基于预处理的水样检测结果分析

胡 萍

（新疆维吾尔自治区 地质矿产勘查开发局第三水文工程地质大队, 新疆 喀什 831100）

水处理技术

基于预处理的水样检测结果分析

胡 萍

（新疆维吾尔自治区 地质矿产勘查开发局第三水文工程地质大队, 新疆 喀什 831100）

水样预处理过程中的不同处理方法或者说操作步骤对氨氮分析结果的影响有重要的影响，实验分析水样预处理方法对氨氮分析结果产生的影响，希望本实验的结果和分析能为实验操作人员提供一些有用的数据和经验，给广大实验操作者提供比较明确的数据和结论，以使操作人员能清晰判断要预处理与否并对水样进行合理的预处理操作。

水样预处理；氨氮；絮凝；过滤

按照国家标准，一般采用纳氏试剂比较法测定水质氨氮。如果水样为清洁的，可直接取 50 mL 检测；不是清洁水样的则需要进行预处理─水样中含有余氯的用硫代硫酸钠去除，含有钙镁离子的可用酒石酸钾钠除掉，有悬浮物的可用絮凝沉淀法。若这些方法没有效果，就需要用蒸馏法来进行预处理。预处理结束后，再取 50 mL 作为检测样本。不过，虽然有操作标准，在实际操作中有些具体的细节还是难以掌控。仅就絮凝这一过程举例，不同的操作者的实际操作也相差很大：有的操作者不经絮凝过程就测氨氮；有的操作者在絮凝以后，取上清液测氨氮；有的经过絮凝和过滤两个步骤以后再测氨氮。在过滤这其中的一个小步骤中操作也有差别。国家标准中规定用中速滤纸，中速滤纸包括定性和定量两种。但是这两种滤纸在测氨氮的结果上却会有一定的区别。可大多数人没有意识到这一点，实际操作时会将两种滤纸混用，给测定结果带来一定的误差。

正是由于以上原因，本文将结合实际讨论水样预处理中的絮凝，过滤步骤以及在过滤过程中的滤纸选用的不同结果对比，给实验操作者们提供具体的数据并提出自己的建议。在对滤纸的选用建议上，笔者建议操作者们选用定性中速滤纸，因为定性中速滤纸比定量中速滤纸本身所含有的氨氮少，对实验结果影响相对小。而且，定性中速滤纸的价格也比定量中速滤纸低，更能节省实验成本。

1 水样蒸馏法和絮凝沉淀法的原理及方法

（1）水样蒸馏法预处理：

原理：将水样的 pH 值进行调节，控制在 6.0～7.4之间，并且在水样中加入适量的氧化镁，待水样逐渐显碱性后，蒸馏出的氨气就会被硼酸溶液所吸收，这样，我们就可以以此测定比色。

方法：取水样大约 250 mL 于凯氏烧瓶中，其中，水样氨氮浓度不能高于 10 mg/L,在烧瓶中加入澳百里酚蓝，调节其 pH 值到中性左右，再向烧瓶中加入 0.25 g 的氧化镁和一些玻璃珠，并且马上连通冷凝管与氮球，并且在导管下面放入 50 mL 的硼酸，同时加热蒸馏，当蒸馏出的液体到 200 mL 时停止，定容为 250 mL。这是因为在碱性条件下，烧瓶中的 NH4+转化成 NH3,NH3在蒸馏时就会逸出，如果烧瓶中液体的 pH 值太低，那么 NH4+就不会全部转化成 NH3,如果 pH 值太高，那么在蒸馏时 NH3就会很快地逸出，就会造成 NH3量的不足，对实验结果造成影响。因此，在连接仪器时不仅要快速，还要精准，并且蒸馏所用时间控制在 1 h 左右，否则，最终的实验结果会产生一定的误差[1]。

（2）絮凝沉淀法：

原理：首先将水样中加入适量的硫酸锌与 NH3反应，然后加入氢氧化钠使溶液呈碱性，多余的锌盐及其它金属离子沉淀，过滤后就可以进行比色测定了。

方法：首先取100 mL 待测水样，加入试管中；加入1 mL 10%硫酸锌溶液；加入0.1至0.2 mL 的氢氧化钠溶液，使溶液的 pH 值达到10.5；混合均匀后放置，使其自然沉淀；用中速滤纸过滤；处理后进行比色测定。

2 水样比色测定原理

碘化汞和碘化钾的碱性溶液─纳氏试剂─与氨反映生成淡红棕色胶态化合物,其色度与氨氮含量成正比,通常可在波长410～425 nm 范围内测其吸光度,计算其含量。本法为光度法，检测出的浓度在0.025～2 mg/L 范围内。

2.1 作出标准曲线

先在50 mL 比色管中分别加入不同标准的使用溶液至标线处，然后加入酒石酸钾钠溶液1.0 mL。再加入1.5 mL 的碘化汞和碘化钾溶液，混匀。十分钟后在420 nm 处以水为参比测吸光度，作出不同氨氮浓度下溶液对应的吸光度的曲线。

2.2 测定不同方式下处理的水样吸光度

取两个50ml的比色管分别编号 A、B。取出适量的蒸馏处理的水样加入比色管 A，滴加1 mol/L 的氢氧化钠溶液至标线处，按照测标准曲线的方法测定，记录吸光度。再取出适量的絮凝处理的水样加入比色管 B，滴加1 mol/L 的氢氧化钠溶液至标线处，按照测标准曲线的方法测定。再用无氨水做测定[2]。

3 水样预处理方法对氨氮分析结果产生的影响

3.1 实验的材料和测定方法

本实验探讨的是絮凝沉淀和过滤的步骤以及不同滤纸的选用对氨氮分析结果的影响，我们按照同样的测定步骤，对不同的预处理结果分别作了测定。

3.1.1 实验试剂和仪器的标准

都符合国家标准 GB/T 7179-1987。

3.1.2 标准曲线的绘制

试验中用到的50 mL 比色管有8个，依次加入浓度为10 μg/mL 的氨氮标准溶液0, 0.50, 1.00, 2.0, 3.00, 6.00, 8.00, 10.00 mL,将水加到标线处，再加入酒石酸钾钠1 mL 及碘化汞和碘化钾溶液(纳氏试剂)1.5 mL，混匀。静置10 min 后以水为参比，选定波长，在可见分光光度计上测定吸光度。

3.1.3 进行步骤测定

在比色管中放入适量的预处理过的水样，并且在比色管中加入一定量的纯水使得容量为50 mL，在管中放入适量的纳氏试剂与大约1 mL 的酒石酸钾钠，摇匀后静置一段时间，然后取20 mm 的比色皿，在420 nm 波长下参比水，并且以7 320可见分光光度对其进行测定。

3.1.4 预处理操作过程

本实验采集的水样包括自来水，地表水和污水，各分成十几种水样，总共分成几十个批次。对于不同的水样、相同的水样进行不同的预处理，其中包括不经预处理就测试的水样、经过絮凝沉淀法处理再测试的水样，絮凝沉淀后再用中速滤纸过滤（包括分别用定性中速滤纸和定量中速滤纸过滤）才测试的水样。处理步骤不同，测出的氨氮含量也是不同的，我们可以根据测定的数据，进行对比分析。

其中絮凝沉淀的步骤主要是这样的：取水样100 mL 于试管中，向试管中加入10%的硫酸锌1 mL，然后滴加25%的氢氧化钠溶液至溶液的 pH 值达到10.5，混匀。静置 10 min 后，取上层清液作为试剂。若上层溶液仍不清澈，就可用中速滤纸将至过滤，再将过滤后的溶液取出适量作为试剂。

这里有一个注意事项，就是用定量中速滤纸或者定性中速滤纸在过滤上层清液前要用纯净水冲洗滤纸两次。因为尽管在实验过程中，有一组试剂为不含氨氮以将测试结果抵消滤纸上氨氮含量的，而且为了消除滤纸上的氨氮对实验结果的影响应该在过滤前用纯净水反复冲洗滤纸，但是在实际操作时样品量往往较大，如果将每一张滤纸都用纯净水反复冲洗到消除氨氮影响，工作量太大，费时费力，也不现实。所以说将冲洗次数定在两次，既比较容易操作、工作量适度，又能很大程度上消除氨氮影响，应该是比较合理的[3]。

本实验取了10个试剂，分为了三大组10水样共40个小样。用自来水做成水样1、水样2和水样3，用江水做成水样4和水样5，用湖水做成水样6和水样7，用废水做成水样8、水样9和水样10，其中江水和湖水为地表水的代表。将10个水样分别分成4个小样，用4种方法分别测量。每一种水样的小样1不经过任何预处理，直接取适量溶液测氨氮，小样2先进行絮凝沉淀、然后取上层清液测氨氮，小样3在经过絮凝沉淀后将上层清液用定性中速滤纸过滤、测滤液的氨氮，小样4在经过絮凝沉淀后将上层清液用定量中速滤纸过滤、测滤液的氨氮。实验结果是有规律可循的。在每一种试剂中，氨氮含量最高的是小样4，即经过絮凝沉淀后再用定量中速滤纸过滤后的滤液；最低的是小样2，即进行絮凝沉淀后直接取上层清液的溶液。

此外，试验中还增加了几个空白试剂作对比。经实验中的吸光度和氨氮含量测定，用两种滤纸过滤过的纯水的吸光度比没有用滤纸过滤过的纯水的吸光度要高，且用定性中速滤纸过滤过的纯水吸光度要小于用定量中速滤纸过滤过的纯水。实验还分别用纯水将两种滤纸反复冲洗后分别收集50 mL 的滤液测氨氮含量。[4]测试数据表明，一张定性中速滤纸的氨氮含量大约为一张定量中速滤纸的氨氮含量的13.09%，可见滤纸的选用对氨氮测定结果也会产生影响。

4 不同碱度对水样比色的影响

4.1 用蒸馏法处理水样条件下碱度控制对比色的影响分析

本实验配置的是1 mg/L 的氢氧化钠溶液，需要先用蒸馏法预处理水样，用氢氧化钠溶液分别将溶液的 pH 值调至7, 8, 9, 10, 11，测定不同碱度条件下纳氏试剂显色的吸光度。值得注意的是，用蒸馏法预处理的水样 pH 值不能过高，防止加入纳氏试剂后 NH3的逸出。

实验结果表明，在溶液中氨氮浓度相同的情况下，用蒸馏法预处理的水样的 pH 值越高，比色测定的吸光度越高，回收率也越好。

4.2 用絮凝沉淀法处理水样条件下碱度控制对吸光度影响分析

先将水样用絮凝沉淀法处理，然后向水样中加入适当的硫酸锌溶液，在加碱调高溶液的 pH 值，分别调至8, 9, 10, 11, 12，通过过滤法取出色度和浊度，然后进行比色测定。

实验结果表明，在溶液中氨氮浓度相同的情况下，用絮凝沉淀法预处理的水样比色测定的吸光度值呈现出随着pH值增加而先增大后减小的趋势。

5 实验结论及分析

由实验结果可知，滤纸本身的氨氮含量结果有影响，而且由于定量中速滤纸所含的氨氮容量较高，即使用纯净水在过滤之前冲洗两次，滤纸中剩余的氨氮含量还是比较高的。至于定性中速滤纸，它所含的氨氮含量较定量中速滤纸低，但对实验结果也是有一定影响的，不过对不同的水样影响的大小有所差异─对清水测定结果影响较大，对地表水和污水的影响相对较小。[5]由此实验结论如下：

（1）在实际操作中不应该不区分水样就都进行絮凝和过滤操作。清洁的水样不需要进行絮凝沉淀过滤的办法，不清洁透明的水样再据实际情况进行絮凝过滤操作。

（2）尽管在实验过程中有一组试剂为不含氨氮以将测试结果抵消滤纸上氨氮含量的，而且为了消除滤纸上的氨氮对实验结果的影响应该用纯净水反复冲洗滤纸，但是在实际操作时样品量往往较大，如果将每一张滤纸都用纯净水反复冲洗到消除氨氮影响，工作量太大也不现实。所以，如果水样本身的本身含量就不高，那么含有氨氮的滤纸就会对实验结果产生比较大的影响了。就算有空白试剂也起不了多大作用，因为空白试剂本身氨氮测定结果也会较高。

（3）国家标准中指定的是中速滤纸过滤，但没有指明是定性中速滤纸还是定量中速滤纸。但由本文的实验结果分析来看，定性中速滤纸的氨氮含量要比定量中速滤纸的低，对氨氮测定结果影响小，而且价格上要比定量中速滤纸低。因此，本文建议在实验操作过程中选用定性中速滤纸过滤，既相对精确，又相对经济。

（4）根据实验结果数据，自来水和湖水测定氨氮值最低的时候是经絮凝沉淀后取上层清液的测定值。絮凝沉淀加定性中速滤纸过滤方法测定的氨氮含量比单纯的经絮凝沉淀法测定的值要高，而絮凝沉淀法加定量中速滤纸过滤方法测定的氨氮含量又比用定性中速滤纸测定的值高。不经任何处理的自来水测定的氨氮含量比用单纯的用絮凝沉淀法处理的稍微高一点，不经任何处理的湖水测定的氨氮值介于用定量滤纸和定性滤纸之间。

（5）对于清洁的水样─如自来水，建议无须经过絮凝沉淀、过滤的步骤，可直接取适量的试样进行氨氮测定，这是在国家标准要求之内的。

（6）对于不清洁不透明的含有杂质较多的水样─如地表水和污水，应当先进行絮凝沉淀处理，根据絮凝沉淀的结果判断是否要进行过滤操作。如果絮凝沉淀后上层的溶液为清洁的透明的，就可以直接取用适量的上层清液作为试样进行氨氮测定。这时如果再用滤纸过滤反而会对实验结果造成干扰。如果絮凝沉淀后上层的溶液仍然比较浑浊，就需要再用定性中速滤纸对其进行过滤操作了。然后再取适量的过滤后的上层溶液进行氨氮测定。这也在国家标准要求范围中。

（7）如果水样经过絮凝沉淀和过滤操作后仍然不清洁或不透明，就应该按照国家标准用蒸馏法处理了。

（8）氨氮的测定结果会因预处理水样的 pH 值不同而有所不同。用纳氏试剂分光法测定水样中的氨氮，显色液的 pH 值要到达13，而且由实验结果可以发现吸光度值随着溶液 pH 值的增加而随之增加的。如果是用蒸馏法和絮凝法处理的水样，要将pH 值控制在9到11范围内，然后加入纳氏试剂，使得显色液的 pH 值在13左右，10 min 以后测定结果，这时的吸光度和回收率都不错。如果用上述方法预处理的水样 pH 值达不到9，那么加入纳氏试剂以后显色液的 pH 值就达不到13，误差就会比较大。如果用上述方法预处理的水样 pH 值大于11，再加入纳氏试剂以后显色液的 pH 会高于13，不仅测量结果不准确，还会造成材料的浪费。

在国家标准说明中，对水样的与处理过程中中和硼酸吸收液的氢氧化钠量只说“一定量”，而且对于水样的 pH 范围值也没有给出明确值。从我们的实验结果来分析，用蒸馏法预处理水样时，需要将预处理水样的 pH 值调节在9到11范围内；用絮凝沉淀法预处理水样时，则需将水样的 pH 值调节在10.5左右。综合来看，两种预处理方法都要将水样的 pH值调节在9到11范围内。这样，实验的更易于操作，而且回收率也较高。

［1］张为民,朱军林,邵剑锋. 水样预处理对氨氮分析结果的影响[J].食品科学,2012,36(S1):17-18.

［2］陈彩霞.氨氮测定中水样预处理方法的改进[J].海南师范学院学报(自然科学版),2011,48(03):21-22.

［3］郭艳玲,王佳,赵丽莉.氨氮蒸馏与不蒸馏的比对实验水质氨氮的测定[J].大众科技,2010,18(10):07-08.

［4］郑泉,韩志勇,赵旭涛.黄河兰州段泥沙特征对氨氮降解的影响[J].供水技术,2011,24(01):33-34.

［5］郭艳丽.共聚合阳离子聚丙烯酰胺的合成及性能测试[D]. 北京:北京化工大学,2012.

Analysis of Test Results Based on Different Water Sample Pretreatment Process

HU Ping
(Xinjiang Geological and Mineral Exploration and Development Bureau the Third Hydrological and Engineering Geology Team, Xinjiang Kashi 831100, China)

Different treatment methods or different operation steps of water sample pretreatment process have important influence on analysis results of ammonia nitrogen. In this paper, effect of different water sample pretreatment methods on experimental analysis results of ammonia nitrogen was investigated, which could provide some useful data and experiences for the operating personnel.

Sample pretreatment; Ammonia nitrogen; Flocculation; Filtration

O 657

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1306-04

2014-05-28

胡萍（1961-），女，湖北宜昌人，工程师，2009 年毕业于中国地质大学应用化学专业，从事实验测试技术工作。E-mail：537567123@qq.com。