關(guān)于環(huán)境監(jiān)測中的氨氮分析

[ 作者簡介 ]

張會亞，女，河南鄧州人，鄧州市環(huán)境監(jiān)測站，助工，大專，研究方向：環(huán)境監(jiān)測環(huán)境保護。

[ 摘要 ]

在環(huán)境監(jiān)測中氨氮的分析方法有很多，但對比本地區(qū)的實際情況各有優(yōu)缺點，地區(qū)監(jiān)測站采取納氏試劑比色法對氨氮進行分析，在多次分析操作的基礎(chǔ)上，再結(jié)合分析環(huán)境監(jiān)測過程中的各種影響以及操作過程的經(jīng)驗，不斷提高氨氮監(jiān)測分析的準確性。

[ 關(guān)鍵詞 ]

環(huán)境監(jiān)測;氨氮分析;影響因素;總結(jié)

中圖分類號：X83 文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.10.057

氨氮是游離氨和離子銨形式的氮。這兩種氮的組成比取決于水體的pH值。pH值越高，游離氨的百分比越高。水中氨氮主要來自工業(yè)和生活廢水，地表水和地下水中含有一定量的氨氮，以游離氧和離子銨的形式增加。大氣中的氣態(tài)氨隨著自然降水進入，在此過程中進入地表水和地下水增加了水中氨氮的含量。如果含量超過臨界值，不僅會傷害動物，也會威脅人類健康和水。事實證明監(jiān)測水中的氨氮水平非常重要，因此，氨氮監(jiān)測是地區(qū)環(huán)境監(jiān)測的常規(guī)項目。

1? ? 環(huán)境監(jiān)測氨氮分析方法

1.1? 分析方法的種類

監(jiān)測氨氮的分析方法很多，包括納氏試劑比色法、酶法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法、氨氣敏電極法等。自動監(jiān)測高濃度污水氨氮時，蒸餾-滴定的原理是調(diào)節(jié)樣品的pH值在6.0-7.4范圍內(nèi)，加入氧化鎂使其呈弱堿性，蒸餾釋放氨它被接收瓶中的硼酸溶液吸收，餾出物中的氨用酸標準溶液滴定[1]。以10ml樣品為測試范圍可測氨氮含量可達10mg，對應(yīng)的樣品濃度可達1000mg/L，使用250mL 樣品時實際最低可檢測濃度為 0.2 mg/L。氨氮自動監(jiān)測儀的檢測過程為水樣、預(yù)處理、蒸餾、冷凝吸收、滴定、終點檢測、出水排放。該儀器的一項重要技術(shù)是簡化標準方法的程序，調(diào)整樣品和蒸餾系統(tǒng)的pH值，開發(fā)出能屏蔽樣品中干擾物質(zhì)的專用綜合試劑。設(shè)備在排水口現(xiàn)場作業(yè)時，監(jiān)測頻率為每天4～24次，濃度范圍為15～800mgfL，相對誤差為5.7%，平均值為2.88%。水楊酸分光光度法的原理是在硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸鹽反應(yīng)生成藍色化合物，在697nm處比色分析測試范圍為最大，樣品體積為8mL時氨氮濃度可達1 mg/L，使用10mm比色皿時最低檢測濃度可達0.01 mg/L。

1.2? 納氏試劑比色法的原理

納氏試劑比色法通過將不同方法與水體特定條件進行比較，具有操作簡便、靈敏度高、比色法相對完整等優(yōu)點。測定水中銨的經(jīng)典分析方法是國標法。對水樣進行適當?shù)念A(yù)處理后，該方法可應(yīng)用于地表水、地下水、工業(yè)廢水和生活廢水。使用納氏試劑比色法對水樣進行預(yù)處理和測量的程序如下所述[2]。通常可在410-425nm波長范圍內(nèi)測定其吸光度并計算其含量。 納氏試劑比色法的檢測范圍是最大樣品體積為50mL時氨氮濃度達到2 mg/L，使用10 mm比色杯時最小檢測濃度達到0.05 mg/L。添加膠體保護劑聚乙烯醇以提高測量的靈敏度和準確性，進一步提高了膠體的穩(wěn)定性和準確性，回收率在98.6%～103%之間。

1.3? 水樣預(yù)處理

水質(zhì)因地區(qū)而異，水體中物質(zhì)的種類和性質(zhì)也不同，因此水體的預(yù)處理方法復(fù)雜多樣。水樣處理的形式也不同。例如，在檢測水體中的無機元素時需要先將水體中的無機化合物提取出來，然后再去除水體中的有機物，使無機元素存在于純凈環(huán)境里，不能讓它受其他物質(zhì)的影響。更常見的去除方法包括硝酸去除和堿去除，在處理高度污染的水時很難提取特定的物質(zhì)或元素。在這種情況下，首先將污水稀釋，檢測稀釋水的氨氮含量，計算下水道原始值氨氮含量。對于氨氮濃度較高的水，先在水樣中加入一定量的酒石酸鉀鈉，用納氏試劑顯色用不含氨的水稀釋，以凈化水中氨氮含量的測定。

1.4? 水樣的測定步驟

取適量經(jīng)混凝沉降預(yù)處理的水樣，加入50ml比色管中稀釋至刻度，加入1.0ml酒石酸鉀鈉溶液。取適量預(yù)處理后的餾出液加入50ml比色管中，加入一定量的1mol/L氫氧化鈉溶液中和硼酸稀釋至刻度。均勻加入1.5 ml納氏試劑混均后放置 10 分鐘，使用與校準曲線相同的程序測量吸光度。使用20mm光路比色皿在420nm波長處測量對水的吸光度，并根據(jù)校準曲線計算氨氮含量測量水中的氨水，使用新鮮蒸餾水代替無氨水測量氨氮，分別使用新鮮蒸餾水和無氨水[3]?？瞻孜舛群托是€上沒有顯著差異。

1.5? 離子選擇性電極法

離子選擇電極法的優(yōu)點是限制較少，測量范圍較寬。在開始測量之前不要對水體進行預(yù)處理，這樣可以節(jié)省相應(yīng)的時間和試劑。弱堿性環(huán)境下在廢水中加入掩蔽劑的二鈉鹽，可以輕松去除許多干擾顆粒，這樣便于后期檢測符合綠色檢測和環(huán)保的要求。該方法得到的數(shù)據(jù)準確度高，測試效果與分光光度法相同。采用離子選擇電極法測定水中氨含量取得了滿意的結(jié)果。

1.6? 降低空白值

將濾紙浸泡在3%硼酸或5%硫酸中，反復(fù)洗滌至中性，然后過濾氨氮的含水聚集體。這樣可以有效降低整個過程的空白值，提高方法的靈敏度。著色液中氯化汞含量越高空白值越高。因此，在保持反應(yīng)濃度恒定的情況下，適當減少氯化汞的用量是降低空白值的有效方法[4]。配制好的無氨水使用前應(yīng)存放一天，空白值會低于當天的值。研究表明，改進制備方法后的酒石酸鉀鈉溶液有助于降低試劑空白值。

1.7? 儀器分析法運用分析

隨著科學(xué)水平的不斷提高，現(xiàn)在有越來越多的儀器能夠分析氨氮含量。凱氏定氮儀是儀器分析的必備儀器。該裝置在蛋白質(zhì)領(lǐng)域充分利用了一定的氮含量，通過測量樣品中的氮含量即可計算出蛋白質(zhì)含量。該裝置的工作原理無需消化水樣，加入適量氫氧化鈉調(diào)節(jié)水樣的pH值中和水樣中的銨鹽，生成氫氧化物和銨鹽。離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氨，氨通過蒸餾分離，用于吸收廢氣的試劑是硼酸溶液。由于溶液的pH值用電位滴定儀滴加硫酸溶液，氨被硼酸溶液完全吸收后上升，將硫酸溶液滴入溶液中可以改變pH值并達到初始水平。當接近終點時請注意將滴定速度減慢，接著結(jié)合硫酸的消耗量計算出水樣中氨氮的含量。色譜法是另一種方法，該方法采用物理分離技術(shù)，效率高，與其他檢測方法相結(jié)合形成[5]。色譜法適用于含有復(fù)雜成分的樣品的分離和分析。使用色譜儀進行檢測有很多優(yōu)點，比如精度高、操作簡單、使用方便、靈敏度高、達到環(huán)保要求。該判斷方法符合綠色測試的要求，值得廣泛使用和應(yīng)用。

2? ? 氨氮監(jiān)測的影響因素分析

2.1? 溫度

大多數(shù)水樣的檢測受水樣的溫度、濁度、pH值和氣泡的影響。特別是在檢測過程中，如果在水體中檢測到檢測輔助物，檢測結(jié)果會出現(xiàn)輕微誤差。當原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，會產(chǎn)生其他水污染物，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。因此，測試所需的納氏試劑應(yīng)冷藏。實驗研究表明，碘化鉀溶液的溫度略高，約40℃，檢出限低，加入氯化汞制備納氏試劑時反應(yīng)靈敏。納氏試劑應(yīng)存放在適當位置，以防止低溫變黑（通常存放在冰箱中）并確保從表面上看空白值的穩(wěn)定性[6]。用氨氣檢測電極測量氨氮時，需要使標準溶液和水樣的溫度保持恒定，使電極的傾斜度和標準電位在測量過程中不發(fā)生變化。

2.2? PH值

當使用納氏試劑檢測水樣中的氨氮含量時，測量值還取決于溶液中的氫氧化鈉含量。如果水樣呈酸性氨氮的實測值為0.236mg/L。為堿性測量值為1.035mg/L，對于中性測量值為 0.920 mg/L，PH值會影響氨的測量。用納氏試劑測定氨氮時，在納氏試劑反應(yīng)中加入不同量的氫氧化鈉溶液，對納氏試劑反應(yīng)有顯著影響。向10mL硼酸中加入0.5mL氫氧化鈉可提供中和的最佳PH值約12.49。如果溶液的PH值小于11時，則測量值會偏低。如果氫氧化鈉的劑量不足檢測所需的堿性環(huán)境較弱，溶液中存在的離子銨不能轉(zhuǎn)化為氨氣，最終測試結(jié)果會偏低，如果pH>11則PH值不影響電極電位的測量。

2.3? 濁度

水樣的濁度常影響納氏試劑的比色結(jié)果，在50mL比色管中，一定量后可向水樣中加入1.0mL酒石酸鉀鈉溶液混合。加入1.5mL的15%氫氧化鉀溶液并測量吸光度，然后從用納氏試劑比色分析測量的水樣的吸光度中減去校正的吸光度。由于水樣的濁度對納氏試劑的檢測結(jié)果也有一定的影響[7]，因此需要在檢測操作前完成吸光度校準，以保證氨氮檢測環(huán)境的可靠性。如果水樣沉淀并變得透明則取出上清液進行測試。如果水樣混濁應(yīng)在測試前進行過濾，對于過濾后的水樣，應(yīng)棄去20mL的初級濾液，要不然測試結(jié)果會更高。

2.4? 錳

飲用水中較高的錳濃度往往會導(dǎo)致較高的氨氮。雖然加入了掩蔽劑，但無法消除錳對氨氮檢測的影響，消除了蒸餾水的影響。錳對氨氮的影響可以推斷為直接影響錳的作用并提出了一種作用機制，為了隱藏錳，使用1.0mL50%酒石酸鉀鈉和1.0mL 0.2%乙二胺四乙酸二鈉代替純酒石酸鉀鈉干涉。

2.5? 氣泡

在測量含有活性酶的紙張、印染、工業(yè)廢水時，往往會產(chǎn)生大量氣泡，不能蒸餾或檢測。通過添加消泡劑硅油可以有效抑制蒸餾過程中泡沫的產(chǎn)生，使蒸餾正常完成。硅油性能穩(wěn)定，不讓水蒸氣溢出以及不干擾測量。取與空白相同的水樣，用常規(guī)方法進行加或不加消泡劑的對比試驗，測試結(jié)果沒有明顯差異[8]。

2.6? 交叉污染

除了各種直接因素外，還有相互污染等間接因素影響氨氮的測定。防止室內(nèi)環(huán)境中的玻璃器皿被氨污染，氨氮的檢測需要注意相互污染的問題。例如，硝酸氮和氨氮不能同時在同一個空間內(nèi)操作。這是因為前一種測試易揮發(fā)，需要使用吸收空氣中氨的氨水，導(dǎo)致納氏試劑的測試結(jié)果較高。由于濾紙含有銨鹽，使用前請在無氨水中浸泡5分鐘。使用的玻璃器皿應(yīng)避免被實驗室空氣中的氨污染。測量飲用水或地表水時，由于氨氮濃度低不能使用濾紙進行過濾。否則，會得到一個很大的誤差，理論上總氮高于氨氮，水樣分析后應(yīng)進行比較。

2.7? 其他

濾紙含有可溶性氦氮，特別是定量濾紙。如果預(yù)處理需要固化沉淀，最好使用定性濾紙和含有難溶性氨氮的超細玻璃纖維過濾器使用100mL純水。過濾前清洗去除可溶性氨氮，消除了濾材中可溶性氨的影響引起的測量誤差，提高了方法的準確性和靈敏度。檢測到的濾液或上清液的量必須準確，以便更合適、更快速地將吸光度控制在曲線范圍內(nèi)。納氏試劑中碘化汞與碘化鉀的比例對顯色反應(yīng)的靈敏度影響很大，靜置后形成的沉淀物必須去除，影響分析和測量結(jié)果的因素很多。此外，在使用納氏試劑對氨氮進行反復(fù)比色定量后，得到以下經(jīng)驗總結(jié)[9]。對于污染嚴重的水，蒸餾法測量值小于凝固沉降法測量值，蒸餾法去除水中的干擾離子測量結(jié)果低，精度和要求可以增加并能滿足準確性。

3? ? 環(huán)境監(jiān)測氨氮分析結(jié)論

3.1? 污水中總氮與氨氮的關(guān)系

地表污水和生活廢水的總氮含量高于氨氮，總氮中含有多種形式的有機氮和無機氮的銨離子或游離氨。此外對植物有機質(zhì)的研究表明，植物有機質(zhì)的含氮量遠低于動物有機質(zhì)。含氮有機物是生活廢水中氨氮含量升高的主要原因。借助生活廢水中的各種微生物，氨氮被分解形成亞硝態(tài)氮。如果氨氮的分解反應(yīng)不充分，家中就會產(chǎn)生亞硝酸鹽氮污水。這種物質(zhì)可以與污水中的蛋白質(zhì)結(jié)合形成亞硝胺，具有高度致癌性并對人體健康構(gòu)成威脅。

3.2? 地表水中總氮與氨氮的關(guān)系

地表水樣的檢測發(fā)現(xiàn)，同一水樣的總氮含量同時變化不大，地表水樣品的總氮含量高于氨氮[10]。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，化石能源的使用逐漸增多，地表水中氮氧化物的含量加之汽車尾氣的影響不斷增加，形成了總氮和氨態(tài)，造成了地表水氮含量增加。

4? ? 結(jié)束語

我們不僅監(jiān)測氨氮，而且及時有效地監(jiān)測地區(qū)的環(huán)境狀況。目前，受諸多環(huán)境因素的影響，工業(yè)廢水、生活廢水等水體成分極為復(fù)雜，氨氮含量是水體污染的主要標準之一，有效監(jiān)測水體中的氨氮非常重要。由于總氮與氨氮關(guān)系的研究為應(yīng)對城市水污染提供了數(shù)據(jù)支持，因此對地表水和生活污水樣本進行了檢測，樣本均含有總氮和氨的含量，地表水的氮含量高于氨氮。進一步研究為總氮和氨氮含量升高提供了具體原因，為水污染綜合治理工作提供思路[11]。地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測需要氨氮，納氏試劑比色法可用于水中氨氮的監(jiān)測和分析，持續(xù)有效地總結(jié)分析能不斷提高準確度。

參考文獻

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