养殖水质改善

null实验七 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、实验性质一、实验性质本实验为性和综合性实验二、实验意义二、实验意义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。null 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。 null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。null 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）；null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。nullpH 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。 null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； null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：null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。null 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null2. 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。null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/Lnull3.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。 null 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。null4. 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。null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。null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21cmnull 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、实验设计提示六、实验设计提示pH的设计电测法（pH计法） 比色法（目视法、分光法）pH的测定方法null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 null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 [HOAc]=[H+]+[OAc-]， 故 [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。 null 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。 null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5.4~7.5null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null2. 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。nullWinkler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＋Na2S4O6null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。null设计的关键 ①DO与I2的当量关系 提示：DO(mgO2/L)= 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null3. 氨的设计 氨氮 测定方法奈氏试剂比色法： 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， 干扰离子少次溴酸钾氧化法： 适用于海水null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。null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养殖水水质标准七、实验安排七、实验安排每人都要写出3个测定项目的设计方案，下次课(国庆后）交； 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。 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八、实验设计方案的要求实验原理 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、实验报告的要求九、实验报告的要求画出水样箱的简易俯视图 写出水样箱有关测定项目的简单使用说明书 报告内容按实验讲义的要求。 留待邓老师交待null第二部分：简易快速水质分析箱 的研制及应用实验七 养殖水质改善实验内容： 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 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 溶解氧 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 　　　DO(mgO2/L)= 　　　Ｍ－碘液的摩尔浓度； 　　　V－碘液的体积； 50－定容体积（ml） 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 　　　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）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.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。 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。 DO(mgO2/L)= null　　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 null 2.3　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　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。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。 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。 null4.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） 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.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。null2.1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。 null表1　硼酸缓冲溶液配制表nullnull盐度效应：null2.3　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。null 表2 磷酸缓冲液配制表 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。 null2.4应用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 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： 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。 2K2[HgI4]＋NH4OH＋3KOH = NH2Hg2OI＋7KI＋3H2O 2.色阶制作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2.3 标准色阶制作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。3.实验内容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。4.数据处理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）实验报告的要求 实验报告的要求 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