纳氏试剂比色法在水体氨氮测定的应用

刘 瑜

（延安水文水资源勘测局，陕西 延安 716000）

0 引言

氨氮杂质是水体中常见的有机盐污染物，微量的氨氮杂质污染物就会对水体带来显著的破坏作用，对氨氮杂质的检测工作，一直是环境工程中的重要课题。纳氏试剂比色法是当前最常用的氨氮杂质检测方法，在现有技术条件下，机器辅助判读的纳氏试剂比色法检测设备已基本普及，当前需要重点讨论在水质准备和纳氏试剂调制过程中的操作要素，以提升纳氏试剂比色法的测量精度[1]。

成立于1975 年的陕西省水环境监测中心，目前下设延安、宝鸡、汉中、安康、商洛五个分中心，可执行原子荧光光度法、离子色谱法、分光光度法及滴定法等检测方法，本次分析研究延安分中心对延河水域的监测。

借鉴相关报告文献数据及方法，本文拟采用凝絮沉淀法对水样进行预处理，进而进行纳氏试剂比色法进行氨氮含量测定[2]。

1 实验方法

1.1 水样来源及水样采集

对延安市延河水质监测断面的水体进行采样，采集8 个断面水样。每个水样采集50 mL。采样过程中，使用五层细孔无纺布进行现场过滤悬浮杂质，孔径为0.1 μm，过滤物包括浮游生物，不溶性大颗粒固形物等，水样使用专用50 mL 采样瓶进行密封避光保存。水样采集后8 h 内进入实验室进行水质检测试验。

1.2 水样的静置及保存方法

水样采集后，置于50 mL 专用水样瓶中避光保存，进入实验室后，在4000 rpm 离心机中进一步强制沉淀3 min，取上清液30 mL 置于锥形瓶中进行后续试验。实验室室温保持25℃，4 h 内不能进行试验的，置于0℃恒温试验冰箱中进行暂存[3]。

1.3 凝絮沉淀法的水样预处理

30 mL 水样加入0.3 mL10%硫酸锌溶液及1～2 滴25%氢氧化钠溶液，滴至水样pH 值达到10～11 之间，静置至凝絮物质充分沉淀。取上清液15 mL 进行后续试验。此处并未使用滤纸法进行过滤处理，其原因在结果讨论中进行具体讨论。

1.4 干扰物去除

15 mL 水样置于试管中，加入0.3 mL 酒石酸钾钠溶液，再加入0.3 mL15%氢氧化钾溶液，此时使用纳氏试剂比色卡或者比色仪测定溶液比色值，作为后续试验的比色值矫正值。当比色值较高或发生浑浊时，认为溶液中的金属离子（汞离子、锰离子等）或非氨氮有机盐较多，此时可将溶液煮沸3 min，静置至室温后，置于4000 rpm 离心机中强制沉淀3 min，取上清液10 mL 进行后续试验。如有试剂需要进行干扰物去除的，则未经过去除的水样，也应经过该操作，以确保水样来源的一致性[4]。

1.5 纳氏剂纳氏试剂的制备

纳氏试剂的反应原理方程式如下：

不管采用何种方式制备，其本质是需要产生有机盐官能团，此官能团可使氨氮离子发生显色反应。本文使用HgCl2与KI 的依据用量比0.44∶1 制备（即8.8 gHgCl2溶于20 gKI 溶液），选择此制备模式的原因，会在结果讨论中具体分析[5]。

1.6 显色反应的条件控制

实验室室温控制在25℃恒温，反应在室温下进行，反应时间控制在10 min，反应溶液pH 值滴定至中性，加入纳氏试剂后体系pH 值在11.8～12.4 为宜。反应缓冲剂采用氢氧化钾-酒石酸溶液（浓度比为2.54∶1）。

1.7 实验组与参照组的设定

每组8 个水样中，分别使用纳氏试剂显色法进行氨氮含量测定，作为实验组，使用液相色谱仪测定，作为参照组。参照组作为参照标准使用[6]。

1.8 统计学方法

使用SPSS24.0 对数据进行信度分析，当P＜0.05 时，认为存在统计学意义，当P＜0.01 时，认为存在显著的统计学意义。使用T 校验法进行数据比较分析，当T＜10.000 时，认为存在统计学差异。

2 实验结果

2.1 直接结果

2019 年11 月10 日，陕西省水环境监测中心依据HJ 535-2009 标准，使用V-5600 分光光度计的氨氮标线法测定了延河水样的氨氮含量，试验用波长420 nm，参比溶液为蒸馏水，比色时实验环境温度17.0℃，室内相对湿度50.0%。测定实验结果见表1。

表1 某次氨氮纳氏试剂比色法的检测结果单摘要

2.2 纳氏试剂比色法的优势分析

对延河采集的8 组水样，按照上述实验组与参照组进行对比分析，可以得到表2。

表2 水样测定结果对比表

表2 中，参照组的测定值区间显著小于实验组，但二者最终测定的水体氨氮污染物结果相差均在±0.001 mg/L 以内，且所有数据中，T＞10.000，P＜0.01，数据间有显著的统计学意义且无统计学差异。证实在同一水体采样数量超过8 个水样的前提下，使用纳氏试剂显色法进行氨氮污染物测定，其测定精度和测定结果与使用液相色谱法测定结果相当。

值得指出的是，所有水体的测定结果中，实验组使用纳氏试剂比色法测定的氨氮污染物含量均略高于参照组使用液相色谱法测定的结果，其差值小于0.05 mg/L。该结果的原因及对策将在结果讨论中进行讨论分析[7]。

3 结果讨论

3.1 实验过程中避免使用试纸的实验方法革新

因为不同厂家不同批次的滤纸制作过程中，均会使用部分添加剂，添加剂中往往含有一定的钠离子、钾离子、铵离子、含氮离子等，相关文献的实验结果表明，在采样量小于50 mL 时，试纸对轻度氨氮污染水体水样的实验室污染，可能造成水样中的含氨氮量发生20%左右的升高[8]。该操作本身将可能干扰实验结果，使测量结果失真。即如果在水样采集、凝絮物沉淀、干扰排出等操作过程中使用滤纸进行水样处理，而不是采用离心机上清液法或静置沉淀上清液法，因为滤纸产生的氨氮污染物可能对水样的氨氮污染物测量结果带来显著影响。故本文革新方法在所有沉淀物、悬浮物的去除过程中，均未使用滤纸。革新方法可能会严重损失水样资源，在本文实验过程中，50 mL 的原始水样最终进入比色实验的仅余10 mL～15 mL，但此过程可以提升对氨氮污染物的测量精度。

3.2 纳氏试剂制备方法的选择依据

3.3 实验误差的来源分析

一方面，使用纳氏试剂对氨氮有机盐粒子的反应，属于有机反应，其反应周期较长，在催化不彻底或反应环境不稳定的情况下，容易造成反应不彻底，或在反应过程中受到其他金属离子的干扰导致反应结果偏高。另一方面，使用液相色谱仪法，其测量本质是测定溶液中的N 元素和H 元素含量，最终推算溶液中的氨氮污染物含量，此时可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，对实验结果产生干扰[10]。且本文使用的比色法为纳氏试剂电子比色仪，比色仪中执行的纠错算法为内置封装算法，并不受到本文实验的控制，所以，在实际执行过程中，也可能因为比色仪纠错算法带来一定的测量误差。即上述误差均为两种测量方法的系统误差，因为系统误差产生小于±0.05 mg/L 的测量误差，并不影响最终的污染级别判读。

4 结论

在进行纳氏试剂比色法实验的过程中，通过避免使用滤纸等可能产生污染的实验环节，同时优选了纳氏试剂制备方案，最终对水样进行了精度较高的氨氮污染物测定。通过与液相色谱仪测定结果进行比较，发现使用成本低廉的纳氏试剂比色法进行氨氮污染物测定，较成本较高的液相色谱仪法进行氨氮污染物测定，T＞10.000，P＜0.01，测定结果显著且无统计学差异。即可认为使用纳氏试剂比色法进行氨氮污染物测定的方案，在严格控制实验过程的前提下，可以得到与液相色谱仪测定结果无异的结果。

推算溶液中的氨氮污染物含量，此时可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，对实验结果产生干扰。且本文使用的比色法为纳氏剂纳氏试剂电子比色仪，比色仪中执行的纠错算法为内置封装算法，并不受到本文实验的控制，所以，在实际执行过程，也可能因为比色仪纠错算法带来一定的测量误差。即上述误差均为两种测量方法的系统误差，因为系统误差产生小于±0.05 mg/L 的测量误差，并不影响最终的污染级别判读。