纳氏试剂分光光度法测洲河水中氨氮含量要点.docx
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纳氏试剂分光光度法测洲河水中氨氮含量要点
本科毕业论文封面式样
分类号UDC单位代码10644
密级公开学号
本科毕业论文
纳氏试剂分光光度法测洲河水中氨氮含量
学生姓名：
苏苹____________
二级学院：
化学化工学院________
专业：
化学工程与工艺______
班级：
2010级2班__
学号：
2010020605__
指导教师：
向文军_
完成时间：
2014年3月20日
中国达州
2014年3月
目录
1摘要I
关键词I
AbstractI
1.引言1
1.1氨氮的存在形式及危害1
1.2氨氮检测方法的发展1
1.2.1氨气敏电极法2
1.2.2气相分子光谱法3
1.2.3滴定法3
1.2.4分光光度法4
2．实验部分4
2.1主要仪器5
2.2试剂5
2.3实验原理及方法5
2.3.1纳氏试剂配置原理与存放注意事项6
2.3.2酒石酸钾钠的配置与存放注意事项6
2.3.3水样的采集及预处理7
2.3.4氨氮浓度校准曲线的绘制8
3．测定结果与分析8
3.1测定结果分析及计算9
3.2相关分析方法的比较10
3.3氨氮测定影响因素探讨11
3.4实验小结12
参考文献:
13
致谢14
纳氏试剂分光光度法测洲河水中氨氮的含量
专业：
化学工程与工艺2010级2班苏苹指导教师：
向文军
摘要：
本实验介绍了纳氏试剂分光光度法测洲河水中氨氮的含量的实验方法和实验步骤。
通过对比试验的方法对影响因素进行分析与探讨。
温度、时间、体系pH决定反应速度、反应平衡和反应生成物的稳定性,应控制反应在最佳条件下进行，水体中溶解态无机或有机物以及不溶态悬浮物对纳氏试剂光度法测定氨氮均有干扰,应根据不同情形选择不同方法加以消除,特别应注意酒石酸钾钠掩蔽失效现象。
提出实验过程的注意事项，并提出相应的改进措施，以便更准确的测定氨氮的含量。
关键词：
纳氏试剂分光光度法；洲河水；氨氮含量；对比试验
Nessler'sreagentSpectrophotometryfordeterminingthecontentofammonianitrogeninsurfacewater
Major:
ChemicalEngineeringandProcessGrade:
2010Class:
2Student:
pingSuSupervisor:
WenJunXiang
Abstract:
Thisstudyintroducedthenessler'sreagentspectrophotometrycontinentintheriverofammonianitrogencontentofexperimentalmethodandexperimentalsteps.Throughthecontrasttestmethodtoinfluencefactorswereanalyzedanddiscussed.Temperature,time,systempHreactionspeed,balanceandstabilityoftheproduct,shouldbecontrolledreaction,underthebestconditionsofdissolvedinorganicororganicmatterinwatersuspendedsolidsandinsolublestateofnessler'sreagentspectrophotometrydeterminationofammonianitrogenareinterference,shouldaccordingtothedifferentsituationtochoosedifferentmethodtoeliminate,specialattentionshouldbepaidtosodiumpotassiumtartratemaskingthefailurephenomenon.Putforwardthemattersneedingattentionoftheexperimentalprocess,andputforwardthecorrespondingimprovementmeasures,inordertomoreaccuratelydeterminethecontentofammonianitrogen.
Keywords:
Nessler'sreagentSpectrophotometry;Statetheriver；Thecontentofammonianitrogen;contrasttest
1.引言
1.1氨氮的存在形式及危害
氨氮（NH3-N）是以游离氮（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水中，其含量高低是评价水质好坏的重要标准之一，水中的氨氮是引起水体富营养化的主要因素，两者的组成比取决于水的pH值。
当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之则铵盐的比例较高。
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，以及农田排水等。
此外，在无氧环境中，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。
可以说明下州河水的污染，我们生活在州河边上，为什么做这次试验。
结合环境现状分析，氨氮对水生物起危害作用的主要是游离氨，其毒性比铵盐大几十倍，并随碱性的增强而增大。
氨氮毒性与池水的pH值及水温有密切关系，一般情况，pH值及水温愈高，毒性愈强，对鱼的危害类似于亚硝酸盐。
氨氮对水生物的危害有急性和慢性之分。
慢性氨氮中毒危害为：
摄食降低，生长减慢，组织损伤，降低氧在组织间的输送。
鱼类对水中氨氮比较敏感，当氨氮含量高时会导致鱼类死亡。
急性氨氮中毒危害为：
水生物表现亢奋、在水中丧失平衡、抽搐，严重者甚至死亡。
因此测洲河水中各种形态的氮化合物，有助于评价洲河水体被污染的情况，以便采取相应的改善措施。
1.2氨氮检测方法的发展
目前，国内外对氨氮的速测方法有很多种。
例如：
水杨酸-次氯酸盐光度法、纳氏试剂光度法、滴定法、气相分子光谱法、电极法等它们都具有各自的优缺点。
具体如下：
1.2.1氨气敏电极法[1]
氨气敏电极法原理：
原理是氨气敏电极以平头pH玻璃电极为指示电极,以银-氯化银为参比电极形成一组电极对,一并置于盛有0.1mg/L的氯化铵内充液的塑料套管中。
套管底部有氨气可以通过的疏水微孔透气膜。
氨气进入内充液后,反应如下:
NH3+H2O=NH4++OH-,结果内充液的pH值随氨的进入而增高,使玻璃电极电位发生变化。
当溶液离子强度,酸度,性质恒定,电极参数恒定条件下,测得溶液的电位值与氨浓度符合能斯特方程。
该氨气敏电极法线性范围为0.4~1400mg/L,最低检出限能达到0.07mg/L。
骆冠琦等[2]研究了离子选择电极测定生活污水中氨氮的实验方法及影响因素,实验表明精密度和准确度均符合生活污水水质分析的质量要求。
刘乃芝[3]通过降低电极内充液的浓度和在pH调节剂中加10%的乙醇减少Nernst响应偏差,使线性范围扩大,检出限降低.此外,萧涌瀚[4]应用离子选择电极法测定废水中的氨氮,不需对样品预蒸馏,对废水中可能存在的CN-,Fe3+,Ca2+等14种干扰物质,在强碱性条件下,加入Na2-EDTA作掩蔽剂,对测定没有明显的干扰。
杨佩欣等[5]采用氨气敏电极法测定城市污水中的氨氮,检测上限为0.01mg/L,测定下限为0.1mg/L,检测范围在1.0~1000.0mg/L。
芦平生等[6]用氨气敏电极直接测定工业废水中的氨氮,检测范围为0.07~1400mg/L,用电极法和蒸馏法进行比较,经检验两种方法测得结果无显著性差异。
但是氨气敏电极法实验操作相对较为复杂且要求较高，实验经济成本高。
1.2.2气相分子光谱法
水样中加入次溴酸钠氧化剂,将氨及铵盐氧化成亚硝酸盐。
然后按亚硝酸盐氮的气相分子吸收光谱法测定水样中氨氮的含量。
由于本法将氨和铵盐氧化成亚硝酸盐进行测定的,故水样中所含亚硝酸盐，应事先测定出结果进行扣除。
另外次溴酸钠氧化能力极强，水中有机胺也将全部或部分被氧化成亚硝酸盐，故水样含有机胺时,应根据需要进行蒸馏予以分离。
本法最低检出浓度为0.005mg/L，测定上限100mg/L。
可用于地表水、地下水、海水等样品的测定。
1.2.3滴定法
滴定法仅适用于已进行蒸馏预处理的水样。
调节水样至pH在6.0―7.4范围，加入氧化镁使呈微碱性。
加热蒸馏，释出的氨被吸收至硼酸溶液中，以甲基红—亚甲蓝为指示剂，用酸标准溶液滴定馏出液中的铵。
当水样中含有在此条件下可被蒸馏出并在滴定时能与酸反应的物质，如挥发性胺类等，则将使测定结果偏高。
1.2.4分光光度法
朗伯-比尔定律是分光光度法和比色法的理论基础，是环境监测应用最广的定律之一。
该定律不仅适用于可见光，也可适用于红外光和紫外光；不仅适用于均匀非散射液体，也适用于固体和气体，但也有一定适用范围，它要求溶液浓度比较稀，否则吸收光度-浓度工作曲线在高浓度处将发生弯曲。
主要反映物质对辐射吸收规律的基本定律。
它由两部分组成。
1）朗伯定律：
由朗伯于1768年提出，溶液对单色辐射的吸收与液层厚度成正比；
2）比尔定律：
由比尔于1852年提出，当单色辐射透过一定厚度溶液时，光的吸收与溶液的浓度成正比。
这两条定律结合在一起称为朗伯-比尔定律。
即：
当一束平行的单色光通过均匀非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与液层厚度和溶液的浓度的乘积成正比。
则朗伯-比尔定律的数学式可表示为：
I=Io·10﹣εcb
式中：
I—透过液层后的光强度
Io—入射色光的强度
ε—摩尔吸光系数，即在一定波长下，当c为1mol/L，b为10mm是的吸光值。
b—液层厚度
c—待测物浓度
I/Io=t为透光度。
透光度的百分数，即t×100%=T，为百分透光度或透光率。
透光度的负对数-lgt=E即为吸光度。
通过对照溶液的光强度为I，通过待测溶液的光强度It，朗伯—比尔定律仍然成立，分光光度法就是利用这一关系对待测组分进行定量测定的。
分光光度计也是这一原理制作的。
对照溶液通常为溶剂或试剂空白。
水杨酸—次氯酸盐光度法：
水杨酸—次氯酸盐光度法是在亚硝基铁氰化钠的条件下，水中氨被转化成铵盐，在697nm的波长处测定铵盐和水杨酸、次氯酸反应的络合物的吸光度，根据线性关系计算出水样中氨氮含量的方法。
测试范围是使用最大式样体积8ml时，氨氮质量浓度可达1mg/L，使用10mm比色皿时，最低检出质量浓度为0.01mg/L。
该方法具有灵敏度高、数据稳定的特点，测定时对水样的预处理方法与纳氏方法基本相同，但其缺点是对试剂的纯度要求更高，操作过程也更为复杂，不适用于本实验对洲河水质的测定。
纳氏试剂法：
纳氏试剂法被许多国家列为国标分析方法[7]-[9]，其原理是：
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，在波长420nm处测量其吸光度，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，通过线性关系可以计算出水样中的氨氮含量。
纳氏试剂比色法测试范围是最大试样体积为50ml时,氨氮浓度可达2mg/L,使用10mm比色皿时,最低检出浓度为0.01mg/L。
为了提高测定灵敏度和准确度,孔庆池[10]等实验证明加入胶体保护剂聚乙烯醇（PVA）可进一步提高胶体的稳定性和测定准确度,在最佳实验条件下,该方法的最低检出限为0.015mg/L,回收率为98.6%~103%。
适用范围：
主要用于地表水、地下水、生活污水和工业废水中氨氮的测定。
它具有操作简便、灵敏等特点，但试剂毒性较大，且水样中含有悬浮物、余氯、钙镁等金属离子、硫化物和有机物时会产生干扰，当测量含有此类物质的污水时，必须做适当的前处理，以消除其对测定结果的影响，如加入适量的硫代硫酸钠溶液可以去除样品中存在的余氯，在显色是加入适量的酒石酸钾钠可消除钙镁离子的干扰等。
通过以上几种测定方法的对比可知，各种方法都有其优缺点和适用范围，从节约成本、经济实用的角度上分析，纳氏试剂优于其他几种测定方法，而且其操作简单反应灵敏便于观察的特点决定了选择纳氏试剂法有利于本实验更准确的测定氨氮的含量。
2实验部分
2.1主要仪器
检测器：
721分光光度计石英比色皿（光程为10mm）50mL具塞比色管
移液管凯氏烧瓶真空抽滤机移液枪电子天平磁力搅拌器
石英比色皿721分光光度计
2.2试剂
10mg/L氨氮标准溶液氯化汞碘化钾氢氧化钾酒石酸钾钠
所用试剂均为分析纯，分析用水为二次蒸馏水（吸光度<0.015）。
2.3实验原理
本实验原理是：
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，在波长420nm处测量其吸光度，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，通过线性关系可以计算出水样中的氨氮含量。
2.3.1纳氏试剂配置原理与存放注意事项
纳氏试剂配制原理
纳氏试剂由Nessler于1856年发明,了解纳氏试剂反应机理,是正确配制纳氏试剂的关键。
纳氏试剂有两种方法,常用HgCl2与KI反应的方法配制,其反应过程如下：
HgCl-+2KI→HgI2（红色沉淀）+2KCl
（1）
HgI2+2KI→K2[HgI4]（淡黄色）
（2）
K2[HgI4]（淡黄色）→2K++I-+[HgI3]-（3）
2I-+Hg2+→HgI2（4）
显色基团[HgI4]2-的生成与I-浓度密切相关。
开始时,Hg2+与I-按反应
（1）式生成红色沉淀HgI2,迅速与过量I-按反应
（2）式生成[HgI4]2-淡黄色显色基团;当红色沉淀不再溶解时,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,反应（3）式和（4）式就会显著进行,促使显色基团不断分解,同时产生大量HgI2红色沉淀,从而引起纳氏试剂灵敏度的降低。
配制纳氏试剂时,一定要将碱液充分冷却到室温后再将汞盐缓缓加入否则易出现浑浊和沉淀,空白值偏高。
采取纳氏试剂稀释一倍比色总体积减少50%进行分析,以此来减少汞的用量,减少化学分析中的污染,依据朗伯—比耳定律中浓度、吸光度和光程的关系,选取10mm的比色皿进行比色分析，验证结果表明,稀释后同样具有较好的准确度和精密度。
了解氨氮反应原理对我们理解反应过程,控制反应条件有重要意义。
纳氏试剂的配置与存放注意事项
称取50.00g碘化钾溶于水中，边搅拌边分次少量加入二氯化汞（HgCI2）结晶粉末（约25.00g），至出现朱红色沉淀不易溶解时，改为滴加饱和二氯化汞溶液，并充分搅拌，当出现微量朱红色沉淀不再溶解时，停止滴加二氯化汞溶液。
另称取150.00g氢氧化钾溶于水，并稀释至250ml，冷却至室温后，将上述溶液在边搅拌下，徐徐注入氢氧化钾溶液中，用水稀释至500ml，混匀。
静置过夜，将上清液移入聚乙烯瓶中，密塞保存。
2.3.2酒石酸钾钠溶液的配置
称取50g酒石酸钾钠（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100ml水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100ml。
酒石酸钾钠掩蔽原理
水中常见金属离子有Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等,若含量较高,易与纳氏试剂中OH-或I-反应生成沉淀或浑浊,影响比色。
因而在加入纳氏试剂前,需先加入酒石酸钾钠,以掩蔽这些金属离子,其掩蔽原理如下：
KNaC4H4O6+Ca2++·4H2O=CaC4H4O6·4H2O+K++Na+
KNaC4H4O6+Mg2++5H2O=MgC4H4O6·5H2O+K++Na+
2.3.3水样的采集及预处理
分别从六个不同的地方的洲河水，洲河城市生活用水区、养殖地带区域、洲河大桥附近等。
注意采集的水样深度必须在0.3m以下。
将六个不同地点的水等体积混合在一起，保存于2℃—5℃的环境下分为六个组并尽快分析并。
水样带色或浑浊以及含有其他干扰物质，影响氨氮的测定。
在分析前要进行预处理。
对于较清洁的水样，可采用絮凝沉淀法，对于污染严重的工业废水，则用蒸馏法消除干扰。
易挥发的还原性物质可以在酸性条件下加热除去。
含有金属离子的干扰，可在比色时加入适量的掩蔽剂加以消除。
2.3.4氨氮浓度校准曲线的绘制
用移液管吸取0、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、和8.00mL氨氮标准液（10mg/L）使用液于50ml比色管中，加水至标线。
加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。
加1.5ml纳氏试剂，混匀。
放置10min后，在波长420nm处，用光程10mm比色皿，以水作参比，测量吸光度。
由测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量（mg）对校正吸光度得校准曲线。
得到的实验图及表格如下
表1氨氮标准液
比色管编号
氨氮体积（mL）
吸光度（Abs）
1
0.00
0.014
2
0.25
0.026
3
0.50
0.047
4
1.00
0.09
5
6
7
8
2.00
4.00
6.00
8.00
0.165
0.311
0.462
0.616
由公式n=c.v，n=c1*v1=c2*v2可算出单位体积物质的量的浓度,结果如下表：
氨氮浓度mg/L0.050.10.20.40.81.21.6
校正吸光度Abs0.0120.0330.0760.1510.2970.4480.602
氨氮浓度（mg/L）
水样的测定
分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），分别加入50ml比色管中，加1.0ml酒石酸钾钠溶液。
按与校正曲线相同的步骤进行吸光度的测定
空白试验
取二次蒸馏水50mL代替水样，按与样品相同的步骤测量吸光度。
3.测定结果与分析结果计算：
3.1测定结果计算
水中氨氮的浓度校正曲线表示计算Y=0.3746X
表2实验数据
样品编号
样品吸光度A
氨氮含mg/L
1
0.279
0.7449
2
0.278
0.7421
3
0279
0.7449
4
0.279
0.7449
5
6
平均值
0.278
0.279
0.2786
0.7421
0.7449
0.7439
地表水环境质量标准基本项目标准限值单位：
mg/L
标准值项目
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
Ⅴ类
氨氮（NH3-N）
≤
0.15
0.5
1.0
1.5
2.08
注：
水域功能和标准分类如下：
依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：
Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；
Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；
Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域；
Ⅳ类主要适用于一般工业用用区及人体非直接接触的娱乐用水区；
Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
由表可知，洲河水中氨氮含量为0.7439mg/L，明显低于国家第V类水质标准；自来水和饮用水的氨氮含量低于Ⅰ类水质标准。
3.2相关分析方法比较
表3国内外标准方法的对比表
标准号
测定方法
检出限mg/L
标准偏差mg/L
颁布时间
GB7478-87
蒸馏和滴定法
0.2
0.23
1987
GB7479-87
纳氏试剂比色法
0.01
0.024
1987
GB7481-87
水杨酸分光光度法
0.01
0.014
1987
ISO5664
蒸馏和滴定法
0.2
0.20
1984.5
ISO6778
电位法
0.07
0.10
1984.6
EPA350.1
流动分析（CFAFIA）
和光谱检测法
0.02
0.0080
1997.7
3.3氨氮测定影响因素探讨
3.3.1反应温度对实验的影响
由化学反应平衡可知，温度影响着化学反应平很速率。
所以说纳氏试剂与氨氮反应的速度也同样受温度的影响,并显著影响溶液颜色。
由文献和经过多次实验验证,纳氏试剂与氨氮反应的温度为25℃时,显色最完全；5~15℃吸光度无显著改变,但其显色不完全；当温度30℃时,溶液褪色,吸光度出现明显偏低现象。
因而实验显色温度应控制在20~25℃,以保证分析结果的可靠性。
3.3.2反应时间对实验的影响
实验表明,反应时间在10min之前,溶液显色不完全；10~30min颜色较稳定；30~45min颜色有加深趋势;45~90min颜色逐渐减褪。
因而,用纳氏试剂光度法测定水中氨氮时,显色时间应控制在10~30min,以尽快的速度进行比色,达到分析的精密度和准确度。
3.3.3反应体系pH对实验的影响
由氨氮反应原理可知,OH浓度影响反应平衡。
实验表明,水样pH的变化对颜色的强度有明显影响,pH、太低时,显色不完全,过高时溶液会出现浑浊,所以对于废水样应特别注意调节体系的pH,最好将溶液显色pH控制在11.8~13.4范围内,以保证结果的精密度和准确度。
3.4实验小结
由实验测定结果分析和测定影响因素的探讨可知,纳氏试剂光度法测定氨氮应注意和解决以下几种常见问题:
（1）应注意主要试剂性状,选购合格的试剂，以免造成不必要的损失。
（2）试剂的正确配制决定着实验的灵敏度,特别要注意理解纳氏试剂配制原理,正确掌握纳氏试剂配制要领。
（3）降低空白实验值可提高实验精密度,对实验用水、空白试剂和过滤滤纸要注意检查是否符合实验要求。
（4）反应条件,如：
温度、时间、体系pH决定反应速度、反应平衡和反应生成物的稳定性,应控制反应在最佳条件下进行。
（5）水体中溶解态无机或有机物以及不溶态悬浮物对纳氏试剂光度法测定氨氮均有干扰,应根据不同情形选择不同方法加以消除,特别应注意酒石酸钾钠掩蔽失效现象。
（6）对于超过检测上限含量水样的稀释测定问题,因事前、事后稀释2种方法相对误差均满足分析要求,对于大批量测定情况,可采取事后稀释测定。
参考文献
[1]中国科学院上海冶金研究所;材料物理与化学（专业）博士论文2000年度
[2].骆冠琦,黎耀.离子选择电极测定生活污水中的氨氮[J].中国卫生检验杂志,2000,10（4）:
388-391
[3].刘乃芝,氨气敏电极测定水中氨氮的方法改进[J].山东环境,1996,70
（1）
[4].萧涌瀚应用离子选择性电极法测定废水中氨氮方法的研究[J].环境污染与防治,1993,15（5）:
33-35
[5].杨佩欣,宋万。
氨气敏电极法测定城市污水中的氨
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