实验二 水体氮形态的测定20111029(2009级).doc

实验二 水体氮形态的测定 氮是蛋白质、核酸、酶、维生素等有机物的重要组分，各种形态的氮相互转化和氮循环的平衡变化是环境化学和生态系统研究的重要内容之一(图1)。图1 自然界中的氮素循环Am-氨化作用；As-同化作用；D反硝化作用；F-生物固氮；N一硝化作用；R一异化性硝酸(盐)还原作用洁净天然水体中的含氮物质是很少的，水体中含氮物质的主要来源是污废水排放、地表径流、水生生物的代谢和微生物分解作用。当水体受到含氮有机物污染时，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化为氨(NH3)或铵(NH4+)、亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)等简单的无机氮化物。氨和铵中的氮称为氨氮(NH4+-N)，两者的组成和比例取决于水温和pH，亚硝酸盐中的氮称为亚硝酸盐氮(NO2-N)，硝酸盐中的氮称为硝酸盐氮(NO3-N)。通常把氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮称为三氮。这三种形态氮的含量都可以作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机氮的各个不同阶段。水体中有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的相对含量，在一定程度上可以反映含氮有机物污染的时间长短，对了解水体污染历史、分解趋势、水体自净状况及健康危险度评价等均有一定的参考价值(见表1)。水中亚硝酸盐氮过高可导致高铁血红蛋白血症，长期饮用对儿童的危害更大，由于在酸性溶液中亚硝酸可与仲氨类生成强致癌物亚硝氨，因而水中三氮含量与人们的健康息息相关。表1 水体中三氮检出的环境化学意义NH4+-NNO2-NNO3-N三氮检出的环境化学意义洁净水+水体新近受到污染+受到污染不久，且污染物正在分解中+污染物已分解，但未完全自净 +污染物基本分解完毕，但未完全自净 +污染物已无机化，水体基本自净+有新近污染，在此之前的污染已基本自净+以前受到污染,正在自净过程中,且又有新的污染注：表中“十”表示检出，“”表示不检出。(一)实验目的和要求1了解水体氮形态测定对环境化学研究的作用和意义。2掌握水体氮形态测定的基本原理和方法。(二)实验原理 1硝酸盐氮的测定_紫外分光光度法利用硝酸根离子在220nm波长处的吸收而定量测定硝酸盐氮。溶解的有机物在220nm处也会有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收。因此，在275nm处作另一次测量，以校正硝酸盐氮值。2亚硝酸盐氮的测定盐酸萘乙二胺光度法 水中亚硝酸盐的测定方法通常采用重氮偶联反应，生成红紫色染料。方法灵敏、选择性强。所用重氮和偶联试剂种类较多，最常用的，前者为对氨基苯磺酰胺和对氨基苯磺酸，后者为N(1萘基)乙二胺和萘胺。 在pH为2.02.5时，水中亚硝酸盐与对氨基苯磺酸生成重氮盐，再与盐酸萘乙二胺偶联生成红色染料，最大吸收波长为543 nm，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0.005mgL，测定上限为0.1 mgL。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，必要时需冷藏以抑制微生物的影响。(三)实验方法和步骤一、硝酸盐氮的测定紫外分光光度法 水中硝酸盐足在有氧环境下， 亚硝酸氮、氨氮等各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物，亦是含氮有机物经无机化作用最终的分解产物。亚硝酸盐可经氧化而生成硝酸盐， 硝酸盐在无氧环境中，亦可受微生物的作用而还原为亚硝酸盐。水中硝酸酸盐氨(NO3-N)含量相差悬殊，从数十微克升至数十毫克升，清洁的地表水中含量较低，受污染的水体，以及一些深层地下水中含量较高。 制革废水、酸洗废水、某些生化处理设施的出水和农田排水可含大量的硝酸盐。摄入硝酸盐后，经肠道中微生物作用转变成亚硝酸盐而出现毒性作用。文献报道，水中硝酸盐氨含量达数十毫克升时，可致婴儿中毒。 水中硝酸盐的测定方法颇多，常用的有酚二磺酸光度法、镉柱还原法、戴氏合金还原法、离子色谱法、紫外法和电极法等。酚-二磺酸法测量范围较宽，显色稳定。镉柱还原法适用于测定水中低含量的硝酸盐，戴氏合金还原法对严重污染并带深色的水样最为适用。离子色谱法需有专用仪器，但可同时和其他阴离子联合测定。紫外法和电极法常作为在线快速方法使用，尤具是将电极法改为流通池后可保证电极性能良好，不易受检测水体的沾污和损坏。目前的自动在线监测仪多使用紫外法或电极法。由于镉柱还原法和戴氏合金法操作复杂，这里暂不作推荐。 水样采集后应及时进行测定。必要时，应加硫酸使pH2，保存在4以下，在24h内进行测定。 紫外分光光度法(B)测定硝酸盐 1. 方法原理 利用硝酸根离子在220nm波长处的吸收而定量测定硝酸盐氮。溶解的有机物在220nm 处也会有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收。因此，在275nm处作另一次测量， 以校正硝酸盐氮值。 2. 干扰及消除溶解的有机物、表面活性剂、亚硝酸盐、六价铬、溴化物、碳酸氢盐和碳酸盐等干扰测定，需进行适当的预处理。本法采用絮凝共沉淀和大孔中性吸附树脂进行处理，以排除水样中大部分常见有机物、浊度皮和Fe3+，Cr6+对测定的干扰。 3. 方法的适用范围 本法适用了清洁地表水和未受明显污染的地下水中硝酸盐氮的测沮定，其最低检出浓度 为0.08mg/L,测量上限为4mgg/L硝酸盐氮. 4仪器 紫外分光光度计。 离子交换柱(直径1.4cm，装树脂高58cm)。 5试剂氢氧化铝悬浮液：亚硝酸盐氮方法(二)试剂7)。溶解125ml硫酸铝钾，或硫酸铝氨与1000ml水中，加热至60，不断搅拌下，徐徐加入55ml浓氨水，放置约1小时后，转移至1000ml量筒内，用水反复洗涤沉淀，最后至洗涤液中不含亚硝酸盐为止。澄清后，把上清液尽量全部倾出，只留稠的悬浮物，最后加入100ml水，食用前应振荡均匀。 10硫酸锌溶液。 5molL氢氧化钠溶液。 大孔径中性树脂：CAD40或XAD-2型及类似性能的树脂。 甲醇。 1molL盐酸(优级纯)。硝酸盐标准贮备液：称取0.721 8g分析纯硝酸钾(经105110干燥2 h)，溶于水中，转入l 000mL容量瓶中，用水稀释至刻度。此溶液含硝酸盐氮100mgL。如加入2 mL三氯甲烷保存，溶液可稳定半年以上。硝酸盐使用液可用贮备液稀释10倍。此溶液含硝酸盐氮10mgL0.8氨基磺酸溶液：避光保存于冰箱中。6. 步骤（1）吸附柱的制备新的树脂先用200ml水分两次洗涤，用甲醇浸泡过夜，弃去甲醇，再用40ml甲醇两次洗涤，然后用新鲜去离子水洗到柱中流出液滴落于烧杯中无乳白色为止上。树脂装入柱中时，树脂间绝不允许存在气泡。 (2)水样的测定 量取200ml水样置于锥形瓶或烧杯中，加入2ml硫酸锌溶液，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，调至pH7。或将200ml水样调至pH7后，加4ml氢氧化铝悬浮液。待絮凝胶团下沉后，或经离心分离，吸取100ml上清液分两次洗涤吸附树脂柱，以每秒1至2滴的流速流出(注意各个样品间流速保持一致)。弃去，再继续使水样上清液通过柱子，收集50ml于比色管中，备测定用。树脂用150ml水分三次洗涤，备用。注：树脂吸附容量较大，可处理50100个地表水水样(视有机物含量而异)，使上次后，可用未接触过橡胶制品的新鲜去离子水做参比，在220nm和275nm波长处检验测得的吸光度应接近零。超过仪器允许误差时，需以甲醇再生。加1.0ml盐酸溶液，0.1ml氨基磺酸溶液于比色管中(如亚硝酸盐氮低于0.1mgL可不加氨基磺酸溶液)。用光程长10mm石英比色皿，在220nm和275nm波长处，以经过树脂吸附的新鲜去离子水50ml加1ml盐酸溶液为参比，测量吸光度。（3）校准曲线的绘制于6个200ml容量瓶，分别加入0.50、1.00、2.00、3.00、4.00ml硝酸盐氮标准贮备液，用新鲜去离子水稀释至标线，也可用50ml比色管，取相应体积使用液，稀释至标线，使其浓度分别为0.25、0.50、1.00、1.50、2.00mgL硝酸盐氮。按水样测定相同操作步骤测量吸光度。7计算A校=A2202A275式中：A220220nm波长测得吸光度； A275275nm波长测得吸光度。求：得吸光度的校正值(A校)以后，从校准曲线中查得相应的硝酸盐氮量，即为水样测定结果(mg/L).水样若经稀释后测定，则结果应乘以稀释倍数。8精密度和准确度四个实验室分析含1.80mg/L硝酸盐氮的统一标准样，实验室内相对标准偏差为2.6%;实验室间总相对标准偏差为5.l：相对误差为1.1。9注意事项为了解水受污染程度和变化情况，需对水样进行紫外吸收光谱分布曲线的扫描，如无扫描装置时，可用手动在220280nm、每隔25nm测量吸光度，绘制波长吸光度曲线。水样与近似浓度的标准溶液分布曲线应类似，且在220nm与275nm附近不应有肩状或折线出现。参考与吸光度比值(A275/A220）100应小于20，越小越好，超过时应予以从鉴别。水样经上述方法适用情况检验后，符合要求时，可不经预处理，直接取50ml水样于比色管中，加盐酸和氨基本磺酸溶液后，进行吸光度测量，如经絮凝后水样亦达到上述要求，则也可只进行絮疑预处理，省略树脂吸附操作。含有有机物的水样，而且硝酸盐含量较高时，必须先进行预处理后再稀释。大孔中性吸附树脂对环状、空间结构大的有机物吸附能力强；对低碳链接、有较强极性和亲水性的有机物吸附能力差。（五）当水样存在六价铬时，絮凝剂应采用氢氧化铝，并放置0.5h以上再取上清液供测定用。 二、 亚硝酸盐氮的测定N(1萘基)乙二胺光度法亚硝酸盐(NO2-N)是氮循环的中间产物，不稳定。根据水环境条件，可被氧化成硝酸酸盐，也可被还原成氨。亚硝酸盐可使人体正常的血红蛋白(低铁血红蛋白)氧化成为高铁血红蛋白，发生高铁血红蛋白症，失去血红蛋白在体内输送氧的能力，出现组织缺氧的症状，亚峭酸盐可与仲胺类反应生成具致癌性的亚硝胺类物质，在pH值较低的酸性条件下，有利于亚硝胺类的形成。水中亚硝酸盐的测定方法通常采月重氮偶联反应，使生成红紫色染料。方法灵敏，选择性强。所用重氮和偶联试剂种类较多，最常用的，前者为对氨基苯磺酰胺和对氨基苯磺酸，后行为N-(1-萘基)乙二胺和a萘胺。此外，还有目前国内外、普遍使用的离子色谱法和新开发的气相分子分子吸收法。这两种方法虽然须使用专用仪器，但方法简便、快速，干扰较少。亚硝酸盐在水中可受微生物等作用而很不稳定，在采集后应尽快进行分析，必要时冷藏以抑制微生物的影响。1方法原理在磷酸介质中，pH值为1.80.3时，亚硝酸盐与-氨基苯磺酰胺反应，生成重氮盐，再与N(1萘基)乙二胺偶联生成红色染料。在540nm波长处有最大吸收。2干扰及消除氯胺、氯、硫代硫酸盐、聚磷酸钠和高铁离子有明显干扰。水样呈碱性(pH11）时，可加酚酞溶液为指示剂，滴加磷酸溶液至红色消失。水样有颜色或悬浮物，可加氢氧化铝悬浮液并过滤。3，方法的适用范围本法适用于饮用水、地表水、地下水、生活污水和工业废水中亚硝酸盐的测定。最低检出浓度为0.003mgL；测定上限为0.20mgL亚硝酸盐氮。4仪器 分光光度计。5试剂实验用水均为不含亚硝酸盐的水。 1)无亚硝酸盐的水：于蒸馏水中加入少许高锰酸钾晶体，使呈红色，再加氢氧化钡（或氢氧化钙)使呈碱性。置于全玻璃蒸馏器中蒸馏，弃去50ml初馏液，收集中间约70不含锰的馏出液。亦可于每升蒸馏水中加1m1浓硫酸和0.2ml硫酸锰溶液(每l00ml水中含36.4gMnSO4H2O)，加入13ml 0.04高锰酸钾溶液至呈红色，重蒸馏。2)磷酸=1.70gm1。3)显色剂：于500ml烧杯内，加入250ml水和50ml磷酸，加入20.0g对-氨基苯磺酰胺，再将1.00g N(1萘基)乙二胺二盐酸盐（C10H7NHC2H4NH22HCl）溶于上述溶液中，转移至500ml容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。此溶液贮于棕色瓶中，保存在25，至少可稳定一个月。注意：本试剂有毒性，避免与皮肤接触或摄入体内。4)亚硝酸盐氮标准贮备液：称取1.232g亚硝酸钠(NaNO2)溶于150ml水中，转移至1000ml容量瓶中，用水稀释至标线，每毫升含约0.25mg亚硝酸盐氮。本溶液贮于棕色瓶中，加入lml三氯甲烷(若现做现配或没有三氯甲烷，可不加)，保存在25，至少稳定一个月。贮备液的标定如下：在300ml具塞锥形瓶中，加入50.00ml 0.050molL的高锰酸钾标准溶液，5ml浓硫酸，用50ml无分度吸管，使下端插入高锰酸钾溶液面下，加入50.00ml亚硝酸钠标准贮备液，轻轻摇匀，置于水浴上加热至7080，按每次10.00ml的量加入足够的草酸钠标准液，使红色褪去并过量，记录草酸钠标准溶液用量(V2)：然后用高锰酸钾标准溶液滴定过量草酸钠至溶液呈微红色，记录高锰酸钾标准溶液总用量(V1)。再以50ml水代替亚硝酸盐氮标准贮备液，如上操作，用草酸钠标准溶液标定高锰酸钾溶液的浓度(C1)，按下式计算：高锰酸钾标准溶液浓度： C1(1/5KMnO4)=0.0500V4/V3 按下式计算亚硝酸盐氮标准贮备液的浓度： 亚硝酸盐氮(N，mgL)=(V1Cl0.0500V2) 7.00100050.00 =140V1C1-7.00V2 式中：C1经标定的高锰酸钾标准溶液的浓度(molL); V1滴定亚硝酸盐氮标准贮备液时，加入高锰酸钾标准溶液总量(ml)； V2滴定亚硝酸盐氮标准贮备液时，加入草酸钠标准溶液量(ml); V3滴定水时，加入高锰酸钾标准溶液总量(ml); V4滴定空白时，加入草酸钠标准溶液，总量(m1); 7.00亚硝酸盐氮(1/2N)的摩尔质量(gmol); 50.00亚硝酸盐标准贮备液取用量(ml）; 0.0500草酸钠标准溶液浓度(1/2Na2C2O4，molL)。5)亚硝酸盐氮标准中间液：分取5000ml亚硝酸盐标准贮备液（使含12.5mg业硝酸盐氮)，置于250ml容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含50.0g亚硝酸盐氮.中间液贮于棕色瓶内，保存在25，可稳定一周。6)亚硝酸盐氮标准使用液：取10.00ml亚硝酸盐标准中间液，置于500ml容量瓶中，用水稀释至标线。每毫升含1.00g亚硝酸盐氮。此溶液使用时，当天配制。7)氢氧化铝悬浮液：溶解125g硫酸铝钾(KAl(SO4)212H2O)或硫酸铝铵 (NH4Al(SO4)212H2O)于1000ml水中，加热至60，在不断搅拌下，徐徐加入55ml浓氨水,放置约1h后，移入1000ml量筒内，用水反复洗涤沉淀，最后至洗涤液中不含亚硝酸 盐为止。澄清后，把上清液尽量全部倾出，只留稠的悬浮物，最后加入100ml水，使用前应振荡均匀。8)高锰酸钾标准溶液(1/5KMnO4)=0.050molL；溶解1.6g高锰酸钾于1200ml水中，煮沸0.51h，使体积减少到1000ml左右，放置过夜。用G3号玻璃砂芯滤器过滤后，滤液贮存于棕色试剂瓶中避光保存，按上述方法标定。9)草酸钠标准溶液(1/2Na2C2O4)=0.0500mol/L：溶解经105烘干2h的优级纯无水草酸钠3.350g于750ml水中，移入1000ml容量瓶中，稀释至标线。6. 步骤(1) 校准曲线的绘制在一组6支50ml比色管中，分别加入0、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0ml亚硝酸盐氮标准使用液，用水稀释至标线。加入1.0ml显色剂，密塞，混匀。静置20min后，在2h以内，于波长540nm处，用光程长10mm的比色皿，以实际空白为参比，测量吸光度，绘制以氮含量(g)对校正吸光度的校准曲线，（2)水样的测定当水样pH11（天然水pH一般不可能超过11）,可加入1滴酚酞指示液，边搅拌边逐滴加入(1+9)磷酸溶液至红色刚消失。水样如有颜色和悬浮物，可向每100ml水中加入2ml氢氧化铝悬浮液，搅拌、静置、过滤，弃去25ml初滤液。分取经预处理的水样于50ml比色管(如含量较高，则分取适量，用水稀释至标线)，加1.0ml显色剂，然后按校准曲线绘制的相同步骤操作，测量吸光度；经空白校正后，从校准曲线上查得亚硝酸盐氮量。 (3)空白试验 用水代替水样，按相同步骤进行测定。 7计算亚硝酸盐氮(N，mgL)=m/V 式中：m由水样测得的校正吸光度，从校准曲线上查得相应的亚硝酸盐氮的含量(g)； V水样的体积(m1)。 8精密度和准确度 二个实验室分析含0.02570.0816mgL亚硝酸盐氮的加标水样，单个实验室的相对标准偏差不超过9.3；加标回收率为90一114。五个实验室分析含0.0830.18mgL亚硝酸盐氮的加标水样，单个实验室的相对标准偏差不超过2.8；加标回收率为96102。9注意事项如水样经预处理后，还有颜色时，则分取两份体积相同的经预处理的水样，一份加1.0ml显色剂，另一份改加1m1(1+9)磷酸溶液。由加显色剂的水样测得的吸光度，减去空白试验测得的吸光度，再减去改加磷酸溶液的水样