2017畢業(yè)設計（論文）-多環(huán)芳烴—芘的光降解動力學研究

1、.青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文）前言 多環(huán)芳烴是指分子中含有兩個或兩個以上苯環(huán)的碳氫化合物，多環(huán)芳烴是一類具有很強致癌性，致突變性和致畸性的環(huán)境污染物，具有低水溶性、高辛醇-水分配系數(shù)、高沉積物-水分配系數(shù)和較低的蒸汽壓等特點。它可以通過大氣沉降、城市污水排放以及雨水沖刷作用進入水體，對整個生態(tài)系統(tǒng)的健康造成威脅，水體中多環(huán)芳烴呈3種狀態(tài)：吸附于顆粒物、溶解態(tài)、懸浮態(tài)，是環(huán)境污染中最重要的檢測項目之一，其已越來越受到人們的重視。多環(huán)芳烴大多是石油，煤等化石燃料以及木材，天然氣，有機高分子化合物等含碳氫化合物的物質(zhì)經(jīng)不完全燃燒或在還原性氣氛中經(jīng)熱分解而生成的，根據(jù)其形成的形式不同，一般分為天然

2、源和人為源兩種，環(huán)境中多環(huán)芳烴的天然來源主要是陸地和水生生物的合成、森林和草原火災、火山爆發(fā)等；人為源是環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來源，包括化學工業(yè)污染源、交通運輸污染源、生活污染源和其他人為源。因此，人類的外環(huán)境如大氣，水體和土壤中均不同程度的存在多環(huán)芳烴。降解多環(huán)芳烴的方法有很多，常規(guī)方法有物理方法，化學方法等，物理法和普通的化學方法不僅降解的效果差，效率低，而且降解產(chǎn)物不徹底，光氧化法的降解效率高，產(chǎn)物穩(wěn)定，具有很好的實際應用價值。在光氧化過程中，水中的多環(huán)芳烴是在光誘發(fā)所產(chǎn)生的單線態(tài)氧、臭氧或羥基游離基的作用下發(fā)生氧化降解的。光化學氧化法法即在實驗室條件下用水萃取溶解在正己烷中的多環(huán)芳烴，通

3、過置換溶劑，在氣相色譜儀中出峰，計算萃取效率并得到最高效率時的實驗條件；用氙燈模擬自然光對多環(huán)芳烴進行光照實驗，在室溫下分別控制光照強度和時間，觀察其對光降解程度的影響，在上述最高萃取效率的實驗條件下，用氣相色譜儀出峰，可發(fā)現(xiàn)隨著光強和時間的遞進，降解程度越來越大，一定時間后基本上不再降解。本實驗旨在觀察在實驗室中水萃效率最高時的實驗條件以及在實驗室控制的條件下多環(huán)芳烴降解的半衰期。1文獻綜述1.1研究意義1.1.1 多環(huán)芳烴概述PAHs ( PAHs)是指含有兩個或兩個以上的苯環(huán)以鏈狀、角狀或串狀排列組成的稠環(huán)化合物，包括萘、蒽、菲、芘等300余種化合物。英文全稱為polycyclic ar

4、omatic hydrocarbon，簡稱PAHs1。有些多環(huán)芳烴還含有氮、硫和環(huán)戊烷，常見的多環(huán)芳烴具有致癌作用的多環(huán)芳烴多為四到六環(huán)的稠環(huán)化合物。國際癌研究中心（IARC）（1976年）列出的94種對實驗動物致癌的化合物。其中15種屬于多環(huán)芳烴，由于苯并a芘是第一個被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境化學致癌物，而且致癌性很強，故常以苯并(a)芘作為多環(huán)芳的代表，它占全部致癌性多環(huán)芳烴1%-20%。具有蒸氣壓小及辛醇一水分配系數(shù)高的特點，因而進環(huán)境后會長期滯留，并且由于其中一些具有強烈的致癌、致突變性及內(nèi)分泌擾亂作用，己被列為持久性有機污染物(POPs)，成為各國科學家的研究重點之一2。1.1.2多環(huán)芳烴的來源與

5、危害人類活動特別是化石燃料的燃燒是環(huán)境中PAHs的主要來源。石油開采、化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和運輸過程中的泄漏使PAHs進入水體、土壤等自然環(huán)境;吸附于大氣顆粒物上的PAHs也可通過降水及沉降作用進入水體系統(tǒng)，使水體成為環(huán)境中PAHs的重要載體之一。有資料表明，在世界范圍內(nèi)每年大約有43000t PAHs釋放到大氣中，同時有230000t進入水環(huán)境3。近年來的調(diào)查表明，世界上許多河流、海洋都普遍受到PAHs的污染4。我國人口眾多，目前又處于經(jīng)濟高速增長時期，能源消耗量大，礦物燃料的燃燒，工業(yè)及石油廢水的排放，使得水體中的PAHs污染問題很突出。近年來，有關地面水中PAHs污染現(xiàn)狀研究報道逐漸增多，在

6、我國長江、黃河、珠江、遼河、黃海等各大水體水相和表層沉積物中均有PAHs的檢出報告5-8。目前通過研究發(fā)現(xiàn)PAHs對生物體的遺傳學影響主要有三個方面，即“三致”毒性9-11： 致癌性化合物的致癌機理:直接致癌和誘導致癌。直接致癌是指化合物進入有機體后直接作用于DNA, RNA或蛋白質(zhì)等生物大分子而產(chǎn)生腫瘤。誘導致癌是指化合物進入生物體后，經(jīng)過一系列代謝轉(zhuǎn)化過程，誘導產(chǎn)生致癌活性物質(zhì)，再與生物靶分子作用而產(chǎn)生癌變腫瘤。許多實驗證明，PAHs并不是直接的致癌物，需要經(jīng)過細胞微粒體中混合功能氧化酶的作用后才有致癌性12。 PAHs在體內(nèi)代謝過程中可轉(zhuǎn)化為多種中間產(chǎn)物，如苯并a花可在細胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化為7,

7、8一二氫二醇-9,10-環(huán)氧化物13-15。這些中間產(chǎn)物多為活性非常高的親電化合物，可與DNA大分子相互作用，形成各種類型的DNA損傷如加合物形成、鏈斷裂、堿基的非正?；瘜W修飾和缺失，當這種帶有錯誤信息的DNA在細胞中潛伏下來，就會將錯誤信息帶到正常的DNA分子上，導致基因突變，從而引發(fā)了整個細胞的癌變。 致畸性致畸性是指新的生物體從母體出生前所導致的機體結構異常的不良作用16。懷孕婦女長期暴露在PAHs污染的環(huán)境中，會影響胎兒生長以及新生嬰兒的神經(jīng)發(fā)育16-18。即使懷孕婦女暴露在低濃度的PAHs污染環(huán)境中(1.80-36.47 ng/m3)都會造成新生嬰兒體重顯著降低19。 PAHs致畸作

8、用主要表現(xiàn)在使細胞中的DNA鏈上的核昔酸序列產(chǎn)生錯亂，導致后代細胞的分裂發(fā)生改變;PAHs對胚胎細胞及快速增值的新生組織產(chǎn)生早期不良影響，如小鼠實驗證明PAHs能夠影響牙齒的發(fā)育20； PAHs對細胞分裂的各個階段表現(xiàn)廣泛的作用，對DNA合成的阻礙可使染色體、微小管的生成及其后的分化發(fā)生障礙而導致崎變。 致突變性PAHs進入生物體內(nèi)后，經(jīng)過生物體內(nèi)的一些酶(如細胞色素4P05酶)的作用后會生成PAHs二氫二醇環(huán)氧化物，這些活性代謝產(chǎn)物具有親電性，可與DNA分子中脫氧腺嚓吟或脫氧鳥嚓吟外環(huán)上的氨基共價結合形成DNA加合物21-22。DNA加合物能夠降低DNA復制精確性并引發(fā)點突變，其誘發(fā)的點突變

9、也以堿基顛換為主。DNA復制過程中加合堿基對應位點除了脫氧胸腺啼咤的正常摻入，主要是脫氧腺喋吟的誤摻，并且誤摻信號明顯強于正常摻入信號。因此，苯并c菲二氫二醇環(huán)氧化物DNA加合物誘發(fā)的點突變類型主要是A.T一T.A的堿基顛換23。研究證實苯并a花DNA加合物不同異構體致癌及致突能力有差異，誘發(fā)點主要發(fā)生在G:C堿基對上，例如突變類型G.CT.A和G.CA.T24。當這種突變不能夠被生物體本身修復時，就可能導致最終的癌變。因此，這種突變與癌變有緊密的關系，一定程度上是癌變的分子基礎。1.1.3環(huán)境光化學基礎地球的光能來自太陽的輻射。太陽發(fā)射的電磁輻射幾乎包含了整個電磁波譜，其最大值在電磁波的可見

10、光范圍(400一800nm)，它們占總發(fā)射能量的50%，紫外光(200一400nm)占7%，紅外輻射(0.8一4.0nm)占43%。太陽輻射高能量部分波長小于290nm 的光子因被N2、O2和O3的吸收而不能到達地面。大于800nm 長波輻射(紅外線部分)幾乎完全被大氣中的水蒸氣和CO2所吸收。到達地球表面的紫外波長在290-360nm，可以分為Uv一(320一360nm)區(qū)和Uv一B(290一320nm)區(qū)。因此只有波長290一800nm的紫外和可見光波段透過大氣到達地面。正是這些源源不斷的光引發(fā)了很多光化學反應，給地球帶來了勃勃生機。光合作用是典型的光化學過程，它和地球上的生命幾乎是同時存

11、在的。太陽對地球的輻射，提供了植物和部分微生物進行光合作用時所需要的能量，最終演化成地球為生物界特別是人類和高等動物生存所需要的能源、食物源和生態(tài)環(huán)境。光合作用、動物的視覺以及由此引申和演化出來的太陽能利用、信息存儲和傳遞，一直都是光化學研究的重要領域。環(huán)境光化學是研究環(huán)境中化學物質(zhì)在光作用下的化學特征、行為和效應以及利用光化學的原理與方法控制化學污染的一門學科。環(huán)境光化學是環(huán)境化學的一個重要分支和前沿領域。環(huán)境光化學涉及的研究內(nèi)容多而復雜，主要包括以下內(nèi)容25：(1)自然環(huán)境介質(zhì)中的光化學通常大氣 、水體、土壤和植物表面的光化學被認為是環(huán)境光化學的主要組成部分，研究的內(nèi)容包含以下幾個方面:

12、大氣光化學:大氣中化學物質(zhì)在陽光下發(fā)生的化學過程，主要涉及對流層、平流層中痕量組分的大氣光化學、自由基反應;大氣水相中微量化學成分及氣溶膠等顆粒物的光化學反應;大氣污染的光化學煙霧模式等。 水環(huán)境光化學:水體表面透光層中化學物質(zhì)的光化學反應；水中有機物光化學降解；光化學過程對溶解有機質(zhì)等有機物遷移轉(zhuǎn)化的影響；不同形態(tài)金屬的光化學反應及氧化還原循環(huán);水生生物引發(fā)和參與的光化學過程等。 土壤和植物表面光化學:土壤和植物表面農(nóng)藥、殺蟲劑以及PTS等有機物的光降解;光化學過程對化學物質(zhì)從土壤表面向大氣遷移的影響等.(2) 環(huán)境光生物化學主要研究化學物質(zhì)發(fā)生的光化學反應產(chǎn)生的生態(tài)效應及其化學原理、過程和

13、機制;生物引發(fā)或參與的光化學過程及其對某些元素的生物地球化學循環(huán)的影響。(3) 污染控制光化學污染控制光化學是一個新興的污染控制化學領域，它研究與污染控制有關的光化學機制與工藝技術中的光化學基礎性問題，以便最大限度的控制化學污染，為開發(fā)經(jīng)濟高效的污染控制技術提供科學依據(jù)。1.2多環(huán)芳烴的光降解進入水體中的PAHs類污染物，其存在形態(tài)和環(huán)境行為受各種自然因素的影響而發(fā)生變化，在水體中的遷移轉(zhuǎn)化、歸趨過程也一直是環(huán)境界研究的熱點。其中光化學降解過程是PAHs從水環(huán)境中消失的重要途徑，是指有機污染物在自然光等各種環(huán)境因素的作用下，濃度及毒性降低的一系列過程，是自然降解的重要組成部分。有研究表明，在自

14、然條件下，一些不易生物降解的復雜有機物易于發(fā)生光降解，某些石油污染物也可以先通過光降解轉(zhuǎn)化為易被生物降解的物質(zhì)從而從水體中去除，因此光降解對污染水體的凈化具有重要作用26-28。在自然條件下，水體中的污染物可能發(fā)生兩種類型的光降解，一種是直接光降解，另一種為光敏化降解，即由水體中存在的某種中間介質(zhì)先吸收光子，然后或者經(jīng)過電子轉(zhuǎn)移過程把能量傳給污染物，或者轉(zhuǎn)化形成具有反應活性的光氧化劑，這些光氧化劑再與有機物進行一系列其它反應，從而使污染物濃度或毒性降低。有研究表明，水體中的溶解性有機物(DOM)吸收太陽輻射以后，可以產(chǎn)生一些短暫存在的活性物質(zhì)作為光氧化劑，如·OH、RO2·

15、,O2等，它們能使某些污染物質(zhì)發(fā)生氧化反應29；另一方面，由水體中DOM可以形成一系列的較為穩(wěn)定的光氧化劑，如過氧化氫(H2O2),烷基過氧化物(ROOH)和過酸RC(O)OOH等30。1.3研究進展1.3.1 PAHs光降解影響因素光降解是影響污染物在水體中降解轉(zhuǎn)化的重要機制，一些不易發(fā)生生物降解的復雜有機物可能發(fā)生降解。某些難降解有機物也可以先通過光降解轉(zhuǎn)化為易被生物降解的物質(zhì)從而從水體中去除。在自然條件下，由于水體是一個難以控制的開放系統(tǒng)，有機物的光降解受各種因素共同的影響，過程復雜，許多學者對影響PAHs光降解的因素進行了室內(nèi)模擬實驗。1.3.1.1光源不同種類有機物的化學結構差異決定

16、了其對不同波段光線的吸收及利用程度有所不同，對于PAHs，芳環(huán)和共轆雙鍵可以形成具有紫外可見吸收特征的發(fā)色團。因此化合物的吸收光譜與光源光譜的重疊程度決定了其對光輻射的利用程度。Matthew等對幾種不同PAHs的光降解實驗表明由于其激發(fā)光譜與不同波譜組成的光源間重疊的差異而表現(xiàn)出不同的光解速率31。而對富含腐殖質(zhì)的天然水體研究中發(fā)現(xiàn)32，水體表層激發(fā)態(tài)腐殖質(zhì)的濃度為10-15- 10-13mol/L，其正比于水體紫外吸收系數(shù)，說明影響腐殖質(zhì)光敏化反應的最主要波段是陽光中的紫外區(qū)。在自然降解的模擬實驗中，如何有效的模擬自然環(huán)境是實驗中遇到的一個點。太陽光是光解實驗中可以利用的自然光源，但日照強

17、度隨一天中時間的變化而變化，而且光強度受地區(qū)緯度的影響，因此，為保證試驗的重現(xiàn)性，目前進行的大多數(shù)光解模擬試驗中，采用了錫鹵燈、鈉燈、汞燈、氨燈等人工光源，還可以采用特定的玻璃過濾裝置去除不符合條件的那部分波長的光，或應用透鏡調(diào)整光強。有的試驗還同時采用了多種類型的人工光源照射，一般的實驗過程中使用汞燈和氛燈及必要的濾光介質(zhì)組合即可滿足實驗需要，即產(chǎn)生大于300nm的模擬太陽光紫外一可見區(qū)連續(xù)光譜33。Murthy等采用高壓汞燈(125W)配以pyrex耐熱玻璃水冷套作為二290nm模擬太陽光源34。Matthew等的實驗中則采用了氮燈(300W)，然后通過18cm水柱除去紅外光，再經(jīng)過一系列

18、可選擇的濾鏡，對某些波長光進行削弱以盡量模擬太陽光波譜。但為了更好的反映實際環(huán)境特點，也有必要在自然條件下進行光降解試驗，即不采用這些模擬光源，而直接把反應裝置放到室外，用當?shù)靥柟膺M行照射，考察不同時段的降解情況在模擬實驗過程中，多是先測定當?shù)靥柟夤鈴姡{(diào)整光源與反應容器之間的距離使反應溶液表面紫外光強和實際光強相符;同時應用冷卻水浴保證反應過程中的溫度恒定，并在反應容器下放置磁力攪拌器，以確保反應物質(zhì)通過攪拌處于均勻狀態(tài)35。1.3.1.2溫度對于有機污染物光降解過程而言，水體溫度仍存在相當?shù)挠绊懀邷囟饶軌蛟黾臃肿雍?#183;O2等自由基的擴散和相互碰撞力度，加速了電荷轉(zhuǎn)移復合物的

19、生成和解離，王連生等對苯并(a)蕙和9, 10一二甲基蔥的光解實驗表明隨水溫的升高反應速率增加36。唐玉斌等通過對的光降解實驗中也發(fā)現(xiàn)光解速率常數(shù)隨水溫的升高而增加。Jacek等對菊的實驗也表明它們反應速率都隨溫度的增加而增大，從80C -42的變化范圍內(nèi)的光解速率甚至增加了將近三倍37。因此在探尋某一單一環(huán)境要素的影響時有必要保持溫度的恒定。1.3.1.3環(huán)境介質(zhì)環(huán)境介質(zhì)對其中的PAHs的光化學行為有很大影響，介質(zhì)化學組分對PAHs光降解的影響主要體現(xiàn)在3方面:(l)對光的衰減或屏蔽作用(物理作用)，對于土壤、顆粒物、植物等固體表面，這種作用很明顯。(2)光催化作用.。例如，土壤和空氣顆粒物

20、中可能存在TiO2、CdS、ZnO和Fe2O3等半導體催化劑，這些催化劑吸收光子后，通過系列反應，可以生成活性很強的物種，導致PAHs的降解。(3)參與光化學反應，起促進或抑制的作用。水中的無機離子、溶解性有機物質(zhì)(DOM)、腐植酸、表面活性劑等，對不同分子結構的PAHs的光解有不同的影響。這方面的機理很復雜，如果是促進PAHs光解，一些物質(zhì)可能起到了敏化(傳遞激發(fā)能給PAHs分子)或催化的作用。環(huán)境介質(zhì)中的一些有機成分，有可能參與PAHs的光化學反應中。但是環(huán)境有機質(zhì)的成分十分復雜，而且大多數(shù)的成分不容易確定，因此研究環(huán)境有機質(zhì)對PAHs光化學行為的影響就十分困難。為了研究的方便，常常使用有

21、機溶劑模擬環(huán)境有機質(zhì)，研究PAHs在其中的光化學行為。Corckova和Ciganek使用二氯甲烷和異辛烷作為溶劑研究PAHs和硝基PAHS的光降解。研究發(fā)現(xiàn)無論是PAHs和硝基PAHs在二氯甲烷中的光解速率都要大于在異辛烷中的光解速率。LehtO等人使用乙睛和二氯甲烷作為溶劑研究了蔡、菲、蔥和花的光化學行為。實驗發(fā)現(xiàn)PAHs在二氯甲烷中的光解速率要大于乙睛中的光解速率。1.3.2 多環(huán)芳烴分析測定氣相色譜法是在以適當?shù)墓潭ㄏ嘧龀傻闹軆?nèi)，利用氣體（載氣）作為移動相，使試樣（氣體、液體或固體）在氣體狀態(tài)下展開，在色譜柱內(nèi)分離后，各種成分先后進入檢測器，用記錄儀記錄色譜譜圖。 在對裝置進行調(diào)試后

22、，按各單體的規(guī)定條件調(diào)整柱管、檢測器、溫度和載氣流量。進樣口溫度一般應高于柱溫30-50度。如用火焰電離檢測器，其溫度應等于或高于柱溫，但不得低于100度，以免水汽凝結。色譜上分析成分的峰的位置，以滯留時間（從注入試樣液到出現(xiàn)成分最高峰的時間）和滯留容量（滯留時間×載氣流量）來表示。這些在一定條件下，就能反應出物質(zhì)所具有特殊值，并據(jù)此確定試樣成分。 根據(jù)色譜上出現(xiàn)的物質(zhì)成分的峰面積或峰高進行定量。峰面積可用面積測定儀測定，按半寬度法求得（即以峰1/2處的峰寬×峰高求得）。峰高的測定方法是從峰高的頂點向記錄紙橫座標準垂線，找出此垂線與峰的兩下端聯(lián)結線的交點，即以此交點至峰頂點

23、的距離長度為峰高。 1.4主要研究內(nèi)容 本文旨在建立將多環(huán)芳烴芴從水樣中提取出來的方法；采用氣相色譜儀（FID檢測器）建立了一種水樣中芴的定量分析方法；在實驗室條件下，利用氙燈模擬自然光源，初步考察了在不同光強度下，芴的光解動力學。2 實驗部分2.1實驗材料與方法材料：固體芴(fluorene) C13H10環(huán)數(shù)分子量熔點/ºC沸點/ºC溶解度/mg/L3166.21162951.9方法：光照實驗光降解實驗在Suntest CPS+太陽光模擬器改裝的光化學反應儀內(nèi)進行。Suntest CPS+太陽光模擬器輸出與太陽光到達地球表面的紫外可見光范圍十分接近。把內(nèi)裝有芴水樣的石英

24、反應管水平放置在控溫水浴中，水面比石英反應管高出大約20 mm。溫控水浴正好在光化學反應儀照射室的下方。水浴溫度和水的循環(huán)采用循環(huán)水泵來控制，溫度變化在士1。同時配制相同的樣品分裝在幾只石英反應管中，在同樣的條件下照射，對管中樣品進行測定。平行的黑暗對照實驗采用相同的石英反應管，包裹鋁箔紙置于黑暗處。光化學反應儀及其溫度控制、石英反應管詳見圖2-1，2-2。樣品配制好以后，用玻璃移液管(10 mL)轉(zhuǎn)移到石英反應管中。光化學反應儀中氙光燈的輸出功率為765 W。照射在石英反應管表面的入射光的照射強度和光譜性質(zhì)用OL-754分光輻射計（Optronic Laboratories）監(jiān)測。圖2-1

25、照射設備示意圖Fig 2-1 Schematic diagram of irradiation equipment 圖2-2 石英反應管示意圖Fig 2-2 Schematic diagram of quartz reaction vessel2.2實驗儀器與試劑2.2.1 實驗儀器設備 表2-1實驗儀器設備Table 2-1 Experimental equipment儀器 型號及生產(chǎn)廠家電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG-9070A, 上海一恒科技有限公司電子天平 AB204-S/A, 瑞士梅特勒公司箱式電阻爐 龍口市電爐制造廠Millie-Q純水機 Gradient A10, Millipore

26、 Corporation, Bedford, USASHZ-III型循環(huán)水真空泵 SHZ- 上海亞榮生化儀器廠SA-II型凈化空氣泵 山東省化工研究所GC2010氣相色譜儀 （日本島津公司）配FID檢測器AgiLent HP-5彈性石英毛細管柱 30m×0.32mm×0.25µm超聲波清洗儀 KS-3000, 寧波科生儀器廠微量進樣器 10µl，SGE公司SUNTEST CPS+型光化學反應儀 德國ATLAS公司旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 Laborite 4000, HeidoLph Instruments GmbH & Co KG, Germany冷卻水循環(huán)

27、裝置 CA-1111型，上海愛朗儀器有限公司y實驗前準備工作 有機試劑（二氯甲烷、正己烷）的精餾提純分析純的丙酮在使用前用全玻璃系統(tǒng)重蒸提純。 無水硫酸鈉將無水硫酸鈉用丙酮洗三次，放入馬弗爐中在450下灼燒4h，待冷卻至室溫后將其放入干燥器中保存待用。(3) 氯化鈉將氯化鈉放在馬弗爐中在450下灼燒6h，待冷卻到室溫后將其放入干燥器中保存待用。（4） 器皿清洗將器皿放入超聲波清洗機內(nèi)超聲處理20min后，依次用自來水，去離子水沖洗干凈，然后將其放入馬弗爐中在450下灼燒4h；對于不能進行灼燒處理的容器，對其進行超聲處理后，先用重鉻酸鉀-濃硫酸洗液過夜浸泡，然后依次用自來水、去離子水沖洗干凈。2

28、.2.2 實驗試劑表2-2 實驗試劑Table 2-2 Laboratory Reagent試劑 規(guī)格 廠家二氯甲烷 分析純 天津市巴斯夫化工有限公司正己烷 分析純 天津博迪化工股份有限公司六甲苯 純度99.5% 上海晶純試劑有限公司芴 純度99.5% 上海晶純試劑有限公司丙酮 分析純 煙臺三和化學試劑有限公司硫酸鈉（NaSO4） 分析純 天津市博迪化工有限公司氯化鈉（NaCl） 分析純 青島市化學試劑公司試驗廠封口膜 PARAFILM，American National Can鋁箔 聲科家居用品有限公司2.3 反應溶液介質(zhì)和溶液的配制（1）內(nèi)標液六甲苯 28.8mg/L: 用分析天平稱取2.

29、8800mg六甲基苯試劑，加入到100mL容量瓶中，加入正己烷定容，配制28.800mg/L的六甲基苯儲備溶液，用封口帶封口放在冰箱里備用。（2）芴標準儲備液：準確稱取0.0001g固體芴于50mL容量瓶中，二氯甲烷定容至刻度，即可得到200µg/mL的芴標準儲備液。儲備液配好后必須置于冰箱中保存，否則芴易揮發(fā)而濃度越來越低；（3）實驗室提供的分析純試劑二氯甲烷和正己烷、丙酮都要在各自的沸點下重蒸后才能用于實驗中；（4）對實驗室提供的氯化鈉和硫酸鈉，用重蒸后的二氯甲烷浸泡一定時間，旋蒸，待樣品呈松散顆粒狀時取出，裝在玻璃瓶中錫箔紙封口于馬弗爐中450ºC灼燒4個小時。取出后

30、置于干燥器中。2.4 實驗步驟（1）儀器： 旋蒸儀，加熱裝置，冷凝水箱，氮吹儀，氣相色譜儀，電子天平，鑰匙，50µL、10µL進樣器各一支，分液漏斗，容量瓶，量筒，梨形瓶，膠頭滴管，移液管，燒杯等,樣品瓶；（2）試劑： 二氯甲烷（重蒸），正己烷（重蒸），氯化鈉，無水硫酸鈉，內(nèi)標六甲苯（0.0288mg/mL），芴樣品（20µg/mL）；2.4.1芴樣品的配制 用移液管準確移取2.5mL芴標準儲備液于一個25mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，既可得到20µg/mL的芴樣品。2.4.2 液液萃取實驗原理 多環(huán)芳烴在有機溶劑中的溶解度很大，而在水中的溶解度卻

31、很小，只有1.9mg/L。為了測定光照對水體中的多環(huán)芳烴降解程度的影響，需首先用水把溶解在有機溶劑二氯甲烷中的芴萃取出來。2.4.3 萃取實驗準備空白試驗 步驟：分別稱取約1.5g氯化鈉于兩個小燒杯中，用蒸餾水溶解并轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。之后把它們轉(zhuǎn)移到兩個250mL分液漏斗兩個漏斗中分別加入10mL、20mL二氯甲烷，充分震蕩，靜止待分層穩(wěn)定后把下層油狀液體轉(zhuǎn)移至梨形瓶中，重復上述操作三次以保證萃取盡量完全。分別稱取約1.7g、3.5g無水硫酸鈉于兩個梨形瓶中，充分震蕩以使水分被盡量吸收，靜置，用滴定管把溶液轉(zhuǎn)移至另一個梨形瓶中，注意不要把無水硫酸鈉顆粒吸入滴定管。因

32、為加入的二氯甲烷較多時，分液時帶出的水量也會較多，所以，當二氯甲烷的量加倍時，用于去水的無水硫酸鈉的量也應該加倍。把梨形瓶放在旋蒸儀上旋蒸至近干，取下用少量正己烷沖洗梨形瓶內(nèi)壁，并將其轉(zhuǎn)移至小樣品瓶中，注意不要超過樣品瓶體積的2/3。把樣品瓶在氮吹儀下氮吹至近干后，用50µL進樣器注入50µL內(nèi)標和50µL正己烷。用10µL進樣器向氣相色譜儀中進樣1µL，觀察出峰狀況，判斷蒸餾水中是否含有多環(huán)芳烴，是否符合實驗要求，溶劑正己烷在第2-5min出峰，內(nèi)標六甲苯在13-14min時出峰。2.4.4 芴工作曲線的繪制利用200µg/mL的芴

33、標準儲備液配置工作曲線系列濃度 系列的濃度如表2-3 表2-3 芴工作曲線系列Table 2-3 Fluorene working curveseries編號濃度/µg/mL移取原樣量/µL正己烷/µL內(nèi)標/µL110101405022020130503404011050460609050580807050 按濃度從低到高的順序依次用10µL的進樣器進樣，進樣量為1µL，觀察出峰情況，并記錄各個濃度的目標物和內(nèi)標物的出峰面積，經(jīng)初步計算繪制工作曲線。2.4.5 萃取實驗（1）實驗因子氯化鈉NaCl用移液管分別準確移取0.5mL 20&

34、#181;g/mL的芴樣品于四個100mL容量瓶中，并將容量瓶置于氮吹儀下，小流量氮氣氮吹。待吹至近干后，加入0， 1.5g，3.0g，4.5g氯化鈉（NaCl）蒸餾水定容，震蕩后靜置2-5min。把溶液轉(zhuǎn)移到250mL分液漏斗中，向四個漏斗中均加入10mL二氯甲烷（CH2Cl2），按上述空白實驗（3）的步驟重復上述實驗過程-；用10µL進樣器向氣相色譜儀中進樣1µL，觀察出峰情況。注意每次進樣之前和之后都要用正己烷洗針，芴在16-17min時出峰。（2）實驗因子二氯甲烷CH2Cl2用移液管移取0.5mL芴樣品于三個100mL容量瓶中，氮吹至近干，加入3.0g氯化鈉，蒸餾水

35、溶解定容，轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，三個分液漏斗中分別加入10mL，20mL，30mL二氯甲烷萃取。重復空白實驗（3）的步驟-。樣品前處理流程圖：水相丟棄水樣+芴儲備液用二氯甲烷萃取有機相水相旋蒸至小于1mL有機相用二氯甲烷提取兩次靜置分層合并有機相加入氯化納加硫酸鈉干燥轉(zhuǎn)移到進樣瓶中用二氯甲烷洗滌23次氮氣吹至微干，加入內(nèi)標，正己烷定容，衍生化GC分析2.4.6 光降解實驗（1）對照：同樣的條件下做四個平行樣不進行光解，用錫紙完全包住降解管，置于黑暗處分別放置0.5h，1.0h，1.5h，2.0h。重復水萃步驟。（2）準確移取0.5mL20µg/mL的芴樣品于100mL容量瓶中，平行做五份

36、，氮氣吹干，各加入一定量的氯化鈉，蒸餾水溶解定容。用10mL移液管將其轉(zhuǎn)移到100mL光降解管中，用錫箔紙把光降解管的口包住并用封膜封口，放在光解儀中降解。為了保持溫度和pH的恒定以保證實驗是單一因子變量的實驗，光降解儀需要連接冷凝水箱，光降解管置于溫度恒定為25ºC的水中，降接管內(nèi)芴樣溶解氧達到飽和，pH為66.5，在光強500的條件下，四個光解管分別光照0.5h，1.0h，1.5h，2.0h。光解完成后取出光解管，把溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中至刻度，之后轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，四個樣品中均加入20mL二氯甲烷，重復上述水萃取步驟。其他條件不變，把關照強度分別改變?yōu)?00和700，重復

37、上述光解過程和萃取過程。 向氣相色譜儀中進樣檢測，對比在同一光照強度下經(jīng)同樣的時間段后，光照過的目標物和內(nèi)標物的峰面積與未照射的面積的變化，以及在不同光強同樣的照射時間后峰面積的變化。2.5質(zhì)量控制與質(zhì)量保證為了保證方法的準確性和可行性，本論文通過全過程空白實驗考察分析所用儀器和試劑的影響。其次，為了考察方法的準確度，采用空白加標實驗來控制實驗數(shù)據(jù)的準確性。將硅膠置于馬弗爐中于450灼燒4h，待冷卻至室溫后放入干燥器中密封保存，作為空白樣品備用。稱取5.0g空白樣品放入離心管中，然后準確加入0.5mL目標物的標準混合溶液。待溶劑揮發(fā)完全后加入1g高純銅粉和10mL CH3OH，按照本實驗確定的

38、最佳條件進行前處理，最后將提取液用正己烷定容至100L，并加入20L的內(nèi)標溶液。將提取液進色譜儀分析后，用內(nèi)標法以峰面積比定量，求出各目標組分的回收率及相對標準偏差。共分兩個濃度水平(1µg·mL-1和100 ng·mL-1) 進行空白加標回收率實驗，每個濃度水平分別做4個平行樣。2.6色譜條件（1）本實驗色譜條件為：進樣口溫度：250檢測器溫度：250尾吹流速：30mL·min-1H2壓力：70kPa空氣壓力50kPa載氣為高純氮氣柱流速：1.59mL·min-1（2）程序升溫過程：3 實驗結果與討論3.1 芴工作曲線芴工作系列的濃度，各個濃

39、度的目標物和內(nèi)標物的峰面積如表3.1所示，表3-1芴工作曲線濃度系列Table3-1 Fluorene working curve concentration series編號濃度/µg/mL樣品瓶中的量/µg內(nèi)標物峰面積As目標物峰面積AiAi/As1102204207.5215193.91.05382204215802.5482978.72.29063408207407.711318865.457346012197793.116118568.149258016192539.5212596311.0417做面積比與芴的濃度的關系曲線，如圖3-1 圖3-1 芴工作曲線Fig

40、 3-1 Fluorene working curve 做濃度系列中各樣品瓶中的芴量與面積比的關系曲線，如圖3-2， 圖3-2 芴工作曲線Fig 3-2 Fluorene working curve標準曲線符合實驗要求，R2可達到0.999，3.2 液液萃取實驗3.2.1 空白實驗（1）全程空白：加入10mL二氯甲烷，約1.7g無水硫酸鈉，3.0g氯化鈉，不加芴樣品，向氣相色譜儀中進樣，觀察出峰，可以看到：空白樣中，沒有明顯的雜質(zhì)峰出現(xiàn)，不會對測定造成干擾，因此正己烷和蒸餾水都符合實驗要求。（2）芴樣空白：加入一定量芴的儲備液，其他條件同全程空白實驗圖3-3 全程空白色譜圖Fig3-3 Who

41、le blank chromatogram圖3-4芴樣空白色譜圖Fig3-4Fluorene sample blank chromatogram由圖可知：芴樣品中的微量有機物不會對測定造成干擾，符合實驗要求。3.2.2 水萃取實驗3.2.2.1 實驗因子氯化鈉 四個樣品中均加入0.5mL20µg/mL的芴樣品，10mL二氯甲烷，分別加入0,1.5g，3.0g，4.5g氯化鈉，觀察目標物峰面積的變化以及對萃取效率的影響。把所得到的目標物與內(nèi)標物的面積比值代入標準曲線 y=0.3512x+0.2428,求得x值，除以所取的芴的量，即10µg，即可得到萃取效率：x=(y-0.24

42、28)/0.3512， =x/10·100%表3-2 氯化鈉對萃取效率的影響NaCl的量/g01.53.04.5As1488437.6487123.8490725.4487434.82490231.1487926.9487866.3490061.4均值489334.4487525.4489295.9488748.1Ai1798237.21549186.0238985392371803.92768953.21560731.52404417.82419345.3均值783845.21554958.72397135.82395574.6Ai/As1.7023.1894.8994.901效率

43、/%28.3650.4674.2674.29Table3-2 The effects of sodium chloride on Extraction efficiency 00.20.40.60.81.0012345NaCl/gefficiency/%圖3-5 氯化鈉的量與萃取效率的關系曲線Fig3-5 Relation curves of sodium chloride and Extraction efficiency由圖3-5可知：在二氯甲烷的量一定的情況下，隨著氯化鈉用量的增加，萃取效率越來越高，但升高的并不明顯，當所加入的氯化鈉增加一倍時，萃取效率僅升高了20%，當加入的氯化鈉的量

44、為3.0g時，萃取效率達到最大值，即再增大氯化鈉的投加量，效率不再增加。進行之后的實驗時，氯化鈉的設定量即為3.0g。3.2.2.2 實驗因子二氯甲烷 四個平行樣中各加入3.0g氯化鈉，0.5mL芴樣品，分別加入10mL，20mL，30mL，40mL二氯甲烷，進行水萃取實驗。進樣，觀察各個樣的出峰以及峰面積的變化，所得數(shù)據(jù)如下表所示：表3-3 二氯甲烷對萃取效率的影響CH2Cl2/mL10203040As1483336.2486131.7486755.4484892.12484160.5483766.8485231.6484029.2均值483748.4484949.3485993，54844

45、60.7Ai12284026.62943041.52946045.22981553.622302305.72935861.129527032994116.5均值2293166.12939451.32949374.12987835.0Ai/As4.7446.0476.0596.059效率/%72.1190.2390.4191.84 Table3-3 The effects of Methylene chloride on Extraction efficiency 由以上表格中的數(shù)據(jù)分析可知：隨著二氯甲烷用量的增加，萃取效率也不斷升高，但二氯甲烷達到一定的量后升高的非常緩慢，由20mL到40mL

46、，當二氯甲烷的量加倍時，效率才升高了2個百分點，不具有實際應用價值。因此，在該實驗中，二氯甲烷的設定量為20mL。3.2.2.3質(zhì)量保證和質(zhì)量控制空白加標回收率實驗：表3-4列出了兩個濃度水平（10µg·mL-1和1µg·mL-1）的芴標準溶液加入灼燒過的硅膠后的空白加標回收率。表3-4 空白加標回收率及相對標準偏差（n = 4）Table3.2 The blank recoveries and relative standard deviations (n = 4) 目標物加標量/ng平均回收率/%RSD/%芴50080.328.365083.579.

47、173.3 光降解實驗 準備9個100mL容量瓶，編號1至9，向其中分別準確轉(zhuǎn)移0.5mL芴樣品，氮吹至近干，加入3.0g氯化鈉，蒸餾水溶解定容。準備8個光解管，編號1至8，分別把容量瓶1至9號中的溶液轉(zhuǎn)移至光降解管中，使其中的量多于100mL。1到4號光解管用錫箔紙包住置于黑暗環(huán)境中，分別放置0.5h，1h，1.5h,2.0h,5至8號光解管置于光降解儀中在光強500W下分別降解0.5h，1.0h，1.5h，2.0h。待降解完全后，各取100mL轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加20mL二氯甲烷，重復三次萃取；萃取完成后，加入約1.7g無水硫酸鈉去除分液時帶出的水分，旋蒸有機相至近干，將其轉(zhuǎn)移至小樣品瓶中

48、，氮吹至干，加入50µL內(nèi)標和50µL正己烷，于氣相色譜儀中進樣，通過對比峰面積的變化得出芴的光解規(guī)律。 其它條件不變，改變光照強度，使其在光強為600W和700W時分別降解0.5h，1.0h，1.5h，2.0h。 實驗所得到的峰面積如表3-4所示：光照時間為0小時時，內(nèi)標物的峰面積是488306.1，目標物的峰面積是3030176.4，記未經(jīng)照射的樣品中目標物的峰面積為Ai0，t時間照射后的樣品中目標物的峰面積為Ait。對以上數(shù)據(jù)進行初步計算，得到各個光照強度下Ait/Ai0的數(shù)值，如表3-5所示：表3-5 各光照條件下的峰面積Table3-5 The peak area

49、 of lighting conditions光照條件0.5h1h1.5h2.0hAsAiAsAiAsAiAsAi黑暗482811.93006566.3482013.43002041.0482709.53006317.3481979.53001176.4500W489232.52262345.7415855.41299971.7443019.3343663.7416431.9207474.1600W441273.31826541408784.1895564.0401963.2267410.6415396127603.9700W471061.21353982.6455947.9903303.74

50、35327.6212190.5427204.591853.3表3-6 黑暗條件下時間對光解效率的影響Table3-6 Dark conditions the effect of time on Light degradation efficiency光照時間/hAi/As芴量/µg-ln(Ct/Co)光解率/%06.24649.30140.56.22729.27460.0028840.2881.06.22819.27590.0027450.27411.52.06.22806.22689.27579.27400.0027630.0029480.27590.2944 作時間與芴的量的關系

51、圖 圖3-6 黑暗時芴的量與放置時間的關系Fig3-6 Dark conditions the Relation curves of quantity and time由以上數(shù)據(jù)可知：多環(huán)芳烴在黑暗條件下降解很少，可認為不發(fā)生降解，因此光照條件下的降解可認為全部是由光照引起的。 表3-7 光強為500時光照時間對光解效率的影響Table3-7 the effect of time on light degradation efficiency when light intensity is 500光照時間/hAi/As芴量/µg-ln(Ct/Co)降解率/%06.24649.3014

52、6.9860.54.62427.04340.278129.5661.03.12604.95780.629250.4211.50.77571.68631.707683.1372.00.49821.30001.967887.000 作降解率與時間的關系曲線 圖3-7 光強500W時光解降解率與時間的關系曲線Fig3-7 the Relation curves of The photodegradation efficiency and time when Light intensity is 500作-ln(Ct/Co)與時間的關系圖圖3-8 光強500W時-ln(Ct/Co)與時間的關系Fig3

53、-8 the Relation curves of ln(Ct/Co) and time when Light intensity is 500由圖3-6可知，光強500時芴的光降解速率常數(shù)為0.97。表3-8 光強600W時時間對光降解效率的影響Table3-8 the effect of time on light degradation efficiency when light intensity is 600光照時間/hAi/As芴量/µg-ln(Ct/Co)降解率/%06.24649.30146.9860.54.13926.36820.378836.321.02.1908

54、3.65600.554963.441.50.66531.53251.8032584.672.00.30721.03412.186689.66圖3-9 光強600W時光解效率與時間的關系曲線Fig3-9 the Relation curves of Thephotodegradation efficiency and time when Light intensity is 600圖3-10光強600W時-ln(Ct/Co)與時間的關系Fig3-10 the Relation curves of ln(Ct/Co) and time when Light intensity is 600 由圖3-8可知：光強600W時芴的光