环境化学实习报告

《环境化学》实习报告

班 级：0224091班

姓 名：李钱冰 学 号：022409138

指导老师：吴少杰 刘雪萍

时 间：2011—2012学年第一学期17～18

一、实验名称

燃煤电厂烟道气中挥发性重金属在土壤——植物间 移转化验证实验 二、实验目的

1．了解土壤中重金属迁移转化和污染积累的一般规律；

2．掌握用火焰光度原子吸收分光光度计分析土壤重金属含量的方法； 3．提高环境化学实验分析能力和技术报告撰写能力。

三、实验原理

人体内的微量元素不仅参与机体的组成，而且担负着不同的生理功能。如铁、铜、锌是组成酶和蛋白质的重要成分，钒、铬、镍、铁、铜、锌等元素能影响核酸的代谢作用，部分微量元素还与心血管疾病、瘫痪、生育、衰老、智力甚至癌症有密切关系。这些微量元素在人体组织中都有一个相当恒定的浓度范围，它们之间互相抑制、互相拮抗，过量或缺乏都会破坏人体内部的生理平衡，引起机体疾病，使健康受到不同程度的影响。

在农业生态系统中，土壤是连接有机体与无机界的纽带，重金属可以通过土壤积累于植物体内，最终将危害到人类。燃煤电厂烟道气中所含有的挥发性重金属是附近土壤环境最重要的污染源，测定燃煤电厂附近土壤与作物中微量重金属的含量，有助于我们认识重金属污染对粮食安全性的影响。

四、实验内容 1．实验小组划分

全班39人划分为五个小组，每组由7—8人组成，指定一个责任心较强的同学担任小组长。小组长负责协调本组课程设计任务全过程，包括本组实验计划制定；实验准备；任务分解分配；样品的采集；样品处理；室内分析测定；分析数据的记录、整理；本组分析报告的提交等。 2．采样点的布设要求：

采样点的布设要兼顾到污染源源高和主导风向，尽可能使采样点布设在主

导风向轴轴线附近，水平方向与主排气烟囱的距离应为源高的10—20倍具体点位和采集样本数目，各小组自行确定（建议每个小组采集5—9个样品）。 4．实验仪器和试剂的准备 实验仪器：

（1）原子吸收分光光度计；（2）尼龙筛（100目）；（3）电热板；（4）量筒：100 mL；（5）高型烧杯：100 mL；（6）容量瓶：25mL、100mL；（7）三角烧瓶：100 mL；（8）小三角漏斗；（9）表面皿； 实验试剂：

（1）硝酸、硫酸：优级纯。

（2）氧化剂：空气，用气体压缩机供给，经过必要的过滤和净化。 （3）金属标准储备液：准确称取0.5000 g光谱纯金属，用适量的1∶1硝酸溶解，必要时加热直至溶解完全。用水稀释至500.0 mL，即得1.00 mg 金属/mL标准储备液。

（4）混合标准溶液：用0.2%硝酸稀释金属标准储备溶液配制而成，使配成的混合标准溶液中镉、铜、铅和锌浓度分别为10.0、50.0、100.0和10.0 μg/mL。 原子吸收分光光度法测定条件：

4．实验步骤 (1)土壤样品的准备

a土样的采集：在粮食生长季节，从田间取回土样，倒在塑料薄膜上，晒至半干状态，将土块压碎，除去残根、杂物，铺成薄层，经常翻动，在阴凉处使其慢慢风干。风干土样用有机玻璃棒或木棒碎后，过2 mL尼龙筛，去2 mL以上

的砂砾和植物残体。将上述风干细土反复按四分法弃取，最后约留下100 g土样，在进一步磨细，通过100目筛，装于瓶中（注意在制备过程中不要被沾污）。取20～30 g土样，装入瓶中，在105℃下烘4～5 h，恒重。

b土样的消解：准确称取烘干土样0.48～0.52 g两份（准确到0.1 mg），分别置于高型烧杯中，加水少许润湿，再加入1∶1硫酸4 mL，浓硝酸1 mL，盖上表面皿，在电热板上加热至冒白烟。如消解液呈深黄色，可取下稍冷，滴加硝酸后再加热至冒白烟，直至土壤变白。取下烧杯后，用水冲洗表面皿和烧杯壁。将 消解液用滤纸过滤至25 mL容量瓶中，用水洗涤残渣2～3次，将清液过滤至容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。同时做一份空白试验。 （2）粮食样品的准备

a粮食样品采集：取与土壤样品同一地点的谷粒，脱壳得糙米，再经粉碎，研细成粉，装入样品瓶，保存于干燥器中。

b粮食消解：准确称取1～2 g（精确到0.1 mg）经烘箱恒重过的粮食样品两份，分别置于100 mL三角烧瓶中，加8 mL浓硝酸，在电热板上加热（在通风橱中进行，开始低温，逐渐提高温度，但不宜过高，以防样品溅出），消解至红棕色气体减少时，补加硝酸5 mL，总量控制在15 mL左右，加热至冒浓白烟、溶液透明（或有残渣）为止，过滤至25 mL容量瓶中，用水洗涤滤渣2～3次后，稀至刻度，摇匀备用。同时做一份空白实验。 （3）标准工作曲线的绘制

分别在6只100 mL容量瓶中加入0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00 mL混合标准溶液，用0.2%硝酸稀释定容。此混合标准系列各金属的浓度见表1-2。接着按样品测定的步骤测量吸光度。用经空白校正的各标准的吸光度对相应的浓度作图，绘制标准曲线。

4）土壤和粮食样品中重金属的测定

按表1-1所列的条件调好仪器，用0.2% 硝酸调零。吸入空白样和试样，测量其吸光度，记录数据。扣除空白值后，从标准曲线上查出试样中的金属浓度。由于仪器灵敏度的差别，土壤及粮食样品中重金属元素含量不同，必要时应对试液稀释后再测定。 5．实验数据记录与整理

由测定所得吸光度，分别从标准工作曲线上查得被测试液中各金属的浓度，根据下式计算出样品中被测元素的含量：

被测元素的含量（μg/ g）=ρ×V/ W实

式中：ρ—被测试液的浓度，μg/mL；

V—试液的体积，mL； W实—样品的实际重量，g。

五、重金属的危害

1.对土壤的危害

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤

污染。

在土壤的无机污染物中, 突出表现为重金属的污染。 重金属不能为土壤微生物所分解, 而易于积累, 转化为毒性更大的甲基化合物, 甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积, 严重危害人体健康。土壤重金属污染物主要有铅、 镉、 汞、 砷、 铬、 铜、 铁、 锌等, 砷虽不属于重金属, 但因其行为与来源及危害都与重金属相似, 故通常列入重金属类进行讨论。就对植物需要而言, 可分为两类:一类是植物生长发育不需要的元素, 而对人体健康危害比较明显, 如镉、 汞、 铅等, 另一类是植物正常发育所需元素, 且对人体又有一定生理功能, 如铜、 锌等, 但过多会发生污染, 妨碍植物生长发育。同种金属, 由于它们在土壤中存在的形态不同, 其迁移转化特点和污染性质也不同, 因此在研究土壤中重金属的危害时, 不

仅要注意它们的总含量, 还必须重视各种形态的含量。汞 土壤的汞污染主要来自于污染灌溉、 燃煤、 汞冶炼厂和汞制剂厂(仪表、 电气、 氯碱工业)的排放。如一个700 兆瓦的热电站, 每天可排放汞215 公斤, 估计全世界仅由燃煤而排放到大气中的汞, 一年就有3000 吨左右。含汞颜料的应用、 用汞做原料的工厂、 含汞农药的施用等也是重要的汞污染源。汞进入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定, 这主要是土壤的粘土矿物和有机质有强烈的吸附作用, 因此汞容易在表层积累, 并沿土壤的纵深垂直分布递减。 土壤中汞的存在形态有金属汞、 无机态与有机态, 并在一定条件下相互转化。在正常EH 和PH 范围内, 汞能以零价状态存在是土壤中汞的重要特点。植物能

直接通过根系吸收汞, 在很多情况下, 汞化合物可能是在土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才能被植物吸收。无机汞有HgSO 4、 Hg (OH) 2、 HgCL 2、 HgO , 它们因溶解度低, 在土壤中迁移转化能力很弱, 但在土壤微生物作用下, 转化为具有剧烈毒性的甲基汞, 也称汞的甲基化。 微生物合成甲基汞在好氧或厌

氧条件下都可以进行。 在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞,可被微生物吸收、 积累而转入食物链, 造成对人体的危害; 在厌氧有酶催化下, 主要形成二甲基汞, 它不溶于水, 在微酸性环境中, 二甲基汞也可转化为甲基汞。 汞对植物的危害因作物的种类不同而异, 汞在一定浓度下使作物减产, 较高浓度下甚至可使作物死亡。植物吸收和累积与汞的形态有关, 其顺序是: 氯化甲基汞 > 氯化乙基汞 > 醋酸苯汞 > 氯化汞 > 氧化汞 > 硫化汞。不同植物对汞吸收能力是: 针叶植物 > 落叶植物; 水稻 >玉米 > 高果 > 小麦; 叶菜类 > 根菜类 > 果菜类。土壤中汞含量过高, 汞不但能在植物体内累积, 还会对植物产生毒害, 引起植物汞中毒, 严重情况下引起叶子和幼蕾掉落。汞化合物侵入人体, 被血液吸收后可迅速弥散到全身各器官, 当重复接触汞后, 就会引起肾脏损害。镉 镉主要来源于镉矿、 冶炼厂。因镉与锌同族, 常与锌共生, 所以冶炼锌的排放物中必有ZnO、 CdO , 它们挥发性强, 以污

染源为中心可波及数千米远。镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源。镉被土壤吸附, 一般在0- 15cm 的土壤层累积, 15cm 以下含量显著减少。 土壤中的镉以CdCO 3、 Cd (PO4) 2、 及Cd (OH) 2 的

形态存在, 其中以CdCO 3 为主, 尤其是在PH> 7 的石灰性土壤 中, 土壤中的镉的形态可划分为可给态和代换态, 它们易于迁移转化, 而且能被植物吸收, 不溶态镉在土壤中累积, 不易被植物吸收, 但随环境条件的改变二者可互相转化。如土壤偏酸时, 镉的溶解度增高, 而且在土壤中易于迁移; 土壤处于氧化条件下(稻田排水期及旱田)镉也易变成可溶性, 被植物吸收也多。 土壤对镉有很强的吸着力, 因而镉易在土壤中造成蓄积。 镉在土壤中吸附迁移还受伴随离子如Zn2+、 Pb2、 Cu2+、 Fe2+、 Ca2+等的影响, 如锌的存在就可抑制植物对镉的吸收。 2.对动植物的危害

土壤中过量的镉, 不仅能在植物体内残留, 而且也会对植物 的生长发育产生明显的危害。 镉能使植物叶片受到严重伤害, 致 使生长缓慢, 植株矮小, 根系受到抑制, 造成生物障碍, 降低产 量, 在高浓度镉的毒害下发生死亡。

镉对农业最大的威胁是产生 “镉米” 、 “镉菜” , 人食用这种被 镉污染的农作物, 则会得骨痛病。 另外, 镉会损伤肾小管, 出现糖 尿病, 镉还会造成肺部损害, 心血管损害, 甚至还有致癌、 致畸、 致突变[2 ] 的报道。

铅 铅是土壤污染较普遍的元素。污染源主要来自汽油里添 加抗爆剂烷基铅, 汽油燃烧后的尾气中含大量铅, 飘落在公路两

侧数百米范围内的土壤中。另外矿山开采、 金属冶炼、 煤的燃烧 等也是重要的污染源。在矿山、 冶炼厂附近土壤含铅量高达 1500cm? kg 以上[3 ]

。随着我国乡镇企业的快速发展“,三废” 中的铅也大量进入农田, 一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物

结合, 不易溶解, 土壤铅大多发现在表土层, 表土铅在土壤中几乎不向下移动。

植物对铅的吸收与积累, 决定于环境中铅的浓度、 土壤条 件、 植物的叶片大小和形状等。植物吸收的铅主要累积在根部, 只有少数才转移到地上部分。积累在根、 茎和叶内的铅, 可影响 植物的生长发育, 使植物受害。铅对植物的危害表现为叶绿素 下降。阻碍植物的呼吸及光合作用。谷类作物吸铅量较大, 但多 数集中在根部, 茎秆次之, 籽实较少。 因此, 铅污染的土壤所生产 的禾谷类茎秆不易作饲料。

铅对动物的危害则是积累中毒。铅是作用于人体各个系统 和器官的毒物, 能与体内的一系列蛋白质、 酶和氨基酸内的官能 团络合, 干扰机体多方面的生化和生理活动, 导致对全身器官产 生危害。

铬 铬的污染源主要是铬电镀、 制革废水、 铬渣等。铬在土壤 中主要有两种价态: Cr6+和Cr3+ 3.治理措施

土壤受污染后, 蓄积在土壤中的有害物质能迁移到水、 空气

和植物中, 最终进入人体。土壤污染一旦形成, 就会造成长远的 影响, 而且难以消除。 因此, 我们应以 “预防为主” , 积极做好土壤的保护工作。

土壤污染的防护要采取综合措施, 首先要控制和消除土壤 的污染源, 同时对已经污染的土壤采取措施, 消除土壤中的污染 物或控制污染物迁移转化, 使其不能进入食物链。 生物防治 土壤污染物质可通过生物降解或植物吸收而净 化土壤。 如羊齿铁角蕨属的一种植物, 有较强的吸收土壤重金属 能力, 对土壤中镉的吸收率可达到10% , 连种多年可使土壤镉含 量降低50%。

施加抑制剂 轻度污染的土壤, 施加某种抑制剂, 可改变污 染物在土壤中的迁移转化, 减少作物吸收, 如使用石灰可增加土 壤PH, 使铜、 锌、 汞、 镉等金属或氢氧化物沉淀。据实验, 施用石

灰后稻米含镉量可降低30%。碱性磷酸盐可与土壤中的镉形成 磷酸镉沉淀, 对消除镉污染具有重要意义。

增施有机肥 有机胶体和粘土矿物胶体, 对土壤中重金属和农药有一定吸附力。因此增加土壤有机质, 改良砂性土壤, 能促 进土壤对土壤有毒物的吸附作用, 增加土壤容量, 提高土壤的自 净能力。

加强水浆管理 水稻土壤的氧化还原状态可影响水稻土中

重金属的迁移转化。淹水可明显抑制水稻对镉、 铜、 铅、 锌的吸

收, 落干将促进水稻的吸收。

客土、 深翻 被重金属严重污染的土壤, 若面积不大, 可用客 土换土法, 对换出土壤要妥善处理, 防止次生污染。亦可将污染 土壤翻到下层, 深埋程度以不污染作物而定。 六、实验数据处理

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