孟子純

(陸軍特種作戰(zhàn)學(xué)院，廣東 廣州 510630)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平有了顯著提升，同時(shí)也伴隨著對(duì)飲用水水質(zhì)要求的不斷提高。而自來(lái)水中含有較多的鈣、鎂離子。過(guò)量的鈣、鎂離子易在臟器內(nèi)形成積石或?qū)е卵苡不瑢?duì)身體健康造成負(fù)面影響；同時(shí)，這些鈣、鎂離子在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，容易在機(jī)器設(shè)備內(nèi)壁形成水垢、水渣，易造成昂貴設(shè)備的使用壽命縮短、熱能利用效率降低等后果。因此，生活或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，自來(lái)水在使用前應(yīng)首先降低其鈣、鎂離子含量，而上述降低鈣、鎂離子含量甚至將其基本除去的過(guò)程就稱為水的軟化[1]。

在高等院?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室中，通常使用離子交換法，以軟化自來(lái)水的方式制備去離子水[2]。離子交換法降低自來(lái)水硬度的原理為：當(dāng)自來(lái)水以一定速率流過(guò)樹脂時(shí)，樹脂上的H+與水中的Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子交換，使水中多了H+而少了其它的陽(yáng)離子；同樣，自來(lái)水繼續(xù)流過(guò)陰離子樹脂時(shí)，樹脂上的OH-與水中的Cl-等陰離子交換，使水中多了OH-而少了其它的陰離子；最終，水中的H+與OH-再次結(jié)合生成水，從而起到凈化水的作用。交換反應(yīng)以CaCl2為例，反應(yīng)如下：

盡管離子交換法具有節(jié)能、成本低、易于管理、凈化效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，且應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但對(duì)于其軟化自來(lái)水的效果，目前尚無(wú)明確的表征方法[3]。因此，本文在離子交換法處理自來(lái)水樣品的基礎(chǔ)上，采用分光光度法，測(cè)量并比較離子交換法處理前后自來(lái)水樣品的吸光度值，以期定性確定水樣中的Ca2+濃度變化情況，為離子交換法凈化效果的表征提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)積累。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)所需藥品試劑及儀器見(jiàn)表1、表2。

1.2 離子交換法處理自來(lái)水樣品

用 500 mL 燒杯取自來(lái)水樣 400 mL，令其依次通過(guò)陽(yáng)離子交換柱、陰離子交換柱，并于出口處取得凈化后水樣。

1.3 樣品溶液的配制

稱取 1 g 偶氮胂Ⅲ，用 5 mL 氨水及 45 mL 超吹水溶解后，轉(zhuǎn)入 1 L 容量瓶中，加超純水至刻度線，配成0.1%偶氮胂Ⅲ溶液；稱取 15 g 乙酸銨，用 80 mL 冰醋酸溶解后，轉(zhuǎn)入 250 mL 容量瓶中，加超純水至刻度線，配成pH=4的乙酸-乙酸銨緩沖溶液。

分別用 25 mL 比色管配制空白樣(參比樣)、處理后樣品與處理前樣品，配方見(jiàn)表3。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品試劑

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

表3 樣品溶液配方

上表中，除0.1%偶氮胂Ⅲ溶液使用 5 mL 吸量管進(jìn)行移取、超純水使用洗瓶定容至刻度線外，其余試劑均使用 10 mL 移液管進(jìn)行移取。

1.4 分光光度法確定最佳吸收波長(zhǎng)

第一步，用裝有去離子水的比色皿，將分光光度計(jì)吸光度數(shù)值調(diào)為0.000，隨后用另外一支比色皿取參比樣，在550～750 nm 的范圍內(nèi)，以 10 nm 為變化梯度，分別測(cè)量參比溶液的吸光度值并記錄；

第二步，比較上述測(cè)得的吸光度數(shù)值大小，判斷吸光度數(shù)值的變化趨勢(shì)，找出吸光度數(shù)值突然出現(xiàn)增大時(shí)對(duì)應(yīng)的測(cè)量波長(zhǎng)；

第三步，重復(fù)步驟一、二，得到四組測(cè)量數(shù)據(jù)；

第四步，比較第三步中測(cè)得的數(shù)值，將分光光度計(jì)測(cè)量波長(zhǎng)設(shè)置為上述最佳吸收波長(zhǎng)。

1.5 分光光度法檢測(cè)鈣離子

第一步，將參比樣、待測(cè)樣分別裝入3支比色皿，外壁用濾紙擦干，放入樣品室，蓋上試樣室蓋；

第二步，將參比樣拉入光路，按下“Zero”鍵，使顯示器顯示讀數(shù)為0.000；

第三步，將待測(cè)樣分別拉入光路，讀取測(cè)試數(shù)據(jù)；

第四步，重復(fù)步驟一至三，得到四組測(cè)量數(shù)據(jù)；

第五步，測(cè)量完畢后，將比色皿從試樣池中取出，清洗干凈，擦干，放回比色皿盒(毛玻璃面朝上)。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳吸收波長(zhǎng)的確定

利用分光光度法確定最佳吸收波長(zhǎng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)值，詳見(jiàn)表4，并繪制成折線圖如圖1所示。由圖表可以看出，四組數(shù)據(jù)均在 650 nm 處出現(xiàn)了吸光度數(shù)值的突然增大，與數(shù)值的整體變化趨勢(shì)(依次減小)相違背，因此，可確定 650 nm 為最佳測(cè)量波長(zhǎng)。這是因?yàn)镃a2+與偶氮胂Ⅲ形成的配合物，在 650 nm 處有第二吸收峰[5]。

表4 分光光度法確定最佳吸收波長(zhǎng)的四組相關(guān)數(shù)據(jù)

圖1 測(cè)量波長(zhǎng)λ與溶液吸光度A之間的定量關(guān)系

2.2 離子交換柱凈化效果的確定

表5為 650 nm 下四組處理前、處理后樣品的吸光度數(shù)值以及凈化率?？梢钥闯?，離子交換法的凈化率均高于90%，說(shuō)明其對(duì)于水樣中鈣離子的去除效果較好；但凈化率未達(dá)到100%，可能的原因在于水樣中的部分Ca2+未被離子交換劑顆粒吸附，或吸附后的部分Ca2+未與與離子交換劑上的離子進(jìn)行相互交換[6]。

表5 處理前、處理后樣品溶液的吸光度值及凈化率

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)離子交換法軟化自來(lái)水的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，確定檢測(cè)時(shí)的最佳測(cè)量波長(zhǎng)為 650 nm，與Ca2+和偶氮胂Ⅲ形成配合物的第二吸收峰對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)相一致；同時(shí)，首次測(cè)得了離子交換柱的凈化率，表明離子交換法可有效去除自來(lái)水中的Ca2+，但不徹底。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論為離子交換法凈化效果的表征提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)積累。