納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮的影響因素淺析

黃 億, 張紹斌

(巴中市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 巴中 636000)

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· 環(huán)境監(jiān)測(cè) ·

納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮的影響因素淺析

黃 億, 張紹斌

(巴中市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 巴中 636000)

納氏試劑分光光度法測(cè)定水質(zhì)氨氮受多種因素干擾，直接影響分析結(jié)果。針對(duì)此情況，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)工作實(shí)際，通過(guò)納氏試劑配制、水樣存放時(shí)間、稀釋方式、顯色條件4個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究，并對(duì)這些干擾因素的消除進(jìn)行了討論，為確保納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了參考。

納氏試劑分光光度法；氨氮；影響因素

1 引 言

氨氮是地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)的基本項(xiàng)目，是評(píng)價(jià)江河、湖庫(kù)水體健康的重要指標(biāo)之一。目前氨氮的測(cè)定方法包括納氏試劑比色法[1]、水楊酸-次氯酸鹽分光光度法[2]、蒸餾-滴定法[3]、氨氣敏電極測(cè)定法[4]、氣相分子吸收法[5]、離子色譜法[6]、吹脫-電導(dǎo)法[7]、離子選擇性電極法[8]、酶法[9-10]等。其中，納氏試劑分光光度法因其具有較高的靈敏度，試劑價(jià)格低廉，低溫下可長(zhǎng)時(shí)間保存[11]，且簡(jiǎn)便快速已被廣泛應(yīng)用于地表水、地下水及工業(yè)廢水中氨氮的檢測(cè)。因此，本文就標(biāo)準(zhǔn)方法[1,12]并結(jié)合氨氮測(cè)定實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)小結(jié)和體會(huì)，旨在與廣大分析工作者進(jìn)行交流和探討，以期更好地指導(dǎo)今后的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

以游離態(tài)的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，此顏色在較寬的波長(zhǎng)內(nèi)強(qiáng)烈吸收。該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，于波長(zhǎng)420 nm處測(cè)量吸光度。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

2.2.1 可見(jiàn)分光光度計(jì)

T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器責(zé)任有限公司，配置20mm比色皿。

2.2.2 離心機(jī)

金怡臺(tái)式TDL-5低速離心機(jī)，金壇市醫(yī)療儀器廠，離心管體積100mL。

2.3 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)試劑的配制參見(jiàn)HJ535-2009，水質(zhì)氨氮的測(cè)定—納氏試劑分光光度法[1]。

2.4 樣品預(yù)處理與分析

2.4.1 樣品預(yù)處理

為了去除水樣的顏色或渾濁現(xiàn)象，本試驗(yàn)統(tǒng)一采用絮凝沉淀法對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理。具體步驟如下：

在100mL水樣中加入1mL硫酸鋅，并加大約0.2mL氫氧化鈉使之呈堿性，生成氫氧化鋅沉淀(視樣品的酸度逐滴加入，目視有微量絮狀物產(chǎn)生為止)。此時(shí)pH值約為9～10之間(用pH試紙測(cè)定)，混勻，靜置2～3min后，離心(4 000r/min，5min)去除顏色和渾濁，取上清液待測(cè)。

2.4.2 工作曲線

在8個(gè)50mL比色管中，分別加入0.00mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL、10.00mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)液(10mg/L)，其所對(duì)應(yīng)的氨氮含量分別為0.0μg、5.0μg、10.0μg、20.0μg、40.0μg、60.0μg、80.0μg、100.0μg，加水至50mL標(biāo)線。分別加入 1.0mL酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑1.5mL，搖勻。放置10min后，在波長(zhǎng)420nm下，用20mm比色皿，以水作參比，測(cè)量吸光度。斜率范圍控制在7.0×10-3～8.0×10-3之間 。

2.4.3 樣品測(cè)定

取離心后的上清液50mL，若樣品氨氮濃度較高，則取少量上清液稀釋后分析測(cè)定。分別加入1.0mL酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑1.5mL，搖勻。放置10min后，在波長(zhǎng)420nm下，用20mm比色皿，以水作參比，測(cè)量吸光度。

2.5 數(shù)據(jù)處理

濃度按公式計(jì)算：ρN=(As- A0-a)/(b×V)

ρN——水樣中氨氮的質(zhì)量濃度，mg/L，以氮計(jì)；

As——水樣的吸光度；A0——空白試驗(yàn)的吸光度；

b ——校準(zhǔn)曲線的斜率；a ——校準(zhǔn)曲線的截距；

V ——試樣體積，mL。

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及其圖表制作采用Excel 2007。

3 結(jié)果與討論

3.1 納氏試劑的配制對(duì)空白值的影響

納氏試劑配制的好壞是影響該分析方法靈敏度的關(guān)鍵，也是決定空白值大小的重要因素之一。標(biāo)準(zhǔn)[1,12]涉及到二氯化汞-碘化鉀-氫氧化鉀(HgCl2-KI-KOH)和碘化汞-碘化鉀-氫氧化鈉(HgI2-KI-NaOH)兩種納氏試劑配制方法，且都可產(chǎn)生顯色基團(tuán)[HgI4]2-。徐建芬等研究表明第二種方法配制的納氏試劑空白值較高，比第一種方法高一倍[13]，且第二種方法分析質(zhì)控和考核樣品的重現(xiàn)性、精密性遠(yuǎn)不如第一種方法[14]。因此本試驗(yàn)選用第一種方法配制納氏試劑。

選用第一種方法配制納氏試劑的關(guān)鍵在于正確把握HgCl2與KI的加入時(shí)間及條件，這決定著獲得顯色基團(tuán)含量的多少，進(jìn)而影響試劑顯色的靈敏度，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)提出試劑空白吸光度As≤0.030，操作人員經(jīng)驗(yàn)、試劑選擇均會(huì)對(duì)納氏試劑的顯色效果造成影響。本試驗(yàn)配制了正常與非正常狀態(tài)兩類(lèi)納氏試劑，其中正常狀態(tài)指顏色呈棕黃透明的納氏試劑，非正常狀態(tài)指外觀為淡黃乳濁液和有微紅沉淀兩種納氏試劑。

表1 納氏試劑的配制對(duì)空白值的影響Tab.1 Effect of nessler’s reagent preparation on blank value

從表1可以看出，棕黃色透明狀納氏試劑空白值吸光度為0.028，符合空白值吸光度不超過(guò)0.030的實(shí)驗(yàn)要求，而納氏試劑呈淡黃乳濁和有微紅沉淀物時(shí)，空白值吸光度值偏高。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因有以下兩種可能：一是，在納氏試劑配制過(guò)程中，未將氫氧化鈉溶液全部溶解且未冷卻至室溫就加入二氯化汞和碘化鉀的混合液；二是，納氏試劑存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或未于2℃～4℃避光冷藏導(dǎo)致汞析出。

3.2 水樣存放時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定的影響

本試驗(yàn)以3種水樣為研究對(duì)象，采集生活廢水、地表水和地下水樣探討水樣存放時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定的影響。表2中編號(hào)為1、2的生活廢水分別采自通江縣城市生活污水處理有限公司出口和巴中市污水處理廠；編號(hào)為1、2的地表水分別采自巴州區(qū)金碑?dāng)嗝婧推讲h白衣道河灣；編號(hào)為1的地下水為農(nóng)戶(hù)井水。從表2中可看出，井水隨放置時(shí)間增加而氨氮含量降低，而地表水和廢水水樣隨存放時(shí)間增加而增加。同時(shí)，隨存放時(shí)間增加，水樣中氨氮的含量的變化幅度表現(xiàn)為廢水>地表水>地下水。造成這種現(xiàn)象可能是由于地下水常年深埋在地下，所含的氧含量原本就很少，水中微生物含量也較少，采樣時(shí)水體與環(huán)境中的空氣有一定的接觸導(dǎo)致水體中氧濃度增加，大量微生物生長(zhǎng)，在硝化細(xì)菌的作用下銨態(tài)氮大量轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，且隨微生物大量繁殖，其轉(zhuǎn)化速率也不斷增加。相反，地表水和生活廢水采樣前與空氣接觸面積廣，水中溶解氧較多，水樣采集于聚乙烯瓶?jī)?nèi)后阻斷了與空氣的接觸面積，水樣中大量的微生物耗氧速率大于富養(yǎng)速率促成厭氧環(huán)境的形成，反硝化細(xì)菌大量生長(zhǎng)，使得水中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，其轉(zhuǎn)化的速率隨水樣存放時(shí)間的增加而減少[16-17]。

表2 不同保存時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響Tab.2 Effect of different storage time on the determination results of ammonia nitrogen

3.3 稀釋方式對(duì)氨氮測(cè)定的影響

納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮的上限為2.0mg/L，當(dāng)實(shí)際水樣氨氮含量大于該值時(shí)就需要對(duì)水樣進(jìn)行稀釋。然而就廢水樣品而言，在未做預(yù)備實(shí)驗(yàn)的前提下，水樣的濃度范圍是無(wú)法預(yù)知的。為了探討稀釋方式對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響，本試驗(yàn)水樣稀釋分為兩種方式，一種是比色前稀釋?zhuān)窗l(fā)現(xiàn)實(shí)際濃度超出2.0mg/L時(shí)，重新取水樣用無(wú)氨水進(jìn)行稀釋?zhuān)涣硪环N是比色后稀釋?zhuān)磳?duì)已經(jīng)顯色的水樣溶液進(jìn)行稀釋?zhuān)ㄓ脽o(wú)氨水和空白液稀釋兩種。

表3 不同稀釋方式對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響Tab.3 Effect of different dilution methods on the determination results of ammonia nitrogen

從表3分析可知，不同水樣稀釋方式對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響不同。比色前無(wú)氨水稀釋不同濃度標(biāo)樣的相對(duì)誤差均小于5%，相對(duì)誤差最低值可達(dá)0.26%。選用不同稀釋水對(duì)樣品進(jìn)行比色后稀釋?zhuān)瑴y(cè)定結(jié)果也有所差異。比色后無(wú)氨水稀釋氨氮測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差值偏高，最高值可達(dá)74.25%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制指標(biāo)要求。而比色后空白液稀釋氨氮測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差值均小于5%，相對(duì)誤差最低值可達(dá)0.15%。同時(shí)，對(duì)于5.00mg/L低濃度樣品，比色后空白液稀釋氨氮測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差值低于比色前無(wú)氨水稀釋的測(cè)定結(jié)果。可見(jiàn)，比色前無(wú)氨水稀釋與比色后空白液稀釋?zhuān)钡獪y(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差均能滿(mǎn)足小于5%的分析要求。因此，針對(duì)大批量的氨氮分析時(shí)，若未知樣品氨氮的濃度超過(guò)矯正曲線的最高濃度時(shí)，可采用空白液對(duì)比色后的溶液進(jìn)行稀釋再測(cè)定，不僅可以節(jié)約顯色時(shí)間和分析時(shí)間，而且能避免重新取樣水樣不夠的問(wèn)題。

3.4 顯色條件對(duì)氨氮測(cè)定的影響

3.4.1 顯色溫度

顯色溫度主要通過(guò)影響氨氮和納氏試劑的反應(yīng)速度來(lái)影響氨氮的測(cè)定結(jié)果。為了進(jìn)一步研究顯色溫度對(duì)氨氮測(cè)定的影響，本試驗(yàn)分別配制了濃度為5.00、10.0、30.0、50.0、80.0、100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品，再移取一定量的標(biāo)樣于50mL顯色管，使其濃度控制在1.00mg/L，最后分別在5℃～35℃共計(jì)6個(gè)梯度溫度進(jìn)行顯色。從表4可看出，顯色溫度增加，相同標(biāo)樣濃度下氨氮測(cè)定值呈單峰曲線變化。5℃～25℃下，同一標(biāo)樣濃度(5.00mg/L除外)下氨氮測(cè)定值逐漸增加，當(dāng)溫度增至30℃～35℃呈遞減趨勢(shì)。同時(shí)，從表中還可看出，顯色溫度在5℃～15℃時(shí)，不同標(biāo)樣濃度下氨氮測(cè)定值均小于1.00 mg/L，20℃～25℃時(shí)，氨氮測(cè)定值均接近于1.00 mg/L，當(dāng)溫度控制在30℃～35℃時(shí)不同標(biāo)樣濃度下氨氮測(cè)定值均小于1.00 mg/L。由此可見(jiàn)，溫度5℃～15℃之間，顯色不完全，20℃～25℃顯色效果最好，溫度高于30℃時(shí)，顯色液逐漸褪色，吸光度降低。因此，在氨氮測(cè)定的過(guò)程中可控制顯色溫度在20℃～25℃之間，以提高氨氮監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

表4 不同顯色溫度對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響Tab.4 Effect of different developing temperature on the determination results of ammonia nitrogen(mg/L)

圖 不同顯色時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響Fig. Effect of different coloration time on the determination results of ammonia nitrogen

3.4.2 顯色時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)[1,12]規(guī)定加入顯色劑后放置10min后進(jìn)行比色，然而實(shí)際分析過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)由于各種原因致使比色時(shí)間延后，因此確定一個(gè)合理的顯色時(shí)間范圍尤為重要。本試驗(yàn)顯色溫度為20℃，分別觀察顯色5、10、20、30、60、90、120min后，不同濃度(5.00、10.0、30.0、50.0、80.0、100mg/L)標(biāo)準(zhǔn)樣品的顯色結(jié)果。

從上圖可看出，0～10min，不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品吸光度值較低，且隨顯色時(shí)間增加而增大，溶液顯色不完全；10～30min，不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品吸光度值較大，且相對(duì)穩(wěn)定；30～120min，各濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品吸光度值逐漸下降，且有紅色沉淀析出。由此可見(jiàn)，0～10min時(shí)，溶液顯色不完全，10～30min顯色較為穩(wěn)定，30min后顯色效果逐漸下降。因此，在氨氮測(cè)定過(guò)程中，將顯色時(shí)間控制在10～20min，且不超過(guò)30min，顯色均能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

4 結(jié) 論

納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮的準(zhǔn)確性受多方面因素影響，本文從顯色劑的配制、水樣存放時(shí)間、稀釋方式和顯色條件4個(gè)方面淺析其對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響，主要分析結(jié)論如下：

4.1 為了避免納氏試劑出現(xiàn)淡黃乳濁液及存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而致的微紅色沉淀物析出，降低試劑空白吸光度值，在納氏試劑配制時(shí)應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：一是，必須將氫氧化鈉溶液全部溶解且冷卻至室溫后再加入二氯化汞和碘化鉀的混合液；二是，納氏試劑應(yīng)置于2℃～4℃避光冷藏。

4.2 水樣中氮形態(tài)極不穩(wěn)定，隨存放時(shí)間增加地下水氨氮含量逐漸下降而地表水氨氮含量卻逐漸增加。水樣采集后應(yīng)盡快測(cè)定，避免存放過(guò)程中不同水樣中各形態(tài)氮發(fā)生轉(zhuǎn)化。

4.3 比色前無(wú)氨水稀釋和比色后空白液稀釋均能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控要求，采用空白液對(duì)比色后的溶液進(jìn)行稀釋后再測(cè)定，不僅可節(jié)約顯色時(shí)間和分析時(shí)間，而且能避免重新取樣水樣不夠的問(wèn)題。

4.4 顯色條件對(duì)顯色速度和效果有較大的影響，顯色溫度5℃～15℃之間，顯色不完全，20℃～25℃顯色效果最好，溫度高于30℃時(shí)，溶液逐漸褪色，吸光度降低。顯色時(shí)間0～10min時(shí)，溶液顯色不完全，10～30min顯色較為穩(wěn)定，30min后顯色效果逐漸下降。在氨氮測(cè)定過(guò)程中，將溫度控制在20℃～25℃，顯色10～20min，且不超過(guò)30min，以提高氨氮監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

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Analysis of Influencing Factors of Ammonia Nitrogen Determination in Water by Nessler’s Reagent

HUANG Yi, ZHANG Shao-bin

(EnvironmentalMonitoringStationofBazhong,Bazhong,Sichuan636000,China)

Many factors can interfere the determination of ammonia nitrogen in water by nessler’s reagent spectrophotometry and will directly affect the results of the analysis. For this situation, this article studied the effects of experimental results from fours aspects of the nessler’s reagent preparation, storage time, dilution method and color condition and discussed the eliminations of these interference factors, combined with the practical environmental monitoring work. This study has provided a reference to ensure the accuracy of the determination results of ammonia nitrogen in water by nessler’s reagent spectrophotometry.

Nessler’s reagent spectrophotometry; ammonia nitrogen; influencing factors

2016-02-29

黃 億(1987-)，女，四川眉山市人，2014年畢業(yè)于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤學(xué)專(zhuān)業(yè),碩士研究生，現(xiàn)從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

X832

A

1001-3644(2016)03-0023-05