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總氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮的關系與區別淺解

水體中的氮元素由于是造成富營養化的元凶,往往是水汙染控制行業的科研和工程技術的關注重點,其重要性甚至不亞于有機汙染物。本文梳理了水體中氮元素中的常見存在形態以及各自的概念和測試方法。以期給您的研究和學習提供參考。


一、氮元素的關系


進入水體中的氮主要有無機氮和有機氮之分。無機氮包括氨態氮(簡稱氨氮)和硝態氮。


氨氮包括遊離氨態氮NH3-N和铵鹽態氮NH4+-N;


硝態氮包括硝酸鹽氮NO3--N和亞硝酸鹽氮NO2--N;


有機氮主要有尿素、氨基酸、蛋白質、核酸、尿酸、脂肪胺、有機堿、氨基糖等含氮有機物;


可溶性有機氮主要以尿素和蛋白質形式存在,它可以通過氨化等作用轉換爲氨氮;


凱氏氮包括有機氮與氨氮,不包括硝態氮。


二、各類氮的成分分析


目前,國標針對水質中氮的分析主要分總氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮4個方面。


1、總氮


總氮是指可溶性及懸浮顆粒中的含氮量(通常測定硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、無機铵鹽、溶解態氨幾大部分有機含氮化合物中氮的總和)。可溶性總氮是指水中可溶性及含可過濾性固體(小于0.45?m顆粒物)的含氮量。總氮是衡量水質的重要指標之一。


總氮的測定方法,一是采用分別測定有機氮和無機氮化合物(氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮)後加和的辦法。二是以過硫酸鉀氧化,使有機氮和無機氮轉變爲硝酸鹽後,通過離子選擇電極法對溶液中的硝酸根離子進行測量,也可以用紫外法或還原爲亞硝酸鹽後,用偶氮比色法,以及離子色譜法進行測定。


2、凱氏氮


凱氏氮是以凱氏法測得的的含氮量。它包括氨氮和在此條件下能被轉化爲铵鹽而測定的有機氮化合物。此類有機氮主要指蛋白質、胨、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的,氮爲負三價的有機氮化合物。不包括疊氮化合物、聯氮、偶氮、腙、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類含氮化合物。由于水中一般存在的有機化合物多爲前者,因此,在測定凱氏氮和氨氮後,其差值即稱之爲有機氮。


測定原理是加入硫酸加熱消解,使有機物中的胺基以及遊離氨和铵鹽均轉變爲硫酸氫铵,消解後的液體,使呈堿性蒸餾出氨,吸收于硼酸溶液,然後以滴定法或光度法測定氨含量。測定凱氏氮或有機氮,主要是爲了了解水體受汙染狀況,尤其在評價湖泊和水庫的富營養化時,是個有意義的指標。


3、氨氮


氨氮是指遊離氨(或稱非離子氨,NH3)或離子氨(NH4+)形態存在的氨。pH較高,遊離氨的比例較高;反之,铵鹽的比例高。


氨氮是水體中的營養素,可導致水富營養化現象産生,是水體中的主要耗氧汙染物,對魚類及某些水生生物有毒害。


氨氮對水生物起危害作用的主要是遊離氨,其毒性比铵鹽大幾十倍,並隨堿性的增強而增大。氨氮毒性與池水的pH值及水溫有密切關系,一般情況,pH值及水溫愈高,毒性愈強。


常用來測定氨的兩個近似靈敏度的比色方法是經典的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法;滴定法和電極法也常用來測定氨;當氨氮含量高時,也可采用蒸餾-滴定法。(國標有納氏試劑法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法)


4、硝態氮


1)硝酸鹽


水中硝酸鹽是在有氧條件下,各種形態含氮化合物中最穩定的氮化合物,通常用以表示含氮有機物無機化作用最終階段的分解産物。當水樣中僅含有硝酸鹽而不存在其他有機或無機的氮化合物時,認爲有機氮化合物分解完全。如果水中含有較多量的硝酸鹽同時含有其他含氮化合物時,則表示有汙染物已經進入水系,水的“自淨”作用尚在進行。


硝酸鹽氮的測定方法有離子選擇電極法、酚二磺酸分光光度法、镉柱還原法、紫外分光光度法、戴氏合金換元法、離子色譜法、紫外法。


其中電極法測量方便,範圍寬,而且價格便宜,對水樣要求較低;酚二磺酸分光光度法測量範圍寬,顯色穩定;镉柱還原法適用于水中低含量硝酸鹽測定;戴氏合金換元法適用于汙染嚴重並帶深色水樣;離子色譜法需要專用儀器,但可于其他陰離子聯合測定。


2)亞硝酸鹽


亞硝酸鹽是氮循環的中間産物。亞硝態氮不穩定,可以氧化成硝酸鹽氮,也可以還原成氨氮。因此,在測定其含量的同時,並了解水中硝酸鹽和氨的含量,則可以判斷水系被含氮化合物汙染的程度及自淨情況。


水中亞硝酸鹽的測定方法通常采用重氮-偶聯反應,使生成紅紫色染料。該方法靈敏度高、檢出限低、選擇性強。重氮試劑選用對氨基苯磺酰胺和對氨基苯磺酸,偶聯試劑爲N-(1-萘基)-乙二胺和α-萘胺(有毒),N-(1-萘基)-乙二胺用得較多。


亞硝酸鹽氮的測定方法有N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法、萃取分光光度法、離子色譜法、氣相色譜法等。(國標采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法、氣相色譜法等)


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