Transcript 水中三氮的测定
水中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的测定 一、目的和要求 了解水中3种形态氮测定的意义。 掌握水中3种形态氮的测定方法与原理。 水体中3种形态氮检出的环境化学意义 NH3－N NO2--N NO3--N 三氮检出的环境化学意义 - - - 清洁水 + - - 水体受到新近污染 + + - 水体受到污染不久，且正在分解中 - + - 污染物已正在分解，但未完全自净 - + + 污染物已基本分解完全，但未自净 - - + 污染物已无机化，水体已基本自净 + - + 有新的污染，在此前的污染已基本 自净 + + + 以前受到污染，正在自净过程，且 又有新污染 二、仪器 1．紫外可见分光光度计。 2．500~1000mL全玻璃磨口蒸馏装置。 3．pH计。 4．恒温水浴槽。 5．电炉：220V/1kW。 6．比色管：50mL。 7．陶瓷蒸发皿：100mL或200mL。 8．移液管：1mL、2mL、5mL。 9．容量瓶：250mL。 三、氨氮的测定——纳氏试剂比色法 1、原理 氨氮与纳氏试剂反应生成黄棕色的络合物，其色度与 氨氮的含量成正比，可在420nm波长下使用光程长为 10mm的比色皿比色测定，最低检出浓度为0.05mg/L。 2K2[HgI4]+3KOH+NH3 ＝[Hg2O·NH2]I+2H2O+7KI 2、试剂 无氨水：水样稀释及试剂配制均需用无氨水。配制方 法包括蒸馏法（每升蒸馏水中加入0.1mL浓硫酸进行 重蒸馏，馏出水接收于玻璃容器中）和离子交换法 （让蒸馏水通过强酸型阳离子交换树脂柱来制备）。 磷酸盐缓冲液（pH为7.4）：称取14.3g磷酸二氢钾和 68.8g磷酸氢二钾，溶于水中并稀释至1000mL，配制 后用pH计测定其pH值，并用磷酸二氢钾或磷酸氢二 钾调节pH为7.4。 吸收液：2％硼酸或0.01mol/L硫酸。 纳氏试剂：碘化汞－碘化钾－氢氧化钠。称取16g氢 氧化钠溶于50mL水中，冷却至室温。称取7g碘化钾 和10g碘化汞，溶于水中，然后将此溶液在搅拌下， 缓慢加入到氢氧化钠溶液中，并稀释至100mL。贮 存于棕色瓶内，用橡皮塞塞紧，于暗处存放，有效 期可达一年。 50%酒石酸钾钠溶液：称取50g酒石酸钾钠溶于 100mL水中，加热煮沸，以驱除氨，充分冷却后稀 释至100mL。 氨氮标准溶液：CN＝1mg/mL。称取3.819g无水氯化 铵（于100～105℃下干燥2h）溶于无氨水中，转入 1000mL容量瓶内，用无氨水稀释至刻度，摇匀，准 确吸取该溶液10.00mL于1000mL容量瓶内，用无氨 水稀释至刻度，其浓度为10ug/mL。 硫酸锌溶液：10％（m/V）。 氢氧化钠溶液：25％（m/V）。 3、步骤 （1）水样蒸馏 先在蒸馏瓶中加200mL无氯水，加10mL磷酸盐缓冲液和数 粒玻璃珠，加热至馏出物中不含氨为止，冷却，然后将蒸馏液倾 出（留下玻璃珠）。量取水样200mL置于蒸馏瓶中（如水样的含 氨量较大，则取适量的水样，用无氨水稀释至200mL），加入 10mL磷酸盐缓冲液。另取一只盛有50mL吸收液的250mL锥形瓶 收集馏出液，收集时应将冷凝管的导管末端浸入吸收液，其蒸馏 速度为6 ~ 8 mL/min，至少收集150mL馏出液。蒸馏结束前 2~3min,应把锥形瓶放低，使吸收液面脱离冷凝管子，并再蒸馏 片刻以冼净冷凝管和导管，用无氨水稀释至250mL备用。 （2）凝聚沉淀 取100mL水样，加入1mL硫酸锌溶液和0.1～0.2mL 氢氧化钠溶液，调节pH约为10.5，混匀，放置使之 沉淀，倾取上清液作试份。必要时，用经水冲洗过 的中速滤纸过滤，弃去初滤液20mL。 （3）测定 a. 水样。如为清洁水样，可直接取50mL置于50mL比色 管中。 一般水样则用凝聚沉淀法进行预处理，倾取上 清液作试份。如果凝聚沉淀后样品仍浑浊和带色，则 应采用蒸馏法，收集馏出液并稀释到50mL。若氨氮含 量很高，也取适量水样稀释到50mL。 b. 制备标准系列。取浓度为10mg/mL氨氮标准溶液0.00、 0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00mL，分 别加入50mL比色管中，以无氨水稀释到刻度。 c. 测定。在水样及标准系列中分别加入1.0mL酒石酸钾 钠，摇匀，再加1.0mL纳氏试剂，摇匀，放置10min后， 在λ=420nm处，用10mm比色皿，以蒸馏水为参比测 定吸光度，绘制标准曲线，并从标准曲线上查得水样 中氨氮的含量。 四、亚硝酸盐氮的测定——盐酸萘乙二胺比色法 1. 原理 在pH为2.0~2.5时，水中亚硝酸盐与对氨基苯磺酸生 成重氮盐，再与盐酸萘乙二胺发生偶联后生成红色 染料，最大吸收波长为543nm，其色度深浅与亚硝 酸盐含量成正比，可用比色法测定，检出限为 0.005ug/mL，测定上限为0.1ug/mL。 2. 试剂 （1）制备不含亚硝酸盐的水。在蒸馏水中加入少许高锰 酸钾晶体，再加氢氧化钙或氢氧化钡，使之呈碱性。 重蒸馏后，弃去50mL初滤液，收集中间70%的无亚硝 酸馏分。 （2）亚硝酸盐标准储备液。称取1.232g亚硝酸钠溶于水 中，加入1mL氯仿，稀释至1000mL。由于亚硝酸盐氮 在潮湿环境中易被氧化，所以储备液在测定时需标定。 标定方法如下： 在250mL具塞锥型瓶内依次加入50.00mL 0.050mol/L 高锰酸钾溶液，5mL浓硫酸及50.00mL亚硝酸钠储备液 （加亚硝酸钠储备液时应将吸管插入高锰酸钾溶液液面以 下），混匀，在水浴上加热至70~80℃后，按每次 10.00mL的量加入过量的0.050mol/L草酸钠标准溶液，使 溶液紫红色褪去，记录草酸钠标准溶液用量(V2)。再以 0.050mol/L高锰酸钾溶液滴定过量的草酸钠，至溶液呈微 红色，记录高锰酸钾溶液的用量(V1)。再以50mL不含亚硝 酸盐的水代替亚硝酸钠储备液，并按上步骤操作，用草酸 钠标准溶液标定高锰酸钾溶液，按下式计算高锰酸钾溶液 浓度（mol/L）: 0.050 V4 C1 / 5 KMnO4＝ V3 按下式计算亚硝酸盐标准储备液的浓度（mg/L）: V1 C1 / 5 KMnO4－0.050 V2 C亚硝酸盐氮＝ 7 1000 50.00 式中： C亚硝酸盐氮 -------亚硝酸钠储备溶液浓度（以N计），mg/L； V1-------滴定亚硝酸盐氮标准储备液时，所用高锰酸钾溶液总量，mL； C1/5KMnO4-------经标定的高锰酸钾标准溶液的浓度，mol/L； V2-----滴定亚硝酸盐氮标准储备液时，所加草酸钠标准溶液总量，mL； 0.050------草酸钠标准溶液的浓度（1/2Na2C2O4，0.050mol/L）； 50.00------亚硝酸钠标准储备液用量，mL； 7------亚硝酸盐氮（1/2N）的摩尔质量，g/mol； V4------滴定水时，加入草酸钠标准溶液的总量，mL； V3------滴定水时，所加高锰酸钾标准溶液的总量，mL 。 （3）亚硝酸盐使用液：临用时将标准储备液稀释为 1.0ug/mL的亚硝酸盐氮的标准使用液。 （4）草酸钠标准溶液（1/2Na2C2O4，0.050mol/L）：称 取3.350g经105℃干燥2h的优级纯无水草酸钠溶于水中， 转入1000mL容量瓶内加水稀释至刻度。 （5）高锰酸钾溶液（1/5KMnO4，0.050mol/L）：溶解 1.6g高锰酸钾于1.2L水中，煮沸0.5～1h，使体积减少 至1000mL左右，放置过夜，用G3号熔结玻璃漏斗过滤 后，滤液贮存于棕色试剂瓶中，用上述草酸钠标准溶液 标定其准确浓度。 （6）氢氧化铝悬浮液。溶解125g硫酸铝钾 [AlK(SO4)2·12H2O,CP级]于1L水中，加热到60℃。在不断 搅拌下慢慢加入55mL氨水，放置约1h后，用水反复洗涤 沉淀到洗出液中不含氨、氯化物、硝酸盐和亚硝酸盐为 止。待澄清后，倾出上层清液，只留浓的絮凝物，最后 加入100mL水。使用前应振荡均匀。 （7）盐酸萘乙二胺显色剂：50mL冰醋酸与900mL的水混合， 加入5.0g对氨基苯磺酸，加热使其全部溶解，再加入 0.05g盐酸萘乙二胺，搅拌溶解后用水稀释至1000mL。 溶液无色，贮存于棕色瓶中，在冰箱中保存可稳定一个 月。 3．步骤 （1） 水样预处理 水样如有颜色和悬浮物，可以每100mL水样中加入2mL氢氧化铝悬浮 液搅拌，静置过滤，弃去25mL初滤液。 （2） 标准曲线的绘制及样品测定 取50mL比色管7支，分别加入亚硝酸盐氮1ug/mL的标准溶液0.00、 0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，用无氨水稀释到刻度。 取50mL澄清水样置于50mL比色管中，如亚硝酸盐含量高，可适量少 取水样，用无亚硝酸盐的水稀释至50mL。 向上述各比色管中分别加入2mL盐酸萘乙二胺显色剂，混匀，20min 后。于λ=543nm处，用20mm比色皿测定吸光度。绘制标准曲线， 查出水样中亚硝酸盐氮的含量。 五、硝酸盐氮的测定——二磺酸酚比色法 1. 原理 浓硫酸与苯酚作用生成二磺酸酚，在无水条件下 二磺酸酚与硝酸盐作用生成二磺酸硝基酚，二磺酸硝 基酚在碱性溶液中发生分子重排生成黄色化合物，最 大吸收波长在410nm处，利用其色度和硝酸盐含量成 正比，可进行比色测定。检出限为0.02ug/mL，检测上 限为2.0ug/mL。 2. 试剂 （1）二磺酸酚试剂：称取15g精制苯酚，置于250mL三角烧瓶中， 加入100mL浓硫酸，瓶上放一个漏斗，置于沸水浴内加热6h，试 剂应为浅棕色稠液，保存于棕色瓶内。 （2）硝酸盐标准储备液：称取0.7218g分析纯硝酸钾（经 105~110℃烘4h）溶于水中， 稀释至1000mL，其浓度为 100mg/L。 （3）硝酸盐标准溶液：准确移取50mL硝酸盐标准储备液，置于蒸 发皿中，在水浴上蒸干，然后加入2.0mL二磺酸酚，用玻棒研磨， 使试剂与蒸发皿内残渣充分接触，静置10min，加入少量蒸馏水， 移入250mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至标线，即为20ug/mL的 NO3――N标准溶液。 （4）浓氨水。 （5）硫酸银溶液：称取4.4g硫酸银溶于水中，稀释至1000mL，于 棕色瓶中避光保存。此溶液1.0mL相当于含氯（Cl－）1.0mg。 （6）高锰酸钾溶液（1/5KMnO4，0.100mol/L）：溶解3.3g高锰酸 钾于水中，并稀释至1000mL。 （7）乙二胺四乙酸二钠溶液（EDTA）：称取50g乙二胺四乙酸二钠， 用20mL蒸馏水调成糊状，然后加入60mL浓氨水，充分混合，使 之溶解。 （8）碳酸钠溶液（1/2Na2CO3，0.100mol/L）：称取5.3g无水碳酸 钠，溶于1000mL水中。 3. 步骤 （1）水样预处理 脱色：污染严重或色泽较深的水样（即色度超过10度），可在 100mL水样中加入2mL氢氧化铝悬浮液，摇匀后，静置数分钟，澄 清后过滤，弃去最初滤出的部分溶液（5～10mL）。 除去氯离子：取50mL水样，滴加一定量的硫酸银溶液直到不产生 白色沉淀为止，再通过离心或过滤除去氯化银沉淀，滤液转移至 100mL的容量瓶中定容至刻度。 去除亚硝酸盐氮影响：如水样中亚硝酸盐氮含量超过0.2mg/L，可 事先将其氧化为硝酸盐氮。具体方法：在已除氯离子的100mL容量 瓶中加入1mL0.5mol/L硫酸溶液，混合均匀后滴加0.100mol/L高锰 酸钾溶液，至淡红色出现并保持15min不褪色，以使亚硝酸盐完全 转变为硝酸盐，最后从测定结果中减去亚硝酸盐含量。 （2）标准曲线的绘制 分别吸取硝酸盐氮标准溶液0.00、1.00、1.50、2.00、 2.50、3.00、4.00mL于50mL比色管中，加入1.0mL二 磺酸酚，3.0mL浓氨水，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。 用1mL比色皿，以蒸馏水作为参比，于波长410nm处测 定吸光度，绘制标准曲线。 （3）水样测定 吸取经预处理的水样50.00mL（如硝酸盐氮含量较高可 酌情减少）至蒸发皿内，如有必要可用0.100mol/L碳酸 钠溶液调节水样pH至中性（pH7～8），置于水浴中蒸 干。取下蒸发皿，加入1.0mL二磺酸酚，用玻棒研磨， 使试剂与蒸发皿内残渣充分接触，静止10min，加入少 量蒸馏水，搅匀，滤入50mL比色管中，加入3mL浓氨 水（使溶液明显呈碱性）。如有沉淀可滴加EDTA溶液， 使水样变清，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，测定吸光度。 根据标准曲线，计算出水样中硝酸盐氮的含量 （ug/mL）。 六、数据处理 根据NH3－－N、NO2-－N、和NO3-－N的浓度与吸光度的标 准曲线，以及样品吸光度，计算水样中三氮的含量，通过 比较水样中三氮的含量，评价水体的自净程度。 氨氮浓度（或亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）（以N计） （mg/L）= 测定的氨氮量（或亚硝酸盐氮、硝酸盐氮） 水样体积 七、注意事项 在氨氮测定时，水样中若含钙、镁、铁等金属离子会 干扰测定，可加入络合剂或预蒸馏消除干扰。纳氏试 剂显色后的溶液颜色会随时间面变化，所以必须在较 短时间内完成比色操作。 亚硝酸盐是含氮化合物分解过程中的中间产物，很不 稳定，采样后的水样应尽快分析。 可溶性有机物、亚硝酸盐、+6价铬和表面活性剂均干 扰硝酸盐氮的测定。可溶性有机物用校正法消除；亚 硝酸盐干扰可用氨基磺酸法消除；+6价铬和表面性剂 可制备各自的校正曲线进行校正。