环境化学实验讲义

序言环境化学实验是为进一步深入《环境化学》课程解说的基本知识，掌握研究环境化学识题的基本方法和手段，提升实验数据科学解析能力和实验技术，使学生具备初步的独立科研能力。依照新的环境化学实验教课大纲，本环境化学实验课程共包含4个实验，内容涵盖了大气环境化学、水环境化学和土壤环境化学等。实验一为天然水中油类的紫外分光光度法测定；主若是让学生加深对环境中油类污染的认识，认识石油类类污染物含有共轭系统的物质在紫外光区有特色汲取峰，掌握油类的解析方法和技术。实验二为有机物的正辛醇—水分配系数；这是典型的考据性实验，使学生认识均衡状态下有机化合物在正辛醇和水相中的分配状况，使学生深层次认识有机化合物在水相和有机相之间的迁徙能力以及脂溶性有机化合物在环境中的汲取行为。实验三为苯酚的光降解速率常数实验；使学生认识有机污染物在水体中的光化学降解性能以及它们在水中的归宿。实验四为土壤对铜的吸附实验；土壤重金属污染已经被广泛关注，也是目前食品安全的主要内容之一，同时重金属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积，也可为植物所富集，并经过食品链危害人体健康。所以让学生认识土壤的吸附性能对今后展开该方面的研究拥有重要意义。编者张凤君目录实验一实验二实验三实验四

1—3610实验一天然水中油类的紫外分光光度法测定一、实验目的加深对环境中油类污染的认识，掌握油类的解析方法和技术，学会使用紫外分光光度计。二、实验原理紫外分光光度法比重量法简单。石油类含有的拥有共轭系统的物质在紫外光区有特色汲取峰。带有苯环的芳香族化合物主要汲取波长为250~260nm，带有共轭双键的化合物主要汲取波长为215~230nm。一般原油的两个汲取峰波长为225及256nm，其余油品如燃料油、润滑油等的汲取峰也与原油周边。本方法测定波长选为256nm，最低检出浓度为mg/L，测定上限为10mg/L。三、仪器与试剂1.紫外分光光度计（拥有1cm石英比色皿）2.石油醚（60~90℃）提纯：透光率应大于80%纯化：将石油醚经过变色硅胶柱后采集于试剂瓶中。以水为参比，在256nm处透光率应大于80%。四、实验步骤1.标准曲线绘制：把油标准贮备液用石油醚稀释为每毫升含

mg

油的标准液。向7个10mL比色管中挨次加入油标准液0,mL,mL,mL,mL,mL,mL，用石油醚稀释至刻线。最后在波长256nm处，用1cm石英比色皿，以石油醚为参比液测定标准系列的吸光度，并绘制标准曲线。2.将水样500mL所有倾入1000mL分液漏斗中，加入5mL（1+1）硫酸（若水样取样时已酸化，可不加）及20g氯化钠，加塞摇匀，用15mL石油醚洗采样瓶，并把此洗液移入分液漏斗中，充分振荡2min（注意放气），静置分层。把基层水样放入原采样瓶中，上层石油醚放入25mL容量瓶中，再加入10mL石油醚，重复抽提水样一次，合并提取液于容量瓶中。加入石油醚至刻线，摇匀。若容量瓶里有水珠或浑浊，可加少许无水硫酸钠脱水。3.在波长256nm处，用1cm石英比色皿，以脱芳烃的石油醚为参比，测定其吸光度，并在标准曲线上查出相应浓度值。五、结果与谈论油（mg/L）=CV2V1式中C——从标准曲线上查出的相应浓度（mg/L）；V1——被测水样体积（mL）；V2——石油醚定容体积（mL）。2.采集的样品一定有代表性。一般在水表面以下20~50cm处取水样为了保存水样，采集样品以前，可向瓶里加入硫酸[每升水样加5mL（1+1）硫酸]，使水样pH<2，以克制微生物活动，于低温下（<4℃）保存。在常温下，样品可保存24h。实验二有机物的正辛醇—水分配系数有机化合物的正辛醇—水分配系数（KOW）是指均衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值。它反响了化合物在水相和有机相之间的迁徙能力，是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数，它与化合物的水溶性、土壤吸附常数和生物浓缩因子亲近相关。经过对某一化合物分配系数的测定，可供给该化合物在环境行为方面好多重要的信息，特别是对于谈论有机物在环境中的危险性起侧重要作用。测定分配系数的方法有振荡法、产生柱法和高效液相色谱法。一、实验目的1.掌握有机物的正辛醇—水分配系数的测定方法。2.学习使用紫外分光光度计。二、实验原理正辛醇—水分配系数是均衡状态下化合物在正辛醇相和水相中浓度的比值，即：KOW式中：KOW——分配系数；

cOcWco——均衡时有机化合物在正辛醇相中的浓度；cw——均衡时有机化合物在水相中的浓度。本实验采纳振荡法使对二甲苯在正辛醇相和水相中达均衡后，进行离心，测定水相中对二甲苯的浓度，由此求得分配系数。KOW

cOVOcWVWcWVW式中：co——初步时有机化合物在正辛醇相中的浓度；cw——均衡时有机化合物在水相中的浓度；VO、VW——分别为正辛醇相和水相的体积。三、仪器与试剂1.仪器（1）紫外分光光度计。（2）恒温振荡器。（3）离心计。（4）具塞比色管：10mL。（5）玻璃注射器：5mL。（6）容量瓶：5mL，10mL。2.试剂（1）正辛醇：解析纯。（2）乙醇：95%，解析纯。（3）对二甲苯：解析纯。四、实验步骤1.标准曲线绘制称取mL对二甲苯于10mL容量瓶中，用乙醇稀释至刻度，摇匀。取该溶液mL于25mL容量瓶中，再用乙醇稀释至刻度，摇匀，此时浓度为400μL/L。在5只25mL容量瓶中各加入该溶液mL、mL、mL、mL、mL，用水稀释至刻度、摇匀。在紫外分光光度计上用波长227nm处，以水为参比，测定吸光度值。利用所测得的标准系列的吸光度值对浓度作图，绘制标准曲线。2.溶剂的预饱和将20mL正辛醇与200mL二次蒸馏水在振荡器上振荡24h，使两者互相饱和，静置分层后，两相分别，分别保存备用。3.均衡时间的确定及分配系数的测定（1）移取mL对二甲苯于10mL容量瓶中。用上述办理过的被水饱和的正辛醇稀释至刻度。该溶液浓度为4μL/L。4×10（2）分别移取mL上述溶液于6个10mL具塞比色管中，用上述办理过的被正辛醇饱和的二次水稀释至刻度。盖紧塞子，置于恒温振荡器上，分别振荡h、h、h、h、h和h，离心分别，用紫外分光光度计测定水相吸光度。取水样时为防备正辛醇污染，可利用带针头的玻璃注射器移取水样。第一在玻璃注射器内吸入部分空气，当注射器经过正辛醇相时，轻轻排出空气，在水相中已汲取足够的溶液时，迅速抽出注射器。卸掉针头后，即可获取无正辛醇污染的水相。五、数据办理1.依据不一样时间化合物在水相中的浓度，绘制化合物均衡浓度随时间的变化曲线，由此确立实验所需的均衡时间。2.利用达到均衡时化合物在水相中的浓度，计算化合物的正辛醇—水分配系数。六、思虑题1.正辛醇—水分配系数的测定有何意义2.振荡法测定化合物的正辛醇—水分配系数有哪些优弊端实验三苯酚的光降解速率常数有机污染物在水体中的光化学降解激烈地影响着它们在水中的归宿，因此对水体中的有机污染物光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。目前，光降解技术已成为好多难降解有机污染物的有效去除手段。水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包含双方面内容。一是研究其降解速率及影响要素；二是研究有机污染物降解产物，包含中间产物的毒性大小。需要注意的是，有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的，甚至比母体化合物毒性更大。因此有机污染物的分解其实不意味着毒性的消逝。苯酚广泛存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中的苯酚含量常常超标。所以，研究天然水中酚的降解对控制其污染是很有意义的。一、实验目的测定苯酚在光作用下的降解速率，并求得速率常数。二、实验原理溶于水中的有机污染物，在太阳光的作用下分解，不停产生自由基，详尽过程以下：RH→H?+R?除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染物不停地被氧化，最平生成CO2、CH4和H2O等。所以，光降解是天然水体有机污染物的自净门路之一。天然水体中有机污染物的光降解速率，可用下式表示：dcdt

Kc[Ox]式中：c——天然水中苯酚的浓度；[Ox]——天然水中氧化性基团的浓度，一般是定值，以为其在反响过程中保持不变；上式积分得：lncoK[Ox]tK'tc式中：c0——天然水中苯酚的初步浓度；c——时间为t时测得的苯酚浓度；K’——所获取的衰减曲线的斜率，即光降解速率常数。经过绘制c0线，可求得K’。ln~t关系曲c本实验在含苯酚的蒸馏水溶液中加入H22，模拟含酚天然水进行光降解实O验。苯酚的测定是依据在氧化剂铁氰化钾存在的碱性条件下苯酚与4—氨基安替比林反响，生成橘红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈红色，在510nm处有最大汲取。在必定浓度范围内，苯酚的浓度与吸光度值成线性关系。三、仪器与试剂1.仪器（1）可见分光光度计。（2）磁力搅拌器。（3）高压汞灯：400W。（4）紫外分光光度计。（5）TOC测定仪。2.试剂（1）1000mg/L苯酚标准贮备液。（2）50mg/L苯酚标准中间液：取苯酚标准贮备液5mL，稀释至100mL。（3）缓冲液：称取20gNH4Cl溶于100mL浓32中。NH?HO（4）1%4—氨基安替比林溶液：贮于棕色瓶中，在冰箱内可保存1周。（5）4%铁氰化钾溶液：贮于棕色瓶中，在冰箱内可保存1周。（6）%H22溶液：取浓22溶液mL稀释至。OHO250mL（7）待降解苯酚溶液：取1000mg/L的苯酚标准贮备液mL于500mL容量瓶中，用二次水稀释至刻度，摇匀待用。该待降解苯酚溶液准备两份。四、实验步骤1.标准曲线绘制分别取50mg/L的苯酚标准中间液0、mL、mL、mL、mL和mL于25mL容量瓶中，加少许二次水，而后加入mL缓冲液，mL4—氨基安替比林溶液，混匀。再加入mL铁氰化钾溶液，完全混匀，最后用二次水定容至25mL。搁置15min后，在分光光度计上，于510nm波优点，用1cm比色皿，以空白溶液为参比，丈量吸光度。以吸光度对浓度作图绘制标准曲线。2.光降解实验（1）将待降解苯酚溶液500mL置于1000mL烧杯中，加入mL%H2O2溶液,混匀。此溶液即为模拟的含苯酚天然水样。该模拟水样准备两份。2）分别将两份装有500mL模拟苯酚水样的烧杯置于两个磁力搅拌器上，用同一个高压汞灯进行照耀。3）对此中一个烧杯内的水样每隔10min取一次样，每次取mL，共取11次样（即分别在t=0、10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min时取样）。分别置于有编号的25mL容量瓶中，依照与步骤1相同方法测定吸光度。4）对此中另一个烧杯内的水样，每隔30min取一次样，每次取mL，共取4次样（即分别在t=0、30min、60min、90min时取样）。分别置于有编号的干燥50mL小烧杯中。用紫外分光光度计扫描样品的紫外汲取光谱。用TOC测定仪测定样品的TOC值。五、数据办理由标准曲线上查得不一样时间光降解溶液中苯酚所对应的浓度值，绘制苯酚光降解动力学曲线，确立反响级数。以lnc0~t作图，求得K’值。c六、思虑题1.本实验所用高压汞灯的光谱有何特色2.联合苯酚降解动力学曲线以及紫外吸光度和TOC随时间的变化状况，谈论实验过程中出现的实验现象。实验四土壤对铜的吸附土壤中的重金属污染主要来自于工业废水、农药、污泥和大气降尘等。过分的重金属可惹起植物的生理功能杂乱、营养失调。因为重金属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积，也可为植物所富集，并经过食品链危害人体健康。重金属在土壤中的迁徙转变主要包含吸附作用、配位作用、积淀溶解作用和氧化还原作用，此中又以吸附作用最为重要。铜是植物生长所必不行少的微量营养元素，但含量过多也会造成植物中毒。土壤的铜污染主要来自铜矿开采和冶炼过程。进入到土壤中的铜会被土壤中的黏土矿物微粒和有机质所吸附，这类吸附能力的大小将影响着铜在土壤中的迁徙转变。所以，研究土壤对铜的吸附作用及其影响要素拥有特别重要的意义。一、实验目的1.认识影响土壤对铜吸附作用的相关要素。2.学会建立吸附等温线的方法。二、实验原理不一样土壤对铜的吸附能力不一样，在不一样条件下同一种土壤对铜的吸附能力也有很大差异。而对吸附影响比较大的两种要素是土壤的构成和pH。为此，本实验经过向土壤中增添必定数目的腐殖质和调理待吸附铜溶液的pH，分别测定上述两种要素对土壤吸附铜的影响。土壤对铜的吸附可采纳Freundlich吸附等温式描述。即：1QKn式中：Q——土壤对铜的吸附量，mg/g；ρ——吸附达均衡时溶液中铜的浓度，mg/L；K、n——经验常数，其数值与离子种类、吸附剂性质及温度等相关。将Freundlich吸附等温式两边取对数，可得：lgQ

lgK

1lgn以lgQ对lgρ作图可求得常数K和n，将K、n代入Freundlich吸附等温式，即可确立该条件下的Freundlich吸附等温式方程，由此可确立吸附量Q和均衡浓度ρ之间的函数关系。三、仪器与试剂1.仪器（1）原子汲取分光光度计。（2）恒温振荡器。（3）离心计。（4）酸度计。（5）复合pH玻璃电极。（6）容量瓶：50mL，250mL，500mL。（7）聚乙烯塑料瓶：50mL。2.试剂（1）mol/L二氯化钙溶液：称取gCaCl22，溶于1L水中。?2HO（2）1000mg/L铜标准溶液：将g金属铜（%）溶解于30mL1：1HNO3中，用水定容至500mL。（3）50mg/L铜标准溶液：汲取25mL1000mg/L铜标准溶液于500mL容量瓶中，加水定容至刻度。（4）mol/LH2SO4溶液。（5）1mol/LNaOH溶液。（6）铜标准系列溶液（pH=）：分别汲取mL、mL、mL、mL、mL的1000mg/L铜标准溶液于250mL烧杯中，加入mol/LCaCl2溶液，稀释至大体240mL，先用mol/LH2SO4溶液调理pH=2，再以1mol/LNaOH溶液调理pH=，将此溶液移入

250mL容量瓶中，用

mol/L

二氯化钙溶液定容，溶液系列浓度为

mg/L、mg/L、

mg/L、

mg/L、

mg/L。按相同方法，配制

pH=的铜标准系列溶液。（7）腐植酸（生化试剂）。（8）1

号土壤样品：将新采集的土壤样品经过风干、磨碎，过

mm（100目）筛后装瓶备用。（9）2号土壤样品：取1号土壤样品300g，加入腐植酸30g，磨碎，过mm（100目）筛后装瓶备用。四、实验步骤1.标准曲线的绘制汲取50mg/L的铜标准溶液0、mL、mL、mL、mL、mL、mL、mL分别置于50mL容量瓶中，加2滴mol/LH2SO4用水定容，其浓度分别为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计上测定吸光度。依据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线。原子汲取测定条件：波长：nm；灯电流：1mA；光谱通带：20；增益粗调：0；燃气：乙炔；助燃气：空气；火焰种类：氧化型。2.土壤对铜的吸附均衡时间的测定（1）分别称取1、2号土壤样品各8份，每份1g于50mL聚乙烯塑料瓶中。（2）向每份样品中各加入50mg/L的铜标准溶液50mL。（3）将上述样品在室温下进行振荡，分别在振荡h、h、h、h、h、h、、h后，离心分别，迅速汲取上层清