广西大学环境学院环境工程基础实验
实验题目：营养元素测定：总磷、总氮联合测定
姓 名： 学 号：
班 级： 环工092班 组 别： 指导教师： 韦旭
1. 实验概述 1.1
实验目的及要求
通过实验，初步了解水体营养元素（氮、磷）联合测定的原理与方法，对湖
塘水质监测规范和要求有较直观的认识。同时，认识到要在水质监测领域有创新，必须关注生物（生态）工程、化学工程等相关领域的理论和技术发展。
1.2
实验原理
过硫酸钾水溶液在60℃以上时发生如下反应：
K2S2O8 + 2H2O = 2KHSO4 + O2 + 2H+
如果将K2S2O8和NaOH按一定的比例混合作为氧化剂，则消解反应开始时溶液呈碱性。K2S2O8分解产生的氧（O2）将水样中不同形态的氮氧化成盐，同时K2S2O8分解产生的H+不断中和NaOH。当NaOH被H+完全中和后溶液逐渐变成中性甚至酸性。在弱酸性溶液中，K2S2O8分解产生的氧（O2），又将各种形态的磷氧化成正磷酸盐。因此，该方法的关键是要选择一个适度的K2S2O8溶液。
1.3
实验条件
（1） 实验仪器
微波密封消解COD快速测定仪：汕头市环海工程总公司；精密pH计（pHS-3C）：上海雷磁仪器厂；紫外分光光度计（UV – 1201）：北京瑞利分析仪器公司；立式压力蒸气灭菌器（LS-C50L）：江阴滨江医疗设备厂；50mL聚四氟乙烯密封消解罐，25mL、50mL比色管若干。 （2） 实验试剂
a） 无氨水：每升去离子水中加0.1mL硫酸在全玻璃蒸馏器中重蒸馏，弃
去50ml初馏液，接取其余馏出液体于具塞磨口的玻璃瓶中，密塞保存。
b） 钾标准储备液（C=100.00 mg/L）：钾在105～110℃烘箱中干
燥3h，在干燥器中冷却后，称取0.7218g，溶于水中，移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线在0～10℃暗处保存，或加入1～2mL三氯甲烷保存，可稳定6个月。
c） 碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾，分别加入6g氢氧化钠，溶
于水中，稀释至1000mL，配制成6g/L NaOH的碱性过硫酸钾溶液存放在聚乙烯瓶内。
d） 磷标准储备液（C=50.00mg/L）：称取0.2197±0.001g于110℃干燥
2h的磷酸二氢钾（KH2PO4），用水溶解后转移至1000mL容量瓶中，加入大约800mL水，加5mL的（1+1）H2SO4，用水稀释至标线。
e） 钼酸盐溶液：溶解13g钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]于100mL水中。在
不断搅拌下，将钼酸铵溶液徐徐加到300mL（1+1）H2SO4中，加酒石
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f）
g）
酸锑钾溶液，并且混合均匀，此试剂贮存于棕色瓶中冷处保存，至少稳定2个月。
抗坏血酸溶液，100g/L：溶解10g抗坏血酸于水中，并稀释至100mL。该溶液贮存于棕色玻璃瓶中，在冷处可稳定几周。如不变色可长时间使用。
含盐氮10.00mg/L、磷5.00mg/L的混合标准使用溶液：准确移取100.00mg/L的钾标准贮备液10.00mL，含磷50.00mg/L的标准贮备溶液10.00mL于100mL的容量瓶中，定容至100mL。
以上试剂均用无氨水或新鲜去离子水作为空白用水分别配置。
2. 实验内容
2.1
实验步骤
（1） 水样的消解
准确移取混匀水样10mL、碱性过硫酸钾溶液5mL于消解罐中，旋紧外盖，每次将6个消解罐均匀放在微波炉负载盘上围成一圈进行消解，消解12min + 10s（若加空白试验，则消解14min + 10s）。消解完后取出消解罐用水冷却至室温，用蒸馏水将内盖冲洗三次以上，要求冲洗干净，冲洗液全部移至25mL比色管中，定容至25mL。 （2） 总氮总磷的
总氮的测定：取消解后溶液10mL置25mL比色管中，定容至标线。移取部分溶液至10mm石英比色皿中，在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，分别在波长为220与275nm处测定吸光度，并用公式A=A220-A275求出校正习惯度A。
总磷的测定：取消解后溶液10mL置25mL比色管中，定容至标线。室温下放置15min后，使用光程为30nm比色皿，在700nm波长下，以无氨水做参比，测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后，从标准曲线上查得总磷的含量。 （3） 空白试验
空白试验除以10mL无氨水代替试料外，采用与测定完全相同的试剂、用量和分析步骤进行操作。 （4） 标准曲线的绘制
取用无氨水配置的含盐氮10.00mg/L、磷5.00mg/L的混合标准使用溶液（N：0.10mL、0.30mL、0.50mL、1.00mL、5.00mL、10.00mL；P：0.20mL、0.40mL、1.20mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL）依次于12个消解罐中，分别加无氨水或新鲜去离子水至10mL，加碱性过硫酸钾溶液5mL，然后按照水样消解方法消解12min，按照总氮总磷的测定方法进行测定，所得数据以浓度对吸光度作图。
总氮的标准曲线绘制时，零浓度溶液和钾标准使用溶液制得的校准系列完成全部分析步骤，于波长220和275nm处测定吸光度后，分别按公式：As=As220-2As275，Ab=Ab220-2Ab275，At=As-Ab求出除零浓度外其他校准系列的校正吸光度As和零浓度的校正吸光度Ab及其差值At，按At值与相应的NO3-N含量（μg）绘制标准曲线。
2.2
实验数据
总磷吸光度的测定
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名称 编号 空白样 700nm 平均值 平行样平均值 校正值 0.003 0.002 0.002 0.000 0.002 0.002 0.012 0.012 1号 0.012 0.011 0.009 0.012 0.010 0.010 1号平行样 0.010 0.010 0.016 0.015 2号 0.015 0.016 0.0155 0.0135 0.016 0.016 2号平行样 0.016 0.016 0.011 0.011 3号 0.011 0.010 0.0105 0.0085 0.010 0.010 3号平行样 0.010 0.010 总氮吸光度的测定 名称 220.0nm 275.0nm 平均值 平行样平均校正值 编号 值 参比 -0.006 -0.006 -0.006 1.277 空白 1.284 1.284 1.365 1号 1.365 1.365 1.318 1号平行样 1.318 1.318 2号 1.399 1.401 1.400 2号平行样 1.394
-0.005 -0.005 -0.005 0.008 0.014 0.013 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.007 0.011 0.011 0.011 0.004 3
0.004 1.258 1.353 1.305 1.378 0.004 1.258 1.329 0.000 1.254 1.325 1.382 1.378 广西大学环境学院环境工程基础实验
1.394 1.395 3号 1.354 1.353 1.354 3号平行样 1.344 1.346 1.345 磷标准曲线的绘制： 编号 波长 参比 220.0nm 275.0nm 空白 220.0nm 275.0nm 1号 275.0nm 275.0nm 2号 275.0nm 275.0nm 3号 275.0nm 275.0nm 4号 275.0nm 275.0nm 5号 275.0nm 275.0nm 6号 275.0nm 275.0nm 0.004 0.004 0.008 0.008 0.008 0.014 0.015 0.014 记录1 0.000 0.000 1.580 0.018 1.746 0.012 1.638 0.012 1.810 0.020 1.866 0.021 1.810 0.024 1.921 0.019 1.386 1.338 1.316 1.382 1.327 1.378 1.323 记录2 0.000 0.000 1.582 0.018 1.771 0.013 1.3 0.013 1.820 0.021 1.872 0.020 1.817 0.025 1.927 0.018 记录3 0.001 0.000 1.583 0.018 1.765 0.013 1.3 0.012 1.820 0.021 1.869 0.020 1.815 0.025 1.926 0.017 平均值 0.000 1.546 1.741 1.617 1.775 1.828 1.765 1.8 校正值 0.000 1.546 1.741 1.617 1.775 1.828 1.765 1.8 总磷标准曲线0.15吸光度y = 0.004x + 0.00092R = 0.99870.10.05001020磷含量3040系列1线性 (系列1)
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氮标准曲线的绘制： 编号 记录1 空白 0.002 1号 0.006 2号 0.014 3号 0.027 4号 0.041 5号 0.084 6号 0.123 记录2 0.002 0.006 0.014 0.027 0.041 0.084 0.122 记录3 0.002 0.006 0.014 0.027 0.041 0.084 0.123 平均值 0.002 0.006 0.014 0.027 0.041 0.084 0.123 校正值 0.000 0.004 0.012 0.025 0.039 0.082 0.121 总氮标准曲线2y = 0.002x + 1.68852R = 0.4138吸光度10050氮含量100150系列1线性 (系列1)
共享标准曲线：
TN标准曲线0.2000.150y = 0.0018x - 2E-05R2 = 0.9695吸光度值0.1000.0500.000-0.0500204060TN/（10-3mg）80100120说明：公式中出现的2E-05表示的意思是2*10。
实验结果： TP测定结果:
样品1：在y=0.004x+0.0009中，当y=0.009时， 得出x=2.025mg;含量：C1=2.025/10mg/ml=0.2025ug/L
样品2：在y=0.004x+0.0009中，当y=0.0135时，得出x=3.150mg;含量：C1=3.150/10mg/ml=0.3150ug/L
样品3：在y=0.004x+0.0009中，当y=0.0085时，得出x=1.900mg;含量：
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C1=1.900/10mg/ml=0.0190ug/L TN测定结果：
样品1：在y=0.0018x-2E-05中，当y=1.325时，得出x=736.12×10-3mg;含量：C1=736.12×10-3/10mg/ml=73.612ug/L
样品2：在y=0.0018x-2E-05中，当y=1.378时，得出x=765.57×10-3mg;含量：C1=765.57×10-3/10mg/ml=76.557ug/L
样品3：在y=0.0018x-2E-05中，当y=1.323时，得出x=735.01×10-3mg;含量：C1=73.501×10-3/10mg/ml=73.501ug/L
2.3总结
根据实验数据的处理结果，从目前表示水体富营养化的指标中：水中无机氮的含量为300mg/m3、总磷含量为20mg/m3以上为富营养化标准来判断得出二者含量均未超过这个指标，当然也有恨重要的一个原因就是所测的湖塘水已经被为其一个周的大雨所稀释，所以这个结果不能完全代表平时湖塘水质。
2.4思考题
1、请列出现行国家标准关于水、气样方面的总氮总磷测定标准，并简单阐述各自的测定原理。
答：国家标准关于水的总氮总磷测定标准有： 总磷的测定 钼酸铵分光光度法
总氮(TN)和总磷(TP)是《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的基本项目,是地表水体富营养化的重要指标,其标准分析方法分别为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB114-)和过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法(GB113-)。总磷的测定。
钼酸铵分光光度法: 在中性条件下用过硫酸钾（或－高氯酸）使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法：在60℃以上水溶液中，过硫化钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。分解出的原子态氧在120~140℃条件下，可使水样中含氮氧化合物的氮元素转化为盐。并且在此过程中有机物同时被氧化分解，可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测出吸光度并求出校正吸光度A，按A的值查校准曲线并计算总氮含量。
2、请查阅近五年来的文献，列出二个以上的总氮总磷联合测定方法，并指出他们各自优缺点。
答：①. 高级氧化-分光光度法联合测定水中总氮总磷.
高级氧化法是一种高效的新型水处理工艺，运用光、电、催化剂等手段，产生高活性的OH。OH具有强氧化性，可以无选择地将各种有机、无机污染物迅速氧化消解。笔者将O3、UV、US 和高压静放电等技术相结合，在多种高级氧化技术协同作用下产生大量·OH， 可以将含氮磷水样快速高效地氧化、消解。并且结合分光光度法，实现了对水中总氮、总 磷的在线连续检测。
优点：有无需添加化学氧化剂，测量准确、快速、方便、准确度和精密度高。
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缺点：不太适合污染程度较轻的水体，且设备花费高。 ②.微波－H2O2 消解法联合快速测定水中总氮总磷。
优点：本方法与国家标准方法比较具有操作简单，快速，消解完全，精密度和准确度高的特点。
缺点：过氧化氢加入量需要严格掌控，如果用量过少，不能将样品中的有机物完全消解；反之，会影响后续的测定且造成试剂的浪费，且过氧化氢稳定性差。 ③.高压—过硫酸钾消解法,该方法可以减少50%的样品使用量和50%的消解时间，可以简化操作步骤，降低劳动强度，达到快速、省时、省力的效果，提高了监测工作效率。但是过硫酸钾对总氮空白值影响特别大，并且过硫酸钾特别难溶。 ④.微波消解流动注射法将微波消解和流动注射结合起来，不仅安全、操作简便、省时省力，而且节省试剂，方法的准确度和精密度均令人满意。
个人体会：
通过本次实验，首先锻炼了我的动手能力，其次就是我更加熟练了一些仪器的使用，特别是对紫外分光光度计的使用。特别是在后面总氮总磷标准曲线的测定过程中，由于没有合理安排组员具体的工作，导致大家在做自己的手头工作时，出现了乱七八糟的状态，导致重新来过，不过失误的地方确实是记忆犹新，在第二次做的时候是彻底懂了。后来我觉得做实验应该彻底了解其中的实验原理，而不是简单的了解其步骤，这样有些地方做错了，还是不懂哪里错了，为什么错了？这样就没有实验目的的初衷了。
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