課程系統(tǒng)地講授了水分析化學(xué)性質(zhì)和任務(wù)、酸堿滴定分析法、絡(luò)合滴定法、沉淀滴定法、氧化還原滴定法、電化學(xué)分析法、吸收光譜法、色譜法等分析方法的原理和使用范圍，使學(xué)生掌握水質(zhì)指標(biāo)分析方法。本課程的主要任務(wù)是通過課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，使學(xué)生掌握水分析化學(xué)的四大滴定方法和主要的儀器分析法的基本原理、基本理論、基本知識、基本概念和基本技能，掌握水質(zhì)分析的基本操作，注重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決實際問題的能力。

三、水分析化學(xué)課程現(xiàn)狀分析

目前，全國各個高校的給排水科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)此課程所使用的教材都不盡相同，但主要內(nèi)容都差不多，包括水質(zhì)分析質(zhì)量控制與保證，傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法和儀器分析方法。質(zhì)量控制與保證包括主要內(nèi)容有：水分析結(jié)果的誤差及其表達(dá)，分析測試質(zhì)量保證方法主要介紹質(zhì)量控制圖;化學(xué)分析方法以酸堿滴定分析法、絡(luò)合滴定法、沉淀滴定法、氧化還原滴定法為基礎(chǔ)的四大滴定方法。儀器方法主要講授電化學(xué)、吸收光譜、原子光譜及簡單的色譜介紹。所有的實驗教學(xué)也主要以化學(xué)分析為主，輔之以pH測定、分光光度計等簡單儀器分析方法。

相對儀器分析方法來說，化學(xué)分析方法較為準(zhǔn)確，實驗室投資費(fèi)用少，關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容容易被學(xué)生掌握，因此大多數(shù)學(xué)校在講授水分析化學(xué)這門課程都是都以化學(xué)分析為主。而儀器分析這部分內(nèi)容，除了常規(guī)的小儀器，如pH計，分光光度計等，其他大型分析儀器，如原子吸收光譜儀、原子發(fā)射光譜儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀等儀器投資大，維護(hù)困難，需要有專人管理，一般學(xué)校沒有在這方面進(jìn)行投入，沒有相應(yīng)的儀器作為實驗環(huán)節(jié)，因此課堂和實驗教學(xué)就很少涉及此方面內(nèi)容。

四、儀器分析在現(xiàn)代水質(zhì)分析中的作用探析

不同時期水質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)反映了同時期社會發(fā)展和檢測技術(shù)的發(fā)展水平，可以發(fā)現(xiàn)隨著人們生活水平的提高，對水質(zhì)的要求越來越高，對自來水檢測項目越來越多。1955年，衛(wèi)生部頒布了我國第一部飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)《自來水水質(zhì)暫行標(biāo)準(zhǔn)》。該標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)包括物理指標(biāo)、細(xì)菌指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和有害金屬等四類指標(biāo)，共計15項。透明度、色度、臭和味四項不需要進(jìn)行化學(xué)分析和儀器分析，僅需人體感官就可以檢測和判定;細(xì)菌總數(shù)和總大腸桿菌需要用顯微鏡進(jìn)行檢測，其余項目總硬度、氟化物、酚、余氯、砷、鉛、鐵、銅、鋅、pH等采用化學(xué)分析方法或簡單pH計就可以完成，1—2個實驗人員一般2—4小時就能基本完成一次全項檢測。1959年，修訂發(fā)布了《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)程》依然是上述四個方面，項目數(shù)僅增加了大腸菌值和肉眼可見物兩項，檢測方法和實驗人員投入基本不變化。在1976年我國頒布《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ20-76）水質(zhì)指標(biāo)仍然是1959年修訂版的4個方面，檢測項數(shù)增加到了23項，項目增加了陰離子洗滌劑、氰化物、汞、錳、硒、鎘、鉻等項目，由于增加了金屬元素項目，要求檢測實驗室需增加分析儀器—原子吸收光譜儀，但檢測人員和檢測時間基本保持不變。

1985年，我國第三次頒布《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-85），水質(zhì)指標(biāo)增加了放射性，包括總α放射性性，總β放射性。物理指標(biāo)、細(xì)菌指標(biāo)沒有變化，化學(xué)指標(biāo)增加了溶解性總固體、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氯仿、四氯化碳、滴滴涕、六六六、苯并（α）芘。有害金屬增加了銀元素。與1976相比，有機(jī)物項增加較為明顯，故此次變化要求實驗室需增加分析儀器氣相色譜和液相色譜。從分析手段來看，1976年除了微生物指標(biāo)需要用到顯微鏡，其他項目也都可以用化學(xué)分析完成檢測，而1985年標(biāo)準(zhǔn)如果僅僅依靠化學(xué)檢測，有機(jī)物指標(biāo)是沒有辦法完成分析檢測任務(wù)的。

隨著社會進(jìn)步，世界衛(wèi)生組織WHO對生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)也提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。國外主要發(fā)達(dá)國家在制定生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也以WHO為主要借鑒。我國在2006年第四次頒布《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）[1]。2006年的標(biāo)準(zhǔn)不論是項目還是項數(shù)都發(fā)生了明顯的變化。標(biāo)準(zhǔn)分為10個發(fā)面項目，設(shè)計檢測項數(shù)106項（俗稱106項，實際上不同水處理工藝，有些水廠檢測項目高于106項）。表1列出了我國生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006檢測項目及所對應(yīng)的檢測方法，從化學(xué)分析和儀器分析兩方面比較檢測所需投入的設(shè)備?？傊?006年標(biāo)準(zhǔn)較1985年標(biāo)準(zhǔn)新增加了71項，增加了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、等離子發(fā)生光譜儀（ICP）、等離子發(fā)射光譜-質(zhì)譜（ICP-MS）、離子色譜（IC）等儀器分析方法[2]。

另外，從表1可明顯看出，眾多方法中化學(xué)分析方法所占比重越來越低，而儀器分析所占比重越來越高，特別是質(zhì)譜分析方法的地位越來越重要。同樣比較我國地下水標(biāo)準(zhǔn)和地表水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，情況也類似，純粹采用化學(xué)分析法進(jìn)行檢測的項目占比均不到10%。因此我們給排水科學(xué)與工程專業(yè)相應(yīng)的水質(zhì)分析課程也必須隨之進(jìn)行相應(yīng)的變化和調(diào)整，以強(qiáng)化現(xiàn)代儀器分析在水質(zhì)分析中的作用和地位。

五、水分析化學(xué)課程建設(shè)的建議和設(shè)想

目前全國大約有160所大學(xué)開設(shè)給排水科學(xué)與工程專業(yè)[3]，水分析化學(xué)課程使用教材有幾十種之多，但教學(xué)大綱相似，如前所述，還僅僅借鑒化學(xué)專業(yè)的分析化學(xué)課程相關(guān)內(nèi)容，以四大化學(xué)滴定為主要課程內(nèi)容，儀器分析僅僅是以顯色法為主的分光光度法和原子吸收，輔之以簡單電化學(xué)分析、氣相色譜。我單位使用的黃君禮老師編著的《水分析化學(xué)》教材，雖然至今已經(jīng)出版到第四版，但主要講授內(nèi)容，四個版本沒有明顯變化。為了適應(yīng)各類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的變化要求，建議對水分析化學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和增加。第一，強(qiáng)化色譜知識的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從表1可以看出，108項分析項目里面涉及色譜類分析占項目的60%以上，對比最近幾年頒布的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和地下水水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也存在類似情況?，F(xiàn)有課程中僅僅以氣相色譜為例對色譜基礎(chǔ)知識進(jìn)行了介紹，一般安排2—3學(xué)時，而對液相色譜和離子色譜沒有進(jìn)行系統(tǒng)講授。第二，應(yīng)該將質(zhì)譜及其質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)作為水分析化學(xué)的重點內(nèi)容。質(zhì)譜分析方法靈敏度和分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等，關(guān)鍵在于其能同時分析多種元素或多種物質(zhì)，另外，分析速度快的特點，保證水質(zhì)分析的實效性。

六、結(jié)論

作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，水分析化學(xué)應(yīng)該與時俱進(jìn)。在原有化學(xué)分析基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代儀器分析方法作為水分析化學(xué)重點內(nèi)容之一，增加其在課程內(nèi)容上的占比。特別要突出色譜知識，包括氣相色譜、液相色譜和離子色譜的現(xiàn)代重要水質(zhì)分析技術(shù)，將具有同時分析多種元素或多種物質(zhì)能力且分析速度快的質(zhì)譜及其質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，作為水質(zhì)分析重要工具進(jìn)行講授，以保證水質(zhì)分析的快速和實效性。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 5749—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.

[2]潘玥，王可新.我國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)變遷的研究[J].能源技術(shù)與管理，2014，39（06）：17-19.

[3]張曉健.給排水科學(xué)與工程專業(yè)概況[J].給水排水，2017，53 （07）：141-144.