水體自凈程度的指標

1、水體自凈程度的指標云南民族大學環(huán)境科學實驗教學中心 王紅斌一、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、實驗重點測定三氮的基本原理和方法，掌握三氮的指標在水質動態(tài)監(jiān)測的應用和意義。三、實驗難點水樣在采集、保護及測定過程中的質量控制。四、實驗安排：1、實驗預習，提交預習報告；2、實驗講解提問：通過互動方式幫助學生更好地達到實驗目的和要求；出水3、在云南民族大學雨花校區(qū)中水站的進水口、 出水品， 調節(jié)池的進水口、 品 ，曝氣池的進水口、出水品，每隔一個小時采樣一次，連續(xù)采 6個小時。4、學生實驗操作；5、實驗數(shù)據(jù)分析， 并評價中水站各采樣點水體自凈

2、狀態(tài)及其水質類別進行初步 探討；6、學生提交實驗報告。五、實驗提問：（一）氨氮的測定納氏試劑比色法1、什么是納氏試劑？2、測定原理、測定波長及檢出限為多少？3、不含氨的蒸餾水如何制備？4、酒石酸鉀鈉溶液的作用是什么？5、pH為7.4磷酸鹽緩沖溶液的作用是什么？（二）亞硝酸鹽氮的測定鹽酸萘乙二胺比色法1、測定原理、測定波長及檢出限為多少？2、不含亞硝酸鹽的蒸餾水如何制備？3、水樣為什么要在冷藏及 24小時內進行分析？4、加入氯化汞的目的是什么？5、制備氫氧化鋁懸浮液的目的是什么？三)硝酸鹽氮的測定二磺酸酚比色法1、測定原理、測定波長及檢出限為多少？2 、為什么在除去除去氯離子？如何操作3、水樣有

3、顏色或懸浮物進行處理？4、加入乙二胺四乙酸二鈉溶液的目的是什么？5、如何扣除亞硝酸鹽氮對硝酸鹽氮的影響？六、思考題1. 如何通過測定三氮的含量來評價水體的 “自凈” 程度？如水體中僅含有 NO3-N， 而NH4+和NO2未檢出，說明水體“自凈”作用進行到什么階段？如水體中既有大量 N H 3- N ，又有大量 NO3-N ，水體污染和“自凈”狀況又如何？2. 用納氏比色法測定氨氮時主要有哪些干擾，如何消除？3. 在三氮測定時，要求蒸餾水不含 NH3、NO2-、NOs-，如何檢驗？4. 在蒸餾比色測定氨氮時，為什么要調節(jié)水樣的pH在7.4作用？ pH偏高或偏低對 測定結果有何影響？5. 在亞硝酸

4、鹽氮分析過程中，水中的強氧化性物質會干擾測定，如何確定并消除？附件：實驗講義 (董德明 朱利中主編.環(huán)境化學實驗 .北京：高等教育出版社)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 (NH 3)或銨 (NH 4+)、亞硝酸鹽 (NO 2-)、硝酸鹽 (NO 3-)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

5、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、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

6、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) 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0.02 口 g/mL。如水樣污染嚴重，需在pH為7

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。 0.01m

8、ol/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 gHgCa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。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 42O)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

9、化銨(NH4CI)(預先在100C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lO.OOmL稀釋至1000mL，即為10 口 g NHs-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

10、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，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

11、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10 口 g/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 425nm 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（口g/mL ）。（二）亞硝酸鹽氮的測定鹽酸萘乙二胺比色法原理在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

12、，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 0.005 口 g/mL，測定上限為0.1 口 g/mL。1. 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 硫酸錳溶液（每 100mL 蒸餾水中含有36.4g Mn SO 4 HO ），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

13、， 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7080C,按每次10.00mL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

14、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）： P1/5K MnO4 =0.0500*V 4/V3按下式計算亞硝酸鹽氮標準儲備液的濃度：p亞硝酸鹽氮 =（V1* p/5KMnO4 -0.0500*V 2）*7.00*1000/50.00式中，p1/5KMnO4是經(jīng)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

15、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1.0 口 g的亞硝酸鹽氮的標準使用液。(4) 草酸鈉標準溶液(1/2 Na 2C2O4, 0.0500mol/L ):稱取 3.350g 經(jīng) 105C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) 高錳酸鉀溶液(1/5KMn0 4, 0.050mol/L ):溶解1.6

16、 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(SO 4)2 122O或硫酸鋁銨NHaAI(SO4)2 122O于1 L水中，加熱到60C,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。使用前應振蕩均勻。(7) 鹽酸萘乙二胺顯色劑： 50mL 冰醋酸與

17、 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1Lo 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) 。2. 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。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1 口 g/mL的標準溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、

18、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（口 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

19、氯化物的干擾，（允許氯離子存在的最高濃度為10 口 g/mL,超過此濃度就要干擾測定）。亞硝酸鹽氮含量超過 0.2 口 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0.02 口 g/mL硝酸鹽氮，檢測上限為 2.0 口 g/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(jīng)105C烘4 h），溶于水 中，轉入1000mL容量瓶中，用水稀

20、釋至刻度。此溶液含硝酸鹽氮 100 口 g/mL。如 加入 2mL 氯仿保存，溶液可穩(wěn)定半年以上。(2) 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20 口 gNOs-N/mL 的標準溶液(相當于88.54 口 g NOf)。(3) 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-)。(4) 高錳酸鉀溶液(1/5KMnO4，0.1

21、00 mol/L):稱取0.3g高錳酸鉀，溶于蒸餾 水中，并稀釋至 1L 。(5) 乙二胺四乙酸二鈉溶液：稱取 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。(6) 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

22、，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 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(jù)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80C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