T/BHES 0001-2023 水質(zhì) 堿度、碳酸鹽和重碳酸鹽的測定 自動電位滴定法

范圍
本文件規(guī)定了自動電位滴定法測定水中堿度(總堿度、碳酸鹽堿度、重碳酸鹽堿度)和重碳酸鹽、碳酸鹽含量的方法。
本文件適用于地表水、地下水、大氣降水、生活飲用水、污廢水中堿度和重碳酸鹽、碳酸鹽含量的檢測。

術(shù)語和定義
下列術(shù)語和定義適用于本文件。
堿度  alkalinity
堿性化合物能與氫離子(H⁺)結(jié)合，消耗酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的能力稱為水的堿度。堿度一般包括氫氧化鈉堿度、碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度。
滴定終點  titration endpoint
水樣使用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，pH值到達(dá)預(yù)設(shè)值時即達(dá)到滴定終點。

方法原理
水樣用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至規(guī)定的pH值，其終點用pH電極來指示。pH值為8.3時，水中氫氧根離子(OH^-)已被中和，碳酸鹽(CO3^2-)均變?yōu)橹靥妓猁}(HCO^3-)；繼續(xù)滴定至pH值為4.4時，水中重碳酸鹽(包括原有的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)化成的)已被中和。根據(jù)上述兩個終點到達(dá)時所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量，計算出水中的堿度、碳酸鹽和重碳酸鹽含量。
pH=8.3時，化學(xué)反應(yīng)式：
OH^-+H₊=H2O
CO₃^2-+H⁺=HCO^3-
pH=4.4時，化學(xué)反應(yīng)式：
HCO^3-+H⁺=H₂O+CO₂

試劑和材料
除非另有說明，分析時均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑。
無二氧化碳水。
用于制備標(biāo)準(zhǔn)溶液及稀釋用的蒸餾水或去離子水，臨用前煮沸15min，冷卻至室溫。pH值應(yīng)大于6.0，電導(dǎo)率小于0.2μs/cm。
碳酸鈉(Na₂CO₃)：優(yōu)級純。
鄰苯二甲酸氫鉀(KHC₈H₄O₄)。
磷酸二氫鉀(KH₂PO₄)。
磷酸氫二鈉（Na₂HPO₄)。
硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)。
濃鹽酸(ρ=1.19g/mL)。
碳酸鈉基準(zhǔn)溶液：c(1/2 Na₂CO₃)=0.0250mol/L。
稱取1.3249g(于180°C烘干2h)的基準(zhǔn)無水碳酸鈉(Na₂CO₃)溶于少量無二氧化碳水，移入1L容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。貯存于聚乙烯瓶中，保存時間不超過1周。
鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液：c(HCl)=0.0250mol/L。
配制：用分度吸量管吸取2.1mL濃鹽酸，用水稀釋至1L，此溶液濃度約為0.0250mol/L。
標(biāo)定：用單標(biāo)線移液管吸取15.00mL碳酸鈉基準(zhǔn)溶液于測量杯中，加水稀釋至約50mL，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至pH為4.4，記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液用量，按公式(1)計算其準(zhǔn)確濃度：

式中：
C——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，單位為摩爾每升(mol/L)；
V——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液用量，單位為毫升(mL)。
pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液
pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(pH=4.00，25°C)，c(KHC₈H₄O₄)=0.05mol/L。
稱取事先在110～120°C干燥2～3h的鄰苯二甲酸氫鉀10.12g，溶于水，移入1L容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，搖勻。
pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(pH=6.86，25°C)，c(KH₂PO₄)=0.025mol/L，c(Na₂HPO₄)=0.025mol/L。
稱取事先在110～120°C干燥(2～3)h的磷酸二氫鉀3.388g和磷酸氫二鈉3.533g，溶于水，移入1L容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，搖勻。
pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(pH=9.18，25°C)，c(Na₂B₄O₇)=0.01mol/L。
為了使晶體具有一定的組成，應(yīng)稱取與飽和溴化鈉(或氯化鈉加蔗糖)溶液(室溫)共同放置在干燥器中平衡48h的硼砂3.80g，溶于水，移入1L容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，搖勻。
注1：標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液一般是在聚乙烯瓶中密閉保存。在4°C以下冷藏可保存2～3個月，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有渾濁、發(fā)霉或沉淀現(xiàn)象時，不能繼續(xù)使用。
注2：可購買市售合格標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，按說明書使用。

儀器和設(shè)備
自動電位滴定儀：電位范圍?1000 mV～1000 mV，電位分辨率0.1mV。計量性能應(yīng)符合 JJG 814 關(guān)于0.5級以上自動電位滴定儀的相關(guān)規(guī)定。
pH電極。
滴定管：20mL，容量允差應(yīng)符合 JJG 814 關(guān)于0.5級以上自動電位滴定儀的相關(guān)規(guī)定。
測量杯：容積不小于150mL。
攪拌器。
一般實驗室常用器皿和設(shè)備。

樣品
一般規(guī)定
可采用硬質(zhì)玻璃或聚乙烯容器采集水樣，采樣時用水樣沖洗3次，再采集于容器中。
樣品保存
樣品采集后，(0～4)°C避光保存，12h內(nèi)完成檢測。

分析步驟
電極校準(zhǔn)
按照儀器說明書選擇校準(zhǔn)模式，用pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對電極進(jìn)行三點校準(zhǔn)，斜率在0.95～1.05 范圍內(nèi)。
滴定終點設(shè)定
按照儀器說明書的操作方法，設(shè)定第一個滴定終點的pH值為8.3，第二個滴定終點的pH值為4.4。
水樣測定
取50.0 mL水樣于測量杯中，測量杯置于滴定臺上，插入電極和滴定頭于水樣液面之下，開啟儀器和攪拌器，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液自動滴定至反應(yīng)結(jié)束。

實驗數(shù)據(jù)處理
計算
堿性化合物在水中產(chǎn)生的堿度有五種情形，滴定至pH值為8.3時，消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積記為P(mL)，pH值從8.3降至4.4消耗的體積記為M(mL)，滴定至pH值為4.4時消耗的總體積記為T(mL)，水中堿度的組成在表1中給出。


1) 當(dāng)P=T時：

式中：
A——水樣的總堿度，以CaCO₃計，單位為毫克每升(mg/L)；
A₁——氫氧化物堿度，以CaCO₃計，單位為毫克每升(mg/L)；
C——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，單位為摩爾每升(mol/L)；
V——水樣體積，單位為毫升(mL)；
50.05——碳酸鈣(1/2 CaCO₃)的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)；
1000——單位換算系數(shù)。
2) 當(dāng)P>1/2T時：

式中：
A₂——碳酸鹽堿度，以CaCO₃計，單位為毫克每升(mg/L)；
ρ₁——碳酸鹽的質(zhì)量濃度，單位為毫克每升(mg/L)；
30.00——碳酸根離子(1/2 CO₃^2-)的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)。
3) 當(dāng)P=1/2T時：

4) 當(dāng)P<1/2T時：

式中：
A₃——重碳酸鹽堿度，以CaCO₃計，單位為毫克每升(mg/L)；
ρ₂——重碳酸鹽的質(zhì)量濃度，單位為毫克每升(mg/L)；
61.02——重碳酸根離子(HCO^3-)的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)。
5) 當(dāng)P=0時：


結(jié)果表示
結(jié)果保留三位有效數(shù)字，小數(shù)不過兩位，數(shù)值修約應(yīng)按照 GB/T 8170 的規(guī)定執(zhí)行。


京都電子KEM 自動電位滴定儀 AT-710S