氣相法和納氏法測定氨氮的影響因素探究

王笑晨

(上海市青浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 201799)

1 方法原理

本實驗選用HJ/T 195-2005水質(zhì) 氨氮的測定 氣相分子吸收光譜法和HJ535-2009 水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法。

氣相分子吸收光譜法原理：在含有2%～3%的鹽酸介質(zhì)中，水樣通過無水乙醇煮沸除去亞硝酸鹽等干擾，用次溴酸鹽氧化劑將氨及銨鹽氧化成等量亞硝酸鹽，以亞硝酸鹽氮的形式采用氣相分子吸收光譜法測定氨氮的含量。

納氏試劑分光光度法原理：氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，在波長420 nm處進行分光光度測定。

2 實 驗

2.1 實驗主要儀器

2.1.1 氣相分子吸收光譜法主要儀器

氣相分子吸收光譜儀配置自動進樣器/自動氧化系統(tǒng)(型號：GMA3386，出廠編號：10200306A)，上海北裕分析儀器股份有限公司；鋅(Zn)空心陰極燈；進樣管若干。

工作條件：空心陰極燈電流3～5 mA；載氣(空氣)流量：0.5 L/min；工作波長：213.9 nm；光能量保持在100%～117%范圍內(nèi)；測量方式：峰高或峰面積。

2.1.2 納氏試劑分光光度法主要儀器

752N紫外分光光度計；50 mL磨口具塞比色管；100 mL離心管；離心機等。

2.2 實驗主要試劑

2.2.1 氣相分子吸收光譜法主要試劑

(1)1:1鹽酸：濃鹽酸和純水等體積混合。

(2)40%氫氧化鈉溶液：取400 g氫氧化鈉，加水稀釋至1000 mL。

(3)25%鹽酸+30%乙醇混合溶液(提前一天配制)：取 250 mL濃鹽酸，加入300 mL乙醇，加水稀釋到1000 mL。

(4)溴酸鹽混合儲備液：取2.81 g溴酸鉀(KBrO3)和30 g溴化鉀(KBr)，加水稀釋至500 mL，搖勻備用。

(5)次溴酸鹽氧化劑(現(xiàn)配現(xiàn)用)：取6 mL溴酸鹽混合儲備液于棕色磨口試劑瓶中，加入200 mL水及12.0 mL 1:1鹽酸，密塞搖勻后暗處放置5 min。到時間后，加入100 mL 40%氫氧化鈉溶液，待小氣泡逸盡后使用。

(6)氨氮儲備標(biāo)準(zhǔn)溶液2 mg/L：取2 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液到 500 mL容量瓶，加水并定容至刻度(環(huán)保部氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，批號：102235，濃度：500 mg/L)。

2.2.2 納氏試劑分光光度法主要試劑

(1)250 g/L氫氧化鈉溶液：取25 g氫氧化鈉，加水稀釋至100 mL。

(2)100 g/L硫酸鋅溶液：取10 g硫酸鋅，加水稀釋至 100 mL。

(3)500 g/L酒石酸鉀鈉溶液：取50 g酒石酸鉀鈉，加水稀釋至100 mL水中。

(4)市售納氏試劑：天津基準(zhǔn)化學(xué)試劑。

(5)氨氮儲備溶液10 mg/L：取10 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液到500 mL容量瓶，加水并定容至刻度(環(huán)保部氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，批號：102235，濃度：500 mg/L)。

本次實驗所用試劑為分析純；水為無氨水。

2.3 實驗過程

水樣采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶內(nèi)，盡快分析。也可以加硫酸使水樣酸化至 pH<2，2～5 ℃下可保存7天。

2.3.1 氣相分子吸收光譜法

將去離子水空白、標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品倒入進樣管中，直接按儀器說明進樣。得到工作曲線y=0.13658x+0.00264，r=0.99975。

2.3.2 納氏試劑分光光度法

100 mL的水樣中加入1 mL硫酸鋅溶液和幾滴氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH約為10.5，混勻后放入離心機內(nèi)，轉(zhuǎn)速4000 r/min，離心10 min。絮凝沉淀后后取50 mL上清液，加入1 mL酒石酸鉀鈉溶液，再加入1 mL納氏試劑搖勻。放置10 min后，在波長 420 nm處，用20 mm比色皿，以水作參比，測量吸光度，減去空白試驗的吸光度，在工作曲線上查得氨氮的含量。

工作曲線的制備：分別取0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL的氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(10 mg/L)，含量分別為5 μg、10 μg、20 μg、40 μg、60 μg、80 μg、100 μg，無需前處理，直接加酒石酸鉀鈉和納氏試劑， 以水作參比， 測定其吸光度。得到工作曲線y=0.00686x+0.002，r=0.9997。

需要注意的是納氏試劑中含有汞離子，汞離子具有強致癌性，很難通過人體代謝將其排出體外，如若吸入過量汞蒸氣會傷害人的中樞神經(jīng)[6]，所以在實驗操作中，需要做好防護，帶好口罩并在通風(fēng)櫥內(nèi)操作。

3 結(jié)果討論

3.1 水樣pH對兩種方法的影響

取同一家污染源排放口廢水樣品，分別用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，用納氏試劑分光光度法與氣相分子吸收光譜法分別測定2次，結(jié)果見表1。

表1 同一水樣在不同pH值兩種方法的測定結(jié)果

由表1可知，氣相分子法在測定不同pH值的同個水樣，數(shù)值較穩(wěn)定，基本不受酸堿度影響。而在納氏試劑法中，pH值<8時，測定值較低，而pH值大于10時，測定值較高，pH對數(shù)值影響較大。這是因為pH值太高，可使某些含氮的有機化合物轉(zhuǎn)為氨，測定值偏高；pH值太低，氨的轉(zhuǎn)化不完全測定值偏低，所以我們在納氏試劑法前處理時需要調(diào)節(jié)水質(zhì)pH約為10.5，達到最理想的轉(zhuǎn)化條件。

3.2 色度和濁度對兩種方法的影響

取同一家污染源排放口廢水樣品，用納氏試劑分光光度法與氣相分子吸收光譜法分別測定2次(另取一組樣品經(jīng)蒸餾后再用納氏試劑法測定)，結(jié)果見表2。

表2 不同色度和濁度下兩種方法的測定結(jié)果

由表2可知，由于氣相分子法是將水溶液中的離子轉(zhuǎn)化為相對穩(wěn)定狀態(tài)的氣體，再吸收特定光譜這一原理來進行測定的，所以不受色度和濁度的干擾。而在分光光度分析中由于介質(zhì)的不均勻性引起偏離光吸收定律，所以色度和濁度對分光光度法比色具有很大的干擾，但蒸餾可以去除這兩種干擾。在日常分析中，如遇到色度和濁度干擾大的樣品，可先加熱蒸餾，用50 mL 20 g/L的硼酸溶液作為吸收液，待流出液達到200 mL時停止蒸餾，加水定容至250 mL[7]，再進行后續(xù)分析。

3.3 亞硝酸根對兩種方法的影響

在濃度為0.15、0.50、1.00、1.50 mg/L的四個標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入0.20、0.50、2.00 μg的亞硝酸根，分別用納氏試劑分光光度法與氣相分子吸收光譜法進行測定，結(jié)果見表3。

表3 同一標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同亞硝酸根含量下兩種方法的測定結(jié)果

由表3可知，由于氣相分子法采用的是分段測定的原理，在儀器內(nèi)的酸性條件下，樣品與乙醇反應(yīng)并在煮沸下，促使亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氣體，消除水中含有的亞硝酸鹽帶來的干擾。然后氧化劑溴酸鹽將氨與銨離子氧化成等物質(zhì)量的亞硝酸鹽，受鹽酸乙醇溶液影響以亞硝酸鹽氮的形式，通過氮氣為載氣將其載入氣相分子吸收光譜儀內(nèi)，在 213.9 nm 波長處的吸光度進行測定 ，通過校準(zhǔn)曲線計算查得氨氮的含量，所以水樣中存在的亞硝酸根對測定無影響。而在納氏試劑法中，隨著亞硝酸根含量的增加，標(biāo)準(zhǔn)測定值出現(xiàn)降低的趨勢。

3.4 溫度對兩種方法的影響

使用濃度為0.15、0.50、1.00、1.50 mg/L的四個標(biāo)準(zhǔn)溶液，在設(shè)定不同室內(nèi)溫度下分別用納氏試劑分光光度法與氣相分子吸收光譜法進行測定，結(jié)果見表4。

表4 同一標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同溫度下兩種方法的測定結(jié)果

由表4可知，在測定溫度較低且樣品濃度較低的情況下，納氏試劑法和氣相吸收法測定標(biāo)準(zhǔn)溶液時測定值偏低， 納式試劑法比氣相吸收法偏離更多。而在室溫20 ℃、30 ℃時，標(biāo)準(zhǔn)測定值較為理想。在日常實驗中，如遇低溫，納氏試劑法可以選用適當(dāng)增加顯色時間，可由原來的10 min延長至20～ 30 min，達到最佳的顯色條件。也可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，保持恒定的室溫(約25 ℃)，保障數(shù)據(jù)的真實性。

表5 兩種方法比對總結(jié)

3.5 兩種方法比對總結(jié)

4 結(jié) 論

本文通過對兩種常用實驗室測定氨氮的方法進行了比對研究，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納氏試劑法試劑毒性較大，受pH值、色度、濁度干擾大，且耗時長不環(huán)保。而氣相分子吸收光譜法對水樣酸堿度、色度、濁度要求不高，且無需前處理、試劑毒性低、測定結(jié)果穩(wěn)定，適用于大批量樣品測定，省事省力滿足日常監(jiān)測需要。為滿足儀器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，建議室溫保持在 25 ℃下，每分析十個樣品做一個校準(zhǔn)曲線的中間點濃度。