1、水中氨氮含量的測定,陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站 王 婷,主要內(nèi)容,一、概述 二、氨氮測定方法的選擇 三、納氏試劑分光光度法實驗原理 四、實驗儀器與試劑 五、實驗步驟 六、影響因素分析 七、分光光度法介紹 八、氨氮測定的研究進展,一、概 述,1.1 與氮有關(guān)的水質(zhì)指標 （1）總氮：紫外分光光度法測定 （2）凱氏氮：有機氮+氨氮 蒸餾滴定方法測定 （3）氨氮：NH3+NH4+ （組成取決于溶液的pH值) （4）亞硝酸鹽氮：離子色譜法 （5）硝酸鹽氮：離子色譜法,一、概 述,1.2 水處理系統(tǒng)中氮的轉(zhuǎn)化過程：,一、概 述,1.3 測定含氮物質(zhì)的原因 測定水中各種形態(tài)的氮化合物，可以評價水體被污染和“自凈”

2、狀況: 當發(fā)現(xiàn)水中氨氮或有機氮的濃度很高時，表明水體剛剛受到污染，其潛在的危害較大。 當水中硝酸鹽氮濃度高時，表明水已經(jīng)過生化自凈。,一、概 述,1.4 氨氮在水中的存在形式 氨氮（NH3N）以游離氨（NH3）或銨鹽（NH4+）形式存在于水中，兩者的組成比取決于水的pH值和水溫。 當pH值偏高時，游離氨的比例較高，反之，則銨鹽的比例高。 當水溫偏高時，銨鹽的比例較高，反之，則游離氨的比例高。,一、概 述,1.5 氨氮的來源 （1）生活污水中含氮有機物受微生物作用的分解產(chǎn)物，以及農(nóng)田排水。 城市生活污水中的食品殘渣等含氮有機物在微生物的分解作用下產(chǎn)生氨氮，還有農(nóng)作物生長過程中以及氮肥的使用也會產(chǎn)

3、生氨氮，并隨著污水排入城市的污水處理廠或直接排入水體中。,一、概 述,1.5 氨氮的來源 （2）氨和亞硝酸鹽可以互相轉(zhuǎn)化 水中的氨在氧的作用下可以生成亞硝酸鹽，并進一步形成硝酸鹽。同時水中的亞硝酸鹽也可以在厭氧條件下受微生物作用轉(zhuǎn)化為氨。,一、概 述,1.5 氨氮的來源 （3）某些工業(yè)廢水，如焦化廢水和合成氨化肥廠廢水等。 化肥廠、發(fā)電廠、水泥廠等化工廠向環(huán)境中排放含氨的氣體、粉塵和煙霧；隨著人民生活水平的不斷提高，私家車也越來越多，大量的自用轎車和各種型號的貨車等交通工具也向環(huán)境空氣排放一定量含氨的汽車尾氣。這些氣體中的氨溶于水中，形成氨氮，污染了水體。,一、概 述,1.6 氨氮對人體健康的

4、影響 水中的氨氮可以在一定條件下轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，如果長期飲用，水中的亞硝酸鹽將和蛋白質(zhì)結(jié)合形成亞硝胺，這是一種強致癌物質(zhì)，對人體健康極為不利。,一、概 述,1.7 氨氮對生態(tài)環(huán)境的影響 氨氮對水生物起危害作用的主要是游離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨堿性的增強而增大。氨氮毒性與池水的 pH 值及水溫有密切關(guān)系。 氨氮對水生物的危害有急性和慢性之分。慢性氨氮中毒危害為：攝食降低，生長減慢，組織損傷，降低氧在組織間的輸送。魚類對水中氨氮比較敏感，當氨氮含量高時會導致魚類死亡。急性氨氮中毒危害為：水生物表現(xiàn)為亢奮、在水中喪失平衡、抽搐，嚴重者甚至死亡。,一、概 述,1.8 相關(guān)環(huán)保標準和環(huán)保工作的需

5、要 氨氮對水體造成了污染，使魚類死亡，或形成亞硝酸鹽危害人類的健康。測定水中的氨氮，有助于評價水體被污染和“自凈”狀況。 表1 是各種水體對氨氮要求的限值。,一、概 述,1.8 相關(guān)環(huán)保標準和環(huán)保工作的需要 表1 水中氨氮的環(huán)境質(zhì)量標準和污染物排放標準限值 單位：mg/L,二、氨氮測定方法的選擇,氨氮的測定方法： 納氏試劑比色法 苯酚次氯酸鹽比色法 水楊酸次氯酸鹽比色法 電極法 流動注射法,具有操作簡便、靈敏等特點。 水中鈣、鎂和鐵等金屬離子、硫化物、醛和酮類、顏色，以及混濁等均干擾測定，需作相應(yīng)的預處理。,三、納氏試劑分光光度法實驗原理,3.1顯色原理 以游離態(tài)的氨或銨離子存在的氨氮與HgI

6、和KI的堿性溶液（納氏試劑）反應(yīng)生成黃棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的色度與氨氮的含量成正比，此顏色在較寬的波長范圍內(nèi)具強烈吸收。通常測量用波長在410425nm范圍。 本法最低檢出濃度為0.025mgL-1（光度法），測定上限為2mgL-1。,三、納氏試劑分光光度法實驗原理,3.2納氏試劑配制原理 了解納氏試劑反應(yīng)機理，是正確配制納氏試劑的關(guān)鍵。納氏試劑有兩種配制方法，常用HgCl2與KI反應(yīng)的方法配制，其反應(yīng)過程如下：,三、納氏試劑分光光度法實驗原理,3.3氨氮反應(yīng)原理 納氏試劑與氨氮反應(yīng)的情況較為復雜，隨反應(yīng)物質(zhì)含量不同而分別按方程式(5)(9)進行。,三、納氏試劑分光光度法實驗原理,3.4酒石酸

7、鉀鈉掩蔽原理 水體中常見金屬離子有Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等，若含量較高，易與納氏試劑中OH-或I-反應(yīng)生成沉淀或渾濁，影響比色。因而在加入納氏試劑前，需先加入酒石酸鉀鈉，以掩蔽這些金屬離子，其掩蔽原理如下：,四、實驗儀器與試劑,儀器：500mL凱氏燒瓶、直形冷凝管、分光光度計、pH計 試劑：無氨水、1mol/L鹽酸溶液、1mol/L氫氧化納溶液、納氏試劑、酒石酸鉀鈉溶液、銨標準儲備液：1.00mg/ml,五、實驗步驟,5.1 水樣預處理 絮凝沉淀法： 取100ml水樣（進水、出水、無氨水） 1ml 10%硫酸鋅溶液 25%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至10.5左右，混勻靜置沉淀。若

8、發(fā)生不易沉降的乳濁液，則在此基礎(chǔ)上加入適量的 NaCl破乳，以消除絮凝沉淀中乳濁液難于沉降的現(xiàn)象。 過濾（棄去初濾液20ml）。,五、實驗步驟,5.1 水樣預處理 蒸餾法： 用NaOH或鹽酸調(diào)節(jié)水樣的pH值使在6.07.4的范圍，加入適量氧化鎂使成微堿性，蒸餾釋放出的氨被吸收于硼酸溶液中。 該法的關(guān)鍵在于吸收液吸收餾出液的完全程度。 對于造紙、 印染及含活性酶的工業(yè)廢水，加熱蒸餾時常會出現(xiàn)大量的泡沫，使蒸餾無法進行，可加人消泡劑硅油抑制泡沫的產(chǎn)生。試驗表觀，硅油性質(zhì)穩(wěn)定，不隨水蒸氣逸出，對測定無干擾。,五、實驗步驟,5.2 校準曲線的繪制： （1）配置氨氮標準使用液： 準確移取5.00ml銨標

9、準貯備液于500ml容量瓶，定容，搖勻。此溶液濃度為10.0g/ml。,5.2 校準曲線的繪制： （2）標準曲線配置： 準確移取0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0ml銨標準使用液于50ml比色管中，加無氨水稀釋至刻線； 1.0ml酒石酸鉀鈉溶液，混勻； 1.5ml納氏試劑，混勻； 放置顯色10min后，在波長420nm處，用光程20mm比色皿，以蒸餾水為參比，測量吸光度。,五、實驗步驟,五、實驗步驟,5.2 校準曲線的繪制： （3）繪制標準曲線 由測得的吸光度，減去 空白的吸光度后，得到 校正吸光度，繪制以氨 氮含量（ug）對校正吸 光度的校準曲線。,5.3

10、水樣的測定 取適量經(jīng)預處理后的水樣（使氨氮含量不超過0.1mg），加入50ml比色管中，稀釋至標線， 1.0ml酒石酸鉀鈉溶液，混勻； 1.5ml納氏試劑，混勻； 放置10min后，在波長420nm處，用光程20mm比色皿，以蒸餾水為參比，測量吸光度。,五、實驗步驟,五、實驗步驟,5.4 計算 由水樣測得的吸光度減去空白試驗的吸光度后，從校準曲線上查得氨氮含量（ug）。 mx由校準曲線查得的氨氮量（ug） V水樣體積（ml）,Ax=A - A空白,mx,Ax,六、 影響因素分析,6.1無氨水的質(zhì)量 實驗過程對水的要求很高，普通的蒸餾水往往達不到實驗要求，需進行二次加工得到無氨水。 蒸餾法制備無

11、氨水時，只取中間部分餾出液于密封玻璃瓶中保存，這樣制取的無氮水空白值低，但二次加工制取無氨水費時費力，也不經(jīng)濟。 在工作中我們采用離子交換純水器制取的新鮮的去離子水代替無氮水進行氨氮的測定，結(jié)果表明二者在空白吸光度和標準曲線上均無明顯差異，具有較好的精密度。,六、 影響因素分析,6.2 水樣的預處理 色度及濁度是干擾分光光度法的主要因素之一。 如果水樣有色或渾濁， 可采用絮凝沉淀法進行預處理，對用該法仍不能去掉顏色或渾濁嚴重的水樣，含有較高濃度的 Ca、Mg、Fe等金屬離子或硫化物、醛和酮類等干擾物質(zhì)的水樣，污染嚴重的水和工業(yè)廢水等均應(yīng)采用蒸餾法處理。,六、 影響因素分析,6.3 試劑影響 6

12、.3.1酒石酸鉀鈉 市售分析純酒石酸鉀納有時氨鹽含量較高，直接加熱煮沸配制往往空白實驗值很高，解決的辦法有兩種：（1）向定容后的酒石酸鉀納溶液中加人5 ml 納氏試劑，沉淀后取上層清液使用。（2）向酒石酸鉀鈉溶液中加少量堿，煮沸蒸發(fā)至50 ml左右后，冷卻并定容至100 ml。依經(jīng)驗第二種方法優(yōu)于第一種方法，即使銨鹽含量很高的酒石酸鉀鈉，經(jīng)處理后空白值也能滿足實驗要求。,六、 影響因素分析,6.3 試劑影響 6.3.2納氏試劑 (1) 配制方法的選擇。實驗結(jié)果表明用碘化汞和氫氧化鉀直接配制的納氏試劑空白值比用碘化鉀、二氯化汞和氫氧化鉀配制的高一倍左右。 (2) 嚴格控制二氯化汞的加人量，加二氯

13、化汞時應(yīng)充分攪拌，當?shù)撞砍霈F(xiàn)微量朱紅色沉淀不再溶解時，應(yīng)立即停止滴加氯化汞溶液。在配制堿液時， 一定要將稀釋后的氫氧化鉀充分冷卻至室溫后，方可將上述溶液在攪拌下徐徐注人氫氧化鉀溶液中， 否則因產(chǎn)生溶解熱使溶液溫度升高， 兩液混合時， 會產(chǎn)生汞離子沉淀， 從而影響氯化汞與碘化鉀的比例。,六、 影響因素分析,6.3 試劑影響 6.3.2納氏試劑 (3) 室溫對配制納氏試劑的影響。納氏試劑的配制室溫最好控制在15以上，如室溫太低，氯化汞在碘化鉀中的溶解度較小，此時配制的納氏試劑繪出的標準曲線靈敏度低，線性差 (4) 納氏試劑的保存。納氏試劑必須低溫( 一般在冰箱冷藏室內(nèi))保存與聚乙烯瓶中，以防止顏色

14、加深，從而保證空白值的穩(wěn)定性,六、 影響因素分析,6.4顯色影響 6.4 .1 顯色劑的顯色時間 顯色時間的長短對顯色有一定的影響， 準確掌握顯色時間是做好校準曲線的重要環(huán)節(jié)。多次實驗表明，最佳顯色時間應(yīng)為1030 min內(nèi)，此時線性關(guān)系最好，10 min前顯色不完全，顯色45 min后，其顏色不穩(wěn)定，變化較快。應(yīng)注意的是全部樣品以測定上分光操作不超過5 min為宜，這就要求每次比色管不能太多，而且動作要迅速，以達到準確、高質(zhì)的測定效果。,六、 影響因素分析,6.4顯色影響 6.4.2 顯色溫度對吸光度的影響 溫度影響納氏試劑與氨氮反應(yīng)的速度，并顯著影響溶液顏色。實驗表明，反應(yīng)溫度為25時，顯

15、色最完全；5 15吸光度無顯著改變，但其顯色不完全；當溫度達30時，溶液褪色，吸光度出現(xiàn)明顯偏低現(xiàn)象，溶液易出現(xiàn)渾濁。因而實驗顯色溫度應(yīng)控制在20 25，以保證分析結(jié)果的可靠性。,六、 影響因素分析,6.4顯色影響 6.4.3 顯色時溶液pH值的選擇 由氨氮反應(yīng)原理可知，OH-濃度影響反應(yīng)平衡。納氏試劑是強堿性溶液，有一定的緩沖能力，當加入納氏試劑后，顯色的pH適宜范圍應(yīng)控制在11.813.4，pH低于11.8，不產(chǎn)生顏色反應(yīng)，pH高于13.4，溶液立即變渾，無法測量吸光度。,六、 影響因素分析,6.5 環(huán)境因素 實驗環(huán)境對氨氮的測定結(jié)果影響很大， 比如總硬度、揮發(fā)酚、亞硝酸鹽氮等項目測試中均

16、使用氨水，而氨水的揮發(fā)性又非常強，這些項目對氨氮的測定必然會產(chǎn)生交叉污染，納氏試劑吸收空氣中的氨必將導致空白值及測試結(jié)果偏高,六、 影響因素分析,6.6 器皿的清潔度 氨氮測定時器皿的清潔度要求非常嚴格，所有實驗中用到的器皿均應(yīng)清洗干凈，特別是高濃度樣品測定完畢后，更應(yīng)徹底清洗，必要時可用( 1+9 ) 的鹽酸浸泡，且清洗、涼干后在空氣中存放時間不宜太長即可用來進行樣品的分析測定,七、分光光度法介紹,7.1 光的吸收定律 分光光度計的定量依據(jù)是朗伯比耳定律 式中：K比例常數(shù)，與入射光的波長 及物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)； L液層的厚度； C溶液的濃度。,T為透射度(表征光的透過程度),以百分數(shù)表示。 T1

17、00%，則A0； T0%，則A1。,七、分光光度法介紹,7.2 分光光度計構(gòu)成,電源開關(guān),波長旋鈕,比色皿槽,微安表,拉桿,調(diào)百旋鈕,調(diào)零旋鈕,靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕,七、分光光度法介紹,7.2 分光光度計構(gòu)成,七、分光光度法介紹,7.3 影響光度法質(zhì)量的指標 光度準確度與重復性 定義：多次測量平均值與真值之差為光度準確度（T 、 A）；最大值與最小值之差為光度重復性。 測定方法：用標準濾色片或重鉻酸鉀溶液。測量三次。 重要性：嚴重影響測定的準確度，是測定誤差的主要來源。,七、分光光度法介紹,7.3 影響光度法質(zhì)量的指標 穩(wěn)定性（即漂移） 定義：一小時內(nèi)儀器自身的漂移量。 重要性：如不好，影響測定的重

18、現(xiàn)性與準確度，嚴重甚至根本無法測定。 影響穩(wěn)定性的主要因素： 光源：氘燈 鎢燈 光電倍增管 溫度等環(huán)境因素,七、分光光度法介紹,7.4 應(yīng)用中的問題 做樣品時，數(shù)值不穩(wěn)定原因 比色皿臟，清洗比色皿。 在紫外區(qū)用了玻璃比色皿。應(yīng)使用石英比色皿。 樣品溶液有問題。有的樣品組分的化學反應(yīng)有一定的時間過程，各組分的濃度隨時間變化。 儀器噪聲大。,七、分光光度法介紹,7.5 測量誤差及實驗室條件的選擇 分光光度分析中，樣品濃度過高或過低均會引起較大的光度測量誤差。 Abs=0.434時，吸光度測量誤差最小。 通常取T=15%-65%，即Abs=0.2-0.8為分光光度分析的吸光度范圍或稱濃度范圍。 不同顯色反應(yīng)速度不同。 反應(yīng)溫度對反應(yīng)速度和產(chǎn)物均有影響。,八、氨氮測定的研究進展,在國外發(fā)達國家，流動注射技術(shù)已應(yīng)用很久，有美國、日本、荷蘭、德國等國家的多個儀器公司在研制和生產(chǎn)流動注射分析儀。主要包括間隔流動注射和連續(xù)流動注射兩大類。它具有縮短分析時間，分析速度快，準確