环境科学毕业论文 氨氮的检测方法讨论

本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 氨氮的检测方法讨论 学 院： 姓 名： 学 号： 专 业： 环 境 科 学 年 级： 2010 指导教师： 职 称： 二 0 一 四 年 五 月 摘 要 论文首先对氨氮的基本概况进行了简要的分析，包括危害和来源等，其次简单介绍了氨氮的各监测方法及其基本原理，而对蒸馏-吹脱滴定法做了详细介绍，最后通过实例对各种方法进行检测和效果比较、评价，得出结论：纳氏试剂分光光度法检测范围较窄检测时间较长抗干扰物质能力较弱所以适用用于实验室不太适用用于工业和生活污水检测；采用通过改进的蒸馏吹脱中和滴定法，不仅有效避免各种干扰物质影响，而且调高了效率，检测精度也有一定程度的提高，所以蒸馏-吹脱滴定法和水杨酸分光光度法、蒸馏-钠式试剂比色法一样有较强的抗干扰性、稳定性，实用，而检测范围更广，时间更短，值得推广采用。关键词： 氨氮；检测方法；蒸馏吹脱中和滴定法AbstractFirstly, the basic profile of ammonia a brief analysis， including its basic nature and the existence of the state, distribution and origin, etc.; followed by describing the basic properties of ammonia, summed up the harm to the human body and the community, and outlines the status and various ammonia pollution emission standards; further analysis and monitoring methods and basic principles of ammonia, the final effect is to detect and evaluate the various methods by example, concluded: by improving the use of distillation and stripping titration, not only avoid the impact of various interfering substances, and increase the efficiency of the detection accuracy is improved to a certain extent, the distillation titration, acid spectrophotomerric titration of a strong interference, stability, and practical excellent, worth promoting adoption.Keywords：Ammonia nitrogen; detection method; distillation stripping neutralization titration method目 录中文摘要英文摘要1 引言12 氨氮检测的主要方法1 2.1 氨氮检测方法概述1 2.2 纳氏试剂分光光度法1 2.3 水样酸分光光度法12.4 蒸馏-纳氏试剂比色法23 蒸馏中和滴定法流程23.1 流程图23.2 蒸馏条件23.3 氨的吸收33.4 蒸馏吹脱43.5 中和滴定计算44 检测方法实际运用效果对比44.1 纳氏试剂分光光度法44.2 水杨酸分光光度法44.3 蒸馏滴定法44.4 实际运用中三种检测方法参数对比54.5 检测效果对比55 结语7参考文献 8致谢 91 引言十一五期间，我国把减排二氧化硫和化学需氧量作为约束性目标。然而，近几年重点污染源考核结果及地表水监测结果表明，氨氮超标现象仍较严重。所谓氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。氨氮主要来自于城市生活污水；氨和亚硝酸盐间的相互转化；气体中的氨溶于水中形成的氨氮；养殖池塘水中投入鱼池中鱼未利用的饲料、鱼的代谢物、代谢废物、含氮有机肥料和动植物死亡的遗骸1。同时氨氮对人体和环境都是有十分严重的危害，如氨氮对人体的危害，氨在摄入量超过人体解毒能力时对健康人体有毒性；当氯化铵超过每天每kg体重100mg，将会打破酸碱平衡，对人体健康的影响2。又如对水生物起危害作用的游离氨，其毒性比铵盐大几十倍， 并随碱性的增强而增大。氨氮毒性与池水的pH 值及水温有密切关系，一般情况，pH值及水温愈高，毒性愈强，对鱼的危害类似于亚硝酸盐。所以认清氨氮的来源，了解其危害，准确测试其含量，并采取有效的处理措施成为保护水环境不被氨氮污染的必要环节。论文主题是对氨氮检测的几种方法进行讨论，建议推广使用蒸馏-吹脱中和滴定法。2 氨氮检测的主要方法2.1 检测方法概述测定水中氨氮的方法有纳氏试剂分光光度法、水杨酸次氯酸盐分光光度法、蒸馏滴定法、电极法和气相分子吸收光谱法 。其中前三种方法为环境保护部的标准方法。国内常用来测定水中氨氮的标准方法有纳氏试剂分光光度法、水杨酸次氯酸盐分光光度法、蒸馏中和滴定法3。2.2 纳氏试剂分光光度法纳氏试剂分光光度法，在实验室人工方法做最为常见，纳氏试剂分光光度法相对于其他方法来说，其方法稳定性，准确性，精密度都相对较好，且试剂价格低廉，低温下可保存较长时间，因此是目前应用最为广泛的国家标准方法。但水体中的钙、镁和铁、锰等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色以及浑浊等对测定均产生干扰， 需要做相应的预处理， 而且纳氏试剂的毒性大4。2.3 水杨酸分光光度法（水杨酸) 次氯酸盐分光光度法具有灵敏、稳定等优点， 这个方法最大影响因素在于苯胺类物质的影响，极微量（如1g）的苯胺及其同系物存在，会导致测定结果偏差很大。此外水样中大量的SS值，浊度值过大也都会影响其稳定性。显色有碱度要求，因此水样本身过高的酸碱度会影响测定，必须预先调节好样品的pH值5。2.4蒸馏-纳氏试剂比色法在采用纳氏试剂比色法测氨氮时，水样的预处理和温度直接影响到结果的准确性。通过试验对蒸馏预处理的馏出液量做敏感性分析，并分析温度对纳氏试剂显色反应的影响。结果表明：在蒸馏预处理中，水样在馏出液体积量达到70100 ml(不含初始的50 ml)硼酸)时氨氮已被蒸馏完全，温度控制在2527时,纳氏试剂显色完全，读取的吸光度最可靠，测量出来的NH3-N值数据准确。一般可作为与其他仪器测定相对较时的真值6。3 蒸馏吹脱中和滴定法流程3.1 流程图蒸馏的条件氨的吸收 中和滴定计算蒸馏-吹脱 3.2 蒸馏的条件氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。两者的组成比取决于水的pH值和水温。受物理性质的影响，游离氨在蒸馏过程中别逐出溶剂的难度远小于离子氨，因此在蒸馏过程中应尽量增大游离氨在总氨中所占的比例。当水温越高或pH值越高时，游离氨的比例就越高；反之，水温越低、pH值越低，游离氨的比例越低，即铵盐的比例越高。动物性有机物的含氮量一般较植物性有机物高。同时，人畜粪便中含氮有机物很不稳定，容易分解成氨。因此，水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氨8。表1给出了pH为 6-10和温度在0-30下，盐度为零的氨的水溶液中游离氨所占的百分比7。表1 氨的水溶液中游离氨所占百分比温度pH（）6.07.08.09.010.000.00827%0.0826%0.820%7.64%45.3%50.0125%0.125%1.23%11.1%55.6%100.0186%0.186%1.83%15.7%65.1%150.0274%0.273%2.67%21.5%73.3%200.0397%0.396%3.82%28.4%79.9%250.0569%0.566%5.38%36.3%85.1%300.0805%0.799%7.46%44.6%89.05由表1可知游离氨在总氨中所占的比例随温度和pH的上升而增大，根据这一规律，在蒸馏过程中如适当提高水样中的温度和pH值，将增大游离氨的比例，有利于游离氨的逐出。标注方法以直接加热至沸腾的方式进行蒸馏，使水样温度能保持一个较高的水平（常温常压下100以上），并选择轻质氧化镁作为逐出剂虽然轻质氧化镁的物理性质在某种程度上有助于水中游离氨在受热气化并逐出这个过程中不会再次溶于水，但其调节pH值的能力有限，按照标准方法的量加入轻质氧化镁后也只能是水样呈弱碱性（pH7-7.5），且轻质氧化镁几乎不溶于水，由此可见以轻质氧化镁作为逐出剂并不适用于在线监测仪。如果用较高浓度的氢氧化钠溶液代替轻质氧化镁作为逐出剂，则能大幅度的水样pH值，达到增大水样中游离氨所占的比例的效果，且氢氧化钠成本低廉，容易获得，可行性高，因此氨氮在线监测仪在蒸馏时将氢氧化钠作为逐出剂。3.3 氨的吸收游离氨被逐出后，应立即使用某种介质将其吸收固定以便于接下来的比色测定，考虑到氨的化学性质，一般采用酸性介质作为吸收液，标准方法是以硼酸溶液作为吸收液，虽然稀硫酸、草酸等也满足吸收液所必须的条件，但由于纳氏试剂比色法显色时最佳pH值范围为10.0-11.2之间，如果吸收液自身pH值过低可能导致样品显色时达不到必须的pH值，从而影响测定结果。所以将硼酸作为吸收液。3.4 蒸馏-吹脱标准方法中蒸馏是直接加热所产生的水蒸气为动力推动被逐出的氨气从蒸馏容器向吸收容器正向移动，在移动过程中部分水蒸气逐渐被冷凝形成馏出液，而氨气则或溶于馏出液或继续向前移动直至被吸收液吸收。整个过程效率很低耗时过长，原因是推动蒸汽移动的动力完全来自于水变成水蒸气受热膨胀所产生的推动力，速度太慢，在氨氮在线自动检测仪上加装小型鼓风机并在进气口设置过滤装置，过滤掉待测组分，保持空气的纯洁度。增大吸收效率的同时，减少用时，保证结果的准确性。3.5 中和滴定计算向水样中加入自制的综合试剂，充分混合均匀，调节水样的pH 值约为8 9，使按离子全部转化为气态的NH3，冷凝后用硼酸溶液吸收蒸馏出来的氨气。多余的硼酸用盐酸标准溶液来滴定，采用电位滴定法， 用pH 复合电极作为指示电极，在化学计量点附近，由于被滴定物质的浓度发生突变，所以指示电极的电位发生突变，由此即可确定滴定终点。4 检测方法实际运用效果对比为了实际检测哪种方法更精确有效，我们采用两种仪器和人工实验室测量方法与蒸馏-纳氏试剂比色法进行实测对比4.1 纳氏试剂分光光度法 主要仪器：可见分光光度计：具20mm比色皿；蒸馏装置 主要试剂：无氨水 轻质氧化镁 盐酸 纳氏试剂等 原理：以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，与波长420nm处测量吸光度。4.2 水杨酸分光光度法主要仪器 ：Y SM一A 型（第二代）氨氮在线自动检测仪主要试剂：试剂一 显色剂（主要是水杨酸钠） 试剂二 次氯酸钠原理：样品在显色掩蔽剂(试剂一)、催化剂（试剂二）和恒温控制的条件下，发生显色反应生成蓝色络合物，在700nm处用分光光度计检测吸光度，在一定范围以内，颜色改变程度与样品中有机化合物的含量成正比例关系，仪器通过比色换算直接将样品中的NH3-N值显示出来。4.3 蒸馏-吹脱滴定法主要仪器 ：YSM一A型（第一代）氨氮在线自动检测仪主要试剂 ：专用综合试剂， 硼酸(H3BO3 ) 溶液，盐酸标准溶液，氨氮标准溶液原理：本仪器采用了蒸馏法和电位滴定法相结合的原理。在国标(GB7 4 78 一8 7) 的基础上，将工艺方法改进，结合自主研制的综合试剂对水样进行预处理，使用pH复合电极，使用电位滴定法来判定终点。向水样中加入自制的综合试剂，充分混合均匀，调节水样的p H值约为8 9，使按离子全部转化为气态的NH3，冷凝后用硼酸溶液吸收蒸馏出来的氨气。多余的硼酸用盐酸标准溶液来滴定，采用电位滴定法，用pH复合电极作为指示电极，在化学计量点附近，由于被滴定物质的浓度发生突变，所以指示电极的电位发生突变，由此即可确定滴定终点。4.4 实际运用中三种检测方法参数对比 三种检测方法基本参数如表2所示：表2 实际运用中三种检测方法参数对比检测方法项目纳氏试剂分光光度法水杨酸反光光度法蒸馏-吹脱中和滴定法检出下限（mg/L）0.10.050.5检出上线（mg/L）2.0100500检测时间（min）805030试剂用量少较少较多实际运用报错率（%）1204 由表2可知纳氏试剂分光光度法检出范围较窄检出时间较长，其他两种方法检出范围相对较宽。在试剂用量和试剂运用报错率方面纳氏试剂分光光度法要好于其他两种方法。4.5 检测效果对比为了验证几种测量方法作为样品前处理方法的实际效果以及两种氨氮在线监测仪的性能，用其对4种在干扰物质中方面很有代表性的水样连续6次的测定，并以未经任何前处理的纳氏试剂比色法，水杨酸分光光度法及经过处理的纳氏试剂比色法三种实验室分析方法的测定结果作为比对，4种水样中所含干扰物质详细情况介绍见表3，仪器测定以及实验室分析比对结果见表4和表5，通过分析其标准偏差来讨论方法的优劣。绝对误差计算公式：绝对误差X测量值X真值A0标准偏差计算公式：公式（1）注：真值A0选取蒸馏-钠式试剂比色法六次测量的值表3水样中干扰物质情况 （2013年8月6日）干扰物质水样名称标准物质中心氯化氨标准液某水质检测井地下水某工厂生活区废水某屠宰厂废水余氯（mg/L）未检出未检出1.570.96悬浮物（mg/L）未检出22358钙（mg/L）未检出96.0225.1438.37镁（mg/L）未检出16.4111.269.18锶（mg/L）未检出0.05未检出未检出色度202022217表4 各检测方法仪器比较情况 （2013年9月7日）测定方法水样名称标准物质中心氯化氨标准液某水质检测井地下水某工厂生活区废水某屠宰厂废水钠式试剂比色法1.5212.87421.46687.843水杨酸分光光度法1.540.1710.3720.98蒸馏-吹脱滴定法1.50.210.221.7蒸馏-钠式试剂比色法1.5290.18110.41421.071试剂水样对比（比色法）0.72%-0.01-0.42%-0.43% 表5 各检测方法仪器比较情况 （2013年10月8日）测定方法水样名称标准物质中心氯化氨标准液某水质检测井地下水某工厂生活区废水某屠宰厂废水钠式试剂比色法1.6322.67320.35685.863水杨酸分光光度法1.2130.159.6719.67蒸馏-吹脱滴定法1.2180.210.5019.7蒸馏-钠式试剂比色法1.3720.1739.56719.071试剂水样对比（比色法）0.75%-0.01-0.49%-0.42%注：由于检测井地下水浓度过低，所以在实际水样对比时结果取绝对误差。由表3、表4和表5可知，当水样不存在干扰时，三种方法的测定结果非常接近，相对于标准偏差1%。当水样中存在金属离子、活性氯、悬浮物、色度和浊度干扰时，没有任何样品前处理的实验室纳氏试剂比色法的测定收到了极大的干扰，严重偏离了另两种方法的测定结果：而仪器测定与经过蒸馏的两种测定方法结果十分接近，实际水样对比结果保持在1%以内。因此，氨氮的测定条件很重要，一定要进行预处理，蒸馏-吹脱滴定法与蒸馏-