环境工程环境监测实验教学改革研究*

周化岚 路荣春 施文健

(上海理工大学环境与建筑学院 上海200093)

环境工程环境监测实验教学改革研究*

周化岚 路荣春 施文健

(上海理工大学环境与建筑学院 上海200093)

以上海理工大学环境与建筑学院环境监测实验基地为基础，建立新的实验教学体系，进行实验环节的改革。按照监测实验的理论依据划分为容量法、重量法、电化学分析法、光谱法及色谱法5大类，以提高学生实际运用知识的能力，增强监测实验技能。

1 环境监测实验教学现状

环境监测是高等院校环境工程专业、环境科学专业、给水排水专业的主干必修专业课，在环境类大学课程学习中占据重要的地位［1］。环境监测实验作为环境监测课程的实践环节，对学生掌握环境监测的基本概念、基本理论和主要污染物指标的监测方法等有重要的意义，可让学生明确各种环境监测技术的实际应用，以便胜任日后的工作。以往的环境监测实验教学只是作为环境监测课程的辅助性实验，象征性地做几个，教学效果并不明显。由于环境污染有日趋严重的倾向，环境污染物种类也越来越多，因此在教学中应努力让学生扎实而灵活地掌握环境监测技术，以满足社会发展的需要。针对目前的教学现状，上海理工大学环境与建筑学院对环境工程专业的环境监测实验进行了教学改革，建立了新的实验教学体系。

2 实验基地的建立及特色教学环节

2008年，在上海市教育委员会的支持下，上海理工大学环境与建筑学院建立了环境监测实验基地，通过对传统实验教学方式的改革，采用新的实验教学思路，以便让学生更好地掌握各种环境监测技术。在教学过程中，突出启迪学生思维，重视突出能力培养的特点，将理论知识有机地融入分析实践中，以达到学以致用、培养学生应用能力的目的［2］。

2.1 按监测原理设立实验课程

环境监测实验基地将环境监测的基础理论与实践教学有效地结合在一起，将污染物的监测方法按基本原理进行归类，分成容量法、重量法、电化学方法、光谱法、色谱法。首先介绍其基本原理，然后结合本实验基地的实验事例展示该方法在环境监测中的应用情况，在理论与实践紧密结合的过程中，使学生从基本理论上掌握各类环境监测技术的使用方法。

2.2 具体实验安排

环境监测实验是实践性很强的课程，每个教学环节在讲授时都是以解决实际问题为出发点来引导学生学习。通过这种配套实验的学习，有助于学生理解基本理论并提高应用能力。

2.2.1 容量法在环境监测中的应用

容量法是以滴定分析为基础，根据所加试剂的浓度和体积求算出被测组分含量的测试方法。滴定分析法的特点是操作简便、快速、适用面广。通常根据滴定时所应用的化学反应类型而将滴定分析法分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。在这一环节，安排以容量法为监测理论依据的实验，其中包括化学需氧量的测定、5日生化需氧量的测定、酸度和总碱度的测定、硬度的测定等。每个实验项目的提出都要告诉学生实验目的，启发学生寻找解决问题的思路。例如生化需氧量是重要的水质污染参数，广泛应用于衡量废水的污染强度。当学生熟悉了容量法的基本理论后，再进行动手操作，就容易掌握生化需氧量的测定方法。

2.2.2 重量法在环境监测中的应用

重量法是通过称量物质的质量来确定被测组分含量的一种分析方法。在重量法的学习中，首先讲解重量法的基本原理，然后进行废水悬浮固体和浊度的测定、污水中油的测定、大气中总悬浮颗粒物的测定等实际操作。例如天气预报中的空气质量一项，就是计算TSP(大气总悬浮颗粒)、SO2(二氧化硫)、NO2(二氧化氮)这3种污染物质的污染程度，从而得出某日的空气质量是优、良还是中、差。大气中总悬浮颗粒物测定的实验原理就是基于重量法:抽取一定体积的空气，将其通过已恒重的滤膜，使悬浮微粒阻留在滤膜上;根据采样前后滤膜重量之差及采气体积，计算出总悬浮颗粒物的质量浓度。

2.2.3 电化学分析方法在环境监测中的应用

硝基苯类化合物是污染环境的有毒物质，对人体的造血器官与神经系统均会起损害作用。根据规定，生产车间空气中硝基苯的最高容许量为1mg/m3。石油化工厂、炼焦厂及一些化工厂附近的水体均可能发生硝基苯的污染。进入人体内的硝基化合物可将血红蛋白氧化成大量高铁血红蛋白，形成高铁血红蛋白症，导致组织缺氧，表现为不同程度紫绀。此类化合物在体内的中间产物可使还原型谷胱甘肽减少而致红细胞脆性增加，有的还能直接与红细胞中珠蛋白巯基结合，使珠蛋白变形形成珠蛋白包涵体(即变形珠蛋白小体)，最终导致红细胞破裂发生溶血。苯的硝基化合物还可导致对肝脏的直接(或继发性)损害，也可直接(或间接)引起肾脏损害。由于硝基苯分子结构中的硝基官能团可以在电极上被还原，因而可以用极谱法来测定。学生自己动手进行硝基苯的示差脉冲极谱法测定之后，就更容易掌握此种监测技能。

2.2.4 光谱法在环境监测中的应用

光谱法包括紫外吸收光谱、红外光谱、原子发射光谱、原子吸收光谱等。由于每种方法都有各自的理论基础、仪器构造、应用范围和研究内容［3］，所以这部分内容是环境监测实验原理最多的部分。

讲解了分光光度法的基本原理之后，可配以室内甲醛的测定、废水中酚类的4-氨基安替比林分光光度法测定、大气中二氧化硫的盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定等环境监测实验。在室内甲醛的测定中，可首先告知学生室内空气的重要性，人生大部分时间都是在室内度过的，而甲醛由于被称为室内空气污染的“刽子手”而闻名于世。建筑装修材料中的刨花板、中密度纤维板、胶合板、复合木板等化工产品是室内甲醛的主要来源。目前，监测污染源中的甲醛主要采用分光光度法。又如长期接触低浓度的酚，会引起头昏、出疹、瘙痒、贫血及多种神经系统症状;水中酚含量高于5mg/L会使鱼类死亡。当对水进行氯化消毒时，酚类物质会与氯气反应生成氯代酚类，使水产生明显的臭味。测定酚类化合物的基本原理是:酚类化合物于pH 10.0±0.2介质中，在铁氰化钾存在下，与4-氨基安替比林反应，生成橙红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液在510nm波长处有最大吸收，用光程长为20mm比色皿测量时，酚的最低检出量为0.1mg/L。

2.2.5 色谱法在环境监测中的应用

首先讲解气相色谱和液相色谱法的基本原理，然后配以大气中苯系化合物的气相色谱测定、高效液相色谱法测定环境样品中的多环芳烃等以色谱理论为依据的环境监测实验。

在进行室内苯系物的测定前，首先讲解热解析仪和气相色谱仪的基本原理、仪器构成、操作方法和注意事项等，这样既可以使学生的仪器分析课程得到复习，同时也可以提高学生对各种分析仪器的兴趣。通过讲解，学生普遍反映比课堂上生动，印象深刻，且易于掌握。尽管在课堂上教师通过很多图片对仪器进行讲解，但教学效果往往不是很理想，这主要是因为图片不如实物生动，而且实物还可以进行拆解。在进行苯系物测定时，可以选取苯、甲苯和乙苯3种最常见的污染物进行实验。首先将3种成分的标样配制成3种以上不同浓度的溶液，通常每种浓度之间相差一个数量级。然后从低浓度开始，分别利用活性炭和Tenax TA两种吸附剂对单位体积的标样进行气态模拟采集，按采集的顺序依次进行分析，将分析结果制成标准曲线。接着利用两种吸附剂分别对空气中的苯系物进行采集。通过对两种吸附剂的吸附效果进行比较，学生会发现相同条件下活性炭对苯系物的吸附效果优于Tenax TA。最后利用标样的保留时间对样品中的苯、甲苯和乙苯进行定性，利用标准曲线对其进行定量分析［4］。通过实验，训练了学生的操作技能，也培养了学生的观察能力和对科学实验的兴趣。

3 教学效果

通过在环境监测实验基地的学习，学生可以定期对某一大类环境监测方法进行总结;配合多方位的实验练习，能使学生更好掌握所学理论知识，提升归纳总结能力，在脑海里形成较完整的环境监测技术知识链。同时在教师的指导下，学生通过查阅相关实验资料，既能锻炼自学能力，也能培养对科学实验的兴趣。

通过在环境监测实验基地的学习，学生不仅能更好地掌握环境监测实验技术，而且可以对于书中没有涉及的环境污染物提出测试方法，并自行设计实验方案。学生通过所学的知识和实验技术解决实际问题，可提高做实验的积极性和主动性，并能提高分析问题和解决问题的能力，对于以后从事科研活动或将来适应社会都有很大的帮助。

［1］ 陈玲，赵建夫，仇雁翎，等.环境监测.北京:化学工业出版社，2003

［2］ 王安亭，孙雪萍.大学化学，2008，23(5):20

［3］ 林洪，李海涛，黄齐林，等.大学化学，2008，23(4):24

［4］ 施文健，周化岚，闻海峰，等.环境监测实验技术.北京:北京大学出版社，2009

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