第八章 环境化学研究 方法与实验

第一节 环境化学的研究方法 一、环境化学实验室模拟方法 按进行实验的场合：“现场实验模拟”与“实验室实验模拟”； 第一节 环境化学的研究方法 一、环境化学实验室模拟方法 按进行实验的场合：“现场实验模拟”与“实验室实验模拟”； 按所研究问题的性质：“过程模拟”、“影响因素模拟”、“形态分布模拟”、“动力学模拟”及“生态影响模拟”等； 按模拟的精确性：“比例性模拟”和“形态分布模拟”； 按实验的规模和复杂程度：“简单模拟”和“复杂模拟”（或称“综合模拟”）

1．模拟实验研究的设计及条件控制 模拟实验研究能否获得良好的结果与模拟研究的设计是否合理密切相关。

2．酸雨的形成及危害模拟实验 （1）实验目的 了解酸性大气污染和酸雨的形成及它们的危害。 （2）实验用品 玻璃水槽、玻璃钟罩、喷头、小型水泵、小烧杯、胶头滴管、浓硫酸、浓硝酸、亚硫酸钠、稀盐酸、碳酸钠、铜片、昆虫、绿色植物、小草鱼和pH试纸。

按图所示做成封闭气室。 （3）酸性大气污染的形成及危害模拟实验步骤 ① 取少量Na2SO3于杯l中，加2滴水，加1mL浓H2SO4。 大气污染模拟实验封闭气室装置 （3）酸性大气污染的形成及危害模拟实验步骤 按图所示做成封闭气室。 ① 取少量Na2SO3于杯l中，加2滴水，加1mL浓H2SO4。 ② 取少量铜片于杯2中，加1mL浓HNO3。 ③ 取少量Na2CO3粉末于杯3中，加2mL稀盐酸。 ④ 迅速将贴有湿润pH试纸的玻璃水槽罩在反应器上，做成封闭气室。观察气室中动、植物的变化。 ⑤ 实验完毕后，用吸有NaOH溶液的棉花处理余气。 ⑥ 利用上述动、植物在无污染的封闭气室中做相同的对比观察实验。

④ 2天后，植物苗开始枯黄、卷叶，最后死亡。 以上现象的化学反应方程式为 Na2SO3 + H2SO4＝Na2SO4 + SO2↑+H2O （4）观察现象及解释 ① 湿润的pH试纸变红，pH=4； ② 10min后，小昆虫落地，死亡； ③ 3h后，小鱼开始死亡； ④ 2天后，植物苗开始枯黄、卷叶，最后死亡。 以上现象的化学反应方程式为 Na2SO3 + H2SO4＝Na2SO4 + SO2↑+H2O Cu + 4HNO3(浓) = Cu (NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑+ H2O 以上反应产生的SO2、NO2及CO2均为酸性气体，使pH试纸呈红色。在受污染的环境中，动、植物难以存活。在无SO2、NO2及CO2酸性气体存在的封闭气室的对照实验中，同样的动、植物一星期后仍存活。

Na2SO3 + H2SO4＝Na2SO4 + SO2↑+H2O （5）酸雨及危害模拟实验步骤与现象解释 ① 实验步骤 在小烧杯中放入少量Na2SO3，滴加一滴水后，加入2mL浓H2SO4，立即罩上玻璃钟罩，同时罩住植物苗和小鱼（底部一瓷盘内）。少许几分钟后，经钟罩顶端加水使形成喷淋状，观察现象，最后测水、土的pH值。 ② 现象及解释 a．酸雨过后，约lh小鱼死亡； b．植物苗经酸雨淋后3天死亡，水pH=4；土壤pH=4。 以上现象的化学反应方程式为 Na2SO3 + H2SO4＝Na2SO4 + SO2↑+H2O 玻璃钟罩内的SO2气体经降水形成酸雨使动、植物受到危害。表明酸雨使水、土壤酸化，危害生态环境。 在无酸雨的对照实验环境中生长的动、植物一星期后仍存活。

3．同位素示踪技术在模拟实验中的应用 在环境化学模拟实验研究中，经常采用同位素示踪技术。因为此项技术可以确切地表明某元素或某污染物在环境各部分之间的具体迁移过程和归宿。

二、环境化学的化学分析和仪器分析研究方法 化学分析和仪器分析是研究环境化学的重要方法，是进行环境化学监测的重要手段，随着分析精度的提高和分析技术的现代化，这两种方法的作用越来越大。

l．化学分析研究 （1）简分析 简分析用于了解区域环境化学成分的概貌。 （2）全分析 全分析项目较多，要求精度高。 （3）专项分析 根据专门的目的任务，针对性的分析环境中的某些组分。 （4）细菌分析 为了解水的污染状况及水质是否符合饮用水标准，一般需进行细菌分析。通常主要分析细菌总数和大肠杆菌。

2．仪器分析研究 仪器分析是根据物质的物理性质或物质的物理化学性质来测定物质的组成及相对含量。仪器分析需要精密仪器来完成最后的测定，它具有快速、灵敏、准确的特点。

（1）光化学分析法 光化学分析法包括吸收光谱、发射光谱两类。它是基于物质对光的选择性吸收或被测物质能激发产生一定波长的光谱线来进行定性、定量分析。 ① 比色法 比较溶液颜色深浅来确定物质含量的分析方法。 ② 分光光度法 它是基于物质的分子或原子对光产生选择性吸收，根据对光的吸收程度来确定物质的含量的方法。 ③ 原子发射光谱法 即物质中的原子能被激发产生特征光谱，根据光谱的波长及强度进行定性定量分析。

（2）电化学分析法 即根据物质的电化学性质，产生的物理量与浓度关系来测定被测物质的含量，主要包括： ① 电位分析法 直接电位法，电位滴定法。 ② 电导分析法 直接电导法，电导滴定法。 ③ 库仑分析法 库仑滴定法，控制电位库仑法。 ④ 极谱分析法 经典极谱法，示波极谱法，溶出伏安法。

（3）色谱分析法 根据物质在两相中分配系数不同而将混合物分离，然后用各种检测器测定各组分含量的分析方法。目前应用最广泛的方法有以下四种。 ① 气相色谱分析 ② 高效液相色谱法 ③ 薄层色谱法 ④ 纸色谱

（4）其他分析法 如差热分析法、质谱分析法、放射分析法、核磁共振波谱法、X射线荧光分析法等等。

三、环境化学图示研究方法 环境化学的图示法（图形表示法）就是根据化学分析结果和有关资料把化学成分和有关内容用图示、图解的方法表现出来。这种方法有助于对分析结果进行比较，表示其规律性，并发现异同点，更好地显示各种环境要素的化学特性，具有直观性、简明性。

1．曲线图 曲线图是比较简单、常用的一种图示。

2．直方图 直方图是用一组直方柱表示某环境要素中污染物含量（浓度）或其他指标在时间或空间上的差异和变化规律 。

3．等值线图 等值线图是利用一定密度的观测点资料，用一定方法内插出等值线（即浓度相等点的连线），以表示水质、大气、土壤或污染物在空间上的变化规律 。

4．平面图 环境化学平面图主要包括化学成分类型分区图，采样点布置图、环境质量评价图等，这些图件可按行政区划、水系、自然单元等编制。

5．剖面图 剖面图主要对地下水和土壤而言。当有足够的分层或分段取样的分析资料时，可编制地下水（或土壤）化学剖面图，以反映地下水化学成分（或土壤成分）在垂向上的变化规律。剖面图上一般还应表示主要的地质——水文地质内容。

6．圆形图示法 圆形图示法是把图形分为两半，一半（一般为上半）表示阳离子，一半（一般为下半）表示阴离子，其浓度单位为mmol/L。某离子所占的图形大小，按该离子物质的量（mmol）占阴离子或阳离子物质的量（mmol）的比例而定。圆的大小按阴、阳离子总物质的量（mmol）大小而定。这种图示法可以用于表示一个水点的化学资料，也可以在化学平面图或剖面上表示。

7．化学玫瑰图 化学玫瑰图是用圆的6条半径（圆心角均为60°）表示6种主要阴阳离子（K+合并到Na+中）的毫摩尔百分数，离子浓度单位：mmol%（毫摩尔百分数）/L。

第二节 环境化学实验 实验一 环境空气中挥发性有机物的污染 第二节 环境化学实验 实验一 环境空气中挥发性有机物的污染 挥发性有机化合物（volatile organic compounds，简称VOCs）是指沸点在50～260℃之间、室温下饱和蒸气压超过133.322Pa的易挥发性化合物，是室内外空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物。

一、实验目的 1．了解VOCs的成分、特点。 2．以苯系物为代表了解气相色谱法测定环境中VOCs的原理，掌握其基本操作。

二、实验原理 活性炭对有机物具有较强的吸附能力，而二硫化碳能将其有效地洗脱下来。本实验将空气中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机化合物吸附在活性炭采样管上，用二硫化碳洗脱后，经气相色谱火焰离子化检测器测定，以保留时间定性，峰高（或峰面积）外标法定量。 三、仪器和试剂

四、实验步骤 l．采样 用乳胶管连接采样管B端与空气采样器的进气口。A端垂直向上，处于采样位置。以0.5L/min流量，采样100～400min。采样后，用乳胶管将采样管两端套封，样品放置不能超过10天。

2．标准曲线的绘制 分别取苯系物储备液0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0mL于100mL容量瓶中，用纯化过的二硫化碳稀释至标线，摇匀。 另取6只5mL容量瓶，各加入0.25g粒状活性炭及l~6号的苯系物标液2.00mL，振荡2min，放置20min后，进行色谱分析。

色谱条件如下： 色谱柱：长2m，内径3mm不锈钢柱，柱内填充涂附2.5%DNP及2.5%Bentane的Chromosorb W HP DMCS。 柱温：64℃； 气化室温度：150℃； 检测室温度：150℃。 载气（氮气）流量：50mL/min；燃气（氢气）流量：46mL/min； 助燃气（空气）流量：320mL/min。 进样量5.0μL。测定标样的保留时间及峰高（或峰面积），以峰高（或峰面积）对含量绘制标准曲线。

甲苯、乙苯、间二甲苯的浓度/μg·mL-1 编 号 1 2 3 4 5 6 样品 苯系物标准储备液体积/mL 稀释至体积/mL 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 100 苯、邻二甲苯的浓度/μg·mL-1 0.44 0.88 1.32 1.76 2.20 甲苯、乙苯、间二甲苯的浓度/μg·mL-1 0.87 1.31 1.74 2.18 对二甲苯溶液的浓度/μg·mL-1 0.43 0.86 1.29 1.72 2.15

3．样品测定 将采样管A段和B段活性炭，分别移入两只5mL容量瓶中，加入纯化过的二硫化碳2.00mL，振荡2min。放置20min后，吸取5.0μL解吸液注入色谱仪，记录保留时间和峰高（或峰面积），以保留时间定性，峰高（或峰面积）定量。

五、数据处理 按下式计算苯系物各成分的浓度： 式中 ——苯系物浓度，mg/m3； W1——A段活性炭解吸液中苯系物的含量，μg； W2——B段活性炭解吸液中苯系物的含量，μg； Vn——标准状态下的采样体积，L。

六、思考题 1．根据测定的结果，评价环境空气中VOCs（苯系物）的污染状况。 2．采样管为何用A、B两段活性炭并分别测定？如何据此评价采样效率? 3．除气相色谱外，还有哪些方法可以测定VOCs，它们各有哪些特点？

实验二 天然水的净化 简易水过滤器 一、实验目的 练习利用简易方法净化天然水。 二、仪器和试剂 实验二 天然水的净化 一、实验目的 练习利用简易方法净化天然水。 二、仪器和试剂 小烧杯、试管、玻璃棒、铁架台、胶头滴管、研钵、自制简易水过滤器、浑浊的天然水、明矾、新制的漂白粉溶液。 三、实验步骤 （1）浑浊天然水的澄清 在两个小烧杯中，各加入100mL浑浊的河水（或湖水、江水、井水等）。向一份水样中加入少量经研磨的明矾粉末，搅拌，静置。观察现象，与另一份水样进行比较。 （2）过滤 将烧杯中上层澄清的天然水倒入自制的简易水过滤器中过滤，将滤液收集到小烧杯中。 简易过滤器的制作：取一个塑料质地的空饮料瓶，剪去底部，瓶口用带导管的单孔橡胶塞塞住，将瓶子倒置，瓶内由下向上分层放置洗净的膨松棉、活性炭、石英沙、小卵石四层，每层间可用双层纱布分隔 （3）消毒 向过滤后的水中滴加几滴新配制的漂白粉溶液，进行消毒。 四、思考题 （1）如果没有漂白粉，是否能用新配制的饱和氯水消毒？ （2）该简易过滤器净化污水的机理是什么？ 简易水过滤器

实验三 水体富营养化程度的评价 一、实验目的 1．掌握总磷、叶绿素-a及初级生产率的测定原理及方法。 2．评价水体的富营养化状况。 实验三 水体富营养化程度的评价 一、实验目的 1．掌握总磷、叶绿素-a及初级生产率的测定原理及方法。 2．评价水体的富营养化状况。 二、仪器和试剂

三、实验过程 （一）磷的测定 1．原理 在酸性溶液中，将各种形态的磷转化成磷酸根离子（PO43-）。随之用钼酸铵和酒石酸锑钾与之反应，生成磷钼锑杂多酸，再用抗坏血酸把它还原为深色钼蓝。 砷酸盐与磷酸盐一样也能生成钼蓝，0.1μg/mL的砷就会干扰测定。六价铬、二价铜和亚硝酸盐能氧化钼蓝，使测定结果偏低。

2．步骤 （1）水样处理： 用搅拌器搅拌2～3min，以至混合均匀。量取100mL水样两份，分别放入两只250mL锥型瓶中，另取100mL蒸馏水于250mL锥型瓶中作为对照，分别加入1mL 2mol/LH2SO4，3 g(NH4)2S2O8，微沸约1 h，补加蒸馏水使体积为25～50mL，再加热数分钟。冷却后，加1滴酚酞，并用6mol/LNaOH将溶液中和至微红色。再滴入 2mol/LHCl使粉红色恰好褪去，转入100mL容量瓶中，加水稀释至刻度，移取25mL至50mL比色管中，加1mL混合试剂，摇匀后放置10min，加水稀释至刻度，再摇匀，放置10min，以试剂空白作参比，用lcm比色皿，于波长880nm处测定吸光度 （2）标准曲线的绘制： 吸取10μg/mL磷的标准溶液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00mL于50mL比色管中，加水稀释至约25mL，加入1mL混合试剂，摇匀后放置10min，稀释至刻度，摇匀，10min后，以试剂空白作参比，用1cm比色皿，于波长880 nm处测定吸光度。根据吸光度与浓度的关系，绘制标准曲线。

3．结果处理 由标准曲线查得磷的含量，按下式计算水中磷的含量： 式中 ρΡ——水中磷的含量，mg/L； WP——由标准曲线上查得磷含量，μg； V——测定时吸取水样的体积。

（二）生产率的测定 1．原理 绿色植物的生产率是光合作用的结果，与氧的产生量成比例。因此，测定水体中的氧可看作对生产率的测量。然而植物在任何水体中都有呼吸作用产生，要消耗一部分氧。因此在计算生产率时，还必须测量因呼吸作用所损失的氧。本实验采用测定两只无色瓶和两只深色瓶中相同样品内溶解氧变化量的方法测定生产率。此外，测定无色瓶中氧的减少量，提供校正呼吸作用的数据。

2．步骤 （1）取样： 取4只BOD瓶，其中2只用铝箔包裹使之不透光，分别记作“亮”和“暗”瓶。从一水体上半部的中间取出水样，测量水温和溶解氧。本实验中溶解氧采用多功能水质检测仪测定。如果此水体的溶解氧未过饱和，则记录此值为ρOi，然后将水样分别注入一对“亮”和“暗”瓶中。若水样中溶解氧过饱和，则缓缓地给水样通气，以除去过剩的氧。重新测定溶解氧并记作ρOi。按上法将水样分别注入一对“亮”和“暗”瓶中。 从水体下半部的中间取出水样，按上述方法同样处理。 将两对“亮”和“暗”瓶分别悬挂在与取样相同的水深位置，调整这些瓶子，使阳光能充分照射。一般将瓶子暴露几个小时，暴露期为清晨至中午，或中午至黄昏，也可清晨到黄昏。为方便起见，可选择较短的时间。 （2）测定： 暴露期结束即取出瓶子，逐一测定溶解氧，分别将“亮”和“暗”瓶的数值记为ρO1和ρOd。

3．结果处理 ① 呼吸作用：氧在暗瓶中的减少量 净光合作用：氧在亮瓶中的增加量 总光合作用：Pg = 呼吸作用＋净光合作用 = ② 计算水体上下两部分值的平均值。

③ 通过以下公式计算来判断每单位水域总光合作用和净光合作用的日生产率： a．把暴露时间修改为日周期 Pg′ (mgO2·L-1·d-1）= Pg×每日光周期时间／暴露时间 b．将氧生产率单位从mg/L改为mg/m2，这表示1m2水面下水柱的总产生率。为此必须知道产生区的水深： Pg″ (mgO2·m-2·d-1）= Pg×每日光周期时间／暴露时间×103×水深（m） 103是体积浓度mg/L换算为mg/m3的系数。 c．假设全日24 h呼吸作用保持不变，计算日呼吸作用： d．计算日净光合作用： Pn(mgO2·L-1·d-1）= Pg－R

④ 假设符合光合作用的理想方程（CO2+H2O→CH2O+O2），将生产率的单位转换成固定碳的单位：

（三）叶绿素-a的测定 l．原理 测定水体中的叶绿素-a的含量，可估计该水体的绿色植物存在量。将色素用丙酮萃取，测量其吸光度值，便可以测得叶绿素-a的含量。

2．实验过程 ①将100~500mL水样经玻璃纤维滤膜过滤，记录过滤水样的体积。将滤纸卷成香烟状，放入小瓶或离心管中。加10mL或足以使滤纸淹没的90%丙酮液，记录体积，塞住瓶塞，并在4℃下暗处放置4h。如有浑浊，可离心萃取液。将一些萃取液倒入1cm玻璃比色皿，加比色皿盖，以试剂空白为参比，分别在波长665 nm和750nm处测其吸光度。 ② 加1滴2mol/L盐酸于上述两只比色皿中，混匀并放置1min，再在波长665nm和750nm处测定吸光度。

3．结果处理 酸化前： 酸化后： 在665nm处测得吸光度减去750nm处测得值是为了校正浑浊液。 用下式计算叶绿素-a的浓度（μg/L）： 式中 V萃取液——萃取液体积，mL； V样品 ——样品体积，mL。

四、思考题 1．水体中氮、磷的主要来源有哪些？ 2．在计算日生产率时，有几个主要假设？ 3．被测水体的富营养化状况如何？

实验四 废水中有机污染综合指标评价与分析 一、实验目的 实验四 废水中有机污染综合指标评价与分析 一、实验目的 了解水体化学需氧量（COD）和生物化学需氧量（BOD5）的意义及测定原理，熟练掌握两者的测定方法。 二、实验原理 化学需氧量（COD）是指用强氧化剂（如重铬酸钾）在强酸和加热回流条件下对有机物进行氧化，并加入银离子作催化剂，把反应中氧化剂的消耗量换算成氧气量即为化学需氧量，单位为mg/L。 本实验原理为，在强酸性溶液中，用重铬酸钾将水样中的还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据所消耗的重铬酸钾计算出水样的化学需氧量，以氧的mg/L表示。

在BOD的测定过程中需测定水体溶解氧（DO）的含量，本实验采用碘量法测定水中DO值。碘量法是基于溶解氧的氧化性能，于水样中加入硫酸锰和氢氧化钠-碘化钾溶液生成三价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸溶解后生成高价锰的氧化物，在碘离子存在下即释放出与溶解氧量相当的游离碘。然后用硫代硫酸钠滴定游离碘，换算出溶解氧量。

三、仪器和试剂 四、实验步骤 1．COD的测定 ① 吸取50mL的均匀水样（或吸取适量水样用水稀释至50mL，其中COD值为50~400mg/L），置于500mL磨口锥形瓶中，加入25.00mL重铬酸钾标准溶液，慢慢加入75mL硫酸银-硫酸溶液和数粒玻璃珠（以防暴沸），轻轻摇动锥形瓶，使溶液混匀，加热回流2h。 若水样中氯离子浓度大于30mg/L时，取水样50.00mL，加0.4g硫酸汞和5mL浓硫酸，摇匀，待硫酸汞溶解后，再依次加入25.00mL重铬酸钾标准溶液，75mL硫酸银-硫酸溶液和数粒玻璃珠，加热回流2h。 ②冷却后，先用少许水冲洗冷凝管壁，然后取下锥形瓶，再用水稀释至350mL（溶液体积不应小于350mL，否则因酸度太大终点不明显）。 ③加2～3滴（约0.10～0.15mL）试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定到溶液由黄色经蓝绿刚变为红褐色为止。记录消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积（V1）。 ④同时以50mL水作空白，其操作步骤与水样相同，记录消耗的硫酸亚铁铵溶液的体积（V0）。

在上述操作过程中应注意下列事项： ①用本法测定时，0.4g硫酸汞可与40mg氯离子结合，如果氯离子浓度更高，应补加硫酸汞以使其与氯离子的质量比为10:1，如果产生轻微沉淀也不影响测定。如水样中氯离子的含量超过l 000mg/L时，则需按其他方法处理。 ②回流过程中若溶液颜色变绿，说明水样的化学需氧量太高，应将水样适当稀释后重新测定。 ③水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量为原加入量的1/5~4/5为宜。 ④若水样中含易挥发有机物，在加硫酸银-硫酸溶液时，应在冰浴或冷水浴中进行，或从冷凝管顶端慢慢加入，以防易挥发性物质损失，使结果偏低。 ⑤水样中的亚硝酸盐对测定有干扰，每毫克亚硝酸盐氮相当于1.14mg化学需氧量，可按每毫克亚硝酸盐氮加入l0mg氨基磺酸消除。蒸馏水空白中也应加入等量的氨基磺酸。 ⑥在某些情况下，如所取水样在10~50mL时，试剂的体积、浓度等应按下表进行相应调整。

水样体积/mL 0.04mol/L重铬酸钾标准溶液/mL 硫酸银-硫酸标准溶液/mL 硫酸汞/g 硫酸亚铁铵标准溶液的浓度/mol·L-1 滴定前的体积/mL 10.00 5.00 15 0.2 0.0500 70 20.00 30 0.4 0.1000 140 30.00 15.00 45 0.6 0.1500 210 40.00 60 0.8 0.2000 280 50.00 25.00 75 1.0 0.2500 350

2．BOD的测定 （1）水样的稀释： 首先要根据水样中有机物含量来选择适当的稀释倍数。清洁的天然水和地面水的溶解氧接近饱和，无需稀释，可以直接培养测定。一般水样的稀释比例为：污染严重的水样0.1%~1.0%（1000~100倍），普通和沉淀过的污水1%~5%（100~20倍），受污染较轻的河水25%~100%（4~0倍）。如果对水样性质不了解，需要做三个以上稀释倍数。稀释倍数可介于将酸性高锰酸钾法测得的COD值除以4的商（x），与将重铬酸钾法测得的COD值除以5的商（y）之间即：x＜稀释的倍数＜y。此法对大部分水样选择稀释倍数有较好的参考意义。稀释水应保持在20℃左右，冬季低于20℃应预热，夏季高于20℃应冷却。 按照选定的污水和稀释水比例，用虹吸法先把一定量污水引入l 000mL量筒中，再引入所需要量的稀释水，用特制的搅拌棒在水面下缓慢搅匀。然后用虹吸管将此溶液引入两个预先编好号的溶解氧瓶中，到充满后溢流出少许，盖上瓶盖并加水封。注意瓶内不应有气泡，如有气泡须轻轻敲击瓶体，使气泡溢出。 另取两个同一编号的溶解氧瓶加入稀释水作为空白。

（2）DO的测定： 水样采集后，为防止溶解氧变动，立即固定样品，方法是用虹吸法把水样转移到溶解氧瓶内，并使水样从瓶口溢流出10s左右，然后用lmL定量移液管插入液面下加入1mL硫酸锰溶液，用同样方法再加入2mL碱性碘化钾溶液，盖好瓶塞，勿使瓶内有气泡，颠倒混合15次后静置，待棕色絮状沉淀降到瓶的一半时，再颠倒混合几次。轻轻打开溶解氧瓶塞，立即用移液管加入2 mL浓硫酸，小心盖好瓶塞，颠倒混合摇匀至沉淀物全部溶解为止，若溶解不完全，可继续加入少量浓硫酸，但此时不可溢出溶液，然后放置暗处5min，用移液管取100mL上述溶液，注入250mL锥形瓶中，用0.0125mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定到溶液呈微黄色，加入1mL淀粉溶液，用硫代硫酸钠继续滴定使蓝色褪去为止，记录用量。

① 对每个稀释比的水样，各取一瓶测定当天的溶解氧，另一瓶放入培养箱中，在20℃培养5天，在培养过程中需要每天添加封口水。 ② 从开始放入培养箱算起，经过5昼夜后，取出水样测定剩余的溶解氧。

五、数据处理 1．COD的含量 式中 c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L； V1——滴定水样消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL； V0——滴定空白消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL； V2——水样体积，mL。

2 ．DO的含量 DO（mg/L）= 式中 c——硫代硫酸钠标准溶液浓度，mol/L； V——滴定时消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL； 100——所取的水样体积，mL。

3．BOD的含量 （1）不经过稀释而直接培养的水样 BOD5（mg/L）=D1－D2 式中 D1——培养液在培养前的溶解氧含量，mg/L； D2——培养液在培养5天后的溶解氧含量，mL。

（2）稀释后培养的水样 BOD5（mg/L）= 式中 B1——稀释水在培养前的溶解氧含量，mg/L； f1——稀释水在培养液中所占比例； f2——水样在培养液中所占比例。 f1、f2的计算：如果培养液的稀释比为3%，即3份水样，97份稀释水，则f1=0.97，f2=0.03。如果两个或三个稀释比培养水样均消耗溶解氧至少2mg/L，剩余的溶解氧至少1mg/L，则取其计算结果的平均值为BOD数值。如果3个稀释比均在上述范围之外，则应调节稀释倍数后重做。

六、思考题 1．构成水体COD的物质有哪些？ 2．测定溶解氧时为什么采用虹吸法取水样？若用一般的方法取水样，所测溶解氧值增大还是减小？ 3．采用碘量法测定溶解氧受哪些因素的影响？如果水样中含有氧化物、藻类、悬浮物会产生什么干扰？还原性物质会产生什么干扰？如水样中含有大量游离氯，碘量法应怎样进行修正？提出简单设想。 4．根据所测定的COD和BOD的数值，结合国家有关环境标准对所测水样的有机物污染状况进行评价。

实验五 生物样品中氟的测定 一、实验目的 1．学会测定生物样品中氟的生物样品前处理方法。 2．熟悉离子选择电极法。 二、实验原理 实验五 生物样品中氟的测定 一、实验目的 1．学会测定生物样品中氟的生物样品前处理方法。 2．熟悉离子选择电极法。 二、实验原理 含氟生物样品中氟在（大量）氯化钠存在的条件下，于强碱性溶液中，通过加温、加压的方式，分解游离出来（以F-的形式）。样品中分解游离出来的F-借助氟离子选择电极对氟的选择性响应而得以定量。 三、仪器 四、试剂

五、实验步骤 1．工作曲线绘制 将氟化钠标准储备液稀释成含氟25.00μg/mL的标准溶液，于6支50mL比色管中分别加入氟标准使用液0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00mL，加入10mol/L氢氧化钠2mL、20%氯化钠2mL，松松盖上塞子，外用纱布块和棉线包扎塞子。置于压力灭菌锅内于120℃、15kg/cm2压力下，消解40min。放置0.5h，放气后取出比色管，冷却，加入1%酚酞指示剂3滴，比色管置于冷水浴内，滴加1:1盐酸溶液并不断搅拌至溶液红色褪去，并过量3滴。用经30mL去离子水洗涤干净的慢速定性滤纸过滤溶液至50mL容量瓶中，用少量水分数次洗涤比色管和滤纸，并入容量瓶中，使总体积不超过40mL，加入10mL总离子强度缓冲液，并用水稀释至刻度。转入50mL烧杯中，将电极插入溶液中，开动电磁搅拌器，搅拌2～3min，电位稳定后读数，在对数坐标纸上绘制工作曲线。

2．样品测定 取生物样品2~3g于50mL比色管内，加入10mol/L氢氧化钠溶液2mL和20%氯化钠溶液2mL，使样品位于比色管底部，松松盖上塞子，外用纱布和棉线包扎塞子，置于压力灭菌锅内进行消解，余下操作同工作曲线的绘制（加1:1盐酸前，先加入去离子水至总体积约为15mL，滴入盐酸时会产生大量白色有机物沉淀）。测定电位值后，由工作曲线查得氟含量。

3．结果计算 生物样品中含氟量（mg/kg）=

六、注意事项 1．消解液应为棕色，不应有絮状碎肉物。 2．消解液中加入盐酸时析出大量白色有机物沉淀，最终pH值要达到5~5.5，pH值不宜过高，否则，在加入总离子强度缓冲液时，会出现沉淀物。 3．消解时要松松盖上塞子，以免结束时，不易取下塞子。 七、思考题 1．总离子强度缓冲液在分析中起什么作用？ 2．使用氟电极时应注意哪些问题？

实验六 土壤中农药的残留 一、实验目的 1．掌握农药残留量的测定原理及方法。 2．理解农药残留性评价的环境化学意义。 二、实验原理 实验六 土壤中农药的残留 一、实验目的 1．掌握农药残留量的测定原理及方法。 2．理解农药残留性评价的环境化学意义。 二、实验原理 用极性有机溶剂分三次萃取土壤中有机磷农药，用带火焰光度检测器（FPD）的气相色谱法测定有机磷农药的含量。火焰光度检测器对含硫、磷的物质有较高的选择性，当含硫、磷的化合物进入燃烧的火焰中时，将发生一定波长的光，用适当的滤光片，滤去其他波长的光，然后由光电倍增管将光转变为电信号，放大后记录之。当所用仪器不同时，方法的检出范围不同。通常的最小检出浓度为：乐果0.02μg/mL；甲基对硫磷0.01μg/mL；马拉硫磷0.02μg/mL；乙基对硫磷0.0lμg/mL。 三、仪器和试剂

四、实验步骤 1．样品的采集与制备 用金属器械采集样品，将其装入玻璃瓶，并在到达实验室前使它不致变质或受到污染。样品到达实验室之后应尽快进行风干处理。 将采回的样品全部倒在玻璃板上，铺成薄层，经常翻动，在阴凉处使其慢慢风干。风干后的样品，用玻璃棒碾碎后，过2mm筛（铜网筛），除去2mm以上的砂砾和植物残体。将上述样品反复按四分法缩分，最后留下足够分析的样品，再进一步用玻璃研钵予以磨细，全部通过60目金属筛。过筛的样品，充分摇匀，装瓶备分析用。在制备样品时，必须注意不要使土壤样品受到污染。

2．样品的提取 称取60目土壤样品20g，加入60mL丙酮，振荡提取30min，在铺有Celite545的布氏漏斗中抽滤，用少量丙酮洗涤容器与残渣后，倾入漏斗中过滤，合并滤液。 将合并后的滤液转入分液漏斗中，加入400mL10%氯化钠水溶液，用100mL、50mL二氯甲烷萃取两次，每次5min。萃取液合并后，在旋转蒸发器上蒸发至干（＜35℃），用二氯甲烷定容，测定有机磷农药残留量。

3．标准曲线的绘制和样品的测定 将有机磷农药储备液用丙酮稀释配制成混合标准使用溶液，并用气相色谱仪测定，以确定氮磷检测器的线性范围。 将定容后的样品萃取液用气相色谱仪进行分析，记录峰高。根据样品溶液的峰高，选择接近样品浓度的标准使用溶液，在相同色谱条件下分析，记录峰高。以峰高对浓度作图，绘制标准曲线。

农药名称 浓度/μg·mL-1 1 2 3 4 5 乐果 1.8 3.6 5.4 7.2 9.0 甲基对硫磷 0.6 1.2 2.4 3.0 马拉硫磷 1.5 4.5 6.0 7.5 乙基对硫磷 0.9 2.7

色谱条件： 色谱柱：3.5%OV-101＋3.25%OV-210/Chmmosorb W HP（80~100目）玻璃柱，长2m，内径3mm，也可以用性能相似的其他色谱柱。 气体流速：氮气50mL/min；氢气60mL/min；空气60mL/min。 柱温：190℃； 气化室温度：220℃； 检测器温度：220℃； 进样量：2μL。

五、数据处理 4种农药的残留量计算公式如下： 有机磷农药的残留量（mg/g）= 式中 ρ测——从标准曲线上查出的有机磷农药测定浓度，mg/L； V——有机磷农药提取液的定容体积，L； W ——土壤样品的重量，g。 六、思考题 1．有机农药的提取和分析方法有哪些？ 2．影响有机农药残留性的因素有哪些？对其环境化学行为有何影响？

实验七 重金属在水生环境鱼体中的累积及分布 一、实验目的 1.通过本实验使学生了解重金属在水生环境鱼体中的迁移、积累和分布特征，加深对环境污染物在生态环境中迁移转化的理解。 2.学习生物样品的重金属测定方法（样品的制备，消化前处理，火焰原子吸收分光光度计的原理和使用方法等）。

二、实验内容和要求 （1）掌握生物样品的培养与制备； （2）掌握生物样品的化学前处理； （3）掌握火焰原子吸收分光光度计的工作原理与实际操作； （4）熟练对数据进行计算机处理和计算重金属Cr 在鱼体中的富集指数。

三、实验主要仪器设备和材料 四、实验方法及步骤 1.样品的培养 （1）购买30条新鲜活鱼（2个班级共100人，每5个人一条鱼进行实验）（要求大小不一样，种类不一样），放在鱼缸（5个鱼缸，每个鱼缸6条）进行培养，使其生长良好（大约需要一周）。 （2）向不同鱼缸添加同体积不同浓度的含Cr溶液：不能致死，分别为0.005 mg/L（福寿鱼），0.01mg/L（鲈鱼），0.02 mg/L（白鲫鱼），0.04mg/L（草鱼），0.08mg/L（大头鱼），观看添加含Cr溶液后鱼的活动状态。 （3）周期性（隔24h）添加含Cr溶液后，使鱼生长一周。

含水量%=（G 湿－G 干）/（G 湿－G 杯）×100% 2.实验步骤和测试 （1）测定鱼的体重（湿重）和体长, 洗净（去离子水冲洗3次）,除去表面附着的水分（使用吸水纸），再用不锈钢刀作解剖（避免污染）。 （2）鱼类取肌肉食用部分（鱼肉）、内脏、鱼头、鱼鳞和皮（解剖不同部位要把小刀擦干净）。记标签如下：鱼肉（SRx），鱼鳞（SLx），内脏（SZx），鱼头（STx），鱼皮（SPx）。再将同类解剖部分用剪刀切碎或者用匀浆机作匀浆（或者用手捣碎）。 （3）每一个小组准备好5 个小烧杯，洗干净，擦干，称重。匀浆样品或者捣碎样品保存在小烧杯（要称重量G 湿）中，在-20℃冰柜中冷冻24h，然后置冰冻干燥机，冰冻干燥48~72h后称重为（G 干），计算含水率。 含水量%=（G 湿－G 干）/（G 湿－G 杯）×100% （4）准确称取1g 干样于50mL高型烧杯中，加10mL硝酸，盖上表面皿，于电热板上低温加热至泡沬基本消失，取下烧杯；冷却后加10mL硝酸，盖上表面皿，于电热板上加热至溶液澄清，移去表面皿，蒸至近干，冷却后，加5mL高氯酸，加热高氯酸，移去表面皿，加热并蒸至白烟冒尽，冷却后，加少量1%硝酸微热溶解，全量转入25mL（或者50mL）比色管中，用1%硝酸定容，混匀。贴上标签。实验样品送原子吸收测定。

3.实验报告 组序号 鱼类 鱼长/cm 鱼重/g 含水量/% Cr 含量/mg·Kg-1 肉 鳞 皮 内脏 1 2 3 4 5

五、实验结论 六、思考题 1.试利用本次实验数据分析重金属Cr 在鱼体不同部位的积累系数和分布的异同。 2.试利用本次实验数据分析大小不同鱼对重金属的积累特征并解释其原因。 3.试利用本次实验数据分析不同鱼种对重金属Cr 的积累规律并解释其原因。 六、思考题 1.举例说明重金属对动植物有那些危害（自己举例1~3种重金属）。 2.如何理解重金属在生态环境中的迁移和转化？ 3.举例说明水生动植物的采样及保存方法？ 4.利用原子吸收分光光度计测定鱼肉中的Pb 时，化学前处理是如何操作的？

实验八 人体头发中汞的污染分析与评价 一、实验目的 二、实验原理 1．掌握冷原子吸收光度仪测定汞的原理和操作方法。 2．了解人体头发中汞的评价方法。 二、实验原理 在硫酸介质及加热条件下，用高锰酸钾等氧化剂，将头发中各种形态的汞化合物消解，使所含的汞全部转化为二价无机汞。用盐酸羟胺将过量的氧化剂还原，在酸性条件下，再用氯化亚锡将二价汞还原成金属汞，在室温下通入空气或氮气，使金属汞气化，通入冷原子吸收测汞仪，汞蒸气对汞光源发射的253.7nm 谱线具有特征吸收，且吸光度与汞浓度成正比。

三、仪器与试剂 四、实验步骤 1．发样预处理 将发样用50℃中性洗涤剂水溶液洗15min，然后用乙醚浸洗5min。上述过程目的是去除油脂污染物。将洗净的发样在空气中晾干，用不锈钢剪剪成3mm 长，保存备用。 2．发样消化 准确称取30mg 洗净的干燥发样于50mL 烧杯中，加入5%的KMnO4 8mL，小心加浓硫酸5mL，盖上表面皿。小心加热至发样完全消化，如消化过程中紫红色消失应立即滴加KMnO4 。冷却后，滴加盐酸羟胺至紫红色刚好消失，以除去过量的KMnO4，所得溶液不应具有黑色残留物或发样。稍静置（去氯气），转移到25mL 容量瓶，用硝酸重铬酸钾稀释液稀释至刻度线。同时制作一份空白样品。

3．标准曲线绘制 取50mL 比色管6 个，并分别加入浓度为0.10μg/mL，汞标准溶液0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL，再补加硝酸重铬酸钾稀释液至总体积为50mL，摇匀。待仪器稳定后，用5%的硝酸或5%的高锰酸钾作吸收剂，调节仪器0 点及满刻度后，再将三通阀旋至“测量位”，取出汞还原瓶吹气头，吸取10.00mL 标准液注入汞还原瓶中，加入氯化亚锡1mL，迅速插入吹气头，按下鼓气按钮，使载气通入汞还原瓶中，记下检测表头的最大读数或记录仪上的峰高，待读数开始下降后，将三通阀旋至“吸收位”，当读数小于20 后，取出吹气头，弃去废液，用水冲洗还原瓶两次，再用硝酸重铬酸钾稀释液洗涤几次（氧化可能残留的Sn2+），仪器读数恢复到零，然后进行另一份样品的测定。以经过空白校正的各测量值为纵坐标，以相应标准溶液的汞浓度（μg/L）为横坐标绘制标准曲线。 4．样品测定 取出汞还原瓶吹气头，逐个吸取10.00mL，经处理后的试样或空白溶液，同标准曲线测定吸收值。

五、数据分析 头发中汞的浓度c： c（μg/g）= c1——被测试样中汞的浓度，μg/mL； V——制样时定容体积，mL； w ——发样质量，g。

六、注意事项 七、思考题 1．各种型号测汞仪的操作方法和特点不同，使用前应详细阅读仪器说明书。 2．由于方法灵敏度很高，因此实验室环境和试剂纯度要求很高，应予注意。 3．消化是本实验的重要步骤，也是容易出错的步骤，必须仔细操作。 七、思考题 1．测汞仪的组成部分和测定原理。 2．保证测定具有较好的重复性，应注意哪些环节？

实验九 有机物的正辛醇-水分配系数测定 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-水分配系数是平衡状态下化合物在正辛醇相和水相中浓度的比值，即： 式中：K ow—分配系数； co—平衡时有机化合物在正辛醇相中的浓度； cw—平衡时有机化合物在水相中的浓度。 本实验采用振荡法使对二甲苯在正辛醇相和水相中达平衡后，进行离心，测定水相中对二甲苯的浓度，由此求得分配系数。 式中：c0、cw—分别为平衡时有机化合物在正辛醇相和水相中的浓度； V0、Vw—分别为正辛醇相和水相的体积。

三、仪器与试剂 四、实验内容及步骤 1. 标准曲线的绘制 移取1.00mL对二甲苯于10mL 容量瓶中，用乙醇稀释至刻度，摇匀。取该溶液0.10mL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1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL 和5.00mL，用水稀释至刻度，摇匀。在紫外分光光度计上于波长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，使二者相互饱和，静止分层后，两相分离，分别保存备用。 3. 平衡时间的确定及分配系数的测定 （1）移取0.40mL 对二甲苯于10mL 容量瓶中，用上述处理过的被水饱和的正辛醇稀释至刻度，该溶液浓度为4×104μL/L。 （2）分别移取1.00mL 上述溶液于6个10mL 具塞比色管中，用上述处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0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 和3.0h，离心分离，用紫外分光光度计测定水相吸光度。取水样时，为避免正辛醇的污染，可利用带针头的玻璃注射器移取水样。首先在玻璃注射器内吸入部分空气，当注射器通过正辛醇相时，轻轻排出空气，在水相中已吸取足够的溶液时，迅速抽出注射器，卸下针头后，即可获得无正辛醇污染的水相。

五、实验数据处理 六、思考题 1. 根据不同时间化合物在水相中的浓度，绘制化合物平衡浓度随时间的变化曲线，由此确定实验所需要的平衡时间。 2. 利用达到平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、思考题 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缺点？

实验十 重金属在土壤-植物体系中的迁移转化 一、实验目的 1.掌握用原子吸收法测定土壤及植物中Pb、Zn、Cu、Cd 浓度的原理及方法。 2.掌握土壤-植物体系中重金属的迁移、转化规律及评价方法。 3.了解原子吸收分光光度计仪器的性能、结构及其基本使用方法。

二、实验原理 在同一地点采集植物和土壤样品，经风干处理后，用酸消解体系，将样品中各种形态的重金属转化为同一高价态，在原子吸收分光光度计上测定其浓度；通过比较分析土壤和植物中重金属浓度，探讨重金属在植物-土壤体系中的迁移能力。将处理好的试样直接喷入空气-乙炔火焰，火焰中形成的原子蒸气对光源发射的特征电磁辐射产生吸收，测得试液吸光度扣除空白吸光度，从标准曲线查得Pb、Zn、Cu、Cd 浓度。从而计算土壤和植物中Pb、Zn、Cu、Cd 的浓度。

三、仪器与试剂 四、实验步骤 1.土壤样品的制备 在植物生长季节，从田间取回土样，倒在塑料薄膜上，晒至半干状态，将土块压碎，除去残根、杂物，铺成薄层，经常翻动，在阴凉处使其慢慢风干。风干土样用有机玻璃棒或木棒敲碎后，过2mm 尼龙筛，去掉2mm 以上的砂砾和植物残体。将上述风干细土反复按四分法弃取，最后约留下100g 土样，再进一步磨细，过100 目筛，105℃烘干（2~4h），装于玻璃瓶中（注意在制备过程中不要被沾污），保存于干燥器中。

2.土样的消解 准确称取烘干土样0.5g 两份，分别置于高型烧杯中，加水少许润湿，再加入1︰1 的硫酸4mL，浓硝酸1mL，盖上表面皿，在电热板上加热至冒白烟。如消解液呈黄色，可取下稍冷，滴加硝酸后再加热至冒白烟，直到土壤变白。取下洗涤残渣2～3 次，将清液过滤至容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。同时做2 份空白试验。 3.植物样品的制备 （1）植物样品采集 取与土壤样品同一地点的植物，105℃烘干，再经粉碎，研磨成粉，装入样品瓶，保存于干燥器中。 （2）植物消解 准确称取1g 经烘干的植物样品两份，分别置于100mL 的锥形瓶中，加10mL 浓硝酸，在烧杯口放置一个小漏斗，在电热板上加热（在通风橱中进行，开始低温，逐渐提高温度，但不宜过高，以防样品溅出），加热至冒白烟、溶液透明为止，过滤至25mL容量瓶中，用水洗涤滤渣2~3 次后，用水稀至刻度，摇匀备用。同时做2 份空白实验。

4.标准曲线的绘制 在6 个50mL 比色管中，分别加入0.00mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL混合标准溶液，用0.2%的硝酸稀释至50mL 刻度，测定标准溶液的吸光度。用经空白校正的各标准溶液的吸光度为纵坐标，标准溶液浓度为横坐标，绘制标准曲线。 5.土壤及植物中Pb、Zn、Cu、Cd 的测定按照与标准溶液相同的步骤测定空白样和试样的吸光度，记录数据。扣除空白值后，从标准曲线上查出试样中的金属浓度。由于仪器灵敏度的差别，土壤及植物样品中重金属浓度不同，必要时应对试液稀释后再测定。

五、数据分析 被测元素含量（μg/g）= 由测定所得吸光度，分别从标准曲线上查得被测试液中各金属的浓度，根据下式计算出样品中被测元素的含量： 式中 ρ——被测试液的浓度，μg/mL； V——试液的体积，mL； w——样品的质量，g。

六、注意事项 七、思考题 1.土样消解过程中，防止溶液蒸干，不慎蒸干时，Fe、Al 盐可能形成难溶的氧化物而包藏镉铜，使结果偏低。 2.镉的测定波长为228.8nm，该分析处于紫外光区，易受光散射和分子吸收的干扰，特别是在220.0~270.0nm 之间，NaCl 有强烈的分子吸收，覆盖了228.8nm 线。另外，Ca、Mg 的分子吸收和光散射也十分强。这些因素皆可造成镉的表观吸光度增加。为消除基体的干扰，可在测量体系中加入适量的基本改进剂，如在标准系列溶液和试样中分别加入 0.5 g La(NO3)3·6H2O。此法适用于测定土壤中含镉量较高和受镉污染土壤中的镉含量。 七、思考题 1.粮食的前处理有干法及湿法两种，各有什么优缺点？ 2.比较铜、锌、铅、镉在土壤及粮食中的含量，描述土壤-粮食体系中Cu、Zn、Pb、Cd 的迁移情况，分析重金属富集的情况及影响因素。