论文总字数：20390字

摘 要

化学需氧量（简称COD）指的是以氧气作为氧化剂氧化水体中需要被氧化的还原性物质所消耗的氧气的量，单位是mg·L^-1。这些还原性化合物通过日常接触会长期滞留在人体内，损坏某些特定的组织器官，影响着人类的生存与健康。但是在测定时由于氧气的氧化速率过于缓慢，所以我们一般都是采用高锰酸钾作为氧化剂从而来测定高锰酸盐指数（COD_Mn）。传统的COD_Mn测量方法是国标法的滴定法，但是由于国标法的诸多缺点，目前在一些实际测定情况下已经不再使用这种方法了。而另一种现在广泛使用的方法就是分光光度法，该方法便捷快速，并且有很高的灵敏度和精密度。

本论文旨在自主研制COD_Mn快速测定仪，以光度分析流程代替滴定分析流程，针对传统的分光光度法做出了改进，以连续流动注射的进样方式代替了传统的手工进样，使平均测定耗时由20 min / 样降至约3 min / 样，批处理样品的数量高达70个，精确度也很高，可以精确到小数点之后四位，COD的测定上限也从国标法的4.5 mg·L^-1提升至15 mg·L^-1。

关键词：高锰酸盐指数 分光光度法 快速测定仪 连续流动注射

Study on the Rapid Determination Method of COD_Mn

and Its Device Design

Abstract

Chemical oxygen demand (referred to as COD) refers to the amount of oxygen consumed by the reducing material that needs to be oxidized in the water to oxidize oxygen as an oxidant, and the unit is mg·L^-1. These reducing compounds will stay in the human body through daily contact and damage certain tissues and organs, affecting human health and survival. However, due to the slow oxidation rate of oxygen during the measurement, we generally use potassium permanganate as an oxidant to determine the permanganate index (COD_Mn). The traditional COD_Mn measurement method is the titration method of the national standard method, but due to many drawbacks of the national standard method, this method is no longer used in some actual measurement situations. Another method that is now widely used is spectrophotometry, which is quick and easy, and has high sensitivity and precision.

The purpose of this paper is to independently develop the COD_Mn rapid analyzer and replace the titration analysis process with a photometric analysis process. Improvements have been made to the traditional spectrophotometric method, which replaces the traditional manual injection with a continuous flow injection method. The improvements reduce the average measurement time from 20 min/sample to about 3 min/sample. The number of batches of samples is as high as 70, the accuracy is also very high, can be accurate to four decimal places, the upper limit of COD measurement has also been raised from the 4.5 mg·L^-1 of the national standard method to 15 mg·L^-1.

Key Words: COD_Mn; Spectrophotometry; rapid analyzer; Continuous flow injection

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 COD及COD_Mn的简介 1

1.1.1 COD介绍 1

1.1.2 COD_Mn介绍 2

1.2 监测COD_Mn常用方法 2

1.2.1 国标法（经典法） 2

1.2.2 库仑法 3

1.2.3 COD在线自动监测仪 3

1.2.4 分光光度法 4

1.3 分析技术 5

1.3.1 流动注射进样 5

1.3.2 微波辐射消解法 6

1.4 论文的主要研究目的，内容及意义 7

第二章 实验内容 8

2.1 国标法 8

2.1.1 实验仪器 8

2.1.2 实验试剂 8

2.1.3 实验所需溶液配制 8

2.1.4 实验步骤 9

2.1.5 分析结果 10

2.2 分光光度法 10

2.2.1 实验仪器 10

2.2.2 实验试剂 10

2.2.3 实验所需溶液配制 11

2.2.4 实验步骤 11

2.2.5 分析结果 12

2.3 对比与讨论 13

2.3.1 对比实验 13

2.3.2 结果与讨论 13

第三章 仪器部分 15

3.1 Thinked 7800I-G仪器测试流程及实验 15

3.1.1 试剂配方 16

3.1.2 测试条件 16

3.1.3 实验所需溶液 17

3.1.4实验标准曲线的绘制 17

3.1.5 实际样品的测定 18

3.2 小结 19

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1 COD及COD_Mn的简介

1.1.1 COD介绍

化学需氧量（Chemical Oxygen Demand），简称COD，是指以氧气作为氧化剂还原水体中的还原物质消耗氧气的量，单位一般是mg·L^-1，它是水质检测的重要指标之一。水中的还原性物质除了各种有机物还有无机还原性盐，但有机物还是占主导。因此，COD又作为测量水质有机物浓度的指标。化学需氧量（COD），生物需氧量（BOD）和总有机碳（TOC）都是评估水体中有机物含量的三个主要指标。虽然TOC可以有效地分析可溶性有机化合物，而BOD又能高效地反映污染物的可生物降解部分，但是COD代表着大部分废水排放的总污染物量，并且COD分析方法比BOD分析方法高速而简单并且重复性好，需要的设备也比TOC测量方法少^[1]。因此，COD是评估有机污染的首选指标。水体中的还原性物质破坏环境的过程主要是通过消耗水中的溶解氧：当水中的有机物在被环境分解和生物降解时，会消耗水中的溶解氧而造成氧的缺失，但是水体中的氧气恢复速度并没有那么迅速，所以水中溶解氧含量（DO）就会慢慢降低直至降为0，这个时候水里的厌氧菌就会投入工作，厌氧菌在厌氧状态分解水中有机物，水体就会变得又黑又臭，进一步影响周边环境^[2]。生活在这种环境下的人群的健康状态也只会越来越差，而且这些还原性化合物会长期依附在人体内，破坏一些特定的器官，改变细胞的DNA，人体组织从而发生癌变和畸变或损害神经系统功能等。因此COD值越大，表示水质环境污染越严重。根据近几年国内研究表明，在我们日常使用的水源中可以检测出来的有机物高达1500种，其中有大概150种属于一级致癌物，二级致癌物，促癌物，但是因为有机物种类繁多，结构负载，所以很难做到对它们定性和定量分析，因此对COD进行实时监测和控制是我们目前亟不可待的任务^[3]。

1.1.2 COD_Mn介绍

由于氧气的氧化速率过于缓慢，所以目前使用的方法是酸性高锰酸钾氧化法或者重铬酸钾氧化法，这些方法分别是以酸性高锰酸钾或者重铬酸钾代替氧气作为氧化剂氧化水体中的还原性物质，从而测得COD_Mn或者COD_Cr。由于高锰酸钾（氧化率为50%-60%）要弱于重铬酸钾的氧化能力（氧化率为80%-90%），所以COD_Mn适用于测定一般地表水如生活污水、湖泊水等^[4]。然而重铬酸钾法有几个缺点，回流过程耗时太长（2-4h），试剂非常昂贵（Ag₂SO₄）并且剧毒（HgSO₄）等。所以在日本等国家，重铬酸钾法已被废弃。所以目前针对污染不是特别严重的水样，都是使用COD_Mn测量法。

1.2 监测COD_Mn常用方法

1.2.1 国标法（经典法）

在我国，测定水中高锰酸盐指数的方法采用国家标准法^[5]。此标准适用范围是地面水，饮用水和水源水的测定，测定范围为0.5~4.5 mg·L^-1。原理反应式如下：

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