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            蔬菜水果能消除自來水中的余氯嗎

            來源:http://www.madelainejordan.com/ 作者:余氯檢測儀 時間:2018-07-30

              自來水在輸送過程中,為了抑制水中殘余的細菌、病毒和其他致病生物的繁殖,應有適量的余氯留存在水中,以保證持續的殺菌能力。我國生活飲用水水質標準中規定,氯氣及游離氯制劑(游離氯)在出廠水中的余量≥0.3 mg/L,管網末梢水中的余量≥0.05 mg/L[1]。然而,自來水中過量的余氯會嚴重影響水的口感和品質,氯與水中殘余的有機物產生化學作用,會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,這些物質對人體會產生一定的致癌作用[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,但不適合應用在日常生活中,也難于應用到實驗教學中。

              為了尋求去除自來水中微量余氯的簡易實用方法,進行了一系列的創新設想和科學實驗。

              1 檢測方法

              水中的余氯檢測方法有多種,根據國家標準生活飲用水標準檢驗方法[6]中推薦的有N,N捕乙基對苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′菜募諄聯苯胺比色法(TMB),我們參照國家標準,進行了適當修改。

              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。

            余氯檢測儀

              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 制作標準曲線

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

              表1 系列標準溶液的吸光度

              標準溶液づ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,建立了一個測定余氯濃度函數,根據吸光度由計算機快速求出余氯濃度。設吸光度為A,濃度為c,根據代數函數插值原理[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的數學公式,從而大大提高了對后面實驗數據的處理效率。

              1.2.3 余氯消除效果測定

              對選取樣本材料分批進行測試,由測得的吸收度,按式(1)由計算機求出余氯的濃度。對相同樣本的數據,舍去異常值,然后對樣本數據進行統計,求出吸附率的平均值、標準偏差、給定置信水平時的估計區間,由此評價出各材料對消除余氯的效果。

              2 實驗過程

              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、對照用的蒸餾水、礦泉水等。

              2.2 測試環境

              樣液與顯色劑的顯色反應在20~25℃的水浴中完成,以使顯色反應完全。浸漬的時間曾按10、20、30 min進行,但測試結果相差不大,并會使浸漬液顏色加深,影響測定,最后浸漬的時間統一取為3 min。浸漬采用冷水浸漬,因為熱水浸漬會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型分光光度計測定其吸光度,并作記錄,供后面統計分析用。

              為保證測試的正確性,在實驗前后,都要對自來水水樣進行測試,保證測試期間自來水水樣沒有明顯變化。每次對多種樣品進行測試,分批次進行統計分析。

              2.4 吸附率計算

              設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(式1)可算出水樣余氯濃度cw和樣本余氯濃度cx,根據下面公式計算樣本的吸附率Adx:

              Adx=(cw-cx)*V/m*1000(2)

              式中,V為溶液體積,取0.06 L;m為樣本質量,取3 g;Adx表示每1 000 g樣本能在規定時間內吸附的余氯質量/mg,可用Adx來表征樣本對余氯的吸附效果。

              2.5 異常值的舍去

              對相同樣本的多個吸附率數據,需要舍去異常值,為此我們采用了Grubbs檢驗法[8],對每個吸附率計算G值,若大于臨界值G(n,α),則舍去該值。對數據x的G值計算式為:

              G=|x-x|S(3)

              式中x為一組數據的平均值,S為標準偏差。

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

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

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

              表2是7個批次的蘿卜皮樣本測試數據和吸附率G值的計算結果。其中取α=0.05,n=7,平均值x=1.5117, 標準偏差S=0.7876,G臨界值G(n,α)=2.02。由計算結果可見,第二批次的測試數據應該舍去。

              表2 蘿卜皮樣本的數據表和吸附率的G值計算

              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 吸附率的置信區間

              對保留的吸附率數據進行統計分析,按樣本求出吸附率的平均值、標準偏差和估計區間。設某樣本吸附率n個測量數據的平均值為x,置信區極限誤差為Δ,則置信區間μ為:

              μ=x±Δ=[(x-Δ)~(x+Δ)]=[XL~XU](5)

              XL為置信區下限,XU為置信區上限,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為樣本的標準偏差。

              2.7 數據分析

              對荸薺、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、柚子等進行實驗,經分析發現凡吸附性強的、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藥片進行實驗:(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型分光光度計測定其吸光度。2者的實驗效果非常接近,即0.2 g的維生素C片劑相當于3 g活性炭的效果。

              也發現一些樣本對余氯吸附作用不大,也可能是本身的顏色對吸光度測量有影響。表3是部分蔬菜水果對余氯有吸附作用的分析結果。

              表3 部分蔬菜水果對余氯的吸附率數據(取α=0.05)

              編號樣本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

              續表

              編號樣本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

              對余氯的吸附率置信區間見圖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間示意圖

              3 結論

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

              (2)實驗數據會受類似溫度、pH、不同水樣等諸多因素的影響,需要運用數理統計的方法進行分析,才能從中找出有價值的數據。

              (3)樣本在自來水樣中的浸泡溫度和時間都會影響測試結果,必須嚴格控制。

              (4)蔬菜水果消除余氯的機理還有待進一步研究。

              參 考 文 獻

              [1] 中華人民共和國衛生部.GB/T 57492006 生活飲用水衛生標準.北京:中國標準出版社,2007

              [2] 王琳,王寶貞.優質飲用水凈化技術.北京:科學出版社,2000:9397

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

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

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

              [6] 中華人民共和國衛生部.GB/T 5750.112006 生活飲用水標準檢驗方法消毒劑指標. 北京:中國標準出版社,2007

              [7] 朱長青.數值計算方法及其應用.北京:科學出版社,2006

              [8] 李發美.分析化學.北京:人民衛生出版社,2003

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