實驗一 鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移 - 廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院

1、實驗一實驗一 鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移v一、目的要求一、目的要求 v 二、方法概述二、方法概述v 三三 、儀器與試劑、儀器與試劑 v 四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 v 五、數(shù)據(jù)處理與問題討論五、數(shù)據(jù)處理與問題討論一、目的要求一、目的要求（1）了解可溶鐵在河口海區(qū)的分布轉(zhuǎn)移）了解可溶鐵在河口海區(qū)的分布轉(zhuǎn)移情況，試算非保守成分的去除率及入海情況，試算非保守成分的去除率及入海通量。通量。 （2）掌握溶解鐵及鹽度的一般測定方法。）掌握溶解鐵及鹽度的一般測定方法。二、方法概述二、方法概述 鐵是地殼中含量豐富（僅次于鋁）、分鐵是地殼中含量豐富（僅次于鋁）、分布廣泛的元素。天然水中的含鐵量差異甚大，

2、布廣泛的元素。天然水中的含鐵量差異甚大，海水海水（S =35S =35）溶解鐵的平均含量為溶解鐵的平均含量為1010 g/Lg/L，而而河水河水中的溶解鐵含量通常為中的溶解鐵含量通常為幾百微克幾百微克/ /升升且且多數(shù)以高分子有機絡(luò)合鐵（如鐵的腐殖酸絡(luò)多數(shù)以高分子有機絡(luò)合鐵（如鐵的腐殖酸絡(luò)合物）存在。顯然，在河口海區(qū)，隨著河合物）存在。顯然，在河口海區(qū)，隨著河海水的混合過程海水的混合過程SS、pHpH的變化以及有機膠體的變化以及有機膠體的絮凝沉淀，鐵便從水相中除去。的絮凝沉淀，鐵便從水相中除去。 因此，在因此，在河口海區(qū)，鐵是一種典河口海區(qū)，鐵是一種典型的非保守成份型的非保守成份，即鐵在混合水

3、體中，即鐵在混合水體中的濃度比正常的理論稀釋曲線來得低。的濃度比正常的理論稀釋曲線來得低。而且許多重金屬微量成份也伴隨著鐵而且許多重金屬微量成份也伴隨著鐵的絮凝而被吸收轉(zhuǎn)移，極大地影響了的絮凝而被吸收轉(zhuǎn)移，極大地影響了它們的地球化學(xué)過程。因此，鐵在河它們的地球化學(xué)過程。因此，鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移過程已成為河口環(huán)境化口海區(qū)的轉(zhuǎn)移過程已成為河口環(huán)境化學(xué)的重要研究課題之一。學(xué)的重要研究課題之一。 實驗采集由河端經(jīng)河口海區(qū)直至海端各站位實驗采集由河端經(jīng)河口海區(qū)直至海端各站位的海水水樣，分別測定各站位水樣的氯度和可溶的海水水樣，分別測定各站位水樣的氯度和可溶鐵濃度，并作鐵濃度，并作C CFeFe ClCl

4、關(guān)系曲線（見下頁圖）。關(guān)系曲線（見下頁圖）。 v鐵的鐵的轉(zhuǎn)移曲線特點轉(zhuǎn)移曲線特點：在河口混合區(qū)的：在河口混合區(qū)的低鹽度低鹽度區(qū)域區(qū)域范圍產(chǎn)生明顯的范圍產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象轉(zhuǎn)移現(xiàn)象（曲線下凹），（曲線下凹），而到了某一而到了某一高鹽度區(qū)域高鹽度區(qū)域范圍則又恢復(fù)范圍則又恢復(fù)保守行保守行為為，成為僅受海水稀釋制約的直線關(guān)系，成為僅受海水稀釋制約的直線關(guān)系 。 根據(jù)這一特點，我們便可以由高鹽度根據(jù)這一特點，我們便可以由高鹽度區(qū)域所得區(qū)域所得CFe Cl關(guān)系直線段外推到鹽度關(guān)系直線段外推到鹽度為零（即河端）的位置，則與縱坐標為零（即河端）的位置，則與縱坐標C相相交于交于C0*，這濃度就是河流溶解組份鐵對這

5、濃度就是河流溶解組份鐵對海洋貢獻的實際濃度。海洋貢獻的實際濃度。 了解鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移過程了解鐵在河口海區(qū)的轉(zhuǎn)移過程,應(yīng)先應(yīng)先了解河口特征了解河口特征. 阿斯頓阿斯頓(Aston)歸納河口歸納河口三大特征三大特征: 1)河海交匯區(qū)域形成許多中間鹽度河海交匯區(qū)域形成許多中間鹽度 2)周期性周期性S循環(huán)變化規(guī)律循環(huán)變化規(guī)律 陸陸(河水河水): 豐、枯水期豐、枯水期 潮潮(海水海水): 高、平、低潮高、平、低潮 3)形成最大的濁度區(qū)，固形成最大的濁度區(qū)，固/液進行明液進行明顯、復(fù)雜的物質(zhì)交換顯、復(fù)雜的物質(zhì)交換,，決定了入海組分，決定了入海組分通量。通量。 河口是海洋的咽喉，是淡咸水的交河口是海洋的

6、咽喉，是淡咸水的交匯口。基于全球觀點，河口對于溶解態(tài)匯口?；谌蛴^點，河口對于溶解態(tài)與固態(tài)顆粒物質(zhì)補充輸入海洋，從定量與固態(tài)顆粒物質(zhì)補充輸入海洋，從定量上講是很重要的。因此，物質(zhì)經(jīng)河口的上講是很重要的。因此，物質(zhì)經(jīng)河口的入海通量是上世紀入海通量是上世紀7080年代的熱門研年代的熱門研究課題。究課題。 Garrels 和和 ackenzic 1971年研究得出年研究得出: 陸地進入海洋的物質(zhì)陸地進入海洋的物質(zhì)(陸源向海洋輸陸源向海洋輸 送送)約約2501014g/yr，其中河流其中河流 河口河口 海洋為海洋為210 1014g/yr(占占85%)。 真正進入海洋的物質(zhì)真正進入海洋的物質(zhì)170

7、1014g/yr (溶解形式到達河口溶解形式到達河口)，剩余約轉(zhuǎn)移，剩余約轉(zhuǎn)移40 1014g/yr (以懸浮固體形式存在以懸浮固體形式存在)。 物質(zhì)轉(zhuǎn)移的原因：物質(zhì)轉(zhuǎn)移的原因： 河口受淡水影響，河口受淡水影響， 水環(huán)境因素突變水環(huán)境因素突變 (鹽度、鹽度、pH、Eh、SS）產(chǎn)生絮凝作用產(chǎn)生絮凝作用 懸浮物懸浮物/液體的交換（液體的交換（ 各種固體與溶各種固體與溶解成分間的交換吸附作用與沉積作用）解成分間的交換吸附作用與沉積作用） 生物作用（吸收、累積、分解等）生物作用（吸收、累積、分解等）物質(zhì)轉(zhuǎn)移的定量描述物質(zhì)轉(zhuǎn)移的定量描述 根據(jù)根據(jù)Boyle(博伊爾）博伊爾）1974年研究即河水年研究即河

8、水海水混合中各成分濃度與氯度的關(guān)系模型推導(dǎo)得海水混合中各成分濃度與氯度的關(guān)系模型推導(dǎo)得出物質(zhì)經(jīng)河口的入海通量、轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率關(guān)系出物質(zhì)經(jīng)河口的入海通量、轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率關(guān)系式（適用于河口可溶性組分）分別為：式（適用于河口可溶性組分）分別為： 通量：通量： F = Q C0* （Q為河流流量）為河流流量） 轉(zhuǎn)移量：轉(zhuǎn)移量： L = Q (C0C0*)（C0為河端鐵濃度）為河端鐵濃度） 轉(zhuǎn)移率：轉(zhuǎn)移率： G=(C0 C0*)/ C0 100%三、儀器與試劑三、儀器與試劑 1、儀器、儀器 721分光光度計分光光度計1臺臺 電磁攪拌器（電磁攪拌器（350400轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分）一臺分）一臺 海水移液管海水移液管

9、1支支 海水氯度滴定管海水氯度滴定管1支支 燒杯燒杯200mL 12個個 比色管（比色管（50mL）18支支 移液管若干移液管若干 海水移液管（海水移液管（15mL）1支支 2、試劑、試劑 （1）1:1鹽酸鹽酸 （2）鹽酸羥胺溶液（）鹽酸羥胺溶液（臨用時配制臨用時配制） （3）醋酸銨（或醋酸鈉）緩沖液）醋酸銨（或醋酸鈉）緩沖液 （4）0.2%鄰菲啰啉溶鄰菲啰啉溶 液液 （5）鐵的貯備液）鐵的貯備液 (200 g Fe/ml ) （6）鐵的標準使用液（）鐵的標準使用液（2.5gFe/ml,臨用時配制臨用時配制） （7）硝酸銀溶液）硝酸銀溶液 （8）10% K2CrO4指示劑指示劑 （9）標準海水

10、（氯度值精確至）標準海水（氯度值精確至0.001） （10）2:3 NH4OH四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 1 采樣：采樣：從河端密集采樣至海端從河端密集采樣至海端,只需采表層樣只需采表層樣 2 保存：保存：Cl與與Fe樣品分開保存樣品分開保存, Fe水樣需水樣需酸酸化固定化固定 3 測試原理與步驟測試原理與步驟: 1)Fe測定測定: Fe() Fe() 橙紅色的絡(luò)合物橙紅色的絡(luò)合物 分光測定分光測定(=510 nm, L=3cm)鹽酸鹽酸, , 鹽酸羥胺鹽酸羥胺pH=35, ,強酸還原強酸還原鄰菲啰啉2)水樣氯度測定水樣氯度測定 氯度用氯度用銀量滴定法測定銀量滴定法測定 原理原理：在一定體積的水

11、樣中，加入在一定體積的水樣中，加入10% K2CrO4指示劑，用標準硝酸銀溶液滴定。指示劑，用標準硝酸銀溶液滴定。 滴定反應(yīng)：滴定反應(yīng)： Ag+ + X AgX （X為為Cl、Br、I） 指示反應(yīng)：指示反應(yīng)： (AgX)X+ F（AgX）Ag+F （F為指示劑陰離子基團）為指示劑陰離子基團） 等當(dāng)點前：黃綠色；等當(dāng)點后：淺玫瑰紅色。等當(dāng)點前：黃綠色；等當(dāng)點后：淺玫瑰紅色。用同樣方法滴定標準海水，借以計算水樣的氯度。用同樣方法滴定標準海水，借以計算水樣的氯度。 具體步驟如下：具體步驟如下： 硝酸銀標準溶液的標定：硝酸銀標準溶液的標定： 準確移取標準海水兩份準確移取標準海水兩份 各加入各加入5滴滴

12、10%K2CrO4指示劑指示劑 電磁攪拌器上電磁攪拌器上攪拌攪拌 滴定至溶液為由黃色突變?yōu)榉€(wěn)定的淺桔紅滴定至溶液為由黃色突變?yōu)榉€(wěn)定的淺桔紅色色,30秒內(nèi)不褪色記下滴定管讀數(shù)（讀準至秒內(nèi)不褪色記下滴定管讀數(shù)（讀準至0.01，兩份滴，兩份滴定讀數(shù)之差應(yīng)低于定讀數(shù)之差應(yīng)低于0.02）。玻璃磁轉(zhuǎn)子玻璃磁轉(zhuǎn)子AgNO3溶液溶液 水樣的測定水樣的測定 以水樣代替標準海水，按上述以水樣代替標準海水，按上述測定標準海水的步驟對水樣進行測測定標準海水的步驟對水樣進行測定（定（注意每移一份不同站位水樣，注意每移一份不同站位水樣，都須用該水樣洗淌移液管兩遍都須用該水樣洗淌移液管兩遍）。）。水樣測定結(jié)果記錄表水樣測定

13、結(jié)果記錄表1，并，并查麥伽克查麥伽克萊表萊表，計算氯度。，計算氯度。3) 水樣鐵的測定水樣鐵的測定v鐵的測定采用鄰菲啰啉鐵的測定采用鄰菲啰啉分光光度法分光光度法v 方法原理方法原理：水樣加入鹽酸和鹽酸羥胺，并用：水樣加入鹽酸和鹽酸羥胺，并用醋酸銨緩沖液調(diào)節(jié)醋酸銨緩沖液調(diào)節(jié)pH為為3.5左右，把鐵（左右，把鐵（ III）還原成低價態(tài)鐵（還原成低價態(tài)鐵（ II），），加入加入0.2鄰菲啰啉鄰菲啰啉溶液，使其生成一種橙紅色絡(luò)合物，在溶液，使其生成一種橙紅色絡(luò)合物，在510nm波長下（波長下（L = 3cm）以以721分光光度計分光光度計測定。測定。v此法最低檢出濃度為此法最低檢出濃度為3 g/L，具

14、體步驟如下：具體步驟如下：A 標準工作曲線測定標準工作曲線測定v 分別移取分別移取0，1，2，4，6，8，10mL鐵標準鐵標準使用液（使用液（2.5 g Fe/mL），），于于50mL比色管中比色管中用蒸餾水稀釋至刻度用蒸餾水稀釋至刻度v加入加入2.5mL 1:1鹽酸和鹽酸和1mL 10%鹽酸羥胺，鹽酸羥胺，搖勻，放置搖勻，放置5分鐘分鐘v然后加入然后加入2.5mL 0.2% 鄰菲啰啉和鄰菲啰啉和3mL 2:3 NH4OH，再加入再加入5mL NaAcHAc緩沖溶液，緩沖溶液，充分混和均勻充分混和均勻v放置放置15分鐘，使其充分顯色，于分鐘，使其充分顯色，于510nm波長波長下（下（L = 3

15、cm）用用721分光計測定，將數(shù)據(jù)填分光計測定，將數(shù)據(jù)填入表入表2。 移取移取0，1，2，4，6，8，10mlFe標準使用液標準使用液（2.5gFe/ml）于）于50ml比色管中比色管中,蒸餾水稀至刻度蒸餾水稀至刻度 +2.5ml l:1 HCl和和1ml 10%鹽酸羥胺，搖勻鹽酸羥胺，搖勻 強酸型還原強酸型還原（pH=2） 放置放置5min 放置放置15min，顯色，顯色 721分光計測其吸光值分光計測其吸光值A(chǔ) （=510nm，L=3cm）。）。 同法依次測定水樣的吸光值。同法依次測定水樣的吸光值。l（pH=3.5） 2.5ml0.2%鄰菲啰啉和鄰菲啰啉和3ml 2:3 NH4OH充分搖勻

16、充分搖勻5mlNaAC-HAC4）水樣測定）水樣測定 按次序移取已過濾的按次序移取已過濾的10份不同鹽度的河份不同鹽度的河口水樣到口水樣到50mL刻度比色管中。與制定標準工刻度比色管中。與制定標準工作曲線的操作相同，加入各種試劑，并測定作曲線的操作相同，加入各種試劑，并測定出它們的消光值，并從工作曲線上查得相應(yīng)出它們的消光值，并從工作曲線上查得相應(yīng)的含鐵量（的含鐵量（ g），），然后算出水樣中鐵的濃度然后算出水樣中鐵的濃度（ g/L）并把數(shù)據(jù)填入表并把數(shù)據(jù)填入表3。 五、數(shù)據(jù)處理和問題討論五、數(shù)據(jù)處理和問題討論v1、以、以Cl為橫坐標，水樣鐵濃度為縱坐標作圖。為橫坐標，水樣鐵濃度為縱坐標作圖。

17、v 2、根據(jù)河水和海水（含、根據(jù)河水和海水（含10 g Fe /L）的含鐵量的含鐵量作理論稀釋線。作理論稀釋線。v 3、由實際分布線轉(zhuǎn)入保守分布時的直線外推至、由實際分布線轉(zhuǎn)入保守分布時的直線外推至縱軸，求出該河流的鐵對海洋的年輸入量（設(shè)河縱軸，求出該河流的鐵對海洋的年輸入量（設(shè)河水年流量為水年流量為Q），），鐵在河口區(qū)的轉(zhuǎn)移量及轉(zhuǎn)移率。鐵在河口區(qū)的轉(zhuǎn)移量及轉(zhuǎn)移率。并求出并求出Cl為為5時鐵從水中的去除率。時鐵從水中的去除率。v *4、根據(jù)實驗結(jié)果討論鐵在河口水中的分布特征。、根據(jù)實驗結(jié)果討論鐵在河口水中的分布特征。 圖圖1 鐵的標準曲線鐵的標準曲線 圖圖2 Fe-Cl關(guān)系曲線關(guān)系曲線注意事項與要點注意事項與要點1. 交預(yù)習(xí)報告交預(yù)習(xí)報告 2. 記錄數(shù)據(jù)：記錄數(shù)據(jù)： Q=21010(14)g/yr3. 報告結(jié)果討論應(yīng)結(jié)合理論課內(nèi)容報告結(jié)果討論應(yīng)結(jié)合理論課內(nèi)容4. 分工分工 1.測氯度：測氯度： 2. 測測Fe： 塑料水樣桶塑料水樣桶10號號 1號（各號（各1份）份） 由稀由稀 濃濃 V標準（標準（AgNO3） 2份份 （水樣各（水樣各15ml） 玻璃瓶中（已酸化）玻璃瓶中（已酸化）1號號 10號號 標準與水樣同時測標準與水樣同時測 1. 當(dāng)場查算氯度（查麥克萊表）當(dāng)場查算氯度（查麥克萊表） 2. 按步驟