一种水体中氨氮浓度值测定方法与流程

本发明属于水质监测
技术领域：
，具体涉及一种水体中氨氮值测定方法，在消除亚硝酸盐氮(亚硝氮)干扰的前提下，提高了水体中氨氮浓度的测定上限值，同时提高了亚硝氮浓度的测定上限值，用于水体净化、水生动植物培育和养殖等场合。
背景技术：
：：氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮，主要来自于有机氮的分解与硝态氮和亚硝氮的还原，氨氮对人体健康和生态环境的影响重大：水中的氨氮在一定条件下转化成亚硝酸盐，长期饮用，亚硝酸盐将和蛋白质结合形成强致癌的亚硝胺，对人体健康极为不利；氨氮对水生物的危害主要有摄食降低、生长减慢、组织损伤、降低了氧在组织间的输送、导致水生物表现亢奋、在水中丧失平衡、抽搐，严重者甚至死亡，其中的鱼类对氨氮比较敏感，当氨氮含量较高时会导致鱼类死亡；氨氮对海洋环境具有很大的污染性，不容忽视；所以，氨氮浓度值是水产育苗和养殖中密切关注的重要水质监测指标之一，海水养殖水体中氨氮浓度的测定是海水养殖生产管理和科研工作的重要基础；在现有技术中，测定氨氮浓度值的方法主要有纳氏试剂比色法、离子色谱、气相分子吸收法、靛酚蓝分光光度法和次溴酸盐氧化法，其中纳氏试剂比色法是利用碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氮浓度成正比，在波长410-425nm范围内测得吸光度后计算出氨氮浓度，但是由于海水中含有大量的钙和镁离子，而钙和镁离子与纳氏试剂发生反应，导致水样浑浊，干扰氨氮浓度值的测定精确度，不适用于海水中氨氮浓度值的测定；离子色谱和气相分子吸收法所使用的测定仪器存在购买价格昂贵和维修保养成本高的问题，不便于推广使用；靛酚蓝分光光度法反应时间长，不适用于海水中氨氮值的快速测定，使用受限；次溴酸盐氧化法在测定过程中不含剧毒物质，测定快速便捷，在国标中通过次溴酸盐氧化法测得氨氮和亚硝氮的总浓度，再扣除亚硝氮的浓度，得到氨氮的测定结果，但是实验证实在亚硝氮存在的情况下，用次溴酸盐氧化法测定水体氨氮值时，氨氮的测定值与实际值相差较大，存在不可忽略的误差，即使在较低浓度亚硝氮存在的情况下，仍然存在不可忽略的误差，亚硝氮的浓度越高，氨氮浓度的测定值与实际值的差值越大，亚硝氮的浓度与氨氮浓度值测定的绝对误差线性正相关；所以，在亚硝氮存在的水体中，用传统的国标法很难实现海水中氨氮浓度值的准确测定，目前，尚未有准确、经济和高效的海水氨氮浓度值测定方法。因此，研发一种适用于亚硝氮存在的水体中氨氮浓度值测定方法，在消除亚硝氮影响的前提下，扩大氨氮浓度值测定的范围，满足氨氮浓度测定的精度要求，很有社会价值和应用前景。技术实现要素：：本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种适用于亚硝氮存在的水体中氨氮浓度值测定方法，在消除亚硝氮影响的前提下，扩大氨氮浓度测定的范围，提高测定浓度值的精确度，降低浓度测定值与实际值的误差。为了实现上述目的，本发明涉及的水体中氨氮浓度值测定方法的工艺过程包括准备工作、绘制氨氮标准曲线、绘制亚硝氮标准曲线、绘制亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线和测定氨氮浓度五个步骤：(1)、准备工作包括制备盐酸溶液、制备对氨基苯磺酰胺盐酸溶液、制备盐酸萘乙二胺水溶液、制备亚硝氮显色剂、制备氨氮标准溶液、制备亚硝氮标准溶液和制备次溴酸钠溶液：①、制备盐酸溶液：取100mL质量百分比浓度为36-38％的浓盐酸溶解于100mL水中得体积比为1:1的一号盐酸溶液；取20mL质量百分比浓度为36-38％的浓盐酸溶解于180mL水中得体积比为1:9的二号盐酸溶液，完成盐酸溶液的制备；②、制备对氨基苯磺酰胺盐酸溶液：取2g对氨基苯磺酰胺溶解于200mL一号盐酸溶液中，完成浓度为10g/L的对氨基苯磺酰胺盐酸溶液的制备；③、制备盐酸萘乙二胺水溶液：取0.5g盐酸萘乙二胺溶解于500mL水中，完成浓度为1g/L的盐酸萘乙二胺水溶液的制备；④、制备亚硝氮显色剂：取15g对氨基苯磺酰胺溶解于150mL二号盐酸溶液中，得到混合液，在混合液中加入0.5g盐酸萘乙二胺，混匀并添加去离子水定容至250mL，完成亚硝氮显色剂的制备；⑤、制备氨氮标准溶液：取1.91g经110℃干燥1h的优级纯氯化铵溶解于去离子水后移入1000mL一号容量瓶中，加水至1000mL，混匀，再在一号容量瓶中加入1mL浓度为1.50mg/mL的三氯甲烷,混匀，得到浓度为500mg/L的铵标准溶液，将铵标准溶液贮存于一号棕色试剂瓶中，然后取铵标准溶液5mL置于500mL容量瓶中添加去离子水定容至500mL，完成浓度为5mg/L的氨氮标准溶液的制备；⑥、制备亚硝氮标准溶液：取4.928g优级纯亚硝酸钠溶解于去离子水后移入1000mL二号容量瓶中，添加去离子水定容至1000mL，混匀，得到亚硝氮浓度为1000mg/L的亚硝氮准备溶液，将亚硝氮准备溶液移入二号棕色试剂瓶中，在二号棕色试剂瓶中加入1mL浓度为1.50mg/mL的三氯甲烷,混匀，得到亚硝氮标准贮备溶液，在2-5℃条件下保存，然后取25mL亚硝氮标准贮备溶液置于500mL容量瓶中用水稀释定容至500mL，得到亚硝氮浓度为50mg/L的亚硝氮标准中间液，将亚硝氮标准中间液贮存于三号棕色试剂瓶中于2-5℃条件下保存，最后取20mL亚硝氮标准中间液置于200mL容量瓶中用水稀释至200mL，完成亚硝氮浓度为5mg/L的亚硝氮标准溶液的制备；⑦、制备次溴酸钠溶液：先取1.4g溴酸钾和10g溴化钾溶于水后加水定容至100mL得到溴酸钾-溴化钾水溶液，再取200g氢氧化钠溶解于1000mL水中后加热蒸发定容至500mL得到浓度为400g/L的氢氧化钠水溶液，然后在聚乙烯瓶中加入5mL溴酸钾-溴化钾溶液后用45mL水稀释，再加入3mL一号盐酸溶液，盖紧摇匀，在暗处静置5min后加入50mL氢氧化钠水溶液，混匀，完成次溴酸钠的制备；(2)、绘制氨氮标准曲线：在6支容量为50mL的具塞比色管中分别加入0mL、1mL、2.5mL、5mL、7.5mL和10mL的氨氮标准溶液，每支具塞比色管中的氨氮标准溶液均用去离子水稀释至50mL，6支具塞比色管中的氨氮浓度分别为0mg/L、0.1mg/L、0.25mg/L、0.5mg/L、0.75mg/L和1.0mg/L，每支具塞比色管中均加入5mL次溴酸钠溶液，塞紧混匀，静置10min后加入5mL对氨基苯磺酰胺盐酸溶液，静置5min后加入1mL盐酸萘乙二胺水溶液，静置15min后用分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定氨氮吸光度A1，测定结果如下表：具塞比色管序号123456氨氮吸光度00.1020.2310.4660.6510.865氨氮浓度00.10.250.50.751.0以氨氮吸光度A1为x1轴，以氨氮浓度n1(mg/L)为y1轴，绘制氨氮标准曲线，得出曲线方程式1：y1＝1.163x1-0.015；(3)、绘制亚硝氮标准曲线：在6支容量为50mL的具塞比色管中分别加入0mL、0.5mL、1mL、2mL、4mL和6mL的亚硝氮标准溶液，每支具塞比色管中的亚硝氮标准溶液均用去离子水稀释至50mL，6支具塞比色管中的亚硝氮浓度为分别为0mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L和0.6mg/L，每支具塞比色管中均加入1mL亚硝氮显色剂，静置20min后，用紫外-可见分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定亚硝氮吸光度A2，测定结果如下表：具塞比色管序号123456亚硝氮吸光度00.1340.2560.5181.0251.468亚硝氮浓度00.050.10.20.40.6以亚硝氮吸光度A2为x2轴，以亚硝氮浓度n2(mg/L)为y2轴，绘制亚硝氮标准曲线，得出线性方程式2：y2＝0.406x2-0.005；(4)、绘制亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线：按照下表：中的氨氮浓度和亚硝氮浓度分别配置5组氨氮和亚硝氮混合试样，每一组设置8只具塞比色管，将混合试样分别置于具塞比色管中，同一组具塞比色管中的氨氮浓度一样，亚硝氮浓度呈梯度上升，5组氨氮浓度分别为0mg/L、0.25mg/L、0.5mg/L、0.75mg/L和1mg/L，在每支具塞比色管中均加入5mL次溴酸钠溶液，塞紧混匀，静置10min后加入5mL对氨基苯磺酰胺盐酸溶液，静置5min后加入1mL盐酸萘乙二胺水溶液，静置15min后用分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定氨氮和亚硝氮的总吸光度A0，代入方程式1：y1＝1.163x1-0.015计算出氨氮和亚硝氮的总浓度n0，用总浓度n0减去表中亚硝氮浓度e得到氨氮浓度测量值n，，计算出氨氮浓度测量值n，与氨氮浓度修正值ρA的绝对误差f，测试和计算结果如下表：以表中亚硝氮浓度e为x3轴，以氨氮测量绝对误差f为y3轴，绘制出亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线，得出线性方程式3：y3＝1.989x3+0.012；(5)、测定氨氮浓度：根据方程式1、2和3推导出氨氮浓度修正值公式：ρA＝1.163A0-1.213A2-0.004，其中ρA表示氨氮浓度修正值；利用分光光度计和比色皿测试水体的氨氮和亚硝氮的总吸光度A0与亚硝氮吸光度A2，将氨氮和亚硝氮的总吸光度A0与亚硝氮吸光度A2代入氨氮浓度修正值公式计算得出氨氮浓度修正值ρA。本发明涉及的氨氮浓度修正值公式的推导过程为：根据步骤(4)得n’＝n0-e和f＝n’-ρA，根据方程式3得f＝1.989e+0.012，即n’-ρA＝1.989e+0.012，则ρA＝n’-1.989e-0.012＝n0-e-1.989e-0.012，进而得到方程式4：ρA＝n0-2.989e-0.012，由于e与n2之间的误差小到忽略不计，因此e＝n2，将e＝n2代入方程式4得方程式5：ρA＝n0-2.989n2-0.012，其中n0由方程式1：y1＝1.163x1-0.015和A0确定：n0＝1.163A0-0.015，n2由方程式2：y2＝0.406x2-0.005和A2确定：n2＝0.406A2-0.005，将n0＝1.163A0-0.015和n2＝0.406A2-0.005代入方程式5得：ρA＝1.163A0-0.015-2.989×(0.406A2-0.005)-0.012，进而得到氨氮浓度修正值公式：ρA＝1.163A0-1.214A2-0.012；在实际应用中，通过步骤(2)和(3)分别测定亚硝氮吸光度A2与氨氮和亚硝氮的总吸光度A0，代入氨氮浓度修正值公式计算得出氨氮浓度修正值ρA，或者将已知的亚硝氮浓度n2与测定的氨氮和亚硝氮的总浓度n0代入方程式5计算得出氨氮浓度修正值ρA。本发明与现有技术相比，能够在高盐度水体中测定氨氮和亚硝氮的浓度，并且氨氮和亚硝氮的浓度测定范围更宽，其中的次溴酸盐氧化时间由国标法的30min缩减为10min，节省了测定时间，亚硝氮显色剂将国标法中的磷酸改为盐酸，减少了污染，更加环保，将对氨基苯磺酰胺盐酸溶液和盐酸萘乙二胺水溶液混合，简化了亚硝氮浓度的测定步骤，将亚硝氮浓度的测定上限提升到了0.6mg/L，是国标法测定上限的三倍，同时通过五组平行实验，每组试验设计等浓度氨氮和不同浓度梯度的亚硝氮混合，运用数理统计的方法拟制出影响曲线，修正了高盐度水体中氨氮浓度测定值的修正公式，在亚硝氮浓度为0-0.75mg/L区间内，测定浓度范围为0-1.25mg/L的氨氮的准确性良好；其工艺流程简单，原理可靠，操作过程时间短，环保节能，经济成本低，可操作性强，测定结果准确度高。附图说明：图1为本发明涉及的亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线示意图。图2为本发明涉及的氨氮标准曲线示意图。图3为本发明涉及的亚硝氮标准曲线示意图。具体实施方式：下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。实施例：本实施例涉及的水体中氨氮浓度值测定方法的工艺工程包括准备工作、绘制氨氮标准曲线、绘制亚硝氮标准曲线、绘制亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线和测定氨氮浓度五个步骤：(1)、准备工作包括制备盐酸溶液、制备对氨基苯磺酰胺盐酸溶液、制备盐酸萘乙二胺水溶液、制备亚硝氮显色剂、制备氨氮标准溶液、制备亚硝氮标准溶液和制备次溴酸钠溶液：①、制备盐酸溶液：取100mL质量百分比浓度为36-38％的浓盐酸溶解于100mL水中得体积比为1:1的一号盐酸溶液；取20mL质量百分比浓度为36-38％的浓盐酸溶解于180mL水中得体积比为1:9的二号盐酸溶液，完成盐酸溶液的制备；②、制备对氨基苯磺酰胺盐酸溶液：取2g对氨基苯磺酰胺溶解于200mL一号盐酸溶液中，完成浓度为10g/L的对氨基苯磺酰胺盐酸溶液的制备；③、制备盐酸萘乙二胺水溶液：取0.5g盐酸萘乙二胺溶解于500mL水中，完成浓度为1g/L的盐酸萘乙二胺水溶液的制备；④、制备亚硝氮显色剂：取15g对氨基苯磺酰胺溶解于150mL二号盐酸溶液中，得到混合液，在混合液中加入0.5g盐酸萘乙二胺，混匀并添加去离子水定容至250mL，完成亚硝氮显色剂的制备；⑤、制备氨氮标准溶液：取1.91g经110℃干燥1h的优级纯氯化铵溶解于去离子水后移入1000mL一号容量瓶中，加水至1000mL，混匀，再在一号容量瓶中加入1mL浓度为1.50mg/mL的三氯甲烷,混匀，得到浓度为500mg/L的铵标准溶液，将铵标准溶液贮存于一号棕色试剂瓶中，然后取铵标准溶液5mL置于500mL容量瓶中添加去离子水定容至500mL，完成浓度为5mg/L的氨氮标准溶液的制备；⑥、制备亚硝氮标准溶液：取4.928g优级纯亚硝酸钠溶解于去离子水后移入1000mL二号容量瓶中，添加去离子水定容至1000mL，混匀，得到亚硝氮浓度为1000mg/L的亚硝氮准备溶液，将亚硝氮准备溶液移入二号棕色试剂瓶中，在二号棕色试剂瓶中加入1mL浓度为1.50mg/mL的三氯甲烷,混匀，得到亚硝氮标准贮备溶液，在2-5℃条件下保存，然后取25mL亚硝氮标准贮备溶液置于500mL容量瓶中用水稀释定容至500mL，得到亚硝氮浓度为50mg/L的亚硝氮标准中间液，将亚硝氮标准中间液贮存于三号棕色试剂瓶中于2-5℃条件下保存，最后取20mL亚硝氮标准中间液置于200mL容量瓶中用水稀释至200mL，完成亚硝氮浓度为5mg/L的亚硝氮标准溶液的制备；⑦、制备次溴酸钠溶液：先取1.4g溴酸钾和10g溴化钾溶于水后加水定容至100mL得到溴酸钾-溴化钾水溶液，再取200g氢氧化钠溶解于1000mL水中后加热蒸发定容至500mL得到浓度为400g/L的氢氧化钠水溶液，然后在聚乙烯瓶中加入5mL溴酸钾-溴化钾溶液后用45mL水稀释，再加入3mL一号盐酸溶液，盖紧摇匀，在暗处静置5min后加入50mL氢氧化钠水溶液，混匀，完成次溴酸钠的制备；(2)、绘制氨氮标准曲线：在6支容量为50mL的具塞比色管中分别加入0mL、1mL、2.5mL、5mL、7.5mL和10mL的氨氮标准溶液，每支具塞比色管中的氨氮标准溶液均用去离子水稀释至50mL，6支具塞比色管中的氨氮浓度分别为0mg/L、0.1mg/L、0.25mg/L、0.5mg/L、0.75mg/L和1.0mg/L，每支具塞比色管中均加入5mL次溴酸钠溶液，塞紧混匀，静置10min后加入5mL对氨基苯磺酰胺盐酸溶液，静置5min后加入1mL盐酸萘乙二胺水溶液，静置15min后用分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定氨氮吸光度A1，测定结果如下表：具塞比色管序号123456氨氮吸光度00.1020.2310.4660.6510.865氨氮浓度00.10.250.50.751.0以氨氮吸光度A1为x1轴，以氨氮浓度n1(mg/L)为y1轴，绘制氨氮标准曲线，得出曲线方程式1：y1＝1.163x1-0.015；(3)、绘制亚硝氮标准曲线：在6支容量为50mL的具塞比色管中分别加入0mL、0.5mL、1mL、2mL、4mL和6mL的亚硝氮标准溶液，每支具塞比色管中的亚硝氮标准溶液均用去离子水稀释至50mL，6支具塞比色管中的亚硝氮浓度为分别为0mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L和0.6mg/L，每支具塞比色管中均加入1mL亚硝氮显色剂，静置20min后，用紫外-可见分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定亚硝氮吸光度A2，测定结果如下表：具塞比色管序号123456亚硝氮吸光度00.1340.2560.5181.0251.468亚硝氮浓度00.050.10.20.40.6以亚硝氮吸光度A2为x2轴，以亚硝氮浓度n2(mg/L)为y2轴，绘制亚硝氮标准曲线，得出线性方程式2：y2＝0.406x2-0.005；(4)、绘制亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线：按照下表：中的氨氮浓度和亚硝氮浓度分别配置5组氨氮和亚硝氮混合试样，每一组设置8只具塞比色管，将混合试样分别置于具塞比色管中，同一组具塞比色管中的氨氮浓度一样，亚硝氮浓度呈梯度上升，5组氨氮浓度分别为0mg/L、0.25mg/L、0.5mg/L、0.75mg/L和1mg/L，在每支具塞比色管中均加入5mL次溴酸钠溶液，塞紧混匀，静置10min后加入5mL对氨基苯磺酰胺盐酸溶液，静置5min后加入1mL盐酸萘乙二胺水溶液，静置15min后用分光光度计于543nm处和10mm比色皿测定氨氮和亚硝氮的总吸光度A0，代入方程式1：y1＝1.163x1-0.015计算出氨氮和亚硝氮的总浓度n0，用总浓度n0减去表中亚硝氮浓度e得到氨氮浓度测量值n’，计算出氨氮浓度测量值n’与氨氮浓度修正值ρA的绝对误差f，测试和计算结果如下表：以表中亚硝氮浓度e为x3轴，以氨氮测量绝对误差f为y3轴，绘制出亚硝氮浓度对氨氮测量绝对误差影响曲线，得出线性方程式3：y3＝1.989x3+0.012；(5)、测定氨氮浓度：根据方程式1、2和3推导出氨氮浓度修正值公式：ρA＝1.163A0-1.213A2-0.004，其中ρA表示氨氮浓度修正值；利用分光光度计和比色皿测试水体的氨氮和亚硝氮的总吸光度A0与亚硝氮吸光度A2，将氨氮和亚硝氮的总吸光度A0与亚硝氮吸光度A2代入氨氮浓度修正值公式计算得出氨氮浓度修正值ρA。本实施例涉及的氨氮浓度修正值公式的推导过程为：根据步骤(4)得n’＝n0-e和f＝n’-ρA，根据方程式3得f＝1.989e+0.012，即n’-ρA＝1.989e+0.012，则ρA＝n’-1.989e-0.012＝n0-e-1.989e-0.012，进而得到方程式4：ρA＝n0-2.989e-0.012，由于e与n2之间的误差小到忽略不计，因此e＝n2，将e＝n2代入方程式4得方程式5：ρA＝n0-2.989n2-0.012，其中n0由方程式1：y1＝1.163x1-0.015和A0确定：n0＝1.163A0-0.015，n2由方程式2：y2＝0.406x2-0.005和A2确定：n2＝0.406A2-0.005，将n0＝1.163A0-0.015和n2＝0.406A2-0.005代入方程式5得：ρA＝1.163A0-0.015-2.989×(0.406A2-0.005)-0.012，进而得到氨氮浓度修正值公式：ρA＝1.163A0-1.214A2-0.012；在实际应用中，通过步骤(2)和(3)分别测定亚硝氮吸光度A2与氨氮和亚硝氮的总吸光度A0，代入氨氮浓度修正值公式计算得出氨氮浓度修正值ρA，或者将已知的亚硝氮浓度n2与测定的氨氮和亚硝氮的总浓度n0代入方程式5计算得出氨氮浓度修正值ρA。本实施例涉及的水体中氨氮浓度值测定方法得检验过程为：配制6组合成水样，每组合成水样中亚硝氮浓度均为0.3mg/L，氨氮浓度分别为0mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L和0.7mg/L，使用本权利要求1的方法测定6组合成水样中亚硝氮的吸光度与氨氮和亚硝氮的总吸光度，利用氨氮浓度修正值计算公式计算得出氨氮浓度，测定和计算结果如下：结果表明氨氮修正值的相对误差较小，本发明的氨氮浓度修正值的计算公式能够有效消除亚硝氮的干扰，氨氮浓度修正值准确度良好。当前第1页1 2 3