环境化学实验.pdf

2 1世纪全国高等院校环境系列实用规划教材 环境化学实验 主暋编暋董德明暋花修艺暋康春莉 内 容 简 介 本书作为2 1世纪全国高等院校环境系列实用规划教材之一,主要面向高等教育应用型环境科学本科 专业,与该系列教材中的 环境化学配套使用。本书共包括2 2个实验,内容涵盖大气环境化学、水环 境化学和土壤/植物环境化学等,并涉及部分污染控制化学的内容。本书附有9个附录,以便读者查阅。 本书既注重对学生在环境化学领域基本实验技能的培养和锻炼,同时也在一定程度上反映了当前环境化 学领域的一些新的研究动态和方法,在内容设计上特别注意与配套 环境化学教材的衔接,又尽量避 免与 环境监测实验 、 环境仪器分析实验等其他相关实验课程重复,同时还注意适应不同层次高校 的不同实验教学条件,具有很强的实用性和适应性。 本书可作为高等院校环境科学专业本科生的专业教材,也可作为环境工程、生态学等其他相关专业 本科生、研究生以及环境科学工作者的参考用书。 暋图书在版编目C I P 数据 暋环境化学实验/董德明,花修艺,康春莉主编.北京北京大学出版社,2 0 1 0 灡 1 暋2 1世纪全国高等院校环境系列实用规划教材 暋 I S B N9 7 8 7 3 0 1 1 5 7 3 8 1 暋栺.环暋栻.栙董栚花栛康暋栿.环境化学化学实验高等学校教材暋桇. X 1 3 3 3 暋中国版本图书馆C I P数据核字2 0 0 9 第1 6 7 0 5 2号 暋书 名环境化学实验 暋著作责任者董德明暋花修艺暋康春莉暋主编 暋责 任 编 辑张暋玮 暋标 准 书 号I S B N9 7 8 7 3 0 1 1 5 7 3 8 1/X0 0 3 7 暋出 版者北京大学出版社 暋地 址北京市海淀区成府路2 0 5号暋1 0 0 8 7 1 暋网 址 h t t p / /w ww 灡 p u p 灡 c n 暋h t t p / /ww w 灡 p u p 6 灡 c o m 暋电 话邮购部6 2 7 5 2 0 1 5暋发行部6 2 7 5 0 6 7 2暋编辑部6 2 7 5 0 6 6 7暋出版部6 2 7 5 4 9 6 2 暋电 子 邮 箱p u p_61 6 3 灡 c o m 暋印 刷者 暋发 行者北京大学出版社 暋经 销者新华书店 7 8 7毫米暳1 0 9 2毫米暋1 6开本暋8 灡 5印张暋1 8 0千字 2 0 1 0年1月第1版暋暋2 0 1 0年1月第1次印刷 暋定 价1 8 灡 0 0元 暋暋未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。 暋暋版权所有,侵权必究暋暋暋暋暋举报电话0 1 0 6 2 7 5 2 0 2 4 电子邮箱f d p u p 灡 p k u 灡 e d u 灡 c n 前暋暋言 环境化学是一门实践性较强的课程,在进行理论知识学习的同时进行环境化学实验的 训练,使学生掌握必要的环境化学实验技能,同时加强了学生对环境化学基础知识和理论 的理解和认识,为将来的实际工作打下扎实的基础。本书为满足环境科学应用型人才培养 的需要,针对应用型人才培养的特点,参照国内外近年应用较广、较成功的教材,结合配 套教材 环境化学的教学内容编写而成,具有很强的实用性和适用性。 本书包括2 2个实验,内容涵盖大气环境化学、水环境化学和土壤/植物环境化学等, 以污染物在环境中的存在与迁移转化等化学行为为主,部分实验的内容涉及某些重要污染 物或指标的分析和一些有代表性的污染控制化学反应,教学时可根据 “ 环境化学暠课程教 学情况和实验条件有选择地开展部分实验。本书附有9个附录,包括实验室的一些基本常 识、常见环境样品的采集方法、一些常见缓冲溶液的配制方法、一些基准物质和浓酸的基 本参数、环境质量标准等,以便读者查阅。 对比现有的研究型环境科学本科专业所用环境化学实验教材,本书增加了基础性实验 内容,适当降低部分实验难度。在实验内容上特别注意与配套 环境化学教材中重要知 识点的衔接,避免国内外一些同类教材中存在的单纯的污染物分析测试或监测实验,尽量 避免与 环境监测实验 、 环境仪器分析实验等其他相关实验课程重复。考虑到教材的 实用性和适用性,本书降低了那些对仪器设备和其他实验条件要求较高的实验所占的比 例,增加了一些简单易行的实验,同时也增加了少量综合性实验,并尽量设计在不同的实 验中能够使用到一些不同的常见仪器设备、实验方法和分析测试手段,有些实验甚至提供 两种实验或分析测试方法供选择使用。这样既保证学生能够有机会接触更多的实验方法和 测试手段,又保证不同条件的学校都能够顺利开展大部分实验。此外,实验中的分析测试 方法参照国家标准或国外标准,在部分实验的设计中还适当地引入了一些绿色化实验设计 的理念。 本书由吉林大学环境与资源学院董德明、花修艺和康春莉共同编写,最后由董德明教 授统稿并审阅。在教材的编写过程中,梁大鹏讲师,赵蕴珠、吕继涛、王文涛、丁晓欧等 研究生也参加了部分实验的验证和文稿整理等工作。 本书部分实验的内容参照了国内外的一些相关教材、标准、论文和著作等,在此向这 些材料的作者表示衷心的感谢 由于编者水平有限,疏漏之外在所难免,敬请读者批评指正。 编暋暋者 2 0 0 9年9月 目暋暋录 实验一暋环境空气中直链烷烃的 光催化氧化反应 1 暋暋暋一、实验目的1 暋暋暋二、实验原理1 暋暋暋三、仪器和试剂1 暋暋暋四、实验步骤2 暋暋暋五、数据处理与分析3 暋暋暋六、注意事项3 暋暋暋七、思考题3 实验二暋交通干线附近空气中N O和 N O2的含量日变化规律4 暋暋暋一、实验目的4 暋暋暋二、实验原理4 暋暋暋三、仪器与试剂5 暋暋暋四、实验步骤6 暋暋暋五、数据处理与分析7 暋暋暋六、注意事项8 暋暋暋七、思考题8 实验三暋环境空气中烯烃与臭氧的反应 9 暋暋暋一、实验目的9 暋暋暋二、实验原理9 暋暋暋三、仪器和试剂1 0 暋暋暋四、实验步骤1 0 暋暋暋五、数据处理与分析1 1 暋暋暋六、说明1 1 暋暋暋七、思考题1 1 实验四暋环境空气中S O 2液相氧化 模拟 1 2 暋暋暋一、实验目的1 2 暋暋暋二、实验原理1 2 暋暋暋三、仪器与试剂1 3 暋暋暋四、实验步骤1 4 暋暋暋五、数据处理与分析1 4 暋暋暋六、思考题1 4 实验五暋气体温室效应的测定与评估 1 5 暋暋暋一、实验目的1 6 暋暋暋二、实验原理1 6 暋暋暋三、仪器与试剂1 7 暋暋暋四、实验步骤1 7 暋暋暋五、数据处理与分析1 7 暋暋暋六、注意事项1 8 暋暋暋七、思考题1 8 实验六暋天然水的主要离子组成 1 9 暋暋暋一、实验目的1 9 暋暋暋二、实验原理1 9 暋暋暋三、仪器与试剂2 0 暋暋暋四、实验步骤2 1 暋暋暋五、数据处理与分析2 3 暋暋暋六、注意事项2 3 暋暋暋七、思考题2 3 实验七暋湖泊富营养化程度的评价 2 4 暋暋暋一、实验目的2 4 暋暋暋二、实验原理2 4 暋暋暋三、仪器和试剂2 6 暋暋暋四、实验步骤2 7 暋暋暋五、数据处理与分析2 9 暋暋暋六、注意事项3 0 暋暋暋七、思考题3 0 实验八暋有机物的正辛醇 水分配系数 3 1 暋暋暋一、实验目的3 1 暋暋暋二、实验原理3 1 暋暋暋三、仪器和试剂3 2 暋暋暋四、实验步骤3 2 暋暋暋五、数据处理与分析3 3 暋暋暋六、思考题3 3 实验九暋水中有机物挥发速率的测定 3 4 暋暋暋一、实验目的3 4 桍暋暋暋暋 暋暋暋二、实验原理3 4 暋暋暋三、仪器和试剂3 6 暋暋暋四、实验步骤3 6 暋暋暋五、数据处理与分析3 7 暋暋暋六、思考题3 8 实验十暋底泥对苯胺和硝基苯的吸附 3 9 暋暋暋一、实验目的3 9 暋暋暋二、实验原理3 9 暋暋暋三、仪器与试剂4 0 暋暋暋四、实验步骤4 1 暋暋暋五、数据处理与分析4 2 暋暋暋六、注意事项4 3 暋暋暋七、思考题4 3 实验十一暋苯酚的光降解与光催化 降解速率测定 4 4 暋暋暋一、实验目的4 4 暋暋暋二、实验原理4 4 暋暋暋三、仪器和试剂4 5 暋暋暋四、实验步骤4 6 暋暋暋五、数据处理与分析4 7 暋暋暋六、思考题4 7 实验十二暋邻苯二甲酸二丁酯的 微生物降解 4 8 暋暋暋一、实验目的4 8 暋暋暋二、实验原理4 8 暋暋暋三、仪器和试剂4 9 暋暋暋四、实验步骤4 9 暋暋暋五、数据处理与分析5 0 暋暋暋六、思考题5 0 实验十三暋甲萘威在水环境中的水解 5 1 暋暋暋一、实验目的5 1 暋暋暋二、实验原理5 1 暋暋暋三、仪器和试剂5 2 暋暋暋四、实验步骤5 2 暋暋暋五、数据处理与分析5 3 暋暋暋六、注意事项5 3 暋暋暋七、思考题5 3 实验十四暋水体中悬浮颗粒物和表层 沉积物对重金属的富集 5 4 暋暋暋一、实验目的5 4 暋暋暋二、实验原理5 4 暋暋暋三、仪器和试剂5 5 暋暋暋四、实验步骤5 5 暋暋暋五、数据处理与分析5 7 暋暋暋六、思考题5 7 实验十五暋工业废水与生活污水的 B O D与C O D的相关性5 8 暋暋暋一、实验目的5 8 暋暋暋二、实验原理5 8 暋暋暋三、仪器和试剂6 0 暋暋暋四、实验步骤6 1 暋暋暋五、数据处理与分析6 3 暋暋暋六、注意事项6 3 暋暋暋七、思考题6 4 实验十六暋河流沉积物中汞的存在 形态分析 6 5 暋暋暋一、实验目的6 5 暋暋暋二、实验原理6 5 暋暋暋三、仪器和试剂6 6 暋暋暋四、实验步骤6 7 暋暋暋五、数据处理与分析6 9 暋暋暋六、注意事项6 9 暋暋暋七、思考题6 9 实验十七暋土壤中铅和铜的形态分析 7 0 暋暋暋一、实验目的7 0 暋暋暋二、实验原理7 0 暋暋暋三、仪器与试剂7 0 暋暋暋四、实验步骤7 1 暋暋暋五、数据处理与分析7 2 暋暋暋六、思考题7 2 实验十八暋土壤中的有机氯农药残留 7 3 暋暋暋一、实验目的7 3 暋暋暋二、实验原理7 3 暋暋暋三、仪器和试剂7 3 暋暋暋四、实验步骤7 4 暋暋暋五、数据处理与分析7 5 暋暋暋六、注意事项7 5 暋暋暋七、思考题7 5 实验十九暋铜在不同土壤 溶液体系中 的分配 7 6 暋暋暋一、实验目的7 6 暋暋暋二、实验原理7 6 桏暋暋暋暋 暋暋暋三、仪器和试剂7 6 暋暋暋四、实验步骤7 7 暋暋暋五、数据处理与分析7 8 暋暋暋六、思考题7 8 实验二十暋土壤 粮食体系中的重金属 7 9 暋暋暋一、实验目的7 9 暋暋暋二、实验原理7 9 暋暋暋三、仪器和试剂7 9 暋暋暋四、实验步骤8 0 暋暋暋五、数据处理与分析8 1 暋暋暋六、思考题8 1 实验二十一暋活性炭吸附法处理废水 8 2 暋暋暋一、实验目的8 2 暋暋暋二、实验原理8 2 暋暋暋三、仪器和试剂8 3 暋暋暋四、实验步骤8 3 暋暋暋五、数据处理与分析8 4 暋暋暋六、注意事项8 5 暋暋暋七、思考题8 5 实验二十二暋F e n t o n氧化法处理模拟 有机废水 8 6 暋暋暋一、实验目的8 6 暋暋暋二、实验原理8 6 暋暋暋三、仪器与试剂8 7 暋暋暋四、实验步骤8 7 暋暋暋五、数据处理与分析8 8 暋暋暋六、注意事项8 8 暋暋暋七、思考题8 8 附录1暋实验室安全常识 8 9 附录2暋实验室常用器皿的洗涤 9 1 附录3暋实验室常用纯水的制备 9 4 附录4暋常见环境样品采集方法概述 9 7 附录5暋常见基准物质 1 0 5 附录6暋常见酸碱的解离常数 1 0 6 附录7暋常见标准缓冲溶液的配制 及其 p H 1 0 8 附录8暋市售酸碱试剂的基本特征 1 1 2 附录9暋环境质量标准摘编 1 1 3 参考文献 1 2 1 实验一暋环境空气中直链烷烃的光 催化氧化反应暋 碳氢化合物 烃类 是环境空气中的一类重要污染物,主要来自汽油等石油产品的燃烧 和挥发、天然气等可燃气体的燃烧和泄漏、溶剂的蒸发、一些焚烧过程以及一些自然作用 等。大气中以气态形式存在的碳氢化合物的碳原子数主要在1 1 0之间,包括可挥发性的所 有烃类。大气中已检测出的烷烃有1 0 0多种,其中直链烷烃最多,其碳原子数目为1 3 7个。 带有支链的异构烷烃碳原子数目多在6个以下。低于6个碳原子的烷烃有较高的蒸气压,在 大气中多以气态形式存在。碳链长的烃类常形成气溶胶或吸附在其他颗粒物质上。 烷烃,特别是直链正构烷烃,性质较稳定,在空气中一般不易降解,但在一些光催化 剂存在时,也可以发生光降解作用。目前,有关半导体粒子光催化降解烷烃的研究受到人 们的重视。 一、 实验目的 1了解半导体粒子对大气光化学反应的催化作用。 2掌握气相光化学反应的研究方法和基本操作。 二、 实验原理 所谓半导体粒子的光催化效应是指半导体材料的外层具有特殊的电子结构,即具有较 深的价带能级,当它们受到大于禁带宽度能量的光照射后,处于价带V B 上的电子就被 激发到导带 C B 上,因而在导带上产生带负电的高活性光生电子,在价带上生成带正电 荷的空穴,形成氧化-还原体系光生电子具有强的还原活性,而空穴则有很强的得电子 能力,可夺取半导体颗粒表面的有机物或体系中的电子,使原本不吸收光的物质被活化氧 化。空穴与含羟基 如水蒸气 的物质或氧反应,生成具有高氧化活性的羟基自由基和O- 2 离子等,实现对有机物的氧化。半导体光催化剂可将许多有机化合物经过一系列过程后最 终氧化为C O2和H2O及其他无机物,常见的半导体催化剂主要是过渡金属氧化物和硫化 物等,其中催化效率较高的包括T i O2 锐钛矿 、F e 2O3、C d S和Z n S等。 本实验以T i O2 锐钛矿 为光催化氧化剂,在有T i O2存在的体系中加入正庚烷,在紫 外线照射下,正庚烷会发生光催化氧化降解,生成C O和C O2。在不同时间取样分析体系 中正庚烷和C O的含量,了解正庚烷浓度下降过程。C O2的生成通过定性实验证明。 三、 仪器和试剂 1.仪器 1气相色谱仪带氢火焰离子化检测器。 2暋暋暋暋 24 0 0W高压汞灯。 3石英玻璃光化学反应器。 2.试剂 1正庚烷色谱纯。 2二氧化钛 锐钛矿 分析纯。 3一氧化碳标准气体色谱纯。 4氮气高纯。 5氧气高纯。 6氢氧化钡分析纯。 7盐酸分析纯。 四、 实验步骤 1.光化学反应系统的建立 光化学反 应 系 统 示 意 如 图1 灡 1所 示。其 中 石 英 玻 璃 反 应 器 外 径 约5 0 mm,长 约 2 0 0 mm,侧面有两个开口,分别用于配气与取样。光源汞灯由一个两侧开有窗口的金属筒 罩住,以获得稳定而集中的辐射。光源与反应器相距1 1 0 mm,中间用柱形石英管隔开, 以保证反应器不因受到长时间光照而温度升高 若光源配石英冷阱,则可不用石英管 。反 应器及汞灯均水平放置以便引入的催化剂可平铺在反应器内。 1高压汞灯;2金属罩;3隔热石英管;4反应器;5取样口;6配气口;7催化剂T i O2粒子 图1 灡 1暋光化学反应系统示意图 2.配气 石英玻璃反应器经自来水洗涤后在洗液中浸泡数小时,再用蒸馏水洗净,于烘箱中烘 干。配气口盖一反口胶塞,在配气口与反口胶塞之间加一层聚四氯乙烯薄膜,防止在光照 时反口胶塞上的物质进入反应体系。 称取1 灡 0 gT i O2催化剂,加入反应器中,将反应器与配气系统相连。先把反应器抽真 空,用无汞压力计控制真空度。在抽真空过程中用热吹风加热反应器,使器壁上吸附的物 质尽量抽净,然后用高纯氮冲洗,再抽真空,反复45次。 将正庚烷和氧气在真空状态下注入反应器,使正庚烷的浓度为1 灡 6 6暳1 0 -4 m o lL -1, 氧气的体积百分比为2 0。最后用高纯氮充至略高于常压,以提供在反应过程中测气样时 抽气所需的压力。 在配气时,若反口胶塞上已经有注射器针孔,为防止针孔漏气,可在胶塞外面贴上 3暋暋暋暋 胶带。 配气完成后,从配气系统取下反应器,仔细振荡,使催化剂平铺于器壁底部。 3.光化学反应的过程与产物 开启高压汞灯,分别在光照0、0 灡 5、1 灡 0、1 灡 5、2 灡 0、2 灡 5、3 灡 0 h时用玻璃注射器从 反口胶塞处取样,用气相色谱仪分析体系中反应物正庚烷和产物C O的含量。同样,为防 止取样时注射器扎出的孔漏气,也需在胶塞外面贴上胶带以保持体系的稳定性。 反应物正庚烷的参考气相色谱分析条件如下S E-5 4石英毛细管柱 5 0 m暳0 灡 2 4 5 ;载 气为高纯氮,柱前压2 灡 4 k g fc m-21 k g fc m-29 灡 8 0 6 6 5暳1 0 4P a ,柱温6 0曟;分流速 度6 8 m Lm i n -1;吹扫速度3 3 m Lm i n-1;气化室温度2 0 0曟;检测室温度2 2 0曟。 产物C O的参考气相色谱分析条件如下分子筛柱;柱温5 0曟;流速3 0 m Lm i n -1; 电流1 8 0 mA。用C O标气定量。 反应结束后,用高纯氮将反应器中的气体赶出,通入B aOH 2饱和溶液中,体系中 应有白色B a C O3沉淀生成,遇盐酸沉淀溶解,证明C O2的生成。 五、 数据处理与分析 绘制反应过程中正庚烷和C O的浓度随时间的变化曲线,作相关分析,并根据正庚烷 浓度的变化,确定正庚烷光催化降解反应动力学的级数。 六、 注意事项 光化学反应系统工作时需进行有效的遮蔽 如金属箱或双层遮光布 ,以避免汞灯的紫 外辐射。从取样口取样时,也要注意自我防护,避免紫外辐射。 七、 思考题 1分析影响空气中正庚烷光催化降解的可能因素有哪些 2讨论空气中烃类的光催化降解在环境保护方面可能有哪些应用 w w w . b z f x w . c o m 实验二暋交通干线附近空气中N O 暋 和N O 2 的含量日变化规律 大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮N2O 、一氧化氮NO 和 二氧化氮NO2 。其中氧化亚氮 N2O 主要来自于天然源,在低层大气中非常稳定,一般 认为其没有明显的污染效应。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物,通常统称为氮氧化 物NOx 。NO x对呼吸道和呼吸器官有较强的刺激作用,会严重危害健康,还会影响植物 的光合作用。与S O2等其他污染物共存时,NOx会与之产生协同作用,危害变大。另外, NOx还是导致大气光化学污染的重要污染物质,也是形成酸雨的原因之一。从全球范围 看,NO x主要也来自天然过程,如生物源、闪电等。但在城市近地面大气中,主要由人类 活动排放。它们的人为来源主要是燃料的燃烧过程。燃烧源可分为流动燃烧源和固定燃烧 源。城市大气中的NOx一般有1/3来自固定源的排放,2/3来自汽车等流动源的排放。因 此,交通干线附近空气中NOx的含量与车流量密切相关,而汽车流量往往随时间变化,因 而空气中NOx的含量也随之变化。无论是流动源还是固定源,燃烧直接产生的NOx主要 是NO,占9 0以上;NO2的含量很少,占0 灡 51 0,受温度等因素所影响。环境中 的NO2主要是由已排入环境中的NO在大气中的氧化而生成。因此,交通干线附近空气 中NO和NO2含量随时间变化的规律是不同的。 一、 实验目的 1掌握大气中NO和NO2含量测定的基本原理和方法。 2绘制交通干线附近空气中NO和NO2的浓度日变化曲线,了解两者间变化规律的 异同。 二、 实验原理 空气中NO和NO2的测定参照国家标准G B/T1 5 4 3 6 灢 1 9 9 5 环境空气 氮氧化物的 测定S a l t z m a n法 采用空气采样器采集空气样品,空气中的NO2被串联的第一支吸收 瓶中的吸收液吸收,生成粉红色的偶氮染料。空气中的NO不与吸收液反应,通过氧化瓶 被氧化为NO2后,被串联的第二支吸收瓶中的吸收液吸收,生成偶氮染料。最后,在波 长为5 4 05 4 5 n m时分别测定两种吸收液的吸光度,推算空气中NO和NO2的含量, NOx的含量为NO和NO2含量之和。当采样体积为42 4 L时,本方法适于测定的空气中 NOx的含量为0 灡 0 1 52 灡 0m gm-3。 在吸收瓶的吸收液中,NO2转变为亚硝酸 根 ,与对氨基苯磺酸发生重氮化反应, 再与盐酸萘乙二胺偶合,生成粉红色的偶氮染料。在氧化瓶中装有酸性高锰酸钾溶液,可 以把NO氧化为NO2。 w w w . b z f x w . c o m 5暋暋暋暋 采集并测定一天内不同时间段交通干线附近空气中为NO、NO2和NOx的含量,可绘 制空气中NO、NO2和NOx含量随时间变化的曲线,可直观比较NO和NO2含量变化规 律的差异。 三、 仪器与试剂 1.仪器 1便携式空气采样器流量为01 灡 0 Lm i n -1。 2采样探头硼硅玻璃、不锈钢、聚四氟乙烯或硅橡胶管,内径约6 mm,不超过 2 m,尽可能短,空气入口朝下。 3棕色多孔玻板吸收瓶2个,1 0 m L,液柱不低于8 0 mm。 4氧化瓶1 0 m L,液柱不低于8 0 mm。较适用的参考吸收瓶和氧化瓶分别如图2 灡 1 中的 a 和b 所示。 5分光光度计。 6比色管1 0 m L。 a多孔玻璃吸收瓶暋b氧化瓶暋暋 图2 灡 1暋多孔玻板吸收瓶和氧化瓶示意图 2.试剂 1N-1-萘基 乙二胺盐酸盐储备液质量浓度1 灡 0 0 gL -1。称取0 灡 5 0 gN- 1- 萘基 乙二胺盐酸盐 [ C1 0H7NHCH22NH22 HC l]于5 0 0m L棕色容量瓶中,用水溶解 稀释至刻度。冰箱冷藏保存。 2显色液称取5 灡 0 g对氨基苯磺酸 [NH2C6H4S O3H]溶解于约2 0 0 m L热水中, 冷却至室温后转移至1 0 0 0 m L容量瓶中,加入5 0 m LN-1-萘基 乙二胺盐酸盐储备液和 5 0 m L冰乙酸,用水稀释至刻度。贮于密闭的棕色瓶中暗处保存。若溶液呈现淡红色,应 弃之重配。 3吸收液使用时,将显色液和水按4暶1的体积比混合即得吸收液。 4亚硝酸盐标准储备溶液NO-2质量浓度2 5 0 m gL -1。准确称取0 灡 3 7 5 0 g亚硝酸 钠N a NO 2,优级纯,预先在干燥器内放置2 4 h 溶于水,移入1 0 0 0 m L容量瓶中,用水稀 释至标线。溶液贮存于密闭棕色瓶中暗处储存。 w w w . b z f x w . c o m 6暋暋暋暋 5亚硝酸盐标准工作溶液NO-2质量浓度2 灡 5 m gL -1。吸取亚硝酸盐标准储备液 1 灡 0 0 m L于1 0 0 m L容量瓶中,用水稀释至标线。使用时现配。 6硫酸溶液浓度0 灡 5 m o lL -1。取l 5 m L浓硫酸,徐徐加入5 0 0 m L水中。 7酸性高锰酸钾溶液称取2 5 g高锰酸钾,稍微加热使其全部溶解于5 0 0 m L水中, 然后加入0 灡 5 m o lL-1的硫酸溶液5 0 0 m L,摇匀。贮存于棕色试剂瓶中。 8所有试剂均用不含亚硝酸根的蒸馏水或同等纯度的水配制。必要时蒸馏水可在全 玻璃蒸馏器中加少量高锰酸钾和氢氧化钡重蒸。水纯度的检验方法用实验用水配制的吸 收液的吸光度不超过0 灡 0 0 55 4 05 4 5 n m,1 0 mm比色杯,水为参比 。 四、 实验步骤 1.氮氧化物的采集 取两支内装1 0 灡 0 m L吸收液的多孔玻板吸收瓶和一支内装51 0 m L酸性高锰酸钾溶 液的氧化瓶 液柱不低于8 0 mm ,用尽量短的硅橡胶管将氧化瓶串联在两支吸收瓶之间, 整个取样 又称采样 系统的连接如图2 灡 2所示。以0 灡 4 Lm i n -1流量采气3 0 m i n。取样高 度为1 灡 5 m,采集交通干线空气中的氮氧化物时,应将取样点设在人行道上,距马路 1 灡 5 m,同时统计汽车流量。若氮氧化物含量很低,可增加取样量,避光取样至吸收液呈 浅玫瑰色为止。 图2 灡 2暋氮氧化物取样装置的连接图 取样时当发现氧化瓶中有明显的沉淀物析出时,应及时更换。 取样结束时,为防止溶液倒吸,应在取样泵停止抽气的同时,闭合连接在取样系统中 的止水夹。 记录取样时间和地点,根据取样时间和流量,算出取样体积。根据当地交通情况,可 把1天分成几个时段取样,例如7暶0 07暶3 0、7暶3 08暶0 0、8暶0 08暶3 0、8暶3 0 9暶0 0、9暶0 09暶3 0、9暶3 01 0暶0 0、1 0暶0 01 0暶3 0、1 5暶3 01 6暶0 0、1 6暶0 0 1 6暶3 0、1 6暶3 01 7暶0 0、1 7暶0 01 7暶3 0、1 7暶3 01 8暶0 0等。注意,至少包括一个 完整的交通高峰。 2.氮氧化物的测定 1标准曲线的绘制 取6支1 0m L具塞比色管,按表2 1配制亚硝酸盐标准溶液系列。 将各管摇匀,于暗处放置2 0m i n 室温低于2 0曟以下放置4 0m i n ,以蒸馏水为参比, 用1 0mm比色皿,在波长5 4 05 4 5n m之间处测定吸光度。用最小二乘法建立吸光度与 NO-2质量浓度 m g L-1 间的线性相关关系 即标准曲线的线性回归方程 。 w w w . b z f x w . c o m 7暋暋暋暋 表2 1暋标准溶液系列 编暋暋号 012345 NO-2标准工作溶液m L0 灡 0 00 灡 4 00 灡 8 01 灡 2 01 灡 6 02 灡 0 0 水m L 2 灡 0 01 灡 6 01 灡 2 00 灡 8 00 灡 4 00 灡 0 0 显色液m L 8 灡 0 08 灡 0 08 灡 0 08 灡 0 08 灡 0 08 灡 0 0 NO-2质量浓度 m g L-1 00 灡 1 00 灡 2 00 灡 3 00 灡 4 00 灡 5 0 暋暋2样品的测定 采样后放置2 0 m i n 室温低于2 0曟以下放置4 0 m i n ,用水将采样瓶中吸收液的体积补 充到标线,混匀,与标准曲线同法测定吸光度。若样品的吸光度超过标准曲线的上限,应 用空白吸收液稀释,再测定其吸光度。采样后应尽快测定样品的吸光度。若不能及时测 定,应将样品于低温暗处存放。 五、 数据处理与分析 用最小二乘法计算标准曲线的回归方程式 Ab Ca 空气中NO2含量按下式计算 CNO 2 A1-a暳V暳D b暳V0暳f 空气中NO含量 以NO2计 按下式计算 CNO A2-a暳V暳D b暳V0暳f暳k 空气中NOx含量 以NO2计 按下式计算 CNOxCNO 2CNO 式中暋A 标准溶液吸光度; C 标准溶液中NO-2质量浓度, m g L-1; b、a 标准曲线回归方程的斜率 吸光度L m g -1 和截距; CNO 2 空气中NO2 含量, m g m-3; CNO 空气中NO含量,以NO2计, m g m-3; CNO x 空气中NOx含量,以NO2 计, m g m-3; A1、A2 分别为串联的第一支和第二支吸收瓶中样品的吸光度; V 吸收液体积,m L; V0 换算为标准状态1 灡 0 1 3暳1 0 5P a,2 7 3K 下的空气采样体积,L; k NO到NO2的氧化系数,0 灡 6 8; D 样品的稀释倍数; f S a l t z m a n实验系数,0 灡 8 8 当空气中NO2的含量高于0 灡 7 2 0m gm -3时, f 值为0 灡 7 7 。 根据公式,分别计算不同时段交通干线附近空气中NO2、NO和NOx的含量,并绘制 NO2、NO和NOx含量随时间变化的曲线,观察不同曲线之间的异同,并结合所学知识以 及统计的车流量变化情况,分析其原因。 w w w . b z f x w . c o m 8暋暋暋暋 六、 注意事项 1采样期间,样品运输和存放过程中应避免阳光照射。气温超过2 5曟时,长时间 8 h以上 运输和存放样品应采取降温措施。 2空气中臭氧浓度超过0 灡 2 5 0 m gm-3时,对NO2的测定产生负干扰。采样时可在 吸收瓶入口端串接一段长1 52 0 c m的硅橡胶管排除干扰。 3氧化瓶使用后,应使用0 灡 20 灡 5 gL -1的盐酸羟胺溶液浸泡洗涤,去除附着物。 七、 思考题 1氮氧化物与光化学烟雾有什么关系 2评价交通干线附近空气中氮氧化物的污染状况。 3交通干线附近空气中NO2、NO和NOx的浓度变化曲线反映了什么问题 4查阅有关文献,分析S a l t z m a n实验系数大小反映的是什么关系,它的大小可能与 哪些因素有关 w w w . b z f x w . c o m 实验三暋环境空气中烯烃与臭氧的反应 臭氧在对流层中是重要的氧化剂,它主要是由挥发性有机物和氮氧化物在太阳光的作 用下,发生光化学反应而产生。工业革命以来,人类活动使大气中的挥发性有机物和氮氧 化物增加,致使低层大气中的臭氧浓度有了明显的增加,以臭氧为代表的二次污染物所造 成的大气污染问题也日趋严重。研究表明,低层大气中的臭氧还是自由基HO与自由基 NO3的前体物,同时它还可以与大气中很多其他物质发生化学反应。臭氧与大气中活性 气体的反应一方面可以降低大气中活性气体的含量及自身含量,而另一方面却可能使得大 量挥发性有机物在空气中集聚,从而影响大气的自净能力而形成污染。 烯烃由于其不饱和键的存在而成为空气的碳氢化合物中性质活泼的一类物质,可以与 低空大气中的臭氧发生反应,是低空大气中臭氧消耗的一种途径。虽然臭氧与烯烃的反应 速率小于HO等自由基与烯烃的反应速率,但由于臭氧在大气中的含量要比自由基HO 大得多,使得烯烃与臭氧的反应变得比较重要。而且有研究证实,烯烃与臭氧的气相反应 不仅是夜间对流层中自由基HO的主要来源,即便是白天,如果空气中烯烃含量较高 如城市工业区 ,该反应也会成为大气自由基HO的主要来源,进而显著影响城市空气 的大气化学反应。因此,了解大气中臭氧与烯烃的反应,对于深入了解大气中主要污染物 的迁移转化规律以及控制这些大气污染物的污染都具有重要的意义。 一、 实验目的 1掌握大气化学反应模拟及其反应动力学研究的基本方法。 2了解气相色谱 质谱联用仪G C 灢 M S 的使用和定性分析方法。 二、 实验原理 臭氧与烯烃的反应机理是臭氧加成到烯烃的双键上,生成一个分子的臭氧化物,然后 迅速分解形成一个羰基化合物和一个双自由基 见图3 灡 1 。双自由基能量很高,不稳定, 可以 进 一 步 分 解, 生 成 如C O,C O2,H2O,H2,H,CH4,CH3,HC OOH, 图3 灡 1暋烯烃与臭氧的反应 w w w . b z f x w . c o m 1 0暋暋暋 HC O,CH3O等小分子物质或