納氏試劑分光光度法測定水中氨氮的探討

唐韌鋒 黨翔宇 杜 永 蘭 盾

（十堰市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，湖北 十堰442000）

氨氮（NH3-N）指水中以游離氨（NH3）或銨鹽（NH4+）形式存在的氮。兩者的組成比取決于水的pH 值和水溫，當(dāng)pH 值偏高時(shí)，游離氨的比例較高。反之，則銨鹽的比例高，水溫則相反[1]。

水中氨氮的來源主要為生活污水中含氮有機(jī)物的分解產(chǎn)物，某些工業(yè)廢水，如焦化廢水和合成氨廢水以及農(nóng)田排水[2]。此外，在無氧環(huán)境中，水中存在的亞硝酸鹽亦可受亞硝化細(xì)菌的作用，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)變?yōu)橄跛猁}[3]。魚類對(duì)水中氨氮比較敏感，當(dāng)氨氮含量高時(shí)會(huì)導(dǎo)致魚類死亡[4]。因此，測定水中各種形態(tài)的含氮化合物，對(duì)于評(píng)價(jià)水體被污染和“自凈”狀況十分重要。

目前測定水質(zhì)氨氮的方法主要有納氏試劑光度法，水楊酸分光光度法，蒸餾和滴定法和氣相分子吸收光譜法等[3]。其中納式試劑分光光度法是目前最常用的方法。其原理是碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應(yīng)生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，此顏色在較寬的波長內(nèi)具強(qiáng)烈吸收。通常測量用波長在410～425nm 范圍。但是在用納氏試劑光度法測定水中氨氮時(shí)存在一些問題。本文將針對(duì)這些問題進(jìn)行一些探討和研究。

1 試劑的影響

1.1 顯色劑

納氏試劑的配制方法通常有兩種，一種是二氯化汞法由二氯化汞、碘化鉀、氫氧化鉀配制而成，另一種是碘化汞法由碘化汞、碘化鉀、氫氧化鈉配制而成。第二種配制方法較簡單，但是配制出來的納氏試劑空白值比第一種方法高出一倍。納氏試劑必須低溫避光保存，否者會(huì)導(dǎo)致試劑顏色加深，影響空白值的穩(wěn)定性。一般常用第一種方法配置，該方法關(guān)鍵在于把握HgCl2的加入量，這決定了反應(yīng)生成顯色集團(tuán)含量的多少，進(jìn)而影響方法的靈敏度。但方法標(biāo)準(zhǔn)未給出HgCl2確切加入量，需要根據(jù)試劑配制過程中的現(xiàn)象加以判斷，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，難以把握。林小琪用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出HgCl2與KI 的用量比為0.44:1 時(shí)（8.8gHgCl2溶于20gKI 溶液）效果很好[5]?！秶业乇硭h(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書》中要求該方法曲線斜率范圍在0.0060-0.0078 之間，截距范圍±0.005 之間，所以HgCl2的投加量也有了相應(yīng)的控制，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果HgCl2投加量在8.35-9g 之間也就是用量比在0.417-0.45 之間基本能滿足作業(yè)指導(dǎo)書要求，半年做的近40條曲線的截距和斜率結(jié)果見表1。

由于HgCl2溶解較為緩慢，為提高配藥效率，可以將配好的KI 溶液放到微波清洗器中分批次投加稱量好的HgCl2固體超聲溶解，以此比例配置的納氏試劑經(jīng)長期實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，靈敏度，斜率，截距均能達(dá)到要求。

表1 氯化汞劑量對(duì)校準(zhǔn)曲線截距、斜率的影響

1.2 掩蔽劑

納氏試劑分光光度法使用酒石酸鉀鈉作為掩蔽劑。市售酒石酸鉀鈉通常含有氨鹽，因此，在配制掩蔽劑過程中一定要加熱煮沸蒸發(fā)掉超過一半的水分后冷卻定容；否則掩蔽劑中的氨鹽會(huì)帶入樣品會(huì)導(dǎo)致空白值偏高，或者其掩蔽效果降低使樣品呈混濁進(jìn)行干擾測定。部分含氨量特別高的酒石酸鉀鈉，直接加熱沸騰空白測定依然很高，處理的方法有兩種：

（1）向定容后的酒石酸鉀鈉中加入5mL 納式試劑，沉淀后取上清液使用；

（2）向酒石酸鉀鈉中加入少量的堿，煮沸蒸發(fā)至50mL 后冷卻定容至100 毫升。

由于酒石酸鉀鈉生產(chǎn)工藝的原因，不同廠家酒石酸鉀鈉的掩蔽效果不同，使實(shí)驗(yàn)過程中存在不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，肖翔群, 毛予捷，伍麗平提出，用六偏磷酸鈉或乙酸鈉代替酒石酸鉀鈉作為掩蔽劑以提高掩蔽效果[6]，在實(shí)際使用過程發(fā)現(xiàn)六偏磷酸鈉保存期較短盡量現(xiàn)配現(xiàn)用，否者會(huì)導(dǎo)致空白值偏高。

2 過程控制

2.1 顯色溫度

溫度影響納氏試劑與氨氮的反應(yīng)速度，進(jìn)而影響測定結(jié)果[7]。反應(yīng)溫度為5～10 ℃時(shí)，顯色不完全，樣品吸光值無顯著變化；反應(yīng)溫度為20～25℃時(shí)，顯色最完全，且吸光度值比較穩(wěn)定；當(dāng)溫度達(dá)到30℃或更高時(shí)，溶液顯色不穩(wěn)定，當(dāng)溫度大于35℃時(shí)，溶液開始褪色，吸光度偏低。因此顯色溫度應(yīng)控制在20～25℃。

2.2 顯色時(shí)間

顯色溫度應(yīng)控制在20～25℃時(shí)，放置10min（當(dāng)采用商品化試劑時(shí)，根據(jù)顯色情況調(diào)整可調(diào)顯色時(shí)間）后比色。顯色時(shí)間不足10min，溶液顯色不完全，吸光度隨顯色時(shí)間的增加而增大；顯色時(shí)間在10～25min，吸光度幾乎無變化，顯色較穩(wěn)定；顯色時(shí)間在25～80min，吸光度總體成增大趨勢。因此顯色時(shí)間應(yīng)在10～25min 之間，一般選擇10min 后為宜。因而，用納氏試劑比色法測定水中氨氮時(shí)，顯色時(shí)間應(yīng)控制在10～25min，盡量不要超過35 min。比色過程注意控制時(shí)間，以達(dá)到分析的精密度和準(zhǔn)確度。

2.3 顯色前溶液的pH 值

使用納氏試劑分光度法對(duì)水中的氮氨進(jìn)行測定，應(yīng)注重在樣品顯色之前要將水樣的pH 調(diào)至6～8。加入納氏試劑后溶液顯色的pH 適宜范圍為12（11.8）～13（13.6），pH 低于11，反應(yīng)向反方向進(jìn)行，不產(chǎn)生顯色反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)顯色溶液的pH 值不足時(shí)，溶液吸光度隨著pH 值的增加而增加，當(dāng)超過一定值時(shí)吸光度逐漸穩(wěn)定。納氏試劑顯色原理為增加溶液的pH 值促進(jìn)顯色反應(yīng)向生成有色物質(zhì)的方向移動(dòng)。但pH 高于13（13.6），溶液中產(chǎn)生大量NH2HgIO，溶液變渾濁無法比色。

2.4 樣品稀釋

對(duì)于氨氮濃度較高的水樣，前處理后要對(duì)水樣進(jìn)行稀釋，稀釋倍數(shù)根據(jù)樣品來源和氨氮濃度進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法HJ535-2009 氨氮曲線的最高點(diǎn)測定濃度值為2mg/L，高于2mg/L 的樣品都要進(jìn)行稀釋處理。要說明的一點(diǎn)是氨氮顯色后生成的淡紅色膠狀化合物較為穩(wěn)定，若實(shí)驗(yàn)過程中稀釋倍數(shù)不夠造成吸光度超出曲線，可以進(jìn)行事后稀釋比色。事后稀釋的條件是首先樣品濃度值不能過高，超過曲線最高點(diǎn)5 倍以上建議重新取樣事前稀釋復(fù)測，其次事后稀釋的樣品應(yīng)盡快測量光度值，保證實(shí)驗(yàn)顯色時(shí)間在30 分鐘內(nèi)完成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室20 組數(shù)據(jù)平行比對(duì)，事后稀釋與事前稀釋樣本在無其他干擾條件下，相對(duì)誤差能保證在10%的范圍內(nèi)。

3 不同類型樣品前處理

3.1 Ca2+，Mg2+等金屬離子含量較低清潔的地表水

這類地表水因?yàn)榍鍧?，干擾比較少，可以直接調(diào)節(jié)樣品pH值在6～8 之間（并非必要步驟，針對(duì)添加保護(hù)劑或pH 值不在此范圍內(nèi)的樣品，下同）直接加藥比色，絮凝沉淀和蒸餾前處理過程繁瑣，也會(huì)造成氨氮偏離真實(shí)值。

3.2 Ca2+，Mg2+等金屬離子含量較高的清潔的地表水

此類樣品氨氮含量低，由于Ca2+、Mg2+等金屬離子含量較高，無法通過稀釋樣品降低金屬離子的干擾，酒石酸鉀鈉的掩蔽效果有限，容易產(chǎn)生酒石酸鈣、酒石酸鎂等沉淀從而干擾測定。這種情況下可對(duì)水樣進(jìn)行絮凝沉淀處理，實(shí)際操作中絮凝沉淀所使用的濾紙含有銨鹽應(yīng)使用大量無氨水清洗。推薦用稀鹽酸浸泡的0.45μm 的醋酸乙酯纖維濾膜過濾樣品[8]。日常監(jiān)測工作中，有絮凝沉淀后加入酒石酸鉀鈉樣品混濁的情況出現(xiàn)，這種混濁不溶物用離心無法去除，這種情況可以考慮更換掩蔽劑（如六偏磷酸鈉、乙酸鈉等）替代酒石酸鉀鈉。另一種方法是，取pH 值調(diào)至中性的水樣50mL 加入配制好的酒石酸甲鈉溶液1mL 搖勻，蓋上玻璃塞靜置30-60 分鐘，靜置時(shí)間以樣品澄清為宜，再加入納式試劑靜置10 分鐘，加入納氏試劑后盡量不要再搖動(dòng)樣品保持樣品靜置，取上清液比色。為確保顯色效果建議加入納氏試劑后顯色時(shí)間可以稍微延長，控制比色時(shí)間在30 分鐘內(nèi)完成。

3.3 污染源廢水

由于污染源樣品成分復(fù)雜，前處理過程也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。此類樣品可以根據(jù)樣品來源、表觀或者加入掩蔽劑、顯色劑后待測樣品的表觀來判斷采用相應(yīng)的前處理方法。色度和濁度較低的樣品，調(diào)節(jié)pH 值取適量樣品進(jìn)行顯色測定，稀釋過程也可以降低或者消除色度、金屬離子等干擾。色度、濁度較高的樣品或加入掩蔽劑后待測樣品呈渾濁或加入顯色劑后待測樣品的顏色異于標(biāo)準(zhǔn)曲線點(diǎn)試樣顏色，可采用絮凝沉淀法或蒸餾法消除樣品干擾。對(duì)于水質(zhì)比較渾濁的樣品絮凝沉淀后，可以進(jìn)一步的離心處理后再加藥比色，高氯廢水樣品（氯離子濃度>1100mg/L）用絮凝前處理無法解決其干擾問題，用蒸餾前處理法可以達(dá)到滿意的效果。

有機(jī)物產(chǎn)生的色度較高且絮凝沉淀或稀釋無法完全消除色度干擾時(shí)，需要用蒸餾前處理法進(jìn)行處理，蒸餾過程若采用的硼酸吸收液，蒸餾完成后要將餾出液用1mol.L-1NaOH 約14ml 調(diào)整到pH 值10 左右，pH 值太低會(huì)有紅色碘化汞析出導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏低，pH 值太高導(dǎo)致樣品混濁數(shù)據(jù)偏高，也可用pH 值大于2 的鹽酸、硫酸溶液當(dāng)做吸收液此時(shí)可省去調(diào)節(jié)餾出液pH值過程[9]。當(dāng)樣品中含有丙酮、芳香氨、醛類等易揮發(fā)的還原性干擾物質(zhì)存在時(shí)，絮凝沉淀和蒸餾前處理方法都不能去除干擾?？梢試L試水樣稀釋后直接加納氏試劑比色，或者將水樣酸化加熱除去干擾后再加藥進(jìn)行比色[10]。

4 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)和討論可知，納氏試劑分光光度法測量水中氨氮應(yīng)注意和解決以下3 種常見問題：

（1）選購合格試劑，正確配制掩蔽劑和顯色劑并在合適的環(huán)境中保存，同時(shí)注意控制因?qū)嶒?yàn)用水、試劑和濾紙等試料引入的空白。

（2）控制樣品pH 值、顯色溫度和顯色時(shí)間在最佳的條件下進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境溫度確保實(shí)驗(yàn)過程在最佳條件下進(jìn)行。

（3）針對(duì)實(shí)際水樣根據(jù)不同情形選擇合適的方法消除干擾。注意高硬度水樣的前處理方法，較渾濁樣品絮凝沉淀后可進(jìn)一步進(jìn)行離心處理，注意蒸餾前處理的吸收液pH 值的調(diào)節(jié)。