分光光度法测定循环冷却水中的铜含量

摘 要 冷却循环水中铜含量测定，对了解冷循环水系统腐蚀情况以及冷却循环水系统运行情况至关重要，另外，循环冷却水系统外排废水随意排放，将导致地下水体和地表水体中的铜含量超标，引起严重的水质污染，对周围环境及人群造成重大伤害，需通过铜含量测定，加强对冷却循环水及外排废水中铜控制，非常有必要。目前，测定循环冷却水中铜含量主要采用原子吸收法和电感耦合等离子发射光谱法，仪器设备采购成本高，维护保养成本高，且分析过程中用到的高纯载气等试剂和耗材成本也比较高，很多中小型化验室不具备分析条件。因此，作者通过采用分光光度法测定循环冷却水中铜含量，降低分析成本，提高分析效率，为循环冷却水系统正常运行提供技术指导。

关键词 循环冷却水；铜；分光光度法；检测

中图分类号：X8          文献标志码：A         文章编号：

Abstract： The determination of copper content in cooling circulating water is crucial for understanding the corrosion situation and operation of the cooling circulating water system. In addition， the arbitrary discharge of wastewater from the circulating cooling water system will lead to excessive copper content in groundwater and surface water， causing serious water pollution and causing significant harm to the surrounding environment and people. It is necessary to strengthen the control of copper in cooling circulating water and wastewater through copper content determination. At present， the determination of copper content in circulating cooling water mainly uses atomic absorption method and inductively coupled plasma emission spectroscopy. The procurement cost of instruments and equipment is high， and the maintenance cost is high. In addition， the cost of high-purity carrier gas and other reagents and consumables used in the analysis process is also relatively high. Many small and medium-sized laboratories do not have the analytical conditions. Therefore， the author used spectrophotometry to determine the copper content in circulating cooling water， reduce analysis costs， improve analysis efficiency， and provide technical guidance for the normal operation of the circulating cooling water system.

Keywords： circulating cooling water; Copper; Spectrophotometry; detection

引  言

冷却循环水中铜离子的来源主要是水源本身就含有较高的铜含量、设备本身就含有铜，如铜制的换热器，管道和设备在运输、安装和使用过程中的腐蚀产物以及添加了含铜物质的添加剂或处理剂等等。循环冷却水中铜离子超标会导致水的颜色变深，出现黄色或褐色。水呈现出异味。流量减小，加热达不到预期温度。设备出现腐蚀或结垢。降低其他化学物质的效果，如抑菌剂、阻垢剂等。

铜离子对金属具有腐蚀作用，会导致设备发生腐蚀、开裂等问题，严重时可能导致设备停机维修或更换，铜离子超标还会导致冷却水的稳定性下降，加剧设备的热压力，使冷却效果变差，导致生产效率下降。如果冷却水中铜离子严重超标，则可能会对下游产品造成影响，导致产品质量下降。当循环冷却水条件变化时会影响铜离子的溶容解度，水中的铜离子就可能达到过饱和状态而析析出，产生沉积物，腐蚀产物逐渐积累，降低或堵塞过水断面，影响循环冷却系统安全运行。

另外，如果循环冷却水系统产生的废水被随意排放，将导致地下水体和地表水体中的铜含量超标，引起严重的水质污染，水中铜的浓度达到0.01mg/L时，就会抑制水体的自净能力，并对水生生物造成毒害。高浓度的铜离子容易使水生生物中毒，同时也会在人体摄入过高铜含量后引起健康问题，如肝硬化、腹泻、呕吐等。铜及其他金属离子还会在人体内累积，并导致肝豆状核变性疾病和脑组织损害，因此铜对人体的危害性非常大。

总之，冷却水中铜离子超标不仅影响设备的运行和生产过程，还可能对产品质量、周围环境产生负面影响。因此，企业应该重视冷却水铜离子超标问题，了解和及时控制锅炉循环冷却水中的铜含量，对于保障锅炉系统的正常运行非常重要，只有通过合理的监测控制措施，才能保障循环冷却水的质量，维持锅炉系统的顺利运行

目前，测定循环冷却水中铜含量主要采用原子吸收法和电感耦合等离子发射光谱法，仪器设备采购成本高，维护保养成本高，且分析过程中用到的高纯载气等试剂和耗材成本也比较高，很多中小型化验室不具备分析条件。因此，作者通过采用分光光度法测定循环冷却水中铜含量，降低分析成本，提高分析效率，为循环冷却水系统正常运行提供技术指导

具体测定过程如下：

1.实验

1.1 仪器设备

1.1.1 可见分光光度计：1cm 玻璃比色皿。

1.1.2 电热板：可加热至400℃。

1.1.3 其他分析实验常用玻璃器皿。

1.2 试剂和溶液

除非另有说明，分析时所用试剂均使用符合国家标准的分析纯化学试剂。

1.2.1 硫酸，优级纯

1.2.2 正戊烷，分析纯。

1.2.3 铜标准溶液（1000mg/L）

1.3 试样制备

1.3.1样品采集与保存

水样采集至聚乙烯瓶或玻璃瓶内，要尽快分析。如需保存，应加硫酸使水样酸化至pH<2，2℃～5℃下可保存7 天。

1.3.2 含干扰物样品的预处理

若样品中存在有机物，样品硫酸消解时会产生黑色颗粒物等有色物质，影响比色测定，需通过萃取后加热煮沸，消除有机物干扰。

将样品全部转移至 1000mL的分液漏斗中，并量取 50.0mL 正戊烷加入分液漏斗中，振荡 3min，并经常开启旋塞排气，静置分层后，打开分液漏斗旋塞，将下层水相放至烧杯中，上层有机相倒入废液桶中，如此反复萃取三次次，萃取完成后，将盛有水样的烧杯放在电热板上加热至沸腾，煮沸1min，冷却待测。

1.4 分析步骤

1.4.1 标准曲线

在8个100mL容量瓶中分别加入0、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL铜标准液，用三级水定容至刻度线，摇匀后，其所对应的铜的质量浓度分别为0、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L、20. mg/L 、50.0 mg/L，在波长535nm下，用1cm玻璃比色皿，以三级水作参比，测量吸光度。

以样品空白校正后的吸光度为纵坐标，以其对应的铜质量浓度为横坐标，绘制校准曲线，见图1。

上图中纵轴为分光光度计测定的铜标准溶液的吸光度值，横轴为相应铜标准溶液的浓度值（mg/L）

1.4.2 样品测定

1.4.2.1 清洁水样：取100mL水样于250mL三角瓶中，加入5mL浓硫酸溶液，加热煮沸10min，冷却后转移至100mL，比色皿中，定容至刻度线，摇匀后，在波长535nm下，用1cm玻璃比色皿，以三级水作参比，测量吸光度并通过线性方程计算铜含量。

1.4.2.2 有干扰物的水样：取1.3.2步骤预处理后的水样100mL，按清洁水样测定步骤测量吸光度，并计算铜含量。

1.4.3 空白试验

用三级水测定吸光度值。

1.5 分析结果计算

样品中铜的质量浓度按式（2）计算：

式中：C——样品中铜的质量浓度， mg/L；

A——分光光度计上显示的吸光度。

2 不同测定方法测定结果对比

2.1 标准样品测定结果

采用分光光度法对不同铜含量的5个标准样品溶液进行测定，每个样品重复测定3次，平均结果见表1。

采用本方法的测定铜标准溶液中的铜的含量，其测定结果与标准值的相对误差在±5%之内，因此，采用本方法测定冷却循环水中的铜，其测定结果准确可靠。

2.2 未知浓度废水样测定结果

用原子吸收法和分光光度法分别测定5个未知铜含量的废水样，每个样品重复测定3次，平均结果见表2。

本方法的测定结果与国家标准方法测定结果相比，其相对误差在±5%之内，因此，采用本方法测定循环冷却水中的铜，其测定结果准确可靠。

2.3 样品加标回收率

取含铜废水一份，用分光光度法测定铜质量浓度，测定结果为 1.23mg/L，然后向此样品溶液中分别添加0.5mg/L、2.5mg/L、5.0mg/L的铜标准溶液，然后测定铜含量，测定结果见表3。

本方法的加标回收率在90%至110%之间，说明循环冷却水中的其他组分对本方法的干扰程度在可接受范围之内，因此，采用本方法测定循环冷却水中的铜，其测定结果可靠。

2.4不同测定方法分析成本对比

采用分光光度法测定循环冷却水中的铜，单次测定费用很低，相对于原子吸收法测定铜，节省了分析化验时间，提高了分析效率。

3 结论与注意事项

分光光度法可准确测定循环冷却水中铜含量，仪器设备采购成本低，运行成本低，操作简便；通过比较该方法的测定结果和国家标准（《GB/T 14637-2021工业循环冷却水及水垢中铜、铁、锌的测定 原子吸收光谱法》）方法的测定结果，其准确度和精确度能达到检测要求，因此，可以应用在循环冷却水的监控中。

在检测中需注意：

1 试剂空白的吸光度应不超过0.030（1cm 玻璃比色皿）。

2 水样萃取后，萃取液中残留有有机溶剂，会影响测定结果，需要在萃取后加热煮沸。

参考文献：

[1]  宁波市特种设备检验研究院.工业循环冷却水及水垢中铜、铁、锌的测定 原子吸收光谱法 GB/T 14637-2021[S]. 北京： 中国标准出版社. 2021：08-01

[2]魏复盛. 水和废水监测分析方法[M]. 4版. 北京： 中国环境科学出版社，2002：10-13

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[4] 中国环境监测总站. 水质采样技术指导 HJ 494-2009 [S]. 北京： 中国环境科学出版社. 2009：9.

[5] 中国环境监测总站. 水质采样 样品的保存和管理技术规定 HJ 493-2009 [S]. 北京： 中国环境科学出版社. 2009：9