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 本实验为设计性和综合性实验

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。

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。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。

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：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。

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：

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。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。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。

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：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。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 • 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

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 [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。

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)。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：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

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

3. 氨的设计 次溴酸钾氧化法：适用于海水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

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。

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 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 • 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 • 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 • 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

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

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) + H2O② 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)=

　　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

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。

实验七 养殖水质改善