萘在水溶液中的光化学氧化:实验原理

光解(Photolysis)是指化合物由于光的作用而分解的过程。光解作用是有机污染物真正的分解过程,强烈地影响水环境中某些污染物的归趋,许多研究证明光反应是水体中有机物降解的主要途径之一。光解过程可分为三类:第一类称为直接光解,这是化合物本身直接吸收了光能而进行分解反应,根据Grothus-Draper定律,只有吸收辐射(以光子的形式)的那些分子才会进行光化学转化;第二类称为敏化光解,一个光吸收分子可能将它的过剩能量转移到一个接受体分子,导致接受体的分解反应;第三类是氧化反应,有机毒物在水环境中常遇见的氧化剂有单重态氧(1O )、烷基过氧自由基(RO ·)、烷氧自由基(RO·)或羟自由基(HO·),这些氧化剂与化合物作用而发生氧化分解。

水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包括两方面的内容。一是研究其降解速率及影响因素;二是研究有机污染物降解产物,包括中间产物的毒性大小。需要注意的是,有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的,甚至比母体化合物毒性更大,因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。

稠环芳烃(PAHs)是陆源和水体生态系统中的普遍污染物,其中含有很多致癌性和变异性的成分,对生物体具有很大的毒性和危害。因此,人们对多环芳烃PAHs在水体中的存在及其迁移变化十分关注。萘是PAHs中最简单的一种,具有一定的代表性。

实验原理

萘在紫外光照射下发生光化学反应,其反应历程可能如下。

萘的浓度测定由高效液相色谱仪完成。高效液相色谱是在经典液相色谱的基础上发展起来的。高效液相色谱在技术上采用了高压泵、高效固定相、高灵敏度检测器、柱前(后)衍生化技术和计算机联用,从而实现分析速度快、分离效率高和操作自动化,现已成为检测环境中微量有机污染物的重要方法。

萘光化学反应产物是由气相色谱-质谱联用仪完成。首先利用萘的化学性质,通过有机溶剂萃取,再经过纯化浓缩。采用气相色谱-质谱联用仪,样品首先经过气相色谱柱分离成单一组分,再进入质谱计的离子源,在离子源样品分子被电离成离子,离子经过质量分析器之后按 顺序排列成谱。经过检测器检测后得到质谱,计算机采集并储存质谱,经过适当处理后即可得到样品的色谱图、质谱图等。经过计算机检索后可得到化合物的定性结果,由色谱图还可以进行各组分的定量分析。

本实验以高压汞灯为光源照射萘的甲醇-水溶液。利用高效液相色谱法测定不同时间照射的溶液以确定萘含量的变化,得到萘的光氧化速率常数和其他动力学常数。

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