水中氮

水体中的氮元素

众所周知，氮气是空气中含量中最多的气体，其在空气中的体积分数为78%，它是一种无色无味的不活泼气体，无时无刻不环绕在我们周围，但是您对氮元素有充分的认识吗，它在自然界存在的种类有哪些，是如何在自然界实现自身的循环的，特别是它是如何怎样影响，甚至是改变我们的生活的,还有我们应如何适应并改善，甚至是优化它对我们影响，那么现在就让我带着您一起去揭秘氮元素的奥秘。

简介

由图表1.0及1.1，我们不难看出自然界存在含氮化合物跟人类息息相关，人类生命所需的含氮物质主要来源于粮食和动物提供的有机氮和饮用水中提供的无机氮化物，然而随着人口增长，人类对环境的破坏愈加剧烈，酸雨、土壤污染及水污染等灾害严重影响了动植物的健康，因而为了我们人类自身的可持续发展，为了人类的身心健康，需保护环境，监测动植物食品和饮用水中污染物的含量（F、硝酸盐等），以达到预防为主、防治结合的目的。

形式及转化

进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮。氨氮包括游离氨态氮NH3-N和铵盐态氮NH4+-N；硝态氮包括硝酸盐氮NO3--N和亚硝酸盐氮NO2--N。有机氮主要有尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮有机物。可溶性有机氮主要以尿素和蛋白质形式存在，它可以通过氨化等作用转换为氨氮。

如图2.0所示，列举了污水二次流出物的氮元素转换示意图，由图中可以看出废水中会有残余的铵根离子和硝酸根离子渗入地下水中，氨根离子在水及土壤中很容易发生硝化反应转变为硝酸根离子，从图表2.1所示曲线，很容易发现测量地表水中硝酸根的含量可以很大程度上反应水中的总氮含量，具有重大理论及现实意义。

成分分析

目前，国标针对水质中氮的分析主要分以下方面：总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、凯氏氮5个方面。

（一）总氮

总氮是指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量（通常测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨几大部分有机含氮化合物中氮的总和）。可溶性总氮是指水中可溶性及含可过滤性固体（小于0.45µm颗粒物）的含氮量。总氮是衡量水质的重要指标之一。

总氮的测定方法，一是采用分别测定有机氮和无机氮化合物（氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）后加和的办法。二是以过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮转变为硝酸盐后，通过离子选择电极法对溶液中的硝酸根离子进行测量，也可以用紫外法或还原为亚硝酸盐后，用偶氮比色法，以及离子色谱法进行测定。[1]

（二）氨氮

氨氮是指游离氨（或称非离子氨，NH3）或离子氨（NH4+）形态存在的氨。pH较高，游离氨的比例较高；反之，铵盐的比例高。

常用来测定氨的两个近似灵敏度的比色方法是经典的纳氏试剂法和苯酚-次氯酸盐法；滴定法和电极法也常用来测定氨；当氨氮含量高时，也可采用蒸馏-滴定法。（国标有纳氏试剂法、水杨酸分光光度法、蒸馏-滴定法）

（三）硝酸盐氮

水中硝酸盐是在有氧条件下，各种形态含氮化合物中最稳定的氮化合物，通常用以表示含氮有机物无机化作用最终阶段的分解产物。当水样中仅含有硝酸盐而不存在其他有机或无机的氮化合物时，认为有机氮化合物分解完全。如果水中含有较多量的硝酸盐同时含有其他含氮化合物时，则表示有污染物已经进入水系，水的“自净”作用尚在进行。

硝酸盐氮的测定方法有离子选择电极法、酚二磺酸分光光度法、镉柱还原法、紫外分光光度法、戴氏合金换元法、离子色谱法、紫外法。其中电极法测量方便，范围宽，而且价格便宜，对水样要求较低；酚二磺酸分光光度法测量范围宽，显色稳定；镉柱还原法适用于水中低含量硝酸盐测定；戴氏合金换元法适用于污染严重并带深色水样；离子色谱法需要专用仪器，但可于其他阴离子联合测定。

（四）亚硝酸盐氮

亚硝酸盐是氮循环的中间产物。亚硝态氮不稳定，可以氧化成硝酸盐氮，也可以还原成氨氮。因此，在测定其含量的同时，并了解水中硝酸盐和氨的含量，则可以判断水系被含氮化合物污染的程度及自净情况。

水中亚硝酸盐的测定方法通常采用重氮-偶联反应，使生成红紫色染料。该方法灵敏度高、检出限低、选择性强。重氮试剂选用对氨基苯磺酰胺和对氨基苯磺酸，偶联试剂为N-（1-萘基）-乙二胺和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得较多。

亚硝酸盐氮的测定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、萃取分光光度法、离子色谱法、气相色谱法等。（国标采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、气相色谱法等）

（五）凯氏氮

凯氏氮是以凯氏法测得的的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能被转化为铵盐而测定的有机氮化合物。此类有机氮主要指蛋白质、胨、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮为负三价的有机氮化合物。不包括叠氮化合物、联氮、偶氮、腙、硝酸盐、腈、硝基、亚硝基、肟和半卡巴腙类含氮化合物。由于水中一般存在的有机化合物多为前者，因此，在测定凯氏氮和氨氮后，其差值即称之为有机氮。

测定原理是加入硫酸加热消解，使有机物中的胺基以及游离氨和铵盐均转变为硫酸氢铵，消解后的液体，使呈碱性蒸馏出氨，吸收于硼酸溶液，然后以滴定法或光度法测定氨含量。测定凯氏氮或有机氮，主要是为了了解水体受污染状况，尤其在评价湖泊和水库的富营养化时，是个有意义的指标。

分析方法实例

（一）离子选择电极法

从图表4.0数据是由HC-800全自动离子分析仪测试得到，从结果可以看出，离子选择电极法对氟、硝酸根、PH、水硬度、和钾、钠的测量完全可以满足国家标准的要求，而且精度很好，因而离子选择电极法非常快速地、准确地检测出了水质中不同元素的含量，是一种适用性很强的监测手段。

水质测量技术的发展与展望

越来越多的水污染事件，在刺激着人们的神经。步入2013年，这短短两个月，在我国一些省份就发生了数起比较严重的水污染事件，刺激着人们的神经。同时，例如广西环江毛南族自治县水源镇含香村4个屯的饮用水源出现发臭、浑浊异常现象，山西天脊煤化工苯胺泄漏发生水体污染事件迫使河北邯郸市大面积停水，上海金山区朱泾镇发生水污染严重事件，导致周边水域受到污染等等，也是近来被媒体广泛报道关注的事件。这一起起严重的水污染事件，无不在向人们控诉水污染的危害，警示人们水污染防治工作的重要。

如何控制重点区域水污染问题，最需要从源头上进行解决，这个时候，水质监测仪器就发挥着重要作用。水质监测是污染预警、污染物监测和治理效果评定等工作的重要方式，需要水质在线监测仪器提供精确和实时的监测数据。随着社会对于水污染问题的关注，对于水质监测工具的需求，就为水质在线监测仪器的发展打开了大门，提供了市场。

传统水质监测已经很难适应当前我国水污染防治工作的需求。传统水质监测的方法是人工采样后再实验室仪器分析的方式。不仅耗时耗力，而且在数据精确度以及实时性等方面也存在不足。因为这样的缺点，市场上就迫切需要类似水质在线自动监测仪器这样能够连续自动监测数据的仪器和方式。水质在线自动监测仪快速、连续、准确等特点，已经让其在水污染防治行业占据重要地位。

综上，水质分析仪的发展前景，市场空间都很大，对国内企业来说既是机遇又是挑战。

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