紫外可見分光光度計(jì)在快速測(cè)定污水氨氮質(zhì)量濃度中的應(yīng)用

張夢(mèng)偉，王琳

（河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000）

煤化工產(chǎn)業(yè)是一些煤炭資源型城市工業(yè)經(jīng)濟(jì)或產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要支柱，在煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，城市新水的使用量和工業(yè)廢水的產(chǎn)生量都十分巨大，如果不對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的廢水進(jìn)行處理，不僅僅會(huì)導(dǎo)致周邊城市居民的生活用水質(zhì)量下降，更會(huì)造成地下水資源的無端浪費(fèi)和城市生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。因此，煤化工產(chǎn)業(yè)中應(yīng)對(duì)工業(yè)污水進(jìn)行定時(shí)定量的檢測(cè)和處理，其中，污水水體的氨氮質(zhì)量濃度是最為常規(guī)且必要的一項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)。

煤化工產(chǎn)業(yè)污水中的氨氮（NH3-N）一般是指以游離氨（NH3）或銨鹽（NH4+）形式存在于水體中的氮，當(dāng)其質(zhì)量濃度超過一定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境及用水人群的健康均具有不同程度的危害影響[1-2]。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）內(nèi)容的規(guī)定，氨氮質(zhì)量濃度是判斷水體污染程度的重要指標(biāo)，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中常規(guī)的必測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)之一[3]。目前，對(duì)于水體中氨氮質(zhì)量濃度的最常用測(cè)定方法是國(guó)標(biāo)法，即納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009），但其測(cè)定結(jié)果受試驗(yàn)器皿及其他外界干擾因素較多，測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性較差[4-5]，另外，也有使用COD 快速測(cè)定儀對(duì)水樣的氨氮質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)定結(jié)果的精確度符合要求，但該設(shè)備儀器及配套試劑價(jià)格昂貴，致使單次測(cè)定及分析的成本較高[6]。綜上所述，亟需一種方便快捷、經(jīng)濟(jì)有效、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性均滿足測(cè)定要求的，適用于煤化工產(chǎn)業(yè)日常污水氨氮檢測(cè)的方法。對(duì)此，本文選擇紫外可見分光光度計(jì)用以測(cè)定水體中的氨氮質(zhì)量濃度，設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)對(duì)該種方法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原理

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，煤化工產(chǎn)業(yè)的污水及循環(huán)水中以游離態(tài)氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)將生成淡紅棕色的絡(luò)合物，并且該絡(luò)合物的吸光度與氨氮質(zhì)量濃度成正比。因此，設(shè)計(jì)于波長(zhǎng)420 nm 處使用Cary 60 紫外可見分光光度計(jì)對(duì)氨氮標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液進(jìn)行測(cè)定試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)器具

1）紫外可見分光光度計(jì)。

2）氨氮標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液：①氨氮標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%）：稱取3.8190g 氯化銨（NH4Cl，優(yōu)級(jí)純，100～105 ℃干燥2 h），溶于水后移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，可在2～5 ℃保存1 個(gè)月，此溶液每毫升含1.00 mg 氨氮；②氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.001%）：吸取5.00 mL 氨氮標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液于500 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，此溶液每毫升含0.010 mg 氨氮。臨用前配制。

3）酒石酸鉀鈉溶液；稱取50 g 酒石酸鉀鈉溶于100 mL 水中，加熱煮沸以除去氨，充分冷卻至室溫，定容至100 mL。

4）納氏試劑；稱取16 g 氫氧化鈉，溶于50 mL水中，充分冷卻至室溫。另稱取7 g 碘化鉀和10 g碘化汞（HgI2)溶于水，然后將此溶液在攪拌下徐徐注入氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL，貯存在聚乙烯瓶中，密塞保存。

5）50 mL 具塞比色管。

6）刻度吸管1 mL 2 支，5 mL 1 支。

1.3 試驗(yàn)步驟

首先，利用預(yù)先配置的氨氮工作溶液使用紫外可見分光光度計(jì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣氨氮質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)定。然后，根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制校準(zhǔn)曲線，以查看波長(zhǎng)420 nm 條件下溶液質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系是否滿足檢測(cè)要求，以此驗(yàn)證紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)水體氨氮質(zhì)量濃度的可行性。最后，采取3 種不同的測(cè)定方法（可見分光光度計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)以及COD 快速測(cè)定儀）對(duì)同一來源的污水水樣進(jìn)行測(cè)定，對(duì)比分析測(cè)定結(jié)果，以此評(píng)估紫外可見分光光度計(jì)的實(shí)際測(cè)定效果。

2 繪制校準(zhǔn)曲線

首先，在6 個(gè)50 mL 比色管中，分別加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL 氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，其所對(duì)應(yīng)的氨氮分別為0.0、10.0、20.0、30.0、40.0和50.0 溶液濃度，加水至標(biāo)線。然后，加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，在容器內(nèi)搖勻后，加入納氏試劑1.5 mL，再次搖勻。最后，在常溫清潔區(qū)域放置10 min 后，用光程20 mm 比色皿，于波長(zhǎng)420 nm 下測(cè)定試樣溶液的吸光度，以水為參比。結(jié)果如表1 所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣的吸光度測(cè)試結(jié)果

以空白校正后的吸光度為縱坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)的氨氮質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，如圖1 所示，水中氨氮質(zhì)量濃度與吸光度呈正相關(guān)線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.999 6。

圖1 校正曲線

3 污水樣品測(cè)定

經(jīng)校正曲線可以確認(rèn)紫外可見分光光度計(jì)在測(cè)定氨氮質(zhì)量濃度的可行性和有效性。在此基礎(chǔ)上，配制兩種污水試樣（清潔水樣和有懸浮物或色度干擾的水樣），然后分別使用可見分光光度計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)以及COD 快速測(cè)定儀三種方法，對(duì)以上兩種試樣測(cè)定氨氮濃度。結(jié)果如表2 所示。

根據(jù)表2 所示的測(cè)定結(jié)果可以看出，對(duì)于清潔水樣，可見分光光度計(jì)及與紫外可見分光光度計(jì)的測(cè)定平均值相同，COD 快速測(cè)定儀的測(cè)定結(jié)果偏小，且紫外可見光光度計(jì)測(cè)定結(jié)果的方差最小。對(duì)于懸浮物或色度干擾的水樣，測(cè)定結(jié)果的平均值從大至小依次為：可見分光光度計(jì)＞COD 快速測(cè)定儀＞紫外可見分光光度計(jì)，測(cè)定結(jié)果的方差從大至小依次為：可見分光光度計(jì)＞COD 快速測(cè)定儀＞紫外可見分光光度計(jì)。將兩種水樣的測(cè)定結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同清潔程度的水樣，紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定結(jié)果相差最小，為0.2，穩(wěn)定性最好，同時(shí)，也表明普通可見分光光度計(jì)受水樣清潔度或色度的影響較為顯著。

表2 不同方法下不同污水樣氨氮質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

總之，在清潔水樣情況下，紫外可見分光光度計(jì)的測(cè)定結(jié)果與其他兩種方法相差不大，在懸浮物或色度干擾的水樣情況下，該方法測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性更勝一籌，結(jié)合前述繪制校正曲線的結(jié)果，該方法測(cè)定污水氨氮質(zhì)量濃度的有效性和準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步證實(shí)。

4 結(jié) 論

本文改進(jìn)采用紫外可見分光光度計(jì)來測(cè)定煤化工污水中的氨氮質(zhì)量濃度，通過測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣溶液繪制校準(zhǔn)曲線，并配制兩種不同清潔度的試樣對(duì)比三種測(cè)定方法的試驗(yàn)結(jié)果，清潔水樣條件下三者的測(cè)定結(jié)果基本一致，不同清潔程度水樣條件下紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定結(jié)果與清潔水樣條件下的結(jié)果相差最小，結(jié)合校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)為 0.999 6，紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性得以證明，以此解決了之前使用可見分光光度計(jì)測(cè)定氨氮質(zhì)量濃度結(jié)果易受外界因素干擾的問題，大大提高了污水水樣氨氮質(zhì)量濃度的測(cè)定效率。