1、 本科毕业论文 （ 20 届） 纳氏比色法的改进 受污染海水中的氨氮测定 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录 摘要 . Abstract . 1 前言 . 1 2 研究的目的及意义 . 2 3 实验内容 . 3 3.1 实验项目 . 3 4 实验材料与方法 . 4 4.1 实验材料 . 4 4.1.1 实验仪器 . 4 4.1.2 实验试剂 . 4 4.2 实验方法 . 4 4.2.1 实验方法 . 4 4.2.2 注意事项 . 4 4.2.3 测 定波 长 的 选择 . 4 4.2.4 纳氏 试 剂的 用量选择 . 4 4.2.5 掩蔽 剂
2、 . 4 5 结果与讨论 . 6 5.1 聚乙烯醇（ PVA） . 6 5.1.1 聚乙烯醇（ PVA）性质 . 6 5.1.2 当浓度分别为 5%， 10%， 15%的 PVA 溶液加入对测量的影响。 . 6 5.2 当 PVA 为 15% . 8 5.2.1 故我们在当 PVA 为 15%时进行第二轮实验，分别配置成当加入 PVA为 15% 时的 2份溶液，每份溶液进行 5次测量。 . 8 6 小结 . 12 参考文献 . 13 附译文 . 14 致 谢 . 20 附 录 .21I 摘要 氨氮浓度是水质分析中非常重要的指标之一，氨氮浓度监测是海水水质分析必不可少的常规项目。目前，海水的氨氮
3、测定常采用靛酚蓝法、次溴酸钠（次氯酸钠）氧化法。这些方法在海水测定领域得到了广泛的应用。但是，其局限性是只能测定常规的海水水样，对于受污染较重、氨氮浓度较高的海水水体测定会受到限制。污水氨氮的测定普遍使用纳氏比 色法，但是在测定海水样品时会产生沉淀而影响测定结果。但是，这个问题可以通过改进方法得到改善或者解决。 关键词 氨氮； PVA；纳试试剂 浙江海洋学院东海科技学院本科毕业论文 英文摘要 II Abstract： The ammonia concentration, as one of the most important indexs, should be meausred for qu
4、ality analysis of seawater. at present, there are many common meausurement methods including indophenol blue method sodium bromide oxidation times, which have been widely used in the field of analysis of seawater. however, the scope of these methods above is limited to the ordinary seawater samples
5、and they are fruitless for the highly polluted seawater which contains a high concentration of ammonia. Nesslers colorimetric, as a common method to analyse the ammonia concentration in polluted water, would be badly affected by the deposition in the seawater environment, which co uld be improved or
6、 settled by a modified method. Key words： Ammonia; PVA; Satisfied that the test reagent 1 1 前言 随着世界对海洋的不断开发，海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。测定水中各种形态的氮化合物，有助于评价水体被污染和自净状况。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。水体中的氨氮是
7、指以氨 (NH3)或铵 (NH4 )离子形式存在的化合氨。氨氮是各类型氮中危害影响最大的一种形态，是水体受到污染的标志，其对水生态环境的危害表现在多个方面。与 COD 一样，氨氮也是水体中的主要耗氧污染物，氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧，使水体发黑发臭。氨氮中的非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，对水生生物有较大的毒害，其毒性比铵盐大几十倍。在氧气充 足的情况下，氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，进而分解为硝酸盐氮，亚硝酸盐氮与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致癌和致畸作用。同时氨氮是水体中的营养素，可为藻类生长提供营养源，增加水体富营养化发生的几率。 氨氮是总氮在自然水体中的存在形式之一，控制氨氮有
8、利于减轻湖库氨氮和总氮的负荷。虽然污水处理氨氮降解只是将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，不能实现总氮的去除。但是可以通过实施氨氮总量控制减少源头氨氮产生量，降低进入水体的氨氮污染负荷，也就直接减少了水体总氮含量，有利于缓解湖库富营养化。 十一五期间 , 我国把减排二氧 化硫和化学需氧量作为约束性目标。然而 , 近几年重点污染源考核结果及地表水监测结果表明 , 氨氮超标现象仍较严重。所以认清氨氮的来源 , 了解其危害 ,准确测试其含量 , 并采取有效的处理措施成为保护水环境不被氨氮污染的必要环节。水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物 , 焦化、合成氨等工业废水 , 以及农田排
9、水等。生活污水中平均含氮量每人每年可达 2. 5 kg 4. 5 kg, 雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源。另外 , 氨氮还来自钢铁、石化、焦化、合成氨、发电、水泥等化工厂向环境中排放 工业废水、含氨的气体、粉尘和烟雾 ; 随着人民生活水平的不断提高 , 私家车也越来越多 ,大量的自用轿车和各种型号的货车等交通工具也向环境空气排放一定量含氨的汽车尾气。这些气体中的氨溶于水中 , 形成氨氮，极大的影响环境质量。 2 2 研究目的及意义 氨氮对人体健康的影响。氮在自然环境中会进行氨的硝化过程 , 即有机物的生物分解转化环节 , 氨化作用将复杂有机物转换为氨氮 , 速度较快 ; 硝化作用是
10、在亚硝化菌、硝化菌作用下 , 在好氧条件下 , 将氨氮氧化成硝酸盐和亚硝酸盐 ; 反硝化作用是在外界提供有机碳源情况下 , 由 反硝化菌把硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气。氨氮在水体中硝化作用的产物硝酸盐和亚硝酸盐对饮用水有很大危害。硝酸盐和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种健康危害 , 长期饮用对身体极为不利 , 即诱发高铁血红蛋白症和产生致癌的亚硝胺。硝酸盐在胃肠道细菌作用下 , 可还原成亚硝酸盐 , 亚硝酸盐可与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白 , 造成缺氧。对生态环境的影响。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
11、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。鱼类对水中氨氮比较敏感 , 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 ; 鱼和虾均需要与水体进行离子交换 ( 钠 , 钙等 ) , 氨氮过高会增加鳃的通透性 , 损害鳃的离子交换功能 ; 使水生生物长期处于应激状态 , 增加动物对疾病的易感性 , 降低生长速度 ; 降低生殖能力 , 减少怀卵量 , 降低卵的存活力 , 延迟产卵繁殖。急性氨氮中毒危害为 : 水生生物表现为亢奋、在水中丧失平衡、抽搐 , 严重者甚至死亡。目前我国地表水污
12、染情况较严重，饮用 水源大多受到氨氮污染。原水中较高的氨氮浓度预示着水体遭到新的有机污染，饮用水中的氨氮可能导致管网末梢的亚硝酸盐问题和嗅味问题。目前欧洲多数国家对饮用水中的氨氮浓度有较严格的规定。水中的氨氮存在量对人类有重要影响 , 测定水中各种形态的氮化合物 , 有助于评价水体被污染程度和“自净”的程度 , 所以 , 测定水中氨氮具有十分重要的意义。我国对饮用水水源的氨氮浓度也有类似限值，但目前自来水厂采用的饮用水标准 GB 5749 85 对氨氮却没有规定，应该逐步推行控制饮用水氨氮浓度的标准。所以我们要更准确的检测出水中的氨氮指标 ，做好检测任务。 3 3 实验内容 3.1 实验项目
13、纳氏试剂比色法 : 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黄棕色络合物 , 该络合物的色度与氨氮的含量成正比。具有操作简便 , 灵敏度高等优点 , 但水体中的钙、镁和铁、锰等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色以及浑浊等对测定均产生干扰 , 需要做相应的预处理 , 而且纳氏试剂的毒性大。聚乙烯醇（ PVA）对测定海水中氨氮的影响，在用纳氏比色法测定海水中氨氮的含量时，加入聚乙烯醇（ PVA），通过实验实现纳氏比色法在受污染海水中对氨氮的测定。在实验过程中通过在海水样品测定时加入合适的掩蔽剂，观察其变化。 解决在测定海水样品时会产生沉淀而影响测定的问题通过在海水样品测定时加入
14、合适的掩蔽剂，消除比色反应时产生的沉淀，使得样品呈现透明的状态。使得工作曲线达到 0.999 以上。 4 4 实验材料与方法 4.1 实验材料 4.1.1 实验仪器 722 分光光度计，电子天平，烧杯，比色管，容量瓶，移液管，锥形瓶，玻璃棒，电磁炉。 4.1.2 实验试剂 标准贮备液（浓度为 1000mg/L）：准确称取 3.8190g，经 105-110 干燥 2h 的NH4Cl 溶解定容至 1000ml。 标准使用液（浓度为 10mg/L)：移取标准贮备液 2.0ml 与 200 容量瓶中，定容。 纳氏试剂： 16gNaOH 溶于 50ml 水，冷却至室温。将 7gKI 和 10gHgI2
15、溶于水，缓缓加入 NaOH 溶液，稀释至 100mL。暗处静置 24h，倾出上清液使用。 酒石酸钾钠溶液： 50g 酒石酸钾钠（ KNaC4H4O6 4H2O)溶于 100mL 水中，加热煮沸以除氨。冷却，稀释至 100mL（注：现用现配）。某些市售的酒石酸钾钠试剂铵盐含量较大 ,按国标方法单靠加热并不能完全除去铵盐 ,加适量的氢氧化钠 ,煮沸蒸发至一半的方法能有效驱除氨。 聚乙烯醇（ PVA）：配制出浓度分别为 5%， 10%， 15%的 PVA 溶液。 4.2 实验方法 4.2.1 实验方法 分别吸取标准使用液 0.0， 0.5， 1.0， 3.0， 5.0， 7.0， 10.0mL 于
16、50mL 比色管中，定容。加入 1mLPVA 溶液，加入酒石酸钾钠溶液 1.0mL 混匀，然后加入 1.0mL 纳氏试剂，摇匀。 10min 后在 420nm 处，以蒸馏水为参比，使用 20nm 比色皿测吸光度。将测得的吸光度值与对应的浓度（ 0.00， 0.10， 0.20， 0.60， 1.00， 1.40， 2.00mg/L)做图，得到标准曲线。 4.2.2 注意事项 1 应注意主要试剂性状，选购合格试剂。 2 试剂正确配制决定着方法灵敏度，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 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。静置后生成的沉淀应除去
17、。 4 滤纸中常含痕量铵盐，使用时注意用无氨水洗涤。所用玻璃器皿应避免实验室空气中氨的沾污。 5 降低空白实验值可提高实验精密度，对实验用水，试剂空白和过滤滤纸要注意检查。 5 6 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。 7 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溶光度测定氨氮均有干扰，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。 8 对于超过检测上限含量水样的稀释测定问题因事前，事后稀释两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。 4.2.3 测定波长的选择
18、 纳氏试剂的碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成黄棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长内具有强烈吸收，而且呈线性关系。考虑与 HJ 535-20093水质氨 氮的测定具有相同的测定波长，故选用 420nm 作为测定波长。 4.2.4 纳氏试剂的用量选择 显色剂纳氏试剂的用量与水样吸光度 A 值有关，以盐度 35的海水为本底做实验，试验表明，在上述规定的测定条件下，加入不同体积的显色剂，从实验表观现象发现，显色剂加入量不足时， 10min 后试管底部有淡红棕色沉淀析出；显色剂加入量太多时，又会造成溶液出现浑浊。可知，当显色剂加入量为 0.8-1.2 之间，吸光度 A 值变化不大，显示趋于稳定而且溶
19、液清，故选用加入纳氏试剂 1.0mL。 4.2.5 掩蔽剂 干扰物钙、镁离子掩蔽剂选 择与用量海水中钙、镁离子会对纳氏法测定氨氮产生严重干扰，而且盐度越高，钙、镁离子含量越大，干扰也越大。通常采用絮凝沉淀法或蒸馏预处理法将海水中的钙、镁离子除去，再用纳氏法测定氨氮。本文不采用费时、费力、繁琐的以上两种预处理方法，而是采用加聚乙烯醇（ PVA）来掩蔽钙、镁离子，实现用纳氏法对海水中氨氮的直接测定。具体原理是利用聚乙烯醇（ PVA）能够掩蔽钙、镁离子，而聚乙烯醇（ PVA）在溶液中掩蔽钙、镁离子的能力又与聚乙烯醇（ PVA）浓度有关。聚乙烯醇（ PVA）浓度越高，掩蔽钙、镁离子能力也越明显。但从实
20、验中发现 ，聚乙烯醇（ PVA）浓度越高其状态成固态，很难溶于水中，所以我们要在聚乙烯醇（ PVA）浓度越高并能溶于海水中，得出的最佳掩蔽剂用量。 6 5 结果与讨论 5.1 聚乙烯醇（ PVA） 5.1.1 聚乙烯醇（ PVA）性质 聚乙烯醇（ PVA）是一种分散剂，用作胶体保护，它不仅可以提高沉淀过程的重复性，而且可以加强晶核的形成作用而使颗粒变小。因此，我们用其保护海水中的Ca2+、 Mg2+等离子，以减少其对海水氨氮测定结果的影响。聚乙烯醇按不同的聚合度进行分类：聚乙烯醇低分子量的聚合物溶于冷水中，可制成 20-30%溶 液；高分子量聚合物仅能溶于热水，可制成 10 15%溶液，但冷后
21、即凝结成冻胶。高聚合度聚稀乙醇n1500；中聚合度聚乙烯醇 800 1500；低聚合度聚乙烯醇 500 800。本实验采用的是高分子量聚合物。 5.1.2 当浓度分别为 5%， 10%， 15%的 PVA 溶液加入对测量的影响。 表 1. 实验数据记录表 Table1.Experimental data recording sheet C（ mg/L） PVA 浓度 5% 10% 15% 0.00 0.071 0.101 0.161 0.10 0.112 0.103 0.162 0.20 0.166 0.145 0.180 0.60 0.224 0.241 0.262 1.00 0.310 0.361 0.335 1.40 0.406 0.432 0.403 2.00 0.503 0.506 0.561
