水體自凈程度的指標(biāo)

1、水體自凈程度的指標(biāo)云南民族大學(xué)環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 王紅斌一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握測(cè)定三氮的基本原理和方法。2. 解測(cè)定三氮對(duì)環(huán)境化學(xué)研究的作用和意義。二、實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)測(cè)定三氮的基本原理和方法，掌握三氮的指標(biāo)在水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和意義。三、實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)水樣在采集、保護(hù)及測(cè)定過(guò)程中的質(zhì)量控制。四、實(shí)驗(yàn)安排：1、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，提交預(yù)習(xí)報(bào)告；2、實(shí)驗(yàn)講解提問(wèn)：通過(guò)互動(dòng)方式幫助學(xué)生更好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?；出?、在云南民族大學(xué)雨花校區(qū)中水站的進(jìn)水口、 出水品， 調(diào)節(jié)池的進(jìn)水口、 品 ，曝氣池的進(jìn)水口、出水品，每隔一個(gè)小時(shí)采樣一次，連續(xù)采 6個(gè)小時(shí)。4、學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作；5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析， 并評(píng)價(jià)中水站各采樣點(diǎn)水體自凈

2、狀態(tài)及其水質(zhì)類別進(jìn)行初步 探討；6、學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)提問(wèn)：（一）氨氮的測(cè)定納氏試劑比色法1、什么是納氏試劑？2、測(cè)定原理、測(cè)定波長(zhǎng)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(cè)定鹽酸萘乙二胺比色法1、測(cè)定原理、測(cè)定波長(zhǎng)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(shí)內(nèi)進(jìn)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(cè)定二磺酸酚比色法1、測(cè)定原理、測(cè)定波長(zhǎng)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(jìn)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(duì)硝酸鹽氮的影響？六、思考題1. 如何通過(guò)測(cè)定三氮的含量來(lái)評(píng)價(jià)水體的 “自凈” 程度？如水體中僅含有 NO3-N， 而NH4+和NO2未檢出，說(shuō)明水體“自凈”作用進(jìn)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(cè)定氨氮時(shí)主要有哪些干擾，如何消除？3. 在三氮測(cè)定時(shí)，要求蒸餾水不含 NH3、NO2-、NOs-，如何檢驗(yàn)？4. 在蒸餾比色測(cè)定氨氮時(shí)，為什么要調(diào)節(jié)水樣的pH在7.4作用？ pH偏高或偏低對(duì) 測(cè)定結(jié)果有何影響？5. 在亞硝酸

4、鹽氮分析過(guò)程中，水中的強(qiáng)氧化性物質(zhì)會(huì)干擾測(cè)定，如何確定并消除？附件：實(shí)驗(yàn)講義 (董德明 朱利中主編.環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn) .北京：高等教育出版社)實(shí)驗(yàn)二 水體自凈程度的指標(biāo)各種形態(tài)的氮相互轉(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。水體中氮產(chǎn)物的主要來(lái)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，可以 逐步分解氧化為無(wú)機(jī)的氨 (NH 3)或銨 (NH 4+)、亞硝酸鹽 (NO 2-)、硝酸鹽 (NO 3-)等 簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)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(zhì)指標(biāo)， 分別代表有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)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(jiàn)表 6-1。目前應(yīng)用較廣的測(cè)定三氮方法是比色法，其中最常用 的是：納氏試劑比色法測(cè)定氨氮，鹽酸萘乙二胺比色法測(cè)定亞硝酸

6、鹽氮，二磺酸酚 比色法測(cè)定硝酸鹽氮。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握測(cè)定三氮的基本原理和方法。2. 解測(cè)定三氮對(duì)環(huán)境化學(xué)研究的作用和意義。二、儀器(1) 玻璃蒸餾裝置。(2) pH 計(jì)。(3) 恒溫水浴。(4) 分光光度計(jì)。(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(shí)驗(yàn)步驟(一) 氨氮的測(cè)定納氏試劑比色法1. 原理氨與納氏試劑反應(yīng)可生成黃色的絡(luò)合物， 其色度與氨的含量成正比， 可在 425nm 波長(zhǎng)下比色測(cè)定，檢出限為0.02 口 g/mL。如水樣污染嚴(yán)重，需在pH為7

7、.4的磷酸鹽緩沖溶液中預(yù)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(wú)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(jìn)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(guò)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂來(lái)制備較大量的無(wú)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(jì)測(cè)定其pH值，并用磷酸二氫鉀或磷酸氫二 鉀調(diào)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(shí)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(qū)除氨，冷卻后稀釋至 100mL。(6) 氨標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取3.819 g無(wú)水氯

9、化銨(NH4CI)(預(yù)先在100C干燥至衡重)，溶于水中，轉(zhuǎn)入 1000mL 容量瓶中，稀釋至刻度，即配得1.00mgNH3-N/mL 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。取此溶液lO.OOmL稀釋至1000mL，即為10 口 g NHs-N/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。3. 步驟較清潔水樣可直接測(cè)定，如水樣受污染一般按下列步驟進(jìn)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(wú)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(yàn)），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(yù)先試驗(yàn)水樣含氨量較大，則取適量的

10、水樣，用無(wú)氨 水稀釋至 200mL ，然后加入 10mL 磷酸鹽緩沖液）。另準(zhǔn)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(dǎo)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(shí)，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(dǎo)管，用無(wú)氨水稀釋至250mL，混勻，以備比色測(cè)定。（2）測(cè)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(wú)氨水稀釋至 50mL。另取8支50mL比色管，分別加入銨標(biāo)準(zhǔn)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(wú)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(zhǎng) 425nm 處，以試劑空白為參比測(cè)定吸光度， 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得水樣中氨氮的含量（口g/mL ）。（二）亞硝酸鹽氮的測(cè)定鹽酸萘乙二胺比色法原理在pH 2.02.5時(shí)，水中亞硝酸鹽與對(duì)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(zhǎng)為543nm,其色度深淺與亞硝酸鹽含量成正比， 可用比色法測(cè)定，檢出限為 0.005 口 g/mL，測(cè)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(wú)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(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)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(chǔ)備液需標(biāo)定。標(biāo)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(chǔ)備液于 300mL 具塞錐型瓶中 （加亞硝酸鈉貯備液時(shí)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(biāo)準(zhǔn)溶液， 使高錳酸鉀溶液褪色并過(guò)量， 記錄草酸鈉標(biāo) 準(zhǔn)溶液用量（V2）;再高錳酸鉀溶液滴定過(guò)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(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定高錳酸鉀溶的濃度， 按下式計(jì)算高錳酸鉀溶液濃度 （mol/L）： P1/5K MnO4 =0.0500*V 4/V3按下式計(jì)算亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)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(biāo)定的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L ； V1是滴定標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液時(shí)，加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量， mL； V2 是滴定亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液時(shí)，加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量， mL；V3 是滴定水時(shí)， 加入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液總量， mL； V4是滴定水時(shí)，加入草

15、酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL ; 7.00是亞硝酸鹽氮(1/2 N )的摩爾質(zhì)量， g/mol； 50.00是亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液取用量， mL； 0.0500是草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶 液濃度( 1/2 Na2C2O4， 0.0500mol/L)。(3) 亞硝酸鹽使用液：臨用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)貯備液配制成每毫升含1.0 口 g的亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)使用液。(4) 草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(1/2 Na 2C2O4, 0.0500mol/L ):稱取 3.350g 經(jīng) 105C干燥2h 的優(yōu)級(jí)純無(wú)水草酸鈉溶于水中，轉(zhuǎn)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(guò)夜，用 G3號(hào)熔結(jié)玻璃漏 斗過(guò)濾后，濾液貯于棕色試劑瓶中，用上述草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定其準(zhǔn)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(zhuǎn)入試劑瓶?jī)?nèi)，用水反復(fù)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?jī)A出， 只留濃的懸浮物， 最后加 100mL 水。使用前應(yīng)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(duì)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(wú)色， 貯存于棕色瓶中， 在冰箱中保存可穩(wěn)定一個(gè)月 (當(dāng)有顏色時(shí)應(yīng)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(guò)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(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。從標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(wú)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(zhǎng)在 410nm 處，利用其色度和硝酸鹽含量成正比，可進(jìn)行比色測(cè)定。少量的氯化物 即能引起硝酸鹽的損失，使結(jié)果偏低?？杉恿蛩徙y，使其形成氯化銀沉淀，過(guò)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(guò)此濃度就要干擾測(cè)定）。亞硝酸鹽氮含量超過(guò) 0.2 口 g/mL時(shí)，將使結(jié)果偏高，可用高錳酸 鉀將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再?gòu)臏y(cè)定結(jié)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(cè)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(gè)漏斗，置沸水浴內(nèi)加熱6h,試劑應(yīng)為淺棕色稠液，保存于棕色瓶?jī)?nèi)。（2）硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：稱取 0.7218g分析純硝酸鉀（經(jīng)105C烘4 h），溶于水 中，轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取 100mL 硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)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(nèi)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(biāo)線，即為20 口 gNOs-N/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液(相當(dāng)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(dāng)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(diào) 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(wú)水碳酸鈉，溶于1L水 中。實(shí)驗(yàn)用水預(yù)先要加高錳酸鉀重蒸餾，或用去離子水。3. 步驟(1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制： 分別吸取硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng) 410nm 處測(cè)定 吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。(2) 樣品的測(cè)定脫色：污染嚴(yán)重或色澤較深的水樣 (即色度超過(guò) 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(guò)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(dāng)量的硫酸銀溶液。當(dāng)氯離子含量小于 50mg/L 時(shí)，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?jǐn)嚢韬蟆?再通過(guò)離心或過(guò)濾除去氯化銀沉淀， 濾液轉(zhuǎn)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(dòng)三角燒瓶，使氯化銀沉淀凝聚，冷卻后用多層慢速 濾紙過(guò)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(guò)0.2mg/L，可事先將其氧化為硝酸鹽氮。 具體方