成師院環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一

空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的污染

揮發(fā)性有機(jī)化合物(VolatileOrganicCompounds)是指沸點(diǎn)在50～260℃之間、室溫下飽和蒸氣壓超過1mmHg的易揮發(fā)性化合物，是室內(nèi)外空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)污染物。它主要來自有機(jī)化工原料的加工和使用過程，木材、煙草等有機(jī)物的不完全燃燒過程，汽車尾氣的排放。此外，植物的自然排放物也會產(chǎn)生VOCs。

隨著工業(yè)迅速發(fā)展，建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，使得新型建材、保溫材料及室內(nèi)裝璜材料被廣泛使用；同時各種化妝品、除臭劑、殺蟲劑和品種繁多的洗滌劑也大量應(yīng)用于家庭。其中有機(jī)化合物有的可直接揮發(fā)，有的可在長期降解過程中釋放出低分子有機(jī)化合物，由此造成環(huán)境空氣有機(jī)物的污染。由于VOCs的成分復(fù)雜，其毒性、刺激性、致癌作用等對人體健康造成較大的影響。因此，研究環(huán)境中VOCs的存在、來源、分布規(guī)律、遷移轉(zhuǎn)化及其對人體健康的影響一直受到人們的重視，并成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

1.了解VOCs的成分、特點(diǎn)。

2.了解氣相色譜法測定環(huán)境中VOCs的原理，掌握其基本操作。

將空氣中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物吸附在活性炭采樣管上，用二硫化碳洗脫后，經(jīng)色譜柱分離，火焰離子化檢測器測定，以保留時間定性，峰高（或峰面積）外標(biāo)法定量。

本法檢出限：苯1.25ng；甲苯1.00ng；二甲苯（包括鄰、間、對）及乙苯均為2.50ng。當(dāng)采樣體積為100L時，最低檢出濃度苯為0.005mg/m3；甲苯為0.004mg/m3；二甲苯（包括鄰、間、對）及乙苯均為0.010mg/m3。

1.儀器

(1)容量瓶：5mL、100mL。

(2)移液管：1mL、5mL、10mL、15mL及20ml。

(3)微量注射器：10μL。

(4)帶火焰離子化檢測器（FID）氣相色譜儀。

(5)空氣采樣器：流量范圍0.0～1.0L/min。

(6)采樣管：取長10cm，內(nèi)徑6mm玻璃管，洗凈烘干，每支內(nèi)裝20～50目粒狀活性炭0.5g（活性炭應(yīng)預(yù)先在馬福爐內(nèi)經(jīng)350℃通高純氮灼燒3h，放冷后備用）分A，B二段，中間用玻璃棉隔開，見圖2-1。

圖2-1活性炭吸附采樣管

1，2，3玻璃棉；4，5粒狀活性炭

2.試劑

(1)苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯均為色譜純試劑。

(2)二硫化碳：使用前須純化，并經(jīng)色譜檢驗(yàn)。進(jìn)樣5μL，在苯與甲苯峰之間不出峰方可使用。

(3)苯系物標(biāo)準(zhǔn)貯備液：分別吸取苯、甲苯、乙苯、鄰、間、對二甲苯各10.0μL于裝有90mL經(jīng)純化的二硫化碳的100mL容量瓶中，用二硫化碳稀釋至標(biāo)線，再取上述標(biāo)液10.0mL于裝有80mL純化過的二硫化碳的100mL容量瓶中，并稀釋至標(biāo)線，搖勻，此貯備液在4℃可保存一個月。此貯備液含苯8.8μg/mL；乙苯8.7μg/ml；甲苯8.7μg/mL；對二甲苯8.6μg/mL；間二甲苯8.7μg/mL；鄰二甲苯8.8μg/mL。儲備液中苯系物含量計(jì)算公式如下：

式中，苯系物濃度，μg/mL；ρ為苯系物的密度，g/mL。

1.采樣

用乳膠管連接采樣管B端與空氣采樣器的進(jìn)氣口。A端垂直向上，處于采樣位置。以0.5L/min流量，采樣100～400min。采樣后，用乳膠管將采樣管兩端套封，樣品放置不能超過10天。

2.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取苯系物貯備液0、0.5、10.0、15.0、20.0、25.0mL于100mL容量瓶中，用純化過的二硫化碳稀釋至標(biāo)線，搖勻。其濃度見表2-1。另取6只5mL容量瓶，各加入0.25g粒狀活性炭及1～6號的苯系物標(biāo)液2.00mL，振蕩2min，放置20min后，進(jìn)行色譜分析。色譜進(jìn)行條如件下：

色譜柱：長2m,內(nèi)徑3mm不銹鋼柱，柱內(nèi)填充涂附2.5%DNP及2.5%Bentane的ChromosorbWHPDMCS。

柱溫：64℃；氣化室溫度：150℃；檢測室溫度：150℃。

>載氣(氮?dú)?流量：50mL/min；燃?xì)?氫氣)流量：46mL/min；助燃?xì)?空氣)流量：320mL/min。

進(jìn)樣量5.0μL。測定標(biāo)樣的保留時間及峰高（或峰面積），以峰高（峰面積）對含量繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3.樣品測定將采樣管A段和B段活性炭，分別移入2只5mL容量瓶中，加入純化過的二硫化碳2.00mL，振蕩2min。放置20min后，吸取5.0μL解吸液注入色譜儀，記錄保留時間和峰高（或峰面積），以保留時間定性，峰高（或峰面積）定量。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程和樣品的吸光度值，計(jì)算出不同時間空氣樣品中氮氧化物的濃度，繪制氮氧化物濃度隨時間變化的曲線，并說明汽車流量對交通干線空氣中氮氧化物濃度變化的影響。

式中：苯系物濃度，mg/m3；W1為A段活性炭解吸液中苯系物的含量，μg；W2為B段活性炭解吸液中苯系物的含量，μg；Vn為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積，L。

1.根據(jù)測定的結(jié)果，評價環(huán)境空氣中VOCs的污染狀況。

2.除氣相色譜外，VOCs還有哪些測定方法，它們各有哪些特點(diǎn)?

1.本實(shí)驗(yàn)?zāi)M在室內(nèi)通風(fēng)條件較差的情況下，進(jìn)行油漆的噴涂操作，并測定此條件下的室內(nèi)空氣VOCs（苯系物）污染。

2.二硫化碳和苯系物屬有毒、易燃物質(zhì)，在利用其配置標(biāo)準(zhǔn)樣品以及對進(jìn)行其保管時應(yīng)注意安全。

3.利用公式進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)將采樣體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積實(shí)驗(yàn)二

水體富營養(yǎng)化程度的評價

富營養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，沉積物不斷增多，先變?yōu)檎訚?，后變?yōu)殛懙?。這種自然過程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬年。而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，可以在短期內(nèi)出現(xiàn)。水體富營養(yǎng)化后，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)到正常水平。水體富養(yǎng)化嚴(yán)重時，湖泊可被某些繁生植物及其殘骸淤塞，成為沼澤甚至干地。局部海區(qū)可變成“死?！?，或出現(xiàn)“赤潮”現(xiàn)象。

植物營養(yǎng)物質(zhì)的來源廣、數(shù)量大，有生活污水、農(nóng)業(yè)面源、工業(yè)廢水、垃圾等。每人每天帶進(jìn)污水中的氮約50g。生活污水中的磷主要來源于洗滌廢水，而施入農(nóng)田的化肥有50%～80%流入江河、湖海和地下水體中。

許多參數(shù)可用作水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)，常用的是總磷、葉綠素-a含量和初級生產(chǎn)率的大?。ㄒ姳?-1）。

1.掌握總磷、葉綠素-a及初級生產(chǎn)率的測定原理及方法。

2.評價水體的富營養(yǎng)化狀況。1.儀器

(1)可見分光光度計(jì)。

(2)移液管：1mL、2mL、10mL。

(3)容量瓶：100mL、250mL。

(4)錐型瓶：250mL。

(5)比色管：25mL。

(6)BOD瓶：250mL。

(7)具塞小試管：10mL。

(8)玻璃纖維濾膜、剪刀、玻棒、夾子?2.試劑

(1)過硫酸銨（固體）。

(2)濃硫酸。

(3)1mol/L硫酸溶液。

(4)2mol/L鹽酸溶液。

(5)6mol/L氫氧化鈉溶液。

(6)1%酚酞：1g酚酞溶于90mL乙醇中，加水至100mL。

(7)丙酮:水（9:1）溶液。

(8)酒石酸銻鉀溶液：將4.4gK(SbO)C4H4O6·1/2H2O溶于200mL蒸餾水中，用棕色瓶在4℃時保存。

(9)鉬酸銨溶液：將20g(NH4)6MO7O24·4H2O溶于500mL蒸餾水中，用塑料瓶在4℃時保存。

(10)抗壞血酸溶液：0.1mol/L（溶解1.76g抗壞血酸于100mL蒸餾水中，轉(zhuǎn)入棕色瓶，若在在4℃時保存，可維持一個星期不變）。

(11)混合試劑：50mL2mol/L硫酸、5mL酒石酸銻鉀溶液、15mL鉬酸銨溶液和30mL抗壞血酸溶液?；旌锨?，先讓上述溶液達(dá)到室溫，并按上述次序混合。在加入酒石酸銻鉀或鉬酸銨后，如混合試劑有渾濁，須搖動混合試劑，并放置幾分鐘，至澄清為止。若在4℃下保存，可維持1個星期不變。

(12)磷酸鹽儲備液（1.00mg/mL磷）：稱取1.098gKH2PO4，溶解后轉(zhuǎn)入250mL容量瓶中，稀釋至刻度，即得1.00mg/mL磷溶液。

(13)磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：量取1.00mL儲備液于100mL容量瓶中，稀釋至刻度，即得磷含量為10μg/mL的工作液。

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1.磷的測定

(1)原理

在酸性溶液中，將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化成磷酸根離子(PO43-)。隨之用鉬酸銨和酒石酸銻鉀與之反應(yīng)，生成磷鉬銻雜多酸，再用抗壞血酸把它還原為深色鉬藍(lán)。

砷酸鹽與磷酸鹽一樣也能生成鉬藍(lán)，0.1μg/mL的砷就會干擾測定。六價鉻、二價銅和亞硝酸鹽能氧化鉬藍(lán)，使測定結(jié)果偏低。

(2)步驟

①水樣處理：水樣中如有大的微粒，可用攪拌器攪拌2～3min，以至混合均勻。量取100mL水樣（或經(jīng)稀釋的水樣）2份，分別放入250mL錐型瓶中，另取100mL蒸餾水于250mL錐型瓶中作為對照，分別加入1mL2mol/LH2SO4，3g(NH4)2S2O8，微沸約1h，補(bǔ)加蒸餾水使體積為25～50mL（如錐型瓶壁上有白色凝聚物，應(yīng)用蒸餾水將其沖入溶液中），再加熱數(shù)分鐘。冷卻后，加一滴酚酞，并用6mol/LNaOH將溶液中和至微紅色。再滴加2mol/LHCl使粉紅色恰好褪去，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，移取25mL至50mL比色管中，加1mL混合試劑，搖勻后，放置10min，加水稀釋至刻度再搖勻，放置10min，以試劑空白作參比，用1cm比色皿，于波長880nm處測定吸光度（若分光光度計(jì)不能測定880nm處的吸光度，可選擇710nm波長）。

②標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別吸取10μg/mL磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00mL于50mL比色管中，加水稀釋至約25mL，加入1mL混合試劑，搖勻后放置10min，加水稀釋至刻度，再搖勻，10min后，以試劑空白作參比，用1cm比色皿，于波長880nm處測定吸光度。

（3）結(jié)果處理

由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得磷的含量，按下式計(jì)算水中磷的含量：

式中，P為水中磷的含量，g/L；Pi為由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得磷含量，μg；V為測定時吸取水樣的體積（本實(shí)驗(yàn)V=25.00mL）。2.生產(chǎn)率的測定

(1)原理

綠色植物的生產(chǎn)率是光合作用的結(jié)果，與氧的產(chǎn)生量成比例。因此測定水體中的氧可看作對生產(chǎn)率的測量。然而在任何水體中都有呼吸作用產(chǎn)生，要消耗一部分氧。因此在計(jì)算生產(chǎn)率時，還必須測量因呼吸作用所損失的氧。本實(shí)驗(yàn)用測定2只無色瓶和2只深色瓶中相同樣品內(nèi)溶解氧變化量的方法測定生產(chǎn)率。此外，測定無色瓶中氧的減少量，提供校正呼吸作用的數(shù)據(jù)。

(2)實(shí)驗(yàn)過程

①取四只BOD瓶，其中兩只用鋁箔包裹使之不透光，這些分別記作“亮”和“暗”瓶。從一水體上半部的中間取出水樣，測量水溫和溶解氧。如果此水體的溶解氧未過飽和，則記錄此值為Oi，然后將水樣分別注入一對“亮”和“暗”瓶中。若水樣中溶解氧過飽和，則緩緩地給水樣通氣，以除去過剩的氧。重新測定溶解氧并記作Oi。按上法將水樣分別注入一對“亮”和“暗”瓶中。

②從水體下半部的中間取出水樣，按上述方法同樣處理。

③將兩對“亮”和“暗”瓶分別懸掛在與取水樣相同的水深位置，調(diào)整這些瓶子，使陽光能充分照射。一般將瓶子暴露幾個小時，暴露期為清晨至中午，或中午至黃昏，也可清晨到黃昏。為方便起見，可選擇較短的時間。

④暴露期結(jié)束即取出瓶子，逐一測定溶解氧，分別將“亮”和“暗”瓶的數(shù)值記為OL和Od。

(3)結(jié)果處理

①呼吸作用：R=氧在暗瓶中的減少量=Oi-Od

凈光合作用：Pn=氧在亮瓶中的增加量=OL-Oi

總光合作用：Pg=呼吸作用+凈光合作用=（Oi-Od）+（OL-Oi）=OL-Od

②計(jì)算水體上下兩部分值的平均值。

③通過以下公式計(jì)算來判斷每單位水域總光合作用和凈光合作用的日速率：

ⅰ、把暴露時間修改為日周期

日Pg′(mgO2·L-1·日-1)=Pg×每日光周期時間/暴露時間

ⅱ、將生產(chǎn)率單位從mgO2/L改為mgO2/m2，這表示1m2水面下水柱的總產(chǎn)生率。為此必須知道產(chǎn)生區(qū)的水深：

日Pg"(mgO2·m-2·日-1)=Pg×每日光周期時間/暴露時間×103×水深(m)

103是體積濃度mg/L換算為mg/m3的系數(shù)。

ⅲ、假設(shè)全日24h呼吸作用保持不變，計(jì)算日呼吸作用

日R（mgO2·m-2·日-1）=R×24/暴露時間（h）×103×水深（m）

ⅳ、計(jì)算日凈光合作用：

日Pn（mgO2·L-1·日-1）=日Pg–日R

④假設(shè)符合光合作用的理想方程（CO2+H2OCH2O+O2），將生產(chǎn)率的單位轉(zhuǎn)換成固定碳的單位：

日Pm（mgC·m-2·日-1）=日Pn（mgO2m-2·日-1）×12/32

3.葉綠素-a的測定

(1)原理

測定水體中的葉綠素-a的含量，可估計(jì)該水體的綠色植物存在量。將色素用丙酮萃取，測量其吸光度值，便可以測得葉綠素-a的含量。

(2)實(shí)驗(yàn)過程

①將100～500mL水樣經(jīng)玻璃纖維濾膜過濾，記錄過濾水樣的體積。將濾紙卷成香煙狀，放入小瓶或離心管。加10mL或足以使濾紙淹沒的90%丙酮液，記錄體積，塞住瓶塞，并在4℃下暗處放置4h。如有渾濁，可離心萃取。將一些萃取液倒入1cm玻璃比色皿，加比色皿蓋，以試劑空白為參比，分別在波長665nm和750nm處測其吸光度。、

②加1滴2mol/L鹽酸于上述兩只比色皿中，混勻并放置1min，再在波長665nm和750nm處測定吸光度。

(3)結(jié)果處理酸化前：A=A665-A750

酸化后：Aa=A665a-A750a

在665nm處測得吸光度減去750nm處測得值是為了校正渾濁液。

用下式計(jì)算葉綠素-a的濃度（μg/L）：

根據(jù)測定結(jié)果，評價水體富營養(yǎng)化狀況。

1.水體中氮、磷的主要來源有哪些？

2.在計(jì)算日生產(chǎn)率時，有幾個主要假設(shè)？

3.被測水體的富營養(yǎng)化狀況如何？實(shí)驗(yàn)三

水體自凈程度的指標(biāo)

各種形態(tài)的氮相互轉(zhuǎn)化和氮循環(huán)的平衡變化是環(huán)境化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容之一。水體中氮產(chǎn)物的主要來源是生活污水和某些工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)面源。當(dāng)水體受到含氮有機(jī)物污染時，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化為無機(jī)的氨(NH3)或銨(NH4+)、亞硝酸鹽(NO2-)、硝酸鹽(NO3-)等簡單的無機(jī)氮化物。氨和銨中的氮稱為氨氮；亞硝酸鹽中的氮稱為亞硝酸鹽氮；硝酸鹽中的氮稱為硝酸鹽氮。通常把氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮稱為三氮。這幾種形態(tài)氮的含量都可以作為水質(zhì)指標(biāo)，分別代表有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮的各個不同階段。在有氧條件下，氮產(chǎn)物的生物氧化分解一般按氨或銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽的順序進(jìn)行，硝酸鹽是氧化分解的最終產(chǎn)物。隨著含氮化合物的逐步氧化分解，水體中的細(xì)菌和其它有機(jī)污染物也逐步分解破壞，因而達(dá)到水體的凈化作用。

有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的相對含量，在一定程度上可以反映含氮有機(jī)物污染的時間長短，對了解水體污染歷史以及分解趨勢和水體自凈狀況等有很高的參考價值，見表6-1。目前應(yīng)用較廣的測定三氮方法是比色法，其中最常用的是：納氏試劑比色法測定氨氮，鹽酸萘乙二胺比色法測定亞硝酸鹽氮，二磺酸酚比色法測定硝酸鹽氮。

1.掌握測定三氮的基本原理和方法。

2.了解測定三氮對環(huán)境化學(xué)研究的作用和意義。

(1)玻璃蒸餾裝置。

(2)pH計(jì)。

(3)恒溫水浴。

(4)分光光度計(jì)。

(5)電爐：220V/1KW。

(6)比色管：50mL。

(7)陶瓷蒸發(fā)皿：100或200mL。

(8)移液管：1mL、2mL、5mL。容量瓶：250mL。

1.氨氮的測定——納氏試劑比色法

(1)原理

氨與納氏試劑反應(yīng)可生成黃色的絡(luò)合物，其色度與氨的含量成正比，可在425nm波長下比色測定，檢出限為0.02μg/mL。如水樣污染嚴(yán)重，需在pH為7.4的磷酸鹽緩沖溶液中預(yù)蒸餾分離。

(2)試劑

①不含氨的蒸餾水：水樣稀釋及試劑配制均用無氨蒸餾水。配制方法包括蒸餾法（每升蒸餾水中加入0.1mL濃硫酸，進(jìn)行重蒸餾，流出物接受于玻璃容器中）和離子交換法（讓蒸餾水通過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂來制備較大量的無氨水）。

②磷酸鹽緩沖溶液（pH為7.4）：稱14.3g磷酸二氫鉀和68.8g磷酸氫二鉀，溶于水中并稀釋至1L。配制后用pH計(jì)測定其pH值，并用磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀調(diào)至pH為7.4。

③吸收液：2%硼酸或0.01mol/L硫酸。

2%硼酸溶液：溶解20g硼酸于水中，稀釋至1L。

0.01mol/L硫酸：量取20mL0.5mol/L的硫酸，用水稀釋至1L。

④納氏試劑：稱取5g碘化鉀，溶于5mL水中，分別加入少量氯化汞（HgCl2）溶液（2.5gHgCl2溶于40mL水中，必要時可微熱溶解），不斷攪拌至微有朱紅色沉淀為止。冷卻后加入氫氧化鉀溶液（15g氫氧化鉀溶于30mL水中），充分冷卻，加水稀釋至100mL。靜置一天，取上層清液貯于塑料瓶中，蓋緊瓶蓋，可保存數(shù)月。

⑤酒石酸鉀鈉溶液：稱取50g酒石酸鉀鈉（KNaC4H4O6·4H2O）溶于水中，加熱煮沸以驅(qū)除氨，冷卻后稀釋至100mL。

⑥氨標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取3.819g無水氯化銨（NH4Cl）（預(yù)先在100℃干燥至衡重），溶于水中，轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶中，稀釋至刻度，即配得1.00mgNH3-N/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。取此溶液10.00mL稀釋至1000mL，即為10μgNH3-N/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(3)步驟

較清潔水樣可直接測定，如水樣受污染一般按下列步驟進(jìn)行。

①水樣蒸餾：為保證蒸餾裝置不含氨，須先在蒸餾瓶中加200mL無氨水，加10mL磷酸鹽緩沖溶液、幾粒玻璃珠，加熱蒸餾至流出液中不含氨為止（用納氏試劑檢驗(yàn)），冷卻。然后將此蒸餾瓶中的蒸餾液傾出（但仍留下玻璃珠），量取水樣200mL，放入此蒸餾瓶中（如預(yù)先試驗(yàn)水樣含氨量較大，則取適量的水樣，用無氨水稀釋至200mL，然后加入10mL磷酸鹽緩沖液）。另準(zhǔn)備一只250mL的容量瓶，移入50mL吸收液（吸收液為0.01mol/L硫酸或2%硼酸溶液），然后將導(dǎo)管末端浸入吸收液中，加熱蒸餾，蒸餾速度為每分鐘6～8mL，至少收集150mL餾出液，蒸餾至最后1～2min時，把容量瓶放低，使吸收液的液面脫離冷凝管出口，再蒸餾幾分鐘以洗凈冷凝管和導(dǎo)管，用無氨水稀釋至250mL，混勻，以備比色測定。

②測定：如為較清潔的水樣，直接取50mL澄清水樣置于50mL比色管中。一般水樣則取用上述方法蒸餾出的水樣50mL，置于50mL比色管中。若氨氮含量太高可酌情取適量水樣用無氨水稀釋至50mL。

另取8支50mL比色管，分別加入銨標(biāo)準(zhǔn)溶液（含氨氮10μg/mL）0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00mL，加無氨水稀釋至刻度。

在上述各比色管中，分別加入1.0mL酒石酸鉀鈉，搖勻，再加1.5mL納氏試劑，搖勻放置10min，用1cm比色管，在波長425nm處，以試劑空白為參比測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得水樣中氨氮的含量（μg/mL）。

2.亞硝酸鹽氮的測定——鹽酸萘乙二胺比色法

(1)原理

在pH2.0～2.5時，水中亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸生成重氮鹽，再與鹽酸萘乙二胺偶聯(lián)生成紅色染料，最大吸收波長為543nm，其色度深淺與亞硝酸鹽含量成正比，可用比色法測定，檢出限為0.005μg/mL，測定上限為0.1μg/mL。

(2)試劑

①不含亞硝酸鹽的蒸餾水：蒸餾水中加入少量高錳酸鉀晶體，使呈紅色，再加氫氧化鋇（或氫氧化鈣），使呈堿性，重蒸餾。棄去50mL初餾液，收集中間70%的無錳部分。也可于每升蒸餾水中加入1mL濃硫酸和0.2mL硫酸錳溶液（每100mL蒸餾水中含有36.4gMnSO4·H2O），及1～3mL0.04%高錳酸鉀溶液使呈紅色，然后重蒸餾。

②亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲備液：稱取1.232g亞硝酸鈉溶于水中，加入1mL氯仿，稀釋至1000mL。此溶液每毫升含亞硝酸鹽氮約為0.25mg。由于亞硝酸鹽氮在濕空氣中易被氧化，所以儲備液需標(biāo)定。

標(biāo)定方法：吸取50.00mL0.050mol/L高錳酸鉀溶液，加5mL濃硫酸及50.00mL亞硝酸鈉儲備液于300mL具塞錐型瓶中（加亞硝酸鈉貯備液時需將吸管插入高錳酸鉀溶液液面以下）混合均勻，置于水浴中加熱至70～80℃，按每次10.00mL的量加入足夠的0.050mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，使高錳酸鉀溶液褪色并過量，記錄草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液用量（V2）；再高錳酸鉀溶液滴定過量的草酸鈉到溶液呈微紅色，記錄高錳酸鉀溶液用量（V1）。用50mL不含亞硝酸鹽的水代替亞硝酸鈉貯備液，如上操作，用草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定高錳酸鉀溶的濃度（c1），按下式計(jì)算高錳酸鉀溶液濃度（mol/L）：

按下式計(jì)算亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)儲備液的濃度：

式中，c1是經(jīng)標(biāo)定的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V1是滴定亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)儲備液時，加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V2是滴定亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)儲備液時，加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V3是滴定水時，加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V4是滴定水時，加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；7.00是亞硝酸鹽氮（1/2N）的摩爾質(zhì)量，g/mol；50.00是亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲備液取用量，mL；0.0500是草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（1/2Na2C2O4，0.0500mol/L）。

③亞硝酸鹽使用液：臨用時將標(biāo)準(zhǔn)貯備液配制成每毫升含1.0μg的亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)使用液。

④草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（1/2Na2C2O4，0.0500mol/L）：稱取3.350g經(jīng)105℃干燥2h的優(yōu)級純無水草酸鈉溶于水中，轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶中加水稀釋至刻度。

⑤高錳酸鉀溶液（1/5KMnO4，0.050mol/L）：溶解1.6g高錳酸鉀于約1.2L水中，煮沸0.5h至1h，使體積減小至1000mL左右，放置過夜，用G3號熔結(jié)玻璃漏斗過濾后，濾液貯于棕色試劑瓶中，用上述草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度。

⑥氫氧化鋁懸浮液：溶解125g硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2·12H2O]或硫酸鋁銨[NH4Al(SO4)2·12H2O]于1L水中，加熱到60℃，在不斷攪拌下慢慢加入55mL濃氨水，放置約1h，轉(zhuǎn)入試劑瓶內(nèi)，用水反復(fù)洗滌沉淀，至洗液中不含氨、氯化物、硝酸鹽和亞硝酸鹽為止。澄清后，把上層清液盡量全部傾出，只留濃的懸浮物，最后加100mL水。使用前應(yīng)振蕩均勻。

⑦鹽酸萘乙二胺顯色劑：50mL冰醋酸與900mL水混合，加入5.0g對氨基苯磺酸，加熱使其全部溶解，再加入0.05g鹽酸萘乙二胺，攪拌溶解后用水稀釋至1L。溶液無色，貯存于棕色瓶中，在冰箱中保存可穩(wěn)定一個月（當(dāng)有顏色時應(yīng)重新配制）。

(3)步驟

①水樣如有顏色和懸浮物，可在每100mL水樣中加入2mL氫氧化鋁懸浮液，攪拌后，靜置過濾，棄去25mL初濾液。

②取50.00mL澄清水樣于50mL比色管中（如亞硝酸鹽氮含量高，可酌情少取水樣，用無亞硝酸鹽蒸餾水稀釋至刻度）。

③取7支50mL比色管，分別加入含亞硝酸鹽氮1μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，用水稀釋至刻度。

④在上述各比色管中分別加入2mL顯色劑，20min后在540nm處，用2cm比色皿，以試劑空白作參比測定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得水樣中亞硝酸鹽氮的含量（μg/mL）。

3.硝酸鹽氮的測定——二磺酸酚比色法

(1)原理

濃硫酸與酚作用生成二磺酸酚，在無水條件下二磺酸酚與硝酸鹽作用生成二磺酸硝基酚，二磺酸硝基酚在堿性溶液中發(fā)生分子重排生成黃色化合物，最大吸收波長在410nm處，利用其色度和硝酸鹽含量成正比，可進(jìn)行比色測定。少量的氯化物即能引起硝酸鹽的損失，使結(jié)果偏低?？杉恿蛩徙y，使其形成氯化銀沉淀，過濾去除，以消除氯化物的干擾，（允許氯離子存在的最高濃度為10μg/mL，超過此濃度就要干擾測定）。亞硝酸鹽氮含量超過0.2μg/mL時，將使結(jié)果偏高，可用高錳酸鉀將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再從測定結(jié)果中減去亞硝酸鹽的含量。本法的檢出限為0.02μg/mL硝酸鹽氮，檢測上限為2.0μg/mL。

(2)試劑

①二磺酸酚試劑：稱取15g精制苯酚，置于250mL三角燒瓶中，加入100mL濃硫酸，瓶上放一個漏斗，置沸水浴內(nèi)加熱6h，試劑應(yīng)為淺棕色稠液，保存于棕色瓶內(nèi)。

②硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲備液：稱取0.7218g分析純硝酸鉀（經(jīng)105℃烘4h），溶于水中，轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。此溶液含硝酸鹽氮100μg/mL。如加入2mL氯仿保存，溶液可穩(wěn)定半年以上。

③硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取100mL硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲備液，置于蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干，然后加入4.0mL二磺酸酚，用玻棒磨擦蒸發(fā)皿內(nèi)壁，靜置10min，加入少量蒸餾水，移入500mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標(biāo)線，即為20μgNO3-N/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液(相當(dāng)于88.54μgNO3-)。

④硫酸銀溶液：稱取4.4g硫酸銀，溶于水中，稀釋至1L，于棕色瓶中避光保存。此溶液1.0mL相當(dāng)于1.0mg氯（Cl-）。

⑤高錳酸鉀溶液（1/5KMnO4，0.100mol/L）：稱取0.3g高錳酸鉀，溶于蒸餾水中，并稀釋至1L。

⑥乙二胺四乙酸二鈉溶液：稱取50g乙二胺四乙酸二鈉，用20mL蒸餾水調(diào)成糊狀，然后加入60mL濃氨水，充分混合，使之溶解。

⑦碳酸鈉溶液（1/2Na2CO3，0.100mol/L）：稱取5.3g無水碳酸鈉，溶于1L水中。實(shí)驗(yàn)用水預(yù)先要加高錳酸鉀重蒸餾，或用去離子水。

(3)步驟

①標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別吸取硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00mL于50mL比色管中，加入1.0mL二磺酸酚，加入3.0mL濃氨水，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。用1mL比色皿，以試劑空白作參比，于波長410nm處測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

②樣品的測定

脫色：污染嚴(yán)重或色澤較深的水樣（即色度超過10度），可在100mL水樣中加入2mLAl(OH)3懸浮液。搖勻后，靜置數(shù)分鐘，澄清后過濾，棄去最初濾出的部分溶液（5～10mL）。

除去氯離子：先用硝酸銀滴定水樣中的氯離子含量，據(jù)此加入相當(dāng)量的硫酸銀溶液。當(dāng)氯離子含量小于50mg/L時，加入固體硫酸銀。1mg氯離子可與4.4mg硫酸銀作用。取50mL水樣，加入一定量的硫酸銀溶液或硫酸銀固體，充分?jǐn)嚢韬?。再通過離心或過濾除去氯化銀沉淀，濾液轉(zhuǎn)移至100mL的容量瓶中定容至刻度；也可在80℃水浴中加熱水樣，搖動三角燒瓶，使氯化銀沉淀凝聚，冷卻后用多層慢速濾紙過濾至100mL容量瓶，定容至刻度。

扣除亞硝酸鹽氮影響：如水樣中亞硝酸鹽氮含量超過0.2mg/L，可事先將其氧化為硝酸鹽氮。具體方法如下：在已除氯離子的100mL容量瓶中加入1mL0.5mol/L硫酸溶液，混合均勻后滴加0.100mol/L高錳酸鉀溶液，至淡紅色出現(xiàn)并保持15min不褪為止，以使亞硝酸鹽完全轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}，最后從測定結(jié)果中減去亞硝酸鹽含量。

測定：吸取上述經(jīng)處理的水樣50.00mL（如硝酸鹽氮含量較高可酌量減少）至蒸發(fā)皿內(nèi)，如有必要可用0.100mol/L碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)水樣pH至中性（pH7～8），置于水浴中蒸干。取下蒸發(fā)皿，加入1.0mL二磺酸酚，用玻棒研磨，使試劑與蒸發(fā)皿內(nèi)殘?jiān)浞纸佑|，靜止10min，加入少量蒸餾水，攪勻，濾入50mL比色管中，加入3毫升濃氨水（使溶液明顯呈堿性）。如有沉淀可滴加EDTA溶液，使水樣變清，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，測定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出水樣中硝酸鹽氮的含量(μg/mL)。

繪制NH3-N、NO2--N、NO3--N的濃度與吸光度的工作曲線，根據(jù)工作曲線和樣品吸光度，計(jì)算水樣中“三氮”的含量；并比較水樣中“三氮”的含量，評價水體的自凈程度。。

1.如何通過測定三氮的含量來評價水體的“自凈”程度？如水體中僅含有NO3--N，而NH4+和NO2-未檢出，說明水體“自凈”作用進(jìn)行到什么階段？如水體中既有大量NH3-N，又有大量NO3--N，水體污染和“自凈”狀況又如何？

2.用納氏比色法測定氨氮時主要有哪些干擾，如何消除？

3.在三氮測定時，要求蒸餾水不含NH3、NO2-、NO3-，如何檢驗(yàn)？

4.在蒸餾比色測定氨氮時，為什么要調(diào)節(jié)水樣的pH在7.4作用？pH偏高或偏低對測定結(jié)果有何影響？

5在亞硝酸鹽氮分析過程中，水中的強(qiáng)氧化性物質(zhì)會干擾測定，如何確定并消除？實(shí)驗(yàn)四

土壤陽離子交換量的測定

土壤是環(huán)境中污染物遷移、轉(zhuǎn)化的重要場所，土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性，而使土壤具有吸附性。在土壤膠體雙電層的擴(kuò)散層中，補(bǔ)償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價為依據(jù)作等價交換，稱為離子交換。土壤的吸附性和離子交換性能又使它成為重金屬類污染物的主要?dú)w宿。土壤陽離子交換性能，是指土壤溶液中的陽離子與土壤固相的陽離子之間所進(jìn)行的交換作用。它是由土壤膠體表面性質(zhì)所決定。土壤膠體指土壤中粘土礦物與腐殖酸以及相互結(jié)合形成的復(fù)雜的有機(jī)礦物質(zhì)復(fù)合體，其所吸收的陽離子包括K+、Na+、Mg2+、NH4+、H+、Al3+等。土壤交換性能對于研究污染物的環(huán)境行為有重大意義，它能調(diào)節(jié)土壤溶液的濃度，保證土壤溶液成分的多樣性，因而保持了土壤溶液的“生理平衡”，同時還可以保持各種養(yǎng)分免于被雨水淋失。土壤交換性能的分析包括陽離子交換量的測定、交換性陽離子分析及鹽基飽和度的計(jì)算。陽離子交換量（CationExchangeCapacty，簡稱CEC），是指土壤膠體所能吸附的各種陽離子的總量，以每千克土壤的厘摩爾數(shù)表示（cmol/kg）。陽離子交換量的大小，可作為評價土壤保肥能力的指標(biāo)。陽離子交換量是土壤緩沖性能的主要來源，是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)。因此，對于反映土壤負(fù)電荷總量及表征土壤性質(zhì)重要指標(biāo)的陽離子交換量的測定是十分重要的。土壤陽離子交換量的測定受多種因素的影響，如交換劑的性質(zhì)、鹽溶液濃度和pH、淋洗方法等，必須嚴(yán)格掌握操作技術(shù)才能獲得可靠的結(jié)果。聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定用于土壤分類的土壤分析中使用經(jīng)典的中性乙酸銨法或乙酸鈉法。中性乙酸銨法也是我國土壤和農(nóng)化實(shí)驗(yàn)室所采用的常規(guī)分析方法，適于酸性和中性土壤。最近的土壤化學(xué)研究表明，對于熱帶和亞熱帶的酸性、微酸性土壤，常規(guī)方法由于浸提液pH值和離子強(qiáng)度太高，與實(shí)際情況相差較大，所得結(jié)果較實(shí)際情況偏高很多。新方法是將土壤用BaCl2飽和，然后用相當(dāng)于土壤溶液中離子強(qiáng)度那樣濃度的BaCl2溶液平衡土壤，繼而用MgSO4交換Ba測定酸性土壤陽離子交換量。石灰性土壤陽離子交換量的測定方法有NH4Cl–NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前應(yīng)用的較多、而且認(rèn)為較好的是NH4Cl–NH4OAc法，其測定結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。NaOAc法是目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用于石灰性土壤和鹽堿土壤交換量測定的常規(guī)方法。隨著土壤分析化學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了測定土壤有效陽離子交換量的方法。如美國農(nóng)業(yè)部規(guī)定用求和法測定陽離子交換量；對于可變電荷為主的熱帶和亞熱帶地區(qū)高度風(fēng)化的土壤，國際熱帶農(nóng)業(yè)研究所建議測定用求和法土壤有效陽離子交換量（ECEC）；最近國際上又提出測定土壤有效陽離子交換量（ECEC或Q+，E）和潛在陽離子交換量（PCEC或Q+，P）的國際標(biāo)準(zhǔn)方法，如ISO11260：1994（E）和ISO13536：1995（P），這兩種國際標(biāo)準(zhǔn)方法適合于各種土壤類型。

1.深刻理解土壤陽離子交換量的內(nèi)涵及其環(huán)境化學(xué)意義。

2.掌握土壤陽離子交換量的測定原理和方法。

本實(shí)驗(yàn)采用的是快速法來測定陽離子交換量。土壤中存在的各種陽離子可被某些中性鹽（BaCl2）水溶液中的陽離子（Ba2+）等價交換。由于在反應(yīng)中存在交換平衡，交換反應(yīng)實(shí)際上不能進(jìn)行完全。當(dāng)增大溶液中交換劑的濃度、增加交換次數(shù)時，可使交換反應(yīng)趨于完全。交換離子的本性，土壤的物理狀態(tài)等對交換反應(yīng)的進(jìn)行程度也有影響。

再用強(qiáng)電解質(zhì)（硫酸溶液）把交換到土壤中的Ba2+交換下來，這由于生成了硫酸鋇沉淀，而且氫離子的交換吸附能力很強(qiáng)，使交換反應(yīng)基本趨于完全。這樣通過測定交換反應(yīng)前后硫酸含量的變化，可以計(jì)算出消耗硫酸的量，進(jìn)而計(jì)算出陽離子交換量。用不同方法測得的陽離子交換量的數(shù)值差異較大，在報(bào)告及結(jié)果應(yīng)用時應(yīng)注明方法。

1.儀器

（1）離心機(jī)：北京產(chǎn)CD5–A型離心機(jī)

（2）離心管：100mL

（3）錐形瓶：100mL

（4）量筒：50mL

（5）移液管：10mL、25mL

（6）堿式滴定管：25mL

2.試劑

（1）氯化鋇溶液：稱取60g氯化鋇（BaCl2·2H2O）溶于水中，轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶中，用水定容。

（2）0.1%酚酞指示劑（W∕V）：稱取0.1g酚酞溶于100mL醇中。

（3）硫酸溶液（0.1mol/L）：移取5.36mL濃硫酸至1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。

（4）標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液（≈0.1mol/L）：稱取2g氫氧化鈉溶解于500mL煮沸后冷卻的蒸餾水中。其濃度需要標(biāo)定。

標(biāo)定方法：各稱取兩份0.5000g鄰苯二甲酸氫鉀（預(yù)先在烘箱中105℃烘干）于250mL錐形瓶中，加100mL煮沸后冷卻的蒸餾水溶解，再加4滴酚酞指示劑，用配制好的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡紅色。再用煮沸后冷卻的蒸餾水做一個空白試驗(yàn)，并從滴定鄰苯二甲酸氫鉀的氫氧化鈉溶液的體積中扣除空白值。計(jì)算公式如下：

式中：W——鄰苯二甲酸氫鉀的重量，g；

V1——滴定鄰苯二甲酸氫鉀消耗的氫氧化鈉體積，mL；

V0——滴定蒸餾水空白消耗的氫氧化鈉體積，mL；

204.23——鄰苯二甲酸氫鉀的摩爾質(zhì)量，g/mol。

取4只100mL離心管，分別稱出其重量（準(zhǔn)確至0.0001g,下同）。在其中2只加入1.0g污灌區(qū)表層風(fēng)干土壤樣品，其余2只加入1.0g深層風(fēng)干土壤樣品，并作標(biāo)記。向各管中加入20mL氯化鋇溶液，用玻棒攪拌4min后，以3000r/min轉(zhuǎn)速離心至下層土樣緊實(shí)為止。棄去上清液，再加20mL氯化鋇溶液，重復(fù)上述操作。

在各離心管內(nèi)加20mL蒸餾水，用玻棒攪拌1min后，離心沉降，棄去上清液。稱出離心管連同土樣的重量。移取25.00mL0.1mol/L硫酸溶液至各離心管中，攪拌10min后，放置20min，離心沉降，將上清液分別倒入4只試管中。再從各試管中分別移取10.00mL上清液至4只100mL錐形瓶中。同時，分別移取10.00mL0.1mol/L硫酸溶液至另外2只錐形瓶中。在這6只錐形瓶中分別加入10mL蒸餾水、1滴酚酞指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉滴定，溶液轉(zhuǎn)為紅色并數(shù)分鐘不褪色為終點(diǎn)。

按下式計(jì)算土壤陽離子交換量（CEC）：

式中：CEC——土壤陽離子交換量，cmol/kg；

A——滴定0.1mol/L硫酸溶液消耗標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液體積，mL；

B——滴定離心沉降后的上清液消耗標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液體積，mL；

G——離心管連同土樣的重量，g；

W——空離心管的重量；g；

W0——稱取的土樣重，g；

N——標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液的濃度，mol/L。

1.解釋說明兩種土壤陽離子交換容量的差異。

2.除了實(shí)驗(yàn)中所用的方法外，還有那些方法可以用來測定土壤陽離子交換容量？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

3.試述土壤的離子交換和吸附作用對污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。

1.實(shí)驗(yàn)所用的玻璃器皿應(yīng)潔凈干燥，以免造成實(shí)驗(yàn)誤差。

2.離心時注意，處在對應(yīng)位置上的離心管應(yīng)重量接近，避免重量不平衡情況的出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)五

土壤中農(nóng)藥的殘留

農(nóng)藥主要包括殺蟲劑、殺菌劑及除草劑，常見的農(nóng)藥可分為有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)汞和有機(jī)砷農(nóng)藥等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量而持續(xù)地使用農(nóng)藥，可導(dǎo)致其在土壤中不斷累積，造成土壤農(nóng)藥污染。農(nóng)藥可通過土壤淋溶等途徑污染地下水，通過土壤-作物系統(tǒng)遷移積累影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，乃