蔬菜水果能消除自來水中的余氯嗎

來源：http://www.attrakmagnet.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2018-07-30

　　自來水在輸送過程中,為了抑制水中殘余的細(xì)菌、病毒和其他致病生物的繁殖,應(yīng)有適量的余氯留存在水中,以保證持續(xù)的殺菌能力。我國生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,氯氣及游離氯制劑(游離氯)在出廠水中的余量≥0.3 mg/L,管網(wǎng)末梢水中的余量≥0.05 mg/L[1]。然而,自來水中過量的余氯會(huì)嚴(yán)重影響水的口感和品質(zhì),氯與水中殘余的有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)作用,會(huì)生成一系列的化合物如三氯甲烷、二氯甲烷、溴二氯甲烷、氯二溴甲烷等,這些物質(zhì)對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生一定的致癌作用[2]。目前,從水中去除微量余氯的方法有活性炭吸附法[3]、載鐵陽離子交換樹脂去除法[4]、銅鋅合金濾料去除法[5]等,但不適合應(yīng)用在日常生活中,也難于應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

　　為了尋求去除自來水中微量余氯的簡易實(shí)用方法,進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新設(shè)想和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

　　1 檢測方法

　　水中的余氯檢測方法有多種,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法[6]中推薦的有N,N捕乙基對(duì)苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′菜募諄聯(lián)苯胺比色法(TMB),我們參照國家標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行了適當(dāng)修改。

　　1.1 儀器與試劑

　　儀器選用余氯檢測儀、25 mL目視比色管。試劑選用3,3′,5,5′菜募諄聯(lián)苯胺(TMB)、pH試紙、分析純重鉻酸鉀、分析純鉻酸鉀、分析純氯化鉀、分析純鹽酸。

　　1.2 測試方法

　　1.2.1 制作吸收曲線

　　取1.25 mLTMB置于25 mL比色管中,用自來水稀釋到刻度,在25℃水浴中,顯色1 min;用723型分光光度計(jì)在不同波長處測定顯色液的吸光度,測得余氯的最大吸收波長為450 nm。

　　1.2.2 制作標(biāo)準(zhǔn)曲線

　　按國家標(biāo)準(zhǔn)[6]要求配置永久性余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液,在450 nm波長處,測定系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度(見表1)。

　　表1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度

　　標(biāo)準(zhǔn)溶液づǘ/(mg/L)0.01

　　0.030.050.100.200.30

　　吸光度(A)0.0060.0230.0410.0690.1440.217

　　為減小查表誤差,建立了一個(gè)測定余氯濃度函數(shù),根據(jù)吸光度由計(jì)算機(jī)快速求出余氯濃度。設(shè)吸光度為A,濃度為c,根據(jù)代數(shù)函數(shù)插值原理[7]則有:

　　c=f(A)=k0+k1*A+k2*A2+k3*A3+k4*A4+k5*A5(1)

　　利用MATLAB求解方程可得:k0=-0.001 052 53;k1=2.146 86;k2=-57.579 4;k3=1 180.40;k4=-8 395.27;k5=18 912.9。由此建立了由吸光度A快速求取余氯濃度c的數(shù)學(xué)公式,從而大大提高了對(duì)后面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率。

　　1.2.3 余氯消除效果測定

　　對(duì)選取樣本材料分批進(jìn)行測試,由測得的吸收度,按式(1)由計(jì)算機(jī)求出余氯的濃度。對(duì)相同樣本的數(shù)據(jù),舍去異常值,然后對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),求出吸附率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、給定置信水平時(shí)的估計(jì)區(qū)間,由此評(píng)價(jià)出各材料對(duì)消除余氯的效果。

　　2 實(shí)驗(yàn)過程

　　2.1 選用材料

　　選用的材料有荸薺、蠶豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡蘿卜、黃瓜、茭白、桔子、梨子、蘿卜、蘑菇、南瓜、檸檬、蘋果、甘庶、山藥、絲瓜、土豆、萵苣、香蕉、柚子等,以及自來水樣、對(duì)照用的蒸餾水、礦泉水等。

　　2.2 測試環(huán)境

　　樣液與顯色劑的顯色反應(yīng)在20～25℃的水浴中完成,以使顯色反應(yīng)完全。浸漬的時(shí)間曾按10、20、30 min進(jìn)行,但測試結(jié)果相差不大,并會(huì)使浸漬液顏色加深,影響測定,最后浸漬的時(shí)間統(tǒng)一取為3 min。浸漬采用冷水浸漬,因?yàn)闊崴n會(huì)使有些材料中的色素溶解在水中,給測定帶來困難。

　　2.3 測試過程

　　先測定經(jīng)顯色后自來水水樣的吸光度,然后選取3 g待測樣本,用60 mL自來水樣浸泡3 min,用TMB顯色,在450 nm波長處用723型分光光度計(jì)測定其吸光度,并作記錄,供后面統(tǒng)計(jì)分析用。

　　為保證測試的正確性,在實(shí)驗(yàn)前后,都要對(duì)自來水水樣進(jìn)行測試,保證測試期間自來水水樣沒有明顯變化。每次對(duì)多種樣品進(jìn)行測試,分批次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　2.4 吸附率計(jì)算

　　設(shè)測試樣本前測到的水樣吸光度為Aw,測到的樣本吸光度為Ax,根據(jù)(式1)可算出水樣余氯濃度cw和樣本余氯濃度cx,根據(jù)下面公式計(jì)算樣本的吸附率Adx:

　　Adx=(cw-cx)*V/m*1000(2)

　　式中,V為溶液體積,取0.06 L;m為樣本質(zhì)量,取3 g;Adx表示每1 000 g樣本能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸附的余氯質(zhì)量/mg,可用Adx來表征樣本對(duì)余氯的吸附效果。

　　2.5 異常值的舍去

　　對(duì)相同樣本的多個(gè)吸附率數(shù)據(jù),需要舍去異常值,為此我們采用了Grubbs檢驗(yàn)法[8],對(duì)每個(gè)吸附率計(jì)算G值,若大于臨界值G(n,α),則舍去該值。對(duì)數(shù)據(jù)x的G值計(jì)算式為:

　　G=|x-x|S(3)

　　式中x為一組數(shù)據(jù)的平均值,S為標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　臨界值G(n,α)可查閱相關(guān)表格,也可用下面公式計(jì)算:

　　G(n,α)=n-1nt2(α/(2n),n-2)n-2+t2(α/(2n),n-2)(4)

　　其中,n為樣本數(shù),α為顯著水平,t為t分布值,可用Excel的TINV()函數(shù)計(jì)算得到。

　　表2是7個(gè)批次的蘿卜皮樣本測試數(shù)據(jù)和吸附率G值的計(jì)算結(jié)果。其中取α=0.05,n=7,平均值x=1.5117, 標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.7876,G臨界值G(n,α)=2.02。由計(jì)算結(jié)果可見,第二批次的測試數(shù)據(jù)應(yīng)該舍去。

　　表2 蘿卜皮樣本的數(shù)據(jù)表和吸附率的G值計(jì)算

　　批次

　　Aw濃度cw/(mg/L)Axcx/(mg/L)

　　Adx/(mg/kg)G值判斷

　　10.0770.117830.0400.04871.3829

　　0.16保留

　　20.1080.181890.0120.01833.27202.20舍去

　　30.0500.063330.0030.00491.16860.44保留

　　40.0610.083310.0220.02901.08610.54保留

　　50.0620.085310.0090.01441.41810.12保留

　　60.0590.079400.0180.02501.08850.54保留

　　70.0620.085310.0200.02701.16600.44保留

　　2.6 吸附率的置信區(qū)間

　　對(duì)保留的吸附率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,按樣本求出吸附率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和估計(jì)區(qū)間。設(shè)某樣本吸附率n個(gè)測量數(shù)據(jù)的平均值為x,置信區(qū)極限誤差為Δ,則置信區(qū)間μ為:

　　μ=x±Δ=[(x-Δ)~(x+Δ)]=[XL~XU](5)

　　XL為置信區(qū)下限,XU為置信區(qū)上限,而Δ可由下式表示:

　　Δ=t(a,f)•Sn(6)

　　t(a,f)為給定顯著水平α和自由度f的t分布值,S為樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　2.7 數(shù)據(jù)分析

　　對(duì)荸薺、蠶豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡蘿卜、黃瓜、茭白、桔子、梨子、蘿卜、蘑菇、南瓜、檸檬、蘋果、甘蔗、山藥、絲瓜、土豆、萵苣、香蕉、柚子等進(jìn)行實(shí)驗(yàn),經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)凡吸附性強(qiáng)的、維生素C豐富的樣本,余氯的吸附效果就比較好。

　　分別用活性炭和維生素C藥片進(jìn)行實(shí)驗(yàn):(1)稱取活性炭3 g,置于60 mL自來水樣中,浸泡2 min,過濾液在20～25℃水浴中用TMB顯色,在450 nm波長處用723型分光光度計(jì)測定其吸光度;(2)取2片維生素C片劑(約0.1 g×2),研碎,用60 mL自來水樣浸泡2 min,過濾后在20~25℃水浴中用TMB顯色,在450 nm波長處用723型分光光度計(jì)測定其吸光度。2者的實(shí)驗(yàn)效果非常接近,即0.2 g的維生素C片劑相當(dāng)于3 g活性炭的效果。

　　也發(fā)現(xiàn)一些樣本對(duì)余氯吸附作用不大,也可能是本身的顏色對(duì)吸光度測量有影響。表3是部分蔬菜水果對(duì)余氯有吸附作用的分析結(jié)果。

　　表3 部分蔬菜水果對(duì)余氯的吸附率數(shù)據(jù)(取α=0.05)

　　編號(hào)樣本nxΔXLXU

　　1檸檬皮81.5960.8080.7882.404

　　2柚子肉71.3890.9650.4242.354

　　3檸檬肉61.3141.0360.2782.349

　　4柚子皮81.2940.9400.3532.234

　　5蘿卜肉61.2540.2580.9951.512

　　6蘿卜皮61.2180.1531.0651.372

　　7絲瓜皮71.1910.8300.3612.021

　　8冬瓜肉51.1160.1660.9501.281

　　9冬瓜皮61.0930.0501.0431.142

　　10萵苣肉61.0350.1540.8811.188

　　11蠶豆皮41.0080.0920.9161.100

　　12黃瓜肉70.9070.1190.7881.027

　　13萵苣皮60.9040.1480.7551.052

　　14梨子肉70.8010.3720.4281.173

　　續(xù)表

　　編號(hào)樣本nxΔXLXU

　　15黃瓜皮60.7200.1730.5470.892

　　16絲瓜肉50.6270.1810.4450.808

　　17梨子皮50.5050.2540.2510.759

　　18活性炭81.4300.0401.3901.470

　　對(duì)余氯的吸附率置信區(qū)間見圖1。其中水果中的檸檬,蔬菜中的蘿卜、冬瓜吸附余氯的效果特別明顯。

　　圖1 部分樣本的余氯吸附率置信區(qū)間示意圖

　　3 結(jié)論

　　(1)由吸光度求取濃度的計(jì)算比較復(fù)雜,利用計(jì)算機(jī)插值方法獲得的公式(1)可大大提高分析效率。

　　(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)受類似溫度、pH、不同水樣等諸多因素的影響,需要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析,才能從中找出有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

　　(3)樣本在自來水樣中的浸泡溫度和時(shí)間都會(huì)影響測試結(jié)果,必須嚴(yán)格控制。

　　(4)蔬菜水果消除余氯的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 57492006 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

　　[2] 王琳,王寶貞.優(yōu)質(zhì)飲用水凈化技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2000:9397

　　[3] 鄒明榮,周雅珍,翁曉姚.進(jìn)水技術(shù), 2003,22(3):2731

　　[4] 劉建,閆英姚,馬紅娜.應(yīng)用化工, 2008,37(11):13311334

　　[5] 王蕾,丁麗麗,許美榮等.山東科學(xué),2007,20(4):7678

　　[6] 中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 5750.112006 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法消毒劑指標(biāo). 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

　　[7] 朱長青.數(shù)值計(jì)算方法及其應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2006

　　[8] 李發(fā)美.分析化學(xué).北京:人民衛(wèi)生出版社,2003

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