環(huán)境化學實驗講義

序言環(huán)境化學實驗是為進一步深入《環(huán)境化學》課程解說的基本知識，掌握研究環(huán)境化學識題的基本方法和手段，提升實驗數(shù)據(jù)科學解析能力和實驗技術(shù)，使學生具備初步的獨立科研能力。依照新的環(huán)境化學實驗教課大綱，本環(huán)境化學實驗課程共包含4個實驗，內(nèi)容涵蓋了大氣環(huán)境化學、水環(huán)境化學和土壤環(huán)境化學等。實驗一為天然水中油類的紫外分光光度法測定；主若是讓學生加深對環(huán)境中油類污染的認識，認識石油類類污染物含有共軛系統(tǒng)的物質(zhì)在紫外光區(qū)有特色汲取峰，掌握油類的解析方法和技術(shù)。實驗二為有機物的正辛醇—水分配系數(shù)；這是典型的考據(jù)性實驗，使學生認識均衡狀態(tài)下有機化合物在正辛醇和水相中的分配狀況，使學生深層次認識有機化合物在水相和有機相之間的遷徙能力以及脂溶性有機化合物在環(huán)境中的汲取行為。實驗三為苯酚的光降解速率常數(shù)實驗；使學生認識有機污染物在水體中的光化學降解性能以及它們在水中的歸宿。實驗四為土壤對銅的吸附實驗；土壤重金屬污染已經(jīng)被廣泛關注，也是目前食品安全的主要內(nèi)容之一，同時重金屬不可以被土壤中的微生物所降解，所以可在土壤中不停地累積，也可為植物所富集，并經(jīng)過食品鏈危害人體健康。所以讓學生認識土壤的吸附性能對今后展開該方面的研究擁有重要意義。編者張鳳君目錄實驗一實驗二實驗三實驗四

1—3610實驗一天然水中油類的紫外分光光度法測定一、實驗目的加深對環(huán)境中油類污染的認識，掌握油類的解析方法和技術(shù)，學會使用紫外分光光度計。二、實驗原理紫外分光光度法比重量法簡單。石油類含有的擁有共軛系統(tǒng)的物質(zhì)在紫外光區(qū)有特色汲取峰。帶有苯環(huán)的芳香族化合物主要汲取波長為250~260nm，帶有共軛雙鍵的化合物主要汲取波長為215~230nm。一般原油的兩個汲取峰波長為225及256nm，其余油品如燃料油、潤滑油等的汲取峰也與原油周邊。本方法測定波長選為256nm，最低檢出濃度為mg/L，測定上限為10mg/L。三、儀器與試劑1.紫外分光光度計（擁有1cm石英比色皿）2.石油醚（60~90℃）提純：透光率應大于80%純化：將石油醚經(jīng)過變色硅膠柱后采集于試劑瓶中。以水為參比，在256nm處透光率應大于80%。四、實驗步驟1.標準曲線繪制：把油標準貯備液用石油醚稀釋為每毫升含

mg

油的標準液。向7個10mL比色管中挨次加入油標準液0,mL,mL,mL,mL,mL,mL，用石油醚稀釋至刻線。最后在波長256nm處，用1cm石英比色皿，以石油醚為參比液測定標準系列的吸光度，并繪制標準曲線。2.將水樣500mL所有傾入1000mL分液漏斗中，加入5mL（1+1）硫酸（若水樣取樣時已酸化，可不加）及20g氯化鈉，加塞搖勻，用15mL石油醚洗采樣瓶，并把此洗液移入分液漏斗中，充分振蕩2min（注意放氣），靜置分層。把基層水樣放入原采樣瓶中，上層石油醚放入25mL容量瓶中，再加入10mL石油醚，重復抽提水樣一次，合并提取液于容量瓶中。加入石油醚至刻線，搖勻。若容量瓶里有水珠或渾濁，可加少許無水硫酸鈉脫水。3.在波長256nm處，用1cm石英比色皿，以脫芳烴的石油醚為參比，測定其吸光度，并在標準曲線上查出相應濃度值。五、結(jié)果與談論油（mg/L）=CV2V1式中C——從標準曲線上查出的相應濃度（mg/L）；V1——被測水樣體積（mL）；V2——石油醚定容體積（mL）。2.采集的樣品一定有代表性。一般在水表面以下20~50cm處取水樣為了保存水樣，采集樣品以前，可向瓶里加入硫酸[每升水樣加5mL（1+1）硫酸]，使水樣pH<2，以克制微生物活動，于低溫下（<4℃）保存。在常溫下，樣品可保存24h。實驗二有機物的正辛醇—水分配系數(shù)有機化合物的正辛醇—水分配系數(shù)（KOW）是指均衡狀態(tài)下化合物在正辛醇和水相中濃度的比值。它反響了化合物在水相和有機相之間的遷徙能力，是描述有機化合物在環(huán)境中行為的重要物理化學參數(shù)，它與化合物的水溶性、土壤吸附常數(shù)和生物濃縮因子親近相關。經(jīng)過對某一化合物分配系數(shù)的測定，可供給該化合物在環(huán)境行為方面好多重要的信息，特別是對于談論有機物在環(huán)境中的危險性起側(cè)重要作用。測定分配系數(shù)的方法有振蕩法、產(chǎn)生柱法和高效液相色譜法。一、實驗目的1.掌握有機物的正辛醇—水分配系數(shù)的測定方法。2.學習使用紫外分光光度計。二、實驗原理正辛醇—水分配系數(shù)是均衡狀態(tài)下化合物在正辛醇相和水相中濃度的比值，即：KOW式中：KOW——分配系數(shù)；

cOcWco——均衡時有機化合物在正辛醇相中的濃度；cw——均衡時有機化合物在水相中的濃度。本實驗采納振蕩法使對二甲苯在正辛醇相和水相中達均衡后，進行離心，測定水相中對二甲苯的濃度，由此求得分配系數(shù)。KOW

cOVOcWVWcWVW式中：co——初步時有機化合物在正辛醇相中的濃度；cw——均衡時有機化合物在水相中的濃度；VO、VW——分別為正辛醇相和水相的體積。三、儀器與試劑1.儀器（1）紫外分光光度計。（2）恒溫振蕩器。（3）離心計。（4）具塞比色管：10mL。（5）玻璃注射器：5mL。（6）容量瓶：5mL，10mL。2.試劑（1）正辛醇：解析純。（2）乙醇：95%，解析純。（3）對二甲苯：解析純。四、實驗步驟1.標準曲線繪制稱取mL對二甲苯于10mL容量瓶中，用乙醇稀釋至刻度，搖勻。取該溶液mL于25mL容量瓶中，再用乙醇稀釋至刻度，搖勻，此時濃度為400μL/L。在5只25mL容量瓶中各加入該溶液mL、mL、mL、mL、mL，用水稀釋至刻度、搖勻。在紫外分光光度計上用波長227nm處，以水為參比，測定吸光度值。利用所測得的標準系列的吸光度值對濃度作圖，繪制標準曲線。2.溶劑的預飽和將20mL正辛醇與200mL二次蒸餾水在振蕩器上振蕩24h，使兩者互相飽和，靜置分層后，兩相分別，分別保存?zhèn)溆谩?.均衡時間的確定及分配系數(shù)的測定（1）移取mL對二甲苯于10mL容量瓶中。用上述辦理過的被水飽和的正辛醇稀釋至刻度。該溶液濃度為4μL/L。4×10（2）分別移取mL上述溶液于6個10mL具塞比色管中，用上述辦理過的被正辛醇飽和的二次水稀釋至刻度。蓋緊塞子，置于恒溫振蕩器上，分別振蕩h、h、h、h、h和h，離心分別，用紫外分光光度計測定水相吸光度。取水樣時為防備正辛醇污染，可利用帶針頭的玻璃注射器移取水樣。第一在玻璃注射器內(nèi)吸入部分空氣，當注射器經(jīng)過正辛醇相時，輕輕排出空氣，在水相中已汲取足夠的溶液時，迅速抽出注射器。卸掉針頭后，即可獲取無正辛醇污染的水相。五、數(shù)據(jù)辦理1.依據(jù)不一樣時間化合物在水相中的濃度，繪制化合物均衡濃度隨時間的變化曲線，由此確立實驗所需的均衡時間。2.利用達到均衡時化合物在水相中的濃度，計算化合物的正辛醇—水分配系數(shù)。六、思慮題1.正辛醇—水分配系數(shù)的測定有何意義2.振蕩法測定化合物的正辛醇—水分配系數(shù)有哪些優(yōu)弊端實驗三苯酚的光降解速率常數(shù)有機污染物在水體中的光化學降解激烈地影響著它們在水中的歸宿，因此對水體中的有機污染物光化學降解的研究已成為水環(huán)境化學的一個重要的研究領域。目前，光降解技術(shù)已成為好多難降解有機污染物的有效去除手段。水體中有機污染物光化學降解規(guī)律的研究主要包含雙方面內(nèi)容。一是研究其降解速率及影響要素；二是研究有機污染物降解產(chǎn)物，包含中間產(chǎn)物的毒性大小。需要注意的是，有機污染物的光化學降解產(chǎn)物可能還是有毒的，甚至比母體化合物毒性更大。因此有機污染物的分解其實不意味著毒性的消逝。苯酚廣泛存在于石油、煤氣等工業(yè)廢水中，天然水中的苯酚含量常常超標。所以，研究天然水中酚的降解對控制其污染是很有意義的。一、實驗目的測定苯酚在光作用下的降解速率，并求得速率常數(shù)。二、實驗原理溶于水中的有機污染物，在太陽光的作用下分解，不停產(chǎn)生自由基，詳盡過程以下：RH→H?+R?除自由基外，水體中還存在有單態(tài)氧，使得天然水中的有機污染物不停地被氧化，最平生成CO2、CH4和H2O等。所以，光降解是天然水體有機污染物的自凈門路之一。天然水體中有機污染物的光降解速率，可用下式表示：dcdt

Kc[Ox]式中：c——天然水中苯酚的濃度；[Ox]——天然水中氧化性基團的濃度，一般是定值，以為其在反響過程中保持不變；上式積分得：lncoK[Ox]tK'tc式中：c0——天然水中苯酚的初步濃度；c——時間為t時測得的苯酚濃度；K’——所獲取的衰減曲線的斜率，即光降解速率常數(shù)。經(jīng)過繪制c0線，可求得K’。ln~t關系曲c本實驗在含苯酚的蒸餾水溶液中加入H22，模擬含酚天然水進行光降解實O驗。苯酚的測定是依據(jù)在氧化劑鐵氰化鉀存在的堿性條件下苯酚與4—氨基安替比林反響，生成橘紅色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈紅色，在510nm處有最大汲取。在必定濃度范圍內(nèi)，苯酚的濃度與吸光度值成線性關系。三、儀器與試劑1.儀器（1）可見分光光度計。（2）磁力攪拌器。（3）高壓汞燈：400W。（4）紫外分光光度計。（5）TOC測定儀。2.試劑（1）1000mg/L苯酚標準貯備液。（2）50mg/L苯酚標準中間液：取苯酚標準貯備液5mL，稀釋至100mL。（3）緩沖液：稱取20gNH4Cl溶于100mL濃32中。NH?HO（4）1%4—氨基安替比林溶液：貯于棕色瓶中，在冰箱內(nèi)可保存1周。（5）4%鐵氰化鉀溶液：貯于棕色瓶中，在冰箱內(nèi)可保存1周。（6）%H22溶液：取濃22溶液mL稀釋至。OHO250mL（7）待降解苯酚溶液：取1000mg/L的苯酚標準貯備液mL于500mL容量瓶中，用二次水稀釋至刻度，搖勻待用。該待降解苯酚溶液準備兩份。四、實驗步驟1.標準曲線繪制分別取50mg/L的苯酚標準中間液0、mL、mL、mL、mL和mL于25mL容量瓶中，加少許二次水，而后加入mL緩沖液，mL4—氨基安替比林溶液，混勻。再加入mL鐵氰化鉀溶液，完全混勻，最后用二次水定容至25mL。擱置15min后，在分光光度計上，于510nm波優(yōu)點，用1cm比色皿，以空白溶液為參比，丈量吸光度。以吸光度對濃度作圖繪制標準曲線。2.光降解實驗（1）將待降解苯酚溶液500mL置于1000mL燒杯中，加入mL%H2O2溶液,混勻。此溶液即為模擬的含苯酚天然水樣。該模擬水樣準備兩份。2）分別將兩份裝有500mL模擬苯酚水樣的燒杯置于兩個磁力攪拌器上，用同一個高壓汞燈進行照耀。3）對此中一個燒杯內(nèi)的水樣每隔10min取一次樣，每次取mL，共取11次樣（即分別在t=0、10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min時取樣）。分別置于有編號的25mL容量瓶中，依照與步驟1相同方法測定吸光度。4）對此中另一個燒杯內(nèi)的水樣，每隔30min取一次樣，每次取mL，共取4次樣（即分別在t=0、30min、60min、90min時取樣）。分別置于有編號的干燥50mL小燒杯中。用紫外分光光度計掃描樣品的紫外汲取光譜。用TOC測定儀測定樣品的TOC值。五、數(shù)據(jù)辦理由標準曲線上查得不一樣時間光降解溶液中苯酚所對應的濃度值，繪制苯酚光降解動力學曲線，確立反響級數(shù)。以lnc0~t作圖，求得K’值。c六、思慮題1.本實驗所用高壓汞燈的光譜有何特色2.聯(lián)合苯酚降解動力學曲線以及紫外吸光度和TOC隨時間的變化狀況，談論實驗過程中出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象。實驗四土壤對銅的吸附土壤中的重金屬污染主要來自于工業(yè)廢水、農(nóng)藥、污泥和大氣降塵等。過分的重金屬可惹起植物的生理功能雜亂、營養(yǎng)失調(diào)。因為重金屬不可以被土壤中的微生物所降解，所以可在土壤中不停地累積，也可為植物所富集，并經(jīng)過食品鏈危害人體健康。重金屬在土壤中的遷徙轉(zhuǎn)變主要包含吸附作用、配位作用、積淀溶解作用和氧化還原作用，此中又以吸附作用最為重要。銅是植物生長所必不行少的微量營養(yǎng)元素，但含量過多也會造成植物中毒。土壤的銅污染主要來自銅礦開采和冶煉過程。進入到土壤中的銅會被土壤中的黏土礦物微粒和有機質(zhì)所吸附，這類吸附能力的大小將影響著銅在土壤中的遷徙轉(zhuǎn)變。所以，研究土壤對銅的吸附作用及其影響要素擁有特別重要的意義。一、實驗目的1.認識影響土壤對銅吸附作用的相關要素。2.學會建立吸附等溫線的方法。二、實驗原理不一樣土壤對銅的吸附能力不一樣，在不一樣條件下同一種土壤對銅的吸附能力也有很大差異。而對吸附影響比較大的兩種要素是土壤的構(gòu)成和pH。為此，本實驗經(jīng)過向土壤中增添必定數(shù)目的腐殖質(zhì)和調(diào)理待吸附銅溶液的pH，分別測定上述兩種要素對土壤吸附銅的影響。土壤對銅的吸附可采納Freundlich吸附等溫式描述。即：1QKn式中：Q——土壤對銅的吸附量，mg/g；ρ——吸附達均衡時溶液中銅的濃度，mg/L；K、n——經(jīng)驗常數(shù)，其數(shù)值與離子種類、吸附劑性質(zhì)及溫度等相關。將Freundlich吸附等溫式兩邊取對數(shù)，可得：lgQ

lgK

1lgn以lgQ對lgρ作圖可求得常數(shù)K和n，將K、n代入Freundlich吸附等溫式，即可確立該條件下的Freundlich吸附等溫式方程，由此可確立吸附量Q和均衡濃度ρ之間的函數(shù)關系。三、儀器與試劑1.儀器（1）原子汲取分光光度計。（2）恒溫振蕩器。（3）離心計。（4）酸度計。（5）復合pH玻璃電極。（6）容量瓶：50mL，250mL，500mL。（7）聚乙烯塑料瓶：50mL。2.試劑（1）mol/L二氯化鈣溶液：稱取gCaCl22，溶于1L水中。?2HO（2）1000mg/L銅標準溶液：將g金屬銅（%）溶解于30mL1：1HNO3中，用水定容至500mL。（3）50mg/L銅標準溶液：汲取25mL1000mg/L銅標準溶液于500mL容量瓶中，加水定容至刻度。（4）mol/LH2SO4溶液。（5）1mol/LNaOH溶液。（6）銅標準系列溶液（pH=）：分別汲取mL、mL、mL、mL、mL的1000mg/L銅標準溶液于250mL燒杯中，加入mol/LCaCl2溶液，稀釋至大體240mL，先用mol/LH2SO4溶液調(diào)理pH=2，再以1mol/LNaOH溶液調(diào)理pH=，將此溶液移入

250mL容量瓶中，用

mol/L

二氯化鈣溶液定容，溶液系列濃度為

mg/L、mg/L、

mg/L、

mg/L、

mg/L。按相同方法，配制

pH=的銅標準系列溶液。（7）腐植酸（生化試劑）。（8）1

號土壤樣品：將新采集的土壤樣品經(jīng)過風干、磨碎，過

mm（100目）篩后裝瓶備用。（9）2號土壤樣品：取1號土壤樣品300g，加入腐植酸30g，磨碎，過mm（100目）篩后裝瓶備用。四、實驗步驟1.標準曲線的繪制汲取50mg/L的銅標準溶液0、mL、mL、mL、mL、mL、mL、mL分別置于50mL容量瓶中，加2滴mol/LH2SO4用水定容，其濃度分別為0、mg/L、mg/L、mg/L、mg/L、mg/L、mg/L、mg/L。而后在原子汲取分光光度計上測定吸光度。依據(jù)吸光度與濃度的關系繪制標準曲線。原子汲取測定條件：波長：nm；燈電流：1mA；光譜通帶：20；增益粗調(diào)：0；燃氣：乙炔；助燃氣：空氣；火焰種類：氧化型。2.土壤對銅的吸附均衡時間的測定（1）分別稱取1、2號土壤樣品各8份，每份1g于50mL聚乙烯塑料瓶中。（2）向每份樣品中各加入50mg/L的銅標準溶液50mL。（3）將上述樣品在室溫下進行振蕩，分別在振蕩h、h、h、h、h、h、、h后，離心分別，迅速汲取上層清