环境化学实验指导手册.docx
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环境化学实验指导手册
环境化学实验指导手册
吴畏编
新疆师范大学化学化工学院
环境科学与工程系
2018年1月
实验一天然水中Cr(Ⅲ)的沉积曲线0
实验二土壤脲酶活性测定2
实验三底质中磷酸盐的溶出速率4
实验四Fenton试剂催化氧化染料废水6
实验五底泥中腐殖物质的提取和分离9
实验六有机物的正辛醇-水分配系数12
实验七水体自净程度的指标--“三氮”的测定14
实验八苯酚的光降解速率常数20
实验九水体富营养化程度的评价--水体中总磷和叶绿素含量的测定23
实验十土壤中农药的残留28
实验十一底质的耗氧31
实验十二水中有机物的挥发速率32
实验一天然水中Cr(Ⅲ)的沉积曲线
一、概述
天然水中的铬含量较低,主要因为当铬以三价存在时形成了溶解度低的水合氧化物的缘故。
工业上使用铬的行业主要有电镀、皮革、造纸等。
它们排放的废水中所含的铬有三价的,也有六价的,由于六价铬易被有机物及其他还原剂还原,所以在排水口处的铬主要以三价存在,这些三价的铬主要以胶体状态存在。
它们易被其他颗粒物吸附,也能通过自身的聚集而沉于水底。
因此工业废水中的六价铬被还原成三价,三价铬形成沉淀,沉淀沉积,是污染源排入环境中的铬的主要自净和归宿过程。
本实验将Cr水溶液加入到天然水中,观察的沉淀量(或溶解量)如图所示,当向一定量水中加入水溶液时,其沉淀量开始一段变化不大。
但当加入量达到某一值时,沉积量呈线性增加。
此时,直线延伸后在横轴上的交点可以认为是所使用的天然水中欲使形成沉淀时所需的最低浓度。
二、目的要求
1、绘制天然水中的沉积曲线,找出该水中沉淀所需的最低浓度。
2、学习微孔膜过滤器的使用方法。
三、仪器和试剂
1、微孔膜过滤器
2、震荡器
3、722-可见光分光光度计
4、(1+1)硫酸
5、(1+1)磷酸
6、4%(m/V)高锰酸钾溶液
7、铬标准使用液
8、20%(m/V)尿素溶液
9、2%(m/V)亚硝酸钠溶液
10、二苯碳酰二肼溶液
11、丙酮
四、实验步骤
1、用大微孔膜过滤器滤出350ml天然水。
2、在扭力天平上称0.2克CrCl3,用交换水溶解后定容到100ml。
此溶液浓度为400g/ml。
再用它(称为A液)配制下列使用溶液:
(a):
移A液10ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
(b):
移A液5ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
(c):
移A液2.5ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
(d):
移(a)液10ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
(e):
移(a)液5ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
(f):
移(a)液2.5ml,用蒸馏水稀释并定容到100ml;
3、反应液:
取6个100ml锥形瓶,做好标记。
第一个瓶中移入1ml使用液(a),第二个瓶中移入1ml(b),依此类推。
再分别加入50ml膜滤后的天然水,放在振荡器上振荡1小时。
4、标准液:
在振荡过程中,取6支50ml比色管,分别移入0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ml2g/ml标样,再各加入20ml蒸馏水。
各加入0.5ml1:
1硫酸和0.5ml1:
1磷酸。
摇匀后用蒸馏水稀释到刻度线,再摇匀。
向各管中加入2ml显色剂,摇匀,5~10分钟后用1cm比色皿比色,在分光光度计上于540nm波长处以蒸馏水作参比测定吸光度,作标准曲线。
5、取12个锥形瓶,分两批做好标记,自6瓶振荡完毕的反应液中各移出20ml到相应的锥形瓶内,剩余的反应液分别用小微孔膜过滤器抽滤,再由6瓶滤液中分别移出20ml滤液到6个相应的锥形瓶内。
6、往上述12个锥形瓶内各加入4粒玻璃珠和0.5ml1:
1硫酸和0.5ml1:
1磷酸,4滴4%高锰酸钾摇匀,放在电炉上煮沸3分钟。
煮时如果红色消失,应补加高锰酸钾溶液,使红色始终保持。
到时取下冷却后加入1ml尿素溶液,摇匀,再滴加亚硝酸钠溶液,每加一滴摇动30秒,至红色刚好退去为止,切勿过量。
然后将各瓶溶液分别转入50ml比色管中,并用蒸馏水洗涤锥形瓶,将洗涤液并入比色管内,稀释到刻度线。
以下按标准液过程操作。
上述数据记入表1中。
五、数据处理
1、以X为代表加入量()Y代表吸光度,由标准液数据作标准曲线(直线回归方程及相关系数)。
2、利用标准曲线,由反应液吸光度计算未过滤和过滤后(溶解态)各瓶溶液含铬()再换算成Crppm数。
3、计算各瓶反应液的加入浓度及沉积浓度。
4、作图求出Cx。
数据记入表2中。
表一 吸光度数据
编号
1
2
3
4
5
6
标准液
反应液
未过滤
过滤后
表二
编号
1
2
3
4
5
6
加入(ppm)
溶解态(ppm)
沉积(ppm)
Cx
六、问题讨论
1、由含Cr量微克数如何换算成ppm?
2、煮沸时若红色消退,为何要补加高锰酸钾溶液?
3、滴加亚硝酸钠时为何要慢慢加入,且不能过量?
4、你认为做好实验要把握哪几个关键步骤。
实验二土壤脲酶活性测定
一、概述
土壤酶是活的有机体所合成的,或者在其生长过程中分泌于体外,或者在其死亡后自溶而释放出。
所有的酶均能显示其活性。
酶是一类具有蛋白质性质的、高分子的生物催化剂。
显著的酶的特征之一是其催化反应的专一性。
例如,脲酶对脲素的催化降解就极专一。
土壤中的酶的来源有两种。
一是来自于高等植物根系分泌及土壤中动植物残体分解;二是来源于土壤微生物的生命活动。
土壤酶可分为胞内酶和胞外酶两种。
胞外酶或溶出后的胞内酶进入土壤结构后,均具有相对稳定性,如能抗微生物分解和抗热稳定性等。
它们以三种形式存在于土壤中,一是以吸附状态贮积于土壤中。
二是与土壤腐殖质复合存在。
三是以游离状态存在。
对脲酶,它能促使脲素水解转化成氨、二氧化碳,在土壤中,在pH值为6.5~7.0时脲酶活性最大,通过测定释放出的NH3量,可以确定脲酶的活性。
土壤中酶活性一般在37℃培养48小时每克土壤释放出的NH3-N毫克数表示。
二、目的
1、掌握土壤脲酶活性测定的一种方法,了解所取土壤的脲酶活性。
2、了解脲素这一有机物在土壤环境中的降解转化。
三、仪器与试剂
1、恒温培养箱
2、凯氏定氮装置
3、甲苯
4、缓冲溶液(pH6.7)
5、尿素溶液
6、硼酸溶液
7、4NNaOH
8、0.01NHCL
9、指示剂
四、实验步聚
1、取二个250ml锥形瓶,各加入10.0克土壤,再各加入10ml缓冲液(pH6.7)和1ml甲苯。
摇动处理15分钟,使均匀。
再往第一瓶内加入10ml尿素溶液,再将瓶内溶物充分混匀,作为试样。
第二瓶内加入10ml蒸馏水,作为对照。
将两个瓶置于37℃培养箱中培养48小时(要系上纱布塞子)。
2、培养结束后,往两个瓶内各加入50ml2NKCL溶液。
塞紧后再振荡30分钟。
到时立即将试样过滤到蒸氨瓶内。
3、在过滤的间隙时间取两个50ml比色管,各加入10.00硼酸溶液,将其放在冷凝管下,使冷凝管出口尖端插入硼酸溶液中,准备蒸馏。
4、过滤完毕后,迅速往蒸氨瓶内注入20ml4N的NaOH溶液,立即塞上塞子。
接通冷凝水,加热蒸馏。
5、当馏出液达到50ml左右,停止蒸馏。
取下比色管,将管内接收液定量转入到50ml锥形瓶中加数滴指示剂,用0.01NHCL滴定瓶内的氨,滴定到淡紫色为终点。
记录试样和对照消耗的HCL体积V和V0(ml)
五、数据处理
氨氮=
(mg/g土)
式中,W为称取的样品重(g),N为HCL当量浓度。
六、问题讨论
1、除了测定尿素降解产物氨外,还能有什么方法可测定脲酶的活性?
2、试验中为什么要加入甲苯?
3、步骤4中为什么要迅速加入NaOH?
4、如果蒸氨时吸收液倒吸到冷凝管中如何解决?
实验三底质中磷酸盐的溶出速率
一、实验原理
由于大量的氮磷被排入湖泊,造成湖泊原富营养化。
大量的氮磷被底泥吸附,同时底泥中的氮磷又不断地向上复水溶出。
所以研究湖泊底质对上复水的氮磷溶出是解决湖泊原富营养化的重要参数,本实验是以磷污染较严重的向上复水溶出的速率。
二、仪器与试剂
1、722分光光度计;
2、25ml比色管15支;
3、磷酸盐储备液
磷酸盐储备液:
称0.2197克105℃烘干的的磷酸二氢钾溶于800ml蒸馏水中,加入5ml(1:
1)硫酸,定溶于1000ml,浓度为50.0ug/ml。
4、取10ml上述溶液于250ml容量瓶中定溶,浓度为2.0ug/ml。
5、钼酸铵溶液:
称13.0克钼酸铵和0.35克酒石酸锑钾,溶于200ml蒸馏水中,慢慢加入(1:
1)硫酸300ml,摇匀。
6、10%的抗坏血酸溶液。
三、实验过程
1、一定量的底泥加入到溶出管的刻度,再用一根乳酸管紧贴着溶出管的内壁,慢慢加入自来水至溶出管的刻度(注意不要使水浑浊)以0、5、10、20、40、60、90、180分钟取上复水的表层水样,每次取样40ml,用0.45膜抽滤样品,取25.00ml滤液于25ml比色管中待测。
2、取7支25ml比色管,分别加入0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0ml浓度为2.0ug/ml的磷酸盐溶液,于25ml比色管中,用蒸馏水定溶至25ml,以此为标准曲线。
3、将上述溶出液和标准曲线的各个比色管中,分别加入1ml10%的抗坏血酸溶液混匀,30秒后加入钼酸铵溶液2ml,混匀,15分钟后以试剂空白为参比,在700处测定吸光度。
四、数据处理
VT:
为上复水总毫升
C:
为溶出水磷酸盐浓度毫克/升
q:
为每次测定溶出总g=CVT
Q:
为单位面积溶出微克/cm2
1)求出溶出管直径的面积
2)计算出溶出速度,求出溶出速度常数K,
溶出速度(平均)V=Q/t=微克/cm2小时,V=dQ/t=KQ积分取对数,以TnQ对作图,由斜率求K。
把所测的数据列入下表:
t
VT
C
q
Q
tnQ
实验四Fenton试剂催化氧化染料废水
一、实验原理
由亚铁离子与过氧化氢组成的体系,称为芬顿试剂,它能生成强氧化性的羟基自由基,在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏,最终氧化分解。
芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。
主要反应大致如下:
Fe2++H2O2==Fe3++OH-+HO·
Fe3++H2O2+OH-==Fe2++H2O+HO··
Fe3++H2O2==Fe2++H++HO2·
HO2·+H2O2==H2O+O2↑+HO·
芬顿试剂通过以上反应,不断产生HO·(羟基自由基,电极电势2.80EV,仅次于F2),使得整个体系具有强氧化性,可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂(氯气,次氯酸钠,二氧化氯,臭氧,臭氧的电极电势只有2.23EV)氧化的物质。
根据上述Fenton试剂反应的机理可知,OH·是氧化有机物的有效因子,而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]决定了OH·的产量,因而决定了与有机物反应的程度。
影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H2O2投加量及投加方式、催化剂种类、催化剂与H2O2投加量之比等。
二、实验目的和要求
1、探究对芬顿试剂氧化能力的影响因素
2、确定其最佳氧化条件。
三、仪器及试剂
1、锥形瓶;2、pH计;3、容量瓶;4、烧杯;5、可见分光光度计;6摇床振荡器;7、电加热器;
1、FeSO4.7H2O2;2、H2O2(30%);3、甲基橙印染废水样品;4、稀硫酸;5、蒸馏水
四、实验步骤
(一)、FeSO4.7H2O投加量的影响
1、分别取100ml废水置于6个锥形杯中,编号1-7号。
2、用H2SO4溶液调节每个锥形瓶中废水pH为3。
3、H2O2(30%)投加量为40ml/L。
4、分别控制1-7号锥形瓶中FeSO4.7H2O为2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L、7g/L,7号锥形瓶做空白实验。
5、将1-7号锥形瓶置于摇床反应半小时。
6、以吸收波长为480nm用分光光度测定各锥形瓶的分光光度,数据记录在表一中。
(二)、H2O2投加量的影响
1、分别取100ml废水置于7个锥形杯中,编号1-7号。
2、用H2SO4溶液调节每个锥形瓶中废水pH为3。
3、FeSO4.7H2O投加量控制在一中得出的最佳量。
4、分别向1-6号锥形瓶中加20ml/L、30ml/L、40ml/L、50ml/L、60ml/L、70ml/L的H2O2(30%),7号锥形瓶做空白式样。
5、将1-7号锥形瓶置于摇床反应半小时。
6、以吸收波长为480nm用分光光度测定各锥形瓶的分光光度,数据记录在表二中。
(三)、最佳pH值得确定
1、分别取100mL的废水置于7个锥形瓶中,编号1-7。
2、用H2SO4溶液调节1-6每个锥形瓶的pH值,分别为2、3、4、5、6,7号锥形瓶做空白实验。
3、分别向1-7号锥形瓶中加入FeSO4.7H2O、H2O2(30%),加入的量控制在一、二中得出的最佳量。
4、将1-7号锥形瓶置于摇床反应半个小时。
5、以吸收波长为480nm用分光光度测定各锥形瓶的分光光度,数据记录在表三中。
(四)、反应时间的影响
1、分别取100ml废水置于7个锥形杯中,编号1-7号。
2、用H2SO4溶液调节每个锥形瓶中废水pH为3。
3、FeSO4.7H2O投加量控制在中一得出的最佳量。
4、H2O2(30%)投加量为二中得出的最佳量。
5、将1-6号锥形瓶置于摇床分别反应10、20、30、40、50、60分钟。
6、以吸收波长为480nm用分光光度测定各锥形瓶的分光光度,数据记录在表四中。
(五)、H2O2投加的投加次数的影响
1、取7个锥形瓶依次编号数1-6号,分别取100ml的甲基橙印染废水放于其中。
剩余一个做空白实验。
2、用H2SO4溶液调节每个锥形瓶中废水pH为3。
3、分别向所有的锥形瓶中投加0.4g的FeSO4.7H2O2。
4、向1号的锥形瓶中投加4ml的双氧水并放于摇床振荡器上。
5、确定最佳投加时间后,对于其他的锥形瓶,按编号从2到6分别投加2ml、1.3ml、1ml、0.8ml、0.7ml按投加次数2、3、4、5、6分别每隔2min投加一次。
并及时放于摇床振荡器上。
6、所有锥形瓶放于摇床振荡器上震荡最佳反应时间为止。
7、对于空白实验,与其他锥形瓶一样,依次调节pH值、投加0.4g的FeSO4.7H2O2、4ml的双氧水并放于振荡器上震荡
相同时间。
8、以吸收波长为480nm用分光光度测定各锥形瓶的分光光度,数据记录在表五中
五、数据处理:
吸光度采用722型光栅分光光度计来测定。
脱色率计算公式为:
η=
╳100%。
其中:
η:
为脱色率。
A0:
为反应前的吸光度值。
A:
为反应后的吸光光度值。
通过不同反应条件下脱色率的比较,确定最佳芬顿试剂催化氧化甲基橙水溶液的最佳反应条件
表一
编号
1
2
3
4
5
6
7
FeSO4.7H2O
g/L
分光光度
表二
编号
1
2
3
4
5
6
7
H2O2
mL/L
分光光度
表三
编号
1
2
3
4
5
6
7
pH
分光光度
表四
编号
1
2
3
4
5
6
7
反应时间
min
分光光度
表五
编号
1
2
3
4
5
6
7
投加次数
分光光度
实验五底泥中腐殖物质的提取和分离
一、实验原理
自然界中的腐殖物质是天然产物,存在于土壤、底泥、河流、湖泊及海洋中。
它们是动植物躯体长期腐烂或有机物分解或合成过程中形成的特殊物质。
它们包括胡敏素、腐殖酸、富里酸等。
富里酸的分子量较小,它既溶于稀碱也溶于稀酸。
胡敏素不被碱提取。
底泥中的腐殖物质常和不同的阳离子或不同形式的矿物质结合着。
其中游离的腐殖物质可用稀碱提取,不溶于水的钙、铁、铝腐殖酸盐可用焦磷酸钠使之转化成溶于水的钠盐。
腐殖物质分子中各个结构单元上有一个或多个活性基团,如羧基、酚羟基、醌基等,它们可与金属离子进行离子交换、表面吸附、螯合作用等反应,因而使重金属污染物在环境中的迁移转化过程变得复杂,并产生重大影响。
本实验用稀碱和稀焦磷酸钠混合液提取物酸化后析出腐殖酸,而富里酸仍留在酸化液中,据此可将富里酸和腐殖酸分离开。
腐殖物质中碳和氢含量测定方法可以用干烧法。
在一般干烧法中是将样品是将样品放在氧气流中经高温燃烧后,碳转化成二氧化碳,氢转化成水,再分别用碱石棉和污水高氯酸镁定量吸收生成的二氧化碳和水,由吸收管的增重计算样品中碳和氢含量。
本试验利用谈情自动微量分析仪测定碳和氢含量。
杨平在催化剂存在条件下在氧气流中爆炸燃烧,定量生成二氧化碳和水,经过分段吸收,分别加以捕集,再现后排送到热导池中,利用被测组分的热导系数与浓度成正比的关系,进行示差热导测定,在记录仪上给出二氧化碳和水的曲线图,由曲线高计算含碳量和含氢量。
二、目的要求
1、加深对腐殖物质的感性认识。
2、提取和分离富里酸和腐殖酸,并确定它们的含碳量和含氢量。
三、仪器和试剂
水浴锅二孔
台秤
扭力天平感量0.002克
分析天平
半微量分析天平
电动离心机
震荡器
碳氢自动微量分析仪
离心管50毫升
碘量瓶250毫升
量筒100毫升
干燥器
称量瓶3—5厘米
蒸发皿玻璃5—6厘米
培养皿5—7厘米
混合提取液:
0.2M磷酸钠溶液和0.2M氧化钠溶液等体积混合均匀。
底泥风干后磨碎过100目筛备用。
盐酸溶液1mol/L
氢氧化钠1mol/L
四、试验过程
1、称30克底泥,放入250ml瓶中,加入100ml混合提取液,振荡半小时。
到时将混合物均匀倒入两个离心管中,尽量使两管重量相等。
在离心机的对称位置上离心十分钟。
离心完将上层溶液倒入250ml锥形瓶内,弃去管内泥渣。
用1mol/L盐酸溶液把瓶内溶液的pH值调到3左右。
调好pH值后,振荡半小时。
到时离心10分钟。
离心完将上层溶液(主要是富里酸)导入干净的250ml锥形瓶备用。
离心管内残渣主要含腐殖酸,也保留备用。
2、取一个已烘至恒重的玻璃蒸发皿,称出其质量G(称准到0.002克,下同)。
在移入20毫升富里酸溶液,用1mol/L氢氧化钠溶液将其pH到7,然后放到沸水浴上蒸干。
在105℃烘箱内烘至恒重后称出重量W(克)。
在取一个蒸发皿作空白试验,扣除20ml提取液中引入的盐类重量Q(克)。
3、取一张定量滤纸,放入秤量瓶中,开盖放入105℃烘箱内烘至恒重。
盖好瓶盖在分析天平上称出质量A(克)。
取出滤纸,放在玻璃漏斗内。
用pH值等于3的蒸馏水把腐殖酸渣转移至漏斗内过滤。
滤干后取出滤纸,放回原秤量瓶中,在105℃烘箱内烘至恒重后再秤出重量B(克)。
4、在半微量天平称出重量为W’(均称3.00毫克左右)的富里酸和腐殖酸粗品各两份,用持样器将盛有样品的石英舟送入高温炉内,卡紧“旋卡”,随后在记录仪上给出二氧化碳和水的曲线图,测量二氧化碳(hCO2)和水的峰高(hH2O),如此一次作完四份样品。
然后向试验准备室索取二氧化碳和水的平均感量S和残留值h。
二氧化碳和水的平均感量表示每单位峰高的含碳值,它由标准样品确定;残留值是因仪器的死体积等因素使峰高额外增加的值,这个数值可从校正图上查出。
五、数据处理
1、计算底泥中富里酸含量:
富里酸含量(%)=
2、计算底泥中腐殖酸含量(%)
3、计算样品中碳、氢含量:
腐殖物质含量数据
W
G
Q
B
A
碳含量数据
试样
富里酸
腐殖酸
1
2
1
2
样品重量
hCO2(1/100时)
hCO2(1/100时)
ShCO2(mg1/10时)
含碳量(%)
hH2O(1/100时)
hH2O(1/100时)
ShH2O(mg1/10时)
含氢量(%)
六、问题讨论
1、环境中的腐殖物质对重金属污染物的迁移转化起什么作用?
2、秤量烘干后的滤纸时为何要盖秤量瓶的盖子?
3、富里酸和腐殖酸在外观上用何区别?
4、如果没有碳氢分析仪,富里酸和腐殖酸的含碳量可用硫酸—重铬酸钾氧化法测定。
实验六有机物的正辛醇-水分配系数
一、实验目的
1.掌握有机物正辛醇-水分配系数的测定方法。
2.学习使用紫外分光光度计
二、实验原理
正辛醇是一种长链烷烃醇,在结构上与生物体内的碳水化合物和脂肪类似。
因此,可用正辛醇一水分配体来模拟生物一水体系。
有机物的辛醇-水分配系数是衡量其脂溶性大小的重要理化性质。
研究表明,有机物的分配系数与水溶解度、生物富集系数及土壤、沉积物吸附系数均有很好的相关性。
因此,有机物的生物活性亦与其分配系数密切相关。
所以,在有机物的危险性评价方面,分配系数的研究是不可缺少的。
化合物在辛醇相中的平衡深度与水相中该化合物非离解形式的平衡浓度的比值即为该化合物的辛醇-水分配系数。
正辛醇-水分配系数是平衡状态下有机化合物在正辛醇相和水相中浓度的比值。
本实验采用振荡法使对二甲苯在正辛醇相和水相中达到平衡后进行离心,测定水相中对二甲苯的浓度,由此求得分配系数。
三、仪器设备及试剂
1.仪器
(1)紫外分光光度计;
(2)恒温振荡器;(3)离心机;(4)具塞比色管;(5)微量注射器;(6)容量瓶。
2.试剂
(1)正辛醇;
(2)乙醇;(3)对二甲苯(4)萘
四、实验步骤
1、标准曲线绘制
(1)对二甲苯
移取1.00ml对二甲苯于10ml容量瓶中,用乙醇稀释至刻度,摇匀。
取该溶液0.10ml于25ml容量瓶中,在以乙醇稀释至刻度,摇匀,此时浓度为400微克/毫升。
在5只25ml容量瓶中各加该溶液1.00,2.00,3.00,4.00,5.00ml,用水稀释至刻度,摇匀。
在751分光光度计上,选择波长为227纳米,以水为参比,测定标准系列的吸光度A。
作A与浓度C的标准曲线。
(2)萘
称取0.0200克萘,用乙醇溶解后转入10ml容量瓶中稀释至刻度,此时浓度为2000微克/毫升。
用微量注射器吸取该溶液10、20、30、40、50微升于10ml容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。
在751分光光度计上,选择波长为278纳米,以水为参比,
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