校园周边环境水中溶解氧及大气中二氧化硫含量的测定
2011-10-16郭树荣肖景楠
郭树荣，肖景楠
（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）
校园周边环境水中溶解氧及大气中二氧化硫含量的测定
郭树荣，肖景楠
（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）
随着社会的发展和进步，人类的居住环境受到广泛的关注，环境污染的治理也就成了人们改善生活质量、实施可持续发展策略的重要课题.水中溶解氧含量和大气中二氧化硫含量是进行水质和空气质量监测时的一项重要指标，也是人们对环境关注的焦点.水中溶解氧和大气中二氧化硫含量的测定有多种方法，本文采用碘量法测定了学校周边环境水中溶解氧和大气中二氧化硫的含量.
水中溶解氧；二氧化硫；碘量法；测定
1 前言
溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧，即水中的O2，用DO表示.溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件.溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧.溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高.溶解氧除了被通常水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有机物质被好氧微生物的氧化分解所消耗.所以说溶解氧是水体自净能力的重要指标.
水体溶解氧的检测方法有碘量法、电流测定法(Clark溶氧电极)、电导测定法、荧光淬灭法等[1].
空气中的二氧化硫(SO2)是造成大气污染的主要有害气体之一.排放过多会形成局部地区的酸雨，损坏建筑物，造成土壤的酸化，对农作物、河水中的生物会造成严重的影响，对人体健康有潜在危害，当浓度达到一定值时，会引起咳嗽并刺激眼睛，甚至会使人呼吸困难.近年来二氧化硫对环境及人类的危害越来越严重，对其监测已成为保护大气环境的重要方面.
大气中二氧化硫含量的测定方法主要有针管简易法[2]、碘量法[3]、高锰酸钾法[4]、还原光度法[5]等.
2 实验
本文采用碘量法测定水中溶解氧和大气中二硫化碳的含量.
2.1 碘量法测定水中溶解氧
2.1.1 实验原理
水中加入硫酸锰（或氯化锰）及碱性碘化钾溶液生成氢氧化锰沉淀.此时氢氧化锰性质极不稳定,迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰：
加入浓硫酸，使已化合的溶解氧 (以MnMnO3的形式存在)与溶液中所加入的碘化钾发生反应,而析出碘：
用移液管取一定量反应完毕的水样，以淀粉作指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定，计算出水样中溶解氧的含量[6].
2.1.2 实验用品
仪器：溶解氧瓶(250mL)、锥形瓶(250mL)、酸式滴定管(25mL)、移液管(50mL)、吸球；
药品：硫酸锰溶液、碱性碘化钾溶液、浓硫酸、淀粉溶液 (1%)、硫代硫酸钠标准溶液(0.02492 mol·L)（经K2Cr2O7标定）.
2.1.3 实验步骤
取样：用水样冲洗溶解氧瓶后，沿瓶壁直接注入水样或用虹吸法将细玻璃管插入溶解氧瓶底部，注入水样溢流出瓶容积的1/3～1/2左右.迅速盖上瓶塞.取样时绝对不能使采集的水样与空气接触，且瓶口不能有气泡，否则重取.
固定：在河岸边取下瓶盖，用移液管吸取硫酸锰溶液1mL插入瓶内液面下，缓慢放出溶液于溶解氧瓶中.取另一只移液管,按上述操作往水样中加入2mL碱性碘化钾溶液,盖紧瓶塞，将瓶颠倒振摇使之充分摇匀.此时，水样中的氧被固定生成锰酸锰(MnMnO3)棕色沉淀.将固定了溶解氧的水样带回实验室备用.
酸化：往水样中加入2mL浓硫酸，盖上瓶塞，摇匀，直至沉淀物完全溶解为止（若没全溶解还可再加少量的浓酸）.此时，溶液中有I2产生，将瓶在阴暗处放5分钟，使I2全部析出来.
用标准Na2S2O3溶液滴定：用移液管从瓶中取50mL水样于锥形瓶中，用标准Na2S2O3溶液滴定至浅黄色，向锥形瓶中加入淀粉溶液2mL，继续用Na2S2O3标准溶液滴定至蓝色变成无色为止，记下消耗Na2S2O3标准溶液的体积.平行测定三次.
2.1.4 数据记录与处理
在室外温度18℃、室内温度20℃时，测试水样为：(1)娃哈哈饮用纯净水[规格596mlA，生产日期2011/03/05]、(2)娃哈哈活性含氧饮用水 [规格600ml，生产日期 2011/03/12]、（3）.自来水[实验室]、(4)池塘水[图书馆前]、(5)赤峰市锡伯河河水.
分别测定各水样消耗标准Na2S2O3溶液的体积，每个样品测定三组平行数据，计算用Na2S2O3标准溶液的平均体积，据此计算出各水样中溶解氧含量，列表1.
表1 各水样消耗标准的Na2S2O3溶液的体积及平均体积及溶解氧含量
2.1.5 测定结果分析
氧是大气组成的主要成分之一，地面水敞露于空气中，因而清洁的地面水中所含的溶解氧常接近于饱和状态.在水中有大量藻类繁殖时，由于植物的光合作用而放出氧，有时甚至可以含有饱和的溶解氧.如果水体被易于氧化的有机物污染，那么，水中所含溶解氧就会减少.当氧化作用进行的太快，而水体又不能从空气中吸收氧气来补充氧的消耗，溶解氧不断减少，有时甚至会接近于零.在这种情况下，厌氧细菌繁殖并活跃起来，有机物发生腐败作用，水体产生臭味.因此，溶解氧的测定对于了解水体的自净作用，有极其重要的关系.在一条流动的河水中，取不同地段的水样来测定溶解氧.可以帮助了解该水体在不同地点所进行的自净作用情况.自来水和瓶装水经过杀菌消毒等加工处理且处于相对密闭的环境中，所以水中的溶解氧相对较少.生活饮用水直接关系到人民的日常生活和身体健康甚至生命安全，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/L[7].
2.2 碘量法测定大气中二氧化硫
2.2.1 实验原理
二氧化硫有还原性，能使碘(I2)还原成碘离子(I-)，当二氧化硫通入碘一淀粉溶液中，则溶液由蓝色变为无色.
2.2.2 实验用品
仪器：分析天平；广口瓶；酸式滴定管；胶头滴管；双孔橡胶塞；100ml注射器；弹簧夹；1000ml容量瓶.
试剂：碘(I2)(AR级)、碘化钾、0.5%淀粉溶液
2.2.3 实验步骤
测定装置见图 1：（1）进气玻璃导管；（2）试管；（3）I2—淀粉溶液；（4）100mL注射器
碘标准溶液的配制：准确称取0.1270g粉末状纯碘(AR级)，并称0.5g碘化钾,用少量水使之完全溶解，转入1000ml容量瓶中，定容1000mL，摇匀，取此溶液稀释10倍，即得5×10-5mol·L的碘溶液.
测定大气中二氧化硫含量：准确移取 5.00ml的5×10-5mol·L的碘溶液，注入测定装置图中的试管中，加2-3滴淀粉指示剂，此时溶液呈蓝色.按图连接好各仪器，在测定地点(如实验室)徐徐抽气每次抽气100mL，直到溶液的蓝色全部褪尽为止.记录抽气次数.
图1 SO2测定装置
注意事项：⑴抽气时应慢慢抽拉活塞，否则因抽拉太快，造成空气中二氧化硫未反应完全，产生误差.⑵碘的浓度要适宜.若太稀不易观察化学计量点前后的颜色变化，若太浓，碘易挥发.
2.2.4 数据记录与处理
空气污染指数对应二氧化硫浓度限值见表2.
表2 空气质量测定中SO2的最高浓度值[4]
计算二氧化硫含量：设抽气次数为n，则根据SO2与I2反应的化学方程式可得空气中二氧化硫含量 x(mg·m3)：
二氧化硫含量测定结果见表3.
表3 测定地点及空气中二氧化硫的浓度值
2.2.5 测定结果讨论
由表3数据可以看到，在工厂、交通枢纽SO2含量最大，原因主要是燃煤、燃油、汽车尾气所致.校园、居民区SO2含量最小，原因主要是绿化很好，楼房隔离了道路和厂区.商业区SO2含量中等，原因主要是小型燃煤、燃油、汽车尾气所致.
为了有效防治SO2等的污染，改善大气环境质量.一要改变燃料构成，推广使用天然气及优质脱硫煤；二要继续发展集中供热，使SO2排放远离生活区；三要大力推广高效的节能、除尘措施.
3 环境化学实验讨论
本实验作为化学专业本科专业的设计实验[8]，要求学生运用已学过的无机化学知识和实验方法，设计实验方案、步骤，进行定量测定，旨在提高学生综合分析、解决问题的能力.本文根据我校实验室现有条件和学校周边地区环境特点，对实验方案和测定方法进行了探索和调整，经过实验验证，确认是可行的.
〔1〕环球水网.水体溶解氧检测方法综述.http://www.samsco.com.cn/info/46045.htm.
〔2〕熊辉，余平平，荣顺杰.研究性学习一例—北京市空气中二氧化硫含量的测定.化学教育，2006(1)：34－36.
〔3〕毛成矫.空气中二氧化硫含量的简易测定方法.实验与教具改革，1999(7)：14.
〔4〕高凤扬.空气中二氧化硫气体含量的简易测定.实验教学与仪器，2009，26(5)：34.
〔5〕刘锐，王宇峰，刘汉初.还原光度法测定大气中的二氧化硫.环境工程，2001，19(2)：40－41.
〔6〕惠会清.水中溶解氧测定装置及方法的改进.中国卫生检验杂志，2007，17(11)：2089－2097.
〔7〕张规富.微型滴定法测定居民饮用水中溶解氧的含量.成宁学院学报，2007，27(6)：88－90.
〔8〕北师大无机化学教研室，等.无机化学实验.高等教育出版社，2011：238-240.
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1673-260X（2011）10-0024-03
