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环境化学实验讲义 南开大学环境科学与工程学院 实验一土壤脲酶活性测定 一 实验目的掌握土壤脲酶活性测定第一种方法 了解所取土壤的脲酶活性 了解尿素这一有机物在土壤环境中的降解转化 二 简单原理酶是一类具有蛋白质性质的 高分子的生物催化剂 土壤酶是活的有机体所合成的 或者在其生长过程中分泌与体外 或者在其死亡后自溶而释放出 所有的酶均能显示其活性 显著的酶的特征之一是其催化反应的专一性 例如 脲酶对尿素的催化降解就及其专一 土壤中的酶的来源有二种 一是来自于高等植物根系分泌及土壤中动植物残体分解 二是来源于土壤微生物的生命活动 土壤酶可分为胞内酶和胞外酶两种 胞外酶或溶出后的胞内酶进入土壤结构后 均具有相对稳定性 如能抗微生物分解和抗热稳定性等 它们以三种形式存在于土壤中 一是以吸附状态贮积于土壤中 二是于土壤腐殖质复合存在 三是以游离状态存在 对于脲酶 它能促使尿素水解转化成氨 二氧化碳 反应如下 在土壤中 在pH值为6 5 7 0是脲酶活性最大 通过测定释放出的NH3量 可以确定脲酶的活性 土壤中脲酶活性一般以37 培养48小时每克土壤释放出的NH3 N毫克数表示 三 步骤概要 1 取二个250ml锥形瓶 各加入10 0克土壤 再各加入10ml混合磷酸盐缓冲溶液 pH6 8 摇动处理15分钟 使均匀 在往第一瓶内加入10ml浓度10 的尿素溶液 再经屏内容物充分混匀 作为试样 第二瓶内加入10ml蒸馏水 作为对照 将两个瓶置于37 培养箱中培养48小时 要塞上纱布塞子 2 培养结束后 往两个瓶内各加入50ml2NKCL溶液 塞紧后再振荡30分钟 到时立即将试样过滤 滤纸可以用蒸馏水润湿 到蒸氨瓶内 3 在过滤的间隙时间取两个50ml比色管 各加入10 00ml4 硼酸溶液 现将50ml比色管在冷凝管下 使冷凝管出口尖端插入硼酸溶液中 准备蒸馏 4 过滤完毕后 迅速往蒸氨瓶内注入20ml4N的NaOH溶液 立即塞上塞子 接通冷凝水 加热蒸馏 5 当馏出液达到50ml左右 停止蒸馏 取下比色管 将管内接收液定量转入到50ml锥形瓶中加4 5滴指示剂 甲基红 亚甲基蓝混合液 用0 1NHCL滴定瓶内的氨 滴定到淡紫色为终点 记录试样和对照消耗的HCL体积V和V0 ml 四 计算 式中 W为称取的样品重 g N为HCL当量浓度 五 问题讨论 1 除了测定尿素降解产物氨外 还能有什么方法可以测定脲酶的活性 2 实验中为什么要加入甲苯 3 步骤4中为什么要迅速加入NaOH 4 如果蒸氨时吸收液倒吸到冷凝管中如何解决 实验二土壤的阳离子交换量 一 概述土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所 土壤的吸附和离子交换能力又使它成为重金属类污染物的主要归宿 污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成 结构等有关 因此 对土壤性能的测定 有助于了解土壤对污染物质的净化能力及对污染负荷的允许程度 土壤中主要存在三种基本成份 一是无机物 而是有机物 三是微生物 在无机物中 粘土矿是其主要部分 粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐 其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体 四面体硅氧层中的Si4 常被Al3 离子部分取代 八面体铝氧层中的Al3 可部分的被Fe2 Mg2 等离子取代 取代的结果便在晶格中产生负电荷 这些电荷分布在硅酸盐的层面上 并以静电引力吸附层间存在的阳离子 以保持电中性 这些阳离子主要是Ca2 Mg2 Al3 Na K 和H 等 它们往往被吸附于矿物质胶体表面上 决定着粘土矿物的阳离子交换行为 土壤中的有机物质主要是腐殖物质 它们可分为三类 一类是不能被碱萃取的胡敏素 另一类是可被碱萃取 但当萃取液酸化时析出而成为沉淀物的腐殖酸 第三类是酸化时不沉淀的富里酸 这些物质成份复杂 分子量不固定 结构单元上存在各种活性基因 它们在土壤中可以提供出很大量的阳离子交换能力 而且对重金属污染物在土壤中有吸附 络合等行为起着重要作用 土壤存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换 若无副反应时 交换反应可以等当量地进行 上述反应中因为存在交换平衡 因此 交换反应实际上不完全 当溶液中交换剂浓度大 交换次数增加时 交换反应可趋于完全 同时 交换离子的本性 土壤的物理状态等对交换完全也有影响 若用过量的强电解质 如硫酸溶液 把交换到土壤中去的钡离子交换下来 这是由于生成了硫酸钡沉淀 且由于氢离子的交换吸附能力很强 交换基本完全 这样 通过测定交换反应前后硫酸含量变化 可算出消耗的酸量 进而算出阳离子交换量 这种交换量是土壤的阳离子交换总量 通常用每克100克干土中的毫克当量数表示 二 目的要求 1 测定污灌区表层和深层土的阳离子交换总量 2 了解污灌对阳离子交换量的影响 三 仪器与试剂 电动离心机离心管50毫升锥形瓶100毫升量筒25毫升移液管10毫升 25毫升滴定管碱式25毫升试管25毫升 0 1N氢氧化钠标准溶液 称2克分析纯氢氧化钠 溶解在500毫升煮沸后冷却的蒸馏水中 称取0 5克 分析天平上称 于105 烘箱中烘干后的邻苯二甲酸氢钾两份 分别放入250毫升锥形瓶中 加100毫升煮沸冷却的蒸馏水 溶完再加4滴酚酞指示剂 用配置的氢氧化钠标准溶液滴定到淡红色 再用煮沸冷却后的蒸馏水做一个空白试验 并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液中扣除空白值 计算式 式中W为邻苯二甲酸氢钾的重量 克 VNaOH为耗去的氢氧化钠溶液体积 毫升 1N氯化钡溶液 称60克BaCl2 2H2O溶于500毫升蒸馏水中 酚酞指示剂1 W V 硫酸溶液0 2N土壤 风干后磨碎过200目筛 四 实验过程 取4个洗净烘干且重量相近的50毫升离心管 分别套在相应的4个小烧杯上 然后在电子天平上称出重量W克 称准到0 005克 以下同 往其中的两个离心管中各加入1克左右的污灌区表层风干土壤 另外两个离心管中分别加入1克左右的深层风干土 四个离心管及其相应的称量架均做好记号 从称量架上取下离心管 用量筒向各管中加入20毫升氯化钡溶液 加完用玻璃棒搅拌管内容物4分钟 然后将4支离心管放入离心机内 以每分钟3000转的转速离心5分钟 直到管内上层溶液澄清 下层土壤紧密结实为止 离心完倒尽上层溶液 然后再加入20毫升氯化钡溶液 重复上述步骤再交换一次 离心完保留离心管内的土层 1 向离心管内倒入20毫升蒸馏水 用玻璃棒搅拌管内容物1分钟 再在离心机内离心 3000转 5分钟 直到土壤完全沉积在管底部 上层溶液澄清为止 倒尽上层清液 将离心管连同管内土样一起 放在相应的小烧杯上 在电子天平上称出各管的重量 G克 2 往离心管中移入25毫升0 2N硫酸溶液 搅拌10分钟后放置20分钟 到时离心沉降 离心完把管内清液分别倒入4个洗净烘干的试管内 再从4个试管中各移出10毫升溶液到4个干净的100毫升锥形瓶内 另外移出两份10毫升0 2N硫酸溶液到第五 第六个锥形瓶内 在六个锥形瓶中各加入10毫升蒸馏水和2滴酚酞指示剂 用标准氢氧化钠溶液滴定到红色刚好出现并于数分红内不褪为终点 10毫升0 2N硫酸溶液耗去的氢氧化钠溶液体积 Aml 和样品消耗氢氧化钠溶液体积 Bml 氢氧化钠溶液的准确浓度 N 连同以上的数据一起记入表中 五 数据处理 按下式计算土壤阳离子交换量 交换量 毫克当量 100克土 式中的A B N代表的意义如上所述 m为加硫酸前土壤的水量 G W 干土量 六 问题讨论 就你的实验数据说明两种土壤阳离子交换量的差别的原因 本法是测定阳离子交换量的快速法 除本法外 还有哪些方法可以采用 试述土壤中的离子交换与吸附作用对污染物的迁移转化的影响 实验三天然水中Cr III 的沉积曲线 一 概述天然水中铬含量较低 主要因为当铬以三价存在时形成了溶解度低的水合氧化物的缘故 工业上使用铬的行业主要有电镀 皮革 造纸等 他们的排放废水中所含有的铬有三价的 也有六价的 由于六价铬易被有机物及其他还原剂还原 所以在排水口处的铬主要以三价存在 这些三价的铬主要以胶体状态存在 它们易被其他颗粒物吸附 也能通过自身的聚集而沉于水底 因此工业废水中的六价铬被还原成三价 三价铬形成沉淀 沉淀沉积 是污染源排入环境中的铬的主要自净和归宿过程 本实验将Cr III 水溶液加入到天然水中 观察Cr III 的沉淀量 或溶解量 如图所示 当向一定量水中加入Cr III 水溶液时 其沉淀量开始一段变化不大 但当加入量达到某一值时 沉积量呈线性增加 此时 直线延伸后要横轴上的交点可以认为是所使用的天然水中欲使Cr III 形成沉淀是所需的最低浓度Cr III 二 目的要求 1 绘制天然水中Cr III 的沉积曲线 找出该水中Cr III 沉淀所需的最低Cr III 浓度 2 学习微孔膜过滤器的使用方法 三 过程 1 用 50mm孔径0 25 m的微孔膜过滤器滤出350ml天然水备用 2 在扭力天平上称0 2克CrCl3 6H2O 用蒸馏水溶解后定容到100ml 此溶液浓度为400 g ml 在用它 称为A液 配制下列使用溶液 a 移A液10ml 用蒸馏水稀释并定容100ml b 移A液5ml 用蒸馏水稀释并定容100ml c 移A液2 5ml 用蒸馏水稀释并定容100ml d 移 a 液10ml 用蒸馏水稀释并定容100ml e 移 a 液5ml 用蒸馏水稀释并定容100ml f 移 a 液2 5ml 用蒸馏水稀释并定容100ml 3 反应液 取6个100ml锥形瓶 做好标记 第一个瓶中移入1mlCr III 使用液 a 第二个瓶中移入 b 依此类推 再分别加入50ml膜滤后的天然水 放在振荡器上振荡半小时 4 标准液 在振荡过程中 取6支50ml比色管 分别移入0 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00ml2 g mlGr6 标样 再各加入20ml蒸馏水 各加入0 5ml1 1硫酸和0 5ml1 1磷酸 摇匀后用蒸馏水稀释到刻度线 再摇匀 向各管中加入2ml显色剂 摇匀 5 10分钟后用1cm比色皿比色 在分光计上于540nm波长处以蒸馏水作参比测定吸光度 5 取12个锥形瓶 分两批做好标记 自6瓶振荡完毕的反应液中各移出20ml到相应的锥形瓶内 剩余的反应液分别用小微孔膜过滤器抽滤 再由6瓶滤液中分别移出20ml滤液到6个相应的锥形瓶内 6 往上述12个锥形瓶内各加入4粒玻璃珠和0 5ml1 1硫酸及0 5ml1 1磷酸 4滴4 KMnO4溶液 是红色始终保持 到时取下冷却后加入1ml脲溶液 摇匀 再滴加NaNO2溶液 每加一滴摇动30秒 至红色刚好褪去为止 切勿过量 然后将各瓶溶液分别转入50ml比色管中 并用蒸馏水洗涤锥形瓶 将洗涤液并入比色管内 稀释到刻度线 以下按标准液过程操作 上述数据记入表1中 四 数据处理1 以X为代表加入量 g Y代表吸光度 由标准液数据作直线回归方程及相关系数 2 利用回归方程 由反应液吸光度计算未过滤和过滤后 溶液态 各瓶溶液含铬量 g 再换算成Crppm数 3 计算各瓶反应液的加入浓度及沉积浓度 4 作图求出CX 数据记入表2中 五 问题讨论 1 由含Cr量微克数如何换算成PPm 2 煮沸时若红色消退 为何要补加KMnO4溶液 3 滴加NaNO2时为何要慢慢加入 且不能过量 4 你认为做好实验要把握哪几个关键步骤 实验四土壤中酚的转化强度 一 概述在有生产力的土壤中存在大量活跃的微生物和原生动物等 在这些微型生物的生命活动中存在着对生命活动有很大影响的代谢过程 代谢过程通常包含两个既独立又相互依存的过程 即合成代谢和分解代谢 生物有机体通过这两个过程的交互进行 引起物质的降解 营养物质的吸收 能量的转化以及各种生物代谢产物的合成来维持生命活动 由环境污染排入土壤中的酚类物质或生物降解过程中产生的酚类物质 在土壤微生物作用下 最终都可通过生命的代谢过程转化成二氧化碳和水 土壤中的酚类物质除降解转化外 有一部分通过蒸发逸入大气 另一部分则通过吸附作用被土壤截留 影响土壤中酚转化强度的因素有微生物数量和活性 土壤特性 环境温度等 本实验以灭菌后的土壤作为对照 确定新鲜土壤中的酚的转化强度 土壤中酚用蒸馏水提取后用比色法测定 二 目的要求 1 确立有机物在土壤中降解转化概念 2 测定酚在土壤中的转化强度 三 仪器与试剂 721 或72 型分光光度计振荡器一台生化培养箱土壤筛2mm孔径高压锅1 5kgf cm2分析天平一台比色管50毫升锥形瓶250毫升100毫升移液管1毫升10毫升离心管50毫升 容量瓶100毫升量筒50毫升漏斗培养皿 3 5cm灭菌水 取蒸馏水在压力锅内灭菌制得 缓冲液 称20克氯化铵溶在100毫升浓氨水中 其pH值为9 8 显色剂 称4克4 氨基安替比林 溶在100毫升蒸馏水中 贮于棕色瓶内 保存于冰箱中 铁氰化钾溶液 称8克铁氰化钾 溶于100毫升蒸馏水中 贮于棕色瓶内 保存于冰箱中 苯酚精制 将苯酚置于50 70 热水中熔化 小心移入蒸馏瓶中 瓶塞用包有铝箔的软木塞 其中插有一支250 温度计 蒸馏瓶的支管与空气冷凝管连接 用25毫升干燥磨口锥形瓶作接收器 在通风柜内用电炉小心加热蒸馏 弃去开始带色馏出物 收集182 148 无色馏出物 密封于暗处保存 0 1NKBrKBrO3溶液 称0 696克溴酸钾 加2 5克溴化钾 用蒸馏水溶解后定容到250毫升 重铬酸钾溶液0 0250N 硫代硫酸钠溶液 0 0250N 淀粉液 1 水溶液 W N 氢氧化铝凝胶 称12 5克硫酸铝钾 溶在100毫升水中 加热到60 左右 徐徐加入5 5毫升浓氨水 充分搅拌后静置沉降 倒出上层清液 再加30毫升蒸馏水 使用前摇匀 苯酚储备液 称0 5克左右精制后的苯酚 溶在100毫升灭菌水中 苯酚标准储备液 移取20毫升苯酚储备液到100毫升容量瓶内 用灭菌水定容 按下法标定其准确浓度 取一个250毫升碘瓶 加入1克碘化钾 50毫升水 20毫升0 0250NK2Cr2O7溶液 5毫升6N硫酸 于暗处置放5分钟 用硫代硫酸钠溶液滴定到淡黄色 加1毫升淀粉液 继续用硫代硫酸钠溶液滴定到蓝色刚好褪去 记上耗去硫代硫酸钠体积V 则硫代硫酸钠溶液浓度为 式中 N为硫代硫酸钠标准溶液的当量浓度 V1为空白滴定时硫代硫酸钠标准溶液用量 毫升 V2为滴定酚标准储备液时硫代硫酸钠标准溶液用量 毫升 15 68为苯酚的当量 苯酚标准液 取以标定浓度的酚标准储备液若干毫升 放入1000毫升容量瓶内 使其定容后浓度为0 020mg ml 四 实验过程 1 找一块干湿适宜的土地 刮去1 2厘米厚的表土 取深度为2 8厘米的土壤200克左右 放入瓷盘中 混匀后用2mm孔径土壤筛筛出备用 2 取一个干净的培养皿 称出重量 称准到0 002克 再加入10克左右土壤 再称出重量 然后放入105 烘箱内烘至恒重后放入干燥器内 冷却后再称重 计算湿土壤含水率 表一 3 取4个250毫升锥形瓶 往其中两个瓶内各放入20克过筛后的土壤 称准到0 002克 以下同 作为对照试样 4个瓶均放入压力锅内在1kgf cm2压力下灭菌20分钟 到时取出锥形瓶 冷却后往两个空锥形瓶中各加入20克土壤 作为样品培养土 各瓶做好标记 摇匀4个瓶内的土壤使它们摇匀平铺在瓶底上 移出1 00毫升苯酚储备液 逐滴分散的滴在土壤上 4瓶土壤都滴完酚后 灭菌水各加20ml 冷却后 瓶口包上两层纱布 放在30 培养箱中培养48小时 4 培养完毕各加入40毫升蒸馏水 振荡20分钟 振完将混合物倒入50毫升离心管中 以每分钟3000转的转离速离心5分钟 上层溶液倒入100毫升容量瓶内 再用40毫升时少量多次洗涤锥形瓶 洗涤液倒入离心管中 在离心5分钟 上层溶液合并入容量瓶内 往容量瓶内加入2毫升氢氧化铝凝胶 再用蒸馏水定容 充分摇匀后 通过定量滤纸过滤到洗净烘干的100毫升锥形瓶内 移出V1毫升对照滤液和V2毫升样品滤液分别放入50毫升比色管中 用水稀释到刻度 5 取6支50毫升比色管 分别加入0 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00毫升苯酚标准使用液 再用蒸馏水稀释到刻度 6 往上述10管溶液中分别加入1毫升缓冲液 摇匀 再加入1毫升显色剂 摇匀 再加入1毫升铁氰化钾溶液 摇匀 显色后10 30分钟内用1厘米比色皿盛溶液在分光光度计上于510mm波长处 以0号标准液为空白 测定光密度 数据填入表中 表二 五 数据处理 1 按标准溶液数据 以光密度对分的毫克数绘制标准曲线 2 由对照和样品的光密度从标准曲线上查出相应的酚 毫克 并求出对照的平均值A和样品的平均值B 按下式求土壤中酚的转化强度 六 问题讨论 1 排入土壤中的酚类物质的归宿如何 2 取土时为何要刮去表层土 3 你估计环境温度对酚的转化强度将有何影响 实验五铜对辣根过氧化物酶活性的影响 一 实验目的1 了解和掌握酶促反应动力学的原理和研究方法 2 了解铜对辣根过氧化物酶活性的影响 二 实验原理 辣根过氧化酶 horseradishperoxidaseHRP 是广泛存在于辣根内的过氧化物酶 酶活性中心含有铁卟啉环 HRP是一种重要的分析试剂 用于分析化学 临床化学和食品工业等领域 近年来 利用HRP催化过氧化氢氧化废水中的酚类和芬香胺类受广泛的重视 HRP催化H2O2氧化四甲基联苯胺 TMB 可以使溶液呈蓝色 加入硫酸终止反应后 溶液呈黄色 在450nm处有吸收峰 在该反应的初始阶段 反应体系吸光度随反应时间均匀增加 吸光度的变化率作为反应速率 可以表示HRP的酶活性的大小 在反应体系中加入一定浓度的Cu2 根据反应速率的变化可以研究铜对辣根过氧化物酶活性的影响 三 仪器和试剂 1 仪器恒温水浴锅 微量移液器 96孔培养板 Costar 酶标仪 MultiskanMK3 1 5ml离心管 10ml带塞玻璃瓶 秒表 移液管 2 试剂pH5 0 0 1mol L磷酸氢二钠 0 05mol L柠檬酸缓冲液 四甲基联苯胺 TMB 储备液10mg mL 溶于二甲基亚砜 2mol L的硫酸 Cu2 标准溶液 1000mg L的Cu NO3 2溶液 辣根过氧化物酶 HRP 原液1 5mg L 溶于0 01mol L pH7 4的磷酸缓冲液 30 的过氧化氢 H2O2 四 实验步骤 1 配制底物溶液 在10ml的玻璃瓶中加入9 9ml磷酸氢二钠 柠檬酸缓冲液和100 L的TMB储备液 再加入10 L的3 的H2O2 混匀 放置25 水浴中预热 2 配制含有不同浓度Cu2 的HRP溶液 在6个1 5ml离心管中分别配制200 L含Cu2 分别为0 6 25 12 5 25 50 100 的溶液 再各加入5 L的HRP原液 放置30 水浴中预热 3 在96孔培养板的板孔中各加入50 L的H2SO4 共6例 4 在6个离心管中各加入1 2ml底物溶液 各管之间加液间隔时间为15s 从第一离心管加液后开始记时 各管开始反应后每隔1 5min取150 L反应液加入板孔中 共取8次样 5 在酶标仪上读出450nm处板孔的吸光度 列表记录吸光度数值并用MicrosoftExcel软件作出吸光度随时间的变化曲线 线性部分的斜率作为酶促反应的速率 可以表示HRP酶活性的大小 比较不同浓度的铜对酶活性的影响 五 思考题 1 酶促反应动力学通常用什么方程进行描述 写出该方程 并解释它的意义 2 该实验操作中应该注意什么问题 如何改进该实验 3 用96孔板和酶标仪测定吸光度与用紫外 可见分光光度计和比色皿测定吸光度相比 有什么优缺点 实验六底质的耗氧 一 概述水体的溶解氧是水质监测的一项重要指标 水体溶解氧含量的降低 主要受生物和有机物的影响 初期被有机物污染的水体 底泥对水质有一定的自净能力 随着污染物浓度的增加和污染时间的延长 底泥的吸附能力减弱 直至水底泥中的有机物开始向水体释放 必然对水体溶解氧产生影响 二 实验方法1 取1500ml蒸馏水 放在一个容器中 将暴气头插入水底 接通电磁泵 一边暴气 一边测量 直至溶解氧达到饱和值为止 记录溶解氧值 2 称取10g底泥 放入反应瓶中 加入370ml暴气水 放在一个搅拌器上 开动搅拌以1 3 5 7 10 12 15 20分钟记录溶氧值 3 称取10g底泥 放入带有加热装置的反应瓶中 加入370ml暴气水 将加热反应瓶的出口与超级恒温槽的进出口用乳酸管连接 把反应瓶中加入搅拌子 于电子搅拌器上 做35 的耗氧实验 三 数据处理 1 绘制一定量的底质不同温度随时间变化的耗氧图 实验七水中苯系物的挥发速率 水环境中有机污染物随自身的物理化学性质和环境条件的不同而进行不同的迁移转化过程 诸如挥发 微生物降解 光解以及吸附等 近年来的研究表明 自水体挥发进入空气是疏水性有机污染物特别是高挥发性有机污染物的主要迁移途径 水中有机污染物的挥发符合一级动力学方程 其挥发速率常数可通过实验求得 其数值的大小受温度 水体流速 风速和水体组成等因素所影响 测定水中有机污染物的挥发速率 对研究其在环境中的归宿具有重要的意义 描述水中有机污染物挥发过程的理论有多种模式 主要是以双膜理论为基础 本实验是以C T Chiou修正的Knudsen方程作为方法的依据 一 实验目的 1 了解有机污染物的挥发过程及其规律 学会测定有机物质挥发速率的实验方法 2 了解影响有机污染物挥发速率的有关因素 二 实验原理水体中有机污染物的挥发符合一级动力学方程 即 式中 KV 挥发速率常数 c 水中有机物的浓度 t 挥发时间 由此可求得有机物质挥发掉一半所需的时间 t1 2 为 C T Chiou所提出的污染物挥发速率方程式为 式中 Q 单位时间 单位面积的挥发损失量 有机污染物在该液体表面的浓度与在本体相中浓度的比值 与大气压及空气湍流有关的挥发系数 无量纲 它表示在一定的空气压力及湍流的情况下 空气对该组分的阻力 P 在实验温度时有机污染物的分压 M 有机污染物的摩尔质量 R 气体常数 T 绝对温度 3 因此 只要求得某种化合物的传质系数K 就能求得挥发速率常数KV 具体来说 就是如何得到 和 的数值 下面分两种情况进行讨论 1 纯物质的挥发 对于纯物质没有浓度梯度存在 所以 1 P P0 P0为纯物质的饱和蒸汽压 此时Q P0 M 2 RT 1 2 因此可以从纯物质的挥发损失定出各种化合物的 值 在真空中 1 在空气中 由于空气阻力 1 2 稀溶液中溶质的挥发 在这种情况下 关键在于求得 的数值 值与纯物质相同 如果溶质的挥发性较小 1 如果溶质的挥发性较强 化合物在液体表面浓度与在本体浓度相差较大 则 1 根据Q H M 2 RT 1 2c 利用从纯物质的测定中获得的 值 保持不变 和此时测到的Q值以及亨利常数H值 即可求得 的数值 三 主要仪器和试剂 1 仪器 紫外分光光度计 分析天平 称量瓶 培养皿 容量瓶 游标卡尺 2 试剂 苯 甲苯 甲醇 均为分析纯 四 实验步骤 1 纯物质挥发速率的测定在称量瓶中分别加入2ml待测物质 苯 甲苯 以减少器壁高度的影响 将容器置于分析天平上 将天平两边门打开 以免蒸汽饱和 每隔30s读取重量1次 共测10次 同时量出容器的截面积 如果室内环境温度及相对湿度波动很大的话 可将天平的门关闭 在较短的时间间隔内进行测定 这样 天平内物质的挥发还是不足以使天平室内化合物的浓度达到可观的程度 对挥发速率影响不大 2 溶液中有机污染物挥发速率的测定 1 储备液的配制 准确称取苯2 5g 置于250ml容量瓶中 用甲醇稀释至刻度 用生料带封住瓶口 放入冰箱存储 2 中间液的配制 取上述储备液各5ml分别置于2个250ml的容量瓶中 用水稀释至刻度 溶液浓度为200mg L 3 标准曲线的绘制 分别取苯中间液0 25 0 5 1 0 1 5和2 0ml于10ml的容量瓶内 用水稀释至刻度 其浓度分别为5 10 20 30和40mg l 将该组溶液用紫外分光光度计于波长205nm处测定吸光度 以吸光度对浓度作图 可得到苯的标准曲线 按同样的方法绘制甲苯的标准曲线 测定波长仍为205nm 4 将剩余的苯和甲苯的中间液分别倒入2个玻璃培养皿内 量出溶液高度 并记录温度 让其自然挥发 每隔5min取样一次 每次取1 0ml 用水定溶至10ml 测定吸光度 测定波长为205nm 共测10个点 量出玻璃培养皿的面积 五 数据处理 表1不同温度下苯的蒸汽压 表2不同温度下甲苯的蒸汽压 表3不同温度下苯的溶解度 表4不同温度下甲苯的溶解度 3 求 值对于纯物质 1 将以上求得的Q及H代入公式 4 即可求得 值 式中压力 P 的单位为Pa 摩尔质量 M 的单位为g mol 气体常数 R 为8 314J mol 1 K 1 温度 T 的单位为K 4 求半衰期 t1 2 从标准曲线上查得苯和甲苯在不同反应时间在溶液中的浓度 绘制ln c0 c t关系曲线 从其斜率 B 即可求得t1 2 t1 2 0 693 B 实验八对二甲苯 萘的辛醇 水分配系数的测定 紫外分光光度法 一 目的和要求了解测定有机化合物的辛醇 水分配系数的意义和方法 掌握用紫外分光光度法测定分配系数的操作技术 二 原理正辛醇是一种长链烷烃醇 在结构上与生物体内的碳水化合物和脂肪类似 因此 可用正辛醇 水分配体系来模拟研究生物 水体系 有机物的辛醇 水分配系数是衡量其脂溶性大小的重要理化性质 研究表明 有机物的分配系数与水溶解度 生物富集系数及土壤 沉积物吸附系数均有很好的相关性 因此 有机物的生物活性亦与其分配系数密切相关 所以 在有机物的危险性评价方面 分配系数的研究是不可缺少的 本实验通过测定水相中的有机物浓度 然后再根据分配前化合物在辛醇相的浓度以及分配后化合物在水相的浓度 计算得到分配系数 三 仪器和试剂1 离心机800型2 恒温振荡器3 751分光光度计4 正辛醇C P 级5 乙醇 95 6 对二甲苯7 萘 四 实验步骤 1 标准曲线的绘制 1 对二甲苯移取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 再以乙醇稀释至刻度 摇匀 此时浓度为400微克 毫升 在5只25ml容量瓶中各加入该溶液1 00 2 00 3 00 4 00 5 00ml 用水稀释至刻度 摇匀 在751分光光度计上 选择波长为227纳米 以水为参比 测定标准系列的吸光度A 以A对浓度C作图 即得标准曲线 2 萘称取0 0200克萘 用乙醇溶解后转入10ml容量瓶中并稀释到刻度 需在恒温振荡器 25 0 5 振荡至萘溶解 此时浓度为2000微克 毫升 用微量注射器吸取该溶液10 20 30 40 50微升于10ml容量瓶中 加水稀至刻度 摇匀 在751分光光度计上 选择波长为278纳米 以水为参比 测定标准系列的吸光度A 以A对浓度C作图 即得标准曲线 五 数据处理 实验九土壤对铜的吸附 土壤中重金属污染主要来自于工业废水 农药 污泥和大气降尘等 过量的重金属可引起植物的生理功能紊乱 营养失调 由于重金属不能被土壤中的微生物所降解 因此可在土壤中不断地积累 也可为植物所富集并通过食物链危及人体健康 重金属在土壤中的迁移转化主要包括吸附作用 配合作用 沉淀溶解作用和氧化还原作用 其中又以吸附作用最为重要 铜是生长所植物所必不可少的微量营养元素 但含量过多也会使植物中毒 土壤的铜污染主要是来自于铜矿开采和冶炼过程 进入到土壤中的铜会被土壤中的粘土矿物微粒和有机质所吸附 其吸附能力的大小将影响铜在土壤中的迁移转化 因此 研究土壤对铜的吸附作用及其影响因素具有非常重要的意义 一 实验目的1 了解影响土壤对铜吸附作用的有关因素 2 学会建立吸附等温式的方法 二 实验原理不同土壤对铜的吸附能力不同 同一种土壤在不同条件下对铜的吸附能力也有很大差别 而对吸附影响比较大的两种因素是土壤的组成和pH 为此 本实验通过向土壤中添加一定数量的腐殖质和调节带吸附铜溶液的pH 分别测定上述两种因素对土壤吸附铜的影响 土壤对铜的吸附可采用Freundlich吸附等温式来描述 即 式中 Q 土壤对铜的吸附量 mg g 吸附达到平衡时溶液中铜的浓度 mg g K n 经验常数 其数值与离子种类 吸附剂性质及温度等有关 三 主要仪器和试剂 1 仪器 原子吸收分光光度计 WFX IC型 恒温振荡器 DDHZ 300型 离心机 PHSJ 4A型 酸度计 50ml容量瓶 聚乙烯塑料瓶 2 试剂 0 01mol L的NaNO3溶液 50mg L和1000mg L的Cu2 标准溶液 0 5mol L的H2SO4标准溶液 1mol L的NaOH溶液 腐殖酸 生化试剂 1号和2号土壤样品 铜标准溶液 1000mg L 0 5000g金属铜 99 9 溶解于30ml1 1HNO3种 用水定容至500ml 铜标准溶液 50mg L 吸取25ml1000mg L铜标准溶液于500ml容量瓶中 加水定容至刻度 铜标准系列溶液 pH 2 5 分别吸取10 00 15 00 20 00 25 00 30 00ml的铜标准溶液 1000mg L 于250ml烧杯中 加0 01mol LNaNO3溶液稀释至240ml 再以1mol LNaNO3溶液定容 该标准系列溶液浓度为40 00 60 00 80 00 100 00 120 00mg L 用同样方法 配制pH 5 5的铜系列标准溶液 1号土壤样品 将新采集的土壤样品经风干 磨碎 过0 15mm 100目 筛后装瓶备用 2号土壤样品 取1号土壤样品300g 加入腐殖酸30g 磨碎 过0 15mm 100目 筛后装瓶备用 四 实验步骤 1 标准曲线的绘制吸取50mg L的铜标准溶液0 00 0 50 1 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00ml分别置于50ml容量瓶中 加2滴0 5mol L的H2SO4 用水定容 其浓度分别为0 0 50 1 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00mg L 然后在原子吸收分光光度计上测定吸光度 根据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线 原子吸收测定条件 波长 324 7nm 灯光流 1mA 光谱通带 20 增益粗调 0 燃气 乙炔 助燃气 空气 火焰类型 氧化型 2 土壤对铜的吸附平衡时间的测定 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10 20 40 60 90和120min后 5min3000rpm离心分离 迅速吸取上层清液10mL于50mL容量瓶中 加2滴0 5mol L的H2SO4溶液 用水定容后 用原子吸收分光光度计测定吸光度 根据实验数据绘制溶液中铜浓度和土壤对铜的吸附量对反应时间的关系曲线 以确定吸附平衡所需时间 3 土壤对铜的吸附量的测定 1 分别称取1 2号土壤样品各10份 每份1g 分别置于50ml聚乙烯塑料瓶中 2 依次加入50mlpH为2 5和5 5 浓度为40 00 60 00 80 00 100 00 120 00mg L铜标准溶液 盖上瓶塞后置于恒温振荡器上 3 振荡达到平衡后 取15ml土壤浑浊液于离心管中 离心10min 吸取上层清液10ml于50ml容量瓶中 加2滴0 5mol L的H2SO4溶液 用水定容后 用原子吸收分光光度计测定吸光度 五 数据处理 1 土壤对铜的吸附量可通过下式计算 其中 Q 土壤对铜的吸附量 mg g 0 溶液中铜的起始浓度 mg L 溶液中铜的平衡浓度 mg L V 溶液的体积 mL W 烘干土壤重量 g 由此方程可计算出不同平衡浓度下土壤对铜的吸附量 2 建立土壤对铜的吸附等温线以吸附量 Q 对浓度 作图即可制得室温下不同pH条件下土壤对铜的吸附等温线 3 建立Freundlich方程以lgQ对lg 作图 根据所得直线的斜率和截距可求的两个常数K和n 由此可确定室温时不同pH条件下不同土壤样品对铜吸附的Freundlich方程 六 思考题1 土壤的组成和溶液的pH值对铜的吸附量有何影响 为什么 2 本实验得到的土壤对铜的吸附量应为表现吸附量 它应当包括同在土壤表面上哪些作用的结果 实验十底泥中腐殖物质的提取和分离 一 概述自然界中的腐殖物质是天然产物 存在于土壤 底泥 河底 湖泊及海洋中 它们是动物和植物躯体长期腐烂或有机物分解或合成过程中形成的特殊物质 它们包括胡敏素 腐殖酸 富里酸等 富里酸的分子量较小 它溶于稀碱也溶于稀酸 腐殖酸只溶于稀碱不溶于稀酸 胡敏素不被碱提取 底泥中的腐殖物质常和不同的阳离子或不同形式的矿物质结合着 其中游离的腐殖物质可用稀碱提取 不溶于水的钙 铁 铝腐殖酸盐可用焦磷酸钠使之转化成溶于水的钠盐 腐殖物质分子中各个结构单元上有一个或多个活性基团 如羧基 酚羟基 醌基等 它们可与金属离子进行离子交换 表面吸附 螯合作用等反应 因而使重金属污染物在环境中的迁移转化过程变得复杂 并产生重大影响 本实验用稀碱和稀焦磷酸钠混合液提取底泥中的腐殖物质 提取物酸化后析出腐殖酸 而富里酸仍留在酸化液中 据此可将富里酸和腐殖酸分离开 腐殖物质中碳和氢含量测定方法可以用干烧法 在一般的干烧法中是将样品放在氧气流中经高温燃烧后 碳转化成为二氧化碳 氢转化成水 再分别用碱石棉和无水高氯酸镁定量吸收生成的二氧化碳和水 由吸收管的增重计算样品中碳和氢含量 本实验利用碳氢自动微量分析仪测定碳和氢含量 样品在催化剂存在条件下在氧气流中爆炸燃烧 定量生成二氧化碳和水 经过分段吸收 分别加以捕集 再先后派送到热导池中 利用被测组分的热导系数与浓度成正比的关系 进行示差热导测定 在记录仪上给出二氧化碳和水的曲线图 由曲线高计算含碳量和含氢量 二 目的要求 1 加深对腐殖物质的感性认识 2 提取和分离富里酸和腐殖酸 并确定它们的含碳量和含氢量 三 仪器与试剂水浴锅二孔台称分析天平电动离心机振荡器离心管50毫升碘量瓶250毫升量筒100毫升 干燥器蒸发皿玻璃 5 6厘米混合提取液 0 2M焦磷酸钠溶液和0 2M氢氧化钠溶液等体积混合均匀 底泥风干后磨碎过100目筛备用 盐酸溶液1N氢氧化钠溶液1N 四 实验过程 1 称30克底泥 放入250ml碘量瓶中 加入100毫升混合提取液 振荡器上振荡半小时 到时将混合物均匀倒入两个离心管中 尽量使两个重量相等 把两个离心管放在离心机的对称位置上离心十分钟 离心完将上层溶液倒入250毫升锥形瓶内 弃去管内泥渣 用1N盐酸溶液把瓶内溶液的pH值调到3左右 调好pH值后 振荡半小时 到时离心10分钟 离心完将上层溶液 主要是富里酸 倒入干净的250毫升锥形瓶内备用 离心管内残渣主要含腐殖酸 也保留备用 2 取一个已烘至恒重的玻璃蒸发皿 称出其重量G 称准到0 002克 下同 再移入20毫升富里酸溶液 用1N氢氧化钠溶液将其pH值调到7 然后放在沸水浴上蒸干 在105 烘箱内烘至恒重后称出重量W 克 再取一个蒸发皿作空白实验 扣除20毫升提取液中引入的盐类重量Q 克 3 取一张定量滤纸 放入称量瓶中 开盖放在105 烘箱内烘至恒重 盖好瓶盖在分析天平上称出重量A 克 取出滤纸 放在玻璃漏斗内 用pH值等于3的蒸馏水把腐殖酸渣转移入漏斗内过滤 滤干后取出滤纸 放回原称量瓶中 在105 烘箱内烘至恒重后再称出重量B 克 4 在半微量天平称出重量为W 均称3 00毫克左右 的富里酸和腐殖酸粗品各两份 用持样器将盛有样品的石英舟送入高温炉内 卡紧 旋卡 随后在记录仪上给出二氧化碳和水的曲线图 测量二氧化碳 hCO2 和水的峰高 hH2O 如此依次做完四份样品 然后向实验准备室索取二氧化碳和水的平均感量S和残留值 h 二氧化碳和水的平均感量表示每单位峰高的含碳值 它由标准样品确定 残留值是因仪器的死体积等因素使峰高额外增加的值 这个数值可从校正图上查出 五 数据处理 2 按下式计算底泥中腐殖含量 式中hCO2等符号所代表的意义如实验过程4所述 数据记入各表格中 六 问题讨论 1 环境中的腐u殖物质对重金属污染物的迁移转化起什么作用 2 称量烘干后的滤纸时为何要盖不称量瓶的盖子 3 富里酸和腐殖酸在外观上有何区别 4 如果没有碳氢分析仪 富里酸和腐殖酸的含碳量可用硫酸 重铬酸钾氧化法测定 实验十一藻类摄取磷的动力学方程 一 主要目的1 加深对酶化学反应动力学方程了解 2 掌握藻类摄取过程的米氏常数测定方法及水中磷的测定方法 二 简单原理藻类摄取磷的反应动力学方程是由酶化学反应动力学方程衍变而成 如果一个酶化学法应遵守米 门反应动力学 则反应速度V对底物浓度B的关系可描