水中氨氮的測定方法

王文萍，郭周芳，尚偉偉，顧 晨

（1.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林541004；2.廣西環(huán)境工程與保護(hù)評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004）

氨氮是指水中以游離氨和銨離子形式存在的氮，主要來源于水中有機(jī)物的微生物分解，各種化工企業(yè)的氨氮廢水排放及農(nóng)用化肥的流失。氨氮是水質(zhì)監(jiān)測中的重要指標(biāo)，可以有效地體現(xiàn)水體受污染程度及其自凈情況，因此開展水體中氮的存在形態(tài)分析和含量測定，對于水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和水體功能評價(jià)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文簡要總結(jié)了目前氨氮的各種分析測定方法，為測定水體中氨氮含量工作的開展提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 分光光度法

分光光度法是氨氮分析中最常用的方法，具有較好的靈敏度和選擇性，也是國標(biāo)中推薦的方法之一，主要包括納氏試劑法、水楊酸—次氯酸鹽比色法、靛酚藍(lán)光度法等。

1.1 納氏試劑法

納氏試劑法被許多國家列為國標(biāo)分析方法，其原理是：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，在波長420nm處測量其吸光度，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，通過線性關(guān)系可以計(jì)算出水樣中的氨氮含量。適用范圍：主要用于地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水中氨氮的測定。它具有操作簡便、靈敏等特點(diǎn)，但試劑毒性較大，且水樣中含有懸浮物、余氯、鈣鎂等金屬離子、硫化物和有機(jī)物時(shí)會產(chǎn)生干擾，當(dāng)測定含有此類物質(zhì)的污水時(shí)必須作適當(dāng)?shù)那疤幚恚韵鋵y定成果的影響，如加入適量的硫代硫酸鈉溶液可以去除樣品中存在的余氯，在顯色時(shí)加入適量的酒石酸鉀鈉可消除鈣鎂離子的干擾等。

1.2 水楊酸—次氯酸鹽光度法

水楊酸—次氯酸鹽光度法是在亞硝基鐵氰化鈉的條件下，水中氨被轉(zhuǎn)化成銨鹽，在697nm的波長處測定銨鹽和水楊酸、次氯酸反應(yīng)的絡(luò)合物的吸光度，根據(jù)線性關(guān)系計(jì)算出水樣中氨氮含量的方法。測試范圍是使用最大試樣體積為8mL時(shí)，氨氮質(zhì)量濃度可達(dá)1mg/L，使用10mm比色皿時(shí)，最低檢出質(zhì)量濃度為0.01mg/L。該方法具有靈敏度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，測定時(shí)對水樣的預(yù)處理方法與納氏試劑法基本相同，但是對試劑的純度要求更高，操作過程也更為復(fù)雜，適用于大量的長期水質(zhì)測定。

1.3 靛酚藍(lán)光度法

該法主要用于測定空氣中的氨氮含量，基本原理是在亞硝基鐵氰化鈉及次氯酸鈉的存在下，空氣中的氨用稀硫酸吸收后與水楊酸生成藍(lán)綠色靛酚藍(lán)染料，用分光光度法定量。根據(jù)10mL吸收液中含有1μg氨時(shí)吸光度為0.081計(jì)算空氣中氨的含量。李時(shí)平［1］在此基礎(chǔ)上提出通過堿性蒸餾后用靛酚光度法測定污水中氨氮的方法，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究確定該法最大吸收波長為625nm。同時(shí)針對水樣中金屬離子的干擾現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)顯色液中含有0.8mmol/L的EDTA時(shí)，測定不同類型污水中氨氮含量都能得到較為滿意的結(jié)果。

2 電化學(xué)分析法

2.1 氨氣敏電極法

氨氣敏電極是一種復(fù)合式的電極，以pH玻璃電極為指示電極，銀-氯化銀電極為參比電極。其原理是：氨氣敏復(fù)合電極置于盛有0.1mg/L的氯化銨內(nèi)充液的塑料套管中，在套管底部裝有僅有氨氣能通過的氣敏膜。通過控制水樣pH值使銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，氨氣進(jìn)入內(nèi)充液后存在以下平衡：OH-，氨氣進(jìn)入內(nèi)充液使平衡右移，內(nèi)充液的pH值隨氨的進(jìn)入而增高，pH玻璃電極測得電位的變化。在恒定的離子強(qiáng)度、溫度、性質(zhì)和電極參數(shù)的條件下測得的電位值與水樣中氨濃度符合能斯特方程，由此可通過測定水樣的電位值確定水樣氨氮的含量。該法操作簡便，水樣在測定時(shí)一般不用預(yù)處理就可以直接進(jìn)行測定，特別適合實(shí)驗(yàn)室大量水樣氨氮的測定及高濃度氨氮廢水的測定。陳雨艷等［2］用氨氣敏電極和納氏試劑法分別對城市污水氨氮進(jìn)行測定，研究發(fā)現(xiàn)兩種方法測定的數(shù)據(jù)基本吻合。

2.2 吹脫—電導(dǎo)法

吹脫—電導(dǎo)法的原理是在90 ℃的溫度條件下，水樣中的銨離子轉(zhuǎn)變成氨分子，之后使用氣體將水樣中的氨氮吹出，用5mmol/L硫酸吸收，吸收液電導(dǎo)率的變化量在規(guī)定的條件下與反應(yīng)液中氨氮濃度成正比，相關(guān)系數(shù)大于0.99，利用此線性關(guān)系可以對水樣中的氨氮進(jìn)行定量測定。測定標(biāo)準(zhǔn)樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)差及相對誤差都為2.7%，該方法的精密度和準(zhǔn)確度較好，方法的最低檢出限為0.1mg/L，適合于含氨氮量較低的水樣的測定。王維德等［3］根據(jù)該方法原理研制出了氨氮在線自動(dòng)分析儀，測定的相對誤差在2.8%以內(nèi)，方法準(zhǔn)確可靠，實(shí)現(xiàn)了在線的儀器自動(dòng)化檢測。

2.3 銨離子選擇性電極法

銨離子選擇性電極法的原理是在能斯特的理論基礎(chǔ)上，用帶有敏感膜的可以對離子或分子態(tài)物質(zhì)有選擇性響應(yīng)的電極與水樣接觸，膜內(nèi)外會產(chǎn)生一定的電位，該電位與水樣中自由銨離子具有能斯特方程相關(guān)性，以此計(jì)算出水樣中氨氮的含量。余美瓊等［4］采用離子選擇電極法和納氏試劑法進(jìn)行比較，銨離子選擇電極測定結(jié)果的最大誤差為0.5%，明顯優(yōu)于納氏試劑法。該法具有快速測定、操作容易、準(zhǔn)確度和精密度好、靈敏度高、所需試劑少等優(yōu)點(diǎn)。

3 儀器分析法

3.1 凱氏定氮儀

凱氏定氮儀是根據(jù)蛋白質(zhì)中氮含量恒定的原理，通過測定樣品中氮含量從而計(jì)算出蛋白質(zhì)含量的儀器，因其蛋白質(zhì)含量測量計(jì)算的方法叫做凱氏定氮法，故被稱為凱氏定氮儀。其主要工作原理是將水樣不經(jīng)消解直接加入少量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)至弱堿性，水樣中的銨鹽轉(zhuǎn)化成氨，蒸餾析出氨后用硼酸溶液吸收，然后用電位滴定儀自動(dòng)滴定。硼酸溶液吸收氨后，溶液的pH值會上升，采用硫酸溶液滴定至初始pH值，pH計(jì)控制滴定終點(diǎn)，接近終點(diǎn)時(shí)滴定速度下降，利用消耗硫酸的量計(jì)算水樣中氨氮的含量。安國安等［5］對凱氏定氮儀測定氨氮的分析方法進(jìn)行了研究，并與國標(biāo)的納氏試劑法進(jìn)行了顯著性差異檢驗(yàn)，結(jié)果無顯著性差異，對環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果滿足要求，不同濃度樣品加標(biāo)回收率范圍為90.7%～108.0%，相對誤差范圍為0.22～3.1，檢出限為0.080mg/L。

3.2 色譜儀

色譜法也叫層析法，是一種高效能的物理分離技術(shù)，將它用于分析化學(xué)并配合適當(dāng)?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。色譜分析法具有良好的分離能力和較高的靈敏度，較適于分離分析成分比較復(fù)雜的樣品。周偉峰等［6］采用美國Dinoex公司生產(chǎn)的DX500型離子色譜儀分析水樣中的氨氮，該方法采用的CSI2A型分離柱干擾離子極少，樣品經(jīng)0.2μm微孔濾膜過濾后就可直接進(jìn)樣分析，只有當(dāng)樣品中含有較高濃度的有機(jī)物時(shí)才需要采用蒸餾預(yù)處理，以防止損害分離柱中的固定相，降低分離柱的壽命。該方法檢出限為0.002mg/L，測定線性范圍為0.002～1000mg/L，精密度和準(zhǔn)確度都較高，操作簡便，靈敏度極高，有效地減少了環(huán)境的二次污染等問題，是值得推廣研究的方法。

4 其他分析方法

4.1 蒸餾—滴定法

蒸餾—滴定法是指一種測定飲用水及廢水中銨的方法。該法的原理是將待測水樣的pH值調(diào)至6.0～7.0范圍內(nèi)，加入氧化鎂使其呈微堿性，再通過蒸餾的方法使其中的氨析出，蒸餾釋出的氨用硼酸溶液吸收至接收瓶中，在以甲基紅-亞甲藍(lán)為指示劑的條件下用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定吸收液中的銨。若水樣中含有尿素可能會干擾實(shí)驗(yàn)測定，因?yàn)槟蛩卦谝?guī)定條件下也會以氨的形式餾出，從而引起結(jié)果偏高；揮發(fā)性胺類也會引起干擾，會被餾出并在滴定時(shí)與酸反應(yīng)而使結(jié)果偏高。本法的最低檢出濃度為含氮0.2mg/L，可測定試劑中氨氮含量高達(dá)10mg，相當(dāng)于樣品濃度高達(dá)1000mg/L。穆季平等［7］對蒸餾-滴定法測定廢水中氨氮的方法進(jìn)行了改進(jìn)，以自動(dòng)蒸餾儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)笨重的蒸餾發(fā)生裝置自動(dòng)完成整個(gè)測定及清洗過程，集成式聯(lián)結(jié)的自動(dòng)電位滴定儀根據(jù)滴定曲線和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)效應(yīng)出色地完成預(yù)設(shè)pH值的終點(diǎn)滴定。研究得出新方法的滴定終點(diǎn)pH=4.65，得到加標(biāo)回收率90.0%～108.0%，各濃度點(diǎn)的測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差0.015～0.22，其平均值0.065。新方法具有操作簡單、安全可靠、分析周期短、試劑用量少等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 流動(dòng)注射法

流動(dòng)注射分析法是利用具有流速的試劑流的容量測定，即用聚四氟乙烯管代替燒杯和容量瓶，通過流動(dòng)注射進(jìn)行分析的一種方法。用恒流量泵使檢測試劑流過內(nèi)徑為0.5～1mm的聚四氟乙烯管，在中途由注入部件（旋轉(zhuǎn)閥）注入微升量試樣，使其在混合圈中反應(yīng)，使用裝有流通池的分光光度計(jì)、熒光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)和離子計(jì)等的檢測器進(jìn)行濃度測定。

流動(dòng)注射分析是一種容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與鄰近實(shí)驗(yàn)室聯(lián)線的自動(dòng)分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確度和精密度高、樣品和試劑用量少、操作快速簡便，能滿足大批量環(huán)境樣品的分析要求。自從流動(dòng)注射分析技術(shù)提出后，很多作者做了用于測定水中氨氮的研究。其主要測定方法有奈氏試劑法、氣體擴(kuò)散法、電測法等。吳金苗等［8］在Johnson等進(jìn)行的對海水中各種營養(yǎng)鹽測定的研究基礎(chǔ)上，對流動(dòng)注射分析流路進(jìn)行了改進(jìn)，采用自動(dòng)參比流動(dòng)比色法，實(shí)現(xiàn)了的快速分析，大大降低了儀器裝置的繁雜性，節(jié)省了試劑，使操作更簡便，以利于在線分析。

4.3 酶法

酶法的應(yīng)用是20世紀(jì)70年代以來得到迅速發(fā)展的領(lǐng)域，用以測定食品和血液中的氨氮已有報(bào)道。柳暢先等［9］基于谷氨酸脫氫酶催化下列反應(yīng):酮戊二酸谷氨酸＋NAD＋H2O，通過測定還原型煙酰胺腺嘿吟二核昔酸（NADH）吸光度的變化率，得出其酶促反應(yīng)速度，對應(yīng)不同NH4Cl濃度制得的標(biāo)準(zhǔn)曲線，從而測得水樣中的氨氮含量，其檢出限為0.31mg/L，回收率為98%。選擇343nm作為測定波長，通過實(shí)驗(yàn)確定最佳pH值約為8.6，二倍量的EDTA可有效地消除Cu2+、Mn2+、Ni2+等抑制離子影響。

4.4 熒光法

熒光法是指利用某些物質(zhì)在紫外光照射下產(chǎn)生熒光的特性及其強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量的分析方法。近年來，熒光法測定氨氮的方法得到快速發(fā)展。王寧等［10］利用鄰苯二甲醛與氨氮在堿性介質(zhì)中可生成具有熒光性的異吲哚衍生物，熒光強(qiáng)度與氨濃度在2～300μg/L的范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，通過檢測其熒光強(qiáng)度，從而得到海水中氨氮的含量，實(shí)驗(yàn)的檢測限為1.95μg/L。郭良洽等［11］基于在堿性介質(zhì)中，氨與鄰苯二甲醛及2-巰基乙醇反應(yīng)會生成強(qiáng)熒光性吲哚取代衍生物的理論體系，建立測定水溶液中微量氨的直接熒光法和流動(dòng)注射熒光法，通過在體系中加入非離子表面活性劑來增加反應(yīng)體系的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)微量氨氮的測定。

5 結(jié)語

目前，氨氮的測定方法已經(jīng)發(fā)展得比較完善，研究內(nèi)容也比較全面。氨氮的測定方法種類較多，各有特點(diǎn)。分光光度法因其設(shè)備簡單、操作方便，是值得推廣的分析方法之一，但是目前由于工業(yè)、企業(yè)的發(fā)展，使得水污染多種多樣，對氨氮測定的要求也越來越高，針對不同類型的污染水體，開發(fā)簡便、快速、靈敏、高效的氨氮及其他不同存在形態(tài)的測定方法和在線實(shí)時(shí)監(jiān)測及其儀器自動(dòng)化與聯(lián)用技術(shù)是未來發(fā)展的新趨勢。

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