气相法和纳氏法测定氨氮的影响因素探究

王笑晨

(上海市青浦区环境监测站，上海 201799)

1 方法原理

本实验选用HJ/T 195-2005水质 氨氮的测定 气相分子吸收光谱法和HJ535-2009 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法。

气相分子吸收光谱法原理：在含有2%～3%的盐酸介质中，水样通过无水乙醇煮沸除去亚硝酸盐等干扰，用次溴酸盐氧化剂将氨及铵盐氧化成等量亚硝酸盐，以亚硝酸盐氮的形式采用气相分子吸收光谱法测定氨氮的含量。

纳氏试剂分光光度法原理：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，在波长420 nm处进行分光光度测定。

2 实 验

2.1 实验主要仪器

2.1.1 气相分子吸收光谱法主要仪器

气相分子吸收光谱仪配置自动进样器/自动氧化系统(型号：GMA3386，出厂编号：10200306A)，上海北裕分析仪器股份有限公司；锌(Zn)空心阴极灯；进样管若干。

工作条件：空心阴极灯电流3～5 mA；载气(空气)流量：0.5 L/min；工作波长：213.9 nm；光能量保持在100%～117%范围内；测量方式：峰高或峰面积。

2.1.2 纳氏试剂分光光度法主要仪器

752N紫外分光光度计；50 mL磨口具塞比色管；100 mL离心管；离心机等。

2.2 实验主要试剂

2.2.1 气相分子吸收光谱法主要试剂

(1)1:1盐酸：浓盐酸和纯水等体积混合。

(2)40%氢氧化钠溶液：取400 g氢氧化钠，加水稀释至1000 mL。

(3)25%盐酸+30%乙醇混合溶液(提前一天配制)：取 250 mL浓盐酸，加入300 mL乙醇，加水稀释到1000 mL。

(4)溴酸盐混合储备液：取2.81 g溴酸钾(KBrO3)和30 g溴化钾(KBr)，加水稀释至500 mL，摇匀备用。

(5)次溴酸盐氧化剂(现配现用)：取6 mL溴酸盐混合储备液于棕色磨口试剂瓶中，加入200 mL水及12.0 mL 1:1盐酸，密塞摇匀后暗处放置5 min。到时间后，加入100 mL 40%氢氧化钠溶液，待小气泡逸尽后使用。

(6)氨氮储备标准溶液2 mg/L：取2 mL标准溶液到 500 mL容量瓶，加水并定容至刻度(环保部氨氮标准溶液，批号：102235，浓度：500 mg/L)。

2.2.2 纳氏试剂分光光度法主要试剂

(1)250 g/L氢氧化钠溶液：取25 g氢氧化钠，加水稀释至100 mL。

(2)100 g/L硫酸锌溶液：取10 g硫酸锌，加水稀释至 100 mL。

(3)500 g/L酒石酸钾钠溶液：取50 g酒石酸钾钠，加水稀释至100 mL水中。

(4)市售纳氏试剂：天津基准化学试剂。

(5)氨氮储备溶液10 mg/L：取10 mL标准溶液到500 mL容量瓶，加水并定容至刻度(环保部氨氮标准溶液，批号：102235，浓度：500 mg/L)。

本次实验所用试剂为分析纯；水为无氨水。

2.3 实验过程

水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内，尽快分析。也可以加硫酸使水样酸化至 pH<2，2～5 ℃下可保存7天。

2.3.1 气相分子吸收光谱法

将去离子水空白、标准溶液、样品倒入进样管中，直接按仪器说明进样。得到工作曲线y=0.13658x+0.00264，r=0.99975。

2.3.2 纳氏试剂分光光度法

100 mL的水样中加入1 mL硫酸锌溶液和几滴氢氧化钠溶液，调节pH约为10.5，混匀后放入离心机内，转速4000 r/min，离心10 min。絮凝沉淀后后取50 mL上清液，加入1 mL酒石酸钾钠溶液，再加入1 mL纳氏试剂摇匀。放置10 min后，在波长 420 nm处，用20 mm比色皿，以水作参比，测量吸光度，减去空白试验的吸光度，在工作曲线上查得氨氮的含量。

工作曲线的制备：分别取0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL的氨氮标准储备溶液(10 mg/L)，含量分别为5 μg、10 μg、20 μg、40 μg、60 μg、80 μg、100 μg，无需前处理，直接加酒石酸钾钠和纳氏试剂， 以水作参比， 测定其吸光度。得到工作曲线y=0.00686x+0.002，r=0.9997。

需要注意的是纳氏试剂中含有汞离子，汞离子具有强致癌性，很难通过人体代谢将其排出体外，如若吸入过量汞蒸气会伤害人的中枢神经[6]，所以在实验操作中，需要做好防护，带好口罩并在通风橱内操作。

3 结果讨论

3.1 水样pH对两种方法的影响

取同一家污染源排放口废水样品，分别用硫酸和氢氧化钠调节pH，用纳氏试剂分光光度法与气相分子吸收光谱法分别测定2次，结果见表1。

表1 同一水样在不同pH值两种方法的测定结果

由表1可知，气相分子法在测定不同pH值的同个水样，数值较稳定，基本不受酸碱度影响。而在纳氏试剂法中，pH值<8时，测定值较低，而pH值大于10时，测定值较高，pH对数值影响较大。这是因为pH值太高，可使某些含氮的有机化合物转为氨，测定值偏高；pH值太低，氨的转化不完全测定值偏低，所以我们在纳氏试剂法前处理时需要调节水质pH约为10.5，达到最理想的转化条件。

3.2 色度和浊度对两种方法的影响

取同一家污染源排放口废水样品，用纳氏试剂分光光度法与气相分子吸收光谱法分别测定2次(另取一组样品经蒸馏后再用纳氏试剂法测定)，结果见表2。

表2 不同色度和浊度下两种方法的测定结果

由表2可知，由于气相分子法是将水溶液中的离子转化为相对稳定状态的气体，再吸收特定光谱这一原理来进行测定的，所以不受色度和浊度的干扰。而在分光光度分析中由于介质的不均匀性引起偏离光吸收定律，所以色度和浊度对分光光度法比色具有很大的干扰，但蒸馏可以去除这两种干扰。在日常分析中，如遇到色度和浊度干扰大的样品，可先加热蒸馏，用50 mL 20 g/L的硼酸溶液作为吸收液，待流出液达到200 mL时停止蒸馏，加水定容至250 mL[7]，再进行后续分析。

3.3 亚硝酸根对两种方法的影响

在浓度为0.15、0.50、1.00、1.50 mg/L的四个标准溶液中分别加入0.20、0.50、2.00 μg的亚硝酸根，分别用纳氏试剂分光光度法与气相分子吸收光谱法进行测定，结果见表3。

表3 同一标准溶液在不同亚硝酸根含量下两种方法的测定结果

由表3可知，由于气相分子法采用的是分段测定的原理，在仪器内的酸性条件下，样品与乙醇反应并在煮沸下，促使亚硝酸盐转化成气体，消除水中含有的亚硝酸盐带来的干扰。然后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以亚硝酸盐氮的形式，通过氮气为载气将其载入气相分子吸收光谱仪内，在 213.9 nm 波长处的吸光度进行测定 ，通过校准曲线计算查得氨氮的含量，所以水样中存在的亚硝酸根对测定无影响。而在纳氏试剂法中，随着亚硝酸根含量的增加，标准测定值出现降低的趋势。

3.4 温度对两种方法的影响

使用浓度为0.15、0.50、1.00、1.50 mg/L的四个标准溶液，在设定不同室内温度下分别用纳氏试剂分光光度法与气相分子吸收光谱法进行测定，结果见表4。

表4 同一标准溶液在不同温度下两种方法的测定结果

由表4可知，在测定温度较低且样品浓度较低的情况下，纳氏试剂法和气相吸收法测定标准溶液时测定值偏低， 纳式试剂法比气相吸收法偏离更多。而在室温20 ℃、30 ℃时，标准测定值较为理想。在日常实验中，如遇低温，纳氏试剂法可以选用适当增加显色时间，可由原来的10 min延长至20～ 30 min，达到最佳的显色条件。也可以调节室内温度，保持恒定的室温(约25 ℃)，保障数据的真实性。

表5 两种方法比对总结

3.5 两种方法比对总结

4 结 论

本文通过对两种常用实验室测定氨氮的方法进行了比对研究，实验结果发现，纳氏试剂法试剂毒性较大，受pH值、色度、浊度干扰大，且耗时长不环保。而气相分子吸收光谱法对水样酸碱度、色度、浊度要求不高，且无需前处理、试剂毒性低、测定结果稳定，适用于大批量样品测定，省事省力满足日常监测需要。为满足仪器的稳定性和准确度，建议室温保持在 25 ℃下，每分析十个样品做一个校准曲线的中间点浓度。