納氏試劑比色法測(cè)定水中氨氮含量適宜條件研究

王 醒

(江蘇華夏檢驗(yàn)股份有限公司，江蘇 張家港 215634 )

1 引言

目前，生態(tài)環(huán)境的水體污染情況已受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，水體的含氮化合物(NH3-N、NO3-N、NO2-N)的濃度標(biāo)準(zhǔn)[2]是評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，準(zhǔn)確測(cè)定含氮化合物的含量對(duì)掌握水生態(tài)系統(tǒng)的所受污染程度及推測(cè)水體自凈能力有重要意義。

水體中氨氮的常用分析手段有：納氏試劑法[3]，中和-滴定法[4]和水楊酸鹽分光光度法[5]。由于納氏試劑法操作簡(jiǎn)單、試劑靈敏度高、測(cè)試條件易達(dá)到，是大多數(shù)環(huán)境檢測(cè)/監(jiān)控部門常用的方法。但在實(shí)際檢測(cè)操作過(guò)程中，待測(cè)液 pH值、靜置顯色時(shí)間、環(huán)境溫度的偏差，都會(huì)影響納氏試劑比色法檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)相關(guān)因素實(shí)驗(yàn)，找出納氏試劑比色法測(cè)定氨氮含量的最佳條件，為水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器和試劑

儀器：可見分光光度計(jì)(N2S)；電子天平(AL204)；pH計(jì)(FE20型)；純水機(jī)(Smart-S15)。

試劑：氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，稀釋至10 mg/L)；納氏試劑(氯化汞-碘化鉀-氫氧化鉀)； 超純水(無(wú)氨水)[6]。

2.2 試劑配制

0.5 g/mL酒石酸鉀鈉配制：準(zhǔn)確稱取67.14 g KNaC4H4O6· 4H2O(AR)溶于適量超純水中，加熱煮沸冷卻后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容。

磷酸鹽體系緩沖液配制： KH2PO4，Na2HPO4·12H2O(AR)配置成pH值為5～10的緩沖溶液。

2% H3BO3吸收液配制：2 gH3BO3(AR)溶于100 mL超純水中。

0.01 mol/L H2SO4吸收液配制：移液槍移取543 μL的濃H2SO4(AR)溶液，超純水稀釋至1000 mL。

2.3 納氏試劑法測(cè)定氨氮的原理

水中游離狀態(tài)的NH3或NH4-等形式存在的含氮化合物與納氏試劑反應(yīng)，在適宜的pH值、溫度、靜置顯色時(shí)間下，生成淺紅棕色絡(luò)合物，于420 nm處測(cè)定其吸光度。絡(luò)合物的吸光度(A)與含氮化合物濃度成正比。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液與標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定[2]

移液槍準(zhǔn)確移取10 mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)液0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL，加入1.00 mL KNaC4H4O6溶液，1.5 mL納氏試劑，超純水定容至50 mL，混合均勻，編號(hào)1～8標(biāo)準(zhǔn)溶液，靜置10 min，于420 nm處測(cè)定吸光度，超純水為空白樣。水樣中實(shí)測(cè)吸光度與空白樣品之差，從校正標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得氨氮質(zhì)量(mg)，氨氮含量計(jì)算公式：

(1)

式(1)中：m為校正標(biāo)準(zhǔn)曲線上的氨氮化合物含量，mg；V為測(cè)試水樣體積， mL。

通過(guò)不同濃度的氨氮標(biāo)準(zhǔn)液對(duì)應(yīng)的吸光度校正擬合曲線，見圖1。擬合方程

Abs=-0.0012+5.23174m,R2=0.99996。

圖1 氨氮含量校正擬合曲線

2.5 實(shí)驗(yàn)方法

2.5.1 pH值

移取適量10 mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)液，通過(guò)磷酸鹽緩沖體系調(diào)節(jié)溶液體系pH值(5,6,7,8,9,10)，每pH值取兩組(取10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，10 mL)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。步驟同2.4，在相應(yīng)的pH值下靜置10 min。420 nm處測(cè)吸光度，以水為空白，計(jì)算得到校正吸光度。

2.5.2 反應(yīng)時(shí)間

移取適量10 mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)液，調(diào)pH值至8，每反應(yīng)時(shí)間取兩組(取10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，10 mL)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。步驟同2.4，靜置反應(yīng)時(shí)間：5 min、10 min、20 min、25 min、40 min、420 nm處測(cè)吸光度，以水為空白，計(jì)算得到校正吸光度。

2.5.3 溫度

移取適量10 mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)液，調(diào)pH值至8，通過(guò)恒溫水浴調(diào)整待測(cè)溶液體系的溫度：15 ℃，20 ℃，25 ℃，30 ℃，每溫度區(qū)間取兩組(取10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，10 mL)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。步驟同2.4，在相應(yīng)反應(yīng)溫度下，靜置10 min，以水為空白測(cè)吸光度，計(jì)算得到校正吸光度。

2.5.4 盲樣測(cè)試

按照標(biāo)準(zhǔn)方法HJ 535-2009標(biāo)準(zhǔn)步驟6.2對(duì)盲樣進(jìn)行前處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 pH值對(duì)氨氮測(cè)試值影響

納氏試劑法測(cè)定氨氮時(shí)，OH-濃度會(huì)影響絡(luò)合反應(yīng)平衡，酸性條件下不利于樣品顯色，吸光度與真實(shí)值偏差較大。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出吸光度隨pH值增加而升高，當(dāng)體系達(dá)到弱堿性時(shí)(pH值≈8)，吸光度達(dá)到最大值，此時(shí)測(cè)試結(jié)果趨近與樣品氨氮含量的真實(shí)值。若測(cè)試樣品呈酸性(pH<7)，絡(luò)合物生成量受到抑制，吸光度偏??；當(dāng)pH值繼續(xù)增加，pH值>9時(shí)，待測(cè)液變渾濁，吸光度增大，偏離真實(shí)值。因此最佳pH值條件應(yīng)控制在8左右。不同氨氮含量標(biāo)準(zhǔn)樣品在不同pH值條件下的吸光度，如圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品在不同pH值條件下的吸光度

3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)試值影響

樣品靜置反應(yīng)時(shí)間會(huì)影響顯色效果，進(jìn)而影響樣品中氨氮的吸光度。在pH=8時(shí)，由顯色時(shí)間與吸光度間的關(guān)系可知，隨靜置時(shí)間延長(zhǎng)，樣品的吸光度逐步增大，10 min后逐漸穩(wěn)定。25 min后顯色體系顏色變深，35 min后顏色開始變淺。故顯色時(shí)間控制在10～20 min左右最佳，此時(shí)間段測(cè)定的吸光度與真實(shí)值較為接近，不同靜置反應(yīng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的吸光度，如圖3。

圖3 不同靜置反應(yīng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的吸光度

3.3 溫度對(duì)氨氮測(cè)試值影響

樣品在加入納氏試劑進(jìn)行顯色反應(yīng)，體系所處環(huán)境溫度會(huì)影響絡(luò)合物生成速率，進(jìn)而影響溶液最終顏色。在pH=8，靜置反應(yīng)時(shí)間為10 min的條件下，反應(yīng)溫度為15 ℃時(shí)，吸光度偏低，體系中游離NH3與納氏試劑反應(yīng)不完全，隨著體系反應(yīng)溫度升高，吸光度逐漸增加，溫度達(dá)到25 ℃時(shí)，測(cè)定吸光度趨近與真實(shí)值，顯色基本完全。溫度高于25 ℃后，吸光度再次降低。所以最佳顯色溫度應(yīng)控制在25 ℃，反應(yīng)溫度與吸光度的關(guān)系見圖4。

圖4 反應(yīng)溫度與吸光度的關(guān)系曲線

3.4 盲樣測(cè)定

依據(jù)步驟2.5.4處理好盲樣，調(diào)節(jié)pH值為8左右，反應(yīng)溫度為25 ℃，靜置反應(yīng)時(shí)間10 min，以超純水做空白進(jìn)行測(cè)試。氨氮含量見表1，測(cè)試值誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，該測(cè)量過(guò)程可信。

表1 待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣氨氮含量

4 結(jié)論

本文采用納氏分光光度法測(cè)定水體中氨氮污染物的含量，通過(guò)配制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正擬合，得到氨氮含量-吸光度線性方程：Abs=-0.0012+5.23174m,R2=0.99996。

針對(duì)納氏法測(cè)定水中氨氮含量的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行比對(duì)，考察了不同pH值、靜置顯色時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)氨氮絡(luò)合物吸光度的影響，結(jié)果表明：測(cè)試樣品pH值調(diào)整至8左右，反應(yīng)時(shí)間10 min，體系溫度25 ℃為納氏法最佳反應(yīng)條件。在此條件下測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)品水樣，其相對(duì)誤差≤2%，精密度<5%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該測(cè)試方法可信。