氨氮分析

氨氮的测定一、氨氮的含义氨氮是以游离氨(NH3)或铵盐(NH4+)的形式存在于水中，两者的组成比例取决于水的pH值和水温。当pH值偏高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例高，水温则相反。水中氨氮的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，某些工业废水（如焦化废水和合成氨化肥厂废水等），以及农田排水。此外，在无氧环境下，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原为氨。在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐，甚至继续转变为硝酸盐。二、方法选择氨氮的测定方法，通常有纳氏试剂光度法、水杨酸-次氯酸盐光度法、电极法、气相分子吸收法和蒸馏滴定法等。2.1、水杨酸-次氯酸盐光度法具有灵敏、稳定等优点，干扰情况和消除方法同纳氏试剂光度法。相应的环境保护部发布的方法标准为HJ536-2009。2.2、电极法具有通常不需要对水样进行预处理和测量范围宽的优点，但电极的寿命和再现性尚存在一些问题。2.3、气相分子吸收法比较简单，但要用到专用仪器或原子吸收仪，用此方法的实验室也不多。相应的环境保护部发布的方法标准为HJ195-2005。2.4、氨氮含量较高时，可采用蒸馏-酸滴定法。相应的环境保护部发布的方法标准为HJ537-2009。2.5、纳氏试剂光度法具有操作简便、灵敏等特点，水样中钙、镁和铁等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色，以及混浊等均干扰测定，需作相应的预处理。相应的环境保护部发布的方法标准为HJ535-2009。绝大多数市县站包括我站都采用纳氏试剂光度法测定氨氮，相较以上几种方法，本方法更适合对就地表水中的氨氮进行分析测定，同时为了全省地表水测定数据结果更具有可比性，所以今后对于跨界断面地表水氨氮的测定，推荐统一使用纳氏试剂光度法（HJ535-2009）。三、纳氏试剂光度法（HJ535-2009）1、适用范围2、方法原理3、干扰及消除4、试剂和材料5、样品的分析6、质量保证和质量控制7、反应条件的控制8、小结1、适用范围本标准适用于地表水、地下水、生活污水和工业废水中氨氮的测定。当水样体积为50mL，使用20mm比色皿时，本方法的检出限为0.025mg/L，测定下限为0.10mg/L，测定上限为2.0mg/L（均以N计）。2、方法原理以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420nm处测量吸光度。以下为显色反应的主要化学方程式：2-+--4422Hg2HgI+NH+4OHONHI+7I+3HOHg2---4322Hg2HgI+NH+3OHONHI+7I+2HOHg3、干扰及消除水样中含有悬浮物、余氯、钙镁等金属离子、硫化物和有机物时会产生干扰，含有此类物质时要作适当处理，以消除对测定的影响。3.1、在显色时加入适量的酒石酸钾钠溶液，可消除钙镁等金属离子的干扰。3.2、若样品中存在余氯，可加入适量的硫代硫酸钠溶液去除，每加0.5mL可去除0.25mg余氯。用淀粉-碘化钾试纸检验余氯是否除尽。3.3、若水样浑浊或有颜色时，可采用絮凝沉淀法处理，100mL样品中加入1mL硫酸锌溶液和0.1mL-0.2mL氢氧化钠溶液，调节pH约为10.5，混匀，放置使之沉淀，倾取上清液分析。必要时，用经水冲洗过的中速滤纸过滤，弃去粗滤液20mL。也可对絮凝后样品进行离心处理。3.4、对污染严重的水或工业废水，或者用以上方法无法消除干扰的水样，可用预蒸馏法来消除干扰，具体操作方式为可将50mL硼酸溶液移入接受瓶内，确保冷凝管出口在硼酸溶液液面之下。分取250mL样品，移入烧瓶中，加几滴溴百里酚蓝指示剂，必要时，用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调整pH至6.0（指示剂呈黄色）-7.4（指示剂呈蓝色）之间，加入0.25g轻质氧化镁使溶液呈弱碱性（也可加入pH9.5的Na2B4O7-NaOH缓冲溶液），再加入数粒玻璃珠，立即连接氮球和冷凝管。加热蒸馏，使馏出液达200mL，停止蒸馏，加水定容至250mL。4、试剂和材料分析时所用试剂均使用符合国家标准的分析纯化学试剂，实验用水为无氨水，必须使用经过检定合格和校准的容量器皿和量器，包括比色皿和分光光度计。4.1、无氨水的制备：可采用使蒸馏水通过强酸性阳离子交换树脂柱的离子交换法制备无氨水，也可采用在蒸馏水中加入硫酸，在全玻璃蒸馏器中重蒸馏的方法，或者直接用纯水器来制得无氨水。若空气中氨溶于水或有铵盐通过其他途径进入实验用水中，则可导致实验空白值高，所以无氨水每次用后应注意密闭保存。我站的实验经验表明：用新鲜蒸馏水代替无氨水测氨氮，实验空白值和标准曲线与用无氨水的方法无显著差异，可见只要实验用水不含氨或氨含量极低，不论蒸馏水是否重蒸，均可使用。4.2、纳氏试剂有以下两种配制的方法。4.2.1、二氯化汞-碘化钾-氢氧化钾溶液：称取15.0g氢氧化钾，溶于50mL水中，冷却至室温。称取5.0g碘化钾，溶于10mL水中，在搅拌下，将2.50g二氯化汞粉末分多次加入碘化钾溶液中，直到溶液呈深黄色或出现淡红色沉淀溶解缓慢时，充分搅拌混合，并改为滴加二氯化汞饱和溶液，当出现少量朱红色沉淀不再溶解时，停止滴加。在搅拌下，将冷却的氢氧化钾溶液缓慢的加入到上述二氯化汞和碘化钾的混合液中，并稀释至100mL，于暗处静置24h，倾出上清液，贮于聚乙烯瓶内，用橡皮塞或聚乙烯盖子盖紧，存放暗处，可稳定一个月。4.2.2、碘化汞-碘化钾-氢氧化钠溶液：称取16.0g氢氧化钠，溶于50mL水中，冷至室温。称取7.0g碘化钾和10.0g碘化汞，溶于水中，然后将此溶液在搅拌下，缓慢加入到上述50mL氢氧化钠溶液中，用水稀释至100mL。贮于聚乙烯瓶内，用橡皮塞或聚乙烯盖子盖紧，于暗处存放，有效期一年。4.2.3、纳氏试剂配制原理：纳氏试剂中碘化汞与碘化钾的比例，对显色反应的灵敏度有较大影响，了解纳氏反应机理是正确配制纳氏试剂的关键。显色基团为[HgI4]2-，它的生成与I-浓度密切相关。开始时，Hg2+与I-反应生成红色沉淀HgI2，然后HgI2会与过量I-的迅速反应生成淡黄色显色基团[HgI4]2-，当红色沉淀HgI2不再溶解时，表明I-不再过量，应立即停止加入HgCl2，此时可获得最大量的显色基团。若继续加入HgCl2，会促使生成的显色基团[HgI4]2-不断分解，同时产生大量红色沉淀HgI2，从而引起纳氏试剂灵敏度的降低。4.2.4、两种纳氏试剂配制方法的比较：用4.2.1配制纳氏试剂时用到KI、HgCl2和KOH，用4.2.2配制纳氏试剂时用到KI、Hgl2和NaOH。两种方法均可产生显色基团[HgI4]2-，而用4.2.2方法配制的纳氏试剂的空白实验值的吸光度比另一种方法的高近一倍多，且大于0.030。虽然用4.2.1方法配制纳氏试剂较为繁琐，但因实验空白较低，一般常用此方法，在今后进行地表水氨氮的测定中，推荐统一使用第一种方法配制纳氏试剂。4.2.4、纳氏试剂配制注意事项：采用4.2.1方法配制纳氏试剂时，关键在于把握HgCl2的加入量，这决定着获得显色基团含量的多少，进而影响方法的灵敏度。但方法未给出HgCl2的确切用量，需要根据试剂配制过程中的现象加以判断，经验性强，因而较难把握。我们经验总结出HgCl2与KI得用量比为0.46:1（即9.2gHgCl2溶于20gKI溶液），效果很好。配制好的纳氏试剂要严格按照前面的存放要求来贮存，不要放在冰箱中冷藏，经我们经验总结，这样能使得纳氏试剂的灵敏度降低。4.2.5、二氯化汞性状和危害：其纯品为无色或白色结晶性粉末，常温下微量挥发，有剧毒，需密封阴凉干燥避光保存。可经吸入、食入、经皮吸收的途径侵入人体。产生急性中毒症状：有头痛、头晕、乏力、失眠、多梦、口腔炎、发热等全身症状。可有食欲不振、恶心、腹痛、腹泻等。部分患者皮肤出现红色斑丘疹。严重者发生间质性肺炎及肾损害。口服可发生急性腐蚀性胃肠炎，严重者昏迷、休克，甚至发生坏死性肾病致急性肾功能衰竭。对眼有刺激性。可致皮炎。慢性中毒的症状：表现有神经衰弱综合征；易兴奋症；精神情绪障碍，如胆怯、害羞、易怒、爱哭等；汞毒性震颤；口腔炎。少数病例有肝、肾损伤。4.2.6、配制纳氏试剂时的个人防护：配制人员必须有过专业的训练，熟悉配制的步骤。配制过程中，操作人员需戴化学安全防护眼镜；戴橡胶手套，有条件时可穿上连衣式胶布防毒衣。纳氏试剂有剧毒，使用时要小心，皮肤触碰时要及时清洗。4.3、酒石酸钾钠溶液（C=500g/L）：称取50.0g酒石酸钾钠溶于100mL水中，加热煮沸以驱除氨，充分冷却后稀释至100mL。室温下可保存30天，4℃冷藏可保存半年。有时实验中会遇到不合格的酒石酸钾钠试剂，它的铵盐含量较大，只靠加热煮沸并不能完全除去，这时可采取以下两种方法：(1)向定容后的酒石酸钾钠溶液加入5ml纳氏试剂，沉淀后取上层清夜使用；(2)向酒石酸钾钠溶液中加入少量碱，煮沸蒸发至50ml左右后，冷却并定容至100ml。一般认为，第二种方法优于第一种方法。4.4、氨氮标准贮备和工作溶液：称取3.8190g氯化铵（优级纯，在100℃-105℃干燥2h）,溶于水中，移入1000mL容量瓶中，稀释至标线，配制好的贮备液浓度为1mg/mL，可在2℃-5℃保存1个月。现在有专业机构配制好的氨氮标准贮备溶液，也可通过市面直接购得。吸取5.00mL氨氮标准贮备溶液于500mL容量瓶中，稀释至刻度，可得浓度为10ug/mL的氨氮标准工作溶液。临用前需现配。5、样品的分析水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内，要尽快分析。如需保存，应加硫酸使水样酸化至pH2，2℃-5℃下可保存7天。酸化样品应注意防止吸收空气中的氨而遭致污染。5.1、校准曲线的绘制：在8个50mL比色管中，分别加入0.00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL和10.00mL氨氮标准工作溶液，加水至标线，加入1.0mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入纳氏试剂1.5mL（4.2.1）或1.0mL（4.2.2），摇匀。放置10min后，在波长420nm下，用20mm比色皿，以水作参比，测量吸光度。以空白校正后的吸光度为纵坐标，以其对应的氨氮含量为横坐标，绘制校准曲线。根据待测样品的浓度也可选用10mm比色皿，此时测定上限较20mm可以提高将近一倍，能够达到4mg/L。5.2、样品测定：取一定量的清洁水样或经预处理的水样（氨氮含量应小于100ug）按与校准曲线相同的步骤测量吸光度。经蒸馏或在酸性条件下煮沸方法预处理的水样，须加一定量的氢氧化钠溶液，调节水样至中性，用水稀释至50mL标线，再按与校准曲线相同的步骤测量吸光度。样品测定时要注意避开总硬度、挥发酚、硫酸盐等可产生干扰的分析项目。5.3、空白试验：用水代替水样，按与样品相同的步骤进行前处理和测定。5.4、结果计算6、质量保证和质量控制6.1、试剂空白的吸光度应不超过0.030（1mm比色皿）。6.2、纳氏试剂的配制：为了保证纳氏试剂有良好的显色能力，配制时务必控制氯化汞的加入量，至微量碘化汞红色沉淀不再溶解为止。配制100mL纳氏试剂所需氯化汞和碘化钾的用量之比为2.3:5。在配制时为了加快反应速度、节省配制时间，可低温加热进行，防止碘化汞沉淀的提前出现。6.3、酒石酸钾钠的配制：分析纯酒石酸钾钠铵盐含量较高时，仅加热煮沸或加纳氏试剂不能完全除去氨，此时采用加入少量氢氧化钠溶液，煮沸蒸发掉溶液体积的20%-30%，冷却后用无氨水稀释至原体积。水体中常见金属离子有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等，若含量较高，易与纳氏试剂中OH-或I-反应生成沉淀，使溶液浑浊，影响比色，因此需加入酒石酸钾钠来掩蔽。有资料表明：在实际水样中加入酒石酸钾钠出现浑浊，使水样无法比色，这可能是酒石酸钾钠试剂本身含有较多的Ca2+、Mg2+，再加上实际水样中的Ca2+、Mg2+，和酒石酸钾钠络合，生成较多量的酒石酸钙或酒石酸镁，使水样变浑浊，此