使用自動(dòng)蒸餾儀前處理測(cè)定污水中的氨氮

王 燕，羅 鈺，丁 青

(長(zhǎng)沙市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，長(zhǎng)沙 410001)

水中氨氮是指以游離氨 (或稱非離子氨，NH3)和氨鹽 (NH+4)形式存在的氮［1］。氨氮含量較高時(shí)，對(duì)魚類呈現(xiàn)毒害作用，對(duì)人體也有不同程度的危害。水中氨氮的來源主要是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)田排水等。此外，在無氧環(huán)境中，水體亞硝酸鹽可受微生物作用還原為氨。在有氧環(huán)境中，水中氨亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}，甚至繼續(xù)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。因此，氨氮存在量對(duì)人類活動(dòng)有著重要影響，了解水中各種形態(tài)的含氮化合物，有助于評(píng)價(jià)水體被污染程度和“自凈”程度。由此可見，準(zhǔn)確測(cè)定污水中氨氮對(duì)于掌握水體污染情況具有十分重要的意義。

氨氮測(cè)定方法有很多，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門常用納氏試劑分光光度法進(jìn)行檢測(cè)。污水樣品前處理有絮凝法和蒸餾法［2］。對(duì)于色度、濁度較高或是有水溶性雜質(zhì)干擾時(shí)需要用蒸餾法完成前處理后方可測(cè)定［3］。實(shí)驗(yàn)室一般采用蒸餾瓶、冷凝管、電熱爐結(jié)合的傳統(tǒng)蒸餾裝置完成預(yù)處理。該裝置連接繁瑣，易發(fā)生泄漏，進(jìn)而影響檢測(cè)準(zhǔn)確度和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全。本文利用瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀對(duì)氨氮污水樣品進(jìn)行預(yù)處理，比較兩種方式預(yù)處理效果，證明瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀可替代傳統(tǒng)蒸餾裝置用于污水氨氮的檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備與試劑

瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀。

250mL蒸餾瓶，蛇形冷凝管，電熱爐。

標(biāo)準(zhǔn)樣品:國(guó)家標(biāo)物中心。其他試劑同HJ 535-2009 標(biāo)準(zhǔn)分析方法［4］。

1.2 瑞士Buchi自動(dòng)蒸餾儀工作原理及實(shí)驗(yàn)方法

瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀工作原理是給樣品通入高溫蒸汽趕出揮發(fā)性目標(biāo)化合物，選擇合適的吸收液將目標(biāo)物吸收待測(cè)，如簡(jiǎn)圖1所示。操作步驟是開機(jī)預(yù)熱5～10min，蒸餾反應(yīng)器內(nèi)不加樣品空蒸一次，用以清洗系統(tǒng)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍取適量水樣于蒸餾反應(yīng)器皿，調(diào)節(jié)pH至6～7.4，設(shè)定蒸餾參數(shù)，按鍵運(yùn)行蒸餾程序，程序完成取溜出液待測(cè)。

圖1 瑞士Buchi K-355自動(dòng)蒸餾儀簡(jiǎn)圖Fig.1 Switzerland Buchi K-355 automatic distillation instrument

根據(jù)HJ 535-2009標(biāo)準(zhǔn)分析方法要求確定瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀蒸餾條件，比較該儀器與傳統(tǒng)蒸餾裝置處理氨氮樣品后的測(cè)定準(zhǔn)確度、精密度。預(yù)處理后均采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀蒸餾條件的確定

瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀原理是給樣品通入高溫蒸汽趕出揮發(fā)性目標(biāo)化合物，然后將其吸收待測(cè)。該儀器只需要設(shè)置兩個(gè)參數(shù)，蒸汽度和蒸餾時(shí)間。蒸汽度高低調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)就是對(duì)蒸餾溫度的控制。蒸汽度越高，蒸餾時(shí)間越長(zhǎng)，餾出液體積就越大。HJ 535-2009標(biāo)準(zhǔn)方法是將250mL氨氮樣品蒸餾吸收至250mL后測(cè)定。為與標(biāo)準(zhǔn)方法相適應(yīng)，在設(shè)置蒸餾儀參數(shù)時(shí)要考慮最終的餾出液體積不能超過250mL。基于此，本文選擇了4個(gè)蒸餾條件，即蒸汽度60%蒸餾時(shí)間14min、蒸汽度70%蒸餾時(shí)間12min、蒸汽度80%蒸餾時(shí)間10∶30min、蒸汽度90%蒸餾時(shí)間8min，對(duì)250mL空白加標(biāo)樣品進(jìn)行蒸餾預(yù)處理，回收率測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

圖2 Buchi蒸餾儀條件參數(shù)與回收率關(guān)系Fig.2 Buchi distillation instrument condition parameters and recovery

由圖2可見，蒸餾儀蒸汽度過高會(huì)使蒸餾速度過快，吸收速率無法與蒸餾速度相匹配，從而造成回收率結(jié)果不理想;蒸汽度過低，即蒸餾溫度太低，蒸餾效率不夠，回收也不完全。最終確定了蒸汽度70%，蒸餾時(shí)間10∶30min的蒸餾條件參數(shù)，該條件下的空白加標(biāo)回收率在96%～105%，結(jié)果滿意。以下對(duì)比試驗(yàn)均采用此預(yù)處理?xiàng)l件。

2.2 自動(dòng)蒸餾儀與傳統(tǒng)蒸餾裝置預(yù)處理后測(cè)定結(jié)果比對(duì)

用瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀和實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)蒸餾裝置分別對(duì)空白樣品、實(shí)際樣品1、實(shí)際樣品2、標(biāo)準(zhǔn)樣品以及實(shí)際樣品1、2的加標(biāo)樣品進(jìn)行蒸餾預(yù)處理后，經(jīng)納氏試劑分光光度法測(cè)定。結(jié)果如表1和表2所示。兩種蒸餾方式下的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行F檢驗(yàn)［5］，自由度均為5時(shí)，兩組數(shù)據(jù)方差比F=2.28＜5.05(查表得到)，說明兩組數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有顯著性差異。再進(jìn)行t檢驗(yàn)［5］，置信度為90%，合并標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.037，合并自由度為10，t0.10，10=0.09 ＜1.81(查表得到)。最終證明兩種方法測(cè)定的氨氮結(jié)果不存在顯著性差異，沒有引起明顯的系統(tǒng)誤差。Buchi蒸餾儀預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果合格，實(shí)際樣品測(cè)定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7% ～1.8%，實(shí)際樣品加標(biāo)回收率在 96% ～105%，均滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)水質(zhì)氨氮監(jiān)測(cè)分析技術(shù)要求。

表1 兩種方式蒸餾結(jié)果比較Tab.1 The comparison results of two distillation methods

表2 兩種方式蒸餾樣品加標(biāo)回收率比較Tab.2 Comparison between recoveries of two distillation methods

3 結(jié)論

通過上述比對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)蒸餾裝置一個(gè)樣品需要處理120～150min，且裝置連接繁瑣易發(fā)生漏氣現(xiàn)象，影響測(cè)定準(zhǔn)確度，同時(shí)還污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員健康有隱形的不可逆威脅。而利用瑞士Buchi K-355型自動(dòng)蒸餾儀進(jìn)行蒸餾預(yù)處理，每個(gè)樣品預(yù)處理不到11min，無需擔(dān)心樣品泄漏造成的測(cè)定準(zhǔn)確度、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全等問題，其精密度和準(zhǔn)確度均能滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)部門分析技術(shù)要求，完全可替代傳統(tǒng)的蒸餾裝置完成污水中氨氮的測(cè)定。另外，Buchi蒸餾儀的冷凝水是實(shí)時(shí)控制，蒸餾時(shí)開啟，不蒸餾時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，此處大大節(jié)約了自來水的使用量。這種省時(shí)省力又環(huán)保的預(yù)處理方式應(yīng)該得到大力推廣。

［1］ 湯愛華，魏淑偉.蒸餾法測(cè)定水中氨氮的問題探討［J］.棗莊學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，29(5):110-114.

［2］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.277-279.

［3］ 沈燕飛，厲以強(qiáng).氨氮測(cè)定過程中有關(guān)問題的探討［J］.環(huán)?？萍?，2008，14(3):17-18.

［4］ HJ 535-2009，水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法［S］.

［5］ 武漢大學(xué)主編.分析化學(xué)［A］.北京:高等教育出版社，2000.250-256.