一、目的和要求
(1) 了解水中3種形態(tài)氮測定的意義。
(2) 掌握水中3種形態(tài)氮的測定方法與原理。
二、原理
氮是蛋白質(zhì)、核酸、某些維生素等有機(jī)物中的重要組分。純凈天然水體中的含氮物質(zhì)是很少的，水體中含氮物質(zhì)的主要來源是生活污水和某些工業(yè)廢水。當(dāng)含氮有機(jī)物進(jìn)入水體后，由于微生物和氧的作用，可以逐步分解或氧化為無機(jī)氨(NH3）、銨(NH4+）、亞硝酸鹽(NO2-）和最終產(chǎn)物（NO3-）：
微生物
含氮有機(jī)物——→蛋白質(zhì)、氨基酸、氨等
亞硝酸菌 硝酸菌
NH3 (NH4+ )——→NO2-——→NO3-
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。這3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)化為無機(jī)氮的各個(gè)不同階段。隨著含氮物質(zhì)的逐步氧化分解，水體中的微生物和其他有機(jī)污染物也被分解破壞，因而達(dá)到凈化水體的目的。
水中有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等幾項(xiàng)指標(biāo)的相對含量在一定程度上反映了含氮有機(jī)物水體時(shí)間的長短，從而對探討水體污染歷史、它們分解趨勢和水體自凈狀況有一定參考價(jià)值。
三氮的測定方法如下：
1.氛氮的測定——奈氏比色法
氨氮與奈氏試劑反應(yīng)生成棕色沉淀，當(dāng)含量很低時(shí)，沉淀呈淺黃色或棕色，因而可以比色測定。
2K2 [HgI4]＋3KOH＋NH3——［Hg2O·NH2]I＋2H2O＋7KI
2．亞峭酸鹽氮的測定——鹽酸a-萘胺比色法
在pH為2.0-2.5時(shí)，水中亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸生成重氮鹽。當(dāng)與鹽酸a-萘胺發(fā)生偶聯(lián)后生成紅色染料時(shí)，其色度與亞硝酸鹽含量成正比。
3. 稍酸鹽氮的測定——紫外分光光度法
硝酸根離子在紫外區(qū)有強(qiáng)烈吸收，在220nm波長處的吸光度可定量測定硝酸鹽氮，而其他氮化物在此波長不干擾測定。本法適用于測定自來水、井水、地下水和潔凈地面水中的硝酸鹽氮，濃度范圍為0. 04-0. 08mg/L。
三、儀器與試劑
(1) 紫外一可見分光光度計(jì)。
(2) 500-1000mL全玻璃磨口蒸餾裝置。
(3) 2%硼酸溶液。
(4) 磷酸鹽緩沖液（pH為7.4)。用不含氮的水溶解14. 3g磷酸二氫鉀，稀釋至1000mL。配制后用pH計(jì)測定其pH，并用磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀調(diào)節(jié)pH至7.4。
(5）濃硫酸。
(6）奈氏試劑。稱取碘化鉀5g溶于5mL無氨水中，分次少量加入二氯化汞溶液（(2. 5g二氯化汞溶解于10mL熱的無氨水中），不斷攪拌至有少量沉淀。冷卻后，加入30mL氫氧化鉀溶液（含158氫氧化鉀）；用無氨水稀釋至100mL。再加入0. 5mL二氯化汞溶液，靜置Id。將上層清液儲(chǔ)于棕色瓶內(nèi)，蓋緊橡皮塞于低溫處保存，有效期為1個(gè)月。
(7) 50％酒石酸鉀鈉溶液。
(8) 銨標(biāo)準(zhǔn)液。稱取氯化銨3. 8190g溶于無氨水中，轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶內(nèi)，用無氨水稀釋至標(biāo)線，搖勻。吸取該溶液10. 00mL于1000mL容量瓶內(nèi)，用無氨水稀釋至標(biāo)線，其濃度為10μg/mL氨氮。
(9) 0. 0lmol/L高錳酸鉀溶液。溶解1. 6g高錳酸鉀于1. 2L水中，煮沸30-60min，使體積減少至約1000mL。放置過夜，用G3號熔結(jié)玻璃漏斗過濾，儲(chǔ)于棕色瓶中。標(biāo)定方法見（10）的內(nèi)容。
(10）亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。稱取1. 232g亞硝酸鈉溶于水中，稀釋至1000mL后，加入1mL氯仿保存。由于亞硝酸鹽氮在潮濕環(huán)境中易氧化，因此儲(chǔ)備液在測定時(shí)需標(biāo)定。標(biāo)定方法如下：
在250mL具塞錐形瓶內(nèi)依次加入50. 00mL 0. 0lmol/L高錳酸鉀溶液、5mL濃硫酸及50. 00mL亞硝酸鈉儲(chǔ)備液（加此溶液時(shí)應(yīng)將吸管插人高錳酸鉀溶液液面以下），混勻，在水浴上加熱至70-80℃后，加入0. 0250mol/L乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，使溶液紫紅色褪去并過量。再以0. 0lmol/L高錳酸鉀溶液滴定過量的乙二酸鈉，至溶液呈微紅色，記錄高錳酸鉀的量。最后以50mL不含亞硝酸鹽的水代替亞硝酸鈉儲(chǔ)備液，并按上述步驟操作，用乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定0. 0lmol/L高錳酸鉀溶液，得
A＝[ 5×B×c-2×D×E ]/F×7000 (1)
式中：A一一亞硝酸鈉儲(chǔ)備液濃度（以N計(jì)），mg/L;
B一一所用高錳酸鉀溶液總量，ML;
c——高錳酸鉀濃度的物質(zhì)的量濃度[參見式（2) ], mol/L;
D——所加乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總量，mL;
E一一乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L;
F一一滴定時(shí)亞硝酸鈉儲(chǔ)備液用量，mL。
式（1)中的c值，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果為
c=[（E×G)/H ]×5/2 (2)
式中G——滴定時(shí)乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL;
H一一所加高錳酸鉀溶液的總量，mL。
(11）亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液。臨用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋為1. 0μg/mL的使用液。
(12) 0. 0250mol/L乙二酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液。稱取3.350g經(jīng)105℃干燥過的乙二酸鈉溶于水中，轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶內(nèi)，加水稀釋至標(biāo)線。
(13) 氫氧化鋁懸浮液。溶解125g硫酸鋁鉀[KA1(SO4) 2·12 H2O, C. P.]于1L水中，加熱到60℃。在不斷攪拌下慢慢加入55mL氨水，放置約1h后，用水反復(fù)洗滌沉淀至洗出液中不含氨氮化物、硝酸鹽和亞硝酸鹽。待澄清后，傾出上層清液，只留懸浮液。最后加100mL水，使用前振蕩均勻。
(14) 對氨基苯磺酸溶液。稱取0.6g對氨基苯磺酸于80mL熱水中，冷卻后加20mL濃鹽酸，搖勻。
(15) 乙酸鈉溶液。稱取16. 4g乙酸鈉溶液溶解于水中，稀釋至100ML。
(16) 酸a-萘胺溶液。稱取0.6ga-萘胺溶于含有1mL濃鹽酸的水中，并加水稀釋至100mL。如果溶液混濁，則應(yīng)過濾。溶液儲(chǔ)于棕色瓶內(nèi)并保存于冰箱中。
(17）硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液。稱取0. 721g硝酸鉀（經(jīng)105-110℃烘4h）溶于水中，稀釋至1L，其濃度為100mg/L。
(18) lmol/L鹽酸。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1. 氨氮的測定
1) 制備無氨水
(1) 蒸餾法。每升水加入0. 1 mL濃硫酸進(jìn)行蒸餾，餾出水接收于玻璃容器中。
(2）離子交換法。使蒸餾水通過弱酸性陽離子樹脂柱。
2) 水樣蒸餾
先在蒸餾瓶中加200mL無氨水、l0mL磷酸鹽緩沖液和數(shù)粒玻璃珠，加熱至餾出液中不含氨，冷卻，然后將蒸餾液傾出（留下玻璃珠）。取水樣200mL置于蒸餾瓶中，加入l0mL磷酸鹽緩沖液，以一只盛有50mL吸收液的250mL錐形瓶收集餾出液，收集時(shí)應(yīng)將冷凝管的導(dǎo)管末端浸入吸收液，其蒸餾速度為6一8mL/min，至少收集150mL餾出液。蒸餾結(jié)束前2-3min，應(yīng)把錐形瓶放低，使吸收液液面脫離冷凝管，并再蒸餾片刻以洗凈冷凝管和導(dǎo)管，用無氨水稀釋至250mL備用。
3) 測定
(1）水樣。如果為清潔水樣，可直接取50mL置于50mL比色管中。一般水樣則用上述方法蒸餾，收集餾出液并稀釋至50mL。若氨氮含量很高，也取適量水樣稀釋至50mL。
(2）制備標(biāo)準(zhǔn)系列。取濃度為l 0mg/mL氨氮的按標(biāo)準(zhǔn)溶液0mL、0. 50mL、1. 00mL、2. 00mL、3. 00mL、5. 00mL，分別加入50mL比色管中，以無氨水稀釋至標(biāo)線。
(3) 測定。在水樣及標(biāo)準(zhǔn)系列中分別加入1mL酒石酸鉀鈉，搖勻，再加1mL奈氏試劑，搖勻。放置10min后，在λ=425nm處，用l cm比色皿，測定吸光度。
2．亞稍酸鹽氮的測定
1) 制備不含亞硝酸鹽的水
在水中加入少許高錳酸鉀晶體，再加氫氧化鈣或氫氧化鋇，使之呈堿性。重蒸餾后，棄去50mL初濾液，收集中間70％的無亞硝酸餾分。
2) 水樣制備
水樣如有顏色和懸浮物，可以每1000mL水樣中加入2mL氫氧化鋁懸浮液攪拌，靜置過濾，棄去25mL初濾液，取50. 00mL濾液測定。如亞硝酸鹽含量高，可適量少取水樣，用無亞硝酸鹽的水稀釋至50mL。如水樣清澈，則直接取50mL。
3) 制備標(biāo)準(zhǔn)系列
取50mL比色管7支，分別加入亞硝酸鹽氮lμg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液0mL、0. 50mL、1. 00mL、 2. 00mL、3. 00mL、4. 00mL、5. 00mL，用無氨水稀釋至標(biāo)線。
4) 顯色測定
向上述各比色管中分別加1. 0mL對氨基苯磺酸，混勻。2-8min后，各加1. 0mL乙酸鈉溶液及1. 0mL鹽酸a-萘胺溶液，搖勻。放置30min后，于λ=520nm處，用l cm比色皿測定吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，查出水樣中亞硝酸鹽氮的含量。
3. 硝酸鹽氮的測定
1) 水樣
渾濁水樣應(yīng)過濾。如水樣有顏色，應(yīng)在每100mL水樣中加入4mL氫氧化鋁懸浮液，在錐形瓶中攪拌5min后過濾。取25mL經(jīng)過濾或脫色的水樣于50mL容量瓶中，加入1mL lmol鹽酸溶液，用無氨水稀釋至標(biāo)線。
2) 制備標(biāo)準(zhǔn)系列
將濃度為100mg/L的硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋10倍后，分別取1. 00mL、2. 00mL、4. 00mL、10. 00mL、15. 00mL、20. 00mL、40. 00mL于50mL容量瓶中，各加入1mL lmol鹽酸溶液，用無氨水稀釋至標(biāo)線。
3) 比色測定
在λ=220nm處，用l cm比色皿分別測定標(biāo)準(zhǔn)系列樣和水樣的吸收度。由標(biāo)準(zhǔn)系列可得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，水平的吸收度可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得對應(yīng)的濃度，此值乘以稀釋倍數(shù)即得水樣中硝酸鹽氮值。
若水樣中存在有機(jī)物對測定有干擾作用，可同時(shí)在λ=275nm處測定吸光度，并得到校正吸光度：
A校＝A220nm一A275nm
五、數(shù)據(jù)處理
氨氮（或亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）)(以N計(jì)）(mg/L)= 測定氨氮量（或亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）/水樣體積
六、注意事項(xiàng)
(1) 在氨氮測定時(shí)，水樣中若含鈣、鎂、鐵等金屬離子會(huì)干擾測定，可加入絡(luò)合劑或預(yù)蒸餾消除干擾。奈氏試劑顯色后的溶液顏色會(huì)隨時(shí)間而變化，因此需在較短時(shí)間內(nèi)完成比色操作。
(2) 亞硝酸鹽是含氮化合物分解過程中的中間產(chǎn)物，很不穩(wěn)定，采樣后的水樣應(yīng)盡快分析。
(3）可溶性有機(jī)物、亞硝酸鹽、十6價(jià)鉻和表面活性劑均干擾硝酸鹽氮的測定?？扇苄杂袡C(jī)物用校正法消除，亞硝酸鹽干擾可用氨基磺酸法消除，+6價(jià)鉻和表面活性劑可制作各自的校正曲線進(jìn)行校正。
注：華南標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)-國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采購平臺
