测定地表水中氨氮影响因素的探讨

刘永华

(临沂市水文局，山东 临沂 276000)

氨氮是地表水水环境监测中的基本监测项目，也是评价河湖水质健康与否的关键指标之一。虽然采用纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮含量的方法已经基本成熟，但在实际的检测过程中，存在很多的外在因素影响检测结果的准确度和精密度。为了提高日常工作中氨氮的检测质量和检测数据的准确度，本文对氨氮检测过程中容易影响检测结果的因素进行了分析和探讨。

1 检测方法原理、设备及试剂

1.1 方法原理

根据《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535-2009)，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含量成正比，于波长420nm处测量吸光度。

1.2 所用仪器和设备

检测所用仪器和设备包括TU-1810 DAPC紫外可见分光光度计、50mL具塞比色管、一套氨氮蒸馏烧瓶和蒸馏装置。

1.3 所用主要试剂

检测所用主要试剂有纳氏试剂、酒石酸钾钠、氨氮标准溶液、氢氧化钠、硫酸(ρ=1.84g/mL)、硼酸、硫酸锌、淀粉碘化钾试纸。

1.4 用水

检测用水为无氨水，可以通过蒸馏法或离子交换法制取。

2 影响因素和实验方法

2.1 实验用水的影响

本次实验用水为无氨水，采用蒸馏法或离子交换法制备。用比色管分别取6个50mL的实验室新制蒸馏水和用蒸馏法制备的无氨水，入掩蔽剂和显色剂后摇匀，对12个样品进行空白测试，测定结果见表1和表2。

表1 新制蒸馏水测定的空白值

表2 无氨水测定的空白值

采用t检验法，分析采用新制蒸馏水和无氨水测定的空白值有无显著差异。

假设二者间无显著性差异,根据表1和表2计算标准偏差。

计算统计值为

查t0.05(5)=2.57>0.13，故假设成立，两种测定方法的结果无显著性差异。测定氨氮时，实验用水采用蒸馏水或无氨水均可。

2.2 酒石酸钾钠对试剂空白的影响

酒石酸钾钠的配制是实验的重点，如果配制不好将使室内空白吸光度值偏高，严重影响低浓度样品的检出精度。目前市面上常用的酒石酸钾钠(本次实验中用到的酒石酸钾钠都是分析纯)都需要进行精制后才能使用，精制方法是取50.0g酒石酸钾钠溶于约150mL实验用水中，然后加入约2mL浓度约为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，加热煮沸并蒸发至溶液还剩90mL左右(期间人不能离开，若蒸发过量将导致酒石酸钾钠析出甚至飞溅，存在安全隐患)，在室温下快速冷却后(可以采用水浴法)定容至100mL。

本次实验选取精制后和未精制的酒石酸钾钠作为掩蔽剂，用比色管各取8个50mL的蒸馏水做空白实验，测定空白样品吸光度，测定结果见表3。实验方法要求试剂空白的吸光度应不超过0.030(10mm比色皿)。

表3 用精制和未精制的酒石酸钾钠测试剂空白值

由表3可知，用精制后的酒石酸钾钠测试剂空白均值为0.012，用未精制的酒石酸钾钠测试剂空白均值为0.024，而实验方法要求试剂空白的吸光度应不超过0.030，采用精制后和未精制的酒石酸钾钠测的试剂空白均小于0.030，说明试剂达到方法要求。

2.3 样品保存对结果的影响

实验方法要求实验室样品采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内后，应尽快分析，或者在2～5℃条件下存放，用硫酸(ρ=1.84g/mL)将样品酸化至pH<2亦有利于保存。本次实验以临沂市2019年8月司马村的样品为例，取12个1000mL的试剂瓶，分别取3组4个相同样品。第1组、第2组为原水样，第3组用硫酸(ρ=1.84g/mL)，并将其调整至pH<2。3组样品按照不同的保存方法，于第1次测定后间隔24h、48h进行测定，测定结果见表4、表5和表6。

表4 常温保存测定氨氮的含量

表5 2～5℃保存条件下测定氨氮的含量

表6 pH<2时测定氨氮的含量

不同保存方法和保存时间测定值的t检验结果见表7。由表4～表7可以看出，样品当天(标准方法)测定结果均值为0.926mg/L，以标准方法测定氨氮结果为参照，则间隔24h后3种不同保存方法测定的结果分别为0.902mg/L、0.912mg/L、0.914mg/L，t值分别为7.01、3.46、1.79；间隔48h 3种不同保存方法测定的结果分别为0.878mg/L、0.899mg/L、0.894mg/L，t值分别为12.70、6.71、9.70。

表7 不同保存方法和保存时间测定值的t检验

经查t0.05(4)=2.78，判断假设是否成立：t≤ta(f)，则无显著性差异；t>ta(f)，有显著性差异。可知水样于pH<2保存条件下，间隔24h测定氨氮的结果与标准方法中当天测定的氨氮含量无显著差异，而本实验方法中的其他保存方法、间隔时间测定的氨氮结果均有显著性差异。

2.4 显色反应时间对测定结果的影响

实验方法规定样品加入掩蔽剂和显色剂后摇匀，测定标准曲线后，放置10min后进行比色。本次实验分别吸取体积为0、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、5.0mL、7.0mL、10.0mL的氨氮使用液加入8个50mL比色管中，加水至标线，此时对应比色管中氨氮的浓度分别为0、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L、0.6mg/L、1.0mg/L、1.4mg/L、2.0mg/L，然后按照《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535-2009)标准加入酒石酸钾钠溶液和纳氏试剂摇匀后放置10min，在波长420nm处用20mm比色皿，以蒸馏水为参比，测吸光度并绘制氨氮含量标准曲线(见图1)。用50mL比色管分别取18个同一浓度的样品。按照《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535-2009)标准，加入酒石酸钾钠溶液和纳氏试剂后摇匀，分别在15min后、25min和1h后对6个样品进行测定，氨氮标准曲线值见表8，测定结果见表9。

表8 氨氮的标准曲线

表9 显色时间对氨氮测定结果 单位：mg/L

图1 氨氮标准曲线

从表9中可以看出，加入显色剂15min后测定结果的均值为0.704mg/L，加入显色剂25min后测定结果均值为0.750mg/L，加入显色剂1h后测定结果均值为0.858mg/L。以标准方法测定结果为参照，假设25min后和1h后的测定结果与15min后测定结果无显著性差异，加入显色剂25min后测定结果的总体标准偏差为0.0056，t值为-14.2，加入显色剂1h后测定结果的总体标准偏差为0.0081，t值为-23.2，经查t0.05(5)=2.57，判断假设是否成立：t≤ta(f)，则无显著性差异；t>ta(f)，则有显著性差异。加入显色剂15min后t值为14.2，大于t0.05(5)=2.57，加入显色剂1h后t值为23.2，大于t0.05(5)=2.57，故假设不成立，本实验方法与标准方法之间存在显著性差异。即超过15min以后，样品的测定结果偏差越来越大，不符合实验方法要求。

2.5 酸化样品pH值对测定的影响

实验方法规定样品应尽快分析，否则用硫酸(ρ=1.84g/mL)将样品酸化至pH<2进行保存。要求样品酸化至pH<2，但小到什么程度没有明确的说明，如果水样酸度过大，加入纳氏试剂后水样仍呈酸性，会出现红色沉淀，影响测定的准确性。本次实验用比色管分别从2个样品中各取4个50mL水样分成两组，一组用硫酸将样品调整至pH值为5左右，另一组用硫酸将样品调整至pH值为7左右，将pH值调至合适再加入掩蔽剂和显色剂对两组样品同时进行测试，测定结果见表10。

表10 pH值对氨氮测定结果的影响 单位：mg/L

从表10中可以看出，pH值为5左右时，测定结果的均值为0.940mg/L，pH值为7左右时，测定结果的均值为1.040mg/L。以pH值为5左右时测定氨氮结果为参照，则pH值为7左右时测定结果的总体标准偏差为0.028，t值为-5.04，经查t0.05(3)=3.18，判断假设是否成立：t≤ta(f)，则无显著性差异；t>ta(f)，则有显著性差异。假设pH值为7左右与pH值为5左右所测氨氮无显著性差异，则pH值为7左右时t值为5.04，大于t0.05(3)=3.18，故假设不成立。

2.6 混浊样品对测定结果的影响

实验方法规定含有悬浮物的样品要经过处理后方可测定。本次实验选取一组悬浮物含量较高的4个样品，测定其悬浮物的含量分别为20.6mg/L、17.8mg/L、18.5mg/L、21.1mg/L。按照要求用比色管分别取水样上清液、摇匀水样和标准方法的絮凝沉淀法水样(用经水冲洗过的中速滤纸过滤，弃去初滤液20mL)各50mL，加入掩蔽剂和显色剂对3组样品进行同时测试，测定结果见表11。

表11 不同处理方法对结果的影响 单位：mg/L

由表11可知，未经过处理的水样比采用絮凝沉淀法处理过的水样氨氮测定结果明显偏大，而测定吸光度时其光度值也不稳定。对于悬浮物较大的水样，如果不经妥善处理，将会使测定结果偏大。

2.7 带色及硬度大的样品对测定结果的影响

实验方法规定用絮凝沉淀法和络合掩蔽后，样品仍浑浊和带色，则应采用蒸馏法。本次实验选取色度较大的4个样品，测定其色度分别为15度、20度、20度、25度。按照方法要求用比色管分别取水样上清液和用蒸馏法处理的水样各50mL，分别测定上清液、去底色上清液和蒸馏后水样氨氮含量，测定结果见表12。

表12 色度对测定结果的影响 单位：mg/L

由表12可见，对于含有干扰离子如钙、镁、铁和钠等较多的污染样品，因产生异色或浑浊而引起干扰，水中异色或浑浊会影响比色，可以用蒸馏法对污染严重的样品中的干扰离子进行消除，降低污染严重水体中含氨量，使实验结果更加准确。

3 实验结论

通过对各组实验结果进行分析，可以看出实验室用纳氏试剂分光光度法测地表水、生活饮用水以及污水中氨氮含量时，所用的蒸馏水、酒石酸钾钠、样品保存方式、显色时间、pH值的大小、样品中悬浮物含量、样品色度及硬度的大小对测定结果有直接的影响，所以在测定氨氮时，需要注意以下问题：

a.检测样品之前，应该先做室内空白，确保实验用水空白值在0.030(10mm比色皿)以下。

b.酒石酸钾钠溶液制备必要时提纯，避免因酒石酸钾钠不纯而使空白值较大。

c.样品如果无法做到立即检测，应选择合适的保存方式，将样品酸化调节至pH<2，并在2～5℃条件下存放，以确保样品不会因保存方法不当而影响检测结果。

d.样品在加入显色剂后，显色时间控制在15min以内时，样品的吸光度值比较稳定，否则检测结果将随着时间的推移越来越大。

e.样品到达实验室后应尽快分析，如需保存，应加硫酸使水样酸化至pH<2,在样品需要检测时，在加入掩蔽剂和显色剂之前最好将pH值调至7左右，此时样品的吸光度值最大，测定样品最准确。

f.当样品中含有悬浮物或色度、硬度较大时，应选择合适的处理方式如絮凝沉淀或蒸馏以去除样品中的干扰，必须将处理后样品的pH值调至7左右，然后再加入掩蔽剂和显色剂，以确保测定结果真实有效。