水體自凈程度的指標

1、實驗七 水體自凈程度的指標各種形態(tài)氮的相互轉化和氮循環(huán)的平衡變化是環(huán)境化學和生態(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。當水體受到含氮有機物污染時，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的氨 (NH3)或銨(NH4+)、亞硝酸鹽(NO2-)、硝酸鹽 (NO3-)等簡單的無機氮化物。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指標，分別代表有機氮轉化為無機氮的各個不同階段。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，水體中的細菌和其它有機污染物也逐步分解破壞，因而達到水體的凈化作用。有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的相對含量，在一定程度上可以反映含氮有機物污染的時間長短，對了解水體污染歷史以及分解趨勢和水體自凈狀況等有很高的參考價值，見表7-1。目前應用較廣的測定三氮方法是比色法，其中最常用的是：納氏試劑比色法測定氨氮，鹽酸萘乙二胺比色法測定亞硝酸鹽氮，二磺酸酚比色法測定硝酸鹽氮。表7-1 水體中三氮檢出的環(huán)境化學意義NH3-NNO2-NNO3-N三氮檢出的環(huán)境化學意義-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、實驗目的1. 掌握測定三氮的基本原理和方法。2. 了解測定三氮對環(huán)境化學研究的作用和意義。二、儀器(1) 玻璃蒸餾裝置。(2) pH 計。(3) 恒溫水浴。(4) 分光光度計。(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、實驗過程1. 氨氮的測定納氏試劑比色法(1) 原理氨與納氏試劑反應可生成黃色的絡合物，其色度與氨的含量成正比，可在425 nm波長下比色測定，檢出限為0.02 µg/mL。如水樣污染嚴重，需在pH為7.4的磷酸鹽緩沖溶液中預蒸餾分離。(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、計測定其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，加熱煮沸以驅除氨，冷卻后稀釋至100 mL。 氨標準溶液：稱取3.819 g無水氯化銨（NH4Cl）（預先在100干燥至恒重），溶于水中，轉入1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度，即配得1.00 mg NH4+-N/mL 的標準儲備液。取此溶液10.00 mL稀釋至1000 mL，即為10 µg NH4+-N/mL的標準溶液。(3) 步驟較清潔水樣可直接測定，對受污染水樣一般按下列步驟進行。 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），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（如預先試驗水樣含氨量較大，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，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管，用無氨水稀釋至250 mL，混勻，以備比色測定。 測定：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，分別加入銨標準溶液（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425 nm處，以試劑空白為參比測定吸光度，繪制標準曲線，并從標準曲線上查得水樣中氨氮的含量（µ

9、g/mL）。2. 亞硝酸鹽氮的測定鹽酸萘乙二胺比色法(1) 原理在pH 2.02.5時，水中亞硝酸鹽與對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，最大吸收波長為543 nm，其色度深淺與亞硝酸鹽含量成正比，可用比色法測定，檢出限為0.005 µg/mL，測定上限為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。 亞硝酸鹽標準儲備液：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，所以儲備液需標定。標定方法：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亞硝酸鈉儲備液于300 mL具塞錐形瓶中（加亞硝酸鈉貯備液時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草酸鈉標準溶液，使高錳酸鉀溶液褪色并過

11、量，記錄草酸鈉標準溶液用量（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，用草酸鈉標準溶液標定高錳酸鉀溶的濃度（c1），按下式計算高錳酸鉀溶液濃度（mol/L）：按下式計算亞硝酸鹽氮的標準儲備液的濃度：式中，c1是經(jīng)標定的高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol/L；V1是滴定亞硝酸鹽氮的標準儲備液時，加入高錳酸鉀標準溶液總量，mL；V2是滴定亞硝酸鹽氮的標準儲備液時，加入草酸鈉標準溶液總量，mL；V3是滴定水時，加入高錳酸鉀標準溶液總量，mL；V4是滴定水時，加入草酸鈉標準溶液總量，mL；7.00是亞硝酸

12、鹽氮（1/2 N）的摩爾質量，g/mol；50.00是亞硝酸鹽的標準儲備液取用量，mL；0.0500是草酸鈉標準溶液濃度（1/2 Na2C2O4，0.0500 mol/L）。 亞硝酸鹽使用液：臨用時將標準貯備液配制成每毫升含1.0 µg的亞硝酸鹽氮的標準使用液。 草酸鈉標準溶液（1/2 Na2C2O4，0.0500 mol/L）：稱取3.350 g 經(jīng)105干燥 2 h的優(yōu)級純無水草酸鈉溶于水中，轉入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號熔結玻璃漏斗過濾后，濾液貯于棕色試劑瓶中，用上述草酸鈉標準溶液標定其準確濃度。 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，轉入試劑瓶內(nèi)，用水反復洗滌沉淀，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傾出，留下濃的懸浮物，最后加100 mL水。使用前應振蕩均勻。 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)定一個月（當有顏色時應重新配制）。(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的標準溶液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，測定其吸光度，繪制標準曲線。從標準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，最大吸收波長在410 nm處，利用其色度和硝酸鹽含量成正比，可進行比色測定。少量的氯化物即能引起硝酸鹽的損失，使結果偏低?？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、測定）。亞硝酸鹽氮含量超過0.2 µg/mL時，將使結果偏高，可用高錳酸鉀將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再從測定結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，瓶上放一個漏斗，置沸水浴內(nèi)加熱6 h，試劑應為淺棕色稠液，保存于棕色瓶內(nèi)。 硝酸鹽標準儲備液：稱取0.7218 g 分析純硝酸鉀（經(jīng)105烘4 h），溶于水中，轉入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。 硝酸鹽標準溶液：準確移取100 mL硝酸鹽標準儲備液，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，用蒸餾水稀釋至標線，即為20 µg NO3-N/mL 的標準溶液(相當于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。實驗用水預先要加高錳酸鉀重蒸餾，或用去離子水。(3) 步驟 標準曲線的繪制：分別吸取硝酸鹽氮標準溶液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410 nm處測定吸光度，繪制標準曲線。 樣品的

19、測定脫色：污染嚴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)此加入相當量的硫酸銀溶液。當氯離子含量小于50 mg/L時，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，充分攪拌后。再通過離心或過濾除去氯化銀沉淀，濾液轉移至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