分析化學(xué)與環(huán)境保護(hù)

1、分析化學(xué)與環(huán)境保護(hù),,黃勇蝦 03081144,環(huán)境化學(xué)是70年代以后剛剛發(fā)展起來(lái)得一門(mén)新興的化學(xué)科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的交叉學(xué)科, 它是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支,也是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分。,環(huán)境化學(xué)是一門(mén)研究潛在有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、行為、效應(yīng)（ 生態(tài)效應(yīng)、人體健康效應(yīng)以及其它環(huán)境效應(yīng)） 以及減少或消除其產(chǎn)生的科學(xué) !,它的研究?jī)?nèi)容包括：（ 1 ） 化學(xué)污染物在環(huán)境中的含量和污染程度! 其不僅要對(duì)污染物進(jìn)行定量檢測(cè)， 而

2、且還要對(duì)其在環(huán)境中的毒害性和對(duì)環(huán)境的影響作出鑒定! （ 2） 研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿， 特別是污染物在環(huán)境中的積累、相互作用機(jī)制和生物效應(yīng)等， 包括化學(xué)污染物致畸、致突變、致癌作用機(jī)理， 化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性之間的相關(guān)關(guān)系， 各種污染在食物鏈傳遞過(guò)程中的生化過(guò)程等! 環(huán)境化學(xué)的研究方法以化學(xué)方法為主， 亦借鑒生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)的思路和手段，因而環(huán)境化學(xué)的發(fā)展本身即推動(dòng)這些學(xué)科與環(huán)境化學(xué)的相互滲透和交叉.,化學(xué)中5個(gè)

3、應(yīng)該發(fā)展的尖端領(lǐng)域包括:環(huán)境化學(xué)、反應(yīng)活性知識(shí)、化學(xué)催化反應(yīng)、生命過(guò)程化學(xué)和在極端條件下的化學(xué)行為.環(huán)境化學(xué)就是其中的一個(gè)領(lǐng)域.,環(huán)境化學(xué)主要包括: 環(huán)境分析化學(xué) 環(huán)境污染化學(xué)(大氣,水體,土壤環(huán)境化學(xué)) 環(huán)境污染控制化學(xué),1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第一次授予三位環(huán)境化學(xué)家　Crutzen,　Rowland和Molina,環(huán)境分析化學(xué)(environmental analysis chemistry),環(huán)境分析化學(xué)是研究

4、環(huán)境污染物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)以及含量的分析化學(xué)的一個(gè)新分支。在某種意義上講,環(huán)境科學(xué)的發(fā)展依賴于環(huán)境分析化學(xué)的發(fā)展。,環(huán)境分析化學(xué)具有以下特點(diǎn):,(1)涉及范圍廣 (2)對(duì)象復(fù)雜(3)變異性 (4)定量分析(痕量甚至超痕量分析) (5)普遍性及實(shí)用性強(qiáng),環(huán)境分析化學(xué)中近年發(fā)展的的幾項(xiàng)技術(shù):,(1)激光腔內(nèi)共振衰減吸收技術(shù)(Cavity Ring down Laser Absorption Spectroscopy),(2)固

5、相微萃取技術(shù) (Solid Phase Micro-Extraction,(3)現(xiàn)場(chǎng)分析化學(xué)和工藝技術(shù)(Field Analytical Chemistry And Technology),(4)色譜進(jìn)樣技術(shù)柱頭進(jìn)樣(on column)分流/無(wú)分流進(jìn)樣(split/split less)吹捕法進(jìn)樣(purge and trap),環(huán)境分析化學(xué)實(shí)

6、驗(yàn)：,１．用氧化還原滴定法做化學(xué)需氧量(COD)測(cè)定(高錳酸鉀法）,2.新鮮蔬菜和水果中亞硝酸鹽測(cè)定方法研究,３．廢舊干電池滲漏液(主要含汞,鉻,鎳,鉛離子所含的各種重金屬離子濃度的分析）,4.飲用水中有機(jī)磷農(nóng)藥的樣品前處理與HPLC 分析,化學(xué)需氧量（ＣＯＤ）是水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)之一，是指在特定條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，消耗氧化劑所相當(dāng)?shù)难趿?，以每多少毫克Ｏ２表示．ＣＯＤ反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，包括有機(jī)

7、物，亞硝酸鹽，亞鐵鹽，硫化物等．一般水樣可用高錳酸鉀法測(cè)定,用氧化還原滴定法做化學(xué)需氧量(COD)測(cè)定(高錳酸鉀法),,一．實(shí)驗(yàn)原理　　水樣加入硫酸酸化后，加入一定量的KMnO4溶液，并在沸水浴中加熱反應(yīng)一段時(shí)間，然后加入過(guò)量的Na2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液，使之與剩余的KMnO4充分作用，再用KMnO4溶液回滴過(guò)量的Na2C2O4 ．通過(guò)計(jì)算求得高錳酸鹽指數(shù)值．反應(yīng)如下：?。碝nO4－＋５C+12H+=4Mn2++5CO2+6H2O

8、 2 MnO4－＋5C2O4 +16H+=4Mn2++10CO2+8H2O 計(jì)算結(jié)果如下：高錳酸鹽指數(shù)（O2，mg／l）＝其中，Ｖ１和Ｖ２分別為KMnO4的開(kāi)始加入體積和加滴過(guò)量Na2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，CＫＭnＯ４和ＣNa2C2O4　分別表示以KMnO4和Na2C2O4為基本單元的物質(zhì)量的濃度．,,,二．步驟流程圖:,水樣＋ 硫酸（１＋３）,沸水浴中３０min,KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液（Ｖ１）,,水樣＋ KMnO4,,N

9、a2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液（Ｖ）,水樣＋ Na2C2O4,KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液（Ｖ２）,水樣,,,,二．新鮮蔬菜和水果中亞硝酸鹽測(cè)定方法研究,研究?jī)?nèi)容：利用分光光度法研究消除新鮮蔬菜和水果中抗壞血酸對(duì)亞硝酸鹽測(cè)定干擾的方法。實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)的影響因素分析 　?。保崛囟群蜁r(shí)間對(duì)回收率的影響 　?。玻箟难釋?duì)回收率的影響 　?。常钚蕴繉?duì)回收率的影響 結(jié)論,實(shí)驗(yàn)部分,1）儀器和試劑　　　722 型分光光度計(jì)； 恒溫水??；　　　N

10、-1萘基乙二胺溶液： 溶解0.200gN-1萘基乙二胺于150ml乙酸（15%） 中， 混勻，　置于棕色瓶保存于冰箱（-4°C）中。 　對(duì)氨基苯磺酸溶液： 稱取0.500g對(duì)氨基苯磺酸， 溶于150ml乙酸（15%） 中， 混　勻， 必要時(shí)過(guò)濾，置于棕色瓶保存于冰箱中。 　　　亞硝酸鈉儲(chǔ)備溶液： 稱取亞硝酸鈉0.100g，溶于少量蒸餾水中， 然后轉(zhuǎn)移至1L容瓶中， 用蒸餾水定容至刻度。該儲(chǔ)備溶液的濃度為100μg

11、/ml ， 使用時(shí)稀釋至所需的濃度。 　　　亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液： 取1ml亞硝酸鈉儲(chǔ)備溶液于100ml容量瓶中， 用蒸餾水定容至刻度。該標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為1μg/ml?！　　?%醋酸鋅水溶液： 準(zhǔn)確稱取4.00g醋酸鋅， 溶于100ml蒸餾水中。 　　　2mol/ml 氫氧化鈉： 準(zhǔn)確稱取氫氧化鈉80.00g溶于1L蒸餾水中。 　　　3%鹽酸： 用移液管準(zhǔn)確取3ml濃鹽酸于100ml容量瓶中， 加蒸餾水稀釋至刻度。,,2）實(shí)驗(yàn)方法：

12、　　　準(zhǔn)確稱取勻漿樣品約20g于200ml燒杯中， 加入500ml醋酸鋅溶液， 用2mol/l氫氧化鈉調(diào)PH值為7.2-7.5，再加入1g活性炭， 混勻， 置于70°C 水浴中， 適當(dāng)攪拌，加熱30min后取出， 冷卻至室溫，用布氏漏斗初次過(guò)濾， 同時(shí)用20ml蒸餾水清洗燒杯和玻璃棒， 淋洗液倒入漏斗中清洗濾渣， 所得濾液轉(zhuǎn)入100ml容量瓶中， 用蒸餾水定容至刻度， 取部分濾液用0.45μm濾膜過(guò)濾， 膜濾液備分析用， 同

13、時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。 　　　取10ml膜濾液于25ml帶塞比色管中， 加入2.5ml對(duì)氨基苯磺酸溶液， 混勻，5min后再加入2.5mlN-1萘基乙二胺溶液， 同時(shí)調(diào)節(jié)PH值為1.2左右， 加蒸餾水至刻度，混勻。 于 540nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色測(cè)定。已顯色的樣品應(yīng)在45min內(nèi)測(cè)定完畢。 3）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 　在6支25ml比色管中，分別準(zhǔn)確加入0.5，1.0，2.0，3.0，4.0和5.0ml濃度為1.0μg/ml的NaN

14、O2標(biāo)準(zhǔn)溶液后，分別測(cè)定吸光度，并繪制曲線如下：,絡(luò)合物的穩(wěn)定性,在樣品中加入顯色劑后所生成的絡(luò)合物的穩(wěn)定性隨時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生變化, 取3μgNaNO2， 測(cè)定其不同顯色時(shí)間下的吸光值， 所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表：,提取溫度和時(shí)間對(duì)回收率的影響,以芹菜樣品為例研究溫度和時(shí)間對(duì)提取率的影響, 在20g的芹菜樣品中加入80μg亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品， 在不同提取溫度（30°C，70°C和100°C） 及加熱時(shí)間（15min，3

15、0min，45min和60min） 下考察溫度和加熱時(shí)間對(duì)回收率的影響, 結(jié)果如下表： 　　　　　不同溫度和時(shí)間條件下的回收率,抗壞血酸對(duì)回收率的影響,很多水果和蔬菜中都含有抗壞血酸， 其含量一般為10-600mg/kg（ 鮮重），有的甚至高達(dá)000mg/kg?？箟难崮軌蚺c亞硝酸鹽發(fā)生反應(yīng)， 引起測(cè)定的負(fù)誤差, 選擇亞硝酸鹽含量為10μg和20μg的兩組樣品， 一組加抗壞血酸， 另一組不加抗壞血酸, 以兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)

16、考察抗壞血酸對(duì)亞硝酸鹽回收率的影響, 結(jié)果如下表：　　　 　　　　　　　　抗壞血酸對(duì)亞硝酸鹽回收率的影響,活性炭對(duì)回收率的影響,活性炭由于其很好的吸附性，可消除抗壞血酸對(duì)亞硝酸鹽測(cè)定的影響。試驗(yàn)中選擇含有10μg和20μg的亞硝酸鹽的兩組樣品， 兩組樣品均加入22μg抗壞血酸， 其中一組加活性炭； 另一組則不加， 觀察活性炭對(duì)抗壞血酸干擾改善的情況。結(jié)果如下表：　　　　活性炭對(duì)回收率的影響,結(jié)論,（1） 在進(jìn)行新鮮

17、蔬菜和水果樣品中亞硝酸鹽的提　　　　　取時(shí)， 最佳條件是溫度70°C， 加熱時(shí)30min。（2） 研究結(jié)果證明， 食品中的抗壞血酸是造成食品樣品亞硝酸鹽提取率低的主要原因之一。 （3） 加入活性炭可吸附致使亞硝酸鹽測(cè)定產(chǎn)正、負(fù)誤差的物質(zhì)（ 如抗壞血酸等） ，從而消除了它們對(duì)亞硝酸鹽測(cè)定的干擾， 提高了亞硝酸鹽的回收率， 增強(qiáng)了其測(cè)定的準(zhǔn)確度。,(一) 首先收集廢置比較久的5號(hào)電池,并

18、 收集一定量的雨水(二) 設(shè)計(jì)柱形的放置廢舊電池的容器(材料最好是玻璃或塑料)下端要有供滲漏液流出的出口,上端的柱形開(kāi)口放置雨水可以緩慢滴下的容器(比如滴定管),柱形容器下端用錐形瓶收集滲漏液,柱形容器中放置適量的廢舊電池,這樣的實(shí)驗(yàn)裝置要求有3~4組.且各組所放的電池?cái)?shù)目和樣式應(yīng)盡量相同(三) 收集滲漏液,上端應(yīng)控制雨水落下的

19、速度足夠慢,最好使上下滴落的速度盡量相同,且柱形容器中盡量不要有匯集的雨水.每組收集3~4次,每次50 ml的待測(cè)樣品.待測(cè)溶液中的雜質(zhì)要事先通過(guò)過(guò)濾除掉,廢舊干電池滲漏液的分析,,,(四) 進(jìn)行汞,鉻,鎳,鉛四種重金屬離子的分析滴定 　(1)汞量法,以氯化鈉作滴定劑,二苯胺基脲作指示劑,未滴定時(shí)汞鹽生成的氯化汞是解離度很小的絡(luò)合物形成藍(lán)紫色的螯合物,當(dāng)溶液由藍(lán)紫色變未無(wú)色時(shí)指示終點(diǎn)到達(dá) 　(2)溶液中以過(guò)量的CNˉ掩蔽鎘和

20、鎳,以EDTA為滴定劑,以鉻黑為指示劑,測(cè)定鉛含量 　(3)調(diào)至氨性, 在氨性溶液中以丁二酮月虧為沉淀劑,與鎳生成鮮紅色螯合物沉淀,過(guò)濾,洗滌, 組成恒定,可烘干直接稱量 　(4)液調(diào)制弱酸性,加入Na2S,生成黃色的CdS沉淀析出,過(guò)濾,洗滌, 可烘干直接稱量 (五)對(duì)所得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和校正,最終得到滲漏液所含的各種重金屬離子濃度一般情況的數(shù)據(jù).,,,環(huán)境分析化學(xué)實(shí)驗(yàn):,一. 飲用水中有機(jī)磷農(nóng)藥的樣品前處理與HP

21、LC 分析:水樣中有機(jī)磷污染物的分析首先需要進(jìn)行樣品前處理，將目標(biāo)組分從水樣中提取并富集起來(lái)，之后采用LC或GC 方法進(jìn)行分析,1. 水樣中農(nóng)藥的固相提取 固相提取技術(shù)是水樣前處理的有效工具, 采用Waters Oasis H LB固相提取產(chǎn)品，可以高效提取水樣中的有機(jī)磷農(nóng)藥，獲得理想的回收率結(jié)果.(見(jiàn)表１）,水樣中有機(jī)磷的提?。褐苽錁悠罚罨滔嗵崛⌒≈ǚ謩e用５ml 乙酸乙酯，５ml 甲醇及５ml 水），

22、進(jìn)樣（將500ml 水樣加入小柱中）,清洗（5ml 水）,徹底吹干,洗脫（10ml 乙酸乙酯）,氮?dú)獯祾呦聦⑾疵撘簱]發(fā)至干，用1ml 梯度初始流動(dòng)相配制后進(jìn)樣.,2.有機(jī)磷農(nóng)藥的HLPC 分析 采用配置二極管矩陣檢測(cè)器的waters梯度HPLC 系統(tǒng)、反相色譜柱可對(duì)多種有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行分析，獲得滿足法規(guī)要求的檢測(cè)結(jié)果. 有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品和飲用水樣品的HPLC 分析結(jié)果見(jiàn)圖1 與圖2:,,３．討論比較：,圖３．二極管矩陣