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水体硝态氮稳定同位素分析方法研究

作　者: 孙明辉
导　师: 俞志明；于志刚
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学
关键词: 水体硝态氮阴离子交换方法凯氏蒸馏方法氮稳定同位素分馏
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文以室内实验为基础,系统探讨了水体中硝态氮稳定同位素分析的预处理方法,即用于硝态氮富集的阴离子交换方法和将硝态氮转化为氨态氮的凯氏蒸馏法,并从中选择出优化的实验条件;同时结合所测定的标准样品的同位素数据,讨论了在预处理过程中影响同位素分馏的主要因素。对阴离子交换方法的条件实验结果表明:与国产717树脂相比,Dowex 1-X8-200阴离子交换树脂的吸附和洗脱结果更稳定,被选作硝态氮富集的载体。对Dowex1-X8-200树脂使用KCl溶液作淋洗剂要优于使用NaOH溶液;对地表水水体而言,装填树脂体积为5 ml的交换柱较为合适;吸附过程中控制过柱流速在15 ml/min左右,可维护树脂的稳定,同时基本满足野外处理水样的工作进度;洗脱时采用40 ml浓度为2 mol/L的KCl溶液作为洗脱试剂并控制洗脱速率在0.5 ml/min,能较快的完成洗脱,洗脱率可以达到或接近100%并保持稳定。通过在标准溶液中添加不同浓度的Cl^-和SO₄^2-以考察其对树脂吸附硝酸盐的影响,结果发现,当标准水样中Cl^-浓度达到10 mmol/L或SO₄^2-浓度达到3 mmol/L时,会导致树脂对NO₃^-吸附率的明显降低。由于GB规定的五类地表水水体中的Cl^-和SO₄^2-浓度均低于上述值,因此该方法能够适用于绝大部分地表水水体。对凯氏蒸馏法的主要实验结果为:通过考察环境N空白和达氏合金引入的N空白,发现每次蒸馏的本底空白共约0.6μmol N,同位素测定结果显示该空白对经阴离子交换方法富集后的硝态氮没有大的影响。研究了达氏合金还原能力,当阴离子交换方法所能富集的硝态氮的量为100μmol左右时,最合适的达氏合金的量为0.3g。还探讨了沸石（DINSIV W-85,UOP Molecular Sieves,Des Plaines IL,USA）对氨氮的吸附能力,对50 mg矿石,当吸收液中NH₄⁺-N的量小于30μmol N时,吸附率能够达到90%以上。对同位素测定结果进行分析发现,样品中硝态氮浓度越低,同位素分馏越严重,主要是由于空白N的影响以及在还原反应中产生较大分馏;实验结果出现¹⁵N正分馏的情况,这是由于NH₄Cl固体不稳定,少量¹⁴NH₄Cl分解挥发所致;对低浓度硝态氮的水体,经阴离子交换方法富集后将样品先富集后再蒸馏,只发生轻微的同位素分馏,分馏系数平均值为0.04‰,其可能的原因:一是大量电荷的存在有助于NO₃^--N向NH₄⁺-N转化的还原反应进行得更彻底,二是富集的NO₃^-溶液体积小、浓度高,更有利于和达氏合金充分反应,但决定性因素及具体机理有待于进一步研究。本实验证明了富集有助于提高同位素分析的准确度和精密度。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
前言  12-14
第一章文献综述  14-34
  1.δ~(15)N方法基本理论  14-18
    1.1 氮同位素基本概念  14
    1.2 水体中可能发生的氮分馏过程及影响因素  14-18
  2.硝酸盐中氮稳定同位素在环境研究中的意义  18-24
    2.1 氮同位素技术在地下水硝酸盐污染中的应用  18-21
    2.2 δ~(15)N方法在海洋研究中的应用  21-24
    2.3 δ~(15)N方法的优势  24
  3.水体中硝态氮稳定同位素分析处理方法及比较  24-32
    3.1 样品的预处理方法  25-28
    3.2 氮稳定同位素素测试方法  28-32
  4.水体中硝态氮同位素技术的发展方向  32-33
  5.本论文的研究目标和内容  33-34
    5.1 本论文的研究目标  33
    5.2 本论文的研究内容  33-34
第二章阴离子交换方法富集地表水中硝态氮  34-46
  1.离子交换方法的基本原理  35
  2.实验材料及方法  35-38
  3.结果  38-42
    3.1 两种树脂的比较  38-39
    3.2 洗脱剂用量  39-40
    3.3 洗脱剂比较  40-41
    3.4 转型试剂比较  41-42
  4.讨论  42-45
    4.1 转型试剂对洗脱率的影响  42-43
    4.2 洗脱剂对洗脱率及后续同位素处理的影响  43-44
    4.3 上述实验条件存在的不足之处  44-45
  本章小结  45-46
第三章阴离子交换方法富集水体硝态氮方法的进一步优化  46-55
  1 材料与方法  46
  2 实验内容  46-47
  3 结果与分析  47-51
    3.1 树脂体积的确定  47-48
    3.2 过柱流速的确定  48-49
    3.3 洗脱剂浓度的确定  49-50
    3.4 洗脱剂用量和洗脱速率的确定  50
    3.5 其他离子对树脂吸附硝酸盐的影响  50-51
  4 讨论  51-54
    4.1 离子交换方法用于硝态氮同位素分析的可行性及限制性  52-53
    4.2 阴离子交换方法实验条件对氮稳定同位素分馏的影响  53-54
  本章小结  54-55
第四章凯氏蒸馏方法及氮稳定同位素测定  55-70
  1 材料与方法  55-57
  2 实验内容  57-59
  3 结果与分析  59-67
    3.1 蒸馏时间对NO_3~--N回收率的影响  59-60
    3.2 达氏合金对蒸馏空白的影响  60
    3.3 达氏合金还原能力  60-61
    3.4 NO_3~--N浓度对N蒸馏回收率的影响  61-62
    3.5 沸石对铵氮的吸附能力  62-63
    3.6 蒸馏过程中的同位素分馏测定  63-66
    3.7 先富集后蒸馏的同位素分馏测定  66-67
  4 讨论  67-69
    4.1 凯氏蒸馏法中关于交叉污染问题的处理  67
    4.2 凯氏蒸馏方法的相关注意事项  67-69
  本章小结  69-70
第五章结论  70-72
参考文献  72-84
致谢  84

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