納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮的相關(guān)問(wèn)題研究
劉美福
（東莞市萬(wàn)江自來(lái)水廠(chǎng)，廣東 東莞 523000）
摘 要： 介紹了納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮含量的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，通過(guò)對(duì)此試驗(yàn)方法易產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行分析，指出了一些需要注意的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以更準(zhǔn)確地測(cè)定氨氮含量。
關(guān)鍵詞：納氏試劑分光光度法；氨氮；水質(zhì)檢測(cè)
1 前言
氨氮在水及廢水監(jiān)測(cè)中占有重要地位，是廢水處理效果控制及地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。測(cè)定水中的氨氮，有助于評(píng)價(jià)水體被污染和“自?xún)簟睜顩r。氨氮的測(cè)定方法通常有納氏試劑分光光度法、吹脫-電導(dǎo)法、氨氣敏電極法、離子選擇性電極法、氨氮分析儀、流動(dòng)注射法色譜儀法、凱氏定氮儀法、酶法等。其中，納氏試劑分光光度法是環(huán)境監(jiān)測(cè)首選方法，也是氨氮測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，具有較高的靈敏度，且簡(jiǎn)便快速。但納氏試劑配制較為復(fù)雜，而且所用的試劑中含有毒化合物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，廢水中鈣、鎂等金屬離子、硫化物、醛和酮類(lèi)、顏色及濁度等也會(huì)干擾測(cè)定，需做相應(yīng)的預(yù)處理，操作繁瑣復(fù)雜。因此，有必要對(duì)其檢測(cè)過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，以求更加準(zhǔn)確地測(cè)定水體中的氨氮含量。
2 水體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)原理
納氏試劑分光光度法的原理是：以銨離子和游離態(tài)的氨等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，符合朗伯－比爾定律，于波長(zhǎng) 420nm處測(cè)量吸光度。
2.2 實(shí)驗(yàn)試劑
配制試劑用水均應(yīng)為無(wú)氨水。
2.2.1 納氏試劑。其制備方法一般有兩種：
方法一：稱(chēng)取 16g 氫氧化鈉，溶于 50mL 純水中，充分冷卻至室溫。另稱(chēng)取7g碘化鉀和 10g 碘化汞(HgI2)溶于少量純水中，然后將此溶液在攪拌下徐徐注入氫氧化鈉溶液中。用純水稀釋至100mL，貯于聚乙烯瓶中，密封保存。
方法二：稱(chēng)取 20g 碘化鉀溶于約 25mL 純水中，邊攪拌邊分次少量加入二氯化汞(HgCl2)結(jié)晶粉末（約 10g），至出現(xiàn)朱紅色沉淀不易溶解時(shí)，改為滴加飽和二氯化汞溶液，并充分?jǐn)嚢?，?dāng)出現(xiàn)微量朱紅色沉淀不再溶解時(shí)，停止滴加氯化汞溶液。另稱(chēng)取 60g 氫氧化鉀溶于純水中，并稀釋至 250mL，冷卻至室溫后，將上述溶液徐徐注入氫氧化鉀溶液中，用純水稀釋至 400mL，混勻。靜置過(guò)夜，將上清液移入聚乙烯瓶中，密塞保存。
2.2.2 銨標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。稱(chēng)取 3.819g 經(jīng) 100℃干燥過(guò)的優(yōu)級(jí)純氯化銨(G.R.)溶于純水中，移入1000mL 容量瓶中，稀釋至標(biāo)線(xiàn)。此溶液每毫升含 1.00mg 氨氮。
2.2.3 銨標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。移取 5.00mL 銨標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液于 500mL 容量瓶中，用純水稀釋至標(biāo)線(xiàn)，此溶液每毫升含0.010mg 氨氮。
2.2.4 酒石酸鉀鈉溶液。稱(chēng)取 50g 酒石酸鉀鈉(KNaC4H4O6·4H2O)溶于 100mL 純水中，加熱煮沸以除去氨，放冷，定容至100mL。
2.3 儀器設(shè)備
①全玻璃蒸餾器：1000mL；②具塞比色管：50mL；③分光光度計(jì)；④電子天平。
2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制
吸取 0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00 和 10.0mL 銨標(biāo)準(zhǔn)使用液于 50mL比色管中，加純水至標(biāo)線(xiàn)，加1.0mL 酒石酸鉀鈉溶液，混勻。加 1.0mL 納氏試劑，混勻。放置 10分鐘后，在波長(zhǎng)420nm處，用光程10mm 比色皿，以水為參比，測(cè)定吸光度。由測(cè)得的吸光度，減去零濃度空白管的吸光度后，得到校正吸光度[2]。
2.4.2 水樣的測(cè)定
由水樣測(cè)得的吸光度減去空白試驗(yàn)的吸光度后，從校準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得氨氮含量(mg)。
氨氮(N，mg/L)=m/V×1000
式中：m為由校準(zhǔn)曲線(xiàn)查得的氨氮含量/mg；V為水樣體積/mL。
3 實(shí)驗(yàn)中需要注意的相關(guān)問(wèn)題
3.1 實(shí)驗(yàn)用水
3.1.1 無(wú)氨水的制備。本實(shí)驗(yàn)用水應(yīng)為無(wú)氨水，無(wú)氨水制備有兩方種法：
蒸餾法：在 1000mL 蒸餾水中，加入 0.10mL 硫酸(ρ=1.84g/mL)，在全玻璃蒸餾器中重蒸餾，棄去前 50mL 餾出液，然后將餾出液收集在帶有玻塞的玻璃瓶中。根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，僅僅棄去前50mL餾出液是不夠的。如果蒸餾1000mL 的無(wú)氨水，先蒸出的 200mL 餾出液都應(yīng)棄去，最后蒸出的 200mL 餾出液也要棄去，只保留中間蒸出的無(wú)氨水待用。否則，所得無(wú)氨水的空白值往往不如普通蒸餾水的空白值低。
離子交換法：將蒸餾水通過(guò)一個(gè)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（氫型）柱，流出液收集在帶有密封玻璃蓋的玻璃瓶中。
要注意無(wú)氨水一定要密閉保存，防止空氣中的氨溶于水或其他污染。
3.2 納氏實(shí)際配制與存放的注意事項(xiàng)
3.2.1 配制。兩種納氏試劑的配制方法都能產(chǎn)生顯色基團(tuán)[HgI4]2-，第一種配制方法簡(jiǎn)便快捷，第二種配制方法復(fù)雜、講求技巧、經(jīng)驗(yàn)。我們化驗(yàn)室常用第一種方法配制。第二種配制方法關(guān)鍵在于把握HgCl2的加入量，這決定著獲得顯色基團(tuán)含量的多少，進(jìn)而影響方法的靈敏度。但方法未給出 HgCl2的確切用量，需要根據(jù)試劑配制過(guò)程中的現(xiàn)象加以判斷，經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，因而較難把握。在實(shí)際配制過(guò)程中，HgCl2一般溶解較慢，為加快反應(yīng)速度，節(jié)省反應(yīng)時(shí)間，可將 HgCl2溶于 50mL 無(wú)氨水中再緩慢加入到 KI 溶液中，并在低溫加熱中進(jìn)行配制，可防止 HgI2紅色沉淀提前出現(xiàn)，以此比例配制的納氏試劑經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，靈敏度均能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求[3]。
3.2.2 存放。用聚乙烯塑料瓶所盛的納氏試劑，貯存 24 個(gè)月試劑仍澄清，瓶底只有很少量的微紅色沉淀物存在。而用棕色玻璃瓶貯存配制的納氏試劑約2個(gè)月后，瓶底出現(xiàn)松散的棕褐色片狀沉淀物。瓶壁出現(xiàn)附著的棕褐色塊狀環(huán)，隨著時(shí)間推移沉淀物越來(lái)越多。6個(gè)月左右，瓶底棕褐色沉淀物約0.6cm 厚，瓶壁布滿(mǎn)棕褐色塊狀環(huán)。貯于聚乙烯塑料瓶與棕色玻璃瓶?jī)煞N容器24個(gè)月后的納氏試劑，分別對(duì)氨氮標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，貯于聚乙烯塑料瓶的納氏試劑測(cè)定值符合要求[3]。
3.3 水樣中物質(zhì)的影響
水樣帶顏色或混濁，含有其它一些干擾物質(zhì)時(shí)，會(huì)影響氨氮的測(cè)定。在實(shí)驗(yàn)中需對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)較清潔的水，可采用絮凝沉淀法；對(duì)工業(yè)廢水或嚴(yán)重污染的水，則用蒸餾法消除干擾。此外，有機(jī)廢水在酸性條件下，由于有機(jī)物的分解，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，致使氨氮的測(cè)定結(jié)果，隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)而變大，因此，采樣后應(yīng)盡可能快的測(cè)定。無(wú)機(jī)廢水在酸性條件下，氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氨和酸鹽氨的速度較緩，其保存數(shù)日對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大。對(duì)于地表水樣，當(dāng)水樣加硫酸酸化至pH≤2，在室溫條件下，放置半個(gè)月比較穩(wěn)定[2]。
3.4 濾紙的影響
在實(shí)驗(yàn)中需要將水樣通過(guò)濾紙過(guò)濾進(jìn)行水樣的預(yù)處理，濾紙中一般都含有銨鹽，這是因?yàn)樵旒埞に嚩嗖捎娩@法造紙，銨鹽會(huì)殘留濾紙中。有實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)濾紙的洗滌次數(shù)的增加，吸光度呈下降趨勢(shì)。因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)少量多次淋洗濾紙，以降低濾紙對(duì)測(cè)定的影響[2]。
3.5 反應(yīng)條件的控制
3.5.1 顯色時(shí)間的控制。氨氮的納氏試劑比色法，其方法簡(jiǎn)單、快速，準(zhǔn)確度高，但方法的準(zhǔn)確度受顯色時(shí)間的影響較大，因而對(duì)顯色時(shí)間的控制就非常重要。而且在實(shí)際的分析工作中，經(jīng)常由于各種原因致使比色時(shí)間延后，因此確定合理的顯色時(shí)間范圍顯得很重要。在室溫 20℃下，顯色時(shí)間不足10 分鐘，溶液顯色不完全，吸光度隨顯色時(shí)間的增加而增大；顯色時(shí)間在10～30分鐘，吸光度幾乎無(wú)變化，顯色較穩(wěn)定。因此顯色時(shí)間應(yīng)在10～30分鐘之間，一般選擇20分鐘左右為宜。
3.5.2 顯色溫度的控制。溫度影響納氏試劑與氨氮反應(yīng)的速度，進(jìn)而影響測(cè)定結(jié)果。因此試驗(yàn)采用在室溫 5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃時(shí)測(cè)定，選擇顯色時(shí)間 10 分鐘，溫度 5～15℃之間，顯色不完全；溫度在 20～25℃，顯色較完全；當(dāng)溫度高于30℃，吸光度略降低。因此，控制實(shí)驗(yàn)室溫度在 20～25℃之間為好。在實(shí)驗(yàn)室溫度較低的情況下，也可選擇通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)顯色時(shí)間的辦法來(lái)提高方法的靈敏度，但顯色時(shí)間不宜超過(guò)30分鐘。
3.5.3 pH 控制范圍。顯色體系的 pH 對(duì)顯色程度有顯著影響，進(jìn)而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。加入納氏試劑后溶液顯色的pH值適宜范圍為11.8～12.4，pH 值低于 11.8，反應(yīng)向反方向進(jìn)行，產(chǎn)生 HgI2紅色沉淀，pH值高于 12.4，溶液中產(chǎn)生大量NH2HgIO，溶液變渾而無(wú)法比色。對(duì)于同一個(gè)水樣，改變其 pH 值，加入 1.2mL 納氏試劑，顯色 20 分鐘后測(cè)定其吸光度，pH 在 7 左右時(shí)吸光值較高。因此水樣在保存運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中加酸酸化后，在樣品顯色之前要將其pH調(diào)至中性[4]。
4 結(jié)論
應(yīng)用納氏試劑分光光度法測(cè)定水和廢水中氨氮含量，具有成本低、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，但受試劑純度、環(huán)境條件、試劑配制、實(shí)驗(yàn)條件、試驗(yàn)操作人員等的干擾因素頗多。因此，在測(cè)定水中氨氮的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須注意實(shí)驗(yàn)用水、實(shí)驗(yàn)試劑、水體中物質(zhì)的影響及濾紙的影響，按照要求合理地控制反應(yīng)條件，避免新的影響因素，才能得到準(zhǔn)確可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1]水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].第 4 版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.
[2]高春燕.納氏試劑比色法測(cè)定水中氨氮的影響因素分析[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊.2010，29(5):92-94.
[3]王婷，曹磊，薛明霞.納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮中常見(jiàn)問(wèn)題與解決辦法[J].分析實(shí)驗(yàn)室.2008，12:346-349.
[4]鄧鸝，顧曉燕，陳靜，等.納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮的質(zhì)量控制[J].廣州化工，2011，39(19):84-87.
來(lái)源：中國(guó)化學(xué)試劑網(wǎng)
