實驗二水體自凈程度的指標-蘭州交通大學精品課程建設

1、實驗二 水體自凈程度的指標各種形態(tài)的氮相互轉化和氮循環(huán)的平衡變化是環(huán)境化學和生態(tài)系統(tǒng)研究的重要內容之一。水體中氮產物的主要來源是生活污水和某些工業(yè)廢水及農業(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，可以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；亞硝酸鹽中的氮稱為亞硝酸鹽氮；硝酸鹽中的氮稱為硝酸鹽氮。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)氮的含量都可以作為水質指標，分別代表有機氮轉化為無機氮的各個不同階段。在有氧條件下，氮產物的生物氧化分解一般按氨或銨

2、、亞硝酸鹽、硝酸鹽的順序進行，硝酸鹽是氧化分解的最終產物。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6-1。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。 一、 實驗目的1. 掌握測定三氮的基本原理和方法。2. 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)

3、pH計。(3) 恒溫水浴。(4) 分光光度計。(5) 電爐：220V/1KW。(6) 比色管：50mL。(7) 陶瓷蒸發(fā)皿：100或200mL。(8) 移液管：1mL、2mL、5mL。容量瓶：250mL。三、實驗步驟（一）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425nm波長下比色測定，檢出限為0.02g/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(1) 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0.1mL濃硫酸，進行重蒸餾，流出物接受于玻璃容器中）和離子交

4、換法（讓蒸餾水通過強酸型陽離子交換樹脂來制備較大量的無氨水）。(2) 磷酸鹽緩沖溶液（pH為7.4）：稱14.3g 磷酸二氫鉀和68.8g磷酸氫二鉀，溶于水中并稀釋至1L。配制后用pH計測定其pH值，并用磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀調至pH為7.4。(3) 吸收液：2%硼酸或0.01mol/L 硫酸。 2%硼酸溶液：溶解20g硼酸于水中，稀釋至1L。 0.01mol/L硫酸：量取20mL0.5mol/L的硫酸，用水稀釋至1L。(4) 納氏試劑：稱取5g碘化鉀，溶于5mL水中，分別加入少量氯化汞（HgCl2）溶液（2.5 gHgCl2溶于40mL水中，必要時可微熱溶解），不斷攪拌至微有朱紅色沉淀為止。

5、冷卻后加入氫氧化鉀溶液（15g氫氧化鉀溶于30mL水中），充分冷卻，加水稀釋至100mL。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。(5) 酒石酸鉀鈉溶液：稱取50g 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100mL。(6) 氨標準溶液：稱取3.819 g無水氯化銨（NH4Cl）（預先在100干燥至衡重），溶于水中，轉入1000mL容量瓶中，稀釋至刻度，即配得1.00mgNH3-N/mL 的標準儲備液。取此溶液10.00mL稀釋至1000mL，即為10g NH3-N/mL的標準溶液。3. 步驟較清潔水樣可直接測定，如水樣受污染

6、一般按下列步驟進行。(1) 水樣蒸餾：為保證蒸餾裝置不含氨，須先在蒸餾瓶中加200mL無氨水，加10mL磷酸鹽緩沖溶液、幾粒玻璃珠，加熱蒸餾至流出液中不含氨為止（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200mL，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200mL，然后加入10mL磷酸鹽緩沖液）。另準備一只250mL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68mL，至少收集150mL餾出液，蒸餾至最后12min時，把容量瓶放低，

7、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250mL，混勻，以備比色測定。(2) 測定：如為較清潔的水樣，直接取50mL澄清水樣置于50mL比色管中。一般水樣則取用上述方法蒸餾出的水樣50mL，置于50mL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50mL。另取8支50mL比色管，分別加入銨標準溶液（含氨氮10g/mL）0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00mL，加無氨水稀釋至刻度。在上述各比色管中，分別加入1.0mL酒石酸鉀鈉，搖勻，再加1.5mL納氏試劑，搖勻放置10min，用1cm比色管，在波長425

8、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（g/mL）。 （二）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543nm，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0.005g/mL，測定上限為0.1g/mL。2. 試劑(1) 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50mL初餾液，收集中間70%的無錳部分。也可于每升蒸餾水中加入1mL濃硫酸和0.2mL硫酸錳溶

9、液（每100mL蒸餾水中含有36.4g MnSO4·H2O），及13mL0.04%高錳酸鉀溶液使呈紅色，然后重蒸餾。(2) 亞硝酸鹽標準儲備液：稱取1.232g 亞硝酸鈉溶于水中，加入1mL氯仿，稀釋至1000mL 。此溶液每毫升含亞硝酸鹽氮約為0.25mg。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50.00mL 0.050mol/L高錳酸鉀溶液，加5mL濃硫酸及50.00mL亞硝酸鈉儲備液于300mL具塞錐型瓶中（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10.00mL的量加入足夠的0.050 mol/L

10、草酸鈉標準溶液，使高錳酸鉀溶液褪色并過量，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到溶液呈微紅色，記錄高錳酸鉀溶液用量（V1）。用50mL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，按下式計算高錳酸鉀溶液濃度（mol/L）：1/5KMnO4=0.0500*V4/V3按下式計算亞硝酸鹽氮標準儲備液的濃度：亞硝酸鹽氮=(V1*1/5KMnO4-0.0500*V2)*7.00*1000/50.00式中，1/5KMnO4是經標定的高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol/L；V1是滴定標準儲備液時，加入高錳酸鉀標準溶液總量，mL；V2是滴定亞硝酸鹽氮

11、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是亞硝酸鹽氮（1/2 N）的摩爾質量，g/mol；50.00是亞硝酸鹽標準儲備液取用量，mL；0.0500是草酸鈉標準溶液濃度（1/2 Na2C2O4，0.0500mol/L）。(3) 亞硝酸鹽使用液：臨用時將標準貯備液配制成每毫升含1.0g的亞硝酸鹽氮的標準使用液。(4) 草酸鈉標準溶液（1/2 Na2C2O4，0.0500mol/L）：稱取3.350g 經105干燥2h的優(yōu)級純無水草酸鈉溶于水中，轉入1000mL容量瓶中加水稀釋至刻度。(5) 高

12、錳酸鉀溶液（1/5KMnO4，0.050mol/L）：溶解1.6 g 高錳酸鉀于約1.2L水中，煮沸0.5h至1h，使體積減小至1000mL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。(6) 氫氧化鋁懸浮液：溶解125g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55mL濃氨水，放置約1h，轉入試劑瓶內，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，只留濃的懸浮物，最后加100mL水

13、。使用前應振蕩均勻。(7) 鹽酸萘乙二胺顯色劑：50mL冰醋酸與900mL水混合，加入5.0g對氨基苯磺酸，加熱使其全部溶解，再加入0.05g鹽酸萘乙二胺，攪拌溶解后用水稀釋至1L。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(1) 水樣如有顏色和懸浮物，可在每100mL水樣中加入2mL 氫氧化鋁懸浮液，攪拌后，靜置過濾，棄去25mL初濾液。(2) 取50.00mL澄清水樣于50mL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）。(3) 取7支50mL比色管，分別加入含亞硝酸鹽氮1g/mL的標準溶液0.00、0.50、1.

14、00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，用水稀釋至刻度。(4) 在上述各比色管中分別加入2mL顯色劑，20 min后在540nm處，用2cm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（g/mL）。（三）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410nm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。可加硫酸銀，使其形成氯化銀沉淀，過濾去除，以消除氯化物的

15、干擾，（允許氯離子存在的最高濃度為10g/mL，超過此濃度就要干擾測定）。亞硝酸鹽氮含量超過0.2 g/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0.02g/mL硝酸鹽氮，檢測上限為2.0g/mL。2試劑(1) 二磺酸酚試劑：稱取15g精制苯酚，置于250mL三角燒瓶中，加入100mL濃硫酸，瓶上放一個漏斗，置沸水浴內加熱6h，試劑應為淺棕色稠液，保存于棕色瓶內。(2) 硝酸鹽標準儲備液：稱取0.7218g分析純硝酸鉀（經105烘4 h），溶于水中，轉入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。此溶液含硝酸鹽氮100g/mL。如加入2

16、mL氯仿保存，溶液可穩(wěn)定半年以上。(3) 硝酸鹽標準溶液：準確移取100mL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4.0mL二磺酸酚，用玻棒磨擦蒸發(fā)皿內壁，靜置10min，加入少量蒸餾水，移入500mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標線，即為20gNO3-N/mL 的標準溶液(相當于88.54g NO3-)。(4) 硫酸銀溶液：稱取4.4g硫酸銀，溶于水中，稀釋至1L，于棕色瓶中避光保存。此溶液1.0mL相當于1.0mg 氯（Cl-）。(5) 高錳酸鉀溶液（1/5KMnO4，0.100 mol/L）：稱取0.3g高錳酸鉀，溶于蒸餾水中，并稀釋至1L。(6) 乙二胺四乙酸二鈉溶液：稱取

17、50g乙二胺四乙酸二鈉，用20mL蒸餾水調成糊狀，然后加入60mL濃氨水，充分混合，使之溶解。(7) 碳酸鈉溶液（1/2Na2CO3，0.100mol/L）：稱取5.3g無水碳酸鈉，溶于1L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(1) 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、4.00mL50mL比色管中，加入1.0mL二磺酸酚，加入3.0mL濃氨水，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。用1mL比色皿，以試劑空白作參比，于波長410nm處測定吸光度，繪制標準曲線。(2) 樣品的測定脫色：污染嚴重或色澤較深的水樣（即色度超過

18、10度），可在100mL水樣中加入2mL 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（510mL）。除去氯離子：先用硝酸銀滴定水樣中的氯離子含量，據此加入相當量的硫酸銀溶液。當氯離子含量小于50mg/L時，加入固體硫酸銀。1mg氯離子可與4.4 mg硫酸銀作用。取50mL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100mL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100mL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0.2mg/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100mL容量瓶中加入1mL 0.5mol/L硫酸溶液，混合均勻后滴加0.100mol/L高錳酸鉀溶液，至淡紅色出現(xiàn)并保持15min不褪為止，以使亞硝酸鹽完全轉變?yōu)橄跛猁}，