實(shí)驗(yàn)十三-水體自凈程度監(jiān)測(cè)─水中氮素含量測(cè)定

實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型： 綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 水體自凈程度監(jiān)測(cè)─水中氮素含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：環(huán)資B座 實(shí)驗(yàn)日期：2018年 12月20日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┝私馑w中三氮間的轉(zhuǎn)換與其環(huán)境學(xué)意義熟悉水體中三氮含量的測(cè)定熟悉水質(zhì)分析儀的使用選定自然水體(河流或小型湖泊等)作為研究對(duì)象，按照水體布點(diǎn)、采樣、樣品保存原則與規(guī)范進(jìn)行樣品采集、“三氮”各指標(biāo)的測(cè)定。了解測(cè)定三氨對(duì)環(huán)境化學(xué)研究的作用和意義，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平價(jià)研完水體的自凈程度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）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1。表一水體中三氮檢出的環(huán)境化學(xué)意義水質(zhì)總氮的測(cè)定——堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法過硫酸鉀是強(qiáng)氧化劑，在60℃以上水溶液中可進(jìn)行如下分解產(chǎn)生原子態(tài)氧：K2S2O8+H2O→2KHSO4+[O]分解出的原子態(tài)氧在120～140℃高壓水蒸氣條件下可將大部分有機(jī)氮化合物及氨氮、亞硝酸鹽氮氧化成硝酸鹽。以CO(NH2)2代表可溶有機(jī)氮合物，各形態(tài)氧化示意式如下：CO(NH2)2+2NaOH+8[O]→2NaNO3+3H2O+CO2(NH4)2SO4+4NaOH+8[O]→2NaNO3+Na2SO4+6H2O2NaNO2+[O]→NaNO3硝酸根離子在紫外線波長(zhǎng)220nm有特征性的最大吸收，而在275nm波長(zhǎng)則基本沒有吸收值。因此，可分別于220和275nm處測(cè)出吸收光度。A220及A275按下式求出校正吸光度A：A＝A220－2A275（1）按A的值查校準(zhǔn)曲線并計(jì)算總氮（以NO3－N）含量。水楊酸分光光度法測(cè)定水中氨氮含量在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，在約697nm處用分光光度法加以測(cè)定。需要注意的是，在pH11.7有亞硝基五氰絡(luò)鐵（Ⅲ）酸鈉存在時(shí)，氯銨與水楊酸也要發(fā)生反應(yīng)，從而樣品中所有的氯銨都定量地被測(cè)定。當(dāng)取樣體積為8.0ml，使用10mm比色皿時(shí)，檢出限為0.01mg/l，測(cè)定下限為0.04mg/l，測(cè)定上限為1.0mg/L（均以N計(jì)），當(dāng)取樣體積為8.0ml，使用30mm比色皿時(shí)，檢出限為0.004mg/l，測(cè)定下限為0.016mg/l，測(cè)定上限為0.25mg/L（均以N計(jì)）本法已定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法（HJ536-2009）。干擾：本方法用于水樣分析時(shí)可能遇到的干擾物質(zhì)及限量，詳見表2。加酒石酸鉀鈉可掩蔽陽離子，特別是鈣鎂離子的干擾。苯胺和乙醇胺產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾不多見，干擾通常由伯胺產(chǎn)生。氯胺、過高的酸度、堿度以及含有使次氯酸根離子還原的物質(zhì)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生干擾。如果水樣的顏色過深、含鹽量過多,酒石酸鉀鹽對(duì)水樣中的金屬離子掩蔽能力不夠，或水樣中存在高濃度的鈣、鎂和氯化物時(shí)，需要預(yù)蒸餾。表2共存離子的影響及消除鋅鎘還原法測(cè)硝酸鹽氮鋅鎘還原法分析法的基本原理是將硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽，通過測(cè)定亞硝酸鹽的濃度進(jìn)而得到硝酸鹽的濃度。亞硝酸鹽—重氮化偶合比色法；重氮化-偶合反應(yīng)：重氮化-偶合反應(yīng)為芳香第一胺基的特征反應(yīng)。芳香族伯胺和亞硝酸作用（在強(qiáng)酸介質(zhì)下）生成重氮鹽的反應(yīng)稱為重氮化（一般在低溫下進(jìn)行，伯胺和酸的mol比是：1：2.5），芳伯胺常稱重氮組分，亞硝酸為重氮化劑，因?yàn)閬喯跛岵环€(wěn)定，通常使用亞硝酸鈉和鹽酸或硫酸使反應(yīng)時(shí)生成的亞硝酸立即與芳伯胺反應(yīng)，避免亞硝酸的分解，重氮化反應(yīng)后生成重氮鹽。當(dāng)pH值為1.8時(shí)，亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯酰胺化合為重氮化合物，再與鹽酸N-(1-萘基)-乙烯二胺作用，形成紅色偶氮染料，比色定量。本法的最低檢出量為0.05mg亞硝酸。三、操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟總氮TNT過硫酸鹽消解法高量程(10.0to150.0mg/LN)方法號(hào)：100721.打開COD反應(yīng)器。加熱到103-106°C。（最佳溫度105度）注：防護(hù)設(shè)備應(yīng)該到位，以防檢測(cè)人員受到傷害。2．準(zhǔn)備試劑空白試劑：用漏斗將總氮過硫酸鹽試劑粉加入到一支HR總氮?dú)溲趸锵庠嚻俊?．往瓶中注入0.5毫升不含有機(jī)物的水。蓋上瓶蓋。大力搖晃。（約30秒）將該試劑空白溶液和樣品一樣進(jìn)行消解和色度處理。留于步驟6使用。4．準(zhǔn)備樣品：用漏斗將總氮過硫酸鹽試劑粉加入到另外一支HR總氮?dú)溲趸锵庠嚻俊?．將0.5毫升樣品注入試瓶中。蓋緊瓶蓋搖晃30秒鐘。6．將兩只試瓶放在COD反應(yīng)器上。加熱30分鐘。7．將試瓶拿出反應(yīng)器，冷卻到室溫。8．輸入檢測(cè)總氮的程序編號(hào)。按下：PRGM屏幕顯示：

PRGM？

9．按下：69ENTER屏幕將顯示：mg/L,N和ZERO圖標(biāo)10．分別往裝有消解過的空白試劑和樣品的試劑瓶中加入總氮試劑A粉末。蓋上瓶蓋，搖晃15秒。按下：TIMERENTER將開始3分鐘的反應(yīng)計(jì)時(shí)。11．計(jì)時(shí)器鳴響后，往試劑瓶值中加入總氮試劑B粉末。蓋緊瓶蓋。搖晃15秒鐘。屏幕將顯示：02:00Timer2按下：ENTER將開始兩分鐘的反應(yīng)計(jì)時(shí)。12．計(jì)時(shí)器鳴響后，分別打開總氮試劑C瓶，往其中注入消解過的樣品（或空白試劑）。試劑瓶將變暖。13．蓋上瓶蓋，緩慢反轉(zhuǎn)瓶十次。試劑瓶將變暖。14．屏幕將顯示：05:00Timer3按下：ENTER五分鐘反應(yīng)計(jì)時(shí)開始。不要再反轉(zhuǎn)試劑瓶。15．將COD/TNT適配器放入試瓶槽中。16．計(jì)時(shí)器鳴響后，將裝有空白試劑的瓶壁擦干凈，然后放入樣品適配器中。蓋緊瓶蓋。17．按下：ZERO屏幕將顯示：0mg/LN18.將裝有樣品的總氮試劑C瓶壁擦干凈。19．將樣品瓶放入樣品適配器中。蓋緊瓶蓋。20．按下：READ指針將右移，屏幕將顯示總氮的含量，單位是mg/L。氨氮水楊酸法低量程硝態(tài)氮鎘還原法高量程亞硝酸鹽重氮化作用法低量程四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：采樣地點(diǎn)；紫金港護(hù)校河采樣時(shí)間：2018.12.20氨氮；式樣一式樣二平均濃度ｍｇ／Ｌ0.910.950.93硝態(tài)氮：式樣一式樣二平均濃度ｍｇ／Ｌ2.02.12.05亞硝態(tài)氮；式樣一式樣二式樣三平均濃度ｍｇ／Ｌ0.0740.0740.0680.072總氮；式樣一式樣二式樣三濃度ｍｇ／Ｌ3.30.80(該次總氮測(cè)定結(jié)果平行性較差，數(shù)據(jù)不具有代表性，發(fā)生原因?qū)⒃趯?shí)驗(yàn)分析中做出討論。該水體的總氮指標(biāo)引用使用同一水樣的同學(xué)，該組總氮含量為8mg/L)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：根據(jù)測(cè)定結(jié)果，該水樣中的氨氮含量為0.93mg/L、硝態(tài)氮為2.05mg/L、亞硝態(tài)氮為0.072mg/L，其水體中三氮的含量大小為硝態(tài)氮>氨氮>亞硝態(tài)氮，可以根據(jù)此項(xiàng)測(cè)定結(jié)果根據(jù)表一進(jìn)行水體自凈程度評(píng)價(jià)。如果水體中氨氮指標(biāo)較高，甚至高于硝態(tài)氮的時(shí)候,水體一定是受到了生活污水之類的污染,里面含有大量的有機(jī)氮造成的這一現(xiàn)象；氨氮進(jìn)入水體后會(huì)被水體中的硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此一過程代表了水體的自凈過程，而亞硝態(tài)氮在水體中一班含量較少，因?yàn)閬喯鯌B(tài)氮一般很快會(huì)被氧化為硝態(tài)氮，如果自然水體中出現(xiàn)大量亞硝氮，那么代表水體一定是處于缺氧或者厭氧狀態(tài)，這種水質(zhì)一般是較差的。而本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果中硝態(tài)氮占主要地位，但也有一定量的氨氮，代表該水體仍有污染物的注入，但同時(shí)水體中污染物也持續(xù)的被水體中的微生物利用分解而轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮?？傮w而言污染物分解的速度較快，但該水體因仍有新的污染源注入，水質(zhì)狀況較差。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)，該水樣的氨氮指標(biāo)屬于三類水，總氮指標(biāo)屬于劣五類水。實(shí)驗(yàn)分析：本次實(shí)驗(yàn)中總氮的分析出現(xiàn)較大的誤差，不僅個(gè)平行樣之間平行性較差，與其他組測(cè)定結(jié)果相比，測(cè)地值也偏低。實(shí)驗(yàn)過程中已初步排除儀器出現(xiàn)故障等問題，以下將分析探討該結(jié)果出現(xiàn)的原因：本次總氮測(cè)定值除了樣品管的測(cè)定值外，試劑空白的定值也明顯偏低，原因可能是因?yàn)樵噭┓勰┳冑|(zhì)(粉末試劑B的粉末包有許多都發(fā)黑變質(zhì))，導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行不完全，或有其他產(chǎn)物出現(xiàn)。由于粉末試劑包存放較久，許多粉末難以從粉末包上說落下來，可能導(dǎo)致粉末試劑的加入量參差不齊，甚至加入量過少的結(jié)果出現(xiàn)，這可能是導(dǎo)致平樣樣間相差較大的原因。取樣水體未混勻，導(dǎo)致平行樣間的水體有顯著差異。五、討論、心得 本次實(shí)驗(yàn)中我們使用了哈希水質(zhì)分析儀進(jìn)行水體檢測(cè)，正個(gè)實(shí)驗(yàn)十分簡(jiǎn)便快速，同時(shí)透過本次實(shí)驗(yàn)我們也可以看出未來環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)，越來越多的便攜式儀器推成出新，相較于之前測(cè)試時(shí)需要一堆試劑，現(xiàn)在都采用獨(dú)立的一次性藥粉包或試劑瓶，如此一來采樣與監(jiān)測(cè)都方便許多，但我覺得使用這種"傻瓜儀器"時(shí)有一點(diǎn)不好，就是會(huì)讓實(shí)驗(yàn)的操作變得不需要思考，同時(shí)也會(huì)讓使用人員對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理不太清楚。尤其大多公司不會(huì)給出個(gè)試劑的配方，實(shí)驗(yàn)分析上也比較難找出實(shí)驗(yàn)的問題。但總體而言，監(jiān)測(cè)儀器都將朝著方便；快速、微量化的方向發(fā)展，同時(shí)這也對(duì)監(jiān)測(cè)人員們帶來極大的便利。 本次實(shí)驗(yàn)已然是環(huán)境監(jiān)測(cè)課的最后一次實(shí)驗(yàn)，在這們課上我收獲頗豐。環(huán)境監(jiān)測(cè)一直是學(xué)環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)生的一大出路，同時(shí)也是進(jìn)行環(huán)境類領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)課上我們分別對(duì)水質(zhì)、土壤及固體樣品、大氣質(zhì)量、噪聲等四個(gè)方面進(jìn)行了學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程中我們也接觸到了需多儀器，同時(shí)也讓我們每個(gè)人有了親自試用的機(jī)會(huì)。課上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多是參造現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析過程中我們也漸漸發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一大盲點(diǎn)；沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。像在現(xiàn)行氟化物的測(cè)定時(shí)，對(duì)于不同的行業(yè)或測(cè)定物標(biāo)準(zhǔn)間都有很大的差異，同時(shí)各個(gè)測(cè)定方法也沒有詳細(xì)多說明讓如無從比較。而對(duì)于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間使用的指標(biāo)也有很大的不同，在未來這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該要漸漸走向系統(tǒng)化、統(tǒng)一化，這中間的進(jìn)展則是我們需要補(bǔ)足的部份。最后，謝謝老師及同組同學(xué)一學(xué)期以來的教導(dǎo)與陪伴。