水中堿度測定的探討

摘 要：水中堿度的測定對工業廢水、工業用水以及在生活污水的處理運轉和科研中有著非常重要的意義。通常，水中的堿度測試一般會運用多種指示劑對水中的含堿量進行對比測試。經過研究，選擇茜素紅-甲基紅與酚酞混合的指示劑具有良好的測試效果；采用甲基橙與酚酞有比較好的測試結果；而采用溴甲酚綠-甲基紅與百里酚藍-甲酚紅混合的指示劑的測試效果不是很理想。經過對比結果采取百里酚藍和甲酚紅混合的指示劑作為水中堿度測定的最優指示劑。

關鍵詞：堿度；水分析；指示劑；測定

1 前言

在工業用水的使用和處理中，對水中堿度的測定是非常重要的，例如在工業生產中，水中堿度的多少在一定程度上決定了使用的水中的結垢傾向于腐蝕傾向，同時水處理的配方也是針對水中堿度的大小配制而成的。所以，對水中堿度的測定分析是水質分析中的一個基礎項目。在生活用水中，地下水是人民群眾最重要的飲用水源，因此地下水的水質直接關系到人民群眾的飲水安全，對生活用水的水質的檢測是評價水質狀況是否可以飲用的可靠的方法，并可以為水源的保護提供早期預警。而當前地下水中含堿量較大，雖然對人體的影響不是很大，并且經過加熱處理后還可以有效地去除，但是大家還是對產生的水垢非常厭惡，在一定程度上體現了當地的水質的好壞，所以有測定水中堿度的需要。當前對水中堿度的測定通常采用的方法是酚酞或百里酚藍-甲酚紅與甲基橙或溴甲酚綠-甲基紅作為指示劑的酸堿滴定法，但是由于甲基橙與百里酚藍-甲酚紅這兩種指示劑的滴定終點并不明顯，在測定中很難判斷出是否已經完全中和。因此對如何方便地對水中堿度進行檢測做出了一定的實驗研究。

2 現行的水中堿度測定方法的

2.1 當前常用的堿度測定方法

在實驗室的水質的分析中，對水中堿度的測定方法仍然采用“中華人民共和國水利行業標準SL83-94”。這種方法屬于酸堿滴定法，該方法的原理是：把水樣用酸溶液滴定至所規定的pH值，停止滴定的終點是酸堿指示劑在該點的pH值時的顏色的變化來作出判斷的，即當滴定到酚酞指示劑有紅色變成無色時停止，此時的溶液的pH值是8.3，水中的氫氧根離子已經被中和，此時的碳酸鹽變成了重碳酸鹽；然而，當滴定到甲基橙指示劑由原有的淡橘黃色變成橘紅色的時候，所測溶液的pH值為4.4-4.5，水中的重碳酸鹽已被中和。根據分別到達這兩種不同的終止點時所消耗的各種溶液的量，并計算出水中碳酸鹽與重碳酸鹽的含量以及水中的堿度。

2.2 存在的問題

依據我國的水利行業標準SL83-94中的原理描述，可以認定酚酞變色的臨界值是8.3，即當水的pH值大于8.3的時候，酚酞體現的顏色是粉色，在水樣中存在碳酸根；而當水的pH值小于或等于8.3的時候，酚酞是無色的，即水樣中不存在碳酸根，都是以重碳酸根的形式存在的。這一方法也就成了當前水質測定行業檢測數據的合理性分析與數據取舍的一條非常重要的依據。

然而，通過對某地的水質進行檢測，當水樣的pH值在8.2到8.3之間的時候，酚酞的顏色也會呈現出粉色，即在水樣中還是存在碳酸根，這就與現行的測定水中堿度的方法有一定的出入。

3 堿度滴定理論

3.1 酚酞指示劑簡述

一般來說，堿度的測定屬于滴定分析，而在滴定分析中判斷到達終點的方法有電位滴定法和指示劑法這兩種方法。電位滴定法是指通過測量兩個不同電極的電位差，再根據電位差的大小更改來確定是否到達滴定終點的。指示劑法是指利用某種指示劑在某個固定的條件下的變色情況來找到滴定終點的。指示劑法的優點在于操作方便簡單，并不需要什么特殊的設備，適用范圍廣，但是最主要的缺點是有的時候變色并不是很明顯，精確度比較差，而且不能用于有色液體的測定；電位滴定法的優點是克服了指示劑法的缺點，但是該方法也存在著一些不足之處，該方法不僅需要專門的設備和工具，而且得到的數據結果還需要繪制電位（V）-pH值曲線圖或者是經過數學處理，在可操作性上比較差。因此，當處理精確度不高的水質分析時，選擇指示劑法就能夠滿足使用要求。當前的堿度測定方法中一般是采用酚酞作為指示劑，這就是根據滴定終點pH值與指示劑的變色范圍選取的。

3.2 酸堿滴定理論

通過酸堿質子理論，凡是能夠給出質子的物質都是酸；凡是能夠接受質子的物質是堿物質，并且他們之間存在著如下的關系：

HAa？圳H++Aa-

式中，HAa指的是酸，當給出質子之后，轉化成的Aa-對于質子H+具有一定的親和力，能夠接受質子。當一種酸提供質子的時候，溶液中必定會有一種堿來接受質子，在被測定的水就是這種可以提供堿的溶液；同樣的在水溶液發生質子轉移的時候水分子也會參與到其中。在測定水中的堿度時主要是測定水中碳酸鹽以及重碳酸鹽的濃度，其中碳酸鹽屬于二元弱堿，這種水質在分析化學中常常采用強酸HCl溶液來進行酸堿滴定。

3.3 指示劑法的改進

在分析化學中，常常使用HCl來滴定碳酸鹽溶液，當滴到第一個計量點的時候，依據HCl的使用量就可以求出，而從理論上分析，當酚酞只是滴定到終點時，酚酞的反應已經過量，因為酚酞的變色區間是8.2到10.0，因而當溶液的顏色變為無色時，pH值已經到達了8.2左右。此外，使用酚酞試劑作為終點的指示劑，其變色效果不是特別明顯，在到達終點時不易觀察，有很大的誤差。為了解決這個問題，可以采用混合指示劑，混合指示劑主要是利用顏色之間的互補作用，使得顏色的范圍變窄，使在終點的顏色變化更敏銳。比如在這里就可以改成使用百里酚藍與甲酚紅混合指示劑，其堿性為紫色，酸性為黃色。以濃度為0.1%的甲基紅鈉鹽水溶液和0.1%的百里酚藍鈉鹽溶液以1：3的含量比例進行配制，該溶液變色時的pH的值為8.3，pH值小于或等于8.3的時候，顏色為玫瑰紅，當pH值大于8.3的時候，會呈現出清晰的紫色，起終點變色十分明顯，誤差也會更小一點。此外，溶液中的其他離子的存在和溶液水溫變化的時候，指示劑的變色范圍是有一定的變化的，這樣也會導致在測定堿度的時候存在一定的誤差。指示劑加入的多少對變色的敏銳度有一定的影響，因為指示劑并不是中性的本身就帶有一定的弱酸或弱堿性，在酸堿滴定的時候會消耗一定量的滴定劑溶液，因此加適量的指示劑不僅效果明顯而且還會避免因為加的過多導致的誤差。

4 結束語

由于酚酞的變色范圍是8.2到10.0，因此我國現行的水利行業標準SL83-94中描述的“當滴定至酚酞溶液指示劑有紅色變為無色的時候，溶液pH值即為8.3”并不是十分恰當；在常溫下，碳酸根被滴定的終點pH值為8.3左右，而具體的數值與水中其他的離子的存在和溶液的水溫有一定的關系，用酚酞指示劑作為判定碳酸根離子被完全中和為重碳酸根離子有些欠妥，這樣測得的數值比真實值要偏大，如果同時與pH值作比較，可能會得到前面提出的矛盾結論，即當pH值在8.2到8.3之間的時候，溶液中本來不應該存在碳酸根，而用現在用的方法就能測出碳酸根的含量，這時候就應該把所測得碳酸根的數據舍棄掉。所以應用百里酚藍和甲酚紅混合指示劑作為水中堿度測定的最優指示劑，所得到的結果更符合實際情況，測定的數據會更精準些，可以避免所提到的矛盾的出現。