水體自凈程度的指標(biāo)8頁

1、實(shí)驗(yàn)七 水體自凈程度的指標(biāo)各種形態(tài)氮的相互轉(zhuǎn)化和氮循環(huán)的平衡變化是環(huán)境化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容之一。水體中含氮類化合物的主要來源是生活污水和某些工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)面源。當(dāng)水體受到含氮有機(jī)物污染時(shí)，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可逐步分解氧化為無機(jī)的氨 (NH3)或銨(NH4+)、亞硝酸鹽(NO2-)、硝酸鹽 (NO3-)等簡(jiǎn)單的無機(jī)氮化物。氨和銨中的氮稱為氨氮(NH4+-N)；亞硝酸鹽中的氮稱為亞硝酸鹽氮(NO2-N)；硝酸鹽中的氮稱為硝酸鹽氮(NO3-N)。通常把氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮稱為三氮。這幾種形態(tài)氮的含量都可作為水質(zhì)指標(biāo)，分別代表有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮的各個(gè)不同階段。在有

2、氧條件下，氮產(chǎn)物的生物氧化分解一般按氨或銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽的順序進(jìn)行，硝酸鹽是氧化分解的最終產(chǎn)物。隨著含氮化合物的逐步氧化分解，水體中的細(xì)菌和其它有機(jī)污染物也逐步分解破壞，因而達(dá)到水體的凈化作用。有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的相對(duì)含量，在一定程度上可以反映含氮有機(jī)物污染的時(shí)間長(zhǎng)短，對(duì)了解水體污染歷史以及分解趨勢(shì)和水體自凈狀況等有很高的參考價(jià)值，見表7-1。目前應(yīng)用較廣的測(cè)定三氮方法是比色法，其中最常用的是：納氏試劑比色法測(cè)定氨氮，鹽酸萘乙二胺比色法測(cè)定亞硝酸鹽氮，二磺酸酚比色法測(cè)定硝酸鹽氮。表7-1 水體中三氮檢出的環(huán)境化學(xué)意義NH3-NNO2-NNO3-N三氮檢出的環(huán)境化學(xué)意義-清潔

3、水+-表示水體受到新近污染+-水體受到污染不久，且正在分解中-+-污染物已分解，但未完全自凈-+污染物已基本分解完全，但未自凈-+污染物已無機(jī)化，水體已基本自凈+-+有新的污染，在此前的污染已基本自凈+以前受到污染，正在自凈過程，且又有新的污染一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握測(cè)定三氮的基本原理和方法。2. 了解測(cè)定三氮對(duì)環(huán)境化學(xué)研究的作用和意義。二、儀器(1) 玻璃蒸餾裝置。(2) pH 計(jì)。(3) 恒溫水浴。(4) 分光光度計(jì)。(5) 電爐：220V/1KW。(6) 比色管：50 mL。(7) 陶瓷蒸發(fā)皿：100或200 mL。(8) 移液管：1 mL、2 mL、5 mL。(9) 容量瓶：250 mL

4、。三、實(shí)驗(yàn)過程1. 氨氮的測(cè)定納氏試劑比色法(1) 原理氨與納氏試劑反應(yīng)可生成黃色的絡(luò)合物，其色度與氨的含量成正比，可在425 nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定，檢出限為0.02 µg/mL。如水樣污染嚴(yán)重，需在pH為7.4的磷酸鹽緩沖溶液中預(yù)蒸餾分離。(2) 試劑 不含氨的蒸餾水：水樣稀釋及試劑配制均用無氨蒸餾水。配制方法包括蒸餾法（每升蒸餾水中加入0.1 mL濃硫酸，進(jìn)行重蒸餾，流出物接受于玻璃容器中）和離子交換法（讓蒸餾水通過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂來制備較大量無氨的水）。 磷酸鹽緩沖溶液（pH為7.4）：稱14.3 g 磷酸二氫鉀和68.8 g 磷酸氫二鉀，溶于水中并稀釋至1 L。配制后用pH

5、計(jì)測(cè)定其pH值，并用磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀調(diào)至pH為7.4。 吸收液：2%硼酸或0.01 mol/L 硫酸。2%硼酸溶液：溶解20 g 硼酸于水中，稀釋至1 L。0.01 mol/L硫酸：量取20 mL 0.5 mol/L 的硫酸，用水稀釋至1 L。 納氏試劑：稱取5 g碘化鉀，溶于5 mL水中，分別加入少量氯化汞（HgCl2）溶液（2.5 g HgCl2溶于40 mL水中，必要時(shí)可微熱溶解），不斷攪拌至微有朱紅色沉淀為止。冷卻后加入氫氧化鉀溶液（15 g 氫氧化鉀溶于30 mL水中），充分冷卻，加水稀釋至100 mL。靜置一天，取上層清液貯于塑料瓶中，蓋緊瓶蓋，可保存數(shù)月。 酒石酸鉀鈉溶液：

6、稱取50 g 酒石酸鉀鈉（KNaC4H4O6·4H2O）溶于水中，加熱煮沸以驅(qū)除氨，冷卻后稀釋至100 mL。 氨標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取3.819 g無水氯化銨（NH4Cl）（預(yù)先在100干燥至恒重），溶于水中，轉(zhuǎn)入1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度，即配得1.00 mg NH4+-N/mL 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。取此溶液10.00 mL稀釋至1000 mL，即為10 µg NH4+-N/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。(3) 步驟較清潔水樣可直接測(cè)定，對(duì)受污染水樣一般按下列步驟進(jìn)行。 水樣蒸餾：為保證蒸餾裝置不含氨，須先在蒸餾瓶中加200 mL無氨水，加10 mL磷酸鹽緩沖溶液、幾粒玻璃珠，加熱蒸餾至流

7、出液中不含氨為止（用納氏試劑檢驗(yàn)），冷卻。然后將此蒸餾瓶中的蒸餾液傾出（但仍留下玻璃珠），量取水樣200 mL，放入此蒸餾瓶中（如預(yù)先試驗(yàn)水樣含氨量較大，則取適量的水樣，用無氨水稀釋至200 mL，然后加入10 mL磷酸鹽緩沖液）。另準(zhǔn)備一只250 mL的容量瓶，移入50 mL吸收液（吸收液為0.01 mol/L硫酸或2%硼酸溶液），然后將導(dǎo)管末端浸入吸收液中，加熱蒸餾，蒸餾速度為每分鐘68 mL，至少收集150 mL餾出液，蒸餾至最后12 min時(shí)，把容量瓶放低，使吸收液的液面脫離冷凝管出口，再蒸餾幾分鐘以洗凈冷凝管和導(dǎo)管，用無氨水稀釋至250 mL，混勻，以備比色測(cè)定。 測(cè)定：如為較清潔的

8、水樣，直接取50 mL澄清水樣置于50 mL比色管中。一般水樣則取用上述方法蒸餾出的水樣50 mL，置于50 mL比色管中。若氨氮含量太高可酌情取適量水樣用無氨水稀釋至50 mL。另取8支50 mL比色管，分別加入銨標(biāo)準(zhǔn)溶液（含氨氮10 µg/mL）0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL，加無氨水稀釋至刻度。在上述各比色管中，分別加入1.0 mL酒石酸鉀鈉，搖；再加1.5 mL納氏試劑，搖勻放置10 min；用1 cm比色管，在波長(zhǎng)425 nm處，以試劑空白為參比測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得水樣中氨氮的含量（µ

9、g/mL）。2. 亞硝酸鹽氮的測(cè)定鹽酸萘乙二胺比色法(1) 原理在pH 2.02.5時(shí)，水中亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸生成重氮鹽，再與鹽酸萘乙二胺偶聯(lián)生成紅色染料，最大吸收波長(zhǎng)為543 nm，其色度深淺與亞硝酸鹽含量成正比，可用比色法測(cè)定，檢出限為0.005 µg/mL，測(cè)定上限為0.1 µg/mL。(2) 試劑 不含亞硝酸鹽的蒸餾水：蒸餾水中加入少量高錳酸鉀晶體，使呈紅色，再加氫氧化鋇（或氫氧化鈣），使呈堿性，重蒸餾。棄去50 mL初餾液，收集中間70%部分。也可于每升蒸餾水中加入1 mL濃硫酸和0.2 mL硫酸錳溶液（每100 mL蒸餾水中含有36.4 g MnSO4

10、83;H2O），及13 mL 0.04%高錳酸鉀溶液使呈紅色，然后重蒸餾。 亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：稱取1.232 g 亞硝酸鈉溶于水中，加入1 mL氯仿，稀釋至1000 mL 。此溶液每毫升含亞硝酸鹽氮約為0.25 mg。由于亞硝酸鹽氮在濕空氣中易被氧化，所以儲(chǔ)備液需標(biāo)定。標(biāo)定方法：吸取50.00 mL 0.050 mol/L高錳酸鉀溶液，加5 mL濃硫酸及50.00 mL亞硝酸鈉儲(chǔ)備液于300 mL具塞錐形瓶中（加亞硝酸鈉貯備液時(shí)需將吸管插入高錳酸鉀溶液液面以下）混合均勻，置于水浴中加熱至7080，按每次10.00 mL的量加入足夠的0.050 mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，使高錳酸鉀溶液褪色并過

11、量，記錄草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液用量（V2）；再高錳酸鉀溶液滴定過量的草酸鈉直至溶液呈微紅色，記錄高錳酸鉀溶液用量（V1）。用50 mL不含亞硝酸鹽的水代替亞硝酸鈉貯備液，如上操作，用草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定高錳酸鉀溶的濃度（c1），按下式計(jì)算高錳酸鉀溶液濃度（mol/L）：按下式計(jì)算亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的濃度：式中，c1是經(jīng)標(biāo)定的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V1是滴定亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液時(shí)，加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V2是滴定亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液時(shí)，加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V3是滴定水時(shí)，加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；V4是滴定水時(shí)，加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL；7.00是亞硝酸

12、鹽氮（1/2 N）的摩爾質(zhì)量，g/mol；50.00是亞硝酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液取用量，mL；0.0500是草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（1/2 Na2C2O4，0.0500 mol/L）。 亞硝酸鹽使用液：臨用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)貯備液配制成每毫升含1.0 µg的亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)使用液。 草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（1/2 Na2C2O4，0.0500 mol/L）：稱取3.350 g 經(jīng)105干燥 2 h的優(yōu)級(jí)純無水草酸鈉溶于水中，轉(zhuǎn)入1000 mL容量瓶中加水稀釋至刻度。 高錳酸鉀溶液（1/5 KMnO4，0.050 mol/L）：溶解1.6 g 高錳酸鉀于約1.2 L水中，煮沸0.5 h 至1 h，使體積減小至10

13、00 mL左右，放置過夜，用G3號(hào)熔結(jié)玻璃漏斗過濾后，濾液貯于棕色試劑瓶中，用上述草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度。 氫氧化鋁懸浮液：溶解125 g硫酸鋁鉀KAl (SO4)2·12H2O或硫酸鋁銨NH4Al (SO4)2·12H2O于1 L水中，加熱到60，在不斷攪拌下慢慢加入55 mL濃氨水，放置約1 h，轉(zhuǎn)入試劑瓶?jī)?nèi)，用水反復(fù)洗滌沉淀，至洗液中不含氨、氯化物、硝酸鹽和亞硝酸鹽為止。澄清后，把上層清液盡量全部?jī)A出，留下濃的懸浮物，最后加100 mL水。使用前應(yīng)振蕩均勻。 鹽酸萘乙二胺顯色劑：50 mL冰醋酸與900 mL水混合，加入5.0 g 對(duì)氨基苯磺酸，加熱使其全部溶解

14、，再加入0.05 g 鹽酸萘乙二胺，攪拌溶解后用水稀釋至1 L。溶液無色，貯存于棕色瓶中，在冰箱中保存可穩(wěn)定一個(gè)月（當(dāng)有顏色時(shí)應(yīng)重新配制）。(3) 步驟 水樣如有顏色和懸浮物，可在每100 mL水樣中加入2 mL 氫氧化鋁懸浮液，攪拌后，靜置過濾，棄去25 mL初濾液。 取50.00 mL澄清水樣于50 mL比色管中（如亞硝酸鹽氮含量高，可酌情少取水樣，用無亞硝酸鹽蒸餾水稀釋至刻度）。 取7支50 mL比色管，分別加入含亞硝酸鹽氮1 µg / mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL，用水稀釋至刻度。 在上述各比色管中分別加入2 mL顯

15、色劑，20 min后在540 nm處，用2 cm比色皿，以試劑空白作參比，測(cè)定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得水樣中亞硝酸鹽氮的含量（µg/mL）。3. 硝酸鹽氮的測(cè)定二磺酸酚比色法(1) 原理濃硫酸與酚作用生成二磺酸酚，在無水條件下二磺酸酚與硝酸鹽作用生成二磺酸硝基酚，二磺酸硝基酚在堿性溶液中發(fā)生分子重排生成黃色化合物，最大吸收波長(zhǎng)在410 nm處，利用其色度和硝酸鹽含量成正比，可進(jìn)行比色測(cè)定。少量的氯化物即能引起硝酸鹽的損失，使結(jié)果偏低?？杉恿蛩徙y，使其形成氯化銀沉淀，過濾去除，以消除氯化物的干擾，（允許氯離子存在的最高濃度為10 µg/mL，超過此濃度就要干擾

16、測(cè)定）。亞硝酸鹽氮含量超過0.2 µg/mL時(shí)，將使結(jié)果偏高，可用高錳酸鉀將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再從測(cè)定結(jié)果中減去亞硝酸鹽的含量。本法的檢出限為0.02 µg/mL硝酸鹽氮，檢測(cè)上限為2.0 µg/mL。(2) 試劑 二磺酸酚試劑：稱取15 g精制苯酚，置于250 mL三角燒瓶中，加入100 mL濃硫酸，瓶上放一個(gè)漏斗，置沸水浴內(nèi)加熱6 h，試劑應(yīng)為淺棕色稠液，保存于棕色瓶?jī)?nèi)。 硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：稱取0.7218 g 分析純硝酸鉀（經(jīng)105烘4 h），溶于水中，轉(zhuǎn)入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。此溶液含硝酸鹽氮100 µg/mL。如加入2 m

17、L氯仿保存，溶液可穩(wěn)定半年以上。 硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取100 mL硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干，然后加入4.0 mL二磺酸酚，用玻棒磨擦蒸發(fā)皿內(nèi)壁，靜置10 min，加入少量蒸餾水，移入500 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標(biāo)線，即為20 µg NO3-N/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液(相當(dāng)于88.54 µg NO3-)。 硫酸銀溶液：稱取4.4 g 硫酸銀，溶于水中，稀釋至1 L，于棕色瓶中避光保存。此溶液1.0 mL相當(dāng)于1.0 mg 氯（Cl-）。 高錳酸鉀溶液（1/5 KMnO4，0.100 mol/L）：稱取0.3 g 高錳酸鉀，溶于蒸餾水中，并稀釋至1 L

18、。乙二胺四乙酸二鈉溶液：稱取50 g乙二胺四乙酸二鈉，用20 mL蒸餾水調(diào)成糊狀，然后加入60 mL濃氨水，充分混合，使之溶解。 碳酸鈉溶液（1/2 Na2CO3，0.100 mol/L）：稱取5.3 g 無水碳酸鈉，溶于1 L水中。實(shí)驗(yàn)用水預(yù)先要加高錳酸鉀重蒸餾，或用去離子水。(3) 步驟 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別吸取硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00 mL于50 mL比色管中，加入1.0 mL 二磺酸酚，加入3.0 mL濃氨水，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。用1 mL比色皿，以試劑空白作參比， 于波長(zhǎng)410 nm處測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 樣品的

19、測(cè)定脫色：污染嚴(yán)重或色澤較深的水樣（即色度超過10度），可在100 mL水樣中加入2 mL Al(OH)3懸浮液。搖勻后，靜置數(shù)分鐘，澄清后過濾，棄去最初濾出的部分溶液（510 mL）。除去氯離子：先用硝酸銀滴定水樣中的氯離子含量，據(jù)此加入相當(dāng)量的硫酸銀溶液。當(dāng)氯離子含量小于50 mg/L時(shí)，加入固體硫酸銀。1 mg氯離子可與4.4 mg硫酸銀作用。取50 mL水樣，加入一定量的硫酸銀溶液或硫酸銀固體，充分?jǐn)嚢韬?。再通過離心或過濾除去氯化銀沉淀，濾液轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中定容至刻度；也可在80水浴中加熱水樣，搖動(dòng)三角燒瓶，使氯化銀沉淀凝聚，冷卻后用多層慢速濾紙過濾至100 mL容量瓶，定容至刻度?？鄢齺喯跛猁}氮影響：如水樣中亞硝酸鹽氮含量超過0.2 mg/L，可事先將其氧化為硝酸鹽氮。具體方法如下：在已除氯離子的100 mL容量瓶中加入1 mL 0.5 mol/L硫酸溶液，混合均勻后滴加0.100 mol/L高錳酸鉀溶液，至淡紅色出現(xiàn)并保持15 m