納氏試劑分光光度法測定氨氮前處理方法的改進(jìn)研究

周煜(山東省日照生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 日照 276826)

0 引言

在化學(xué)實驗及化工研究時使用的檢測氨氮測定方法中，HJ 535—2009 《納氏試劑分光光度法》是最常用的方法之一，適用范圍廣，但干擾項也較多[1]。該方法規(guī)定了絮凝沉淀法和預(yù)蒸餾法兩種前處理方式，在待測樣品色度或濁度影響較大，以及鈣鎂等金屬離子含量較高時，通常選擇預(yù)蒸餾法進(jìn)行前處理，可以保證準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。根據(jù)方法要求，預(yù)蒸餾時使用20 g/L的硼酸溶液作為吸收液，但由于四硼酸鹽-硼酸緩沖體系的存在，需使用氫氧化鈉溶液將餾出液的pH值調(diào)至11左右才能保證硼酸被完全中和[2]。每個水樣氨氮含量不同，餾出液的pH值也有差異，準(zhǔn)確調(diào)整餾出液的pH值是整個預(yù)處理環(huán)節(jié)中較為繁瑣的步驟，且國標(biāo)及《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中均未對餾出液的中和處理做出具體規(guī)定，在實際工作中多有不便。

在研究了HJ 536—2009 《水楊酸分光光度法》和HJ 533—2009 《環(huán)境空氣和廢氣 氨的測定 納氏試劑分光光度法》之后，發(fā)現(xiàn)上述兩種方法均使用低濃度硫酸作為吸收液[3-4]，在實際工作中也發(fā)現(xiàn)，納氏試劑法測定氨氣時，使用硫酸吸收液無需額外進(jìn)行中和操作，納氏試劑中的氫氧化鈉完全可以中和多余的硫酸，而且?guī)缀醪挥绊懽罱K結(jié)果。因此，為尋求操作更簡便的預(yù)蒸餾方式，在參考了各項方法之后，本文選擇0.005 mol/L的硫酸溶液作為蒸餾吸收液，采用實際樣品加標(biāo)回收、國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)兩種方式進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度試驗，對硫酸替代硼酸作為吸收液的可行性進(jìn)行了初步研究，為水中氨氮測定方法的前處理程序提供一點參考。

1 實驗儀器與試劑

1.1 實驗儀器

選用紫外可見分光光度計(TU1810)；智能一體化蒸餾儀(ST106-3RW)；電子天平(AL204)。

1.2 試劑

納氏試劑：稱取16.0 g氫氧化鈉溶于50 mL水中，冷卻至室溫。稱取7.0 g碘化鉀和10.0 g碘化汞溶于水中，將此溶液在攪拌下加入上述50 mL氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL。

酒石酸鉀鈉溶液(ρ=500 g/L)：稱取50.0 g酒石酸鉀鈉溶于100 mL水中，充分加熱煮沸至體積減少1/2，冷卻后使用無氨水稀釋至100 mL。

溴百里酚藍(lán)指示劑(ρ=0.5 g/L)：稱取0.05 g溴百里酚藍(lán)溶于50 mL水中，加入10 mL無水乙醇，用水稀釋至100 mL。

氫氧化鈉溶液(ρ=40 g/L)：稱取4 g氫氧化鈉溶于水中，稀釋至100 mL。

輕質(zhì)氧化鎂：500 ℃加熱處理。

硫酸吸收液(c(H2SO4)=0.005 mol/L)：量取0.70 mL硫酸加入水中，稀釋至250 mL，臨用時再用水稀釋 10 倍。

氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(ρN=10 μg/mL)：吸取10.00 mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液(ρN=500 μg/mL)于500 mL容量瓶中，稀釋至刻度。

實驗室用水均為新鮮二級水，氨氮標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液為環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 實驗過程及結(jié)果

2.1 校準(zhǔn)曲線的測定

在8個50 mL比色管中，分別加入0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00 mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，對應(yīng)的氨氮含量分別為0.0、5.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100 μg，加水至標(biāo)線。加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入1.0 mL納氏試劑，搖勻。放置10 min后，在420 nm波長下，使用2 cm比色皿，以水為參比，測量吸光度。以減去空白后的吸光度為縱坐標(biāo)，以其對應(yīng)的氨氮含量(μg)為橫坐標(biāo)，繪制校正曲線。得到回歸方程y=0.001+0.006 92x，相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，具體測定結(jié)果如表1所示。

表1 氨氮校準(zhǔn)曲線測定結(jié)果

2.2 實際樣品加標(biāo)回收率的測定

分別對來自河流斷面1(樣品1)、河流斷面2(樣品2)和某企業(yè)間接排放口(樣品3)三個點位的實際樣品進(jìn)行6次平行測定，同時對加標(biāo)樣品進(jìn)行6次平行測定，計算加標(biāo)回收率，操作過程如下：向250 mL容量瓶內(nèi)加入50 mL硫酸溶液，確保冷凝管出口在硫酸溶液液面之下；分取250 mL樣品移入500 mL燒瓶中，加幾滴溴百里酚藍(lán)指示劑，使用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH至6.0(指示劑呈黃色)～7.4(指示劑呈藍(lán)色)，加入0.25 g輕質(zhì)氧化鎂及數(shù)粒玻璃珠，立即連接蒸餾器和冷凝管；加熱蒸餾，控制餾出液速率約為10 mL/min，待餾出液達(dá)200 mL時，停止蒸餾，加水定容至250 mL；直接量取定容后的水樣50 mL按與校準(zhǔn)曲線相同的步驟測量吸光度，同時做2個吸收液空白，以吸收液空白校正后的吸光度進(jìn)行計算，具體結(jié)果如表2所示。

表2 實際樣品加標(biāo)回收率測定結(jié)果統(tǒng)計

由表2可知，樣品1的加標(biāo)回收率為98.7%，實際樣品和加標(biāo)樣品的相對平均偏差分別為2.2%、2.65%；樣品2的樣品1的加標(biāo)回收率為104%，實際樣品和加標(biāo)樣品的相對平均偏差分別為3.10%、1.23%；樣品3的加標(biāo)回收率為102%，實際樣品和加標(biāo)樣品的相對平均偏差分別為2.65%、3.24%。3組樣品的加標(biāo)回收率均在95%至105%之間，相對平均偏差均在5%之內(nèi)，滿足實驗室內(nèi)樣品準(zhǔn)確度和精密度的要求[5]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定

對環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所的氨氮標(biāo)樣批號：2005131(標(biāo)準(zhǔn)樣品1)、2005117(標(biāo)準(zhǔn)樣品2)和2005119(標(biāo)準(zhǔn)樣品3)按2.2中實驗步驟進(jìn)行6次平行測定，具體結(jié)果如表3所示。

由表3結(jié)果可知，標(biāo)準(zhǔn)樣品2005131、2005117、2005119的6次平行及平均值均在保證值內(nèi)，準(zhǔn)確度滿足質(zhì)控要求；3組標(biāo)準(zhǔn)樣品的相對平均偏差分別為0.93%、1.08%和1.19%，精密度滿足質(zhì)控要求。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果統(tǒng)計

2.4 比對試驗

對采自河流斷面3(樣品4)、河流斷面4(樣品5)和某企業(yè)間接排放口2(樣品6)三個點位的實際樣品，按照2.2實驗步驟分別使用硼酸吸收液和硫酸吸收液進(jìn)行6次平行測定，具體結(jié)果如表4～表6所示。

表4 實際樣品測定結(jié)果統(tǒng)計(硼酸吸收液)

表6 實際樣品比對結(jié)果統(tǒng)計

由表4、表5可知，使用硼酸吸收液測定樣品4、樣品5和樣品6得到了較好的結(jié)果，三組樣品的相對平均偏差在1.1%～6.9%之間，加標(biāo)回收率在96.3%～105%之間，精密度和準(zhǔn)確度均滿足質(zhì)控要求；使用硫酸吸收液測定樣品4、樣品5和樣品6，相對平均偏差在1.45%～3.59%之間，加標(biāo)回收率在96.7%～103%之間，精密度和準(zhǔn)確度也滿足質(zhì)控要求?？傮w上看，在高中低三個濃度的樣品中，使用硼酸吸收液和硫酸吸收液的樣品平均值基本一致，加標(biāo)回收率也基本在同一水平，兩組之間無明顯差異，平均相對偏差在0.15%～4.40%之間，符合國控采測分離作業(yè)指導(dǎo)書中精密度要求(樣品濃度≤1.00 mg/L時，相對平均偏差≤10%；樣品濃度＞1.00 mg/L時，相對平均偏差≤5%)；在低濃度樣品中，使用硼酸吸收液測得樣品4及樣品4加標(biāo)的相對平均偏差分別為6.93%和5.44%，使用硫酸吸收液測得樣品4及樣品4加標(biāo)的相對平均偏差分別為3.9%和2.18%，使用硼酸吸收液測得的樣品精密度略差于硫酸吸收液；在高濃度樣品中，使用硼酸吸收液測得樣品6及樣品6加標(biāo)的相對平均偏差分別為2.84%和2.03%，使用硫酸吸收液測得樣品4及樣品4加標(biāo)的相對平均偏差分別為1.66%和1.45%，同樣發(fā)現(xiàn)使用硼酸吸收液測得的樣品精密度略差于硫酸吸收液。

表5 實際樣品測定結(jié)果統(tǒng)計(硫酸吸收液)

因此，通過使用2種吸收液進(jìn)行實際樣品測定發(fā)現(xiàn)，使用2種吸收液均能達(dá)到較好的試驗結(jié)果，硫酸吸收液測定的樣品精密度和準(zhǔn)確度上和硼酸吸收液基本保持一致水平，可以滿足質(zhì)控要求，并在低濃度樣品中精密度更能取得較好的結(jié)果，數(shù)據(jù)離散水平低于硼酸吸收液，可以替代原標(biāo)準(zhǔn)中的硼酸吸收液使用。

3 結(jié)果分析

硫酸作為強(qiáng)酸，相比硼酸可以更快地吸收蒸餾出的氨，而氨極易溶于水，因此硫酸溶液在理論上完全可以作為蒸餾吸收液使用；此外，每份比色體積50 mL的0.005 mol/L硫酸吸收液中含有H+0.25 mmol，1 mL納氏試劑中含有OH-4 mol，足以中和掉多余的硫酸并且不影響比色所需的堿度。本文使用0.005 mol/L的硫酸溶液作為蒸餾吸收液開展了初步的方法確認(rèn)研究，進(jìn)行了3組實際樣品的基體加標(biāo)回收率的6次平行測定、3組標(biāo)準(zhǔn)樣品的6次平行測定，以及使用硼酸吸收液和硫酸吸收液3組實際樣品的比對測定，結(jié)果表明實際樣品的加標(biāo)回收率均在95%至105%之間，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值均在保證值內(nèi)，6組樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在5%以內(nèi)，比對試驗的樣品相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%以內(nèi)，準(zhǔn)確度和精密度滿足質(zhì)量控制要求。

4 結(jié)語

本研究表明使用低濃度硫酸溶液作為氨氮的蒸餾吸收液，既可以省去硼酸餾出液pH值的調(diào)整過程，也可保證樣品準(zhǔn)確度和精密度的要求，數(shù)據(jù)可靠，在實際工作中可以應(yīng)用。