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使用自動凱氏定氮儀測定水中氨氮含量的方法
測定水中的氨氮常用的方法有納氏試劑比色法、苯酚-次氯酸鈉比色法、電極法和滴定法。
氨氮測定方法的選擇主要考慮氨的濃度和存在的干擾物質(zhì),若存在濁度、顏色和鈣鎂等能被氫氧根沉淀的物質(zhì),可以用預(yù)蒸餾除去。目前國內(nèi)普遍采用的蒸餾裝置是帶氮球的定氮蒸餾裝置,需要用手工進行蒸餾、吸收、滴定操作,影響測定結(jié)果準確性的因素較多,操作費時、費力。采用自動凱氏定氮儀,可以使蒸餾、滴定自動完成,影響蒸餾滴定的因素可以自動控制,提高了測定結(jié)果的準確度。
1 實驗部分
1. 1 主要儀器與試劑
凱氏定氮儀:K-370型,瑞士Buchi公司;分光光度計:DR 4000/U型,美國Hach公司;陽離子色譜儀: ICS-90型,美國Dionex公司;氨氮標準儲備液: 1000 mg/L。上海計量測試中心;硫酸標準工作溶液:c(1/2 H2SO4)=0.010 30mol/L;硼酸、碘化鉀、二氯化汞、氫氧化鉀、四水合酒石酸鉀鈉:分析純;硼酸吸收液:稱取20 g硼酸,溶解于1 L的純水中;納氏試劑:稱取20 g碘化鉀溶于約100 mL的水中,邊攪拌邊加二氯化汞結(jié)晶粉末約10 g,至出現(xiàn)朱紅色沉淀不易溶解時,改加飽和二氯化汞溶液,并充分攪拌,當(dāng)出現(xiàn)微量朱紅色沉淀不易溶解時,停止加氯化汞溶液;另稱取60 g氫氧化鉀溶于水,并稀釋至250 mL,充分冷卻至室溫后,將上述溶液在攪拌下,徐徐注入氫氧化鉀溶液中,用水稀釋至400mL,混勻,靜止過夜。取上清液使用;酒石酸鉀鈉溶液:稱取四水合酒石酸鉀鈉50 g溶解于100mL純水中,加熱煮沸,放冷,用純水定容至100 mL;四丁基氫氧化銨溶液:量取100mL 55%四丁基氫氧化銨,用純水稀釋,加入到2.1 L離子色譜再生液瓶中,加純水至瓶頸,搖勻,補加純水至溢出;甲烷磺酸溶液:量取2.6 mL甲烷磺酸,用超純水定容至2 L,作為離子色譜淋洗液;輕質(zhì)氧化鎂:上海統(tǒng)亞化工科技有限責(zé)任公司;實驗用水:電阻率大于18M8#cm。
1. 2 實驗方法
設(shè)定凱氏定氮儀的方法參數(shù),硼酸吸收液用量為60 mL,建立樣品表。將50 mL水樣加入凱氏定氮儀的蒸餾管中,再加入0. 05 g輕質(zhì)氧化鎂,迅速將蒸餾管與凱氏定氮儀連接,啟動凱氏定氮儀,開始自動進行蒸餾、吸收、滴定操作。在測定水樣之前,用測定樣品的相同方法測定純水樣品,測定空白消耗的滴定液的用量。儀器在滴定結(jié)束后,自動計算出水中氨氮的濃度。
2 結(jié)果與討論
2. 1 滴定終點
用凱氏定氮儀測試樣品,通過pH電極測定得到滴定終點。利用儀器顯示的滴定數(shù)據(jù)繪制氨氮的滴定曲線,如圖1所示。根據(jù)滴定曲線可以計算出滴定的等當(dāng)點在pH=4.6~4.8,故將滴定終點設(shè)定在pH=4.65。
圖1氨氮滴定曲線
2. 2 氧化鎂的投加量
輕質(zhì)氧化鎂的加入是為了使預(yù)蒸餾樣品在微堿性的條件下蒸餾。水樣的pH值對氨氮的回收率影響較大。pH值過高,可使部分有機氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘保?pH值過低,氨氮的回收率低[3]。由于凱氏定氮儀的蒸餾管體積限制,水樣的體積設(shè)定為50 mL,用氫氧化鈉或鹽酸調(diào)節(jié)水樣的pH值為中性,在樣品中加入不同質(zhì)量的氧化鎂,用pH計測試水樣蒸餾前后的pH值。試驗證明, 50mL樣品中加入0. 05 g氧化鎂比較合適。
2. 3 蒸汽功率
蒸汽功率影響蒸餾溫度、餾出速度和餾出液的體積。通過改變蒸汽功率,測試濃度為20.0 mg/L的標準樣品,結(jié)果表明,蒸汽的產(chǎn)生量在50% ~100%范圍內(nèi)對測試結(jié)果沒有影響。
2. 4 蒸餾時間
設(shè)定蒸汽功率為100%,氧化鎂與樣品反應(yīng)的時間為5s,改變自動蒸餾時間(從120~480 s),測試濃度為20.0 mg/L的標準樣品。結(jié)果表明, 240 s的蒸餾時間可以使氨氮全部從樣品中蒸餾出來。隨著蒸餾時間的增加,蒸餾出的溶液體積增加較快,影響測定結(jié)果的準確性。
2. 5 測定下限
設(shè)定蒸汽功率為100%,氧化鎂與樣品反應(yīng)的時間為5 s,蒸餾時間為240 s,重復(fù)測定濃度為1.00mg/L的氨氮標準溶液4次,測定結(jié)果分別為1.1、1.1、1.1、1.1 mg/L,測定結(jié)果的相對誤差為10%;測定濃度為0.40 mg/L的氨氮標準溶液4次,測定結(jié)果分別為0.5、0.6、0.5、0.5 mg/L,測定的相對誤差為31%,可以認為方法的定量測定下限為1 mg/L,這與空白實驗結(jié)果相符。
2. 6 精密度與準確度
用氨氮標準樣品和實際水樣分別連續(xù)進行5次測定,測定結(jié)果列于表1。由表1可知測定結(jié)果具有良好的精密度,標準樣品的測試值與標準值相吻合。
另取兩種水樣,加入一定量的氨氮標準溶液,進行加標回收試驗,測定結(jié)果列于表2。
表1 方法的精密度試驗結(jié)果
表2 樣品的加標回收試驗結(jié)果
由表2可知,樣品的加標回收率為96% ~104%。
2. 7 方法比對
分別用本法和納氏試劑比色法及離子色譜法測試樣品中的氨氮,測定結(jié)果列于表3。由表3可見,對于有機廢水,采用自動凱氏定氮儀和納氏試劑比色法測定結(jié)果比離子色譜法的測定結(jié)果略高,原因是有機廢水中部分有機氮在測定條件下會參與測試反應(yīng),而離子色譜法前處理采用C18的小柱除去有機物,有機氮不干擾離子色譜的測定。
表3 方法比對試驗結(jié)果 mg/L
3 結(jié)語
用自動凱氏定氮儀測試水中的氨氮具有自動簡便、快速的特點,測量的精密度及準確度可以滿足分析需要。
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