Transcript 养殖水质改善

实验七
养殖水质改善
第一部分：简易快速水质分析箱
研制及应用
一、实验性质
本实验为设计性和综合
性实验
二、实验意义
1. 现代水产技术的发展
随着现代水产养殖技术的发展，尤其是
“名、贵、特、优”精养品种的开发，养
殖对水质的要求越来越高。水质的好坏，
与水产养殖生产的丰歉休戚相关。能否及
时准确地监测其主要水质指标的浓度及变
化趋势至关重要。
通常水质测定大部分采用现场取样、实
验室分析的模式。由于某些待侧组分或物质
稳定性差，从取样到分析的过程中其可能已
发生变化，如浓度的变化，分析结果不一定
能反映现场水质情况；另一方面，水质测定
需要有一定专业知识的技术人员方可进行。
因此,研制一种使用方便、可随身携带、
普通的养殖人员就可自行操作使用的水质监
测方法，对了解养殖水的质量，及时指导养
殖业生产很有必要。
2. 教学改革的需要
根据海洋化学学科发展的趋势和面向
21世纪培养适应社会主义经济建设高级人
才的需要，作为培养学生综合素质和创新
能力的实验教学改革势在必行。
海洋科学的实验内容尽可能与当前最
新的科学技术相结合，紧跟当前的科研动
态，力求体现实验内容的先进性、代表性
和方向性。
鉴于此，作为海洋科学专业实验室的海洋
化学研究方向实验课的实验内容应：
（1）应随专业课内容变化和社会需求而及
时调整；
（2）应与当前最新的科技技术相结合，应
用性要强；
（3）要新颖, 涉及的知识面要广，具有多
学科互相交叉和互相渗透的特点。
三、实验目的
通过已学过的基础知识，让学生
自行设计和制作简易快速的水质分析
箱（主要测定指标有：pH、DO）现
场监测应用并和实验室标准方法对照
检验。
四、实验的实施方案
实验分三阶段
第一阶段:教师课堂讲授，提示水样箱制作原
理，学生根据有关参考资料(附录一)自行设计
方案，实验发案要求写出pH、DO、氨氮水样
盒的原理、试剂与仪器、实验步骤；
第二阶段:学生提交设计方案，教师课堂讲授
实验原理、步骤，并发给实验讲义（附录二）；
第三阶段:教师讲评学生涉及方案，学生完
成全部研制及现场应用，（二人制作一
个水样盒，六人组成一个水样箱），并
写出实验报告。
五、实验内容
对养殖水体而言，需测定的水质参数
为pH、DO、氨氮、硝氮、亚硝氮、
盐度、温度和硫化物等。
必测项目为： pH、DO、氨氮、
盐度和硫化物。
1. pH
各种水生生物有各自最适宜水长的
pH范围。借助pH值的分布，有
助于认识各自海洋动植物的生活
环境，进而掌握海洋动植物的生
长繁殖规律。
pH－7.5-8.5，鱼类正常生长
pH＜5或＞10.8 鱼类死亡。
影响养殖水体pH的主要因素
①水文条件(温度、盐度)；
②生物活动和有机物分解；
温度：T上升，pH下降。
 因海水中弱酸电离常数随T升高
而升高。
 盐度：盐度升高，离子强度也升
高，碳酸的电离度下降，氢离子
活度下降，所以pH升高。因为
CO2平衡如下：

CO2  H 2 O＝H 2 CO3＝H   HCO3＝2H   CO32
生物活动：因为光合作用消耗CO2，使
平衡左移，pH升高；而生物呼吸作用或
有机物的分解则产生CO2，使平衡右移，
pH下降。

在夏季，白天表层海水光照升高，
浮游植物的光合作用＞呼吸作用或有机
物分解作用，pH升高；

到了晚上，没有光照，光合作用为零，
呼吸或分解作用照样进行，故pH下降。

随着养殖过程大量人工投饵和水文新陈代谢，
引起水体pH值变化、甚至水质恶化和养殖生物
死亡。因此，了解水体pH值及其变化情况，对
养殖业至关重要。
 由于海水的酸碱缓冲容量大，其pH值通常
呈弱碱性，一般7.5~8.6

河水缓冲容量小，pH变化大，5.4~7.5
污水与其性质有关，变化非常之大
2. DO
溶解氧是水生生物赖以生存的重要物质之
一。生物生长离不开DO。DO也是海水运动
的间接标志。海洋表层水DO通常与大气相平
衡。
在真光层（100~200m）DO含量较高
∵浮游植物光合作用产氧
真光层以下，DO达最小
∵生物的代谢物在这里分解要耗氧。
影响DO的主要因素：
① 有温度
② pH
③ 生物活动
④ 人工投饵
大洋水DO＝0~8.5mg/L，低盐区14.5mg/L
养殖水要求：24h内须有16h保持DO≥4mg/L
最低≮3mg/L，即DO≥4mg/L
3.氨－包括离子氨(NH4＋)
和非离子氨(NH3）
氨是生源要素之一，是评价水质好坏的重
要指标，它是含氮有机物分解的中间产物。细
菌对硝酸盐的反硝化作用、细菌和兰藻进行固
氮作用均会产生氨。海水中氨主要以NH4＋形
式存在，也有少量未电离的NH3。
生物需要NH3，但不能过量。因为
过量的NH3对鱼贝类生长有抑制作用，
严重时引起鱼类和无脊椎动物中毒死亡。
∵ NH3不带电荷，脂溶性较高，易透过
细胞膜。
NH4＋的毒性取决于pH，并直接与
NH3浓度成正比。两者的浓度之间有一
经验关系式。
4. 硫化物（S2-）
硫化物是水质恶化的指标之一。S2-是由硫
细菌繁殖时水体或底质中的硫酸根（SO42-）被
还原为硫化氢（H2S）产生的，若水体有恶臭
味，就是水体缺氧的标志。
5. 盐度（S)
水生生物对水环境含盐量的忍耐性、水盐代
谢和渗透压的调节性有很大区别。大致可分
为二类：
狭盐性生物：对盐度变化敏感，只能生活在盐
度稳定的环境中。深海和大洋生物是典型的
狭盐性生物。
广盐性生物：对盐度变化有很大的适应性，能
忍受盐度的剧烈变化。沿海和河口海区的生
物以及洄游动物属广盐性生物。
不同海区动物种类的丰歉程度与盐度高低相关。
盐度的变动，通常伴随着物种数量的减少。如：
地中海
S=38
鱼类 549种
黑 海
S=17
鱼类 121种
亚速海
S=11
鱼类 84 种
盐度变化影响动物的形态、生长和发育。如：
紫贻贝在S=15 海水中生长，体长110mm
在S=12 海水中生长，体长 27mm
比目鱼 在北海
生长3年，体长可达21cm
在波罗的海生长6年,体长才达21cm
以上介绍5项均为必测项目，但由
于时间所限，本实验只选择3项：pH、
DO和氨作为简易快速水质分析箱的研
制和测定项目。
六、实验设计提示
1. pH的设计
pH的测定方法
电测法（pH计法）
比色法（目视法、分光法）
电测法
优点：快速、准确、使用方便
缺点：①养殖水体因饵料、有机物等悬浮物较
多，常附在电极表面，影响测定
②标准缓冲液要标准，更换
原理：用玻璃电极和甘汞电极组成电池即：
Hg-HgCl2(饱和KCl)∣待测H＋∣0.1NHCl,AgCl-Ag
比色法
优点：简便、廉价，无须专业人员操作
缺点：若精度达到要求的话，则无缺点。
原理：某些指示剂在不同的pH值有不同的颜色。
因为
故
[HOAc]=[H+]+[OAc-]，
[H+]=K· [HOAc]/[OAc-]
则其缓冲溶液的范围可通过调节比值[HOAc]/[OAc]
而改变[H+]值。
若能用缓冲溶液配制一系列pH不同
的溶液，用指示剂使其显色，就可
得到标准色阶(其pH值可用pH计准确
测定)。
 同样可用指示剂将样品显色后对照
标准色阶，就可知道样品的pH值。

不同水体和不同的研究目的，对pH测定精度
有不同要求：
作为水团结构标志： 为±0.03pH
作为海水CO2分量测定：
对CO2总量：±0.02pH
对各碳酸盐分量：±0.01~0.02
作为养殖水体：±0.03～0.05
（本实验要求为±0.05）
通常水体的pH值范围：
海水为7.5~8.6
河水为5.4~7.5
设计的关键问题：
①指示剂的选择：提示用酸碱指示剂
②缓冲溶液的选择：提示要达到水质测
定的精度和范围。
③要考虑盐效应
S
5
8
10
12
15
⊿pHs
-0.04
-0.09
-0.12
-0.14
0.17
S
18
22
25
30
35
⊿pHs
-0.19
-0.21
-0.23
-0.24
-26
2. DO的设计
DO的常规测定方法是Winkler碘量法，要求：
①要有标准溶液→精度达±0.1mg的分析天平
②要用Na2S2O3→要经常标定
需要较完善的实验室和经过专业培训，这对
个体养殖专业户而言有一定难度。因此，需
设计简单的方法。本实验拟采用比色法。
Winkler法原理
水样固定：
MnCl2＋2NaOH = Mn(OH)2↓ ＋2NaCl
2Mn(OH)2＋1/2O2 =
MnMnO3 （褐色）↓ ＋2H2O
酸化和滴定：
MnMnO3＋3H2SO4＋2KI
= 2MnSO4＋I2＋K2SO4＋3H20
I2＋2Na2S2O3 = 2NaI＋Na2S4O6
 由反应可知：
①水中DO与析出I2成当量关系
 ②沉淀溶解后的溶液有颜色，即为
碘的颜色

因此可根据碘液的颜色判断DO
含量，从而避免Winkler法中后半部
的滴定操作及Na2S2O3和KIO3标准液
的配制和标定。

设计的关键
①DO与I2的当量关系
N V  8  1000
提示：DO(mgO2/L)=
50
其中N－碘液的当量浓度； V－碘液的体积；
50－定容的体积（ml）
② I2有颜色
提示：将一定浓度的碘液配制成不同颜色的色阶，
而色阶的颜色与O2能相对应。
色阶颜色：从无→浅→黄→澄黄
③精度和范围要符合要求
3. 氨的设计
次溴酸钾氧化法：
氨氮
测定方法
适用于海水
奈氏试剂比色法：
适用于淡水
特点:
显色快(2-3)min，
试剂稳定性长(2y),pH
1-14范围内不受影响，
干扰离子少
奈氏法比色原理：
水中极少量的氨在碱性环境中与Nessler试剂形
成黄色化合物NH2Hg2OI
2K2[HgI4]＋NH4OH＋3KOH =
NH2Hg2OI＋7KI＋3H2O
只要配制一系列含量不同的NH4+标准溶液，与
Nessler试剂反应后就可形成一系列深浅不同的
色阶。水样反应后与色阶对照比色就可测水样
的NH4+含量。
设计的关键问题
①Nessler试剂的配制
提示：11.5g＋80gKI→500gH2O＋500mL
6mol NaOH→K2[HgI4]]
②精度和浓度范围见讲义P66表1养殖水水质
标准
水质标准
1
2
3
4
5
pH
6.5～8.5
6.5～8.5
6.5～8.5
6.5～8.5
6.5～9
DO(mg/L)
7
6
5
3
2
NH4＋－N(mg/L)
0.2
0.4
0.5
0.7
1.0
七、实验安排
1. 每人都要写出3个测定项目的设计方案，
下次课(国庆后）交；
2. 实验操作，每2人一组做1个项目。因
此，每三个组组成一个水样箱，数据
共用。分工见实验课安排表。
3. 每人都要写实验报告，内容包括3个
测定项目。
八、实验设计方案的要求
实验原理
1. 仪器和试剂
试剂要写出试剂名称、重量、溶剂体积等配
制方法。
3. 实验步骤
①步骤色阶的制作
②水样的测定
以上步骤均要求写出试剂的浓度、体积，所
用容器等详细的操作。总之，相当于写实验
讲义。
九、实验报告的要求
画出水样箱的简易俯视图
1. 写出水样箱有关测定项目的简单使
用说明书
2. 报告内容按实验讲义的要求。
留待邓老师交待
实验七
养殖水质改善
第二部分：简易快速水质分析箱

的研制及应用

实验内容：
1、溶解氧
2、pH
3、氨氮
实验目的：
1、建立快速、简便、易操作的
现场测定方法
2、应用于实际样品的测定
溶解氧
1.Winkler碘量法的原理
①
水样固定：
MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2 ↓+ 2NaCl
2Mn(OH)2 + 1/2O2 = MnMnO3(褐色) + H2O
② 酸化滴定：
MnMnO3＋3H2SO4＋2KI
= 2MnSO4＋I2＋K2SO4＋3H20
I2＋2Na2S2O3 = 2NaI＋Na2S4O6
从以上反应可知：
A、该反应分两步进行：碘的生成和碘的定量
B、酸化后，碘的浓度越大，溶液颜色越深
Ｃ、 DO与I2的当量关系 M V  81000
50
DO(mgO2/L)=
Ｍ－碘液的摩尔浓度；
V－碘液的体积；
50－定容体积（ml）
因此，可通过测定碘液的颜色强度来
判定DO的含量，从而避免Winkler法
中后半部的滴定操作及Na2S2O3标准
液的配制和标定。
（2）可根据淀粉试纸在不同碘液浓度中其
呈兰色且发色强度不同，对照其色阶判定
DO的含量，该方法可避免因水样混浊对析
出等量碘液的颜色的干扰。
（3）也可将上述两种方法兼顾考虑使用，
增强判定DO含量的可信度。
2.实验步骤
2.1试剂配制
MnCl2
碱性碘化钾
1：1硫酸
0.0125mol/L碘液
2.2 色阶制作
分别按下表的体积移取0.0125mol/L碘液
于50mL容量瓶中，以蒸馏水定容。对应的
DO浓度按上述公式计算见表中。
V碘液
0 0.25 0.50
0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25
（mL）
DO 0
(mg/L)
1
2
3
DO(mgO2/L)=
4
5
6
M V  8 1000
50
7
8
9
将上述各标准溶液系列分装至10支10 mL试管中，
并写上相应的溶解氧浓度，作为标准色阶系列。
颜色变化：无色—浅黄—黄色—橙黄
精度：0.5 mg/L
范围：0-9 mg/L
应用
取水样装满10 mL比色管，加入MnSO4
和碱性KI各2滴，混匀，待沉淀至管高一
半时，加1：1硫酸，沉淀溶解，摇匀，用
比阶对比，读出水样的溶解氧含量。
2.3
水样：
漳州校区内湖淡水、海边海水、漳州校区生活污水
3.实验要求
1）用比色法测水样中的溶解氧。
2）用WINKLER法测定水中的溶解氧。
3）水样曝气2ｈ后用比色法测定水中溶解
氧。
4.数据处理
（1）比较比色法和WINKLER 法测定
的结果，计算相对偏差。
（2）讨论水样曝气前和曝气后用比色
法测定的溶解氧的变化情况。
1.原理
配制一系列pH值已知（用电测法测定）的标
准溶液，用合适的指示剂显色后制成色阶。
 加一定量的指示剂于同样体积的水样中，若
水样的颜色与色阶的某一标准颜色相近，则
水样的pH值就等于该标准溶液的pH值。
 若水样的色泽处于两个标准液的色泽之间，
则其pH值可用内插法求得。

海水：呈弱碱性，缓冲容量大，其pH
值一般在7.5～8.6之间，查表可知应选
用甲酚红（有效变色范围pH 7.2-8.8）
河水：呈弱酸性，缓冲容量小，pH变
化大，一般为5.4～7.5之间。查表可知
应选用溴百里酚兰（有效变色范围pH
6.0-7.6）
2.实验步骤
2.1试剂配制
 硼砂溶液：分析纯的Na2B4O710H2O在NaBr干燥
器中干燥至恒重，称取19.108ｇ溶解并稀释
到1Ｌ。
 硼酸溶液：分析纯H3BO3，在CaCl2干燥器干燥
至恒重，称取12.925g混以2.925g二级纯的
NaCl（须在160℃烘箱中烘干，在干燥器内冷
却，称量），溶解并稀释至1Ｌ。
 甲酚红指示剂：100mg甲酚红溶于100mL 20%
酒精中，配好贮存于暗处，可长期使用。
2.1试剂配制
 酸氢二纳：称取Na2HPO4·2H2O 11.876 g/L或
Na2HPO4 9.4g/L，溶解并稀释至1升。
 磷酸二氢钾：称取KH2PO4 9.078g/L，溶解并
稀释至1升。
 溴百里酚兰指示剂：称溴百里酚0.5g 溶于
250mL20％乙醇中。
2.2 海水色阶制作
 按pH间隔0.2，范围为7.4-9.0，照表1所示体积，
分别移取硼酸和硼砂溶液，共9份。
 每份配制20.0 mL，每瓶溶液均用pH计测定，并将
测得的pH值标记于瓶上。
 取9支10mL刻度试管，分别取上述各瓶pH缓冲液各
10.0mL，加入5滴甲酚红指示剂，混匀后装入1.5mL
小塑料瓶，将色阶密封，标明pH值，存放于暗处或
特制的比色箱中，作为标准色阶。
 色阶架上应附一盛有蒸馏水的试管，插入温度计，
记录标准色阶温度，必要时进行温度校正。
表1
Na2B4
O7
H3BO3
(A)毫
升
(B)毫
升
7.40
1.00
9.00
7.50
1.50
7.65
硼酸缓冲溶液配制表
Na2B4
O7
H3BO3
Na2B4
O7
H3BO3
(A)毫
升
(B)毫
升
(A)毫
升
(B)毫
升
8.00
2.70
7.30
8.45
4.68
5.32
8.50
8.05
2.88
7.12
8.50
4.94
5.06
1.62
8.38
8.10
3.08
6.92
8.55
5.21
4.79
7.70
1.76
8.24
8.15
3.28
6.72
8.60
5.50
4.50
7.75
1.90
8.10
8.20
3.50
6.50
8.65
5.79
4.21
7.80
2.05
7.95
8.25
3.72
6.28
8.70
6.08
3.92
7.85
2.20
7.80
8.30
3.94
6.06
8.75
6.40
3.60
7.90
2.36
7.64
8.35
4.18
5.82
8.80
6.72
3.28
7.95
2.53
7.47
8.40
4.43
5.57
9.00
8.00
2.00
pH
pH
pH
盐度效应：
S
5
8
10
12
15
⊿pHs
-0.04
-0.09
-0.12
-0.14
0.17
S
⊿pHs
18
-0.19
22
-0.21
25
-0.23
30
-0.24
35
-26

2.3
淡水色阶制作
pH间隔0.2，范围为5.4-7.6，照表2所示体积，
分别移取磷酸缓冲溶液，共12份。
 每份配制100mL（用烧杯），移10ｍＬ至10mL
刻度试管，加2滴溴百里酚兰指示剂，用玻棒
搅匀，作为标准色阶。
 余下溶液用pH计测定其pH值，标示于标准色阶
上。

表2 磷酸缓冲液配制表
pH
5.4
5.6
5.8
6
6.2
X(ml) 3
5
7.8
12
18.5 26.5 37.5 50
61.1 71.5 80.4 86.8
Y(m
L)
95
92.2 88
81.5 73.5 62.5 50
38.9 28.5 19.6 13.2
97
6.4
6.6
6.8
注：X－1/15ｍol/L磷酸氢二纳；
Y－1/15ｍol/L磷酸二氢钾；
色阶精度为±0.1。
7
7.2
7.4
7.6
2.4应用

海水水样

移取水样于1.5mL小试管中，加入1滴甲酚红指示剂，
盖紧，颠倒两三次，使试剂与水样混合（不能大力
摇晃，以免引起海水CO2平衡系统的改变），擦干
试管外壁，对照海水标准色阶，用内插法比色，读
出水样pH值，并对照表3进行盐度校正。

淡水水样

操作与海水相同，指示剂用溴百里香，色阶用淡水
标准色阶。
3.实验要求
用比色法测水样中pH。
 用pH计法测定水中pH 值。
 水样曝气2ｈ后用比色法测水中pH 值。

4.数据处理
比较比色法和pH计法测定结果，计算相对偏
差。
 讨论曝气前和曝气后用比色法测定pH的变化
情况。

铵氮
1. 原理
 溶液中极少量的铵在碱性环境中与Nessler试剂形成黄
色化合物（NH2Hg2OI），其反应如下：
2K2[HgI4]＋NH4OH＋3KOH = NH2Hg2OI＋7KI＋3H2O
当铵氮浓度在10～800g/L范围时，生成化合物的颜色
与含量间有一定线性关系，可用比色法测定。
 随着NH4＋含量增加，颜色由黄色加强至红褐色。
 Nessler试剂不仅与NH4＋、游离氨能生成有色化合物，
与水中各种蛋白质化合物分解生成的氨也能发生同一
反应，因此，适合于养殖水铵氮的测定。

2.色阶制作
2.1 试剂配制
无氨蒸馏水：1L蒸馏水中加1mLH2SO4和数粒
KMnO4，然后进行蒸馏。
 30% 酒石酸钾钠水溶液：取优级纯酒石酸钾钠，
用无氨蒸馏水配成30%溶液。
 20% NaOH溶液：用优级纯NaOH配制20% 水溶液
（用无氨蒸馏水）。
 Nessler试剂：溶解115g HgI2和80g KI于
500mL无氨蒸馏水中，然后再加入500mL经煮沸
除氨的6mol/LNaOH溶液，将此液置于暗色玻璃
瓶中。


2.1试剂配制
无氨海水：把盐度与水样相近的海水倒入烧杯
中，用Na2CO3稍加碱化，加入同体积的蒸馏
水，蒸沸至原来体积。加入少许HCl以消除浑
浊，冷却后倒入干净的容器中，塞紧保存。也
可以陈化海水或大洋或深海海水代替无氨海水，
也可以用人工无氨海水代替之。
 NH4Cl标准贮备液：称取0.2674g NH4Cl（A.R，
110℃烘1小时）配成500mL，浓度为
10mol/mL 。
 NH4Cl标准使用液：移取NH4Cl标准贮备液2
mL稀释成100 mL，浓度为0.20 mol/mL 。

2.3 标准色阶制作
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A：在6个50 mL比色管分别加入1.25mL的30%的酒石酸
钾钠和5mL 20% 的NaOH溶液；
B、用移液管移取NH4Cl标准使用液0，0.50，1.00，2.00，
3.00，4.00mL分别注入50mL的容量瓶中，然后用无氨水
稀释至刻度，摇匀；
将B缓慢倒入A，摇匀后加入1 mL的Nessler试剂，混匀，
10分钟后进行比色，并在=420nm处用l=1cm的比色皿测
其吸光值，并作出标准工作曲线。
这样所配制的一套标准色阶的浓度分别为0，100，200，
400，600，800gN/mL。
2.4应用
移取50.0mL水样（同DO测定水样，若水样
过于混浊，可用滤纸过滤）于50mL比色管
中，按标准色阶配制的步骤操作，然后进行
目视比色。
 若水样中含有与Nessler试剂产生混浊或沉淀
的Ca2+、Mg2+或其他离子，可多加入1mL酒
石酸钾纳（ C4H4O6KNa4H2O）试剂和
1mLNessler试剂。
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3.实验内容
ａ用比色法测水样中的铵氮。
 ｂ用分光光度法法测定水中的氨氮值。
(若水样混浊或有颜色，须用0.45μm的醋酸纤
维膜过滤)
 仪器：721分光光度计；检测波长：420 nm；
1cm的比色皿
 c水样曝气2小时后，用比色法再测水中的pH
值。
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4.数据处理
比较比色法和分光光度法测定的结果，计算相
对偏差。
 讨论曝气前和曝气后用比色法测定的氨氮的变
化情况。
 计算各水样非离子氨的含量（计算公式见讲义）
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实验报告的要求
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1、画出水样箱的简易俯视图
 2、写出水样箱有关测定项目简单使用说明书
 3、实验报告内容
①原理
②仪器和试剂
③方法
④数据处理（计算相对偏差，比较曝气前
后的变化等