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第七讲课程名称：《环境监测》第周，第7讲授课题目（章、节）第二章水和废水监测第七节非金属无机物测定（氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、凯氏氮、总氮、硫化物、各种形态的磷）【目的要求】掌握氮的各种存在形态，不同形态氮的测定方法；掌握离子交换色谱法原理；掌握凯氏定氮法原理和典型操作步骤掌握比色法测磷原理；磷的存在形态和样品消解方法一般了解硫化物样品的预处理方法和测定方法【基本内容】1.氨氮测定（纳氏比色法为主；一般介绍水杨酸-次氯酸盐分光光度法和气相分子吸收光谱法）2.亚硝酸盐氮测定-分光光度法3.硝酸盐氮测定（酚二磺酸分光光度法、紫外分光光度法）4.硫化物测定原理（一般介绍）5.磷的测定（磷的存在形态和预处理过程），钼锑抗分光光度法测定正磷酸原理【重点、难点】教学重点：氨氮测定、亚硝酸盐测定、离子色谱法原理、钼锑抗比色法原理教学难点：比色法测定氨氮反应；离子色谱法分离原理和过程；磷钼锑杂多酸的形成【教学方法与手段】采用讲授为主的方法；对离子色谱法，主要以阴离子色谱法测定过程为主，布置学生依此总结阳离子色谱的分析过程【对学生的课内外要求】配合所讲内容，预习教材后边附的测定方法【思考】26.简述用气相分子吸收光谱法测定氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的原理。【补充思考】1.影响比色法测定氨氮的主要因素有哪些？2.简述比色法测定亚硝酸盐的原理？3.总结离子色谱法测定阳离子的流程“钼锑抗”代表什么，简述测定磷的原理和显色过程【教学过程和教学内容】六含氮化合物的测定危害：水体富营养化水中的变化：在微生物作用下，发生蛋白降解，硝化及亚硝化，反硝化和脱氮，化学脱氮等过程。水体的自净过程为：有机氮→NH3→HNO2→HNO3|降解|硝化|测定意义：测定各种形态的氮，可以评价污染状况，所处的自净阶段，水体的自净能力。（一）氨氮测定——纳氏比色法氨氮在水中的存在方式：NH3·3H2ONH4++OH—+2H2O非离子氨离子铵氨氮=非离子氨+离子铵，组成与水的pH有关。测定方法比较：名称特点适用范围**纳氏比色法简便、灵敏、干扰多0.025~2mg/L水杨酸——次氯酸盐分光光度法灵敏、稳定、干扰多0.01~1mg/L电极法水样不需要预处理，测量范围宽0.03~1400mg/L滴定法水样需要预蒸馏处理仅适用于NH3含量较高时原理：二氯化汞和碘酸钾的碱性溶液反应生成HgCl2+4KIOH-K2[HgI4]+2KClK2[HgI4]的KOH溶液称为萘斯勒试剂。纳氏试剂：HgI2]、KI的KOH溶液【定性分析中称为萘斯勒试剂，用来检出NH4+离子】K2[HgI4]和NH4+反应K2[HgI4]+3KOH+NH3→NH2Hg2IO+7KI+2H2O当NH4+浓度较高时形成红棕色沉淀，当浓度较低时生成有色胶态溶液（黄棕色或淡红棕色），可以在410~425nm范围内比色测定。测定上限为2mg/L。【参考】据各种资料统计主要产物结构还有以下几种形式：IHgNH2HgI[]I巧克力色NHHgHgO[]IOHHgNH2HgI[]I棕色深棕色[Hg2N]和(NH4)2[HgI4][附加问题]1、大量S2-存在时，导致[HgI4]-络合物的分解，生成HgS。2、实验室仪器和试剂容易受到NH3的污染。3、可以目视比色法进行初步定量。4、萘斯勒试剂配制：教材P555给出了两种配制方法，应理解为K2[HgI4]的饱和溶液，存在下列平衡关系[HgI4]2-Hg2++4I-+2K+K2[HgI4]选择合适的Hg2+、I-、K+的配比对呈色灵敏度影响很大。5、重金属离子可和I-形成络合物或沉淀，另外由于NH3也能和很多金属离子形成配合物，故必要时应在凯氏定氮装置中进行蒸馏分离。（二）亚硝酸盐氮的测定保存：采样后应立即分析，也可以加入HgCl2，40mg/L，4℃冷藏2天。危害：NO2-是氮分解过程的中间体，进入人体后使低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，使失去输送氧的能力，和有机胺结合生成亚硝胺类物质，亚硝基化合物均具有强致癌性。RNRH+HNO2RNRNO1、N—（1—萘基）—乙二胺分光光度法（简称萘乙二胺分光光度法）原理及反应式：在pH1.8±0.3的酸性介质中，亚硝酸盐与对氨基苯磺酰胺反应生成重氮盐SO2NH2NH2HCl+HNO2H3PO4pH1.8±0.3SO2NH2NNCl+-?+2H2OSO2NH2NNCl+-?+HClNH-CH2CH2-NH2HClNNH2NO2SNHCH2CH2NH2HCl对氨基苯磺酸胺盐酸盐重氮化反应红色染料重氮盐与N—（1—萘基）—乙二胺偶联生产红色染料SO2NH2NH2HCl+HNO2H3PO4pH1.8±0.3SO2NH2NNCl+-?+2H2OSO2NH2NNCl+-?+HClNH-CH2CH2-NH2HClNNH2NO2SNHCH2CH2NH2HCl对氨基苯磺酸胺盐酸盐重氮化反应红色染料【注】教材p103给出两种产物，不妥。【参考资料】**1**磺胺药物均是SO2NH2NH2HCl的衍生物，1932年发现偶氮染料“百浪多息”对链球菌和葡萄球菌有很好的抑制作用，1936年确定为磺胺，从而推动了对磺胺的研究，迎来了化学疗法的新时代。**2**教材给出了两种产物，值得考虑；重氮阳离子是亲电试剂，一般总是在氨基（或羟基）的对位上发生偶联反应，如果对位被占据就发生在邻位，绝不发生在间位，但是在中性或弱酸性溶液中，重氮阳离子也会进攻第一、二芳胺氨基上的氮原子生成重氮氨基化合物，如上述反应生成：NNH2NO2SNCH2CH2NH2HCl重氮氨基化合物与盐酸或苯胺盐酸盐共热重排为对氨基偶氮苯类化合物NNH2NO2SNHCH2CH2NH2HCl红色染料**3*方法历程亚硝酸盐的测定方法很多，据统计有50多种。1879年Griess首先提出了在硫酸溶液中进行重氮化，并与α—萘胺偶联生成红色染料，后经人研究发展到在盐酸中显色，并经证明在乙酸中显色更快，更灵敏。1939年Bratton在研究血和尿中的磺胺（对氨基苯磺酰胺）测定时为选用理想的偶联试剂，曾对17种试剂进行了实验，发现萘乙二胺偶联快，易溶于水，易提纯，更稳定。比前方法检出限更低，至今仍被广泛使用。鉴于α—萘胺的毒性作用目前已采用萘乙二胺为偶联试剂。现用方法及条件为1952年Bendschneider所建立2、离子色谱法（ionexchangechromatography，IEC）原理：以离子交换树脂作为固定相，树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得到分离。目前常用的离子交换树脂分为三种形式，一是常见的纯离子交换树脂。第二种是玻璃珠等硬芯子表面涂一层树脂薄层构成的表面层离子交换树脂，第三种为大孔径网络型树脂。它们各有特点，例如第二种树脂有很高的柱效，但它的柱容量不大；第三种树脂适用于非水溶液中物质的分离，因为它们的孔径和内表面积大，不需要用水溶胀，便可满意地使用。典型的离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯基苯交联共聚物为母体经过反应而成而成。SO3HCH2ClCH2NR3Cl+CH2NR3OH+ClCH2OCH3ZnCl2NaOHH2SO4NR3强酸性阳离子交换树脂阴离子交换树脂一个典型的离子色谱分析过程由如下几个部分组成：以阴离子分析为例子介绍离子色谱法的流程①进样系统：进样泵②分离柱：低容量阴离子交换树脂；预先处理成R—N+HCO3-型交换反应为：R—N+HCO3—+Na+X—→R—N+X—+NaHCO3洗脱反应：R—N+X—+NaHCO3→R—N+HCO3—+Na+X—洗脱次序为：（X—=F—、Cl—、NO2—、PO43—、Br—、NO3—、SO42—）洗脱液组成为{X-+NaHCO3}③抑制柱：高容量强酸性阳离子交换树脂抑制反应：组分R—SO3—H++Na+X—→R—SO3—Na++H+X—淋洗背景R—SO3—H++NaHCO3→R—SO3—Na++CO2+H2O④测定部分用电导仪连续测定流出溶液的电导率，形成色谱图，见P98图2—33[参照上述流程写出阳离子分析流程，学生课后完成]【补充】免试剂离子色谱系统介绍（三）硝酸盐氮测定硝酸盐氮是[N]在有氧环境中分解的最高稳定产物，硝酸盐一方面使水体富营养化，另外当人体摄入后在肠道内缺氧环境中被微生物分解成NO2—具有致癌性。测定方法：直接测定法酚二磺酸分光光度法；离子色谱法；紫外法，电极法间接测定法镉柱还原法，戴氏合金还原法1.酚二磺酸分光光度法方法提出：1863年Spregel首次提出该方法；1909~1910年ChamotandPrattCHCH2CH2CHCH2CHSO3NaCHCH2SO3Na对该方法进行定型。原理及反应式苯酚在浓硫酸和发烟硫酸中形成酚二磺酸OH+H2SO4无水OHSO3HSO3H在无水条件下酚二磺酸+浓硫酸+MNO3形成硝基二磺酸酚OHSO3HSO3H+HNO3OHSO3HSO3HO2N浓硫酸+H2O+SO3溶解在碱性溶液中则形成有色化合物——硝基酚二磺酸三钾OSO3KNKSO3OOKOHSO3HSO3HO2N+3KOH黄色λ＝410nm或氨水几个问题：（1）酚二磺酸制备：由Chamot提出此方法，保证不生成一磺酸和三磺酸500mL烧瓶中+25g苯酚+150mL浓硫酸，溶解。+75mL发烟硫酸（含13%SO3）水浴加热2h，生成淡棕色粘稠溶液，棕色瓶中密闭保存。[市售发烟硫酸为20%，用浓硫酸稀释]（2）取样后应加入0.8mL浓硫酸，以抑制微生物的活动，并在4℃保存。（3）测定过程：50.0mL水样，pH=8+蒸发皿→加热蒸发至干+1.0mL酚二磺酸,用玻璃棒充分研磨→放10min+10mL水→搅拌下+3~4mL氨水至颜色最深。稀释至50mL比色管中，于410nm比色测定（4）硝酸盐标准贮备溶液中可加入几滴氯仿做保护剂，至少可以稳定6个月。（5）水样中存在Cl—、NO2—、NH4+、有机物、M2CO3时有干扰，应适当做前处理，方法见教材P105。2.气相分子吸收光谱法(GPMAS)见“5.总氮测定后补充知识”【流程图，p102】3.紫外分光光度法HJ/T346-2007原理：硝酸根离子在220nm波长出对紫外光有特征吸收。在220nm波长处溶解的有机物也会产生吸收，而在275nm处，硝酸盐没有吸收，故可以引入一个校正系数。一般溶解性有机物在220nm处的吸光度是在275nm处吸光度的两倍。故定量关系为：A校=A220—2A275主要干扰：溶解性有机物、表面活性剂、亚硝酸盐氮、六价铬、溴化物、碳酸氢盐和碳酸盐。克服方法：水样以氢氧化铝絮凝沉淀，配合使用大孔中性吸附树脂。标准推荐采用CAD-40,XCD-2.（四）凯氏氮测定又称基耶达氮(Kjeldahl—N)，指用Kjeldahl法测得的N，包括氨氮和在此条件下能转化成为铵盐的有机氮，如蛋白质，氨基酸，肽，胨，核酸，尿素及合成的N为负三价的有机氮化合物（不包括N3-和-NO2）凯氏氮≈总氮=有机氮+氨氮测定过程：1.消化将[N]→NH4+水样中加入浓硫酸，CuSO4，K2SO4加热消化至无色透明（应带有Cu2+的颜色）RCHNH2COOH+H2SO4△CO2↑+SO2↑+NH3+↑H2O（浓）2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4K2SO4的作用是提高沸点，加速有机物的分解K2SO4+H2SO4→2KHSO42KHSO4K2SO4+H2O+SO3硫酸铜作为催化剂[C]+2CuSO4→Cu2SO4+SO2↑+CO2↑Cu2SO4+H2SO4→2CuSO4+SO2↑+2H2O2.蒸馏加入足量的NaOH（40%），加热(NH4)2SO4+2NaOH→2NH3+Na2SO4+2H2O3.吸收NH3+4H3BO3→NH4HB4O7+5H2O四硼酸铵4.滴定体系：标准盐酸溶液~甲基红—溴甲酚绿也可以用纳氏比色法测定，或用标准盐酸溶液吸收后再用标准NaOH溶液返滴定剩余的HCl。（五）总氮测定可以分别测定各种分项氮的含量，然后加合也可用过硫酸钾统一氧化到NO3—后在UV