探究納氏試劑分光光度法檢測水中氨氮存在實(shí)驗(yàn)偏差的影響因素

陳江 (四川省宜賓生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 宜賓 644000)

0 引言

為了盡可能確保納氏試劑分光光度計(jì)檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性，研究和消除影響水中氨氮含量測定結(jié)果的因素就顯得至關(guān)重要。本文對納氏試劑分光光度法測定水中氨氮含量的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了嚴(yán)格地剖析，對可能造成實(shí)驗(yàn)誤差的影響因素做出了詳細(xì)的探究，并對消除影響因素和條件優(yōu)化做出了分析和總結(jié)，希望通過本次實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)樵摲椒ㄔ趯?shí)際情形中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)原理

水中的氨氮一般以銨離子或游離態(tài)氨等形態(tài)存在，并且該形態(tài)下的離子會(huì)與納氏試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，生成淡紅色的絡(luò)合物。該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量在波長420 nm處呈現(xiàn)出正比的線性關(guān)系。

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

分光光度計(jì)、具塞比色管、電子天平、全玻璃蒸餾器、容量瓶、移液槍、磨口塞玻璃瓶、聚乙烯容量瓶、燒杯、濃硫酸、氫氧化鉀、碘化鉀、二氯化汞、無氨水、奈斯勒試劑、酒石酸鉀鈉、氯化銨 (優(yōu)級(jí)純)。

2.2 方法

2.2.1 無氨水的配制

取0.1 mL相對分子質(zhì)量98%的濃硫酸緩慢倒入盛有1 000 mL蒸餾水的全玻璃蒸餾器中進(jìn)行蒸餾處理，待蒸餾出液滴后，舍去蒸餾前端50 mL蒸餾液和最后殘余的50 mL殘留液，同時(shí)要使用帶有磨口玻璃塞的玻璃瓶收集中間餾分，待用。需注意無氨水需配制兩次才能滿足后續(xù)實(shí)驗(yàn)需求。

2.2.2 銨標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制

在電子天平上準(zhǔn)確稱量1.909 5 g氯化銨，放入干凈的燒杯中用無氨水進(jìn)行溶解，溶解完全后轉(zhuǎn)入500 mL的容量瓶中，此時(shí)注意燒杯要用無氨水沖洗3遍，并將沖洗液倒入容量瓶中，然后再添加無氨水定容至刻度線，此時(shí)容量瓶中為1.00 mg/mL銨標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。使用移液槍準(zhǔn)確移取2.5 mL銨標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液放入250 mL容量瓶中，添加無氨水定容至刻度線，此時(shí)容量瓶中為0.010 mg/mL的銨標(biāo)準(zhǔn)使用液。配置過程均使用無氨水。

2.2.3 納氏試劑的配制

(1)用電子天平準(zhǔn)確稱量15 g氫氧化鉀和7.08 g奈斯勒試劑；

(2)50 mL無氨水在燒杯內(nèi)將稱量好的氫氧化鉀粉末充分溶解，并將其降溫到25 ℃；

(3)稱量好的奈斯勒試劑用20 mL無氨水溶解后，借助超聲設(shè)備促進(jìn)溶解。若超聲可充分溶解，就要用移液槍向里面逐滴加入二氯化汞溶液，產(chǎn)生朱紅色絡(luò)合物就馬上停下操作；若超聲后就已經(jīng)出現(xiàn)朱紅色絡(luò)合物，則無需滴加二氧化汞溶液。

2.2.4 酒石酸鉀鈉溶液

在電子天平上準(zhǔn)確稱量50 g酒石酸鉀鈉放入燒杯內(nèi)，然后放入100 mL無氨水進(jìn)行溶解，加熱沸騰一段時(shí)間，盡可能除盡氨后，再降溫至25 ℃，然后將除去氨后的液體倒入100 mL容量瓶中，并定容。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

取干凈的50 mL具塞比色管8支，并進(jìn)行1～8號(hào)的標(biāo)記，向管內(nèi)依次加入0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL和10.00 mL銨標(biāo)準(zhǔn)使用液，并用水定容至刻度線，再統(tǒng)一加入1.00 mL配制好的酒石酸鉀鈉溶液，渦旋混勻后靜置15 min。在使用分光光度計(jì)測定吸光度時(shí)，要選擇10 mm光程的比色皿并將波長調(diào)至420 nm，選用純水作為參照標(biāo)準(zhǔn)。加入銨標(biāo)準(zhǔn)使用液所得吸光度，與純水對照組測得的吸光度，其二者之差即為校正吸光度。

2.4 水樣測定

取干凈的50 mL具塞比色管9支，并進(jìn)行1～9號(hào)的標(biāo)記，其中1～8號(hào)具塞比色管依次放入0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、 8.00 mL和 10.00 mL銨 標(biāo) 準(zhǔn)使用液，并用無氨水定容至刻度線；第9支具塞比色管內(nèi)直接加入50 mL處理好的水樣。然后向9支具塞比色管中均放入1.00 mL配制好的酒石酸鉀鈉溶液，經(jīng)渦旋后，再分別放入1.00 mL納氏試劑并渦旋搖勻，靜置15 min。在420 nm波長條件下，選擇1 cm光程的比色皿進(jìn)行測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擬合程度R2為0.9671，表明該圖所得回歸方程可以表示凈吸光度與氨氮含量的關(guān)系。因此，測得水樣中的凈吸光度，就可以通過標(biāo)準(zhǔn)曲線圖和線性回歸方程計(jì)算出水中氨氮含量。

3.2 水樣中干擾物質(zhì)的影響

檢測水樣中若存在不透明的渾濁物質(zhì)，或者被染成其他顏色，就會(huì)檢測氨氮含量或多或少地造成偏差。因此，在測定水樣前必須采用一定的技術(shù)方法進(jìn)行清潔。目前水樣處理的方法有很多，而且能夠根據(jù)水樣的不同狀態(tài)針對性地處理，例如，可用絮凝沉淀法處理水質(zhì)本來就比較好的水樣；可用蒸餾法處理工廠排放的廢棄污水；可用酸堿中和方法處理有機(jī)廢水，避免有機(jī)氮在酸性環(huán)境中被分解成氨氮。在相同酸性環(huán)境下，無機(jī)廢水中氨氮的轉(zhuǎn)化效率會(huì)明顯低于有機(jī)廢水，因此存放數(shù)日，在檢測時(shí)也幾乎不會(huì)對氨氮含量造成太大的影響。

3.3 顯色時(shí)間的影響

在實(shí)際檢測時(shí)，顯色時(shí)間的長短對吸光度存在一定影響，這可能造成水中氨氮含量的變化。為驗(yàn)證這一猜想，我們又對顯色時(shí)間和水樣吸光度進(jìn)行了有關(guān)測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，顯色時(shí)間并不是越長越好。當(dāng)顯色時(shí)間在10 min以內(nèi)時(shí)，雖然吸光度展現(xiàn)出增長現(xiàn)象但數(shù)值并不是很高；當(dāng)顯色時(shí)間在15～35 min之間時(shí)，吸光度的趨勢呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，且數(shù)值達(dá)到最高；當(dāng)顯色時(shí)間大于40 min時(shí)，吸光度表現(xiàn)出下降的狀態(tài)而且數(shù)值是緩慢降低的。綜上所述，在使用納氏試劑分光光度法測定水中氨氮過程中，顯色時(shí)間最好是在15～35 min之間。

3.4 顯色溫度的影響

有實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)溫度會(huì)對納氏試劑以及水中氨氮的轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生影響，從而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差。為驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)結(jié)論并且確定納氏試劑分光光度法檢測氨氯含量最適的顯色溫度，我們確定了7個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)溫度，并采用相同的15 min顯色時(shí)間進(jìn)行檢測。試驗(yàn)結(jié)果表明，顯色溫度為20～25 ℃時(shí)顯色比較充分且吸光度的數(shù)值較大。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中最好選用20～25 ℃為檢測時(shí)的實(shí)驗(yàn)溫度。如果實(shí)驗(yàn)室溫度過低，為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，增加顯色時(shí)間是非常好的解決辦法。

3.5 實(shí)驗(yàn)用水

在實(shí)驗(yàn)過程中，無論是試劑配制還是清洗儀器都要使用無氨水，不然驗(yàn)空白值較高。而空白值表明在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中存在干擾信息，過高的時(shí)候會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。為避免空白值過高，試驗(yàn)用水一律選擇無氨水。為了防止空氣中的氨進(jìn)入無氨水中，對無氨水的容量瓶要進(jìn)行密封處理，并且與氨水、銨鹽等試劑保持距離，分區(qū)域保存。

4 結(jié)語

綜上所述，影響水中氨氮含量測定的因素有很多，在水體檢測過程中盡量避免實(shí)驗(yàn)誤差，提高檢測準(zhǔn)確度至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水樣中的干擾物質(zhì)、顯色時(shí)間、顯色溫度和試驗(yàn)用水均會(huì)對水中氨氮含量產(chǎn)生或多或少的影響，而這些影響會(huì)直接關(guān)系到環(huán)境監(jiān)管部門對水環(huán)境的管控和處理決定。因此我們要根據(jù)水樣測定時(shí)存在的問題有針對性地對這些影響因素采取有效措施，例如盡可能消除水樣中的渾濁物、金屬離子等干擾物質(zhì)，選擇適宜的顯色溫度和時(shí)間，正確使用試驗(yàn)用水等。此外，還要對實(shí)驗(yàn)過程中其他有可能造成檢測結(jié)果大幅變化的因素如水樣的PH值、納氏試劑穩(wěn)定性等進(jìn)行探索和研究，確定它們的影響效果和影響原因，然后確定有效的解決措施來消除影響。