1、實驗二 土壤陽離子交換量的測定一、概述土壤是環境中污染物遷移轉化的重要場所，土壤的吸附和離子交換能力又使它成為重金屬類污染物的主要歸宿。污染物在土壤表面的吸附及離子交換能力又和土壤的組成、結構等有關，因此，對土壤性能的測定，有助于了解土壤對污染物質的凈化能力及對污染負荷的允許程度。土壤中主要存在三種基本成分，一是無機物，二是有機物，三是微型生物。在無機物中，粘土礦物是其主要部分。粘土礦物的晶格結構中存在許多層狀的硅鋁酸鹽，其結構單元是硅氧四面體和鋁氧八面體。四面體硅氧層中的Si4+常被Al3+離子部分取代，取代的結果便在晶格中產生負電荷。這些電荷分布在硅鋁酸鹽的層面上，并以靜電引力吸附層間存在

2、的陽離子，以保持電中性。這些陽離子主要是Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+、和H+等。它們往往被吸附在礦物膠體表面上，決定著粘土礦物的陽離子交換行為。土壤中的有機物質主要是腐殖物質，它們可以分為三類。一類是不能被堿萃取的胡敏素，另一類是被堿萃取，但當萃取液酸化時析出成為沉淀物的腐殖酸，第三類是酸化是不沉淀的富里酸。這些物質成分復雜，分子量不固定，結構單元上存在各種活性基因。它們在土壤中可以提供出很大的陽離子交換能力。而且對重金屬污染物在土壤中吸附、結合等行為起著重要作用。土壤中存在的這些陽離子可被某些中性鹽水溶液中的陽離子交換。若無副反應時，交換反應可以等當量的進行。上述反應因為存在交

3、換平衡，因此，交換反應實際上不完全。當溶液中交換劑濃度大，交換次數增加時，交換反應趨于完全。同時，交換離子的本性，土壤的物理狀態等對交換完全也有影響。若用過量的強電解質，如硫酸溶液，把交換到土壤中去的鋇離子交換下來，這是由于生成了硫酸鋇沉淀，且由于氫離子地交換能力很強，交換基本完全。這樣通過測定交換前后硫酸含量的變化，就可以算出消耗的酸量，進而算出陽離子交換量。這種交換量是土壤的陽離子交換總量，通常用每100g干土中的毫克當量數來表示。二、目的要求1、測定污灌區表層和深層土的陽離子交換總量。2、了解污灌對陽離子交換量的影響。三、儀器與試劑電動離心機離心管 50毫升錐形瓶 100毫升量筒 25毫

4、升移液管 10毫升，25毫升滴定管 堿式25毫升試管 25毫升0.1N氫氧化鈉標準溶液：稱2克分析純氫氧化鈉，溶解在500毫升煮沸后冷卻的蒸餾水中。稱取0.5克（分析天平上稱）于105烘箱中烘干后的鄰苯二甲酸氫鉀兩份，分別放入4滴酚酞指示劑，用配置的氫氧化鈉標準溶液滴定到淡紅色，再用煮沸冷卻后的蒸餾水做一個空白試驗，并從滴定鄰苯二甲酸氫鉀的氫氧化鈉溶液中扣除空白值。計算式式中W為鄰苯二甲酸氫鉀的重量（克），VNaOH為耗去的氫氧化鈉溶液體積（毫升）。1N氯化鋇溶液：稱取62克BaCl2·2H2O溶于500毫升蒸餾水中。酚酞指示劑1%（W/V）硫酸溶液0.2N土壤：風干后磨碎過200目

5、篩四、實驗過程1、取4個洗凈烘干且重量相近的50毫升離心管，分別套在相應的稱量架上，然后在扭力天平上稱出重量（W克）（稱準到0.005克，以下同）。往其中的兩個管中各加入1克左右的污灌區表層風干土壤，另外兩管中各加入1克左右的的深層鳳干土，兩個管及其相應的稱量架均做好記號。2、從稱量架上取下離心管，用量筒向各管中各加入20毫升氯化鋇溶液，加完用玻璃棒攪拌管內容物4分鐘。然后用4支離心管放入離心機內，以每分鐘3000轉的轉速離心，直到管內上層溶液澄清，下層土壤緊密結實為止。離心完倒盡上層溶液。然后再加入20毫升氯化鋇溶液。重復上述步驟再交換一次。離心完保留離心管內的土層。3、向離心管內導入20毫

6、升蒸餾水，用玻璃棒攪拌管內容物1分鐘。再在離心機內離心，直到土壤全部沉積在管的底部,上層溶液至澄清為止。倒盡上層清液，將離心管連同管內土樣一起放到天平相應的稱量架上，在扭力天平上稱出各管的重量（G克）。4、往離心管中移入25毫升0.2N硫酸溶液，攪拌10分鐘后放置20分鐘，到時離心沉降。離心完把管內清液分別倒入4個洗凈烘干的試管內，再從4個試管中各移出10毫升溶液到4個干凈的100毫升錐形瓶內。在6個錐形瓶內各加入10毫升蒸餾水和1滴酚酞指示劑，用標準氫氧化鈉溶液滴定到紅色剛好出現并于數分鐘內不褪色為終點。10毫升0.2N硫酸溶液耗去的氫氧化鈉溶液體積（Aml）和樣品消耗的氫氧化鈉溶液的體積（

7、Bml），氫氧化鈉的準確濃度（N），連同以上的數據一起記錄于表1中。五、數據處理按下式計算土壤陽離子的交換量：式中A、B、N代表的意義如上所述，m為加硫酸前土壤的水量（=G-W-干土重）。表3 實驗數據記錄表土壤表層土深層土A（ml）1干土重（克）2W（克）G（克）平均m(克)B（毫升）NNaOH交換量平均交換量六、問題討論1、就你的實驗數據說明兩種土壤陽離子交換量差別的原因。2、本法是測定陽離子交換量的快速法。除本法外，還有那些方法可以采用？3、試述土壤的陽離子交換與吸附作用對污染物的遷移轉化的影響？實驗四 電位法測定茶葉中的微量氟一、概述氟的化學性質活潑，常以多種形態分布于自然界各種物質中

8、，并有分布不均勻的特性，還因為其安全范圍很窄，既為人體必需，稍多則又會引起毒害作用，因此氟缺乏或氟過多均容易產生人體生理及病理的改變，影響人體健康。氟對牙齒及骨骼的形成和結構，以及鈣和磷的代謝，也均有重要作用。遠在1805年，Gay-Lussac就發現氟與牙齒的結構有關。適量的氟（0.5-1ppm）能被牙釉質中的羥磷灰石吸附，形成堅硬質密的氟磷灰石表面保護層，它能抗酸腐蝕，抑制嗜酸細菌的活性，并拮抗某些酶對牙齒的不利影響，發揮防齲作用。適量的氟還有利于鈣和磷的利用及在骨骼中的沉積，可加速骨骼的形成，增加骨骼的硬度。食物及飲水中缺氟可能會造成齲齒，老年人缺氟會影響鈣和磷的利用，可致骨質松脆，發生

9、骨折。食物及飲水中氟化物過多可能會形成斑齒。人體含氟的數量受環境（特別是水中）含氟量、食物含氟量、攝入量、年齡及其他金屬（Al、Ca、Mg）含量的影響。一般認為，正常成年人體內功含氟2.6克，占體內微量元素的第三位，僅次于硅和鐵。一般食品均含有微量的氟，大多數動物食品含氟量在1微克/克左右，茶葉含氟量較多，而茶水時人們常用的飲料，因此測定茶葉中氟的含量，不僅有助于茶葉營養價值的評論，而且可以了解環境中氟化物的轉移及植物體內的積累情況。本實驗用電位法測定茶葉中可溶性氟的含量。其方法原理簡述如下：氟離子選擇性電極的傳感膜為氟化鑭單晶片。測量時電池的圖解表示為：氟離子選擇電極|F-(試液)|飽和甘汞

10、電極電池的電動勢為：E膜 E甘汞E= E甘汞- E膜而E甘汞可視為常數，故得即電池的電動勢與試液中氟離子活度的對數呈線性關系。這就是應用離子選擇型電極測定氟的理論和依據。用氟電極測定氟離子時，最適宜的pH范圍為5.56.5。pH過低，由于形成HF，影響氟離子的活度；pH過高，可能由于單晶膜中La3+的水解，形成La（OH）3，而影響電極的響應，故通常用pH=6的檸檬酸緩沖液來控制溶液的pH值。Fe3+、Al3+對測定有嚴重的干擾，加入大量的檸檬酸鈉可以消除它們的干擾。也有采用磺基水楊酸、CyDTA（環乙二胺四乙酸）等為掩蔽劑，但其效果不如檸檬酸鈉。此外，用離子選擇性電極測量的是溶液中離子的活度

11、，因此，必須控制試液和標準溶液的離子強度相同。大量檸檬酸鈉的存在，還可以達到控制溶液離子強度的目的。電位法測定氟有校正曲線法和標準加入法。二、目的要求1、 用電位法測定茶葉中微量的氟。2、 初步了解氟與人體健康的關系。三、儀器與試劑pHS-2型酸度計氟離子選擇電極飽和甘汞電極電磁攪拌器容量瓶 50毫升塑料小燒杯 100毫升吸量管 1毫升 2毫升 10毫升移液管 25毫升碘量瓶 150毫升氯化鉀標準溶液 0.1000MpH=6緩沖溶液，檸檬酸鈉（0.5M），鹽酸（0.6M）四、實驗過程1、 校正曲線法（1）校正曲線的制作：取適量的氟化鉀標準溶液于50毫升容量瓶中，加入檸檬酸鈉緩沖液10毫升，用蒸

12、餾水稀釋至刻度，搖勻，可得氟離子濃度分別為1.00×10-2、1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5、1.00×10-6M的標準溶液系列。將標準系列溶液由低到高濃度逐個轉入塑料小燒杯中，插入指示電極和參比電極，攪拌溶液一分鐘，讀取平均電位值。在半對數坐標紙上繪制E-logCF-圖，得到校正曲線。(2)茶葉中氟的測定：先將茶葉樣品于80在烘箱中恒溫10小時，粉碎過40目篩，密封備用。稱取上述樣品0.3-0.5克（精確到0.0002克）兩份，分別放入150毫升碘量瓶中，加入30毫升沸水，在70水浴中恒溫30分鐘，并不斷搖動。取出

13、冷卻后，過濾至50毫升容量瓶中，加10毫升檸檬酸鈉緩沖溶液，用蒸餾水稀釋至刻度。然后轉入塑料小燒杯中，插入電極，攪拌溶液約1分鐘，讀取平衡電位值。根據所測試液的電位值，于校正曲線上查得其濃度，然后計算茶葉中氟的含量（以微克/克表示結果）。2、 標準加入法（1） 實驗原理 （1）式中：CS-標準氟離子濃度 VS-加入標準氟溶液的體積 Cx-試液中氟離子的濃度 Vx-試液體積 S-能斯特斜率由（1）式得（Vx+VS）10E/S=10E0/S（CxVx+CSVS） (2)以（Vx+VS）10E/S對VS作圖為一直線，當直線延伸到VS軸時，得Ve,則 CxVx+CSVe=0 （3）所以（2）茶葉中氟的測定：取一份按上述處理過的茶葉濾液，置于100毫升干燥的塑料燒杯中，加入285毫升pH=6的檸檬酸鈉緩沖溶液。按照上述操作測定電位值。