环境化学实验讲义

前 言 环境化学实验是为进一步深化《环境化学》课程讲授的基本知识，掌握研究环境化学问题的基本方法和手段，提高实验数据科学分析能力和实验技能，使学生具备初步的独立科研能力。 依据新的环境化学实验教学大纲，本环境化学实验课程共包括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；主要是让学生加深对环境中油类污染的认识，了解石油类类污染物含有共轭体系的物质在紫外光区有特征吸收峰，掌握油类的分析方法和技术。 实验二为有机物的正辛醇—水分配系数；这是典型的验证性实验，使学生了解平衡状态下有机化合物在正辛醇和水相中的分配状况，使学生深层次了解有机化合物在水相和有机相之间的迁移能力以及脂溶性有机化合物在环境中的吸收行为。 实验三为苯酚的光降解速率常数实验；使学生了解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，并通过食物链危害人体健康。因此让学生了解土壤的吸附性能对今后开展该方面的研究具有重要意义。

编者 张凤君 目 录 实验一 天然水中油类的紫外分光光度法测定………………………………………1 实验二 有机物的正辛醇—水分配系数………………………………………………3 实验三 苯酚的光降解速率常数………………………………………………………6 实验四 土壤对铜的吸附………………………………………………………………10 1

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，掌握油类的分析方法和技术，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。石油类含有的具有共轭体系的物质在紫外光区有特征吸收峰。带有苯环的芳香族化合物主要吸收波长为250~260 nm，带有共轭双键的化合物主要吸收波长为215~230 nm。一般原油的两个吸收峰波长为225及256 nm，其他油品如燃料油、润滑油等的吸收峰也与原油相近。本方法测定波长选为256 nm，最低检出浓度为0.05 mg/L，测定上限为10 mg/L。

三、仪器与试剂 1.紫外分光光度计（具有1 cm石英比色皿） 2.石油醚（60~90℃）提纯：透光率应大于80% 纯化：将石油醚通过变色硅胶柱后收集于试剂瓶中。以水为参比，在256 nm处透光率应大于80%。

四、实验步骤 1.标准曲线绘制：把油标准储备液用石油醚稀释为每毫升含0.100 mg油的标准液。向7个10 mL比色管中依次加入油标准液0,0.5 mL,1.0 mL,2.0 mL,5.0 mL,7.0 mL,10.0 mL，用石油醚稀释至刻线。最后在波长256 nm处，用1 cm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500 mL全部倾入1000 mL分液漏斗中，加入5 mL（1+1）硫酸（若水样取样时已酸化，可不加）及20 g氯化钠，加塞摇匀，用15 mL石油醚洗采样瓶，并把此洗液移入分液漏斗中，充分振荡2 min（注意放气），静置分层。把下层水样放入原采样瓶中，上层石油醚放入25 mL容量瓶中，再加入10 mL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。 2

若容量瓶里有水珠或浑浊，可加少量无水硫酸钠脱水。 3.在波长256 nm处，用1 cm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、结果与讨论 1.C油（mg/L）=12VVC

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. 采集的样品必须有代表性。一般在水表面以下20~50 cm处取水样 3. 为了保存水样，采集样品之前，可向瓶里加入硫酸[每升水样加5 mL（1+1）硫酸]，使水样pH<2，以抑制微生物活动，于低温下（<4℃）保存。在常温下，样品可保存24 h。 3

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）是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值。它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，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密切相关。通过对某一化合物分配系数的测定，可提供该化合物在环境行为方面许多重要的信息，特别是对于评价有机物在环境中的危险性起着重要作用。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—水分配系数是平衡状态下化合物在正辛醇相和水相中浓度的比值，即：

WOc

c

KOW

式中：KOW——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。

WWWWOOVc

VVcKOWc

 4

式中：co——起始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； 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）离心机。 （4）具塞比色管：10 mL。 （5）玻璃注射器：5 mL。 （6）容量瓶：5 mL，10 mL。 2.试剂 （1）正辛醇：分析纯。 （2）乙醇：95%，分析纯。 （3）对二甲苯：分析纯。

四、实验步骤 1.标准曲线绘制 称取1.00 mL对二甲苯于10 mL容量瓶中，用乙醇稀释至刻度，摇匀。取该溶液0.10 mL于25 mL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25 mL容量瓶中各加入该溶液1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL，用水稀释至刻度、摇匀。在紫外分光光度计上用波长227 nm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20 mL正辛醇与200 mL二次蒸馏水在振荡器上振荡24 h，使二者相互饱和，静置分层后，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0.40 mL对二甲苯于10 mL容量瓶中。用上述处理过的被水 5

饱和的正辛醇稀释至刻度。该溶液浓度为4×104 μL/L。 （2）分别移取1.00 mL上述溶液于6个10 mL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 h和3.0 h，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、数据处理 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？ 6

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强烈地影响着它们在水中的归宿，因而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，光降解技术已成为许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括两方面内容。一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括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。因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。 苯酚普遍存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中的苯酚含量经常超标。因此，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，不断产生自由基，具体过程如下：

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断地被氧化，最终生成CO2、CH4和H2O等。因此，光降解是天然水体有机污染物的自净途径之一。 天然水体中有机污染物的光降解速率，可用下式表示：