环境化学试验讲义
实 验 须 知
1. 实验室工作必须有计划和有组织才能顺利进行。因此在实验前必须仔细阅读实验指导，对实验内容、工作量和工作程序有一个完整的概念。
2. 实验工作必须严格遵守操作规程，不许随便变更实验方法和步骤，以免发生危险事故。
3. 实验时要携带记录本，把一切称量和化验的现象和结果记录下来，以便检查分析的准确性，所有的分析材料无论如何不许先在单张纸上作记录。 4. 凡器材损坏或发生障碍时，应立即报告指导老师，及时修理。 5. 玻璃仪器使用后，必须洗刷干净，放置柜内固定位置以便下次作用。 6. 废土及用过和滤纸，不准倒入水槽，应倒入瓦缸内以免淤塞。
7. 实验时就严肃认真，保持安静，所有器材放置有条不紊，抬面保持清洁。 8. 每次实验完毕，须轮派同学清洁实验室。
目 录
实验一 天然水中铜的存在形态
实验二
实验三
实验四
实验五
附 录 底泥中腐殖物质的提取和分离 土壤的阳离子交换量的测定 底泥中铬的简单状态鉴别 沉积物中重金属的存在形式和迁移规律的研究3200型原子吸收分光光度计的使用方法
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实验一 天然水中铜的存在形态
一、目的要求
1、判别铜在湖水中几种简单的结合状态。
2、学习用阳极溶出伏安法测定水中金属结合状态的一般实验技术。 3、熟悉掌握XJP—821（B）型新极谱仪的使用方法。
二、概述
天然水中重金属的存在形态，按其物理状态可分为颗粒态和溶解态两类。前者包括吸附、络合于悬浮物粒子上的各种化学态。后者按其在水中的活性又分为稳定态和不稳定态。不稳定态主要包括游离的金属离子，弱结合的有机和无机的络合吸附态金属。处于这一状态的金属有电活性，在电极上能反应。稳定态主要包括强结合的有机和无机络合吸附态金属。它们在电极上无反应。但经紫外光照射后，其中的有机结合态，即稳定态A，会变成不稳定态。不被紫外光分解的部分，即稳定态B，经硝酸—高氯酸消化后也会变成不稳定态。不稳定态有电活性，能被微电极富集，可用溶出伏安法测定。
在适当的底液及外加电压下，不稳定态铜可以还原为金属铜沉积在工作电极上。即不稳定态铜有电活性，可以用电解法富集。而稳定态与电极无反应，不能被富集。这是用电化学法判别天然水中重金属的稳定态与不稳定态的重要依据。再辅以紫外光照射、强酸消解等方法，还可把稳定态进一步分为A、B两态。富集在工作电极上的铜膜，当由负电位等速向正电位扫描过程中电位达到铜的溶出电位时，铜即迅速氧化成铜离子，深入溶液中，同时形成一个溶出电流峰。在其它条件不变时，可以根据溶出电流峰高度来确定被测液中铜的含量。
本实验测定受铜轻度污染的湖水中铜的结合状态。湖水用0.45μm膜过滤，用XJP—821（B）型新极谱仪和ATA—1A型旋转园盘电极组成的极谱技术分别测定：（1）未加处理的滤液，（2）经光照处理后的滤液，（3）用硝酸和高氯酸消化后的滤液，（4）经硝酸和高氯酸消化后的悬浮物中的铜含量。显然，未加处理的滤液中被测出的只是不稳定态铜。而经紫外光照射后的是不稳定态加上稳定态A。经过硝酸和高氯酸消化后的则包括不稳定态、稳定态A和稳定态B。因此，经过计算后可以分别确定不稳定态、稳定态A、稳定态B和颗粒态的铜含量。
三、仪器与试剂
1、XJP—821（B）型新极谱仪
2、ATA—1A型旋转园盘电极 3、紫外灯照射器 4、电热板（800瓦） 5、微孔膜过滤器 6、真空泵系统 7、氮气钢瓶
8、移液管0.25mL、2mL、5mL、50mL、100mL 9、容量瓶100mL
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10、浓HClO4(G.R.) 11、浓HNO3(G.R.) 12、30%H2O2(G.R.)
13、铜标准使用液：1.00mg/L
14、底液：3M NH4Cl—NH4Ac—NH3·H2O
四、实验步骤
1、水样采集和处理：用塑料桶取1升湖水，用玻璃纤维滤去大块颗粒物。再用100毫升移液管出200毫升水样放入微孔膜过滤器中抽滤。弃去前面10毫升滤液，余者存于冰箱中备用。小心以下微孔膜及悬浮物，放入150毫升烧杯内备用。
2、滤液光照处理：移取50毫升滤液到紫外灯照射器内，再加10滴30%H2O2，小心放入搅拌磁子。接通冷却水和电源，在搅拌中光照滤液2小时。照完后把滤液倒入100毫升烧杯中备用。
3、滤液消化处理：移取50毫升滤液到150毫升烧杯中，加2毫升浓HNO3，在电热板上煮沸。试液近干时加2毫升浓HClO4，继续加热到白烟将尽、内容物近干时为止。取下烧杯，冷却后加10毫升蒸馏水，电热板上煮沸1分钟。冷后移入100毫升容量瓶内，用蒸馏水定容备用。
4、滤膜处理：往盛有微孔膜和悬浮物的烧杯内加入10毫升蒸馏水和2毫升浓硝酸，然后继续按滤液消化处理过程操作。
5、测定：移取溶液50.0ml于电解池杯中，再加5.0mL 3M NH4Cl—NH4Ac—NH3·H2O 底液，将ATA—1A旋转园盘电极插入电解池内，调节电极转速，通高纯氮除氧5分钟。同时密封电解池系统，按下电极开关，触发富集键，2分钟后仪器自动静止30秒扫描，得到一个溶出峰，测量峰高h，重复前定3—4次（注意，每次测定前须进行电极电化学清洗）。然后，在电解池杯中加入0.25mL 1.00mg/L的铜标准液，在相同条件下重复测定3—4次，记录峰高H。
滤液光照试样、滤液消化试样、滤膜试样测定同上。 阳极溶出伏安法测定条件
-1.0 上限电位（V） -0.9 起始电位（V） 0 下限电位（V） 100 扫描速度（mv/s） 2 富集时间（min） 1000 电极转速（转/分） 100 X轴量程（mv/cm） 50 Y轴量程（mv/cm） 五、数据处理：
1、根据下列公式计算不同方式处理试样的铜含量，结果填入下表：
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式中：m：被测试液体积V+底液体积（mL）
n：加入铜标准液体积（ml）
Co：加入铜标准溶液浓度（mg/L） Cx：被测试液含量（μg/L） 处理方式 直接处理 光照处理 消化处理 滤膜处理 被测液峰高h(mm) 加标后被测液峰高H(mm) 铜含量(μg/L)
2、根据各种处理方式所得铜含量算出湖水中颗粒态、不稳定态、稳定态A、稳定态B的铜含量，把结果填入下表： 溶 解 态 形 态 颗粒态 不稳定态 稳定态A 稳定态B 铜含量 (μg/L) 六、讨论
1、由于湖水来源不同，铜含量不同，因而移取试样的体积和加入标准溶液的体积可视具体情况作适当调整。
2、在试液用HNO3和HClO4消化时，消化完全后应加热至白烟将尽，但勿蒸干。如溶液中剩有过多的酸，则试液酸度很高，影响测定；如蒸干，则局部温度过高，微量的铜可能挥发损失。
3、每经过一次溶出测定，需对电极进行电化学清洗，经扫描查验确无铜存在后再做下一次测定。
4、每个样品要取得重现性较好的溶出电流峰，必需注意使每次富集时间、静置时间、、电极清洗时间等保持严格一致。
七、思考题
1、为什么可用极谱技术来测定水中金属形态？
2、简述阳极溶出伏安法灵敏度高的原因？ 3、为了保证测量准确，应注意哪些关键问题？
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