水中氨氮含量的測定方法研究進(jìn)展

何璐紅，常新中，周 惠

(河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042)

1 背景和意義

1.1 背景

中國是一個嚴(yán)重缺水的國家，淡水資源不足世界人均水資源的1/4，是世界上13個缺水國家之一。此外我國水資源還存在分布不均勻的現(xiàn)象。約有4/5的淡水資源集中在南方，北方淡水資源僅占我國淡水資源總量的1/5[1]。近年來，隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展使得水資源污染形勢變得更為嚴(yán)峻。一些工業(yè)廢水、工業(yè)垃圾、工業(yè)廢氣，甚至生活污水、生活垃圾、肥料和農(nóng)藥通過不同的方式進(jìn)入水體中造成水資源污染，一系列由水體污染帶來的負(fù)面影響接踵而至。水體富營養(yǎng)化、水中魚蝦等生物大量死亡、生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞、人類飲用受污染的水體后對身體造成不同程度的損害等問題頻現(xiàn)。水資源污染問題受到越來越多的科研工作者的關(guān)注。氨氮是水體富營養(yǎng)化主要污染物之一，對魚類及某些水生生物有毒害作用。水中氨氮檢測方法和治理方法的研究是科研工作者的熱門研究話題之一。

1.2 目的和意義

水中氨氮是指污水被微生物分解后能夠?qū)︳~類和水中生物產(chǎn)生毒害作用的含氮有機(jī)物總稱[2]。氨氮以游離氨和銨鹽的形式存在于水中，它們的組成由酸堿度和水溫決定[3]，一般來說pH值和水溫越高則游離氨組成比例就越高。游離氨是引起水生生物毒害的主要因子，而銨鹽相對毒性較小。在國家標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類地面水中游離氨的濃度要求為不大于1 mg/L。氨氮作為水體中一種常見污染物其來源十分廣泛，自然因素和人為因素均能造成水中氨氮的產(chǎn)生，其主要來源包括自然界中氨和亞硝酸鹽的相互轉(zhuǎn)化、工業(yè)含氮廢渣廢水廢氣通過各種途徑流入水體、農(nóng)田使用的含氮肥料經(jīng)雨水沖刷流入水體等途徑[4]。水體中氨氮含量過高是水體富營養(yǎng)化表現(xiàn)之一，會對魚類和水中生物的生長造成危害，氨氮經(jīng)食物鏈等途徑進(jìn)入人體后也會對身體造成不同程度的損害。因此，氨氮也成為了衡量水體水質(zhì)好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。水中氨氮的檢測對于水資源保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)的改善具有重要意義。

目前，國內(nèi)外眾多科研工作者研發(fā)出多種對水中氨氮的檢測和治理體系，但這些方法體系也都存在著不同程度的缺陷，如可操作性不強(qiáng)、測量結(jié)果達(dá)不到要求、容易造成二次污染等。經(jīng)過比較分析，該課題主要采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行改良性研究，以期能夠在提高測量精度的基礎(chǔ)上，減少有毒有害試劑的危害，同時減少實(shí)驗(yàn)對環(huán)境造成二次污染。

2 國內(nèi)外研究進(jìn)展

目前分光光度法和蒸餾中和滴定法是我國實(shí)驗(yàn)室用于測定水中氨氮最常用的方法，國外用于測定水中氨氮的方法則更傾向于電化學(xué)分析法、儀器分析法以及其他分析方法[4]。

2.1 分光光度法

分光光度法是一種對物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的物理研究方法。它的基本原理是依靠物質(zhì)和光的選擇性吸收特性。不同的物質(zhì)具有不同的分子結(jié)構(gòu)對不同波長的光的吸收能力各不相同。即使是同一種物質(zhì)，由于其含量不同，其吸光程度也有所不同。通過獨(dú)特的吸收光譜(定性分析)或通過吸收特定波長的光來測量物質(zhì)含量(定量分析)的方法稱為分光光度法。它具有靈敏度高、操作簡單、快速等優(yōu)點(diǎn)，是生化實(shí)驗(yàn)中最常用的實(shí)驗(yàn)方法。納氏試劑分光光度法和水楊酸次氯酸鹽光度法是目前我國實(shí)驗(yàn)室較為常用2種分光光度法。二者原理基本相同均是依靠顯色反應(yīng)。納氏試劑分光光度法是借助納氏試劑中的碘離子和汞離子在強(qiáng)堿性條件下與氨進(jìn)行過量反應(yīng)，生成紅棕色膠體化合物，該化合物在420 nm波長下具有強(qiáng)吸收性[5]。氨氮含量可以通過測試反應(yīng)溶液的吸收值來確定，氨氮量越高，其吸光度也越高，經(jīng)過特定關(guān)系進(jìn)行計算并最終測得水中氨氮量。水楊酸次氯酸鹽光度法是在堿性條件下用亞硝基鐵氰化鈉作為催化劑，使水中的氨、銨根離子和水楊酸鹽及次氯酸反應(yīng)可生成藍(lán)色化合物，用分光光度計在波長697 nm處測量其吸光度[6-8]。中國學(xué)者郭曉穎[9]分別采用納氏試劑分光光度法和水楊酸次氯酸鹽分光度法測定水中氨氮，結(jié)果表明水楊酸法的精確度和穩(wěn)定性比納氏法略高，但回收率較低且不適用應(yīng)急突發(fā)事件的檢測。迪姆特卡亞和加里寧琴科[10]也對納氏試劑分光光度法進(jìn)行過研究，研究結(jié)果表明納氏試劑與乙二胺及其它脂肪族多胺相互作用的產(chǎn)物是不同組成的不溶性絡(luò)合物和可溶性有色絡(luò)合物，后者僅在氨存在下形成，證明了納氏法檢測水中氨氮的可行性。

2.2 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法最早由德國化學(xué)家C.溫克勒爾提出。電化學(xué)分析是一種基于溶液電化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)分析方法，其基礎(chǔ)依據(jù)是電化學(xué)池中的電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)溶液的電化學(xué)性質(zhì)(如電極電位、電流、電導(dǎo)率、電量等)與被測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì)之間的關(guān)系(如化學(xué)組成、電解質(zhì)溶液的濃度等)，將被測物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)換成電參數(shù)進(jìn)行測量[11]。電化學(xué)分析法用于水中氨氮測定的研究方法中最常用的是氨氣敏電極法。氨氣敏電極法其原理是能量的動態(tài)平衡，在氨氣敏電極中電位的變化主要是通過調(diào)節(jié)水樣的pH值使銨鹽轉(zhuǎn)化為氨水，水樣中氨氮的含量就能通過pH值的變化來顯示，根據(jù)能量的動態(tài)平衡最終可用能斯特方程計算出水樣中氨氮的含量[12-13]。吳正華[12]對氨氣敏電極法和納氏試劑分光光度法測定不同濃度水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比，結(jié)果顯示氨氣敏電極法能更快地反映水質(zhì)變化情況，但不適合用于測定低濃度水樣。

2.3 儀器分析法

儀器分析法是近代興起的一種分析方法，使用較特殊儀器以物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)對物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析的分析方法。儀器分析法用于水中氨氮測定的研究方法中最常用的是色譜法。色譜法依靠水樣中不同物質(zhì)在兩相之間分配的不同導(dǎo)致隨流動相運(yùn)動速度也不同，隨著流動相的運(yùn)動使得水樣中氨氮分離出來從而實(shí)現(xiàn)水樣中氨氮含量的檢測[14]。馬云云[15]等使用離子色譜法對環(huán)境中水樣進(jìn)行氨氮測定，測定結(jié)果表明離子色譜法檢出限低于國標(biāo)要求，可以滿足監(jiān)測工作的需求。瑪莉亞·費(fèi)爾南達(dá)安古洛[16]等還提出將超快丹?；瘲l件與超高效液相色譜法結(jié)合用于選擇性測定葡萄酒和啤酒中的生物胺的設(shè)想，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證后最終得出結(jié)論：新的色譜法比傳統(tǒng)高效液相色普法分析時間減少了60%，大大提高了檢測效率。

2.4 其他分析方法

目前在國外氨氮檢測體系中，蒸餾中和滴定法、流動注射法等也是較為常用檢測方法。蒸餾中和滴定法是將硼酸作為吸收液用以吸收水樣中蒸餾出的氮，再以鹽酸滴定從而計算出吸收液中的氨氮[4，17]。流動注射法是借助分光光度計、原子吸收分光光度計、離子計、熒光光度計等儀器對流動的水樣進(jìn)行容量測定，從而得出被測水樣中的氨氮含量[18-19]。

3 結(jié)論

綜上所述，水中氨氮含量的測定方法目前已經(jīng)比較成熟且完整，每種檢測方法都有特點(diǎn)和適用條件，在選取時需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考量來定。同時隨著檢測儀器的快速發(fā)展在不久的將來還會有一些新技術(shù)新機(jī)器出現(xiàn)，為水中氨氮含量的準(zhǔn)確測定提供快捷便利的檢測方法。