定氮儀快速測量廢水中氮含量的方法和步驟

       氨氮(NH3N)以游離氨(NH3)或銨鹽(NH4+)形式存在于水中,兩者的組成取決于水中的溫度和pH值。測定工業(yè)廢水中的NH3N,實(shí)驗(yàn)室一般是用全量蒸餾裝置或半微量蒸餾裝置將廢水中的氨分離、吸收、定容,然后再進(jìn)行滴定或比色,第1種方法準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性雖然好,但操作費(fèi)時(shí);第2種方法具有快速方便的特點(diǎn),但對(duì)含NH3N高的廢水,測定精密度稍差,2種方法均比較麻煩和費(fèi)時(shí)。NC2型快速定氮儀是筆者研制的一種集加熱、抽氣、吸收、滴定于一體的定氮裝置,它不用水冷凝,能連續(xù)進(jìn)行樣品測定而不需要更換器皿,整個(gè)測定過程約20 min,測定精密度高。應(yīng)用這套快速定氮儀測定含NH3N較高的工業(yè)廢水,尤其是合成氨等肥料工業(yè)廢水,具有快速、準(zhǔn)確、節(jié)省試劑等優(yōu)點(diǎn),其最低檢測限為0.1mg/L,完全可以滿足工業(yè)廢水中NH3N的監(jiān)測精度的要求。現(xiàn)將其分析方法介紹如下。
1　方法原理
      樣品在濃堿的作用下蒸餾,放出氨氮,用過量的硼酸吸收,借助混合指示劑,用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。主要反應(yīng)式:
蒸餾:　(NH4)2SO4+2NaOH 2NH3↑+2H2O+Na2SO4
吸收:　4H3BO3+NH3NH4HB4O7+5H2O
滴定:　NH4HB4O7+HCl+5H2O NH4Cl+4H3BO3
2　儀器與試劑
     NC2型快速定氮裝置(見圖1)由反應(yīng)部分、吸收滴定部分組成。鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液:0.025 mol/L;混合指示劑:稱取溴甲酚綠0.5 g和甲基紅0.1 g溶于100 ml乙醇中,用氫氧化鈉溶液(約0.1 mol/L)和鹽酸溶液(約0.1 mol/L)調(diào)至紫紅色(pH約為4.5);中性硼酸溶液:質(zhì)量濃度為20 g/L,加入混合指示劑,用上述氫氧化鈉和鹽酸溶液調(diào)至紫紅色。

3　分析步驟
(1)　吸取樣品100 ml于250 ml燒杯中,滴加1+1硫酸至酸性(用定氮指示劑檢查,呈紫紅色)且過量1 ml,于電爐上加熱蒸發(fā)至約10 ml,取下冷卻,留作待測溶液(如果廢水NH3N含量大于2.0 mg/L,則直接取樣10 ml作為待測液)。
(2)　水蒸氣發(fā)生瓶2裝入2/3容積的酸性水(加入混合指示劑數(shù)滴,用硫酸調(diào)至紅色)用電爐加熱煮沸,然后在電爐上蓋上耐火板,保持水溫90℃左右。打開夾子5,關(guān)閉活塞3,在抽氣情況下,往滴管11加入鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液,對(duì)準(zhǔn)零位。往吸收瓶10中加入約50 ml中性硼酸吸收液。將待測液(視含NH3N而定,可直接取廢水樣)由小玻杯7流入反應(yīng)室6,用少量水沖洗玻杯。裝上棒狀玻塞,將10 ml質(zhì)量濃度為400 g/L的氫氧化鈉倒入小玻杯,拉動(dòng)玻塞讓氫氧化鈉溶液慢慢流入反應(yīng)室內(nèi),快流完時(shí)迅速裝上玻塞,在玻杯中放入水,經(jīng)常檢查是否漏氣(放入氫氧化鈉溶液后,反應(yīng)液中應(yīng)有過量堿,否則需補(bǔ)加)。吸收瓶內(nèi)硼酸吸收液吸收氨后,指示劑變藍(lán)綠色,且溫度升高,必須不斷隨時(shí)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,維持溶液呈中性(指示劑維持原來的紫紅色),直至吸收液維持紫紅色不變?yōu)榻K點(diǎn),記下鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積。打開活塞3,關(guān)閉夾子5,打開夾子9,拉開小玻杯上的玻塞,抽出反應(yīng)室中廢液,并分3～4次用水沖洗反應(yīng)室,抽掉沖洗水。關(guān)上夾子9,打開夾子5,開通活塞14,用廢液抽出管將吸收滴定瓶中廢液抽出排掉。同時(shí)做空白試驗(yàn)。
4　分析結(jié)果
m(NH3N)=(A-B)×N×14×1 000V　mg/L式中　14——氮的摩爾質(zhì)量,g/mol;
N——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度,mol/L;
A——消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液量,ml;
B——空白消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液量,ml;
V——水樣體積,ml。
5　結(jié)果和討論
5·1　加熱溫度的選擇
     本裝置是在抽氣的情況下利用蒸汽加熱反應(yīng)室,在堿性條件下使氨揮發(fā)。實(shí)驗(yàn)表明,蒸汽發(fā)生器溫度90℃即可。沸騰太劇烈,吸氨時(shí)溫度過高,氨揮發(fā)太快,來不及滴定,使結(jié)果偏低;蒸汽溫度過低,反應(yīng)速度過慢,也會(huì)影響測定速度,降低工作效率。

5·2　抽氣速度的控制
     由于本裝置省去了水冷卻裝置,需控制適當(dāng)?shù)某闅馑俣?而且不斷地滴定吸收液中的氨,維持吸收液中性,這樣才能達(dá)到最佳的吸收效果。抽氣太小會(huì)影響吸收與滴定,以吸收器中氣泡連續(xù)產(chǎn)生為宜。

5·3　滴定溶液的預(yù)加入
     為了提高吸收氨的效果,可根據(jù)樣品含氨量,預(yù)先加入一定體積的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。在做平行實(shí)驗(yàn)時(shí),也可以根據(jù)第1次消耗的鹽酸標(biāo)液體積,預(yù)先加入90%左右所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液,以利吸收。
5·4　廢水樣品的測定結(jié)果比照
(1)　采集某合成氨廠廢水樣品,取水樣10 ml,直接加入反應(yīng)室,按上述步驟平行測定6次,用國家標(biāo)準(zhǔn)方法(滴定法)平行測定2次,結(jié)果見表1。用本法加標(biāo)20.00 mg/L氨氮,實(shí)測值59.58mg/L,回收率95.3%。
(2)　采集某食品廠廢水,取水樣100 ml,按上述步驟濃縮至約10 ml,平行測定6次,用納氏試劑比色法平行測定2次,結(jié)果見表2。用本法加標(biāo)2.00 mg/L氨氮,實(shí)測值3.24 mg/L,回收率104%。
     以上結(jié)果看出,用本法測定不同氨氮含量的廢水所得結(jié)果均在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍內(nèi)。因本方法是連續(xù)進(jìn)行,有氨放出時(shí)即刻用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,不用做標(biāo)準(zhǔn)曲線,不用分光光度計(jì),大大提高了分析速度,特別在工業(yè)生產(chǎn)肥料分析中值得推廣。

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