蔬菜水

利用蔬菜和水果消除自来水余氯的实验研究

摘要利用生活中常见的蔬菜、水果来消除自来水中的余氯,然后以3,3′,5,5′

四甲基联苯胺(TMB)为显色剂,用光度计对试验效果进行测试,再用G检验法对测

试数据进行处理,从而获得了蔬菜、水果对消除自来水余氯的有价值数据,由此提

供了一种拓宽思路的实验教学方法。

关键词自来水余氯分光光度法G检验法吸附率饮用水标准

自来水在输送过程中,为了抑制水中残余的细菌、病毒和其他致病生物的繁

殖,应有适量的余氯留存在水中,以保证持续的杀菌能力。我国生活饮用水水质标

准中规定,氯气及游离氯制剂(游离氯)在出厂水中的余量≥0.3mg/L,管网末梢水中

的余量≥0.05mg/L[1]。然而,自来水中过量的余氯会严重影响水的口感和品质,氯

与水中残余的有机物产生化学作用,会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,这些物质对人体会产生一定的致癌作用[2]。目

前,从水中去除微量余氯的方法有活性炭吸附法[3]、载铁阳离子交换树脂去除法

[4]、铜锌合金滤料去除法[5]等,但不适合应用在日常生活中,也难于应用到实验教

学中。

为了寻求去除自来水中微量余氯的简易实用方法,进行了一系列的创新设想

和科学实验。

1检测方法

水中的余氯检测方法有多种,根据国家标准生活饮用水标准检验方法[6]中推

荐的有N,N二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′四甲基联苯胺比色

法(TMB),我们参照国家标准,进行了适当修改。

1.1仪器与试剂

仪器选用723型分光光度计、25mL目视比色管。试剂选用3,3′,5,5′四甲

基联苯胺(TMB)、pH试纸、分析纯重铬酸钾、分析纯铬酸钾、分析纯氯化钾、

分析纯盐酸。

1.2测试方法

1.2.1制作吸收曲线

取1.25mLTMB置于25mL比色管中,用自来水稀释到刻度,在25℃水浴中,

显色1min;用723型分光光度计在不同波长处测定显色液的吸光度,测得余氯的

最大吸收波长为450nm。

1.2.2制作标准曲线

按国家标准[6]要求配置永久性余氯标准溶液,在450nm波长处,测定系列标

准溶液的吸光度(见表1)。

表1系列标准溶液的吸光度

标准溶液浓度/(mg/L)0.01

0.030.050.100.200.30

吸光度(A)0.0060.0230.0410.0690.1440.217

为减小查表误差,建立了一个测定余氯浓度函数,根据吸光度由计算机快速求

出余氯浓度。设吸光度为A,浓度为c,根据代数函数插值原理[7]则有:

c=f(A)=k0+k1*A+k2*A2+k3*A3+k4*A4+k5*A5(1)

利用MATLAB求解方程可得:k0=-0.00105253;k1=2.14686;k2=-57.579

4;k3=1180.40;k4=-8395.27;k5=18912.9。由此建立了由吸光度A快速求取余氯浓

度c的数学公式,从而大大提高了对后面实验数据的处理效率。

1.2.3余氯消除效果测定

对选取样本材料分批进行测试,由测得的吸收度,按式(1)由计算机求出余氯

的浓度。对相同样本的数据,舍去异常值,然后对样本数据进行统计,求出吸附率的

平均值、标准偏差、给定置信水平时的估计区间,由此评价出各材料对消除余氯

的效果。

2实验过程

2.1选用材料

选用的材料有荸荠、蚕豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡萝卜、黄瓜、茭白、桔子、

梨子、萝卜、蘑菇、南瓜、柠檬、苹果、甘庶、山药、丝瓜、土豆、莴苣、香蕉、

柚子等,以伊夫琳 及自来水样、对照用的蒸馏水、矿泉水等。

2.2测试环境

样液与显色剂的显色反应在20～25℃的水浴中完成,以使显色反应完全。浸

渍的时间曾按10、20、30min进行,但测试结果相差不大,并会使浸渍液颜色加深,

影响测定,最后浸渍的时间统一取为3min。浸渍采用冷水浸渍,因为热水浸

渍会使有些材料中的色素溶解在水中,给测定带来困难。

2.3测试过程

先测定经显色后自来水水样的吸光度,然后选取3g待测样本,用60mL自来

水样浸泡3min,用TMB显色,在450nm波长处用723型分光光度计测定其吸光

度,并作记录,供后面统计分析用。

为保证测试的正确性,在实验前后,都要对自来水水样进行测试,保证测试期

间自来水水样没有明显变化。每次对多种样品进行测试,分批次进行统计分析。

2.4吸附率计算

设测试样本前测到的水样吸光度为Aw,测到的样本吸光度为Ax,根据(式1)

可算出水样余氯浓度cw和样本余氯浓度cx,根据下面公式计算样本的吸附率

Adx:

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

式中,V为溶液体积,取0.06L;m为样本质量,取3g;Adx表示每1000g样本

能在规定时间内吸附的余氯质量/mg,可用Adx来表征样本对余氯的吸附效果。

2.5异常值的舍去

对相同样本的多个吸附率数据,需要舍去异常值,为此我们采用了Grubbs检

验法[8],对每个吸附率计算G值,若大于临界值G(n,),则舍去该值。对数据x的G

值计算式为:

G=|x-x|S(3)

式中x为一组数据的平均值,S为标准偏差。

临界值G(n,)可查阅相关表格,也可用下面公式计算:

G(n,)=n-1nt2(/(2n),n-2)n-2+t2(/(2n),n-2)(4)

其中,n为样本数,为显著水平,t为t锐雯兔女郎 分布值,可用Excel的TINV()函数计算得

到。

表2是7个批次的萝卜皮样本测试数据和吸附率G值的计算结果。其中取

=0.05,n=7,平均值x=1.5117,标准偏差S=0.7876,G临界值G(n,)=2.02。由计算

结果可见,第二批次的测试数据应该舍去。

表2萝卜皮样本的数据表和吸附率的G值计算

批次

Aw浓度cw/(mg/L)Axcx/(mg/L)

Adx/(mg/kg)G值判断

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吸附率的置信区间

对保留的吸附率数据进行统计分析,按样本求出吸附率的平均值、标准偏差

和估计区间。设某样本吸附率n个测量数据的平均值为x,置信区极限误差为,

则置信区间为:

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

XL为置信区下限,XU为置信区上限,而可由下式表示:

=t(a,f)•Sn(6)

t(a,f)为给定显著水平和自由度f的t分布值,S为样本的标准偏差。

2.7数据分析

对荸荠、蚕豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡萝卜、黄瓜、茭白、桔子、梨子、萝

卜、蘑菇、南瓜、柠檬、苹果、甘蔗、山药、丝瓜、土豆、莴苣、香蕉、柚子等

进行实验,经分析发现凡吸附性强的、维生素C丰富的样本,余氯的吸附效果就比

较好。

分别用活性炭和维生素C药片进行实验:(1)称取活性炭3g,置于60mL自来

水样中,浸泡2min,过滤液在20～25℃水浴中用TMB显色,在450nm波长处用

723型分光光度计测定其吸光度;(2)取2片维生素C片剂(约0.1g2),研碎,用60

mL自来水样浸泡2min,过滤后在20~25℃水浴中用TMB显色,在450nm波长处

用723型分光光度计测定其吸光度。2者的实验效果非常接近,即0.2g的维生素

C片剂相当于3g活性炭的效果。

也发现一些样本对余氯吸附作用不高级英文 大,也可能是本身的颜色对吸光度测量有

影响。表3是部分蔬菜水果对余氯有吸附作用的分析结果。

表3部分蔬菜水果对余氯的吸附率数据(取=0.05)

编号样本nxXLXU

1柠檬皮81.5960.8080.7882.404

2柚子肉71.3890.9650.4242.354

3柠檬肉61.3141.0360.2782.349

4柚子皮81.2940.9400.3532.234

5萝卜肉61.2540.2580.9951.512

6萝卜皮61.2180.1531.0651.372

7丝瓜皮71.1910.8300.361猝不及防拼音 2.021

8冬瓜肉51.1160.1660.9501.281

9冬瓜皮61.0930.0501.0431.142

10莴苣肉61.0350.1540.8811.188

11蚕豆皮41.0080.0920.9161.100

12黄瓜肉70.9070.1190.7881.027

13莴苣皮60.9040.1480.7551.052

14梨子肉70.8010.3720.4281.173

续表

编号样本nxXLXU

15黄瓜皮60.7200.1我和小狗 730.5470.892

16丝瓜肉50.6270.1810.4450.808

17梨子皮50.5050.2540.2510.759

18活性炭81.4300.0401.3901.470

对余氯的吸附率置信区间见图1。其中水果中的柠檬,蔬菜中的萝卜、冬瓜吸

附余氯的效果特别明显。

图1部分样本的余氯吸附率置信区间示意图

3结论

(1)由吸光度求取浓度的计算比较复杂,利用计算机插值方法获得的公式(1)可

大大提高分析效率。

(2)实验数据会受类似温度、pH、不同水样等诸多因素的影响,需要运用数理

统计的方法进行分析,才能从中找出有价值的数据。

(3)样本在自来水样中的浸泡温度和时间都会影响测试结果,必须严格控制。

(4)蔬菜水果消除余氯的机理还有待进一步研究。

参考文献

[1]中华人民共和国卫生部.GB/T57492006生活饮用水卫生标准.北京:中国

标准出版社,2007

[2]王琳,王宝贞.优质饮用水净化技术.北京:科学出版社,2000:9397

[3]邹明荣,周雅珍,翁晓姚.进水技术,2让开造句 003,22(3):2731

[4]刘建,闫英姚,马红娜.应用化工,2008,37(11):13311334

[5]王蕾,丁丽丽,许美荣等.山东科学,200白卤牛肉 7,20(4):7678

[6]中华人民共和国卫生部.GB/T5750.112006生活饮用水标准检验方法消

毒剂指标.北京:中国标准出版社,2007

[7]朱长青.数值计算方法及其应用.北京:科学出版社,2006

[8]李发美.分析化学.北京:人民卫生出版社,2003