连续流动分析仪测水中氨氮的应用研究

文_陈晓 谢建萍 章燕 张莹 金佳迪 绍兴清宇水质检测技术服务有限公司

1 引言

氨氮(NH3-N)以游离氨(NH3)和氨盐(NH+4)形式存在于水中，两者的组成取决于水温和pH。水中氨氮的主要来源为生活污水中含氮有机物被微生物分解产生，以及某些工业废水，如焦化废水和合成氨废水。鱼类对水中氨比较敏感，当浓度比较高时会导致鱼类死亡。氨氮是评价环境质量和进行水体污染控制的重要指标之一，已经纳入我国污染物总量控制体系，并规定了排放标准限值。水中氨氮的测定方法有纳氏试剂分光光度法、水杨酸分光光度法、气相分析吸收法、电极法等。目前纳氏试剂光度法是氨氮的经典分析方法，操作简单灵敏，但使用的纳氏试剂中含氯化汞或二氯化汞均为剧毒物质，对人体和环境不利；次溴酸盐氧化法不能用于污染较重，含有机物较多的水，且操作相对烦琐；气相分子吸收光谱法操作过程要求高，分析人员工作负荷较大。而连续流动分光光度法能适用于地表水、地下水和废水排污口处的水质监测，由于该法具有检测方便，操作简单、快速等特点，所以，有很好的应用推广价值。

连续流动分析技术（CFA）的研究是20 世纪50年代开始的，其设计理念是在1957年在美国提出的。它采用的是连续流动原理，用均匀的空气泡将样品与样品隔开，标准样品和未知样品通过同样的预处理和完全一样的测试环境，通过比较吸光度的大小得出分析结果，该方法是一种要求反应完全（稳态）情况下的测试方法。随着科技的发展，流动分析仪也经历了几次大的技术突破，经历从数据由手工计算，到计算机处理模拟信号，计算机进行自动计算的发展过程。而目前发展到高分辨率数模转换时代，大大提高了分析精度。

随着环境保护理念的越来越被重视，绍兴水处理有限公司化验室感受到各部门对氨氮检测需求越来越大，同一时间需要检测的样品越来越多，原有的纳氏试剂分光光度法检测效率已经跟不上将来检测日益增多的样品需求，其中由于样品大批量增加而引发的纳氏试剂分光光度法的弊端日渐突显。连续流动分析法相对于传统的手工方法的优势明显，愈加值得研究。

2 实验部分

2.1 原理

纳氏试剂分光光度法原理：以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮的含量成正比，在420nm 处测定吸光度。

连续流动分析法原理：样品经蒸馏，其中的氨经氯化作用形成氯化氨，氯化氨与水杨酸盐反应，形成5-氨基水杨酸。经氧化和氧化络合作用，形成绿色络合物。加硝普酸钠盐做催化剂，加柠檬酸钠来隔离阳离子氢氧化物，在660nm 处测定吸光度。

2.2 仪器与试剂

2.2.1 主要仪器

San ＋＋连续流动分析仪；Evolution220 紫外—可见分光光度计。

2.2.2 主要试剂

纳氏试剂分光光度法测定氨氮所用试剂配置参照国标方法（HJ535-2009），酒石酸钾钠使用优级纯，纳氏试剂为直购成品液体，购入后按批量做空白抽样检测后使用；

San＋＋流动分析仪测定氨氮中的试剂参照SKALAR仪器公司自带的方法配置；实验用水均为去离子水，标准贮备液和标准使用液的配置均为原国家环保总局标准样稀释后使用。

2.3 实验方法

纳氏试剂分光光度法：取50.0mL 样品（高浓度酌情少取）于具塞比色管中，加入1mL 酒石酸钾钠溶液摇匀，再加入1.5mL 纳氏试剂后摇匀，室温下放置10min 后在波长420nm 处用20mm 比色皿测定吸光度。

连续流动分析法：按仪器说明书安装好化学工作站系统，设定好参数，开机后，用水代替试剂，检查整个分析流路的密闭性及液体流动的顺畅性。等基线稳定后（约20min），系统开始进试剂，待基线再次稳定后，准备进标准样品和实际样品及盲样。实验完毕，用蒸馏水冲洗管路30min。

3 结果与分析

3.1 标准曲线的测定

纳氏试剂分光光度法：吸取氨氮标准工作溶液（10.0ug/mL）0.00，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL，加水至50mL，先后加入酒石酸钾钠和纳氏试剂并摇匀，显色后比色测定绘制标准曲线。结果表明，得标准曲线方程y ＝0.3651x ＋0.0143，相关系数为0.9998，方法重现性良好。标准曲线见图1。

图1 纳氏试剂分光光度法测定氨氮的曲线

连续流动分析法：选取0.00，1.00，2.00，3.00，4.00 和5.00mg/L6 个浓度点，然后根据浓度峰高自动计算得出标准曲线一次方程。结果表明，在0 ～5mg/L 的浓度范围内有很好的线性关系，得标准曲线方程y ＝0.3278x-0.0071，相关系数达到0.9996，方法重现性良好。标准曲线见图2。

图2 连续流动分析法测定氨氮的曲线

3.2 方法准确度和精密度的测定

按照样品分析的全部步骤，对国家环保总局标准样品研究所的氨氮标样（2005121 与200599）进行6 次平行测定，结果见表1 和表2。结果表明，两种方法测定6 次的结果与均值都在样品的保证值范围内，说明连续流动分析法测定氨氮标样的平行性较好。

表1 连续流动仪氨氮标准样品测定结果

表2 分光光度法氨氮标准样品测定结果

3.3 实际样品的比对测定

分别采用两种方法对3 个点的水样进行了测定，同时进行了加标回收实验，水样比对分析实验结果见表3。由表3 可以得出，两种方法平行3 次测定的相对标准偏差分别在1.2%～1.4%和1.7%～2.8%之间，平均加标回收率在97.3%～101% 和96.5%～102%之间。

表3 水样比对分析实验

由表3 的结果可以看出，两种方法测定氨氮的回收率均较好，连续流动法与纳氏试剂分光光度法相比相对标准偏差较小，测定值的RSD 均小于1.5%。

3.4 大批量样品的比对测定

分别采用两种方法一次性对20 个质控样10mg/L（对批号：027011902，标准值为100±2%的标准样进行稀释10 倍）进行了测定，水样比对分析实验结果见表4。

表4 水样比对分析实验

由表4 的结果可以看出，一旦大批量进行测定，纳氏试剂分光光度法测定值随着时间过久，样品16 ～20 的数据已超过不确定度（2%），存在较大偏差，不可采用。且其整体测定数值在第10 个样品之后数值逐渐偏高。其偏差曲线图为图3。

图3 两种检测方法氨氮测定值比较

由图3 可知，纳氏试剂分光光度法一次性检测20 个样的情况下，在后期样品的数据将缓慢偏高离真实值越来越远，其偏差较大。分析原因后得，纳氏试剂分光光度法对环境中的温度要求较高，室温高于25℃后，由于大批量样品一次性发色检测导致化验人员比色时间较长，在10min 发色后因为比色时间的拉长导致后期样品样品放置时间过久颜色越来越浓则导致后期几个数据可能偏高。

而样品20 由原来的10.0±0.2mg/L 偏高至10.7mg/L已经超过保证值偏差（100±2%），表明此次大批量测定中后期几个样品数据偏差较大而不可用。所以，纳氏试剂分光光度法在大批量样品检测的情况下为保证数据接近真实值减小人为误差应该分批检测，而分批检测分批前处理将导致耗时更久（一批次大约耗时60 ～90min）。

而连续流动仪法前处理步骤较少，操作过程自动化程度较高，还可以降低因为前处理操作过程带入的干扰，更适用于大批量的样品的测定。

结果表明，纳氏试剂分光光度法并不适合分析大批量样品数据（比如一天几十个样品），而连续流动分析法将开机稳定半小时及关机需要至少半小时除外后每小时约可测定20 ～30 个样品，自动化程度高，比较适合大批量样品的分析。

4 结语

经对实际水样进行比对实验，纳氏试剂分光光度法和连续流动分析法在小批量测定水体中氨氮时精密度和准确度都较高，样品加标回收率较好，均满足水质监测的技术要求。

在大批量样品的效率检测中，纳氏试剂分光光度法存在干扰因素多，必须分批检测而耗时长等缺点。采用连续流动分析仪，使用自动进样和分析系统，用连续流动分析方法加快了样品的分析速度，提高样品的分析效率。因此，连续流动分析方法更适用于实验室日常水质分析大批量样品，在实际分析过程中自动化程度更高，操作更简便，灵敏度也好，完全能够满足氨氮检测的技术要求，可进一步推动实验室水质分析向智能化和自动化的快速发展。