v杯赛参赛作品香烟气中有害物质的半定量分析

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1、2016/1/1585072402@qq.comV16036V杯赛参赛作品香烟气中有害物质的半定量分析徐卫瑛1赵琦2（1.杭州市源清中学，浙江杭州，310015；2.杭州第九中学）一、研究背景手持技术是将传感器运用于教育实践，实现集数据采集与分析一体化的数字实验系统。该技术运用于中学化学教学，扭转了传统实验教学以定性实验为主体的现状，简化了定量实验繁琐的操作步骤，实现了数据处理微机化。应用于研究性学习，成为学生获得定量操作的简便途径，为接触工科机电一体技术奠定基础。香烟及其烟雾中含有3800多种化合物，其中有毒物质达几百种，至少有43种是

2、致癌物质。在学校和公共场所，应该禁止吸烟。但是部分烟民不能很好的认识公共场所禁烟的重要意义，甚至暴力抗拒劝烟。本实验方案综合利用了二氧化碳、二氧化硫、氧气、溶解氧、温度、pH探头，研究了香烟气的部分成分与含量。参照正常生理活动的数值标准，揭示香烟气有损人体健康，可作普及烟草危害性之参考。二、实验的过程与方法1、材料市售2个档次的香烟。“利群”牌香烟，14元/盒，代表中等收入人群常吸的、价格介于10至20元的烤烟（下文简称A烟）。“大前门”牌香烟，4元/盒，代表进城务工人员常吸的，价格低于10元的烤烟（下文简称B烟）。2、仪器与试剂两通管、

3、集气瓶、单孔橡皮塞（2个）、鼓气球、数据采集器、二氧化碳探头、二氧化硫探头、氧气探头、溶解氧探头、高温探头、pH探头、电脑。0.1mol·L－1KMnO4溶液，饱和石灰水、30%NaOH溶液、1%亚甲基蓝溶液、火柴3、方法如图1所示，使用鼓气球从b端向两通管鼓气，利用气压差将空气压过燃烧的香烟，形成香烟气，从a端的导管排出。然后用相应传感器探头检出。图14、实验报告1）温度图2将高温传感器的探棒从尾部穿过香烟，至香烟中段，如图2，点燃香烟，不断用故气球向两通管鼓气，至香烟燃尽。记录以时间为自变量的温度变化曲线。A烟的最高温度是345oC（

4、图3），B烟的最高温度是435oC（图4）。2016/1/1585072402@qq.comV16036图3图42）二氧化碳含量点燃香烟，置于两通管b短，不断鼓气，将香烟气通入澄清石灰水，至香烟燃尽。如图5所示，右侧通入香烟气的石灰水变混浊，左侧对照液澄清。重复以上鼓气操作，将二氧化碳传感器的进气管“标有IN标志”置于香烟气出气管口（图6）。记录以时间为自变量的二氧化碳浓度变化曲线。二氧化碳浓度达到传感器探头的上限。两种香烟气的二氧化碳含量均超过5000ppm（图7）。图6图5图73）氧气含量将氧气探头放入250mL集气瓶，测定空气中氧气

5、含量的正常值为21%。再点燃香烟，置于两通管b端，不断鼓气（图8）。将吹出的香烟气通入集气瓶中，至香烟燃尽。以时间为横坐标，氧气的百分含量为纵坐标作图，B烟的曲线如图9。氧气的最低百分含量仅6.8%；A烟的最低含量是8.1%。图8图92016/1/1585072402@qq.comV160364）水溶液中溶解氧亚甲基蓝（C16H18ClN3S·3H2O）作为氧化还原指示剂，滴加到装有30%氢氧化钠的试管中，溶液呈蓝色，通入香烟气，溶液褪色（图10）。说明溶液中氧化性气体（如氧气）减少，还原性物质增加。在集气瓶中装入三分之一体积的水，插入溶

6、解氧传感器电极（图11），得到室温下溶解氧的正常值约为5mg/L。再点燃香烟，重复鼓气排烟操作至香烟燃尽。以时间为横坐标，水中溶解氧的百分含量为纵坐标作图，A烟、B烟的实验曲线相似，A烟的溶解氧最低百分含量仅1.9mg/L，B烟的溶解氧最低百分含量仅1.8mg/L。图12是A烟的溶解氧随时间变化的曲线。图11图12图105）二氧化硫将香烟气通入0.1%酸性高锰酸钾溶液中，溶液褪色（图13），说明香烟气中含有较强还原性的气体（如二氧化硫）。将二氧化硫探头放入250mL集气瓶，测得实验环境下的二氧化硫含量为2.5ppm，点烟、鼓气并将吹出的二

7、氧化硫气体通入集气瓶中，至烟燃尽。两种香烟燃烧产生的二氧化硫含量相似，均触及探头的最高检测阈，达到20ppm。如图14。图14图136）pH在集气瓶中装入三分之一体积的水，放入pH传感器探头（图15），测得水pH为6.9。通入香烟气，不断震荡集气瓶，直至香烟燃尽。水溶液的pH上升至8.5，呈弱碱性。2016/1/1585072402@qq.comV16036pH对时间变化的曲线如图16图17图16图157）焦油图17左侧是新的两通管；右侧是实验后的两通管，管壁附着这大量黄褐色的焦油，散发出浓烈的烟味。对照说明燃烧香烟产生大量焦油。三、实验

8、结果的分析1、温度吸烟是引发火灾的一个重要原因。据《中国消防年鉴》统计，2001年至2005年因吸烟引起的火灾占总起数的7.7%。一支香烟通常延烧时间在10分钟左右，丢弃的烟头根据它的长短延烧