校園周邊環(huán)境水中溶解氧及大氣中二氧化硫含量的測定

郭樹榮，肖景楠

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

校園周邊環(huán)境水中溶解氧及大氣中二氧化硫含量的測定

郭樹榮，肖景楠

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，人類的居住環(huán)境受到廣泛的關(guān)注，環(huán)境污染的治理也就成了人們改善生活質(zhì)量、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展策略的重要課題.水中溶解氧含量和大氣中二氧化硫含量是進(jìn)行水質(zhì)和空氣質(zhì)量監(jiān)測時的一項重要指標(biāo)，也是人們對環(huán)境關(guān)注的焦點(diǎn).水中溶解氧和大氣中二氧化硫含量的測定有多種方法，本文采用碘量法測定了學(xué)校周邊環(huán)境水中溶解氧和大氣中二氧化硫的含量.

水中溶解氧；二氧化硫；碘量法；測定

1 前言

溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子狀態(tài)的氧，即水中的O2，用DO表示.溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件.溶解氧的一個來源是水中溶解氧未飽和時，大氣中的氧氣向水體滲入；另一個來源是水中植物通過光合作用釋放出的氧.溶解氧隨著溫度、氣壓、鹽分的變化而變化，一般說來，溫度越高，溶解的鹽分越大，水中的溶解氧越低；氣壓越高，水中的溶解氧越高.溶解氧除了被通常水中硫化物、亞硝酸根、亞鐵離子等還原性物質(zhì)所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有機(jī)物質(zhì)被好氧微生物的氧化分解所消耗.所以說溶解氧是水體自凈能力的重要指標(biāo).

水體溶解氧的檢測方法有碘量法、電流測定法(Clark溶氧電極)、電導(dǎo)測定法、熒光淬滅法等[1].

空氣中的二氧化硫(SO2)是造成大氣污染的主要有害氣體之一.排放過多會形成局部地區(qū)的酸雨，損壞建筑物，造成土壤的酸化，對農(nóng)作物、河水中的生物會造成嚴(yán)重的影響，對人體健康有潛在危害，當(dāng)濃度達(dá)到一定值時，會引起咳嗽并刺激眼睛，甚至?xí)谷撕粑щy.近年來二氧化硫?qū)Νh(huán)境及人類的危害越來越嚴(yán)重，對其監(jiān)測已成為保護(hù)大氣環(huán)境的重要方面.

大氣中二氧化硫含量的測定方法主要有針管簡易法[2]、碘量法[3]、高錳酸鉀法[4]、還原光度法[5]等.

2 實(shí)驗(yàn)

本文采用碘量法測定水中溶解氧和大氣中二硫化碳的含量.

2.1 碘量法測定水中溶解氧

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原理

水中加入硫酸錳（或氯化錳）及堿性碘化鉀溶液生成氫氧化錳沉淀.此時氫氧化錳性質(zhì)極不穩(wěn)定,迅速與水中溶解氧化合生成錳酸錳：

加入濃硫酸，使已化合的溶解氧 (以MnMnO3的形式存在)與溶液中所加入的碘化鉀發(fā)生反應(yīng),而析出碘：

用移液管取一定量反應(yīng)完畢的水樣，以淀粉作指示劑，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，計算出水樣中溶解氧的含量[6].

2.1.2 實(shí)驗(yàn)用品

儀器：溶解氧瓶(250mL)、錐形瓶(250mL)、酸式滴定管(25mL)、移液管(50mL)、吸球；

藥品：硫酸錳溶液、堿性碘化鉀溶液、濃硫酸、淀粉溶液 (1%)、硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.02492 mol·L)（經(jīng)K2Cr2O7標(biāo)定）.

2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

取樣：用水樣沖洗溶解氧瓶后，沿瓶壁直接注入水樣或用虹吸法將細(xì)玻璃管插入溶解氧瓶底部，注入水樣溢流出瓶容積的1/3～1/2左右.迅速蓋上瓶塞.取樣時絕對不能使采集的水樣與空氣接觸，且瓶口不能有氣泡，否則重取.

固定：在河岸邊取下瓶蓋，用移液管吸取硫酸錳溶液1mL插入瓶內(nèi)液面下，緩慢放出溶液于溶解氧瓶中.取另一只移液管,按上述操作往水樣中加入2mL堿性碘化鉀溶液,蓋緊瓶塞，將瓶顛倒振搖使之充分搖勻.此時，水樣中的氧被固定生成錳酸錳(MnMnO3)棕色沉淀.將固定了溶解氧的水樣帶回實(shí)驗(yàn)室備用.

酸化：往水樣中加入2mL濃硫酸，蓋上瓶塞，搖勻，直至沉淀物完全溶解為止（若沒全溶解還可再加少量的濃酸）.此時，溶液中有I2產(chǎn)生，將瓶在陰暗處放5分鐘，使I2全部析出來.

用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定：用移液管從瓶中取50mL水樣于錐形瓶中，用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定至淺黃色，向錐形瓶中加入淀粉溶液2mL，繼續(xù)用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色變成無色為止，記下消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積.平行測定三次.

2.1.4 數(shù)據(jù)記錄與處理

在室外溫度18℃、室內(nèi)溫度20℃時，測試水樣為：(1)娃哈哈飲用純凈水[規(guī)格596mlA，生產(chǎn)日期2011/03/05]、(2)娃哈哈活性含氧飲用水 [規(guī)格600ml，生產(chǎn)日期 2011/03/12]、（3）.自來水[實(shí)驗(yàn)室]、(4)池塘水[圖書館前]、(5)赤峰市錫伯河河水.

分別測定各水樣消耗標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液的體積，每個樣品測定三組平行數(shù)據(jù)，計算用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積，據(jù)此計算出各水樣中溶解氧含量，列表1.

表1 各水樣消耗標(biāo)準(zhǔn)的Na2S2O3溶液的體積及平均體積及溶解氧含量

2.1.5 測定結(jié)果分析

氧是大氣組成的主要成分之一，地面水敞露于空氣中，因而清潔的地面水中所含的溶解氧常接近于飽和狀態(tài).在水中有大量藻類繁殖時，由于植物的光合作用而放出氧，有時甚至可以含有飽和的溶解氧.如果水體被易于氧化的有機(jī)物污染，那么，水中所含溶解氧就會減少.當(dāng)氧化作用進(jìn)行的太快，而水體又不能從空氣中吸收氧氣來補(bǔ)充氧的消耗，溶解氧不斷減少，有時甚至?xí)咏诹?在這種情況下，厭氧細(xì)菌繁殖并活躍起來，有機(jī)物發(fā)生腐敗作用，水體產(chǎn)生臭味.因此，溶解氧的測定對于了解水體的自凈作用，有極其重要的關(guān)系.在一條流動的河水中，取不同地段的水樣來測定溶解氧.可以幫助了解該水體在不同地點(diǎn)所進(jìn)行的自凈作用情況.自來水和瓶裝水經(jīng)過殺菌消毒等加工處理且處于相對密閉的環(huán)境中，所以水中的溶解氧相對較少.生活飲用水直接關(guān)系到人民的日常生活和身體健康甚至生命安全，健康的飲用水中溶解氧含量不得小于6mg/L[7].

2.2 碘量法測定大氣中二氧化硫

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

二氧化硫有還原性，能使碘(I2)還原成碘離子(I-)，當(dāng)二氧化硫通入碘一淀粉溶液中，則溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色.

2.2.2 實(shí)驗(yàn)用品

儀器：分析天平；廣口瓶；酸式滴定管；膠頭滴管；雙孔橡膠塞；100ml注射器；彈簧夾；1000ml容量瓶.

試劑：碘(I2)(AR級)、碘化鉀、0.5%淀粉溶液

2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

測定裝置見圖 1：（1）進(jìn)氣玻璃導(dǎo)管；（2）試管；（3）I2—淀粉溶液；（4）100mL注射器

碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確稱取0.1270g粉末狀純碘(AR級)，并稱0.5g碘化鉀,用少量水使之完全溶解，轉(zhuǎn)入1000ml容量瓶中，定容1000mL，搖勻，取此溶液稀釋10倍，即得5×10-5mol·L的碘溶液.

測定大氣中二氧化硫含量：準(zhǔn)確移取 5.00ml的5×10-5mol·L的碘溶液，注入測定裝置圖中的試管中，加2-3滴淀粉指示劑，此時溶液呈藍(lán)色.按圖連接好各儀器，在測定地點(diǎn)(如實(shí)驗(yàn)室)徐徐抽氣每次抽氣100mL，直到溶液的藍(lán)色全部褪盡為止.記錄抽氣次數(shù).

圖1 SO2測定裝置

注意事項：⑴抽氣時應(yīng)慢慢抽拉活塞，否則因抽拉太快，造成空氣中二氧化硫未反應(yīng)完全，產(chǎn)生誤差.⑵碘的濃度要適宜.若太稀不易觀察化學(xué)計量點(diǎn)前后的顏色變化，若太濃，碘易揮發(fā).

2.2.4 數(shù)據(jù)記錄與處理

空氣污染指數(shù)對應(yīng)二氧化硫濃度限值見表2.

表2 空氣質(zhì)量測定中SO2的最高濃度值[4]

計算二氧化硫含量：設(shè)抽氣次數(shù)為n，則根據(jù)SO2與I2反應(yīng)的化學(xué)方程式可得空氣中二氧化硫含量 x(mg·m3)：

二氧化硫含量測定結(jié)果見表3.

表3 測定地點(diǎn)及空氣中二氧化硫的濃度值

2.2.5 測定結(jié)果討論

由表3數(shù)據(jù)可以看到，在工廠、交通樞紐SO2含量最大，原因主要是燃煤、燃油、汽車尾氣所致.校園、居民區(qū)SO2含量最小，原因主要是綠化很好，樓房隔離了道路和廠區(qū).商業(yè)區(qū)SO2含量中等，原因主要是小型燃煤、燃油、汽車尾氣所致.

為了有效防治SO2等的污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量.一要改變?nèi)剂蠘?gòu)成，推廣使用天然氣及優(yōu)質(zhì)脫硫煤；二要繼續(xù)發(fā)展集中供熱，使SO2排放遠(yuǎn)離生活區(qū)；三要大力推廣高效的節(jié)能、除塵措施.

3 環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)討論

本實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)專業(yè)本科專業(yè)的設(shè)計實(shí)驗(yàn)[8]，要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的無機(jī)化學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、步驟，進(jìn)行定量測定，旨在提高學(xué)生綜合分析、解決問題的能力.本文根據(jù)我校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和學(xué)校周邊地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，對實(shí)驗(yàn)方案和測定方法進(jìn)行了探索和調(diào)整，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)是可行的.

〔1〕環(huán)球水網(wǎng).水體溶解氧檢測方法綜述.http://www.samsco.com.cn/info/46045.htm.

〔2〕熊輝，余平平，榮順杰.研究性學(xué)習(xí)一例—北京市空氣中二氧化硫含量的測定.化學(xué)教育，2006(1)：34－36.

〔3〕毛成矯.空氣中二氧化硫含量的簡易測定方法.實(shí)驗(yàn)與教具改革，1999(7)：14.

〔4〕高鳳揚(yáng).空氣中二氧化硫氣體含量的簡易測定.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2009，26(5)：34.

〔5〕劉銳，王宇峰，劉漢初.還原光度法測定大氣中的二氧化硫.環(huán)境工程，2001，19(2)：40－41.

〔6〕惠會清.水中溶解氧測定裝置及方法的改進(jìn).中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2007，17(11)：2089－2097.

〔7〕張規(guī)富.微型滴定法測定居民飲用水中溶解氧的含量.成寧學(xué)院學(xué)報，2007，27(6)：88－90.

〔8〕北師大無機(jī)化學(xué)教研室，等.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).高等教育出版社，2011：238-240.

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A

1673-260X（2011）10-0024-03