实验一铁在河口海区的转移

1、实验一实验一 铁在河口海区的转移铁在河口海区的转移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 、仪器与试剂、仪器与试剂 v 四、实验内容四、实验内容 v 五、数据处理与问题讨论五、数据处理与问题讨论一、目的要求一、目的要求（1）了解可溶铁在河口海区的分布转移）了解可溶铁在河口海区的分布转移情况，试算非保守成分的去除率及入海情况，试算非保守成分的去除率及入海通量。通量。 （2）掌握溶解铁及盐度的一般测定方法。）掌握溶解铁及盐度的一般测定方法。二、方法概述二、方法概述 铁是地壳中含量丰富（仅次于铝）、分铁是地壳中含量丰富（仅次于铝）、分布广泛的元素。天然水中的含铁量差异甚大，

2、布广泛的元素。天然水中的含铁量差异甚大，海水海水（S =35S =35）溶解铁的平均含量为溶解铁的平均含量为1010 g/Lg/L，而而河水河水中的溶解铁含量通常为中的溶解铁含量通常为几百微克几百微克/ /升升且且多数以高分子有机络合铁（如铁的腐殖酸络多数以高分子有机络合铁（如铁的腐殖酸络合物）存在。显然，在河口海区，随着河合物）存在。显然，在河口海区，随着河海水的混合过程海水的混合过程SS、pHpH的变化以及有机胶体的变化以及有机胶体的絮凝沉淀，铁便从水相中除去。的絮凝沉淀，铁便从水相中除去。 因此，在因此，在河口海区，铁是一种典河口海区，铁是一种典型的非保守成份型的非保守成份，即铁在混合水

3、体中，即铁在混合水体中的浓度比正常的理论稀释曲线来得低。的浓度比正常的理论稀释曲线来得低。而且许多重金属微量成份也伴随着铁而且许多重金属微量成份也伴随着铁的絮凝而被吸收转移，极大地影响了的絮凝而被吸收转移，极大地影响了它们的地球化学过程。因此，铁在河它们的地球化学过程。因此，铁在河口海区的转移过程已成为河口环境化口海区的转移过程已成为河口环境化学的重要研究课题之一。学的重要研究课题之一。 实验采集由河端经河口海区直至海端各站位实验采集由河端经河口海区直至海端各站位的海水水样，分别测定各站位水样的氯度和可溶的海水水样，分别测定各站位水样的氯度和可溶铁浓度，并作铁浓度，并作C CFeFe ClCl

4、关系曲线（见下页图）。关系曲线（见下页图）。 v铁的铁的转移曲线特点转移曲线特点：在河口混合区的：在河口混合区的低盐度低盐度区域区域范围产生明显的范围产生明显的转移现象转移现象（曲线下凹），（曲线下凹），而到了某一而到了某一高盐度区域高盐度区域范围则又恢复范围则又恢复保守行保守行为为，成为仅受海水稀释制约的直线关系，成为仅受海水稀释制约的直线关系 。 根据这一特点，我们便可以由高盐度根据这一特点，我们便可以由高盐度区域所得区域所得CFe Cl关系直线段外推到盐度关系直线段外推到盐度为零（即河端）的位置，则与纵坐标为零（即河端）的位置，则与纵坐标C相相交于交于C0*，这浓度就是河流溶解组份铁对这

5、浓度就是河流溶解组份铁对海洋贡献的实际浓度。海洋贡献的实际浓度。 了解铁在河口海区的转移过程了解铁在河口海区的转移过程,应先应先了解河口特征了解河口特征. 阿斯顿阿斯顿(Aston)归纳河口归纳河口三大特征三大特征: 1)河海交汇区域形成许多中间盐度河海交汇区域形成许多中间盐度 2)周期性周期性S循环变化规律循环变化规律 陆陆(河水河水): 丰、枯水期丰、枯水期 潮潮(海水海水): 高、平、低潮高、平、低潮 3)形成最大的浊度区，固形成最大的浊度区，固/液进行明液进行明显、复杂的物质交换显、复杂的物质交换,，决定了入海组分，决定了入海组分通量。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，是淡咸水的交汇口。基于全球观点，河口对于溶解态汇口。基于全球观点，河口对于溶解态与固态颗粒物质补充输入海洋，从定量与固态颗粒物质补充输入海洋，从定量上讲是很重要的。因此，物质经河口的上讲是很重要的。因此，物质经河口的入海通量是上世纪入海通量是上世纪7080年代的热门研年代的热门研究课题。究课题。 Garrels 和和 ackenzic 1971年研究得出年研究得出: 陆地进入海洋的物质陆地进入海洋的物质(陆源向海洋输陆源向海洋输 送送)约约2501014g/yr，其中河流其中河流 河口河口 海洋为海洋为210 1014g/yr(占占85%)。 真正进入海洋的物质真正进入海洋的物质170

7、1014g/yr (溶解形式到达河口溶解形式到达河口)，剩余约转移，剩余约转移40 1014g/yr (以悬浮固体形式存在以悬浮固体形式存在)。 物质转移的原因：物质转移的原因： 河口受淡水影响，河口受淡水影响， 水环境因素突变水环境因素突变 (盐度、盐度、pH、Eh、SS）产生絮凝作用产生絮凝作用 悬浮物悬浮物/液体的交换（液体的交换（ 各种固体与溶各种固体与溶解成分间的交换吸附作用与沉积作用）解成分间的交换吸附作用与沉积作用） 生物作用（吸收、累积、分解等）生物作用（吸收、累积、分解等）物质转移的定量描述物质转移的定量描述 根据根据Boyle(博伊尔）博伊尔）1974年研究即河水年研究即河

8、水海水混合中各成分浓度与氯度的关系模型推导得海水混合中各成分浓度与氯度的关系模型推导得出物质经河口的入海通量、转移量、转移率关系出物质经河口的入海通量、转移量、转移率关系式（适用于河口可溶性组分）分别为：式（适用于河口可溶性组分）分别为： 通量：通量： F = Q C0* （Q为河流流量）为河流流量） 转移量：转移量： L = Q (C0C0*)（C0为河端铁浓度）为河端铁浓度） 转移率：转移率： G=(C0 C0*)/ C0 100%三、仪器与试剂三、仪器与试剂 1、仪器、仪器 721分光光度计分光光度计1台台 电磁搅拌器（电磁搅拌器（350400转转/分）一台分）一台 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 烧杯烧杯200mL 12个个 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、试剂、试剂 （1）1:1盐酸盐酸 （2）盐酸羟胺溶液（）盐酸羟胺溶液（临用时配制临用时配制） （3）醋酸铵（或醋酸钠）缓冲液）醋酸铵（或醋酸钠）缓冲液 （4）0.2%邻菲啰啉溶邻菲啰啉溶 液液 （5）铁的贮备液）铁的贮备液 (200 g Fe/ml ) （6）铁的标准使用液（）铁的标准使用液（2.5gFe/ml,临用时配制临用时配制） （7）硝酸银溶液）硝酸银溶液 （8）10% K2CrO4指示剂指示剂 （9）标准海水

10、（氯度值精确至）标准海水（氯度值精确至0.001） （10）2:3 NH4OH四、实验内容四、实验内容 1 采样：采样：从河端密集采样至海端从河端密集采样至海端,只需采表层样只需采表层样 2 保存：保存：Cl与与Fe样品分开保存样品分开保存, Fe水样需水样需酸酸化固定化固定 3 测试原理与步骤测试原理与步骤: 1)Fe测定测定: Fe() Fe() 橙红色的络合物橙红色的络合物 分光测定分光测定(=510 nm, L=3cm)盐酸盐酸, , 盐酸羟胺盐酸羟胺pH=35, ,强酸还原强酸还原邻菲啰啉2)水样氯度测定水样氯度测定 氯度用氯度用银量滴定法测定银量滴定法测定 原理原理：在一定体积的水

11、样中，加入在一定体积的水样中，加入10% K2CrO4指示剂，用标准硝酸银溶液滴定。指示剂，用标准硝酸银溶液滴定。 滴定反应：滴定反应： Ag+ + X AgX （X为为Cl、Br、I） 指示反应：指示反应： (AgX)X+ F（AgX）Ag+F （F为指示剂阴离子基团）为指示剂阴离子基团） 等当点前：黄绿色；等当点后：浅玫瑰红色。等当点前：黄绿色；等当点后：浅玫瑰红色。用同样方法滴定标准海水，借以计算水样的氯度。用同样方法滴定标准海水，借以计算水样的氯度。 具体步骤如下：具体步骤如下： 硝酸银标准溶液的标定：硝酸银标准溶液的标定： 准确移取标准海水两份准确移取标准海水两份 各加入各加入5滴滴

12、10%K2CrO4指示剂指示剂 电磁搅拌器上电磁搅拌器上搅拌搅拌 滴定至溶液为由黄色突变为稳定的浅桔红滴定至溶液为由黄色突变为稳定的浅桔红色色,30秒内不褪色记下滴定管读数（读准至秒内不褪色记下滴定管读数（读准至0.01，两份滴，两份滴定读数之差应低于定读数之差应低于0.02）。玻璃磁转子玻璃磁转子AgNO3溶液溶液 水样的测定水样的测定 以水样代替标准海水，按上述以水样代替标准海水，按上述测定标准海水的步骤对水样进行测测定标准海水的步骤对水样进行测定（定（注意每移一份不同站位水样，注意每移一份不同站位水样，都须用该水样洗淌移液管两遍都须用该水样洗淌移液管两遍）。）。水样测定结果记录表水样测定

13、结果记录表1，并，并查麦伽克查麦伽克莱表莱表，计算氯度。，计算氯度。3) 水样铁的测定水样铁的测定v铁的测定采用邻菲啰啉铁的测定采用邻菲啰啉分光光度法分光光度法v 方法原理方法原理：水样加入盐酸和盐酸羟胺，并用：水样加入盐酸和盐酸羟胺，并用醋酸铵缓冲液调节醋酸铵缓冲液调节pH为为3.5左右，把铁（左右，把铁（ III）还原成低价态铁（还原成低价态铁（ II），），加入加入0.2邻菲啰啉邻菲啰啉溶液，使其生成一种橙红色络合物，在溶液，使其生成一种橙红色络合物，在510nm波长下（波长下（L = 3cm）以以721分光光度计分光光度计测定。测定。v此法最低检出浓度为此法最低检出浓度为3 g/L，具

14、体步骤如下：具体步骤如下：A 标准工作曲线测定标准工作曲线测定v 分别移取分别移取0，1，2，4，6，8，10mL铁标准铁标准使用液（使用液（2.5 g Fe/mL），），于于50mL比色管中比色管中用蒸馏水稀释至刻度用蒸馏水稀释至刻度v加入加入2.5mL 1:1盐酸和盐酸和1mL 10%盐酸羟胺，盐酸羟胺，摇匀，放置摇匀，放置5分钟分钟v然后加入然后加入2.5mL 0.2% 邻菲啰啉和邻菲啰啉和3mL 2:3 NH4OH，再加入再加入5mL NaAcHAc缓冲溶液，缓冲溶液，充分混和均匀充分混和均匀v放置放置15分钟，使其充分显色，于分钟，使其充分显色，于510nm波长波长下（下（L = 3

15、cm）用用721分光计测定，将数据填分光计测定，将数据填入表入表2。 移取移取0，1，2，4，6，8，10mlFe标准使用液标准使用液（2.5gFe/ml）于）于50ml比色管中比色管中,蒸馏水稀至刻度蒸馏水稀至刻度 +2.5ml l:1 HCl和和1ml 10%盐酸羟胺，摇匀盐酸羟胺，摇匀 强酸型还原强酸型还原（pH=2） 放置放置5min 放置放置15min，显色，显色 721分光计测其吸光值分光计测其吸光值A （=510nm，L=3cm）。）。 同法依次测定水样的吸光值。同法依次测定水样的吸光值。l（pH=3.5） 2.5ml0.2%邻菲啰啉和邻菲啰啉和3ml 2:3 NH4OH充分摇匀

16、充分摇匀5mlNaAC-HAC4）水样测定）水样测定 按次序移取已过滤的按次序移取已过滤的10份不同盐度的河份不同盐度的河口水样到口水样到50mL刻度比色管中。与制定标准工刻度比色管中。与制定标准工作曲线的操作相同，加入各种试剂，并测定作曲线的操作相同，加入各种试剂，并测定出它们的消光值，并从工作曲线上查得相应出它们的消光值，并从工作曲线上查得相应的含铁量（的含铁量（ g），），然后算出水样中铁的浓度然后算出水样中铁的浓度（ g/L）并把数据填入表并把数据填入表3。 五、数据处理和问题讨论五、数据处理和问题讨论v1、以、以Cl为横坐标，水样铁浓度为纵坐标作图。为横坐标，水样铁浓度为纵坐标作图。

17、v 2、根据河水和海水（含、根据河水和海水（含10 g Fe /L）的含铁量的含铁量作理论稀释线。作理论稀释线。v 3、由实际分布线转入保守分布时的直线外推至、由实际分布线转入保守分布时的直线外推至纵轴，求出该河流的铁对海洋的年输入量（设河纵轴，求出该河流的铁对海洋的年输入量（设河水年流量为水年流量为Q），），铁在河口区的转移量及转移率。铁在河口区的转移量及转移率。并求出并求出Cl为为5时铁从水中的去除率。时铁从水中的去除率。v *4、根据实验结果讨论铁在河口水中的分布特征。、根据实验结果讨论铁在河口水中的分布特征。 图图1 铁的标准曲线铁的标准曲线 图图2 Fe-Cl关系曲线关系曲线注意事项与要点注意事项与要点1. 交预习报告交预习报告 2. 记录数据：记录数据： Q=21010(14)g/yr3. 报告结果讨论应结合理论课内容报告结果讨论应结合理论课内容4. 分工分工 1.测氯度：测氯度： 2. 测测Fe： 塑料水样桶塑料水样桶10号号 1号（各号（各1份）份） 由稀由稀 浓浓 V标准（标准（AgNO3） 2份份 （水样各（水样各15ml） 玻璃瓶中（已酸化）玻璃瓶中（已酸化）1号号 10号号 标准与水样同时测标准与水样同时测 1. 当场查算氯度（查麦克莱表）当场查算氯度（查麦克莱表） 2. 按步骤