实验单元：氨氮检测方法 （靛酚比色法）

实验单元：氨氮检测方法 （靛酚比色法） 實驗單元,氨氮檢測方法 (靛酚比色法) 一、本實驗項目之實務應用 氮在環境元素循環中佔有非常重要之地位,各式型態的氮更是組成各種不同生命不可或缺的成份,因此在環境研究上有必要對其加以探討與研究。 由於環境中氮元素來源甚多,其中以有機物分解釋放出之氮類及農耕活動中施用之肥料為最大宗,目前本省主要是以銨類肥料為最主要的氮肥,而有機肥料在自然環境中被分解為無機態氮時,第一步亦是分解成銨態,本實驗便以氨態氮為主要分析目標。 氮在自然界能以各種型態存在,如圖一所示。主要可分四種,即,有機態氮、氨態氮、亞硝酸態氮及硝酸態氮。有機氮經過微生物分解後,一部分形成NH-N,如果再經4硝化菌硝化作用可生成亞硝酸態及硝酸態氮,是植物最主要之營養來源之一。其反應式如下, Insoluble-N Org-N 非溶解態氮 有機氮 Kjeldahl-N 凱氏氮 Total-N NH-N 4 總氮氮氣 NO-N 2Soluble-N 亞硝酸氮 溶解態氮 Oxidized-N 總氧化氮 圖一 各類含氮化合物之轉換關係圖 蛋白質,細菌作用,NH 3 亞硝酸菌作用,， 2NH，3O,,,,,,2NO，2H，2HO3222 +NH是氣體,溶於水中而成NH,化學反應依其pH值而定,其反應方程式如下, 34 ,， NH，HO,2NO，2H，2HO3222 +當pH值低於7時,溶液中NH居多,反之pH值大於7時便轉化成NH,因此提43 +高溶液之pH值,可使NH揮發,而可測得溶液中存在NH之量。水中若含有NH,334不但具臭味,更對魚類產生毒害,亦對金屬建築物產生腐蝕作用。 -N NO3 硝酸氮 +(註,一般中文翻譯,NH稱胺[amine, amino] , NH稱氨[ammonia] , NH稱銨234[ammonium] ) 二、實驗原理 含有氨氮及銨離子之水樣於加入次氯酸鹽,Hypochlorite,及酚溶液反應,生成深藍色之靛酚,Indophenol,,此溶液之顏色於亞硝醯鐵氰化鈉溶液,Sodium nitroprusside,之催化後會更加強烈。使用分光光度計於波長 640 nm 處進行比色分析,即可求得水樣中氨氮之濃度。本方法適用於飲用水水質、飲用水水源水質、地面水體、地下水、放流水、廢,污,水及海域水質中氨氮之分析。使用光徑1 cm 樣品槽時,方法偵測極限約 0.01 mg / L。 三、實驗設備與藥品 ,一,實驗設備, 除需使用之玻璃器皿,量筒、燒杯、移液管、三角錐形瓶,外,另需分光光度計與 蒸餾裝置。詳細之實驗設備需求如下, 1. 分光光度計,在波長 640 ? 1 nm 下,使用光徑 1 cm 或以上之樣品槽,如圖 一所示。 2. 蒸餾裝置,準備 800 至 2000 mL 平底或圓底玻璃燒瓶,連結至一直立式冷凝 裝置,接口處以磨砂口銜接,其出口尖端須浸於酸吸收溶液之液面下,使用全 硼矽玻璃裝置或以錫,或鋁,質的管子連接組成的冷凝裝置,如圖二所示。 3. 加熱裝置,加熱包或加熱板等尺寸適宜之加熱裝置。 4. 分析天平,可精秤至 0.1 mg。 5. 移液管或經校正之自動移液管。 6. 定量瓶。 7. 電磁攪拌器,磁石需是熱絕緣且外裹鐵氟龍。 8. pH 計。 9. 三角錐瓶或其它適用樣品反應瓶,附蓋或以塑膠或 Paraffin 膜覆蓋,,50 mL。 圖一 分光光度計 圖二 蒸餾裝置 ,二,實驗藥品與試劑, 1. 試劑水,不含氨氮之二次蒸餾水或去離子蒸餾水,以其配製試劑、清洗或稀釋樣 品。 2. 硫代硫酸鈉溶液,去氯試劑,,溶解 3.5 g 硫代硫酸鈉,NaSO,5HO,於試2232 劑水中,再稀釋至1000 mL。 3. 硼酸鹽緩衝溶液,加 88 mL 0.1 M 氫氧化鈉溶液於 500 mL 0.025 M 四硼酸鈉溶 液,NaBO 5.0 g / L 或 NaBO,10 HO 9.5 g / L,以試劑水稀釋至1 L。 2472472 4. 氫氧化鈉,Sodium hydroxide,溶液,6 M,將240 g NaOH 溶解於試劑水中,並 攪拌待溶解後,稀釋至1000 mL。 5. 氫氧化鈉溶液,10 M,取40 g NaOH 溶解於80 mL試劑水中,並攪拌待溶解後, 稀釋至100 mL。 6. 氫氧化鈉溶液,1 M,取4 g NaOH 溶解於80 mL試劑水中,並攪拌待溶解後, 稀釋至100 mL。 7. 硫酸溶液,0.5 M,稀釋25 mL濃HSO至 1 L。 24 8. 硫酸,吸收,溶液,0.02 M,稀釋1 mL濃HSO至1 L。 24 9. 沸石,以分子篩沸石效果較佳,使用前須於清洗蒸餾裝置時一同清洗。 10 酚溶液,Phenol solution,,取11.1 mL液態酚(純度?89,)以95,(v/v)乙醇,Ethyl alcohol,混合至最終體積 100 mL。 註,當操作酚時,須戴手套、護眼裝置,在通風良好環境下可減少曝露於此劇 毒揮發性物質之危險。 11. 亞硝醯鐵氰化鈉,Sodium nitroprusside,溶液,0.5 ,,W / V,,溶解0.5 g 亞硝 醯鐵氰化鈉於100 mL試劑水,貯存於棕色瓶。 12. 鹼性檸檬酸鹽溶液,Alkaline citrate solution,,溶解200g檸檬酸三鈉鹽,Trisodium citrate,和10 g氫氧化鈉於試劑水,再稀釋至1 L。 13. 次氯酸鈉,Sodium hypochlorite,約5,,可購買市售溶液,使用前適當稀釋。 14. 氧化劑溶液,Oxidizing solution,,以25 mL次氯酸鈉和100 mL 鹼性檸檬酸鹽 溶液混合,使用前配製。 15. 氨氮儲備溶液,Ammonium stock standard,,取 3.819 g NHCl,預先於 110 ? 乾4 燥二小時,溶解於試劑水中,並稀釋至 1000 mL,此溶液1.00 mL,1.00 mg N , 1.22 mg NH,。 3 16. 氨氮標準中間溶液,取10.0 mL氨氮儲備溶液,至1000 mL 量瓶內,稀釋至刻 度,此溶液1.00 mL,10.00 μg 氨氮,。 17. 氨氮標準溶液,取10.0 mL 氨氮中間溶液,至100 mL量瓶內,稀釋至刻度,此 溶液 1.00 mL,1.00μg氨氮,。 四、實驗內容與步驟 ,一,蒸餾,樣品之蒸餾並非必要,若樣品為廢污水、有干擾物出現或需高準確度 之飲用水等樣品檢測時,則應執行蒸餾步驟。 1. 設備的清洗準備,取500 mL 試劑水於燒杯中,加入20 mL 硼酸鹽緩衝 溶液,以 6 M 氫氧化鈉溶液調整 pH 至9.5後,移入蒸餾燒瓶中,加數粒 沸石,加熱蒸餾直至蒸出液無氨氮為止。 2. 樣品的準備,於經上述處理之蒸餾瓶中,加入500 mL 已去氯樣品或適當 量樣品以試劑水稀釋至 500 mL,當氨氮含量低於0.1 mg / L 時,樣品體積 宜使用 1000 mL,在收集樣品時,應加入等量的硫代硫酸鈉溶液以去除餘 氯,。如果需要,以稀釋的硫酸或氫氧化鈉溶液,調整 pH 值至7左右。準備好的樣品,再添加25 mL硼酸鹽緩衝溶液,然後以6 M氫氧化鈉溶液調整 pH 值至9.5。 3. 樣品蒸餾,以每分鐘6至10 mL速率蒸餾,收集氨蒸餾液至500 mL定量瓶或其他適用的蒸餾接收容器,上述量瓶內須置放 50 mL 0.02 M的硫酸,吸收,溶液,保持蒸出液滴出口在硫酸,吸收,溶液之液面下2公分,收集蒸餾液至少200 mL於氨蒸餾液的接收容器內,再將蒸餾裝置的輸送管末端離開吸收溶液面,不再與其接觸,然後繼續蒸餾數分鐘,以洗滌冷凝器及輸送管線至蒸餾液約300 mL,再以試劑水稀釋定量至500 mL。 ,二,檢量線製備 1. 取25.0 mL試劑水,於50 mL之附蓋三角錐瓶中或其它適用樣品反應瓶, 再依次添加入 1.0 mL 酚溶液、1.0 mL 亞硝醯鐵氰化鈉溶液及 2.50 mL 氧化劑溶液,每次加入各溶液後,均須混合均勻,,使樣品呈色。 2. 精取適量之氨氮標準溶液,1.0 mg / L,於 100 mL 量瓶,由高濃度至低濃 度序列稀釋成至少五組不同濃度之檢量線製備用溶液。如,0.02、0.04、 0.06、0.10、0.20 mg / L或其他適當之序列濃度,檢量線配製濃度不可大 於 1.0 mg / L,。 3. 再取 25.0 mL上述配製之序列濃度檢量線溶液,於 50 mL 之附蓋三角錐 瓶中或其它適用樣品反應瓶,並依四,二,1.的檢測步驟使樣品呈色,製 備檢量線。 4. 量測在波長640 nm之吸光度,以標準溶液濃度,mg / L,為 X 軸,吸光 度為 Y 軸,繪製一吸光度與氨氮濃度,mg / L,之檢量線。 ,三,樣品的檢測 1. 若採樣時樣品已經加酸保存,且樣品未經蒸餾前處理時,則先取適量樣 品,調整其pH 值至7以上,並過濾樣品。 2. 取上述25.0 mL 樣品或經蒸餾前處理之蒸出液,必要時將上述樣品或蒸 出液經適當稀釋至 25.0 mL,,於50 mL之附蓋三角錐瓶或其它適用樣品 反應瓶中。以四,二,1.的檢測步驟操作,使樣品呈色。即可由檢量線求 得水樣中氨氮之濃度。 五、實驗成果 檢量線製作 濃度,mg/L,吸收度濃度,mg/L,吸收度標號 標號 Y X Y X 相關係數r = Y = a + bX = ,,, ， ,,,X 水樣分析數據 水樣標號 吸收度 稀釋倍數 氨氮濃度,mg/L, 氨氮濃度(mg/L) = 由樣品溶液測得之吸光度,代入檢量線可求得溶液中氨氮的濃度,mg / L,,再依下式計算樣品中氨氮的濃度。 A , A’× F A ,樣品中氨氮的濃度,mg / L)。 A’,由檢量線求得樣品溶液中氨氮的濃度,mg / L)。 F ,稀釋倍數。 六、問題與討論,可參考老師指定教科書之內容或是其他相關文獻, ,一,在原水中,氮通常以何種形式存在, ,二,為何氨氮標準液之濃度是以氮之濃度為標準, ,三,試說明本檢驗分析使用波長 640 nm之理由, ,四,若要得知水中之全氮值,則應測定哪些水質項目, 七、注意事項 ,一,樣品中若含有餘氯,會對樣品造成干擾。 ,二,利用檸檬酸鹽,Citrate,可將鈣、鎂離子錯合,可除去此類離子在高pH值狀態 下產生沉澱所造成的干擾。 ,三,濁度會形成干擾,可藉由蒸餾或過濾去除之。 ,四,如有硫化氫存在時,可以稀鹽酸酸化樣品使 pH值至3,然後再以劇烈曝氣,直 至硫化合物臭味不被偵測到。鹼性化合物如聯胺(hydrazine)及其他揮發性胺類,於 蒸餾時會隨氨餾出,而這些胺類會使納氏試劑呈混濁現象。 ,五,檢量線,製備檢量線時,至少應包括五種不同濃度之標準溶液,其線性相關係數 ,R 值,應大於或等於0.995以上。 ,六,空白分析,每批次或每十個樣品至少應執行一個空白樣品分析,空白分析值應小 於二倍方法偵測極限。 ,七,查核樣品分析,每批次或每十個樣品至少應執行一個查核樣品分析。 ,八,重複分析,每批次或每十個樣品至少應執行一個重複分析。 ,九,添加標準品分析,每批次或每十個樣品至少應執行一個添加已知量標準溶液之樣 品分析,若回收率超過85至115,管制極限時,必需重做。 八、參考書目 ,一,徐貴新著,水質分析實驗,六版修訂,高立圖書,中華民國94年, ISBN9789864122851。 ,二,Sawyer C. N., McCarty P. L., and Parkin G. F., “Chemistry for Environmental Engineering and Science”, 5/e, Vol. II, 2004. ,三,中華民國環保署環境檢驗所網站檢測方法彙編 水中氨氮檢測方法,靛酚比色法 NIEA W448.51B。