納氏試劑比色法在水體氨氮測定的應(yīng)用

劉 瑜

（延安水文水資源勘測局，陜西 延安 716000）

0 引言

氨氮雜質(zhì)是水體中常見的有機(jī)鹽污染物，微量的氨氮雜質(zhì)污染物就會對水體帶來顯著的破壞作用，對氨氮雜質(zhì)的檢測工作，一直是環(huán)境工程中的重要課題。納氏試劑比色法是當(dāng)前最常用的氨氮雜質(zhì)檢測方法，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，機(jī)器輔助判讀的納氏試劑比色法檢測設(shè)備已基本普及，當(dāng)前需要重點(diǎn)討論在水質(zhì)準(zhǔn)備和納氏試劑調(diào)制過程中的操作要素，以提升納氏試劑比色法的測量精度[1]。

成立于1975 年的陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心，目前下設(shè)延安、寶雞、漢中、安康、商洛五個分中心，可執(zhí)行原子熒光光度法、離子色譜法、分光光度法及滴定法等檢測方法，本次分析研究延安分中心對延河水域的監(jiān)測。

借鑒相關(guān)報告文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及方法，本文擬采用凝絮沉淀法對水樣進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而進(jìn)行納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮含量測定[2]。

1 實驗方法

1.1 水樣來源及水樣采集

對延安市延河水質(zhì)監(jiān)測斷面的水體進(jìn)行采樣，采集8 個斷面水樣。每個水樣采集50 mL。采樣過程中，使用五層細(xì)孔無紡布進(jìn)行現(xiàn)場過濾懸浮雜質(zhì)，孔徑為0.1 μm，過濾物包括浮游生物，不溶性大顆粒固形物等，水樣使用專用50 mL 采樣瓶進(jìn)行密封避光保存。水樣采集后8 h 內(nèi)進(jìn)入實驗室進(jìn)行水質(zhì)檢測試驗。

1.2 水樣的靜置及保存方法

水樣采集后，置于50 mL 專用水樣瓶中避光保存，進(jìn)入實驗室后，在4000 rpm 離心機(jī)中進(jìn)一步強(qiáng)制沉淀3 min，取上清液30 mL 置于錐形瓶中進(jìn)行后續(xù)試驗。實驗室室溫保持25℃，4 h 內(nèi)不能進(jìn)行試驗的，置于0℃恒溫試驗冰箱中進(jìn)行暫存[3]。

1.3 凝絮沉淀法的水樣預(yù)處理

30 mL 水樣加入0.3 mL10%硫酸鋅溶液及1～2 滴25%氫氧化鈉溶液，滴至水樣pH 值達(dá)到10～11 之間，靜置至凝絮物質(zhì)充分沉淀。取上清液15 mL 進(jìn)行后續(xù)試驗。此處并未使用濾紙法進(jìn)行過濾處理，其原因在結(jié)果討論中進(jìn)行具體討論。

1.4 干擾物去除

15 mL 水樣置于試管中，加入0.3 mL 酒石酸鉀鈉溶液，再加入0.3 mL15%氫氧化鉀溶液，此時使用納氏試劑比色卡或者比色儀測定溶液比色值，作為后續(xù)試驗的比色值矯正值。當(dāng)比色值較高或發(fā)生渾濁時，認(rèn)為溶液中的金屬離子（汞離子、錳離子等）或非氨氮有機(jī)鹽較多，此時可將溶液煮沸3 min，靜置至室溫后，置于4000 rpm 離心機(jī)中強(qiáng)制沉淀3 min，取上清液10 mL 進(jìn)行后續(xù)試驗。如有試劑需要進(jìn)行干擾物去除的，則未經(jīng)過去除的水樣，也應(yīng)經(jīng)過該操作，以確保水樣來源的一致性[4]。

1.5 納氏劑納氏試劑的制備

納氏試劑的反應(yīng)原理方程式如下：

不管采用何種方式制備，其本質(zhì)是需要產(chǎn)生有機(jī)鹽官能團(tuán)，此官能團(tuán)可使氨氮離子發(fā)生顯色反應(yīng)。本文使用HgCl2與KI 的依據(jù)用量比0.44∶1 制備（即8.8 gHgCl2溶于20 gKI 溶液），選擇此制備模式的原因，會在結(jié)果討論中具體分析[5]。

1.6 顯色反應(yīng)的條件控制

實驗室室溫控制在25℃恒溫，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時間控制在10 min，反應(yīng)溶液pH 值滴定至中性，加入納氏試劑后體系pH 值在11.8～12.4 為宜。反應(yīng)緩沖劑采用氫氧化鉀-酒石酸溶液（濃度比為2.54∶1）。

1.7 實驗組與參照組的設(shè)定

每組8 個水樣中，分別使用納氏試劑顯色法進(jìn)行氨氮含量測定，作為實驗組，使用液相色譜儀測定，作為參照組。參照組作為參照標(biāo)準(zhǔn)使用[6]。

1.8 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS24.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，當(dāng)P＜0.05 時，認(rèn)為存在統(tǒng)計學(xué)意義，當(dāng)P＜0.01 時，認(rèn)為存在顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。使用T 校驗法進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，當(dāng)T＜10.000 時，認(rèn)為存在統(tǒng)計學(xué)差異。

2 實驗結(jié)果

2.1 直接結(jié)果

2019 年11 月10 日，陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心依據(jù)HJ 535-2009 標(biāo)準(zhǔn)，使用V-5600 分光光度計的氨氮標(biāo)線法測定了延河水樣的氨氮含量，試驗用波長420 nm，參比溶液為蒸餾水，比色時實驗環(huán)境溫度17.0℃，室內(nèi)相對濕度50.0%。測定實驗結(jié)果見表1。

表1 某次氨氮納氏試劑比色法的檢測結(jié)果單摘要

2.2 納氏試劑比色法的優(yōu)勢分析

對延河采集的8 組水樣，按照上述實驗組與參照組進(jìn)行對比分析，可以得到表2。

表2 水樣測定結(jié)果對比表

表2 中，參照組的測定值區(qū)間顯著小于實驗組，但二者最終測定的水體氨氮污染物結(jié)果相差均在±0.001 mg/L 以內(nèi)，且所有數(shù)據(jù)中，T＞10.000，P＜0.01，數(shù)據(jù)間有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義且無統(tǒng)計學(xué)差異。證實在同一水體采樣數(shù)量超過8 個水樣的前提下，使用納氏試劑顯色法進(jìn)行氨氮污染物測定，其測定精度和測定結(jié)果與使用液相色譜法測定結(jié)果相當(dāng)。

值得指出的是，所有水體的測定結(jié)果中，實驗組使用納氏試劑比色法測定的氨氮污染物含量均略高于參照組使用液相色譜法測定的結(jié)果，其差值小于0.05 mg/L。該結(jié)果的原因及對策將在結(jié)果討論中進(jìn)行討論分析[7]。

3 結(jié)果討論

3.1 實驗過程中避免使用試紙的實驗方法革新

因為不同廠家不同批次的濾紙制作過程中，均會使用部分添加劑，添加劑中往往含有一定的鈉離子、鉀離子、銨離子、含氮離子等，相關(guān)文獻(xiàn)的實驗結(jié)果表明，在采樣量小于50 mL 時，試紙對輕度氨氮污染水體水樣的實驗室污染，可能造成水樣中的含氨氮量發(fā)生20%左右的升高[8]。該操作本身將可能干擾實驗結(jié)果，使測量結(jié)果失真。即如果在水樣采集、凝絮物沉淀、干擾排出等操作過程中使用濾紙進(jìn)行水樣處理，而不是采用離心機(jī)上清液法或靜置沉淀上清液法，因為濾紙產(chǎn)生的氨氮污染物可能對水樣的氨氮污染物測量結(jié)果帶來顯著影響。故本文革新方法在所有沉淀物、懸浮物的去除過程中，均未使用濾紙。革新方法可能會嚴(yán)重?fù)p失水樣資源，在本文實驗過程中，50 mL 的原始水樣最終進(jìn)入比色實驗的僅余10 mL～15 mL，但此過程可以提升對氨氮污染物的測量精度。

3.2 納氏試劑制備方法的選擇依據(jù)

3.3 實驗誤差的來源分析

一方面，使用納氏試劑對氨氮有機(jī)鹽粒子的反應(yīng)，屬于有機(jī)反應(yīng)，其反應(yīng)周期較長，在催化不徹底或反應(yīng)環(huán)境不穩(wěn)定的情況下，容易造成反應(yīng)不徹底，或在反應(yīng)過程中受到其他金屬離子的干擾導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果偏高。另一方面，使用液相色譜儀法，其測量本質(zhì)是測定溶液中的N 元素和H 元素含量，最終推算溶液中的氨氮污染物含量，此時可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾[10]。且本文使用的比色法為納氏試劑電子比色儀，比色儀中執(zhí)行的糾錯算法為內(nèi)置封裝算法，并不受到本文實驗的控制，所以，在實際執(zhí)行過程中，也可能因為比色儀糾錯算法帶來一定的測量誤差。即上述誤差均為兩種測量方法的系統(tǒng)誤差，因為系統(tǒng)誤差產(chǎn)生小于±0.05 mg/L 的測量誤差，并不影響最終的污染級別判讀。

4 結(jié)論

在進(jìn)行納氏試劑比色法實驗的過程中，通過避免使用濾紙等可能產(chǎn)生污染的實驗環(huán)節(jié)，同時優(yōu)選了納氏試劑制備方案，最終對水樣進(jìn)行了精度較高的氨氮污染物測定。通過與液相色譜儀測定結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)使用成本低廉的納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮污染物測定，較成本較高的液相色譜儀法進(jìn)行氨氮污染物測定，T＞10.000，P＜0.01，測定結(jié)果顯著且無統(tǒng)計學(xué)差異。即可認(rèn)為使用納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮污染物測定的方案，在嚴(yán)格控制實驗過程的前提下，可以得到與液相色譜儀測定結(jié)果無異的結(jié)果。

推算溶液中的氨氮污染物含量，此時可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾。且本文使用的比色法為納氏劑納氏試劑電子比色儀，比色儀中執(zhí)行的糾錯算法為內(nèi)置封裝算法，并不受到本文實驗的控制，所以，在實際執(zhí)行過程，也可能因為比色儀糾錯算法帶來一定的測量誤差。即上述誤差均為兩種測量方法的系統(tǒng)誤差，因為系統(tǒng)誤差產(chǎn)生小于±0.05 mg/L 的測量誤差，并不影響最終的污染級別判讀。