环境化学实验教程.docx
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环境化学实验教程
实验一室内空气中多环芳烃的污染分析
一、目的
多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是指两个以上苯环以稠环形式相连的化合物。
它是环境中广泛存在的一类有机污染物,是石油、煤炭等化石燃料及木材、烟草等有机质在不完全燃烧时产生的,具有致癌性、致畸性和致突变性。
在已知的l000多种致癌物中,PAHs占l/3以上。
PAHs的存在形态及分布主要受其本身物理化学性质、气温以及其他共存污染物如飘尘、臭氧等影响。
空气中PAHs主要以气态、颗粒态(吸附在颗粒物上)两种形式存在,但在一定条件下两者间可以相互转化。
空气中PAHs可以与臭氧、氮氧化物和硝酸等反应,生成致癌活性或诱变性更强的化合物。
通过本实验,能够掌握室内空气中PAHs的采集、提取、分析方法;掌握高效液相色谱仪的测定原理及使用方法;分析评价室内空气中PAHs的污染现状及形态分布。
二、原理
室内空气中PAHs的含量相对较低,受仪器灵敏度的限制,一般很难直接测定。
本实验用XAD-2和玻璃纤维滤膜分别采集空气中气态、颗粒态PAHs;用二氯甲烷作萃取剂,超声提取样品中的PAHs,氮气吹干浓缩样品中的PAHs;采用梯度淋洗结合可变波长荧光检测器或紫外检测器的高效液相色谱法测定痕量PAHs的峰高或峰面积,以外标法进行定量。
通过测定分析,评价室内空气中PAHs的污染水平及形态分布。
三、仪器和试剂
1、仪器
高效液相色谱仪(带荧光检测器或紫外检测器);小体积气体采样泵;超声振荡器;电动离心机;比色管(10mL,25mL);离心管(10mL);移液管(10mL,25mL);采样管(自制);XAD-2(用甲醇在65℃下恒温回流洗净至无PAHs);玻璃纤维滤膜(Ф25mm,使用前用二氯甲烷洗净);过滤器(0.22µm);密封膜。
2、试剂
(1)PAHs标准储备液(200mg/L):
芴、菲、蒽、l-甲基芘、芘、荧蒽、苯并(e)芘、苯并(a)芘。
(2)PAHs标准工作液:
根据HPLC的灵敏度及样品的浓度配制。
(3)二氯甲烷、乙氰:
分析纯,经重蒸,0.22µm过滤器过滤后使用。
(4)甲醇:
色谱纯,使用前经0.22µm过滤器过滤,超声脱气。
(5)二甲亚砜:
分析纯。
(6)氮气:
高纯。
(7)重蒸水:
使用前经0.22µm过滤器过滤,超声脱气。
四、步骤
1、采样点选择
选3个学生寝室作为采样点:
一号点设在吸烟的学生寝室;二号点设在不吸烟的学生寝室;三号点设在寝室外的窗台上(关闭窗门)。
2、PAHs样品的采集
依次在玻璃采样管中放入塑料垫圈、金属网、2.0gXAD-2、海绵、0.5gXAD-2、金属网,压牢;把玻璃纤维滤膜放入采样头中用垫圈密封好;用乳胶管把采样头、采样管连接起来(见图1)。
采用低噪声、小体积采样泵同时采集气态、颗粒态PAHs,即分别用φ25mm玻璃纤维滤膜、XAD-2采集气态、颗粒态PAHs;采集时间为24h,流量为0.50L/min,采样泵的高度为离地面1.5m。
图1采样装置图
3、样品的预处理
(1)气态PAHs:
采样后的XAD-2转移至20mL二氯甲烷和乙氰的混合液(V二氯甲烷:
V乙氰=3:
2)中,超声提取30min,移取10mL上清液至试管中,加入30µL二甲基亚砜,用高纯氮气吹干浓缩,加入970µL乙氰稀释至1.0mL。
经0.22µm过滤器过滤,然后用HPLC进行分析。
(2)颗粒态PAHs:
采样后的玻璃纤维滤膜剪碎后加入10mL二氯甲烷,超声提取20min,离心分离,取5mL上清液至10mL试管中,加入二甲基亚砜,用高纯氮气吹干浓缩,加入970µL乙氰稀释至1.0mL。
经0.22µm过滤器过滤,然后用HPLC进行分析。
4、样品的测定
色谱柱:
Wakosoil5C-18Ф4.6×250mmAR色谱柱,Supelco5C–18Ф4.6×250mm预柱;柱温:
40℃;流动相:
甲醇/水,流量:
1.0mL/min;进样量:
100µL;检测器:
程序化可变波长荧光/紫外检测器。
图2HPLC装置示意图
PAHs的HPLC自动分析系统由两个高压输液泵、荧光/紫外检测器、自动进样器、控制界面、计算机等组成(见图2)。
教师应根据色谱测定条件调好仪器。
表l、2分别列出了HPLC-荧光检测法测定9种PAHs的流动相和检测器条件,以供参考。
将处理好的样品放入自动进样器中(根据编号顺序自动进样),样品中PAHs先用短预柱浓缩,然后进入主柱,用甲醇-水作流动相进行梯度淋洗分离;同时用程序化荧光或紫外检测器测定,荧光激发波长及发射波长或紫外测定波长应根据相应PAHs的保留时间而变,从而选择最佳的测定波长。
样品分析全过程及数据处理均由计算机控制完成。
5、标准曲线的绘制
以峰高(或峰面积)为纵坐标,PAHs浓度为横坐标,绘制每一种多环芳烃的标准曲线。
多环芳烃的浓度范围应根据HPLC的灵敏度及样品的浓度而定。
表l测定9种PAHs流动相线性梯度
时间/min
甲醇/%
水/%
六通阀切换
0.0
5.5
16.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
50
70
80
85
90
95
95
100
100
50
50
30
20
15
10
5
5
0
0
50
On
Off
Off
Off
Off
Off
Off
Off
Off
Off
表2PAHs荧光测定条件
编号
PAHs
时间/min
激发波长/nm
发射波长/nm
1
2
3
4
5
6
7
8
芴
菲
蒽
荧蒽
芘
1-甲基芘
苯并(e)芘
苯并(a)芘
5.5
18.8
21.6
25.2.
26.6
32.5
36.9
38.5
262
250
254
287
336
336
285
296
315
370
400
460
394
394
385
404
五、数据处理
按各PAH的回归方程(以峰高或峰面积定量)计算其气态、颗粒态中PAH浓度,总PAH浓度,气、固两态所占的比例及各PAH在总量中所占的比例。
数据填在表3中。
六、思考题
1、室内空气中PAHs的污染程度如何?
2、分析实验数据,说明室内空气中PAHs的主要来源。
3、试述影响室内空气中PAHs存在形态的主要因素。
表3实验数据记录表
记录项目
气态
PAHs
颗粒态PAHs
计算过程
空气采样体积V/m3
采样时间×流量
测定峰高(峰面积)
仪器测定值
溶液测定浓度ci/ng·mL-1
由工作曲线查得
空气中PAH浓度/ng·m-3
2ci/V
空气中PAH总浓度ci总/ng·m-3
ci气态+ci颗粒态
气、固态PAH所占比例/%
ci气态/ci总,ci颗粒态/ci总
i种PAH在总量中所占比例/%
ci总/c总
注:
ci气态、ci颗粒态分别是空气中i种PAH在气态、颗粒态中的浓度;i种PAH总浓度ci总=ci气态+ci颗粒态;i种PAH在气态、颗粒态中所占比例分别为ci气态/ci总、ci颗粒态/ci总;i种PAH在总量中所占比例为ci总/c总,其中c总为一个样品中所有PAHs的ci总之和。
实验二水体自净程度的指标
一、目的
各种形态的氮相互转化和氮循环的平衡变化是环境化学和生态系统研究的重要内容之一。
水体中氮化合物的主要来源是生活污水和某些工业废水及农业面源。
当水体受到含氮有机物污染时,其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用,可以逐步分解氧化为氨(NH3)或铵(NH4+)、亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)等简单的无机氮化物。
氨氮(NH3-N)以游离氨(NH3)或铵盐(NH4+)形式存在于水中;亚硝酸盐(NO2-)氮是氮循环的中间产物,不稳定,可被氧化成硝酸盐,也可被还原成氨;硝酸盐中的氮称为硝酸盐氮,是水中硝酸盐在有氧条件下,各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物。
通常把氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮称为三氮。
这几种形态氮的含量都可以作为水质指标,分别代表有机氮转化为无机氮的各个不同阶段。
有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的相对含量,在一定程度上可以反映含氮有机物污染的时间长短,对了解水体污染历史以及分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值。
目前常用测定三氮的方法是比色法,其中最常用的是纳氏试剂比色法测定氨氮,盐酸萘乙二胺光度法测定亚硝酸盐氮,二磺酸酚光度法测定硝酸盐氮。
通过本实验,能够掌握测定三氮的基本原理和方法;了解测定三氮对环境化学研究的作用和意义。
二、仪器
玻璃蒸馏装置;pH计;恒温水浴;分光光度计;电炉(220V/lkW);比色管(50mL);陶瓷蒸发皿(100mL或200mL);移液管(1mL,2mL,5mL);容量瓶(250mL)。
三、实验过程
(一)氨氮的测定——纳氏试剂光度法
1、原理
氨与纳氏试剂反应可生成黄色的络合物,其色度与氨的含量成正比,可在410nm~425nm波长下比色测定,检出下限为0.025mg/L,测定上限为2mg/L。
2、试剂
(1)不含氮的蒸馏水:
水样稀释及试剂配制均需用无氨蒸馏水。
配制方法包括蒸馏法(每升蒸馏水中加入0.lmL浓硫酸,进行重蒸馏)和离子交换法(让蒸馏水通过强酸型阳离子交换树脂来制备较大量的无氨水)。
(2)磷酸盐缓冲溶液(pH为7.4):
称取14.3g磷酸二氢钾和68.8g磷酸氢二钾,溶于水中并稀释至1L。
用pH计测定其pH,并用磷酸二氢钾或磷酸氢二钾调至pH为7.4。
①2%硼酸溶液:
溶解20g硼酸于水中,稀释至1L。
②0.01mol/L硫酸:
量取20mL0.5mol/L的硫酸,用水稀释至1L。
(4)纳氏试剂:
称取5g碘化钾,溶于5mL水中,分别加入少量氯化汞溶液(2.5gHgC12溶于40mL水中,必要时可微热溶解),不断搅拌至微有朱红色沉淀为止。
冷却后加入氢氧化钾溶液(15g氢氧化钾溶于30mL水中),充分冷却,加水稀释至100mL。
静置一天,取上层清液贮于塑料瓶中,盖紧瓶盖,可保存数月。
(5)酒石酸钾钠溶液:
称取50g酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)溶于水中,加热煮沸以驱除氨,冷却后稀释至100mL。
(6)氨标准溶液:
称取3.819g无水氯化铵(NH4Cl)(预先在100℃干燥至恒重),溶于水中,转入1000mL容量瓶中,稀释至刻度,即配得1.00mg/mL的NH3-N标准储备液。
取此溶液10.00mL。
稀释至1000mL,即为10μg/mL的NH3-N标准溶液。
3、步骤
较清洁水样可直接测定,如水样受污染一般按下列步骤进行。
(1)水样蒸馏:
为保证蒸馏装置不含氨,须先在蒸馏瓶中加200mL无氨水,加10mL磷酸盐缓冲溶液、几粒玻璃珠,加热蒸馏至流出液中不含氨为止(用纳氏试剂检验),冷却。
然后将此蒸馏瓶中的蒸馏液倾出(留下玻璃珠),量取水样200mL,放入蒸馏瓶中(如预先试验水样含氨量较大,则取适量的水样,用无氨水稀释至200mL,然后加入10mL磷酸盐缓冲液)。
另准备一只250mL的容量瓶,移入50mL吸收液(吸收液为0.01mol/L硫酸或2%硼酸溶液),然后将导管末端浸入吸收液中,加热蒸馏,蒸馏速度为6~8mL/min,至少收集150mL馏出液,蒸馏至最后1~2min时候,把容量瓶放低,使吸收液的液面脱离冷凝管出口,再蒸馏几分钟以洗净冷凝管和导管,用无氨水稀释至250mL,混匀,以备比色测定。
(2)测定:
如水样较清洁,可直接取50mL澄清水样置于50mL比色管中。
一般水样则取用上述方法蒸馏出的水样50mL,置于50mL比色管中,若氨氮含量太高可酌情取适量水样用无氨水稀释至50mL。
另取8支50mL比色管,分别加入铵标准溶液(含氨氮10μg/mL)0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、l0.00mL,加无氨水稀释至刻度。
在上述各比色管中,分别加入1.0mL酒石酸钾钠,摇匀,再加1.5mL纳氏试剂,摇匀放置10min,用lcm比色管,在波长425nm处,以试剂空白为参比测定吸光度,绘制标准曲线,并从标准曲线上查得水样中氨氮的含量。
(二)亚硝酸盐氮的测定——盐酸萘乙二胺比色法
1、原理
在pH为2.0~2.5时,水中亚硝酸盐与对氨基苯磺酸生成重氮盐,再与盐酸萘乙二胺偶联生成红色染料,在540nm波长处有最大吸收值。
最低检出浓度为0.003mg/L,测定上限为0.10mg/L。
2、试剂
(1)不含亚硝酸盐的蒸馏水:
向蒸馏水中加入少量高锰酸钾晶体,使其呈红色;再加入氢氧化钡(或氢氧化钙),使其呈碱性,重新蒸馏。
弃去50mL初馏液,收集中间70%部分。
也可于每升蒸馏水中加入1mL浓硫酸和0.2mL硫酸锰溶液(每100mL蒸馏水中含有36.4gMnSO4·H2O),及l~3mL0.04%高锰酸钾溶液使呈红色,然后重新蒸馏。
(2)亚硝酸盐标准储备液:
称取1.232g亚硝酸钠溶于水中,加入lmL氯仿,稀释至l000mL。
此溶液每毫升含亚硝酸盐氮约为0.25mg。
由于亚硝酸盐氮在湿空气中易被氧化,所以储备液需标定。
标定方法:
吸取50.00mL0.050mol/L高锰酸钾溶液,加5mL浓硫酸及50.00mL亚硝酸钠储备液于300mL具塞锥形瓶中(加亚硝酸钠贮备液时需将吸管插入高锰酸钾溶液液面以下)混合均匀,置于水浴中加热至70~80℃,按每次10.00mL的量加入过量的0.050mol/L草酸钠标准溶液,使高锰酸钾溶液褪色,记录草酸钠标准溶液用量(V2);再用高锰酸钾溶液滴定过量的草酸钠到溶液呈微红色,记录高锰酸钾溶液用量(V1)。
用50mL不含亚硝酸盐的水代替亚硝酸钠贮备液,如上操作,用草酸钠标准溶液标定高锰酸钾溶液的浓度,按下式计算高锰酸钾溶液浓度(mol/L):
按下式计算亚硝酸盐氮标准储备液的浓度(mg/L):
式中:
——经标定的高锰酸钾标准溶液的浓度,mol/L;
V1——滴定亚硝酸盐氮标准储备液时,加入高锰酸钾标准溶液总量,mL;
V2——滴定亚硝酸盐氮标准储备液时,加入草酸钠标准溶液总量,mL;
V3——滴定水时,加入高锰酸钾标淮溶液总量,mL;
V4——滴定水时,加入草酸钠标准溶液总量,mL;
7.00——亚硝酸盐氮(1/2N)的摩尔质量,g/mol;
50.00——亚硝酸盐标准储备液取用量,mL;
0.0500——草酸钠标准溶液浓度(1/2Na2C2O4,0.0500mol/L)。
(3)亚硝酸盐使用液:
临用时将标准贮备液配制成每毫升含1.0μg的亚硝酸盐氮的标准使用液。
(4)草酸钠标准溶液(1/2Na2C2O4,0.0500mol/L):
称取3.350g经l05℃干燥2h的优级纯无水草酸钠溶于水中,转入l000mL容量瓶中加水稀释至刻度。
(5)高锰酸钾溶液(1/5KMnO4,0.050mol/L):
溶解l.6g高锰酸钾于约1.2L水中,煮沸0.5~lh,使体积减小至l000mL左右,放置过夜,用G3号熔结玻璃漏斗过滤后,滤液贮于棕色试剂瓶中,用上述草酸钠标准溶液标定其准确浓度。
(6)氢氧化铝悬浮液:
溶解125g硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O]或硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2·12H2O]于lL水中,加热到60℃,在不断搅拌下慢慢加入55mL浓氨水,放置约lh,转入试剂瓶内,用水反复洗涤沉淀,至洗液中不含氨、氯化物、硝酸盐和亚硝酸盐为止。
澄清后,把上层清液尽量全部倾出,只留浓的絮凝物,最后加l00mL水。
使用前应振荡均匀。
(7)盐酸萘乙二胺显色剂:
50mL冰醋酸与900mL水混合,加入5.0g对氨基苯磺酸,加热使其全部溶解,再加入0.05g盐酸萘乙二胺,搅拌溶解后用水稀释至lL。
溶液无色,贮存于棕色瓶中,在冰箱中保存可稳定一个月(当有颜色时应重新配制)。
3、步骤
(1)预处理:
水样如有颜色和悬浮物,可在每100mL水样中加入2mL氢氧化铝悬浮液,搅拌后,静置过滤,弃去25mL初滤液。
(2)标准曲线的绘制及样品测定:
取7支50mL比色管,分别加入含亚硝酸盐氮lμg/mL的标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL,用水稀释至刻度。
取50.00mL澄清水样于50mL比色管中(如亚硝酸盐氮含量高,可酌情少取水样,用无亚硝酸盐蒸馏水稀释至刻度)。
在上述各比色管中分别加入2mL显色剂,20min后在540nm处,用2cm比色皿,以试剂空白作参比测定其吸光度,绘制标准曲线,并查得水样中亚硝酸盐氮的含量。
(三)硝酸盐氮的测定——二磺酸酚光度法
1、原理
硝酸盐在无水条件下与二磺酸酚反应,生成硝基二磺酸酚,硝基二磺酸酚在碱性溶液中发生分子重排生成黄色化合物,在波长410nm处有最大吸收值,利用其色度和硝酸盐含量成正比,可进行比色测定。
氯化物能引起硝酸盐的损失,使结果偏低。
可加硫酸银,使其形成氯化银沉淀,过滤去除,以消除氯化物的干扰(允许氯离子存在的最高浓度为10μg/mL,超过此浓度就要干扰测定)。
本法的检出限为0.02mg/L硝酸盐氮,检测上限为2.0mg/L。
2.、试剂
(1)二磺酸酚试剂:
称取15g精制苯酚,置于250mL三角烧瓶中,加入100mL浓硫酸,瓶上放一个漏斗,置沸水浴内加热6h,试剂应为浅棕色稠液,保存于棕色瓶内。
(2)硝酸盐标准储备液:
称取0.72l8g分析纯硝酸钾(经105℃烘4h),溶于水中,转入1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度。
此溶液含硝酸盐氮100μg/mL。
如加入2mL氯仿保存,溶液可稳定半年以上。
(3)硝酸盐标准溶液:
准确移取100mL硝酸盐标准储备液,置于蒸发皿中,在水浴上蒸干,然后加入4.0mL二磺酸酚,用玻捧研磨,使试剂与蒸发皿内残渣充分接触,静置10min,加入少量蒸馏水,移入500mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至标线,即为20μg/mL。
的NO3-N标准溶液(相当于88.54μgNO3-)。
(4)硫酸银溶液:
称取4.4g硫酸银,溶于水中,稀释至lL,于棕色瓶中避光保存。
此溶液1.0mL相当于含氯(Cl-)1.0mg。
(5)高锰酸钾溶液(1/5KMnO4,0.100mol/L):
称取0.3g高锰酸钾,溶于蒸馏水中,并稀释至lL。
(6)乙二胺四乙酸二钠溶液:
称取50g乙二胺四乙酸二钠,用20mL蒸馏水调成糊状,然后加入60mL浓氨水,充分混合,使之溶解。
(7)碳酸钠溶液(1/2Na2CO3,0.100mol/L):
称取5.3g无水碳酸钠,溶于1L水中。
实验用水预先要加高锰酸钾重蒸馏,或用去离子水。
3、步骤
(1)标准曲线的绘制:
分别吸取硝酸盐氮标准溶液0.00、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00mL于50mL比色管中,加入1.0mL二磺酸酚,3.0mL浓氨水,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。
用lmL比色皿,以试剂空白作参比,于波长410nm处测定吸光度,绘制标准曲线。
(2)样品的测定
脱色:
污染严重或色泽较深的水样(即色度超过l0度),可在100mL水样中加入2mLAl(OH)3悬浮液。
摇匀后,静置数分钟,澄清后过滤,弃去最初滤出的部分溶液(5~10mL)。
除去氯离子:
先用硝酸银滴定水样中的氯离子含量,据此加入相当量的硫酸银溶液。
当氯离子含量小于50mg时,加入固体硫酸银。
lmg氯离子可与4.4mg硫酸银作用。
取50mL水样,加入一定量的硫酸银溶液或硫酸银固体,充分搅拌后。
再通过离心或过滤除去氯化银沉淀,滤液转移至100mL的容量瓶中定容至刻度:
也可在80℃水浴中加热水样,摇动三角烧瓶,使氯化银沉淀凝聚,冷却后用多层慢速滤纸过滤至l00mL容量瓶,定容至刻度。
去除亚硝酸盐氮影响:
如水样中亚硝酸盐氮含量超过0.2mg/L,可事先将其氧化为硝酸盐氮。
具体方法如下:
在已除氯离子的100mL容量瓶中加入lmL0.5mol/L硫酸溶液,混合均匀后滴加0.100mol/L高锰酸钾溶液,至淡红色出现并保持15min不褪为止,以使亚硝酸盐完全转变为硝酸盐,最后从测定结果中减去亚硝酸盐含量。
吸取上述经处理的水样50.00mL(如硝酸盐氮含量较高可酌情减少)至蒸发皿内,如有必要可用0.100mol/L碳酸钠溶液调节水样pH至中性(pH7~8),置于水浴中蒸干。
取下蒸发皿,加入1.0mL二磺酸酚,用玻棒研磨,使试剂与蒸发皿内残渣充分接触,静止10min,加入少量蒸馏水,搅匀,滤入50mL比色管中,加入3mL浓氨水(使溶液明显呈碱性)。
如有沉淀可滴加EDTA溶液,使水样变清,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,测定吸光度。
根据标准曲线,计算出水样中硝酸盐氮的含量(μg/mL)。
四、数据处理
根据NH3–N、NO2-–N、NO3-–N的浓度与吸光度的标准曲线,以及样品吸光度,计算水样中“三氮”的含量;并通过比较水样中“三氮”的含量,评价水体的自净程度。
五、思考题
1、如何通过测定三氮的含量来评价水体的“自净”程度?
如水体中仅含有NO3-–N,而NH4+和NO2-–N未检出,说明水体“自净”作用进行到什么阶段?
如水体中既有大量NH3–N,又有大量NO3-–N,水体污染和“自净’’状况又如何?
2、酚二磺酸比色法测定硝酸盐氮方法中有哪些干扰因素?
如何消除?
3、在测定水样氨氮时,蒸馏操作中怎样避免发生倒吸?
实验三土壤阳离子交换量的测定
一、目的
土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所,土壤的吸附和离子交换能力又使它成为重金属类污染物的主要归宿。
污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成、结构等有关,因此,对土壤性能的测定,有助于了解土壤对污染物质的净化能力及对污染负荷的允许程度。
土壤中主要存在三种基本成份,一是无机物,二是有机物,三是微生物。
在无机物中,粘土矿物是其主要部分。
粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐,其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体。
四面体硅氧层中的Si4+常被Al3+离子部分取代;八面体铝氧层中的Al3+可部分的被Fe2+、Mg2+等离子取代,取代的结果便在晶格中产生负电荷。
这些电荷分布在硅酸盐的层面上,并以静电引力吸附层间存在的阳离子,以保持电中性。
这些阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+和H+等,它们往往被吸附于矿物质胶体表面上,决定着粘土矿物的阳离子交换行为。
土壤中的有机物质主要是腐殖物质,它们可分为三类。
一类是不能被碱萃取的胡敏素,另一类是可被碱萃取,但当萃取液酸化时析出而成为沉淀物的腐殖酸,第三类是酸化时不沉淀的富里酸。
这些物质成份复杂,分子量不固定,结构单元上存在各种活性基因。
它们在土壤中可以提供出大量的阳离子交换能力,而且对重金属污染物在土壤中的吸附、络合等行为起着重要作用。
存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换。
若无副反应时,交换反应可以等当量地进行。
上述反应中因为存在交换平衡,因此,交换反应实际上不完全。
当溶液中交换剂浓度大、交换次数增加时,交换反应可趋于
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