氨氮檢測試紙的研制

李紅巖，安莎莎，李亞寧，陳淼，李鑫冉，袁俊生

（1.河北工業(yè)大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300130；2.海水資源高效利用化工技術(shù)教育部工程研究中心，天津300130）

氨氮檢測試紙的研制

李紅巖1,2，安莎莎1，李亞寧1，陳淼1，李鑫冉1，袁俊生1,2

（1.河北工業(yè)大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300130；2.海水資源高效利用化工技術(shù)教育部工程研究中心，天津300130）

根據(jù)水楊酸分光光度法的原理研制了氨氮檢測試紙，對試紙的制備條件及顯色條件進(jìn)行了研究，并通過與國標(biāo)法測試結(jié)果比較對試紙進(jìn)行了評價．實驗結(jié)果表明：試紙浸漬液中水楊酸鈉和亞硝基鐵氰化鈉的最佳濃度分別為269 g/L和0.40 g/L，測定氨氮時加入激活劑的量以4滴為宜．顯色深淺與氨氮濃度成正比，溶液顏色從無色——黃色——黃綠——藍(lán)色變化，色階明顯．試紙的檢測結(jié)果與國標(biāo)法檢測結(jié)果相吻合，數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較好．

氨氮；水楊酸分光光度法；試紙；檢測；激活劑

水中的氨氮指水體中以游離氨和銨離子形式存在的氮，普遍存在于地表水、地下水和各種廢水中，其含量是評價水體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一．水體中氨氮含量過高，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，對魚類及某些水生生物有毒害作用．水中氨氮可以在一定條件下轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，這種強致癌物質(zhì)對人體健康極為不利．“十二五”期間，氨氮被列為水體污染物總量控制的指標(biāo)之一，國務(wù)院最新頒布的“水十條”亦把氨氮治理列為重點工作[1-2]．

國內(nèi)外已經(jīng)研究開發(fā)了多種氨氮分析技術(shù)，目前測定氨氮濃度的方法主要有分光光度法、電化學(xué)分析方法、流動注射法、儀器分析法及其他分析方法[3-4]．其中分光光度法是氨氮分析的經(jīng)典方法．常用的分光光度法有納氏方法、靛酚藍(lán)法和水楊酸法．納氏試劑中汞鹽有毒，而且受水中鈣、鎂、鐵等金屬離子以及硫化物、醛等干擾[5]；靛酚藍(lán)法難以避免苯酚對實驗室的污染；水楊酸與苯酚結(jié)構(gòu)類似，苯環(huán)上羧基的引入增加了藍(lán)色生成物在水中的溶解度，可使測定的靈敏度提高，并避免了苯酚對實驗室的污染[6]．因此水楊酸分光光度法具有準(zhǔn)確無污染等優(yōu)點，成為水體中氨氮檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法之一．

然而水楊酸分光光度法傳統(tǒng)測量步驟比較繁瑣，顯色時間長，需要1 h左右，不能滿足現(xiàn)場水質(zhì)簡便、快速測定的要求．目前氨氮檢測試紙、試劑盒已有相關(guān)報道及產(chǎn)品問世[7-8]，但基于水楊酸分光光度法的試紙報道較少，因此本文通過實驗研制了基于水楊酸分光光度法的試紙，以快速檢測水體中的氨氮含量．

1 實驗原理

水楊酸分光光度法測定氨氮的反應(yīng)原理為：在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸和次氯酸反應(yīng)生成藍(lán)色的吲哚類物質(zhì)，該物質(zhì)在697nm具有最大吸收，其吸收強度與氨氮濃度成正比，符合朗伯比爾定律[1]．反應(yīng)方程式如圖1所示．

圖1 水楊酸分光光度法化學(xué)反應(yīng)方程式Fig.1 Chem icalequationsof spectrophotometricmethod w ith salicylic acid

2 實驗部分

2.1 材料與試劑

次氯酸鈉、水楊酸鈉、氫氧化鈉，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；亞硝基鐵氰化鈉，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；酒石酸鉀鈉，天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠；氯化銨，天津市天大化工實驗廠；定量中速濾紙，杭州特種紙業(yè)有限公司．所有試劑均為分析純．

氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液[9]：稱取3.8 g NH4Cl（110℃下烘干2 h）溶于無氨水中，定容在1 000m L容量瓶中，濃度為1 000mg/L．用時再逐級稀釋成濃度為2、5、10、20、50mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液．

顯色劑溶液：分別稱取140g水楊酸鈉和50g酒石酸鉀鈉溶于無氨水中，定容在1000m L容量瓶中，得到水楊酸鈉的濃度為140g/L、酒石酸鉀鈉的濃度為50 g/L的顯色劑溶液I．用類似方法配制水楊酸鈉濃度分別為210 g/L、280 g/L、350 g/L，酒石酸鉀鈉濃度保持為50 g/L的顯色劑溶液II、III、IV[10]．

亞硝基鐵氰化鈉溶液：稱取0.1g亞硝基鐵氰化鈉溶解，并轉(zhuǎn)移至10m L容量瓶中，定容，濃度為10g/L．

試紙浸漬液：取顯色劑溶液和亞硝基鐵氰化鈉溶液分別按36∶1、24∶1、12∶1、6∶1的體積比進(jìn)行混合得到．

激活劑：取經(jīng)標(biāo)定的分析純次氯酸鈉溶液，用無氨水和氫氧化鈉溶液（2 mol/L）稀釋成含有效氯濃度3.5 g/L，游離堿濃度0.75mol/L（以NaOH計）的次氯酸鈉使用液[9]．

2.2 實驗方法

2.2.1 試紙制備

2.2.1.1 基本實驗方法

將定量中速濾紙全部浸入試紙浸漬液中，恒溫振蕩90m in，取出濾紙，在室溫下懸空晾干，然后裁剪成8mm×8mm規(guī)格的測試試紙，低溫避光保存?zhèn)溆茫?/p>

2.2.1.2 試紙制備及顯色條件的選擇

采用上述的基本實驗方法，調(diào)節(jié)浸漬液中各試劑的濃度及激活劑的加入量，根據(jù)顯色反應(yīng)的速度、色階變化等指標(biāo)來確定最佳的試紙制備條件及顯色條件．

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)比色卡的制備

取濃度為0、2、5、10、20、50mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液各1m L分別置于5m L樣品管中，然后各加入4滴激活劑，搖勻后加入一片檢測試紙（8mm×8mm），室溫反應(yīng)5m in后用數(shù)碼相機照相，根據(jù)色階變化制成標(biāo)準(zhǔn)比色卡．

2.2.3 水樣中氨氮的檢測方法

取1m L待測水樣于5m L樣品管中，加入4滴激活劑，搖勻后加入一片檢測試紙，室溫反應(yīng)5min后將溶液所顯示的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比較，即可判斷出被測樣品中氨氮的濃度．

2.2.4 試紙的評價

運用試紙法與國標(biāo)法反復(fù)地檢測同一樣品對試紙進(jìn)行評價．國標(biāo)法測定樣品方法參照HJ536-2009[9]．

3 結(jié)果與分析

3.1 試紙制備條件的選擇

3.1.1 水楊酸鈉濃度對顯色的影響

分別取顯色劑溶液I、II、III、IV和濃度為10 g/L的亞硝基鐵氰化鈉溶液按照體積比24∶1配制試紙浸漬液[10]，制備氨氮檢測試紙．將試紙與不同濃度的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)，通過觀察顯色效果來確定水楊酸鈉的最佳濃度，結(jié)果如表1所示．

表1 水楊酸鈉濃度對顯色效果的影響Tab.1 The effectof the concentration of sodium salicylate on color rendering

由表1可以看出，顯色劑中水楊酸鈉濃度為280g/L時，顯色5m in，溶液顏色從無色——黃色——黃綠——藍(lán)色變化，色階最好，可以明顯區(qū)別出濃度為0、2、5、10、20、50mg/L的氨氮樣品，檢出限為2mg/L；顯色劑中水楊酸鈉濃度為140g/L或210g/L時，檢出限為5mg/L，5mg/L以上顏色可區(qū)分；水楊酸鈉濃度為350 g/L時，顯色可區(qū)分，但為單一藍(lán)色，區(qū)分效果與280 g/L相比較差．因此，顯色劑溶液中水楊酸鈉的適宜濃度為280 g/L．

3.1.2 亞硝基鐵氰化鈉的濃度對顯色的影響

取水楊酸鈉濃度為280 g/L、酒石酸鉀鈉濃度為50 g/L的顯色劑溶液和濃度為10 g/L的亞硝基鐵氰化鈉溶液按體積比36∶1、24∶1、12∶1、6∶1分別混合配制試紙浸漬液，制備氨氮檢測試紙，然后與不同濃度的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)．通過觀察顯色效果來確定亞硝基鐵氰化鈉的最佳濃度，結(jié)果如表2所示．

表2 亞硝基鐵氰化鈉濃度對顯色效果的影響Tab.2 The effectof concentration of sodium nitroprusside on color rendering

由表2可以看出，試紙浸漬液中亞硝基鐵氰化鈉的濃度對顯色有影響．顯色劑溶液和亞硝基鐵氰化鈉溶液的體積比為24∶1的浸漬液制備的試紙顯色效果最佳，以配比為36∶1的浸漬液制備的試紙顯色為單一黃色，而另外兩組顏色區(qū)分不明顯．所以顯色劑和亞硝基鐵氰化鈉溶液的體積比以24∶1為宜，即試紙浸漬液中水楊酸鈉和亞硝基鐵氰化鈉的最佳濃度分別為269 g/L和0.4 g/L．

3.2 試紙使用條件的選擇

取1m L氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入不同量的激活劑，搖勻后加入氨氮檢測試紙，5m in后觀察顯色，結(jié)果如表3所示．

表3 次氯酸鈉用量對顯色效果的影響Tab.3 The effectof dosage of sodium hypochlorite on color rendering

由表3可知，激活劑用量對顯色反應(yīng)有一定影響．激活劑加入量為2滴時，2號與3號樣品顯色難區(qū)分；激活劑加入量為3滴或5滴時，檢出限為2mg/L，但5號與6號樣品顯色難區(qū)分；當(dāng)激活劑加入量為4滴時效果最佳，檢出限為2mg/L，顏色易于區(qū)分．

3.3 標(biāo)準(zhǔn)比色卡的制備

將試紙分別與一系列濃度為0、2、5、10、20、50 mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)，根據(jù)顯色深淺、色階變化制作標(biāo)準(zhǔn)比色卡．此比色卡標(biāo)準(zhǔn)刻度是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[11]、城市污水再生利用——景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[12]、城市污水再生利用——城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[13]、污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[14]中對氨氮含量的限度值確定的．此標(biāo)準(zhǔn)比色卡的設(shè)計可以簡便、快速的利用試紙檢測出各種水體中氨氮指標(biāo)是否超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的量值，增強氨氮檢測試紙的實用性，擴大氨氮檢測試紙的應(yīng)用范圍．

3.4 試紙效果評價

人工配制系列不同氨氮濃度的水樣以及取天津北運河河水進(jìn)行應(yīng)用實驗．參照標(biāo)準(zhǔn)比色卡，用所制備的氨氮試紙測定各樣品中氨氮含量，并與國標(biāo)法測定結(jié)果相比較，結(jié)果如表4所示．

表4 樣品測定結(jié)果Tab.4 Determ inantion resultsof samples

從實驗結(jié)果看出，試紙法所測定的樣品氨氮濃度與國標(biāo)法測得的真實濃度符合度較好．多次重復(fù)實驗結(jié)果表明，數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較好．

4 結(jié)論

1）本研究基于水楊酸分光光度法成功研制了氨氮檢測試紙．試紙浸漬液中水楊酸鈉、酒石酸鉀鈉和亞硝基鐵氰化鈉的最佳濃度分別為：269g/L、48g/L和0.4g/L．測定水樣時加入激活劑的量4滴為宜，顯色時間為5 min．氨氮濃度與顯色深淺成正比，溶液顏色從無色——黃色——黃綠——藍(lán)色變化，通過對比標(biāo)準(zhǔn)比色卡，能準(zhǔn)確讀出氨氮的濃度范圍，快速判斷被測水樣是否超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值．

2）該氨氮檢測試紙的檢出限為2 mg/L，可檢測的最高氨氮濃度為50 mg/L．應(yīng)用實驗證明，試紙檢測結(jié)果與國標(biāo)法測定結(jié)果相吻合．

3）該氨氮試紙制作簡便、顯色時間短、可移動性強且環(huán)境友好．將顯色劑、掩蔽劑和催化劑都負(fù)載于試紙上，與傳統(tǒng)方法或其他測定形式相比，使用更便捷，不需要專門技術(shù)人員進(jìn)行測定．

4）本產(chǎn)品的用途廣泛，用戶在各級環(huán)境監(jiān)測部門、污水處理廠以及高等院校等，也可應(yīng)用于突發(fā)性環(huán)境污染事件的污染物現(xiàn)場快速應(yīng)急檢測和日常生活用水的檢測．鑒于目前水體氨氮快速檢測的市場需求巨大，特別是隨著“水十條”的實施，推廣應(yīng)用前景廣闊．

[1]楊凱，李秀芳．水楊酸-次氯酸鹽光度法測量氨氮時pH對氨氮在線監(jiān)測儀測量結(jié)果的影響[J]．中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29（3）：123-127．

[2]魏海峰，劉長發(fā)，張俊新．靛酚藍(lán)法測定水中氨氮方法的改進(jìn)[J]．實驗室研究與探索，2013，32（7）：17-19．

[3]俞凌云，趙歡歡，張新申．水樣中氨氮測定方法研究[J]．2010，32（5）：27-33．

[4]顧金鳳，凌芳，曹麗麗，等．水樣中氨氮分析方法的研究[J]．化學(xué)試劑，2015，37（5）：420-424．

[5]黎永艷，陸日貴，陳清德，等．飲用水中氨氮的離子色譜和水楊酸分光光度測定法[J]．職業(yè)與健康，2012（28）：1344-1347．

[6]盧玉棋．水楊酸鹽-次氯酸鹽分光光度法測定水中氨氮[J]．環(huán)境與健康雜志，1999（16）：296-299．

[7]張永順，黃現(xiàn)統(tǒng)，徐海峰，等．一種快速測定水樣中氨氮含量的試劑及方法[P]．ZL 201310551524.5，2013-11-08．

[8]王中賀，李佳偉，劉伶，等．新型環(huán)保水質(zhì)氨氮快速檢測試劑盒的研制與應(yīng)用[J]．中國衛(wèi)生檢驗雜志，2014，24（15）：2146-2148．

[9]HJ536-2009，水質(zhì)氨氮的測定水楊酸分光光度法[S]．

[10]TomonoriT，Yoshino H，YoshinoriS，etal．Sensitivity improvementofammoniadeterm inationbased on flow-injection indophenolspectrophotometry w ithmanganese(II)ion asa catalystand analysisof exhaustgasof thermalpower plant[J]．Analyticalsciences，2002，18（10）：1141-1144．

[11]GB 3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[12]GB/T 18921-2002，城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)[S]．

[13]GB/T 18920-2002，城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)[S]．

[14]GB 8978-2006，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[責(zé)任編輯 田豐]

Preparation for the detected paperof ammonia nitrogen

LIHongyan1,2，AN Shasha1，LIYaning1，CHENM iao1，LIXinran1，YUAN Junsheng1,2

(1.School of Marine Science and Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;2.Engineering Research Centerof Seawater Utilization Technology ofM inistry of Education,Tianjin 300130,China)

Based on the theory ofspectrophotometricmethodw ith salicylic acid,the detected paperofammonianitrogen was prepared to study the conditionsof preparation and coloration.The detected paperwasevaluated by comparing the resultsof nationalstandardmethod.The resultsof theexperimentshow that:the optimum concentration of sodium salicylate and sodium nitroprusside inmaceration solution was 269 g/L and 0.40 g/L,respectively.The activatorwas advisable to 4 dropsduring thedetermination.Colordepth of thesolutionwasproportional to the concentration ofammonia nitrogen,which changed from colourless-yellow-olivine-blue.Practicalexperimentindicate that the detected resultsof the testpaperwere in conform ity w ith thatofnationalstandardmethod,and re-emergence of the datawasbetter.

ammonia nitrogen;spectrophotometricmethod w ith salicylic acid;detected paper;detection;activator

O661

A

1007-2373(2016)03-0075-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.03.013

2015-10-22

國家自然科學(xué)基金（21501042）；河北省科技計劃項目（14273105D）；河北省自然科學(xué)基金（B2013202236）

李紅巖（1984-），女（漢族），講師，博士，hyli@hebut.edu.cn．