我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)中水體氨氮分析方法和影響因素綜述

孔 杰

（唐山市環(huán)境保護(hù)局灤縣分局，河北 唐山 063700）

氨氮普遍存在于地表水和地下水中，它主要以游離氨（NH3）和離子氨（HN4+）的形式存在。水中氨氮的來(lái)源主要有生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用分解的產(chǎn)物、某些工業(yè)廢水及農(nóng)田排水。當(dāng)氨氮含量較高時(shí)，它會(huì)對(duì)動(dòng)物和人體造成較大的危害。由于氨氮含量的多少是判斷水體污染程度的重要依據(jù)，因此本文綜述了氨氮的分析方法。

1 氨氮分析方法

1.1 分光光度法

在水體氨氮含量分析方法中，分光光度法是應(yīng)用率較高的一種試驗(yàn)方法。依據(jù)結(jié)合試劑的不同，人們可以將分光光度法分為多種。其中一種是納氏試劑分光光度法，該方法主要分析和測(cè)定的對(duì)象是清潔飲用水、天然水中的氨氮含量。分光光度法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，卻也存在不足，例如，在測(cè)定的過程中，容易受到其他因素的影響和干擾，水中的金屬離子、酮類、醛類會(huì)對(duì)其造成影響，還有水體是否渾濁、水體顏色是否符合標(biāo)準(zhǔn)等。

要想獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，人們就要做好充分的試驗(yàn)準(zhǔn)備，在測(cè)定之前，用苯酚-次氯酸鹽比色法進(jìn)行水體的預(yù)處理，這種方法操作靈敏、便捷，具有較高的穩(wěn)定性。分光光度法適用范圍越來(lái)越廣，逐漸成為氨氮檢測(cè)的常用方法。有學(xué)者指出，人們可以首先利用硫酸來(lái)消煮土壤，接著用氫氧化鈉中和硫酸，達(dá)到一個(gè)適宜的pH值，促使其數(shù)值符合相關(guān)要求，沉淀分離溶液中的相關(guān)粒子，形成性能穩(wěn)定的綠色化合物，其主要的化學(xué)原理是溶液中的NH4+和二氯異氰尿酸鈉發(fā)生了化學(xué)變化[1]。通過這一步驟，試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度得到顯著提高，優(yōu)勢(shì)較為明顯。

1.2 離子色譜法

離子色譜法也是測(cè)定大氣氨含量的一種常用方法，其操作步驟為：首先采用離子色譜儀來(lái)分析采集的樣品，通過對(duì)比靛酚藍(lán)比色法進(jìn)行研究分析。對(duì)比相關(guān)結(jié)果可知，離子色譜法在氨含量的測(cè)定中數(shù)值更加準(zhǔn)確，操作更為快捷，適用范圍廣，靈敏度高，是一種更佳的測(cè)定方法。

1.3 離子選擇性電極法

離子選擇性電極法具有以下優(yōu)點(diǎn)：測(cè)定范圍較廣，沒有過多局限；在測(cè)定之前不需要水體的預(yù)處理，這樣可以節(jié)約試劑和時(shí)間。在弱堿性的環(huán)境下，廢水中加入掩蔽劑二鈉鹽，可以輕松地去除很多干擾粒子，為試驗(yàn)提供便利條件，滿足綠色試驗(yàn)和保護(hù)環(huán)境的要求。該測(cè)定方法獲得的數(shù)據(jù)具有很高的準(zhǔn)確度和精密度，試驗(yàn)效果和分光光度法一樣。采用離子選擇性電極法進(jìn)行水體中氨含量的測(cè)定，取得了令人滿意的試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 流動(dòng)注射分析法

有學(xué)者在測(cè)定電廠水NH3態(tài)氮中使用了流動(dòng)注射分析法，測(cè)定結(jié)果顯示，0.05～0.06 mmol/L的中存在線性相關(guān)[2]。王偉測(cè)定水中氨氮含量時(shí)利用的技術(shù)是流動(dòng)分析技術(shù)，深入研究了各種試驗(yàn)條件對(duì)結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)這種方法幾乎不會(huì)受到各種因素的影響，飲用水和污染水都可以通過這種方法來(lái)測(cè)定[3]。徐華華等將氣體擴(kuò)散膜裝置的方法加入到流動(dòng)注射體系中，在氫氧化鈉溶液中加入NH4+水樣，兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，經(jīng)過擴(kuò)散后，透過氣體分離膜，水樣中微量NH4+被有效分離，之后測(cè)定氨氮含量，實(shí)踐證明了此方法具有良好的效果[4]。

1.5 儀器分析法

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以用來(lái)進(jìn)行氨氮分析的儀器越來(lái)越多。儀器分析法用到的儀器是凱式定氮儀，這種儀器充分利用蛋白質(zhì)中氮含量恒定的原理，通過測(cè)定樣品中的氮含量，計(jì)算蛋白質(zhì)含量。該儀器的工作原理為：不需要消解水樣，只需要加入適量的氫氧化鈉，就可以調(diào)節(jié)水樣的酸堿性，中和水樣中的銨鹽，使氫氧根和銨根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氨；然后，蒸餾和析出氨，尾氣吸收用到的試劑是硼酸溶液；接著，用電位滴定儀滴加硫酸溶液。原因是硼酸溶液將氨完全吸收之后，溶液的酸堿值就會(huì)升高，向溶液中滴加硫酸溶液，可以改變pH值，使其達(dá)到初始水平。當(dāng)接近終點(diǎn)時(shí)，要注意降低滴定速度，然后結(jié)合硫酸的消耗量，計(jì)算水樣中氨氮的含量。

色譜分析法是另外一種方法，其也叫層析法，這種方法應(yīng)用的是物理分離技術(shù)，具有較高的效能，是同時(shí)結(jié)合其他檢測(cè)手段形成的。色譜分析法適用于有復(fù)雜成分樣品的分離和分析。相關(guān)試驗(yàn)表明，采用色譜儀進(jìn)行檢測(cè)有很多優(yōu)點(diǎn)，比如，可以獲得較高的精密度和準(zhǔn)確度，操作簡(jiǎn)便，易上手，靈敏度較高，滿足環(huán)境保護(hù)要求。這種測(cè)定方法符合綠色試驗(yàn)的要求，值得推廣和應(yīng)用[5]。

1.6 水楊酸分光光度法

水楊酸分光光度法的原理是，以亞硝基鐵氰化鈉的存在為前提，銨與水楊酸鹽、次氯酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物為藍(lán)色化合物。比色測(cè)定的點(diǎn)在697 nm處，測(cè)試范圍為：當(dāng)最大試樣體積為8 mL時(shí)，此時(shí)的氨氮濃度是1 mg/L，使用比色皿規(guī)格為10 mm時(shí)，檢測(cè)濃度的最低值為0.01 mg/L[6]。

1.7 氨氣敏電極法

氨氣敏電極法的原理為：指示電極是以氨氣敏電極為平頭pH玻璃電極，以銀-氯化銀為參比電極，形成一組電極對(duì)，將其全都置于盛有氯化銨內(nèi)充液的塑料套管中。氯化銨的濃度為1 mg/L，套管底部有一層有氨氣可以透過的透氣膜。氨氣進(jìn)入內(nèi)充液后溶于水，生成銨根離子和氫氧根離子。此時(shí)，內(nèi)充液的pH逐漸升高，這也導(dǎo)致玻璃電極發(fā)生變化。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度、酸度和性質(zhì)都保持恒定值時(shí)，電極參數(shù)在恒定條件下,測(cè)得溶液的電位值與氨濃度符合能斯特方程。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度均符合生活污水水質(zhì)分析的質(zhì)量要求。降低電極內(nèi)充液的濃度和在pH調(diào)節(jié)劑中加入10%的乙醇，可以減少Nernst響應(yīng)偏差，擴(kuò)大線性范圍，使得檢出限降低。此外，應(yīng)用離子選擇電極法測(cè)定廢水中的氨氮，免去了樣品預(yù)蒸餾的過程，但廢水中可能存在鐵離子、鈣離子等多種干擾物質(zhì)。在強(qiáng)堿性的環(huán)境下，人們可以加入掩蔽劑，如Na2EDTA，則干擾物質(zhì)對(duì)測(cè)定造成的影響可以忽略不計(jì)。

2 影響因素

2.1 水樣的保存

通過氨氮水樣保存時(shí)間的測(cè)定，人們發(fā)現(xiàn)，把5 mL硫酸加入到1 L含有氨氮的地表水中，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)，直到pH小于2，便可以達(dá)到抑制氨氮水解的效果。將水樣置于20～28℃的環(huán)境中保存15 d，15 d后發(fā)現(xiàn)操作對(duì)氨氮的測(cè)定結(jié)果影響十分微弱。有學(xué)者進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，采集水樣后立刻加入鹽酸進(jìn)行酸化，直至pH值小于2。注入聚乙烯瓶保存，保存環(huán)境為密閉環(huán)境，室溫保存30 d，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氨含量恒定。值得注意的是，確保待測(cè)水樣不受到氨的污染，放在隔離于實(shí)驗(yàn)操作室的地方，涉及濃氨水和氨緩沖液的試驗(yàn)，應(yīng)注意在通風(fēng)櫥內(nèi)完成，同時(shí)注意氨氮測(cè)定要與其分開測(cè)定，以免相互干擾，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

2.2 溫度

有學(xué)者研究得出，配制的納氏試劑加入氯化汞時(shí)，碘化鉀溶液的溫度會(huì)發(fā)生變化，溫度稍微升高，大概在40℃，檢出限相對(duì)較低，反應(yīng)靈敏度較高。納氏試劑的保存條件是在低溫條件下，冰箱的冷藏室是不錯(cuò)的選擇，這樣可以防止顏色加深，從而確?？瞻字档姆€(wěn)定性。在測(cè)定氨氮過程中，若使用氨氣敏電極測(cè)定，應(yīng)注意水樣溫度和標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度保持恒定，這樣才能使電極斜率與標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)保持恒定不變。

2.3 pH

相關(guān)試驗(yàn)表明，當(dāng)水體中的氨氮測(cè)定值為0.236 mg/L，這時(shí)的水樣呈現(xiàn)的是酸性，水體的pH值大于7時(shí)，測(cè)定值為1 035 mg/L；當(dāng)水體的pH值等于7時(shí)，氨氮測(cè)定值為0.920 mg/L。這些數(shù)據(jù)說明，水體中的氨氮含量和酸堿度有著密切的聯(lián)系。在測(cè)定水體氨氮含量時(shí)采用納氏試劑，把氫氧化鈉溶液加入水體中，對(duì)納氏試劑有較大影響。經(jīng)過多次重復(fù)試驗(yàn)得出結(jié)論，中和10 mL硼酸的氫氧化鈉最佳用量是5 mL，而這時(shí)測(cè)定的pH值是12.49。當(dāng)溶液環(huán)境的pH＜11時(shí)，溶液中的銨根離子就不能全部轉(zhuǎn)化為NH3，導(dǎo)致的結(jié)果就是測(cè)定值偏低；當(dāng)溶液環(huán)境的pH＞11時(shí)，有99%的完全轉(zhuǎn)化成NH3，此時(shí)pH值對(duì)測(cè)定電極電位不會(huì)產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語(yǔ)

測(cè)定水體中氨氮含量的方法有很多，但是每一種方法都有不足之處。其中，最經(jīng)典的測(cè)定方法是納氏試劑比色法，但是這種方法的缺點(diǎn)就在于容易受到水中有色離子的影響，不能保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。水楊酸-次氯酸鈉比色法較其他方法來(lái)說比較靈敏、穩(wěn)定，但缺點(diǎn)和比色法一樣。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，水體氨氮分析方法是十分必要的，水是萬(wàn)物之源，僅憑這一點(diǎn)就足以引起人們的重視，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，選擇合適的方法尤為重要。

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