氨氮值水楊酸流動注射儀器法與納氏試劑比色法對比實驗研究

葉育萬，陳 明，楊立君，梁 鴻

（1.深圳大學化學與化工學院，廣東 深圳 518061；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 深圳 518049）

實驗室與分析

氨氮值水楊酸流動注射儀器法與納氏試劑比色法對比實驗研究

葉育萬1,2，陳 明2，楊立君2，梁 鴻2

（1.深圳大學化學與化工學院，廣東 深圳 518061；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 深圳 518049）

介紹了用水楊酸流動注射儀器法、納氏試劑手工比色法測定不同工業(yè)廢水、河流和水庫樣品的氨氮值。通過進行對比重復試驗研究得出，水楊酸流動注射儀器法檢測氨氮可以代替納氏試劑手工比色法，以更快的速度、更少的二次污染來測定水質(zhì)的氨氮值。

氨氮值；水楊酸流動注射儀法；納氏試劑比色法

氨氮是我國環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測中的一個重要指標，是判斷水體污染程度的重要標志之一。研究表明，水中非離子氨的濃度應低于0.02mg·L-1，人體內(nèi)如果吸入濃度為0.1mg·L-1的氨氣氣體時就會有刺激感，而吸入濃度高于1.75mg·L-1的氨氣時，就會造成急性死亡。國內(nèi)測定氨氮的主要方法有水楊酸-次氯酸鹽分光光度法、納氏試劑比色法、凱氏定氮法、吹脫-電導法等[1-10]。國外檢測水體中氨氮的方法主要有納氏試劑法、氣相分子吸收法、電極法、熒光法、苯酚-次氯酸鹽比色法等[11-12]。納氏試劑比色法因其具有操作簡單、靈敏度高等特點，是我國環(huán)境檢測中普遍使用的方法也是國家標準方法，但實際樣品分析中往往情況比較復雜，納氏試劑毒性大，對實驗員和對環(huán)境污染都比較大，廢水中鎂、鈣等金屬離子、醛和酮類、硫化物、濁度及顏色等均會干擾測定，需要做相關前處理，操作繁瑣復雜[13-15]。隨著環(huán)境監(jiān)測樣品數(shù)量越來越多，納氏試劑法的測樣速度已經(jīng)越來越不能滿足大批量水樣的測定要求。研究靈敏度高、環(huán)境友好、選擇性好的測定方法是環(huán)境分析檢測研究者的重要研究方向。水楊酸-次氯酸鹽分光光度-流動注射儀器法則可以避開以上缺點，且分析簡便、快速、準確，精密度、準確度等均符合質(zhì)量控制（GB/Z 22553-2010）要求。故本文對此試驗方法研究具有一定實際意義。

流動注射分析法是1975年以來發(fā)展起來的溶液自動分析和處理技術，具有設備操作簡單、快速、試劑耗量少和適應性廣等優(yōu)點[16-19]。通過實驗證明采用QuickChem FIA+8000流動注射分析儀測定氨氮，檢出限為0.005mg·L-1，檢出限低于國家標準。此系統(tǒng)極大地滿足了大量環(huán)境樣品的分析要求。

1 實驗部分

1.1 納氏試劑手工比色法

1.1.1 實驗儀器及試劑

UV-8000紫外可見光分光光度計。

無氨水：在無氨環(huán)境中蒸餾水通過強酸性陽離子交換樹脂（氫型）柱（18.2 MΩ·cm），將流出液收集在帶有磨口玻璃塞的玻璃瓶內(nèi)，即制即用。

鹽酸：ρ(HCl)=1.18 g·mL-1。

碘化汞-碘化鉀-氫氧化鈉（HgI2-KI-NaOH）溶液：（1）稱取16.0g分析純氫氧化鈉（NaOH），溶于50 mL水中，冷卻至室溫。（2）稱取7.0 g碘化鉀（KI）和10.0 g碘化汞（HgI2），溶于水中。然后將此溶液在攪拌下，緩慢加入到上述50 mL氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL。貯于聚乙烯瓶內(nèi)，用橡皮塞或聚乙烯蓋子蓋緊，于暗處存放，有效期3個月。

酒石酸鉀鈉溶液（ρ=500 g·L-1）：稱取3.5 g硫代硫酸鈉（Na2S2O3）溶于水中，稀釋至1000mL。

1.1.2 試驗方法

繪制標準曲線：在8個50 mL比色管中，分別加入0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00mL、6.00 mL、8.00 mL 和 10.00 mL 氨氮標準溶液，加純水至標線刻度，加入1.00mL納氏試劑，混勻，再加入1.00mL納氏試劑，混勻。放置10 min后在420nm處，用光程10nm的石英比色皿，以水為參比，測定吸光度。再由測得的吸光度減去零濃度空白管的吸光度后得到校正吸光度（此步驟現(xiàn)在可由儀器自動完成）。

實際試驗測定方法參照此步驟，遇到復雜樣品，如渾濁，有顏色等則水樣要經(jīng)過0.45μm濾膜抽濾后測定。如水樣呈中性，且基體簡單，則不需預處理。

1.1.3 方法原理

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生成淡紅棕色絡合物，該絡合物的吸光度與氨氮成正比，符合朗伯-比爾定律，于波長420nm處測量吸光度。當水樣體積為50 mL，使用20 mm比色皿時，本方法的檢出限為0.025 mg·L-1，測定下限為0.10 mg·L-1，測定上限為2.0 mg·mL-1（以N計），使用10mm比色皿時，最低檢出濃度為0.05mg·L-1。

1.2 水楊酸流動注射儀器法

1.2.1 實驗儀器及試劑

QuickChem FIA+8000流動注射分析儀。

無氨水：同上納氏試劑法制備。顯色劑、次氯酸鈉溶液、亞硝基鐵氰化鈉溶液等試劑均為分析純，配置用水均為無氨水，配制方法見文獻[1]。

1.2.2 試驗方法

所有樣品采集后立即加入硫酸酸化至pH＜2，冷藏密封保存，并且要爭取在24h內(nèi)測定。做樣時如發(fā)現(xiàn)樣品渾濁或者有懸浮物，應取上層清液或用0.45μm濾膜針筒抽濾后測定。然后，啟動流動注射模塊及電腦程序后，將進樣管、進試劑管卡壓在流動泵，將所有管路入口浸入無氨水液面下。觀察進液是否正常，如不正常則需重新安裝好。大約清洗15min后，將管路放入預先配置好的試劑，將要測的水樣放進自動取樣器。啟動分析軟件。儀器首先泵入無氨水，待走穩(wěn)基線后，開始進標準溶液進行工作曲線繪制及空白、水樣的測定。儀器測定結(jié)束后，用無氨水清洗所有試劑管路15min，然后再泵入空氣至管路中的液體完全被泵出，然后關軟件，打印報告，關機。

1.2.3 方法原理

水楊酸流動注射儀器法是流動注射分光光度法的聯(lián)用技術，其利用聚四氟乙烯管代替燒杯和容量瓶，用恒定流速的流量泵使被檢測試劑流過內(nèi)徑為0.5～1mm的聚四氟乙烯管，在中途有注入部件（旋轉(zhuǎn)閥）注入微升量試劑，使其在混合圈中反應，最后進入比色管進行比色。在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸和次氯酸鹽反應生成藍色化合物，最后，在650nm波長下進行比色測定氨氮值。

1.2.4 流動注射儀器工作流程圖及儀器工作參數(shù)

流動注射儀器工作流程圖見圖1。

圖1 流動注射儀氨氮分析儀單元流程圖Fig.1 Flow injection for ammonia nitrogen analysis flow chart

本實驗的相關儀器參數(shù)如表1所示。

表1 儀器工作參數(shù)Table1 The operation parameters for continuous flow analysis

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 納氏試劑分光光度法與水楊酸流動注射儀器法測定氨氮的校準曲線對比

2.1.1 分光光度法的工作曲線

分別取0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg·L-1的標準系列濃度，用UV8000型分光光度計在420nm波長下測定吸光度（比色皿厚度為10mm）。以氨氮濃度值為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制工作曲線。采用線性擬合法（GB/T 22554-2010），得線性回歸方程：C=-3.0293×10-2+5.2448×A，R2=0.99961。

圖2 納氏試劑分光光度法的的校準曲線Fig.2 The Nessler’s Reagen Colorimetry method work curve

2.1.2 水楊酸流動注射儀器法的工作曲線

在最佳實驗條件下，取標準濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00 mg·L-1的標準系列濃度，用水楊酸-次氯酸鈉流動注射儀器法在650nm處，得到不同濃度的氨氮信號值（峰面積），以氨氮濃度值為橫坐標，對應的信號值（峰面積）為縱坐標，繪制工作曲線。采用線性擬合法（GB/T 22554 -2010），得一元回歸線性方程：C=-3.0211×10-3+4.8306×A，R2=0.9983。

圖3 流動注射法的工作曲線Fig.3 The flow injection work curve

2.2 檢出限

為測定水楊酸流動注射儀器法的檢出限，取零濃度水樣（空白）進行20次平行測試，測試結(jié)果見表2。

表2 檢出限測試結(jié)果Tab.2 The result of Detection Limit /mg·L-1

方法檢出限計算公式：L=3Sb/k，其中，Sb為標準偏差，k為校準曲線的斜率[2]。經(jīng)計算得L=0.005mg·L-1，與納氏試劑手工法檢出限L=0.02對比有顯著優(yōu)勢。

實驗中，在配置納氏試劑時，要將堿液（NaOH）充分冷卻后再將汞鹽緩緩加入，否則易出現(xiàn)沉淀和渾濁，從而導致空白值偏高。通過重復多次實驗得知，影響納氏試劑空白值的主要原因是酒石酸鉀鈉和碘化汞。市售酒石酸鉀鈉配置的溶液一般要經(jīng)過加熱煮沸處理后，空白值才能滿足國標要求。

2.3 精密度

分別配置濃度為0.50、1.00、3.00、5.00、8.00、10.00 mg·L-1的樣品對2種方法進行精密度試驗，試驗結(jié)果見表3。測得結(jié)果與配置值相對偏差在可接受范圍，精密度滿足質(zhì)量控制要求。

表3 精密度結(jié)果Tab.3 The result of Precision

2.4 準確度

2.4.1 標準樣品

采用國家環(huán)境保護部標準樣品研究所的標準樣品1.50 mg·L-1（允許值為±0.10 mg·L-1）和5.00 mg·L-1（允許值為±0.30 mg·L-1）對2種方法進行準確度測試，測試結(jié)果見表4。測試結(jié)果在測試允許值范圍，符合要求。標準樣品測試結(jié)果表明該實驗方法準確度亦符合要求。

表4 標準樣品結(jié)果Tab.4 The result of standard sample

2.4.2 回收率

對2個不同濃度范圍的實際樣品進行加標回收率實驗，結(jié)果見表5。由表5可知，加標回收率滿足質(zhì)控要求。2種方法結(jié)果均能符合要求。

表5 樣品加標回收率結(jié)果Tab.5 The Recovery result

2.4.3 實際水樣測試結(jié)果對比

用本方法和納氏試劑手工法對不同類型（廢水、飲用水、河流水等）的樣品進行全程對比試驗，結(jié)果見表6。從結(jié)果數(shù)據(jù)分析，2種方法測得的結(jié)果無明顯差異。

表6 水樣測試結(jié)果對比Tab.6 The comparison of sample test

3 結(jié)論

采用水楊酸流動注射儀器法測定水中氨氮值，

所有技術指標均能達到或者優(yōu)于傳統(tǒng)納氏試劑手工法，檢出限顯著低于納氏試劑法，精密度、準確度、加標回收率等符合要求，且納氏試劑手工法所使用的納氏試劑會對環(huán)境造成二次污染，在測試樣品較多的情況下，在較短時間內(nèi)很難完成大批量樣品檢測。

流動注射儀器價格在20萬元左右，其檢測方法也符合相關國家標準規(guī)定。因此，水楊酸-次氯酸鹽分光光度-流動注射儀器法測定水質(zhì)中氨氮值得推廣應用于環(huán)保水質(zhì)檢測行業(yè)。

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Comparation of Salicylic Acid Flow Injection Method and Nessler’s Reagent Colorimetry Method to Determine Ammonia Nitrogen in Water

YE Yu-wan1,2, CHEN Ming2, YANG Li-jun2, LIANG Hong2
（1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518061, China;2.Shenzhen Environmental Monitoring Center Station, Shenzhen 518049,China）

Ammonia nitrogen(NH3-N) of wastewater, river and reservoir was determined by salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method and Nessler’s reagent colorimetry method. Through the contrast of the two methods, it was found that the salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method could substitute Nessler’s reagent colorimetry method and with better speed and less pollution to determine NH3-N in water.

ammonia nitrogen(NH3-N); salicylic acid flow injection; Nessler’s reagent colorimetry

O 657.3

A

1671-9905(2014)01-0038-04

2013-11-12