绪论
一、教学目的
在教师的指导下自主完成水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置、环境工程微生物学、环境监测等课程的实验，将理论与实验相结合，加深对环境监测、水污染处理、大气污染处理、固体废物处理等基本原理的理解，培养组织实验、分工协作的能力，掌握仪器设备的操作使用方法和实验数据处理方法。
二、教学任务
（1）通过实验，加深对水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置、环境工程微生物学、环境监测等基本概念、现象、规律及基本原理的理解。
（2）掌握水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置、环境工程微生物学、环境监测等的实验方法；能够正确选取设备、监测仪器等，正确操作水、气、固净化装置，调整运行参数；能够对水、气、固净化装置运行过程出现的问题提出解决方案。
（3）能够独立设计实验，选取正确指标、采用正确的监测方法，对水、气、固净化装置效率进行正确表达，应用作图软件进行结果处理，分析实验结果，验证或拟合模型参数，获取有效结论，并能够针对实验异常现象分析原因，提出解决方案。
（4）能够在小组中承担相应的实验任务，具有团队合作精神和大局意识，与小组成员积极配合，安全顺利地完成实验任务。
（5）能够将实验预习、实验操作、数据处理及对实验结果的深入分析讨论等以较好的逻辑性呈现在实验报告中，通过撰写实验报告，巩固所学理论知识，培养科技论文的写作能力。
（6）在教师指导下完成各课程实验，完成环境噪声监测实验、活性污泥性质及污泥比阻测定实验、混凝实验、滤池/沉淀池实验、废水可生化性实验、曝气设备充氧能力的测定、固体废物化学性质测定实验、垃圾焚烧和有机固体废物堆肥虚拟仿真实验、粉煤灰中有效硅或有效钙/镁的测定实验、化学需氧量（COD）的测定、五日生化需氧量（BOD5）的测定、氨氮测定、大气中氮氧化物的测定、模拟有机废气的催化净化实验、废气吸附处理实验、水中细菌菌落总数和大肠菌群数的测定、空气中悬浮颗粒物的测定等必修实验。在教师指导下完成膜法水处理实验、干法/半干法脱硫灰渣中的亚硫酸盐含量的测定方法、污染土壤中多环芳烃的测定等选做实验。
三、实验要求
（1）课前准备。课前预习实验内容，掌握实验目的、原理，了解实验材料、实验仪器及实验步骤，写好预习报告。并准备好实验服、护目镜等防护用品，以保证实验安全。
（2）实验前认真听教师讲解和演示，了解实验注意事项，对实验的试剂、仪器操作及实验步骤做到心中有数。实验操作时遵守实验守则，规范操作，认真观察实验现象，做好实验记录。实验结束后，要将仪器设备复位，清洗用过的玻璃仪器，清理实验台，保持实验室干净整齐。
（3）采用合适的方法对实验数据进行处理，绘制图表，对所得到的实验数据进行分析，得出合理的结论。
（4）完成实验后应独立撰写实验报告，实验报告的内容应包括实验目的、实验原理、实验仪器设备、实验材料、实验步骤、实验数据记录及处理、实验结果与误差分析、思考题或讨论题等。
第一章 样品的前处理
环境样品具有被测浓度低、组分复杂、干扰物质多、易受环境影响而变化等特点，特别是许多复杂样品以多相非均一态的形式存在，如大气中所含油气溶胶和浮尘，废水中含有的乳液、固体微粒与悬浮物，土壤中的水分、微生物、石块等，地表水中分析物浓度很低，在分析前必须富集分析物。所以，复杂的样品在分析测定之前，往往需要进行前处理，以得到待测组分适合于分析方法要求的形态和浓度，并与干扰性物质*大限度地分离。
第一节 样品前处理的目的
（1）浓缩痕量的被测组分，提高方法的灵敏度，降低检测限。因为样品中待测物质浓度往往很低，难以直接测定，经过前处理富集后，就很容易用于各种仪器分析测定，从而降低测定方法的检测限。
（2）去除样品中的基体与其他干扰物质，提高方法的灵敏度，否则基体产生的信号将部分或完全掩盖痕量被测物的信号，不但对选择分析方法*佳操作条件的要求有所提高，而且增加了测定的难度，容易带来较大的测量误差。
（3）衍生化反应使被测物转化成为检测灵敏度更高的物质，提高了方法的灵敏度和选择性。衍生化通常还用于改变被测物的性质，提高被测物与基体或其他干扰物的分离度，从而达到改善方法灵敏度与选择性的目的。
（4）减小样品的质量与体积，便于运输与保存，而且可以使被测组分保持相对的稳定，不容易发生变化。
（5）通过样品前处理可以除去对仪器或分析系统有害的物质，如强酸或强碱性物质、生物分子等，保护分析仪器及测试系统，从而延长仪器的使用寿命。
第二节 样品前处理的方法
样品前处理是一项极其耗时、烦琐且容易引入分析测定误差的过程。样品前处理占用相当多的时间，有的可以占全程时间的70%，甚至更多。因此，近年来样品前处理方法和技术的研究引起了分析化学家的关注。快速、简便、自动化的前处理技术不仅省时、省力，而且可以减少由于不同人员操作及样品多次转移带来的误差，同时可以避免使用大量有机溶剂，减少对环境的污染，所以选择合适的前处理方法对样品的分析起着至关重要的作用。常用的样品前处理方法有消解、提取与富集、固相萃取、衍生化技术等。
一、消解
在进行环境样品（水样、土壤样品、固体废弃物和大气采样时截留下来的颗粒物等）中的无机元素的测定时，需要对环境样品进行消解处理，消解的作用就是破坏有机物、溶解颗粒物，并将各种价态的元素氧化成单一高价态，或转换成易于分解的无机化合物。常用的消解方法有湿式消解法、高压消解法、微波消解法和干灰化法。
（一）湿式消解法
湿式消解法是在氧化性酸和催化剂的存在下，在一定的温度和压力下，借助化学反应使样品分解，将待测成分转化为离子形式存在于消解液中以供测试的样品处理方法。
1. 硝酸消解法
对于较清洁的水样或经适当湿润的土壤等样品，可用硝酸消解。方法要点是：取混匀的水样50～200mL于锥形瓶中，加入5～10mL浓硝酸，在电热板上加热煮沸，缓慢蒸发至小体积，试液应清澈透明，呈浅色或无色，否则应补加少许硝酸继续消解。消解至近干时，取下锥形瓶，稍冷却后加2% HNO3（或HCl）20mL，温热溶解可溶盐。若有沉淀，应过滤，滤液冷至室温后于50mL容量瓶中定容，待分析测定。
2. 硝酸-高氯酸消解法
此法因具有强氧化性，适用于消解含难氧化有机物的样品，如高浓度有机废水、植物样和污泥样品等。方法要点是：取适量水样或经适当润湿的处理好的土壤等样品于锥形瓶中，加5～10mL硝酸，在电热板上加热、消解至大部分有机物被分解。取下锥形瓶，稍冷却，再加2～5mL高氯酸，继续加热至开始冒白烟，如试液呈深色，再补加硝酸，继续加热至浓厚白烟将尽，取下锥形瓶，稍冷却后加2% 硝酸溶解可溶盐。若有沉淀，应过滤，滤液冷至室温后定容，待分析测定。因为高氯酸能与含羟基有机物剧烈反应，有发生爆炸的危险，故应先加入硝酸氧化水样中的含羟基有机物，稍冷后再加高氯酸处理。
3. 硝酸-硫酸消解法
此体系为*常用的消解组合，两种酸都具有较强的氧化能力，且能提高溶液的沸点，增强消解效果。例如，高锰酸钾氧化光度法测定水样中的铬，对于悬浮物较多或色度较深的废水样，取25.00mL混匀样两份置于100mL烧杯中，加入5mL硝酸和2mL硫酸，加热消解直至冒白烟（若试液色深，还可补加硝酸继续消解），蒸发至近干（勿干涸），取下。稍冷，加少量水，微热溶解，定量移入50mL比色管中，用氨水（1 + 9，体积比）调pH至1～2，待测。
此外，还有有利于测定时消除Fe3+等离子干扰的硫酸-磷酸消解法、用于测定汞的水溶液样品的硫酸-高锰酸钾消解法、硝酸-过氧化氢消解法和多元消解方法等。
4. 碱分解法
碱分解法适用于按上述酸消解法会造成某些组分的挥发或损失的环境样品。方法要点是：在各类环境样品中，加入氢氧化钠和过氧化氢溶液或氨水和过氧化氢溶液，加热至缓慢沸腾消解至近干，稍冷却后加入水或稀碱溶液，温热溶解可溶盐。若有沉淀，应过滤，滤液冷至室温后于50mL容量瓶中定容，待分析测定。
（二）高压消解法
高压消解法是将样品和酸放在密闭的消解容器中，在一定的压力和温度下使样品分解。此法适用于难溶的固体样品消解，能提高消解效率，减少因开放环境造成的挥发性组分的损失。
（三）微波消解法
微波消解法于1975年首次用于消解生物样品，但直到1985年才开始引起人们的重视。微波是一种波长范围在1mm～1m、频率为300MHz～300GHz的电磁波。微波加热和传统加热有着本质的区别，微波加热的本质在于材料的介电位移或材料内部不同电荷的极化，以及这种极化不具备迅速跟上交变电场的能力。微波中的电磁场以每秒数亿次甚至数十亿次的频率转换方向，极性电介质分子中的偶极矩的转向运动来不及跟上如此快速的交变电场，引起极化滞后于电场并且极化产生的电流有一与电场相同的相位分量，导致材料内部摩擦而发热，试样温度急剧上升。微波消解通过分子极化和离子导电两个效应对物质直接加热，促使固体样品表层快速破裂，产生新的表面与溶剂作用，在数分钟内完全分解样品。微波消解技术具有样品分解快速、完全，挥发性组分损失小，试剂消耗少，操作简单，处理效率高，污染小，空白低等特点，深受分析工作者的欢迎，被誉为“绿色化学反应技术”。该法适于处理大批量样品及萃取极性与热不稳定的化合物。目前*常用的是密闭式微波消解法。
（四）干灰化法（高温分解法）
干灰化法又称干式消解法或高温分解法。多用于固态样品如沉积物、底泥等底质以及土壤样品的消解。操作过程是：取适量水样于白瓷或石英蒸发皿中，于水浴上先蒸干，固体样品可直接放入坩埚移入马弗炉内，于450～550℃灼烧到残渣呈灰白色，使有机物完全分解去除。取出蒸发皿，稍冷却后，用适量2% HNO3（或HCl）溶解样品灰分，过滤后滤液经定容后，待分析测定。干灰化法的特点：
（1）干灰化法分解样品不使用或使用少量化学试剂，并可处理较大称量的样品，故有利于提高测定微量元素的准确度。
（2）灰化温度一般为450～550℃，不适用于处理测定易挥发组分的样品，灰化所用时间也较长。
（3）根据样品种类和待测组分的性质不同，选用不同材料的坩埚和灰化温度。常用的有石英、铂、银、镍、铁、瓷、聚四氟乙烯等材质的坩埚。原则是坩埚不与样品发生反应并在处理温度下稳定。
（4）通常灰化生物样品不加其他试剂，但为促进分解，抑制某些组分的挥发损失，常加适量辅助灰化剂。样品灰化完全后，经稀硝酸或盐酸溶解供分析测定。
二、提取与富集
（一）挥发和蒸发浓缩
挥发分离法是利用某些组分挥发度大或将欲测组分转变成易挥发物质，然后用惰性气体带出而达到分离的目的。蒸发浓缩是指在电热板上或水浴中加热水样，使水分缓慢蒸发，达到缩小水样体积、浓缩欲测组分的目的。
（二）蒸馏法
蒸馏是从混合液体样品中分离出挥发性和半挥发性的组分，是一种使用广泛的分离方法，根据液体混合物中液体和蒸气之间混合组分的分配差别进行分离。例如，测定水样中的挥发酚、氰化物、氟化物时均需先在酸性介质中进行预蒸馏分离。蒸馏技术也广泛用于色谱分析前样品的精制、清洗或混合样品的预分离。
（三）离子交换法
离子交换法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离。离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂（离子交换树脂）。
（四）共沉淀法
溶液中一种难溶化合物在形成沉淀的过程中，将共存的某些痕量组分一起带出来的现象称为共沉淀。共沉淀的原理基于表面吸附、形成混晶、异电荷胶态物质相互作用及包藏等。
（1）利用吸附作用的共沉淀分离，常用的有Fe(OH)3
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