气相分子吸收光谱法用于废水中氨氮测定的分析

刘昊达

（汕头市生态环境澄海监测站，广东 汕头515800）

气相分子吸收光谱法作为一种新的分析技术，应用于废水氨氮测定，可以在2min以内完成取样与结果分析的整个流程，整个监测速度非常快，并且所需要的化学试剂少，实际操作便捷，可适用于不同环境，无需对水样做复杂的预处理，本身的抗干扰能力也比较强，可以有效满足水样氨氮测定的要求。

1 水中氨氮测定必要性

水中氨氮存在形式共包括两种，即离子态氨（NH+4）与非离子态氨（NH3），且在水温以及pH值不同的情况下，两种表现形式也会发生变化，即在水温与pH较高的情况下，NH3比例会有所增加。两种组分相比，NH3更容易穿透生物膜，且毒性更强，一般情况下氨氮毒性所指的便是NH3的毒性。在条件满足的情况下，氨氮会与氯产生反应生成氯胺，对氯产生消耗进而达到降低消毒的效果。另外，水中的氨还可以在一定条件下转化成具有毒性的亚硝酸盐，如果进入到人体内将会与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，导致缺氧[1]。氨氮一直都是废水治理的重中之重，含量超标将会对生态环境产生严重影响，对生物以及人体健康有着较大影响，早已被纳入到企业污水排放监控指标之中。

2 气相分子吸收光谱法操作原理

对气相分子吸收光谱法的测定原理进行分析，主要便是通过化学反应来促使水样目标物质得以转换为气体，并利用基态气体分子对特定紫外光谱吸收特点来进行计算得到最终的分子浓度。酸性条件下，向样品内添加适量的乙醇并煮沸，促使亚硝酸盐向NO2气体转化，以此来将水中含有的亚硝酸盐去除。然后通过氧化剂溴酸盐将氨与铵离子氧化成等物质量的亚硝酸盐，受盐酸乙醇溶液影响迅速被分解成NO2气体，载气（多为氮气）将其载入气相分子吸收光谱仪内，对在213.9nm波长处的吸光度进行测定，最后通过校准曲线完成样品氨氮含量的计算[2]。目前，气相分子吸收光谱法已经作为水样氨氮测定的主要方法之一得到了广泛应用，具有以下特点：（1）监测速度快，可在2min内完成取样到获取结果的整个流程；（2）实际操作简单，所需化学试剂比较少；（3）抗干扰性强，无需对水样做复杂的预处理，且水质色度以及浊度不会影响到监测结果的精确度。

3 气相分子吸收光谱法实际应用

氨氮含量超标是目前废水治理的主要问题之一，而其来源主要集中在工业废水、生活污水以及农田排水等，已经成为水体含氮有机物污染程度的重要评价指标之一。针对废水中氨氮的含量测定，可选择的方法较多，例如纳氏试剂比色法、连续流动-水杨酸分光光度法以及气相分子吸收光谱法等，不同方法适用的条件不同，可根据实际情况比对后择优使用。尤其是以纳氏试剂比色法作为测定方法的最常见，但是实际操作中纳氏试剂的配置复杂度比较高，同时试剂还含有有毒化合物，不仅会造成环境的二次污染，还会对操作人员的身体健康产生威胁[3]。相比来讲，气相分子吸收光谱法无论是在操作、流程还是结果等方面均具有更大的优势，具有较强的抗干扰性，适用于较宽测定成分浓度范围。

基于气相分子吸收光谱法的特点，经过不断的研究，现在已经被有效地应用到不同水体氨氮检测项目。尹桂兰等[4]采用纳氏试剂法与气相分子吸收光谱法对钻井废水、医疗废水以及炼油污水等进行了同时测定，比较后确定两种方法的相对偏差在5%以内，可确定气相分子吸收光谱法可用于医疗废水与油田废水中氨氮含量的监测。章维维等[5]应用气相分子吸收光谱法与纳氏试剂分光光度法对地表水以及废水中的氨氮含量进行了监测，结果显示两种方法无明显差异，且应用气相分子吸收光谱法进行医院废水和制药废水中氨氮测定，所对应的回收率分别是91.0%与103%。周珂等[6]应用气相分子吸收光谱法对汽车制造业、造纸业以及电子制造业等废水与城市生活污水的氨氮含量进行了测定，且通过与纳氏试剂分光光度法测定结果的比较，确定两者的相对偏差在-4.1%~3.6%之间。综上所述，气相分子吸收光谱法对于废水中氨氮含量测定具有较强的实用性，能够满足日常企业污水排放监控要求。

4 印染废水氨氮含量测定实验要点

4.1 测定实验

4.1.1 仪器与试剂

仪器设备：GMA3380气相分子吸收光谱仪

实验试剂：500mg/L氨氮标准溶液、所用试剂均为分析纯、实验用水为无氨水。

溴酸盐混合储备液：分别称量2.81g溴酸钾以及30g的溴化钾，然后放入到500mL的水中进行溶解，对其充分摇匀处理后，再转移到棕色玻璃瓶内进行保存，并且使用前应注意溴酸钾与溴化钾未发生光解变质。

次溴酸盐氧化剂：准确吸取3.0mL的溴酸盐混合储备液，将其转移到棕色磨口试剂瓶内，并向其中添加100mL的水与6.0mL的盐酸（1+1），需要立即密塞操作。轻微地摇匀混合液，将其放置在暗处环境保持5min左右后，选取40%的氢氧化钠溶液共50mL加入其中，待小气泡逸尽后方可使用[7]。另外，注意此试剂要现用现配。

4.1.2 水样预处理

在聚乙烯瓶或玻璃瓶内进行水样采集，要求样品瓶要完全充满。已经采集完全的水样要立即进行测定，如果无法做到还需要向其中添加适量硫酸调节，使pH值＜2（酸化时要避免因吸收空气中的氨受到污染），并置于2℃~5℃条件保存，且注意必须要在24h以内测定，调节水样pH值＞7后便可上机测定[8]。

4.1.3 水样测定

从采集到的水样中称取适量并添加到反应瓶中，通过气相分子吸收光谱仪来对其进行含量测定，同时利用空白试样进行校正操作。

4.2 实验结果讨论

4.2.1 影响结果条件

（1）浊度与色度

本次实验所选样品共包括6家印染厂，取每家排口废水各3份，采用气相分子吸收光谱法、纳氏试剂法以及蒸馏处理后纳氏试剂法测定，结果如表1所示。

表1 浊度与色度与测定结果的关系

通过对表1的比较分析可知，色度与浊度对纳氏试剂法的测定结果有着较大的影响，但是对样品进行蒸馏处理后可以消除此种干扰。气相分子吸收光谱法所执行的原则是光吸收定律，因此浊度与色度不会对其测定结果产生影响。

（2）硫化物

对质量浓度为0.40mg/L与2.00mg/L的氨氮标准溶液添加质量浓度为100mg/L的S2-标准溶液各0.05，1.0，2.0，4.0以及10.0mL，然后选择对应浓度的氨氮标准溶液将其定容到100mL[4]。每个干扰浓度均设置有3个平行样，最后通过气相分子吸收光谱法来对样品中的氨氮含量进行测定。对测定的结果进行分析，发现在硫化物的添加量达到2mL后，即S2-质量浓度达到2mg/L时，会对氨氮测定结果产生明显的干扰，且随着S2-质量浓度的增加，带来的干扰强度越大。

选择氨氮浓度突变的S2-加入量来进行干扰实验，向干扰溶液内添加质量浓度为0.40mg/L的氨氮溶液共2.0mL，以及干扰溶液加入量为10.0mL质量浓度为2.00mg/L的氨氮溶液共50mL，针对两种溶液来进行沉淀法与稀释法干扰。其中，沉淀法干扰即向样品内添加50g/L的ZnAc-NaAc溶液1mL以及活性炭0.1g，待10min后果0.45μm滤膜测定。稀释法干扰则是对样品进行适当的稀释然后测定，常见的如5倍、10倍。对两种干扰方法下的实验结果进行比对，发现沉淀去除S2-干扰相比稀释法处理效果更佳，且与干扰前测定结果相比相对误差在5%以内。

（3）亚硝酸盐

对质量浓度为0.40mg/L与2.00mg/L的氨氮标注溶液添加质量浓度为10mg/L的亚硝酸盐溶液各0.5，1.0，2.0与5.0mL，并利用对应浓度的氨氮标准溶液将其定容到50mL，最后采用气相分子吸收光谱法对水样做氨氮浓度测定。实验结果证明，在添加不同量亚硝酸盐的情况下，与未添加亚硝酸盐的情况相比，两者的相对误差在5%以内，由此可以确定苯胺不会对水样氨氮浓度测定结果产生干扰[8]。主要是因为气相分子吸收光谱法采用的是分段测定，仪器可以自动去除亚硝酸盐值，直接消除了亚硝酸盐带来的干扰可能性。

4.2.2 实际水样测定

本次实验测定所采集的6家印染企业废水，应用气相分子吸收光谱法对加标前后氨氮的浓度进行测定，每个废水样品均进行了6次平行测定，结果如表2所示。

表2 实际水样氨氮测定结果

对测定结果进行比较，可以确定气相分子吸收光谱法在测定印染废水氨氮含量方面适用性比较强，加标回收率可以达到92.0%~110%。

5 结束语

气相分子吸收光谱法在测定废水中氨氮浓度方面具有较强的适用性，但是为保证测定结果的精确性，还需要做好各干扰因素的控制。根据上述实验可知，色度与浊度、苯胺以及亚硝酸盐可排除对测定结果的干扰，但是硫化物以及尿素等因素则会产生一定的干扰，测定时需要通过乙酸锌-乙酸钠固定液沉淀法去除硫化物，以及应用稀释法去除尿素干扰。相比国家标准法的纳氏试剂法，气相分子吸收光谱法在针对废水中氨氮含量测定的实际应用中具有更大的优势，值得做进一步的研究。